Жизнь является процессом существования белковых молекули. Точно толкова учени, които са убедени, че протеинът е основата на целия живот, се изразяват за него. Тези преценки са абсолютно правилни, защото тези вещества в клетката имат най-голям брой основни функции. Всички други органични съединения играят ролята на енергийни субстрати и отново е необходима енергия за синтеза на протеинови молекули.
Способността на организма да синтезира протеин
Не всички съществуващи организми са способниизвършват синтеза на протеини в клетката. Вирусите и някои видове бактерии не могат да образуват протеини и следователно са паразити и получават необходимите вещества от клетката гостоприемник. Други организми, включително прокариотни клетки, са способни да синтезират протеини. Всички клетки на хора, животни, растения, гъби, почти всички бактерии и протисти живеят благодарение на способността на протеиновата биосинтеза. Това е необходимо за изпълнението на структурообразуващи, защитни, рецепторни, транспортни и други функции.
Поетапно характеризиране на биосинтеза на протеини
Структурата на протеина е кодирана в нуклеиновата киселинакиселина (ДНК или РНК) под формата на кодони. Това е наследствена информация, която се възпроизвежда всеки път, когато клетката се нуждае от ново протеиново вещество. Началото на биосинтеза е предаването на информация на ядрото за необходимостта от синтезиране на нов протеин с вече определени свойства.
В отговор на това районът се деспирализира.нуклеинова киселина, където нейната структура е кодирана. Този сайт се дублира от пратеник РНК и се прехвърля в рибозомата. Те са отговорни за изграждането на полипептидна верига въз основа на шаблон - пратеник РНК. Накратко, всички етапи на биосинтеза са представени, както следва:
- транскрипция (етапът на удвояване на ДНК участък с кодирана протеинова структура);
- обработка (етап на формиране на информационна РНК);
- транслация (синтез на протеини в клетка въз основа на пратеник РНК);
- пост-транслационна модификация („узряване“ на полипептида, образуването на неговата обемна структура).
Транскрипция на нуклеинова киселина
Извършва се целия протеинов синтез в клеткатарибозоми, а информацията за молекулите се съдържа в нуклеиновата киселина (РНК или ДНК). Той се намира в гени: всеки ген е специфичен протеин. Гените съдържат информация за аминокиселинната последователност на новия протеин. В случай на ДНК, премахването на генетичния код се извършва, както следва:
- започва освобождаването на мястото на нуклеиновата киселина от хистоните, настъпва деспирализация;
- ДНК полимеразата удвоява частта от ДНК, в която се съхранява протеиновият ген;
- удвоеният сайт е предшественик на пратеника РНК, който се обработва от ензими за отстраняване на некодиращи вложки (въз основа на него се синтезира иРНК).
Въз основа на проинформационната РНК се синтезира иРНК. Това вече е матрикс, след което синтезът на протеини в клетката се осъществява върху рибозомите (в грубия ендоплазмен ретикулум).
Синтез на рибозомни протеини
Messenger RNA има два края, коитоиздаден като 3`- 5`. Четенето и синтезът на протеини върху рибозомите започва от 5'-края и продължава до интрона - регион, който не кодира никоя от аминокиселините. Работи по следния начин:
- пратеник РНК се "нанизва" върху рибозомата, свързва първата аминокиселина;
- рибозомата се измества в информационната РНК от един кодон;
- транспортната РНК осигурява желаната (кодирана от този иРНК кодон) алфа аминокиселина;
- аминокиселината се свързва с изходната аминокиселина, за да образува дипептид;
- след това иРНК отново се измества от един кодон, въвежда се алфа аминокиселина и се прикрепя към нарастващата пептидна верига.
Веднага след като рибозомата достигне интрона(некодираща вложка), messenger RNA просто продължава напред. След това, с напредването на информационната РНК, рибозомата отново достига екзона, регион, чиято нуклеотидна последователност съответства на определена аминокиселина.
Присъединяването започва отново от това мястопротеинови мономери към веригата. Процесът продължава, докато се появи следващият интрон или докато стоп кодонът. Последният спира синтеза на полипептидната верига, след което първичната структура на протеина се счита за завършена и започва етап на постсинтетична (пост-транслационна) модификация на молекулата.
Пост-транслационна модификация
След транслация се получава синтез на протеин вцистерни на гладкия ендоплазмен ретикулум. Последният съдържа малко количество рибозоми. В някои клетки те могат да отсъстват напълно в RES. Такива области са необходими, за да се образува първо вторична, след това третична или, ако е програмирана, четвъртична структура.
Целият протеинов синтез в клетката се осъществява на ценаогромно количество АТФ енергия. Следователно всички други биологични процеси са необходими за поддържане на биосинтеза на протеини. В допълнение, част от енергията е необходима за транспортиране на протеини в клетката чрез активен транспорт.
Много от протеините се транспортират от едно мястоклетки към друга за модификация. По-специално, пост-транслационният протеинов синтез се среща в комплекса на Голджи, където въглехидратен или липиден домен е прикрепен към полипептид с определена структура.
