Sinteza proteinelor în celulă - descriere, funcții ale procesului. Biosinteza proteinelor (implementarea informațiilor ereditare) Proteine ​​- ce sunt și pentru ce sunt?

Biosinteza proteinelor și codul genetic

Definiția 1

Biosinteza proteinelor– proces enzimatic de sinteză a proteinelor într-o celulă. Acesta implică trei elemente structurale ale celulei - nucleu, citoplasmă, ribozomi.

În nucleul celulei, moleculele de ADN stochează informații despre toate proteinele care sunt sintetizate în acesta, criptate folosind un cod de patru litere.

Definiția 2

Cod genetic este secvența de nucleotide dintr-o moleculă de ADN, care determină secvența de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină.

Proprietățile codului genetic sunt următoarele:

Codul genetic este triplet, adică fiecare aminoacid are propriul său triplet de cod ( codon), constând din trei nucleotide adiacente.

Exemplul 1

Aminoacidul cisteina este codificat de tripletul A-C-A, valină - de tripletul C-A-A.

Codul nu se suprapune, adică nucleotida nu poate face parte din două triplete vecine.

Codul este degenerat, adică un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete.

Exemplul 2

Aminoacidul tirozina este codificat de două triplete.

Codul nu are virgule (semne de separare), informațiile se citesc în triplete de nucleotide.

Definiția 3

Gene – o secțiune a unei molecule de ADN care este caracterizată printr-o secvență specifică de nucleotide și determină sinteza unui lanț polipeptidic.

Codul este universal, adică același pentru toate organismele vii - de la bacterii la oameni. Toate organismele au aceiași 20 de aminoacizi, care sunt codificați de aceleași tripleți.

Etapele biosintezei proteinelor: transcripție și translație

Structura oricărei molecule de proteină este codificată în ADN, care nu este implicat direct în sinteza sa. Acesta servește doar ca șablon pentru sinteza ARN.

Procesul de biosinteză a proteinelor are loc pe ribozomi, care sunt localizați în principal în citoplasmă. Aceasta înseamnă că pentru a transfera informația genetică de la ADN la locul sintezei proteinelor, este nevoie de un intermediar. Această funcție este îndeplinită de ARNm.

Definiția 4

Procesul de sinteză a unei molecule de ARNm pe o catenă a unei molecule de ADN bazat pe principiul complementarității se numește transcriere, sau rescriere.

Transcripția are loc în nucleul celular.

Procesul de transcripție se desfășoară simultan nu pe întreaga moleculă de ADN, ci doar pe o mică secțiune a acesteia, care corespunde unei anumite gene. În acest caz, o parte din dubla helix ADN se desfășoară și o secțiune scurtă a unuia dintre lanțuri este expusă - acum va servi ca șablon pentru sinteza ARNm.

Apoi, enzima ARN polimeraza se deplasează de-a lungul acestui lanț, conectând nucleotidele într-un lanț de ARNm, care se alungește.

Nota 2

Transcripția poate apărea simultan pe mai multe gene de pe același cromozom și pe gene de pe diferiți cromozomi.

ARNm rezultat conține o secvență de nucleotide care este o copie exactă a secvenței de nucleotide de pe șablon.

Nota 3

Dacă molecula de ADN conține citozină de bază azotată, atunci ARNm conține guanină și invers. Perechea complementară din ADN este adenină - timină, iar ARN-ul conține uracil în loc de timină.

Alte două tipuri de ARN sunt, de asemenea, sintetizate pe gene speciale - ARNt și ARNr.

Începutul și sfârșitul sintezei tuturor tipurilor de ARN pe șablonul ADN sunt fixate strict de tripleți speciali care controlează începutul (inițializarea) și oprirea (terminalul) sintezei. Ele acționează ca „semne de divizare” între gene.

Combinația de ARNt cu aminoacizi are loc în citoplasmă. Molecula de ARNt are forma unei frunze de trifoi, cu a anticodon– un triplet de nucleotide care codifică aminoacidul pe care îl poartă acest ARNt.

Există tot atâtea tipuri de aminoacizi câte ARNt există.

Nota 4

Deoarece mulți aminoacizi pot fi codificați de mai multe triplete, numărul de ARNt este mai mare de 20 (se cunosc aproximativ 60 de ARNt).

Conexiunea ARNt cu aminoacizii are loc cu participarea enzimelor. Moleculele de ARNt transportă aminoacizi la ribozomi.

Definiția 5

Difuzare este un proces prin care informațiile despre structura unei proteine, înregistrate în ARNm ca o secvență de nucleotide, sunt implementate ca o secvență de aminoacizi în molecula de proteină care este sintetizată.

Acest proces are loc în ribozomi.

În primul rând, ARNm se atașează de ribozom. Primul ribozom, care sintetizează proteine, este „înșirat” pe ARNm. Pe măsură ce ribozomul se deplasează până la capătul ARNm care a devenit liber, un nou ribozom este „înșirat”. Un ARNm poate conține simultan mai mult de 80 de ribozomi care sintetizează aceeași proteină. Un astfel de grup de ribozomi conectați la un ARNm se numește poliribozom, sau polizom. Tipul de proteină care este sintetizată este determinat nu de ribozom, ci de informațiile înregistrate pe ARNm. Același ribozom este capabil să sintetizeze diferite proteine. După ce sinteza proteinelor este finalizată, ribozomul este separat de ARNm, iar proteina intră în reticulul endoplasmatic.

Fiecare ribozom este format din două subunități - mici și mari. Molecula de ARNm se atașează de subunitatea mică. La locul de contact dintre ribozom și iARN există 6 nucleotide (2 tripleți). Unul dintre ei este abordat constant din citoplasmă de ARNt cu aminoacizi diferiți și atins cu anticodonul codonului ARNm. Dacă tripleții codon și anticodon se dovedesc a fi complementari, apare o legătură peptidică între aminoacidul părții deja sintetizate a proteinei și aminoacidul care este eliberat de ARNt. Combinația de aminoacizi într-o moleculă de proteină se realizează cu participarea enzimei sintetazei. Molecula de ARNt renunță la aminoacid și se deplasează în citoplasmă, iar ribozomul mută un triplet de nucleotide. Acesta este modul în care lanțul polipeptidic este sintetizat secvenţial. Toate acestea continuă până când ribozomul ajunge la unul dintre cei trei codoni stop: UAA, UAG sau UGA. După aceasta, sinteza proteinelor se oprește.

Nota 5

Astfel, secvența codonilor ARNm determină secvența de includere a aminoacizilor în lanțul proteic. Proteinele sintetizate pătrund în canalele reticulului endoplasmatic. O moleculă de proteină dintr-o celulă este sintetizată în 1 - 2 minute.

Introducere

Viața este un mod de existență a corpurilor proteice. Această definiție, dată de Friedrich Engels, indică rolul excepțional al proteinelor în funcționarea organismelor. Biosinteza proteinelor- un proces extrem de complex și consumator de energie. Este baza vieții celulare.

Sinteza proteinelor se realizează în ribozomi și are loc în mai multe etape conform schemei proteina ADNARN. O moleculă de ADN dublu catenar este transcrisă într-o moleculă de ARN monocatenar pe baza principiului complementarității. Rezultatul este ARN mesager, care conține informații despre secvența de aminoacizi a proteinei. Apoi, ARNm intră în ribozom și, ca o matrice, proteina este sintetizată prin intermediul acestuia, prin traducerea informațiilor genetice din limbajul secvenței de nucleotide în limbajul secvenței de aminoacizi. Pas cu pas, se construiește un lanț polipeptidic, care în timpul și după sinteza este modificat într-o proteină activă biologic. Proteina sintetizată este transportată în diferite părți ale celulei pentru a-și îndeplini funcțiile.

Codificarea secvenței de aminoacizi a proteinelor se realizează conform unor reguli numite cod genetic. Descifrarea codului genetic este o realizare foarte semnificativă a științei. Codul explică mecanismul sintezei proteinelor, originea mutațiilor și alte fenomene biologice.

Analiza difracției cu raze X și alte metode moderne de cercetare au făcut progrese mari în studiul biosintezei proteinelor și a altor aspecte ale biologiei moleculare. Dar, cu toate acestea, structurile spațiale ale unor macromolecule vitale nu au fost încă stabilite. Știința încă nu a răspuns la multe întrebări referitoare la sinteza proteinelor.

Schema generală a biosintezei proteinelor

Schema generală a biosintezei proteinelor într-o celulă: proteina DNARNA (Figura 1).

Figura 1. Schema generală a biosintezei proteinelor în celulă

Transcriere. Secțiuni individuale de ADN dublu catenar (gene) servesc ca șabloane pentru sinteza lanțurilor de ARN monocatenar pe ele conform principiului complementarității. Transcrierea are loc în trei etape: inițiere, alungire, terminare.

Prelucrare si transport.În timpul procesului de sinteză, ARN-ul suferă modificări, în urma cărora se transformă într-o moleculă matură potrivită pentru sinteza proteinelor. ARN-ul mesager rezultat (ARNm) este apoi transmis la ribozomi ca un program care determină secvența de aminoacizi a proteinei care este sintetizată.

Activarea și acceptarea aminoacizilor. Proteinele sunt formate din aminoacizi, dar aminoacizii liberi ai celulei nu pot fi utilizați direct de ribozom. Fiecare aminoacid este mai întâi activat de ATP și apoi atașat la o moleculă specială de ARN - ARN de transfer (ARNt) în afara ribozomului. Aminoacil-ARNt rezultat intră în ribozom ca substrat pentru sinteza proteinelor.

Difuzare. Fluxul de informații sub formă de ARNm și fluxul de material sub formă de aminoacil-ARNt intră în ribozomi, care traduc (traduc) informațiile genetice din limbajul secvenței de nucleotide a ARNm în limbajul secvenței de aminoacizi. Fiecare ribozom se deplasează de-a lungul ARNm de la un capăt la altul și, în consecință, selectează din mediu acele aminoacil-ARNt care corespund (complementare) combinațiilor triplete de nucleotide aflate în prezent în ribozom. Reziduul de aminoacid al aminoacil-ARNt selectat este de fiecare dată atașat covalent de către ribozom la lanțul polipeptidic în creștere, iar tARN-ul deacilat este eliberat din ribozom în soluție. Acesta este modul în care un lanț polipeptidic este construit secvenţial.

Formarea proteinelor funcționale.În timpul sintezei, lanțul polipeptidic este eliberat din ribozom și pliat într-un glob. Plierea și transportul proteinelor sunt însoțite de modificări enzimatice (prelucrarea proteinelor).

În ciuda complexității mari a aparatului de biosinteză a proteinelor, acesta se desfășoară cu o viteză extrem de mare. Sinteza a mii de proteine ​​diferite în fiecare celulă este strict ordonată - în condiții metabolice date, este sintetizat doar numărul necesar de molecule ale fiecărei proteine.

Informațiile genetice din toate organismele sunt stocate sub forma unei secvențe specifice de nucleotide ADN (sau ARN în virusurile ARN). Procariotele conțin informații genetice sub forma unei singure molecule de ADN. În celulele eucariote, materialul genetic este distribuit în mai multe molecule de ADN organizate în cromozomi.

ADN-ul este format din regiuni codificatoare și necodante. Regiunile de codificare codifică ARN. Regiunile necodante ale ADN-ului funcționează structural funcția, permițând ambalarea unor secțiuni de material genetic într-un anumit mod, sau de reglementare funcţionează prin participarea la includerea genelor care direcţionează sinteza proteinelor.

Regiunile codificatoare ale ADN-ului sunt gene. Gene- o secțiune a unei molecule de ADN care codifică sinteza unui ARNm (și, în consecință, a unei polipeptide), ARNr sau ARNt.

Se numește regiunea cromozomului în care se află gena locus. Setul de gene din nucleul celulei este genotip, un set de gene ale unui set haploid de cromozomi - genomului, un set de gene ADN extranucleare (mitocondrii, plastide, citoplasmă) - plasmon.

Se numește implementarea informațiilor înregistrate în gene prin sinteza proteinelor expresie(manifestarea) genelor. Informația genetică este stocată ca o secvență specifică de nucleotide ADN și este implementată ca o secvență de aminoacizi într-o proteină. Intermediarii, purtători de informații, sunt ARN, adică. implementarea informației genetice are loc după cum urmează:

ADN → ARN → proteină

Etapele biosintezei proteinelor

Procesul de biosinteză a proteinelor include două etape: transcripție și translație.

Transcriere(din lat. transcrierea- rescriere) - sinteza ARN folosind ca matriță ADN-ul. Ca rezultat, se formează ARNm, ARNt și ARNr. Procesul de transcripție necesită multă energie sub formă de ATP și este realizat de enzima ARN polimeraza.

În același timp, nu este transcrisă întreaga moleculă de ADN, ci doar segmentele sale individuale. Un astfel de segment ( transcriere) începe promotor(secțiunea ADN-ului unde se atașează ARN polimeraza și unde începe transcripția) și se termină terminator(o secțiune de ADN care conține un semnal de sfârșit de transcripție). Transcriptonul este o genă în termeni de biologie moleculară.

Transcripția, ca și replicarea, se bazează pe capacitatea bazelor azotate ale nucleotidelor de a se lega complementar. În timpul transcripției, catena dublă de ADN este ruptă, iar sinteza ARN-ului se realizează de-a lungul unei catene de ADN.

În timpul procesului de translație, secvența de nucleotide ADN este transcrisă pe molecula de ARNm sintetizată, care acționează ca un șablon în procesul de biosinteză a proteinelor.

Genele procariote constau numai din secvențe de nucleotide codificante. Genele eucariote constau în codificare alternativă ( exonii) și necodificare ( intronii) parcele. După transcripție, porțiuni de ARNm corespunzătoare intronilor sunt îndepărtate în timpul îmbinării, care este o parte integrantă a procesării. Prelucrare- procesul de formare a ARNm matur din precursorul său pre-ARNm.

Acesta include două evenimente principale:

1. atașarea secvențelor scurte de nucleotide la capetele ARNm, indicând începutul și sfârșitul translației;
2. îmbinare— îndepărtarea secvențelor de ARNm neinformative corespunzătoare intronilor de ADN. Ca rezultat al îmbinării, greutatea moleculară a ARNm scade de 10 ori.

Difuzare(din lat. traducere- traducere) - sinteza unui lanț polipeptidic folosind ARNm ca șablon.

Toate cele trei tipuri de ARN sunt implicate în traducere:

• ARNm servește ca o matrice de informații;
• ARNt-urile furnizează aminoacizi și recunosc codoni;
• ARNr împreună cu proteinele formează ribozomi care dețin ARNm;
• ARNt și proteina realizează sinteza lanțului polipeptidic.

ARNm este tradus nu de unul, ci simultan de mai mulți (până la 80) ribozomi. Astfel de grupuri de ribozomi sunt numite poliribozomi (polizomi). Includerea unui aminoacid într-un lanț polipeptidic necesită energia a patru ATP.

Cod genetic

Informațiile despre structura proteinelor sunt „scrise” în ADN sub forma unei secvențe de nucleotide. În timpul procesului de transcripție, acesta este copiat pe molecula de ARNm sintetizată, care acționează ca un șablon în procesul de biosinteză a proteinelor. O anumită combinație de nucleotide ADN și, prin urmare, ARNm, corespunde unui anumit aminoacid din lanțul polipeptidic al unei proteine. Această corespondență se numește cod genetic. Un aminoacid este determinat de trei nucleotide combinate în triplet (codon). Deoarece există patru tipuri de nucleotide, combinând trei într-un triplet, ele dau 4 3 = 64 de tripleți variante (în timp ce doar 20 de aminoacizi sunt codificați). Dintre aceștia, trei sunt „codoni de oprire” care opresc traducerea, restul de 61 sunt codificatori. Diferiți aminoacizi sunt codificați de un număr diferit de tripleți: de la 1 la 6.

Note:

1. Prima bază azotată din triplet se află în rândul vertical din stânga, a doua este în rândul orizontal superior, iar a treia este în rândul vertical din dreapta.
2. La intersecția liniilor a trei baze, se dezvăluie aminoacidul dorit.
3. Bazele azotate din afara parantezelor fac parte din ARNm, bazele azotate din paranteze fac parte din ADN.

Proprietățile codului genetic:

1. codul este triplet- un aminoacid este codificat de trei nucleotide (triplet) într-o moleculă de acid nucleic;
2. codul este universal- toate organismele vii de la virusuri la oameni folosesc un singur cod genetic;
3. codul este lipsit de ambiguitate (specific)- unui triplet corespunde unui singur aminoacid.
4. codul este redundant- un aminoacid este codificat de mai mult de un triplet;
5. codul nu se suprapune- o nucleotidă nu poate face parte din mai mulți codoni dintr-un lanț de acid nucleic;
6. codul este coliniar— secvența de aminoacizi din molecula de proteină sintetizată coincide cu secvența tripleților vmARN.

Etape de difuzare

Translația constă în trei etape: inițiere, alungire și terminare.

1. Iniţiere- asamblarea unui complex implicat în sinteza lanţului polipeptidic. Subunitatea ribozomală mică se leagă de inițiere metanfetamina-ARNt, iar apoi cu ARNm, după care are loc formarea unui ribozom întreg, format din subparticule mici și mari.
2. Elongaţie- prelungirea lanţului polipeptidic. Ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm, care este însoțit de multiple repetări ale ciclului de adăugare a următorului aminoacid la lanțul polipeptidic în creștere.
3. Încetarea- finalizarea sintezei moleculei polipeptidice. Ribozomul ajunge la unul dintre cei trei codoni stop ai ARNm și, deoarece nu există ARNt cu anticodoni complementari codonilor stop, sinteza lanțului polipeptidic se oprește. Este eliberat și separat de ribozom. Subparticulele ribozomale se disociază, sunt separate de ARNm și pot lua parte la sinteza următorului lanț polipeptidic.

Reacții de sinteză șablon

Reacțiile de sinteză a matricei includ:

• autoduplicarea ADN-ului (replicare);
• formarea ARNm, ARNt și ARNr pe o moleculă de ADN (transcripție);
• biosinteza proteinelor în ARNm (traducere).

Ceea ce toate aceste reacții au în comun este că o moleculă de ADN într-un caz sau o moleculă de ARNm într-un altul acționează ca o matrice pe care se formează molecule identice. Capacitatea organismelor vii de a-și reproduce propriul fel se bazează pe reacțiile de sinteză a matricei.

Reglarea expresiei genelor

Corpul unui organism multicelular este format dintr-o varietate de tipuri de celule. Ele diferă ca structură și funcție, adică diferenţiat. Diferențele se manifestă prin faptul că, pe lângă proteinele necesare oricărei celule a corpului, celulele de fiecare tip sintetizează și proteine ​​specializate: cheratina se formează în epidermă, hemoglobina se formează în eritrocite etc. Diferențierea celulară este cauzată de o modificare a setului de gene exprimate și nu este însoțită de nicio modificare ireversibilă a structurii secvențelor ADN în sine.

Biosinteza proteinelor are loc în fiecare celulă vie. Este cel mai activ în celulele tinere în creștere, unde proteinele sunt sintetizate pentru a-și construi organele, precum și în celulele secretoare, unde sunt sintetizate proteinele enzimatice și proteinele hormonale.

Rolul principal în determinarea structurii proteinelor îi revine ADN-ului. O bucată de ADN care conține informații despre structura unei proteine ​​se numește genă. O moleculă de ADN conține câteva sute de gene. Molecula de ADN conține un cod pentru secvența de aminoacizi dintr-o proteină sub formă de nucleotide combinate specific. Codul ADN a fost aproape complet descifrat. Esența sa este următoarea. Fiecare aminoacid corespunde unei secțiuni a unui lanț de ADN format din trei nucleotide adiacente.

De exemplu, secțiunea T-T-T corespunde aminoacidului lizină, secțiunea A-C-A corespunde cistinei, C-A-A valinei etc. Există 20 de aminoacizi diferiți, numărul de combinații posibile de 4 nucleotide din 3 este de 64. Prin urmare, tripleții sunt suficient pentru a codifica toți aminoacizii.

Sinteza proteinelor este un proces complex în mai multe etape, reprezentând un lanț de reacții sintetice care se desfășoară conform principiului sintezei matricei.

Deoarece ADN-ul este localizat în nucleul celulei, iar sinteza proteinelor are loc în citoplasmă, există un intermediar care transferă informații de la ADN la ribozomi. Acest mesager este ARNm. :

În biosinteza proteinelor, sunt determinate următoarele etape, care au loc în diferite părți ale celulei:

1. Prima etapă, sinteza i-ARN, are loc în nucleu, timp în care informația conținută în gena ADN este transcrisă în i-ARN. Acest proces se numește transcriere (din latinescul „transcriere” - rescriere).
2. În a doua etapă, aminoacizii sunt combinați cu molecule de ARNt, care constau secvenţial din trei nucleotide - anticodoni, cu ajutorul cărora se determină codonul lor triplet.
3. A treia etapă este procesul de sinteză directă a legăturilor polipeptidice, numită translație. Apare în ribozomi.
4. În a patra etapă are loc formarea structurii secundare și terțiare a proteinei, adică formarea structurii finale a proteinei.

Astfel, în procesul de biosinteză a proteinelor, se formează noi molecule de proteine ​​în conformitate cu informațiile exacte conținute în ADN. Acest proces asigură reînnoirea proteinelor, proceselor metabolice, creșterea și dezvoltarea celulelor, adică toate procesele de viață ale celulei.

Cromozomii (din grecescul „chroma” - culoare, „soma” - corp) sunt structuri foarte importante ale nucleului celular. Aceștia joacă un rol major în procesul de diviziune celulară, asigurând transmiterea informațiilor ereditare de la o generație la alta. Sunt catene subtiri de ADN legate de proteine. Catenele se numesc cromatide, constând din ADN, proteine ​​de bază (histone) și proteine ​​acide.

Într-o celulă care nu se divide, cromozomii umplu întregul volum al nucleului și nu sunt vizibili la microscop. Înainte de a începe diviziunea, are loc spiralizarea ADN-ului și fiecare cromozom devine vizibil la microscop. În timpul spiralizării, cromozomii sunt scurtați de zeci de mii de ori. În această stare, cromozomii arată ca două fire (cromatide) identice situate una lângă alta, conectate printr-o secțiune comună - centromerul.

Fiecare organism este caracterizat de un număr constant și de o structură de cromozomi. În celulele somatice, cromozomii sunt întotdeauna perechi, adică în nucleu există doi cromozomi identici care formează o pereche. Astfel de cromozomi se numesc omologi, iar seturile pereche de cromozomi din celulele somatice sunt numite diploide.

Astfel, setul diploid de cromozomi la om este format din 46 de cromozomi, formând 23 de perechi. Fiecare pereche este formată din doi cromozomi identici (omologi).

Caracteristicile structurale ale cromozomilor fac posibilă distingerea lor în 7 grupe, care sunt desemnate prin literele latine A, B, C, D, E, F, G. Toate perechile de cromozomi au numere de serie.

Bărbații și femeile au 22 de perechi de cromozomi identici. Se numesc autozomi. Un bărbat și o femeie diferă într-o pereche de cromozomi, care se numesc cromozomi sexuali. Ele sunt desemnate prin litere - X mare (grupul C) și Y mic (grupul C). În corpul feminin există 22 de perechi de autozomi și o pereche (XX) de cromozomi sexuali. Bărbații au 22 de perechi de autozomi și o pereche (XY) de cromozomi sexuali.

Spre deosebire de celulele somatice, celulele germinale conțin jumătate din setul de cromozomi, adică conțin câte un cromozom din fiecare pereche! Acest set se numește haploid. Setul haploid de cromozomi apare în timpul maturării celulare.

Proteinele joacă un rol foarte important în viața organismelor, îndeplinind funcții de protecție, structurale, hormonale și energetice. Asigură creșterea țesutului muscular și osos. Proteinele informează despre structura celulei, funcțiile și proprietățile biochimice ale acesteia și fac parte din produsele alimentare valoroase care sunt benefice organismului (ouă, produse lactate, pește, nuci, leguminoase, secară și grâu). Digestibilitatea unui astfel de aliment se explică prin valoarea sa biologică. Cu o cantitate egală de proteine, produsul a cărui valoare este mai mare va fi mai ușor de digerat. Polimerii defecte trebuie îndepărtați din corp și înlocuiți cu alții noi. Acest proces are loc în timpul sintezei proteinelor în celule.

Ce sunt proteinele?

Substanțele care constau numai din reziduuri de aminoacizi sunt numite proteine ​​simple (proteine). Dacă este necesar, proprietățile lor energetice sunt folosite, astfel încât persoanele care duc un stil de viață sănătos au adesea nevoie suplimentar de aportul de proteine. Proteinele complexe, proteinele, conțin o proteină simplă și o parte neproteică. Zece aminoacizi din proteine ​​sunt esențiali, ceea ce înseamnă că organismul nu îi poate sintetiza singur, ei provin din alimente, în timp ce ceilalți zece sunt înlocuibili, adică pot fi creați din alți aminoacizi. Așa începe un proces vital pentru toate organismele.

Principalele etape ale biosintezei: de unde provin proteinele?

Noi molecule sunt făcute prin biosinteză, o reacție chimică a unui compus. Există două etape principale ale sintezei proteinelor într-o celulă. Aceasta este transcriere și difuzare. Transcrierea are loc în nucleu. Aceasta este o citire de la ADN (acid dezoxiribonucleic), care transportă informații despre viitoarea proteină, la ARN (acid ribonucleic), care transferă această informație de la ADN în citoplasmă. Acest lucru se întâmplă din cauza faptului că ADN-ul nu participă direct la biosinteză; el transportă doar informații, neavând capacitatea de a pătrunde în citoplasmă unde se sintetizează proteina și îndeplinește doar funcția de purtător de informații genetice. Transcripția vă permite să citiți datele dintr-un șablon ADN în ARN conform principiului complementarității.

Rolul ARN-ului și ADN-ului în proces

Deci, sinteza proteinelor în celule este declanșată de un lanț de ADN care poartă informații despre o anumită proteină și se numește genă. Lanțul de ADN se desfășoară în timpul transcripției, adică helixul său începe să se dezintegreze într-o moleculă liniară. Din ADN, informația trebuie convertită în ARN. În acest proces, adenina ar trebui să devină opusă timinei. Citozina are o pereche de guanine, la fel ca ADN-ul. Opus adeninei, ARN-ul devine uracil, deoarece în ARN nu există o astfel de nucleotidă precum timina, ea este pur și simplu înlocuită cu nucleotida uracil. Citozina este adiacentă guaninei. Opus adeninei este uracil, iar asociat cu timina este adenina. Aceste molecule de ARN care sunt inversate se numesc ARN mesager (ARNm). Ele sunt capabile să iasă din nucleu prin pori în citoplasmă și ribozomi, care, de fapt, îndeplinesc funcția de sinteză a proteinelor în celule.

Despre complex în cuvinte simple

Acum, lanțul polipeptidic al proteinei este asamblat din secvențele de aminoacizi. Transcripția poate fi numită citirea informațiilor despre viitoarea proteină dintr-un șablon ADN pe ARN. Aceasta poate fi definită ca prima etapă. După ce ARN părăsește nucleul, trebuie să călătorească spre ribozomi, unde are loc o a doua etapă, numită translație.

Traducerea este deja o tranziție a ARN-ului, adică transferul de informații de la nucleotide la o moleculă de proteină, atunci când ARN-ul spune ce secvență de aminoacizi ar trebui să fie în substanță. În această ordine, ARN-ul mesager intră în citoplasmă către ribozomi, care realizează sinteza proteinelor în celulă: A (adenină) - G (guanină) - U (uracil) - C (citozină) - U (uracil) - A (adenina).

De ce sunt necesari ribozomii?

Pentru ca translația să aibă loc și, ca rezultat, să se formeze o proteină, sunt necesare componente precum ARN-ul mesager în sine, ARN-ul de transfer și ribozomii ca o „fabrică” în care este produsă proteina. În acest caz, funcționează două tipuri de ARN: informațional, care s-a format în nucleu cu ADN, și transport. A doua moleculă de acid are aspectul de trifoi. Acest „trifoi” atașează un aminoacid la sine și îl transportă la ribozomi. Adică, transportă compuși organici direct la „fabrică” pentru formarea lor.

Cum funcționează ARNr-ul

Există, de asemenea, ARN-uri ribozomale, care fac parte din ribozomul însuși și realizează sinteza proteinelor în celulă. Se dovedește că ribozomii sunt structuri non-membranare; nu au membrane, cum ar fi, de exemplu, un nucleu sau reticulul endoplasmatic, ci constau pur și simplu din proteine ​​și ARN ribozomal. Ce se întâmplă când o secvență de nucleotide, adică ARN mesager, ajunge la ribozomi?

ARN-ul de transfer, care este situat în citoplasmă, trage aminoacizii spre sine. De unde provin aminoacizii din celulă? Și se formează ca urmare a defalcării proteinelor care sunt ingerate cu alimente. Acești compuși sunt transportați de sânge către celule, unde sunt produse proteinele necesare organismului.

Etapa finală a sintezei proteinelor în celule

Aminoacizii plutesc în citoplasmă la fel ca ARN-urile de transfer, iar când lanțul polipeptidic este asamblat direct, acești ARN-uri de transfer încep să se combine cu ei. Cu toate acestea, nu în fiecare secvență și nu fiecare ARN de transfer se poate combina cu toate tipurile de aminoacizi. Există un loc specific de care este atașat aminoacidul necesar. A doua secțiune a ARN-ului de transfer se numește anticodon. Acest element constă din trei nucleotide care sunt complementare cu secvența de nucleotide din ARN-ul mesager. Un aminoacid necesită trei nucleotide. De exemplu, pentru simplitate, o anumită proteină constă doar din doi aminoacizi. Este evident că proteinele au în general o structură foarte lungă și constau din mulți aminoacizi. Lanțul A - G - U se numește triplet, sau codon, iar de acesta se va atașa ARN de transfer sub formă de trifoi, la capătul căruia va exista un anumit aminoacid. Următorul triplet C - U - A va fi alăturat de un alt ARNt, care va conține un aminoacid complet diferit, complementar acestei secvențe. În această ordine, va avea loc o asamblare suplimentară a lanțului polipeptidic.

Semnificația biologică a sintezei

O legătură peptidică se formează între cei doi aminoacizi situati la capetele trifoiilor fiecărui triplet. În această etapă, ARN-ul de transfer intră în citoplasmă. Tripleții sunt apoi uniți de următorul ARN de transfer cu un alt aminoacid, care formează un lanț polipeptidic cu cei doi anteriori. Acest proces se repetă până când se ajunge la secvența necesară de aminoacizi. În acest fel, în celulă are loc sinteza proteinelor și se formează enzime, hormoni, substanțe din sânge etc.. Nu fiecare celulă produce vreo proteină. Fiecare celulă poate produce o anumită proteină. De exemplu, hemoglobina se va forma în celulele roșii din sânge, iar celulele pancreasului vor sintetiza hormoni și diverse enzime care descompun alimentele care intră în organism.

Proteinele actină și miozina se vor forma în mușchi. După cum puteți vedea, procesul de sinteză a proteinelor în celule este în mai multe etape și complex, ceea ce indică importanța și necesitatea acestuia pentru toate ființele vii.