การสังเคราะห์ทางชีวภาพของโปรตีน: สั้นและชัดเจน การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิต

เพื่อศึกษากระบวนการที่เกิดขึ้นในร่างกายคุณจำเป็นต้องรู้ว่าเกิดอะไรขึ้นในระดับเซลล์ และสารประกอบโปรตีนมีบทบาทสำคัญที่สุด จำเป็นต้องศึกษาไม่เพียง แต่หน้าที่ของพวกเขาเท่านั้น แต่ยังต้องศึกษากระบวนการสร้างด้วย ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องอธิบายการสังเคราะห์โปรตีนอย่างสั้นและชัดเจน เกรด 9 เหมาะที่สุดสำหรับสิ่งนี้ ในขั้นตอนนี้นักเรียนมีความรู้เพียงพอที่จะเข้าใจหัวข้อนี้

โปรตีน - คืออะไรและมีไว้เพื่ออะไร

สารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงเหล่านี้มีขนาดใหญ่มากบทบาทในชีวิตของสิ่งมีชีวิตใด ๆ โปรตีนเป็นโพลีเมอร์ กล่าวคือ พวกมันประกอบด้วย "ชิ้น" ที่คล้ายกันจำนวนมาก จำนวนของพวกเขาอาจแตกต่างกันไปจากหลายร้อยถึงหลายพัน

ในเซลล์ โปรตีนมีหน้าที่หลายอย่าง บทบาทของพวกมันยังยอดเยี่ยมในระดับองค์กรที่สูงขึ้น: เนื้อเยื่อและอวัยวะส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการทำงานที่ถูกต้องของโปรตีนต่างๆ

ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนทั้งหมดมีต้นกำเนิดจากโปรตีน แต่เป็นสารเหล่านี้ที่ควบคุมกระบวนการทั้งหมดในร่างกาย

เฮโมโกลบินยังเป็นโปรตีนซึ่งประกอบด้วยโซ่สี่สายซึ่งเชื่อมต่ออยู่ตรงกลางด้วยอะตอมของเหล็ก โครงสร้างนี้ช่วยให้เซลล์เม็ดเลือดแดงนำออกซิเจนได้

จำไว้ว่าเยื่อหุ้มทั้งหมดมีโปรตีน จำเป็นสำหรับการถ่ายโอนสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

ยังมีหน้าที่อื่นๆ อีกมากมายของโมเลกุลโปรตีน ซึ่งทำหน้าที่อย่างชัดเจนและไม่มีข้อสงสัย สารประกอบที่น่าอัศจรรย์เหล่านี้มีความหลากหลายมาก ไม่เพียงแต่ในบทบาทในเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างด้วย

การสังเคราะห์เกิดขึ้นที่ไหน

ไรโบโซมเป็นออร์แกเนลล์ที่ผ่านส่วนหลักของกระบวนการที่เรียกว่า "การสังเคราะห์โปรตีน" ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 ในโรงเรียนต่าง ๆ แตกต่างกันไปในหลักสูตรการศึกษาชีววิทยา แต่ครูจำนวนมากให้เนื้อหาเกี่ยวกับออร์แกเนลล์ล่วงหน้าก่อนที่จะศึกษาการออกอากาศ

จึงทำให้นักเรียนจดจำได้ง่ายผ่านวัสดุและรวมเข้าด้วยกัน คุณควรตระหนักว่าสามารถสร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์ได้เพียงสายเดียวบนออร์แกเนลล์ครั้งละหนึ่งออร์แกเนลล์ ซึ่งไม่เพียงพอต่อความต้องการทั้งหมดของเซลล์ ดังนั้นจึงมีไรโบโซมจำนวนมาก และส่วนใหญ่มักจะรวมกับเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม

EPS นี้เรียกว่าหยาบ ประโยชน์ของ "ความร่วมมือ" ดังกล่าวชัดเจน: โปรตีนเข้าสู่ช่องทางการขนส่งทันทีหลังจากการสังเคราะห์และสามารถส่งไปยังปลายทางโดยไม่ชักช้า

แต่ถ้าคุณคำนึงถึงจุดเริ่มต้นและการอ่านข้อมูลจาก DNA อย่างแม่นยำ เราสามารถพูดได้ว่าการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่มีชีวิตเริ่มต้นในนิวเคลียส ที่นั่นมีการสังเคราะห์ RNA ของผู้ส่งสารซึ่งมีรหัสพันธุกรรม

วัสดุที่จำเป็น - กรดอะมิโน ไซต์สังเคราะห์ - ไรโบโซม

ดูเหมือนยากที่จะอธิบายว่ามันดำเนินไปอย่างไรการสังเคราะห์โปรตีนโดยสังเขปและชัดเจน จำเป็นต้องมีแผนภาพของกระบวนการและตัวเลขจำนวนมาก พวกเขาจะช่วยถ่ายทอดข้อมูลทั้งหมดและนักเรียนจะสามารถจดจำได้ง่ายขึ้น

ก่อนอื่น การสังเคราะห์ต้องใช้ "วัสดุก่อสร้าง" - กรดอะมิโน บางส่วนถูกผลิตขึ้นโดยร่างกาย คนอื่นสามารถรับได้ด้วยอาหารเท่านั้นเรียกว่าไม่สามารถถูกแทนที่ได้

จำนวนกรดอะมิโนทั้งหมดยี่สิบตัว แต่เนื่องมาจากมีตัวเลือกมากมายที่สามารถจัดเรียงเป็นสายยาวได้ โมเลกุลโปรตีนมีความหลากหลายมาก กรดเหล่านี้มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน แต่มีอนุมูลต่างกัน

เป็นคุณสมบัติของส่วนต่างๆ เหล่านี้ของกรดอะมิโนแต่ละชนิดกำหนดว่าโครงสร้างใดที่ลูกโซ่ผลลัพธ์จะ "พับ" ไม่ว่าจะสร้างโครงสร้างสี่ส่วนกับสายโซ่อื่นๆ หรือไม่ และโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ได้จะมีคุณสมบัติอย่างไร

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนไม่สามารถดำเนินการได้แค่ในไซโตพลาสซึม มันต้องการไรโบโซม ออร์แกเนลล์นี้ประกอบด้วยสองหน่วยย่อย - ใหญ่และเล็ก ที่เหลือจะถูกตัดการเชื่อมต่อ แต่ทันทีที่การสังเคราะห์เริ่มต้นขึ้น พวกมันจะเชื่อมต่อและเริ่มทำงานทันที

กรดไรโบนิวคลีอิกที่สำคัญและแตกต่างกัน

เพื่อนำกรดอะมิโนไปยังไรโบโซมคุณต้องมี RNA พิเศษที่เรียกว่าการขนส่ง RNA สำหรับตัวย่อจะเรียกว่า t-RNA โมเลกุลโคลเวอร์ลีฟสายเดี่ยวนี้มีความสามารถในการยึดกรดอะมิโนหนึ่งตัวเข้ากับปลายอิสระและขนส่งไปยังบริเวณที่มีการสังเคราะห์โปรตีน

RNA อื่นที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีนเรียกว่าเมทริกซ์ (ข้อมูล) มันมีองค์ประกอบที่สำคัญไม่แพ้กันของการสังเคราะห์ ซึ่งเป็นรหัสที่มีการสะกดอย่างชัดเจนว่าเมื่อใดที่กรดอะมิโนจะยึดติดกับห่วงโซ่โปรตีนที่เป็นผล

โมเลกุลนี้มีโครงสร้างเป็นเกลียวเดียวประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เช่นเดียวกับดีเอ็นเอ โครงสร้างหลักของกรดนิวคลีอิกเหล่านี้มีความแตกต่างบางประการ ซึ่งคุณสามารถอ่านได้ในบทความเปรียบเทียบของเราเกี่ยวกับ RNA และ DNA

MRNA ได้รับข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบโปรตีนจากผู้ดูแลหลักของรหัสพันธุกรรม - DNA กระบวนการอ่านกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกและการสังเคราะห์ mRNA เรียกว่าการถอดรหัส

มันเกิดขึ้นในนิวเคลียสจากตำแหน่งที่ mRNA ผลลัพธ์ถูกส่งไปยังไรโบโซม ดีเอ็นเอเองไม่ได้ออกจากนิวเคลียส หน้าที่ของมันคือการรักษารหัสพันธุกรรมและถ่ายโอนไปยังเซลล์ลูกสาวในระหว่างการแบ่งตัว

ตารางสรุปผู้เข้าร่วมหลักในการออกอากาศ

เพื่อที่จะอธิบายการสังเคราะห์โปรตีนอย่างสั้นและชัดเจน ตารางนี้จึงจำเป็นอย่างยิ่ง ในนั้นเราจะเขียนองค์ประกอบทั้งหมดและบทบาทของพวกเขาในกระบวนการนี้ซึ่งเรียกว่าการออกอากาศ

สิ่งที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์	ทำหน้าที่อะไร
กรดอะมิโน	ทำหน้าที่เป็นวัสดุก่อสร้างสำหรับสายโซ่โปรตีน
ไรโบโซม	เป็นสถานที่สำหรับการออกอากาศ
t-RNA	ขนส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม
m-RNA	ส่งข้อมูลเกี่ยวกับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนไปยังไซต์การสังเคราะห์

กระบวนการในการสร้างสายโซ่โปรตีนนั้นแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน ลองมาดูที่แต่ละของพวกเขา หลังจากนั้น คุณสามารถอธิบายให้ทุกคนทราบเกี่ยวกับการสังเคราะห์โปรตีนอย่างกระชับและเข้าใจได้ง่าย

Initiation - จุดเริ่มต้นของกระบวนการ

นี่เป็นช่วงเริ่มต้นของการออกอากาศซึ่งมีเพียงเล็กน้อยยูนิตย่อยไรโบโซมจับกับ t-RNA ตัวแรก กรดไรโบนิวคลีอิกนี้มีกรดอะมิโนเมไทโอนีน การแปลเริ่มต้นด้วยกรดอะมิโนนี้เสมอ เนื่องจากโคดอนเริ่มต้นคือ AUG ซึ่งเข้ารหัสโมโนเมอร์ตัวแรกในสายโซ่โปรตีน

เพื่อให้ไรโบโซมรับรู้ codon เริ่มต้นและไม่ได้เริ่มการสังเคราะห์จากตรงกลางของยีน ซึ่งลำดับ AUG สามารถปรากฏขึ้นได้เช่นกัน ลำดับพิเศษของนิวคลีโอไทด์จะตั้งอยู่รอบ ๆ codon เริ่มต้น มันมาจากพวกมันที่ไรโบโซมจำตำแหน่งที่ยูนิตย่อยขนาดเล็กควรนั่ง

หลังจากการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ด้วย mRNA ขั้นตอนการเริ่มต้นจะสิ้นสุดลง และเวทีหลักของการออกอากาศก็เริ่มขึ้น

การยืดตัว - การสังเคราะห์ระดับกลาง

ในขั้นตอนนี้ จะค่อยๆ ก่อตัวขึ้นของสายโปรตีน ระยะเวลาของการยืดตัวขึ้นอยู่กับปริมาณกรดอะมิโนในโปรตีน

อย่างแรกเลย ไปที่หน่วยย่อยเล็กๆ ของไรโบโซมเข้าร่วมใหญ่ และ t-RNA เริ่มต้นปรากฏอยู่ในนั้นทั้งหมด มีเพียงเมไทโอนีนเท่านั้นที่ยังคงอยู่ภายนอก นอกจากนี้ t-RNA ตัวที่สองซึ่งมีกรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่

ถ้า codon ที่สองบน mRNA เกิดขึ้นพร้อมกับ anticodon ที่ด้านบนสุดของ cloverleaf กรดอะมิโนตัวที่สองจะติดอยู่กับตัวแรกผ่านพันธะเปปไทด์

หลังจากนั้น ไรโบโซมจะเคลื่อนที่ไปตาม m-RNA อย่างแน่นอนโดยนิวคลีโอไทด์สามตัว (หนึ่ง codon) t-RNA ตัวแรกจะแยกเมไทโอนีนออกจากตัวมันเองและแยกออกจากคอมเพล็กซ์ แทนที่ของมันคือ t-RNA ที่สองซึ่งในตอนท้ายมีกรดอะมิโนสองตัวที่แขวนอยู่

จากนั้น t-RNA ตัวที่สามจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่และกระบวนการจะทำซ้ำ มันจะดำเนินต่อไปจนกว่าไรโบโซมจะกระทบกับโคดอนใน mRNA ซึ่งส่งสัญญาณการสิ้นสุดการแปล

การสิ้นสุด

เวทีนี้เป็นขั้นตอนสุดท้าย สำหรับบางคนก็ทำได้ดูโหดร้ายมาก โมเลกุลและออร์แกเนลล์ทั้งหมดที่ทำงานอย่างกลมกลืนเพื่อสร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์จะหยุดทันทีที่ไรโบโซมกระทบโคดอนขั้ว

มันไม่ได้เข้ารหัสสำหรับกรดอะมิโนใด ๆ ดังนั้นไม่ว่า t-RNA ใดจะเข้าสู่หน่วยย่อยขนาดใหญ่ พวกเขาทั้งหมดจะถูกปฏิเสธเนื่องจากไม่ตรงกัน นี่คือจุดที่ปัจจัยการสิ้นสุดเข้ามาเล่น ซึ่งแยกโปรตีนสำเร็จรูปออกจากไรโบโซม

ออร์แกเนลล์นั้นสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วนได้หน่วยย่อยหรือดำเนินการต่อผ่าน mRNA เพื่อค้นหา codon เริ่มต้นใหม่ ไรโบโซมหลายตัวสามารถพบได้ใน mRNA เดียว แต่ละคนอยู่ในขั้นตอนของการแปลโปรตีนที่สร้างขึ้นใหม่มาพร้อมกับเครื่องหมายซึ่งทุกคนจะเข้าใจปลายทางของมัน และโดย EPS ก็จะถูกส่งไปยังที่ที่ต้องการ

เพื่อให้เข้าใจถึงบทบาทของการสังเคราะห์โปรตีนจึงจำเป็นสำรวจว่าสามารถทำหน้าที่ใดได้บ้าง ขึ้นอยู่กับลำดับของกรดอะมิโนในสายโซ่ เป็นคุณสมบัติของโปรตีนที่กำหนดโครงสร้างรอง, ตติยภูมิ, และบางครั้งควอเตอร์นารี (ถ้ามี) ของโปรตีนและบทบาทของโปรตีนในเซลล์ คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหน้าที่ของโมเลกุลโปรตีนได้ในบทความในหัวข้อนี้

วิธีหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกอากาศ

บทความนี้อธิบายการสังเคราะห์โปรตีนในสิ่งมีชีวิตกรง. แน่นอน หากคุณศึกษาหัวข้อนี้ให้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น อาจต้องใช้เวลาหลายหน้าในการอธิบายขั้นตอนโดยละเอียด แต่เนื้อหาข้างต้นน่าจะเพียงพอสำหรับแนวคิดทั่วไป เนื้อหา วิดีโอที่นักวิทยาศาสตร์ได้จำลองทุกขั้นตอนของการออกอากาศจะมีประโยชน์มากในการทำความเข้าใจ บางส่วนได้รับการแปลเป็นภาษารัสเซียและสามารถใช้เป็นคู่มือที่ยอดเยี่ยมสำหรับนักเรียนหรือเพียงแค่วิดีโอเพื่อการศึกษา

เพื่อให้เข้าใจหัวข้อนี้มากขึ้น คุณควรอ่านบทความอื่นๆ ในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น เกี่ยวกับกรดนิวคลีอิกหรือเกี่ยวกับหน้าที่ของโปรตีน