تخليق البروتين عملية مهمة للغاية. هو الذي يساعد أجسادنا على النمو والتطور. أنها تنطوي على العديد من الهياكل الخلوية. بعد كل شيء ، تحتاج أولاً إلى فهم ما سنقوم بتجميعه بالضبط.
ما هو البروتين الذي يجب بناؤه في الوقت الحالي - الإنزيمات مسؤولة عن ذلك. يتلقون إشارات من الخلية حول الحاجة إلى بروتين معين ، وبعد ذلك يبدأ تركيبه.
حيث يحدث تخليق البروتين
في أي خلية ، الموقع الرئيسي لتخليق البروتين هو الريبوسوم. إنه جزيء كبير ذو هيكل غير متماثل معقد. يتكون من RNA (الأحماض النووية الريبية) والبروتينات. يمكن أن توجد الريبوسومات منفردة. ولكن في أغلب الأحيان يتم دمجها مع EPS ، مما يسهل الفرز اللاحق ونقل البروتينات.
إذا كانت الريبوسومات تقع على الشبكة الإندوبلازمية ، فإنها تسمى ER الخام. عندما تكون الترجمة مكثفة ، يمكن أن تتحرك عدة ريبوسومات على طول قالب واحد في وقت واحد. إنهم يتبعون بعضهم البعض ولا يتدخلون في العضيات الأخرى على الإطلاق.
ما هو مطلوب للتوليفسنجاب
لكي تستمر العملية ، من الضروري أن تكون جميع المكونات الرئيسية لنظام تخليق البروتين في مكانها الصحيح:
- برنامج يحدد ترتيب بقايا الأحماض الأمينية في السلسلة ، وتحديدًا mRNA ، والذي سينقل هذه المعلومات من الحمض النووي إلى الريبوسومات.
- مادة الأحماض الأمينية التي سيُبنى منها جزيء جديد.
- tRNA ، التي ستوصل كل حمض أميني إلى الريبوسوم ، ستشارك في فك الشفرة الجينية.
- تركيبة Aminoacyl-tRNA.
- الريبوسوم هو الموقع الرئيسي لتخليق البروتين.
- طاقة
- أيونات المغنيسيوم.
- عوامل البروتين (كل مرحلة لها خاصتها).
الآن دعونا نلقي نظرة على كل منها بمزيد من التفصيل ومعرفة كيفية تكوين البروتينات. آلية التخليق الحيوي مثيرة جدًا للاهتمام ، حيث تعمل جميع المكونات بطريقة منسقة بشكل غير عادي.
برنامج التوليف ، بحث المصفوفة
جميع المعلومات المتعلقة بالبروتينات التي يمكن أن يبنيها الجسم موجودة في الحمض النووي. يستخدم حمض الديوكسي ريبونوكلييك لتخزين المعلومات الجينية. إنها معبأة بشكل آمن في الكروموسومات وتقع في الخلية في النواة (إذا كنا نتحدث عن حقيقيات النوى) أو تطفو في السيتوبلازم (في بدائيات النوى).
بعد بحث الحمض النووي والاعتراف بدوره الجيني ، أصبح من الواضح أنه ليس نموذجًا مباشرًا للترجمة. أدت الملاحظات إلى اقتراحات بأن الحمض النووي الريبي مرتبط بتخليق البروتين. قرر العلماء أنه يجب أن يكون وسيطًا ، ينقل المعلومات من الحمض النووي إلى الريبوسومات ، ويكون بمثابة مصفوفة.
في نفس الوقت كانت هناكالريبوسومات مفتوحة ، ويشكل RNA الغالبية العظمى من حمض الريبونوكلييك الخلوي. للتحقق مما إذا كانت مصفوفة لتخليق البروتين ، أ. أجرى تحليل مقارن لتكوين الأحماض النووية في عدد كبير من الكائنات الحية الدقيقة.
كان من المفترض أنه إذا كانت فكرة مخطط "DNA-rRNA-protein" صحيحة ، فإن تكوين الحمض النووي الريبي الكلي سيتغير بنفس طريقة الحمض النووي. ولكن ، على الرغم من الاختلافات الهائلة في حمض الديوكسي ريبونوكلييك في الأنواع المختلفة ، كان تكوين إجمالي الحمض الريبي النووي متشابهًا في جميع البكتيريا التي تم النظر فيها. من هذا ، استنتج العلماء أن الحمض النووي الريبي الخلوي الرئيسي (أي الريبوسوم) ليس وسيطًا مباشرًا بين ناقل المعلومات الجينية والبروتين.
اكتشاف مرنا
اكتشف لاحقًا أن جزءًا صغيرًا من الحمض النووي الريبي يكرر تكوين الحمض النووي ويمكن أن يعمل كوسيط. في عام 1956 ، درس E. Volkin و F. Astrachan عملية تخليق الحمض النووي الريبي في البكتيريا المصابة بالعاثية T2. بعد أن يدخل الخلية ، يتحول إلى تركيب بروتينات الملتهمة. في الوقت نفسه ، لم يتغير الجزء الرئيسي من الحمض النووي الريبي. ولكن في الخلية ، بدأ تصنيع جزء صغير من الحمض النووي الريبي غير المستقر استقلابيًا ، وهو تسلسل النيوكليوتيدات الذي كان مشابهًا لتكوين الحمض النووي للعاثية.
في عام 1961 ، تم عزل هذا الجزء الصغير من الحمض النووي الريبي من الكتلة الكلية للحمض النووي الريبي. تم الحصول على أدلة على وظيفتها الوسيطة من التجارب. بعد إصابة الخلايا بالعاثية T4 ، تم تشكيل مرنا جديد. لقد تواصلت مع السادة القدامىالريبوسومات (لم يتم العثور على ريبوسومات جديدة بعد الإصابة) ، والتي بدأت في تصنيع بروتينات الملتهمة. تم العثور على هذا "الحمض النووي الريبي الشبيه بالحمض النووي" ليكون مكملاً لأحد خيوط الحمض النووي للعاثية.
في عام 1961 ، اقترح F. Jacob و J. Monod أن هذا الحمض النووي الريبي يحمل المعلومات من الجينات إلى الريبوسومات وهو مصفوفة للترتيب التسلسلي للأحماض الأمينية أثناء تخليق البروتين.
يتم نقل المعلومات إلى موقع تخليق البروتين بواسطة mRNA. تسمى عملية قراءة المعلومات من الحمض النووي وإنشاء مرسال الحمض النووي الريبي النسخ. بعد ذلك ، يخضع الحمض النووي الريبي لسلسلة من التغييرات الإضافية ، وهذا ما يسمى "المعالجة". في غضون ذلك ، يمكن قطع أقسام معينة من حمض المصفوفة الريبونوكليك. ثم يذهب mRNA إلى الريبوسومات.
مواد البناء للبروتينات: الأحماض الأمينية
هناك 20 حمضًا أمينيًا في المجموع ، بعضها ضروري ، أي لا يستطيع الجسم تصنيعها. إذا كان بعض الحمض في الخلية غير كافٍ ، فقد يؤدي ذلك إلى تباطؤ في الترجمة أو حتى توقف كامل للعملية. إن وجود كل حمض أميني بكمية كافية هو المطلب الرئيسي لتكوين البروتين الحيوي للمضي قدمًا بشكل صحيح.
حصل العلماء على معلومات عامة عن الأحماض الأمينية في القرن التاسع عشر. ثم ، في عام 1820 ، تم عزل أول نوعين من الأحماض الأمينية ، الجلايسين والليوسين.
تسلسل هذه المونومرات في البروتين (ما يسمى بالبنية الأولية) يحدد تمامًا مستوياته التالية من التنظيم ، وبالتالي خصائصه الفيزيائية والكيميائية.
نقل الأحماض الأمينية: tRNA و aa-tRNA synthetase
لكن الأحماض الأمينية لا يمكنها بناء نفسها في سلسلة بروتينية. من أجل الوصول إلى الموقع الرئيسي للتخليق الحيوي للبروتين ، يلزم نقل الحمض النووي الريبي.
يتعرف كل مركب aa-tRNA على الحمض الأميني الخاص به فقط وعلى الحمض النووي الريبي الذي يجب أن يرتبط به فقط. اتضح أن عائلة الإنزيمات هذه تضم 20 نوعًا من التركيبات. يبقى فقط أن نقول أن الأحماض الأمينية مرتبطة بـ tRNA ، بشكل أكثر دقة ، بـ "ذيل" متقبل الهيدروكسيل. يجب أن يكون لكل حمض RNA الناقل الخاص به. تتم مراقبة ذلك عن طريق تخليق aminoacyl-tRNA. إنه لا يطابق الأحماض الأمينية بالنقل الصحيح فحسب ، بل ينظم أيضًا تفاعل ارتباط الإستر.
بعد تفاعل ارتباط ناجح ، ينتقل الحمض الريبي النووي النقال إلى موقع تخليق البروتين. هذا ينهي العمليات التحضيرية ويبدأ البث. ضع في اعتبارك الخطوات الرئيسية في التخليق الحيوي للبروتين :
- بدء ؛
- استطالة ؛
- الإنهاء.
خطوات التوليف: البدء
كيف يتم التخليق الحيوي للبروتين وتنظيمه؟ يحاول العلماء معرفة ذلك لفترة طويلة. تم طرح العديد من الفرضيات ، ولكن كلما أصبحت المعدات أكثر حداثة ، بدأنا في فهم مبادئ البث بشكل أفضل.
يبدأ الريبوسوم ، الموقع الرئيسي للتخليق الحيوي للبروتين ، في قراءة الرنا المرسال من النقطة التي يبدأ عندها الجزء الذي يشفر سلسلة البولي ببتيد. هذه النقطة تقع على معينبعيدًا عن بداية RNA الرسول. يجب أن يتعرف الريبوسوم على النقطة الموجودة على mRNA التي تبدأ منها القراءة ويتصل بها.
بدء - مجموعة من الأحداث التي توفر بداية البث. يتضمن البروتينات (عوامل البدء) ، البادئ tRNA وكودون البادئ الخاص. في هذه المرحلة ، ترتبط الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم ببروتينات البدء. يمنعونها من الاتصال بالوحدة الفرعية الكبيرة. لكنها تسمح لك بالاتصال بالبادئ tRNA و GTP.
ثم هذا المركب "يجلس" على mRNA ، بالضبط على الموقع الذي يتعرف عليه أحد عوامل البدء. لا يمكن أن يكون هناك خطأ ، ويبدأ الريبوسوم رحلته عبر messenger RNA ، ويقرأ أكواده.
بمجرد وصول المركب إلى كودون البدء (AUG) ، تتوقف الوحدة الفرعية عن الحركة ، وبمساعدة عوامل بروتينية أخرى ، ترتبط بالوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم.
خطوات التركيب: استطالة
تتضمن قراءة mRNA التوليف المتسلسل لسلسلة بروتينية بواسطة بولي ببتيد. ويستمر بإضافة بقايا حمض أميني تلو الأخرى إلى الجزيء قيد الإنشاء.
يتم إضافة كل بقايا حمض أميني جديد إلى نهاية الكربوكسيل من الببتيد ، الطرف C ينمو.
خطوات التركيب: الإنهاء
عندما يصل الريبوسوم إلى كودون الإنهاء لـ RNA الرسول ، يتوقف تخليق سلسلة البولي ببتيد. في وجودها ، لا يمكن للعضية قبول أي الحمض النووي الريبي. بدلاً من ذلك ، تلعب عوامل الإنهاء دورًا. يطلقون البروتين النهائي من الريبوسوم المتوقف.
بعدبعد إنهاء الترجمة ، يمكن للريبوسوم إما ترك mRNA أو الاستمرار في الانزلاق على طوله دون ترجمة.
سيؤدي اجتماع الريبوسوم مع كودون بدء جديد (على نفس الخيط أثناء استمرار الحركة أو على mRNA جديد) إلى بدء جديد.
بعد أن يغادر الجزيء النهائي الموقع الرئيسي للتخليق الحيوي للبروتين ، يتم تمييزه وإرساله إلى وجهته. ما هي الوظائف التي ستؤديها تعتمد على هيكلها.
التحكم في العملية
اعتمادًا على احتياجاتهم ، ستتحكم الخلية بشكل مستقل في البث. يعد تنظيم التخليق الحيوي للبروتين وظيفة مهمة للغاية. يمكن عمل ذلك بعدة طرق.
إذا لم تكن الخلية بحاجة إلى نوع من المركب ، فستوقف التخليق الحيوي للحمض النووي الريبي - كما سيتوقف التخليق الحيوي للبروتين عن الحدوث. بعد كل شيء ، بدون مصفوفة ، لن تبدأ العملية برمتها. وسرعان ما تتحلل mRNAs القديمة.
هناك تنظيم آخر للتخليق الحيوي للبروتين: تخلق الخلية إنزيمات تتداخل مع مرحلة البدء. تتعارض مع الترجمة ، حتى لو توفرت مصفوفة القراءة.
الطريقة الثانية ضرورية عند الحاجة إلى إيقاف تصنيع البروتين في الوقت الحالي. تتضمن الطريقة الأولى استمرار الترجمة البطيئة لبعض الوقت بعد توقف تخليق الرنا المرسال.
الخلية هي نظام معقد للغاية يتم فيه الحفاظ على توازن كل شيء والعمل الدقيق لكل جزيء. من المهم معرفة مبادئ كل عملية تحدث في الخلية. حتى نتمكن من فهم ما يحدث في الأنسجة والجسم ككل بشكل أفضل.
