เมื่อเกิดการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ - คำอธิบายหน้าที่ของกระบวนการ

การศึกษา

การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นที่ไหน? สาระสำคัญของกระบวนการและตำแหน่งของการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อเซลล์ เนื่องจากโปรตีนเป็นสารที่ซับซ้อนและมีบทบาทสำคัญในเนื้อเยื่อ จึงมีความสำคัญ ด้วยเหตุนี้จึงมีการนำกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนทั้งสายโซ่มาใช้ในเซลล์ซึ่งเกิดขึ้นในออร์แกเนลล์หลายแห่ง สิ่งนี้รับประกันการสืบพันธุ์ของเซลล์และความเป็นไปได้ของการดำรงอยู่

สาระสำคัญของกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน

สถานที่แห่งเดียวสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนคือโครงข่ายเอนโดพลาสมิกแบบหยาบ ไรโบโซมจำนวนมากซึ่งมีหน้าที่สร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์ตั้งอยู่ที่นี่ อย่างไรก็ตาม ก่อนเริ่มขั้นตอนการแปล (กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน) จำเป็นต้องมีการกระตุ้นการทำงานของยีน ซึ่งจะเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีน หลังจากนั้น จำเป็นต้องคัดลอก DNA ส่วนนี้ (หรือ RNA หากพิจารณาการสังเคราะห์ทางชีวภาพของแบคทีเรีย)

หลังจากคัดลอก DNA แล้ว จำเป็นต้องมีกระบวนการสร้าง Messenger RNA โดยพื้นฐานแล้วจะทำการสังเคราะห์สายโซ่โปรตีน ยิ่งไปกว่านั้น ทุกระยะที่เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของกรดนิวคลีอิกจะต้องเกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์ อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่จุดที่เกิดการสังเคราะห์โปรตีน นี่คือตำแหน่งที่มีการเตรียมการสำหรับการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

การสังเคราะห์โปรตีนไรโบโซม

ตำแหน่งหลักที่การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นคือไรโบโซม ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ของเซลล์ที่ประกอบด้วยสองหน่วยย่อย มีโครงสร้างดังกล่าวจำนวนมากในเซลล์และส่วนใหญ่ตั้งอยู่บนเยื่อหุ้มของโครงร่างเอนโดพลาสซึมแบบหยาบ การสังเคราะห์ทางชีวภาพนั้นเกิดขึ้นดังนี้: Messenger RNA ที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์จะออกผ่านรูขุมขนนิวเคลียร์เข้าสู่ไซโตพลาสซึมและไปพบกับไรโบโซม จากนั้น mRNA จะถูกผลักเข้าไปในช่องว่างระหว่างหน่วยย่อยของไรโบโซม หลังจากนั้นกรดอะมิโนตัวแรกจะถูกตรึงไว้

กรดอะมิโนจะถูกส่งไปยังสถานที่ซึ่งการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นโดยใช้การถ่ายโอน RNA โมเลกุลดังกล่าวหนึ่งโมเลกุลสามารถให้กรดอะมิโนได้ครั้งละหนึ่งตัว พวกมันจะถูกแนบตามลำดับขึ้นอยู่กับลำดับโคดอนของ Messenger RNA นอกจากนี้การสังเคราะห์อาจหยุดไประยะหนึ่ง

เมื่อเคลื่อนที่ไปตาม mRNA ไรโบโซมสามารถเข้าสู่บริเวณ (อินตรอน) ที่ไม่ได้เข้ารหัสกรดอะมิโน ในตำแหน่งเหล่านี้ ไรโบโซมจะเคลื่อนที่ไปตาม mRNA แต่ไม่มีการเพิ่มกรดอะมิโนเข้าไปในสายโซ่ เมื่อไรโบโซมไปถึงเอ็กซอน ซึ่งก็คือบริเวณที่เข้ารหัสกรด ก็จะเกาะติดกับโพลีเปปไทด์อีกครั้ง

วิดีโอในหัวข้อ

การดัดแปลงโปรตีนหลังการสังเคราะห์

หลังจากที่ไรโบโซมถึงจุดหยุดโคดอนของ Messenger RNA กระบวนการสังเคราะห์โดยตรงจะเสร็จสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลที่ได้นั้นมีโครงสร้างหลักและยังไม่สามารถทำหน้าที่ที่สงวนไว้ได้ เพื่อให้ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ โมเลกุลจะต้องถูกจัดเป็นโครงสร้างบางอย่าง: ทุติยภูมิ ตติยภูมิ หรือซับซ้อนกว่านั้น - ควอเทอร์นารี

การจัดโครงสร้างของโปรตีน

โครงสร้างรองเป็นขั้นตอนแรกของการจัดโครงสร้าง เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ สายโซ่โพลีเปปไทด์หลักจะต้องขด (ก่อตัวเป็นเกลียวอัลฟา) หรือพับ (สร้างแผ่นเบต้า) จากนั้น เพื่อที่จะกินพื้นที่น้อยลงตามความยาว โมเลกุลจึงหดตัวและพันกันเป็นลูกบอลเนื่องจากพันธะไฮโดรเจน โควาเลนต์ และไอออนิก ตลอดจนปฏิกิริยาระหว่างอะตอม ดังนั้นจึงได้โครงสร้างทรงกลมของโปรตีน

โครงสร้างโปรตีนควอเตอร์นารี

โครงสร้างควอเทอร์นารีเป็นสิ่งที่ซับซ้อนที่สุด ประกอบด้วยหลายส่วนที่มีโครงสร้างทรงกลมเชื่อมต่อกันด้วยเส้นใยโพลีเปปไทด์ไฟบริลลาร์ นอกจากนี้โครงสร้างตติยภูมิและควอเทอร์นารีอาจมีคาร์โบไฮเดรตหรือไขมันตกค้างซึ่งจะขยายขอบเขตการทำงานของโปรตีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งไกลโคโปรตีนซึ่งเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตเป็นอิมมูโนโกลบูลินและทำหน้าที่ป้องกัน ไกลโคโปรตีนยังตั้งอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์และทำงานเป็นตัวรับ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลไม่ได้ถูกดัดแปลงในบริเวณที่การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้น แต่อยู่ในเรติคูลัมเอนโดพลาสมิกแบบเรียบ มีความเป็นไปได้ที่จะเกาะติดไขมัน โลหะ และคาร์โบไฮเดรตเข้ากับโดเมนโปรตีน

ปัจจุบัน

บทบาทของโปรตีนในเซลล์และร่างกาย

บทบาทของโปรตีนในชีวิตของเซลล์และขั้นตอนหลักของการสังเคราะห์ โครงสร้างและหน้าที่ของไรโบโซม บทบาทของไรโบโซมในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน

โปรตีนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการชีวิตของเซลล์และสิ่งมีชีวิตโดยมีหน้าที่ดังต่อไปนี้

โครงสร้าง.เป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างภายในเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะ ตัวอย่างเช่น คอลลาเจนและอีลาสตินทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน ได้แก่ กระดูก เส้นเอ็น กระดูกอ่อน ไฟโบรอินเป็นส่วนหนึ่งของไหม, ใยแมงมุม; เคราตินเป็นส่วนหนึ่งของหนังกำพร้าและอนุพันธ์ของมัน (ผม เขา ขนนก) พวกมันก่อตัวเป็นเปลือก (แคปซิด) ของไวรัส

เอนไซม์ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดในเซลล์เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ - เอนไซม์ (ออกซิโดเรดักเตส, ไฮโดรเลส, ลิกาเซส, ทรานสเฟอร์เรส, ไอโซเมอเรสและไลเอส)

กฎระเบียบตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนอินซูลินและกลูคากอนควบคุมการเผาผลาญกลูโคส โปรตีนฮิสโตนมีส่วนเกี่ยวข้องในการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโครมาติน และด้วยเหตุนี้จึงมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีน

ขนส่ง.เฮโมโกลบินนำออกซิเจนในเลือดของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เฮโมไซยานินในเม็ดเลือดแดงของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิด และไมโอโกลบินในกล้ามเนื้อ เซรั่มอัลบูมินทำหน้าที่ขนส่งกรดไขมัน ลิพิด ฯลฯ โปรตีนขนส่งเมมเบรนให้การลำเลียงสารแบบแอคทีฟผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ (Na+, K+-ATPase) ไซโตโครมขนส่งอิเล็กตรอนไปตามสายโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนของไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

ป้องกันตัวอย่างเช่น แอนติบอดี (อิมมูโนโกลบูลิน) ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนกับแอนติเจนของแบคทีเรียและกับโปรตีนจากต่างประเทศ อินเตอร์เฟอรอนขัดขวางการสังเคราะห์โปรตีนของไวรัสในเซลล์ที่ติดเชื้อ ไฟบริโนเจนและทรอมบินเกี่ยวข้องกับกระบวนการแข็งตัวของเลือด

หดตัว (มอเตอร์)โปรตีนแอคตินและไมโอซินทำให้เกิดกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อและการหดตัวขององค์ประกอบในเซลล์โครงร่าง

สัญญาณ (ตัวรับ)โปรตีนจากเยื่อหุ้มเซลล์เป็นส่วนหนึ่งของตัวรับและแอนติเจนที่พื้นผิว

โปรตีนในการจัดเก็บ เคซีนนม อัลบูมินไข่ไก่ เฟอร์ริติน (เก็บธาตุเหล็กไว้ที่ม้าม)

โปรตีนสารพิษ สารพิษคอตีบ

ฟังก์ชั่นพลังงานเมื่อโปรตีน 1 กรัมแตกตัวเป็นผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมสุดท้าย (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) พลังงานจะถูกปล่อยออกมา 17.6 กิโลจูลหรือ 4.2 กิโลแคลอรี

การสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในทุกเซลล์ที่มีชีวิต มีฤทธิ์มากที่สุดในเซลล์ที่กำลังเติบโตซึ่งโปรตีนถูกสังเคราะห์เพื่อสร้างออร์แกเนลล์ เช่นเดียวกับในเซลล์หลั่งซึ่งมีการสังเคราะห์โปรตีนของเอนไซม์และโปรตีนของฮอร์โมน

บทบาทหลักในการกำหนดโครงสร้างของโปรตีนที่เป็นของ DNA DNA ชิ้นหนึ่งที่มีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนชนิดหนึ่งเรียกว่ายีน โมเลกุล DNA ประกอบด้วยยีนหลายร้อยยีน โมเลกุล DNA มีรหัสสำหรับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนในรูปของนิวคลีโอไทด์ที่เข้ากันโดยเฉพาะ

การสังเคราะห์โปรตีน -กระบวนการหลายขั้นตอนที่ซับซ้อนซึ่งแสดงถึงลูกโซ่ของปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่ดำเนินการตามหลักการของการสังเคราะห์เมทริกซ์

ในการสังเคราะห์โปรตีน จะมีการกำหนดขั้นตอนต่อไปนี้ ซึ่งเกิดขึ้นในส่วนต่างๆ ของเซลล์:

ขั้นแรก -การสังเคราะห์ mRNA เกิดขึ้นในนิวเคลียส ซึ่งในระหว่างนั้นข้อมูลที่มีอยู่ในยีน DNA จะถูกคัดลอกไปเป็น mRNA กระบวนการนี้เรียกว่าการถอดความ (จากภาษาละติน "การถอดเสียง" - การเขียนใหม่)

ในระยะที่สองกรดอะมิโนจะถูกรวมเข้ากับโมเลกุล tRNA ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวตามลำดับ - แอนติโคดอนด้วยความช่วยเหลือในการกำหนดโคดอนแฝดของพวกมัน

ขั้นตอนที่สาม -นี่คือกระบวนการสังเคราะห์โดยตรงของพันธะโพลีเปปไทด์ เรียกว่าการแปลความหมาย มันเกิดขึ้นในไรโบโซม

ในขั้นตอนที่สี่การก่อตัวของโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิของโปรตีนเกิดขึ้นนั่นคือการก่อตัวของโครงสร้างสุดท้ายของโปรตีน

ดังนั้นในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลโปรตีนใหม่จึงถูกสร้างขึ้นตามข้อมูลที่แน่นอนที่มีอยู่ใน DNA กระบวนการนี้รับประกันการต่ออายุของโปรตีน กระบวนการเมตาบอลิซึม การเจริญเติบโตและการพัฒนาของเซลล์ ซึ่งก็คือกระบวนการชีวิตทั้งหมดของเซลล์

การสังเคราะห์โปรตีน

เมแทบอลิซึมของพลาสติก (การดูดซึมหรือแอแนบอลิซึม) เป็นชุดของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ทางชีววิทยา ชื่อของการแลกเปลี่ยนประเภทนี้สะท้อนให้เห็นถึงสาระสำคัญ: จากสารที่เข้าสู่เซลล์จากภายนอกจะเกิดสารที่คล้ายกับสารของเซลล์

ลองพิจารณารูปแบบที่สำคัญที่สุดรูปแบบหนึ่งของเมแทบอลิซึมของพลาสติกนั่นคือการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์โปรตีนดำเนินการในเซลล์โปรและยูคาริโอตทั้งหมด ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิ (ลำดับกรดอะมิโน) ของโมเลกุลโปรตีนจะถูกเข้ารหัสโดยลำดับของนิวคลีโอไทด์ในส่วนที่เกี่ยวข้องของโมเลกุล DNA ซึ่งก็คือยีน

ยีนเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุล DNA ที่กำหนดลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีน ดังนั้นลำดับของกรดอะมิโนในโพลีเปปไทด์จึงขึ้นอยู่กับลำดับของนิวคลีโอไทด์ในยีนนั่นคือ โครงสร้างหลักซึ่งขึ้นอยู่กับโครงสร้าง คุณสมบัติ และหน้าที่อื่นๆ ของโมเลกุลโปรตีนตามลำดับ

ระบบการบันทึกข้อมูลทางพันธุกรรมใน DNA (และ RNA) ในรูปแบบของลำดับนิวคลีโอไทด์เฉพาะเรียกว่ารหัสพันธุกรรม เหล่านั้น. หน่วยของรหัสพันธุกรรม (โคดอน) คือนิวคลีโอไทด์สามกลุ่มใน DNA หรือ RNA ที่สร้างรหัสสำหรับกรดอะมิโนหนึ่งตัว

โดยรวมแล้ว รหัสพันธุกรรมประกอบด้วย 64 โคดอน โดย 61 รหัสเป็นรหัส และ 3 รหัสเป็นรหัสที่ไม่เข้ารหัส (รหัสเทอร์มิเนเตอร์บ่งชี้การสิ้นสุดกระบวนการแปล)

รหัสเทอร์มิเนเตอร์ใน i - RNA: UAA, UAG, UGA, ใน DNA: ATT, ATC, ACT

จุดเริ่มต้นของกระบวนการแปลถูกกำหนดโดยรหัสตัวเริ่มต้น (AUG ใน DNA - TAC) ซึ่งเข้ารหัสกรดอะมิโนเมไทโอนีน โคดอนนี้เป็นรหัสแรกที่เข้าไปในไรโบโซม ต่อจากนั้น หากไม่ได้จัดให้มีเมไทโอนีนเป็นกรดอะมิโนตัวแรกของโปรตีนที่กำหนด ก็จะถูกแยกออก

รหัสพันธุกรรมมีคุณสมบัติเป็นลักษณะเฉพาะ

1. ความเป็นสากล - รหัสเหมือนกันสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด แฝดกลุ่มเดียวกัน (โคดอน) ในรหัสสิ่งมีชีวิตใดๆ สำหรับกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน

2. ความจำเพาะ - แต่ละโคดอนเข้ารหัสกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวเท่านั้น

3. ความเสื่อม - กรดอะมิโนส่วนใหญ่สามารถเข้ารหัสได้ด้วยรหัสหลายตัว ข้อยกเว้นคือกรดอะมิโน 2 ตัว ได้แก่ เมไทโอนีนและทริปโตเฟนซึ่งมีรหัสโคดอนเพียงตัวเดียว

4. ระหว่างยีนมี "เครื่องหมายวรรคตอน" - สามแฝดพิเศษ (UAA, UAG, UGA) ซึ่งแต่ละอันบ่งบอกถึงการหยุดการสังเคราะห์ของสายโซ่โพลีเปปไทด์

5. ไม่มี “เครื่องหมายวรรคตอน” ภายในยีน

ในการที่จะสังเคราะห์โปรตีนได้ ข้อมูลเกี่ยวกับลำดับนิวคลีโอไทด์ในโครงสร้างปฐมภูมิจะต้องถูกส่งไปยังไรโบโซม กระบวนการนี้ประกอบด้วยสองขั้นตอน - การถอดเสียงและการแปล

การถอดเสียงข้อมูล (การเขียนใหม่) เกิดขึ้นโดยการสังเคราะห์บนหนึ่งในสายโซ่ของโมเลกุล DNA ซึ่งเป็นโมเลกุล RNA ที่มีเกลียวเดี่ยว ลำดับนิวคลีโอไทด์ซึ่งตรงกับลำดับนิวคลีโอไทด์ของเมทริกซ์ทุกประการ - สายโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์ของ DNA

มัน (และ - RNA) เป็นตัวกลางที่ส่งข้อมูลจาก DNA ไปยังบริเวณที่ประกอบโมเลกุลโปรตีนในไรโบโซม การสังเคราะห์ i-RNA (การถอดความ) เกิดขึ้นดังต่อไปนี้ เอนไซม์ (RNA polymerase) จะแยกสาย DNA สองเส้นออก และนิวคลีโอไทด์ของ RNA จะเรียงกันอยู่บนสายโซ่สายใดสายหนึ่ง (การเข้ารหัส) ตามหลักการของการเสริมกัน โมเลกุล RNA สังเคราะห์ด้วยวิธีนี้ (การสังเคราะห์เทมเพลต) เข้าสู่ไซโตพลาสซึม และหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็กจะพันกันที่ปลายด้านหนึ่ง

ขั้นตอนที่สองในการสังเคราะห์โปรตีนคือ ออกอากาศ- คือการแปลลำดับของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุลและ - RNA ไปเป็นลำดับของกรดอะมิโนในโพลีเปปไทด์ ในโปรคาริโอตที่ไม่มีนิวเคลียสที่ก่อตัวขึ้น ไรโบโซมสามารถจับกับโมเลกุลที่สังเคราะห์ใหม่และ - RNA ได้ทันทีหลังจากที่แยกจาก DNA หรือแม้แต่ก่อนที่การสังเคราะห์จะเสร็จสมบูรณ์ด้วยซ้ำ ในยูคาริโอต RNA จะต้องถูกส่งผ่านซองนิวเคลียร์เข้าสู่ไซโตพลาสซึมก่อน การถ่ายโอนจะดำเนินการโดยโปรตีนพิเศษที่ก่อให้เกิดสารเชิงซ้อนกับโมเลกุล RNA นอกเหนือจากฟังก์ชันการถ่ายโอนแล้ว โปรตีนเหล่านี้ยังช่วยปกป้องและ - RNA จากผลเสียหายของเอนไซม์ไซโตพลาสซึม

ในพลาสซึมของไซโตพลาสซึม ไรโบโซมจะเข้าสู่ปลายด้านหนึ่งของ RNA (กล่าวคือส่วนที่เริ่มต้นการสังเคราะห์โมเลกุลในนิวเคลียส) และการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์เริ่มต้นขึ้น ขณะที่มันเคลื่อนตัวลงมาตามโมเลกุล RNA ไรโบโซมจะแปลแฝดสามตัวแล้วแฝดสาม โดยเติมกรดอะมิโนตามลำดับที่ปลายสายพอลิเปปไทด์ที่กำลังเติบโต การจับคู่ที่ตรงกันทุกประการของกรดอะมิโนกับรหัสของแฝดและ - RNA นั้นรับประกันโดย t - RNA

ถ่ายโอน RNA (tRNA) “นำ” กรดอะมิโนไปยังหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซม โมเลกุล tRNA มีโครงสร้างที่ซับซ้อน ในบางส่วนของพันธะไฮโดรเจนจะเกิดขึ้นระหว่างนิวคลีโอไทด์เสริม และโมเลกุลมีรูปร่างเหมือนใบโคลเวอร์ ที่ด้านบนสุดจะมีนิวคลีโอไทด์อิสระสามชุด (แอนติโคดอน) ซึ่งสอดคล้องกับกรดอะมิโนจำเพาะและฐานทำหน้าที่เป็นจุดเกาะติดของกรดอะมิโนนี้ (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. โครงการโครงสร้างการถ่ายโอน RNA: 1 - พันธะไฮโดรเจน; 2 - แอนติโคดอน; 3 - ตำแหน่งของสิ่งที่แนบมากับกรดอะมิโน

tRNA แต่ละตัวสามารถบรรทุกกรดอะมิโนของตัวเองได้เท่านั้น T-RNA ถูกกระตุ้นโดยเอนไซม์พิเศษ โดยยึดกรดอะมิโนและขนส่งไปยังไรโบโซม ภายในไรโบโซมจะมีรหัส mRNA เพียงสองตัวเท่านั้น หากแอนติโคดอนของ t-RNA เป็นส่วนเสริมของโคดอน i-RNA แสดงว่า t-RNA ที่มีกรดอะมิโนติดอยู่กับ i-RNA ชั่วคราว tRNA ที่สองติดอยู่กับโคดอนตัวที่สองซึ่งมีกรดอะมิโนอยู่ กรดอะมิโนตั้งอยู่คู่กันในหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซม และด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ พันธะเปปไทด์จึงถูกสร้างขึ้นระหว่างพวกมัน ในเวลาเดียวกัน พันธะระหว่างกรดอะมิโนตัวแรกกับ t-RNA ของมันจะถูกทำลาย และ t-RNA จะออกจากไรโบโซมตามกรดอะมิโนตัวถัดไป ไรโบโซมจะเคลื่อนที่สามแฝดหนึ่งและกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำ ด้วยวิธีนี้โมเลกุลโพลีเปปไทด์จะค่อยๆถูกสร้างขึ้นโดยที่กรดอะมิโนจะถูกจัดเรียงอย่างเคร่งครัดตามลำดับของแฝดที่เข้ารหัส (การสังเคราะห์เมทริกซ์) (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. โครงการสังเคราะห์โปรตีน: 1 - mRNA; 2 - หน่วยย่อยไรโบโซม; 3 - tRNA พร้อมกรดอะมิโน 4 - tRNA ที่ไม่มีกรดอะมิโน 5 - โพลีเปปไทด์; 6 - รหัส mRNA; 7- แอนติโคดอนของ tRNA

ไรโบโซมหนึ่งตัวสามารถสังเคราะห์สายพอลิเปปไทด์ที่สมบูรณ์ได้ อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งไรโบโซมหลายตัวเคลื่อนที่ไปตามโมเลกุล mRNA หนึ่งโมเลกุล สารเชิงซ้อนดังกล่าวเรียกว่าโพลีไรโบโซม หลังจากการสังเคราะห์เสร็จสิ้น สายโซ่โพลีเปปไทด์จะถูกแยกออกจากเมทริกซ์ - โมเลกุล mRNA ซึ่งพับเป็นเกลียวและรับโครงสร้างลักษณะเฉพาะ (ทุติยภูมิ ตติยภูมิ หรือควอเทอร์นารี) ไรโบโซมทำงานอย่างมีประสิทธิภาพมาก ภายใน 1 วินาที ไรโบโซมจากแบคทีเรียจะก่อตัวเป็นสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่มีกรดอะมิโน 20 ตัว

การสังเคราะห์โปรตีนจากกรดอะมิโนสามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน

ขั้นแรก - การถอดเสียง –ได้อธิบายไว้ในหัวข้อที่แล้ว ประกอบด้วยการก่อตัวของโมเลกุล RNA บนเทมเพลต DNA สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์เมทริกซ์หรือ Messenger RNA มีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากมีการบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนในอนาคตไว้ที่นี่ การถอดความเกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์ จากนั้น ด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์พิเศษ สารอาร์เอ็นเอที่เป็นผลลัพธ์จะเคลื่อนเข้าสู่ไซโตพลาสซึม

ขั้นที่สองเรียกว่า การยอมรับ.กรดอะมิโนจะจับกับตัวขนส่งอย่างคัดเลือก ถ่ายโอน RNA.

tRNA ทั้งหมดถูกสร้างขึ้นในลักษณะเดียวกัน โมเลกุลของ tRNA แต่ละตัวนั้นเป็นสายโซ่โพลีนิวคลีโอไทด์ที่โค้งงอเป็นรูป "ใบโคลเวอร์" โมเลกุล tRNA ได้รับการออกแบบในลักษณะที่มีปลายต่างกันและมีความสัมพันธ์กับทั้ง m-RNA (แอนติโคดอน) และกรดอะมิโน T-RNA มี 60 สายพันธุ์ในเซลล์

เพื่อเชื่อมต่อกรดอะมิโนกับทรานสเฟอร์ RNA ซึ่งเป็นเอนไซม์พิเศษ t- อาร์เอ็นเอสังเคราะห์หรือพูดให้เจาะจงกว่านั้นคือ อะมิโน-อะซิล-tRNA synthetase

ขั้นตอนที่สามของการสังเคราะห์โปรตีนเรียกว่า ออกอากาศ.มันเกิดขึ้นบน ไรโบโซมไรโบโซมแต่ละอันประกอบด้วยสองส่วน - หน่วยย่อยขนาดใหญ่และขนาดเล็ก ประกอบด้วยไรโบโซมอล RNA และโปรตีน

การแปลเริ่มต้นด้วยการแนบ Messenger RNA เข้ากับไรโบโซม จากนั้น t-RNA ที่มีกรดอะมิโนจะเริ่มเกาะติดกับสารเชิงซ้อนที่เกิดขึ้น การเชื่อมต่อนี้เกิดขึ้นโดยการผูก tRNA anticodon กับ codon RNA ของ Messenger ตามหลักการของการเสริมกัน สามารถแนบ tRNA เข้ากับไรโบโซมได้พร้อมกันไม่เกิน 2 ตัว จากนั้น กรดอะมิโนจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเปปไทด์ และค่อยๆ ก่อตัวเป็นโพลีเปปไทด์ หลังจากนั้นไรโบโซมจะย้าย Messenger RNA เพียงโคดอนเดียวเท่านั้น จากนั้นกระบวนการนี้จะทำซ้ำอีกครั้งจนกว่า Messenger RNA จะหมด ในตอนท้ายของ mRNA จะมีรหัสไร้สาระซึ่งเป็นจุดในบันทึกและในขณะเดียวกันก็มีคำสั่งให้ไรโบโซมแยกออกจาก mRNA

ดังนั้นจึงสามารถระบุคุณสมบัติหลายประการของการสังเคราะห์โปรตีนได้

1. โครงสร้างหลักของโปรตีนถูกสร้างขึ้นอย่างเคร่งครัดบนพื้นฐานของข้อมูลที่บันทึกไว้ในโมเลกุล DNA และ RNA ที่ให้ข้อมูล

2. โครงสร้างโปรตีนที่สูงขึ้น (ทุติยภูมิ ตติยภูมิ ควอเทอร์นารี) เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติบนพื้นฐานของโครงสร้างปฐมภูมิ

3. ในบางกรณีโซ่โพลีเปปไทด์หลังจากการสังเคราะห์เสร็จสิ้นผ่านการดัดแปลงทางเคมีเล็กน้อยซึ่งเป็นผลมาจากการที่กรดอะมิโนที่ไม่ได้เข้ารหัสปรากฏอยู่ในนั้นซึ่งไม่ได้อยู่ใน 20 ปกติ ตัวอย่างของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวคือโปรตีนคอลลาเจน โดยที่กรดอะมิโนไลซีนและโพรลีนจะถูกแปลงเป็นไฮดรอกซีโพรลีนและออกซีไลซีน

4. การสังเคราะห์โปรตีนในร่างกายถูกเร่งโดยฮอร์โมนการเจริญเติบโตและฮอร์โมนเทสโทสเทอโรน

5. การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานมากซึ่งต้องใช้ ATP ในปริมาณมาก

6. ยาปฏิชีวนะหลายชนิดยับยั้งการแปล

เมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน

กรดอะมิโนสามารถใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบที่ไม่ใช่โปรตีนต่างๆ ตัวอย่างเช่นกลูโคส, เบสไนโตรเจน, ส่วนที่ไม่ใช่โปรตีนของเฮโมโกลบิน - ฮีม, ฮอร์โมน - อะดรีนาลีน, ไทรอกซีนและสารประกอบที่สำคัญเช่นครีเอทีน, คาร์นิทีนซึ่งมีส่วนร่วมในการเผาผลาญพลังงานจะถูกสังเคราะห์จากกรดอะมิโน

กรดอะมิโนบางชนิดถูกสลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และแอมโมเนีย

การสลายเริ่มต้นด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับกรดอะมิโนส่วนใหญ่

เหล่านี้ได้แก่.

1. ดีคาร์บอกซิเลชัน -การกำจัดหมู่คาร์บอกซิลออกจากกรดอะมิโนในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์

พีเอฟ (ไพริดอกซัล ฟอสเฟต) เป็นอนุพันธ์โคเอ็นไซม์ของวิตามินบี 6

ตัวอย่างเช่น ฮีสตามีนเกิดขึ้นจากกรดอะมิโนฮิสทิดีน ฮีสตามีนเป็นยาขยายหลอดเลือดที่สำคัญ

2. การปนเปื้อน -การแยกหมู่อะมิโนในรูปของ NH3 ในมนุษย์ การปนเปื้อนของกรดอะมิโนเกิดขึ้นผ่านวิถีออกซิเดชัน

3. การปนเปื้อน –ปฏิกิริยาระหว่างกรดอะมิโนกับกรดα-keto ในระหว่างปฏิกิริยานี้ ผู้เข้าร่วมจะแลกเปลี่ยนกลุ่มการทำงาน

กรดอะมิโนทั้งหมดผ่านการปนเปื้อน กระบวนการนี้เป็นการเปลี่ยนแปลงหลักของกรดอะมิโนในร่างกาย เนื่องจากความเร็วของมันจะสูงกว่าปฏิกิริยาสองปฏิกิริยาแรกที่อธิบายไว้มาก

Transamination มีหน้าที่หลักสองประการ

1. เนื่องจากปฏิกิริยาเหล่านี้ กรดอะมิโนบางชนิดจึงถูกแปลงเป็นกรดอะมิโนชนิดอื่น ในกรณีนี้จำนวนกรดอะมิโนทั้งหมดจะไม่เปลี่ยนแปลง แต่อัตราส่วนโดยรวมระหว่างกรดอะมิโนในร่างกายจะเปลี่ยนไป เมื่อรับประทานอาหารโปรตีนจากต่างประเทศจะเข้าสู่ร่างกายซึ่งมีกรดอะมิโนอยู่ในสัดส่วนที่ต่างกัน โดยการปนเปื้อนจะทำให้องค์ประกอบของกรดอะมิโนในร่างกายถูกปรับ

2. การปนเปื้อนเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการ การปนเปื้อนทางอ้อมของกรดอะมิโน– กระบวนการที่เริ่มต้นการสลายกรดอะมิโนส่วนใหญ่

โครงการทำลายล้างทางอ้อม

อันเป็นผลมาจากการปนเปื้อนจะเกิดกรดα-keto และแอมโมเนีย อดีตจะถูกทำลายไปเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ แอมโมเนียเป็นพิษต่อร่างกายอย่างมาก ดังนั้นร่างกายจึงมีกลไกระดับโมเลกุลในการทำให้เป็นกลาง

การสังเคราะห์โปรตีนและรหัสพันธุกรรม

คำจำกัดความ 1

การสังเคราะห์โปรตีน– กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนของเอนไซม์ในเซลล์ มันเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบโครงสร้างสามประการของเซลล์ - นิวเคลียส, ไซโตพลาสซึม, ไรโบโซม

ในนิวเคลียสของเซลล์ โมเลกุล DNA จะเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนทั้งหมดที่ถูกสังเคราะห์ขึ้นในนั้น และเข้ารหัสโดยใช้รหัสสี่ตัวอักษร

คำจำกัดความ 2

รหัสพันธุกรรมคือลำดับของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุล DNA ซึ่งกำหนดลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีน

คุณสมบัติของรหัสพันธุกรรมมีดังนี้:

รหัสพันธุกรรมคือแฝด นั่นคือ กรดอะมิโนแต่ละตัวมีรหัสแฝดของตัวเอง ( รหัส) ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สามตัวที่อยู่ติดกัน

ตัวอย่างที่ 1

กรดอะมิโนซิสเทอีนถูกเข้ารหัสโดย Triplet A-C-A, วาลีน - โดย Triplet C-A-A

รหัสไม่ทับซ้อนกัน กล่าวคือ นิวคลีโอไทด์ไม่สามารถเป็นส่วนหนึ่งของแฝดแฝดสองตัวที่อยู่ใกล้เคียงได้

รหัสเสื่อมลง กล่าวคือ กรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดหลายตัว

ตัวอย่างที่ 2

ไทโรซีนของกรดอะมิโนถูกเข้ารหัสโดยแฝดสองตัว

รหัสไม่มีเครื่องหมายจุลภาค (เครื่องหมายแยก) ข้อมูลจะถูกอ่านเป็นนิวคลีโอไทด์สามเท่า

คำจำกัดความ 3

ยีน – ส่วนของโมเลกุล DNA ที่มีลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์และกำหนดการสังเคราะห์ของสายโพลีเปปไทด์หนึ่งสาย

รหัสนี้เป็นสากลนั่นคือเหมือนกันสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดตั้งแต่แบคทีเรียไปจนถึงมนุษย์ สิ่งมีชีวิตทุกชนิดมีกรดอะมิโน 20 ชนิดเหมือนกัน ซึ่งถูกเข้ารหัสโดยแฝดสามตัวเดียวกัน

ขั้นตอนของการสังเคราะห์โปรตีน: การถอดรหัสและการแปล

โครงสร้างของโมเลกุลโปรตีนใดๆ จะถูกเข้ารหัสใน DNA ซึ่งไม่เกี่ยวข้องโดยตรงกับการสังเคราะห์ ทำหน้าที่เป็นเทมเพลตสำหรับการสังเคราะห์ RNA เท่านั้น

กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นบนไรโบโซมซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในไซโตพลาสซึม ซึ่งหมายความว่าในการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปยังสถานที่สังเคราะห์โปรตีน จำเป็นต้องมีตัวกลาง ฟังก์ชันนี้ดำเนินการโดย mRNA

คำจำกัดความที่ 4

กระบวนการสังเคราะห์โมเลกุล mRNA บนสายหนึ่งของโมเลกุล DNA ตามหลักการเสริมกันเรียกว่า การถอดเสียงหรือเขียนใหม่

การถอดความเกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์

กระบวนการถอดรหัสนั้นดำเนินการพร้อมกันไม่ใช่กับโมเลกุล DNA ทั้งหมด แต่เฉพาะในส่วนเล็ก ๆ เท่านั้นซึ่งสอดคล้องกับยีนเฉพาะ ในกรณีนี้ ส่วนหนึ่งของเกลียวคู่ DNA จะคลายออก และส่วนสั้น ๆ ของสายโซ่อันใดอันหนึ่งถูกเปิดออก - ตอนนี้มันจะทำหน้าที่เป็นเทมเพลตสำหรับการสังเคราะห์ mRNA

จากนั้นเอนไซม์ RNA polymerase จะเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่นี้ โดยเชื่อมต่อนิวคลีโอไทด์เข้ากับสายโซ่ mRNA ซึ่งจะยืดออก

โน้ต 2

การถอดรหัสสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้กับยีนหลายตัวบนโครโมโซมเดียวกันและบนยีนบนโครโมโซมต่างกัน

mRNA ที่ได้จะมีลำดับนิวคลีโอไทด์ซึ่งเป็นสำเนาที่ตรงกันทุกประการของลำดับนิวคลีโอไทด์บนเทมเพลต

หมายเหตุ 3

หากโมเลกุล DNA มีไซโตซีนที่เป็นฐานไนโตรเจน mRNA ก็จะมีกัวนีนและในทางกลับกัน คู่เสริมใน DNA คืออะดีนีน - ไทมีน และ RNA มียูราซิลแทนไทมีน

RNA อีกสองประเภทยังถูกสังเคราะห์บนยีนพิเศษ - tRNA และ rRNA

จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการสังเคราะห์ RNA ทุกประเภทบนเทมเพลต DNA ได้รับการแก้ไขอย่างเข้มงวดโดยแฝดพิเศษที่ควบคุมการเริ่มต้น (การเริ่มต้น) และการหยุด (เทอร์มินัล) ของการสังเคราะห์ พวกมันทำหน้าที่เป็น "เครื่องหมายแบ่ง" ระหว่างยีน

การรวมกันของ tRNA กับกรดอะมิโนเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม โมเลกุล tRNA มีรูปร่างคล้ายใบโคลเวอร์ โดยมี แอนติโคดอน– นิวคลีโอไทด์แฝดสามที่เข้ารหัสกรดอะมิโนที่ tRNA นี้มีอยู่

มีกรดอะมิโนหลายประเภทพอๆ กับที่มี tRNA

หมายเหตุ 4

เนื่องจากกรดอะมิโนจำนวนมากสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดหลายตัว จำนวน tRNA จึงมีมากกว่า 20 ตัว (ทราบประมาณ 60 tRNA)

การเชื่อมต่อของ tRNA กับกรดอะมิโนเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ โมเลกุล tRNA ลำเลียงกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม

คำจำกัดความที่ 5

ออกอากาศเป็นกระบวนการที่ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีนซึ่งบันทึกไว้ใน mRNA เป็นลำดับของนิวคลีโอไทด์ถูกนำมาใช้เป็นลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีนที่ถูกสังเคราะห์

กระบวนการนี้เกิดขึ้นในไรโบโซม

ขั้นแรก mRNA จะยึดติดกับไรโบโซม ไรโบโซมตัวแรกซึ่งสังเคราะห์โปรตีนจะถูก "พัน" บน mRNA เมื่อไรโบโซมเคลื่อนไปยังจุดสิ้นสุดของ mRNA ที่เป็นอิสระ ไรโบโซมใหม่จะถูก "พัน" ไว้ mRNA หนึ่งตัวสามารถบรรจุไรโบโซมได้มากกว่า 80 ตัวพร้อมกันซึ่งสังเคราะห์โปรตีนชนิดเดียวกัน เรียกว่ากลุ่มของไรโบโซมที่เชื่อมต่อกับ mRNA หนึ่งอัน พอลิไรโบโซม, หรือ โพลีโซม. ประเภทของโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยไรโบโซม แต่โดยข้อมูลที่บันทึกไว้ใน mRNA ไรโบโซมชนิดเดียวกันสามารถสังเคราะห์โปรตีนต่างๆ ได้ หลังจากการสังเคราะห์โปรตีนเสร็จสิ้น ไรโบโซมจะถูกแยกออกจาก mRNA และโปรตีนจะเข้าสู่เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

ไรโบโซมแต่ละอันประกอบด้วยสองหน่วยย่อย - เล็กและใหญ่ โมเลกุล mRNA ยึดติดกับหน่วยย่อยขนาดเล็ก ที่บริเวณที่สัมผัสกันระหว่างไรโบโซมและ iRNA จะมีนิวคลีโอไทด์ 6 ตัว (แฝด 2 ตัว) หนึ่งในนั้นถูกเข้าหาจากไซโตพลาสซึมอย่างต่อเนื่องโดย tRNA ที่มีกรดอะมิโนต่างกัน และสัมผัสกับแอนติโคดอนของโคดอน mRNA ถ้า codon และ anticodon triplets กลายเป็นคู่เสริมกัน พันธะเปปไทด์จะเกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโนของส่วนที่สังเคราะห์ไว้แล้วของโปรตีนกับกรดอะมิโนที่ถูกส่งโดย tRNA การรวมกรดอะมิโนเข้ากับโมเลกุลโปรตีนจะดำเนินการโดยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์สังเคราะห์ โมเลกุล tRNA ปล่อยกรดอะมิโนและเคลื่อนเข้าสู่ไซโตพลาสซึม และไรโบโซมจะเคลื่อนนิวคลีโอไทด์หนึ่งแฝด นี่คือวิธีการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ตามลำดับ ทั้งหมดนี้ดำเนินต่อไปจนกว่าไรโบโซมจะไปถึงหนึ่งในสามรหัสหยุด: UAA, UAG หรือ UGA หลังจากนั้นการสังเคราะห์โปรตีนจะหยุดลง

หมายเหตุ 5

ดังนั้นลำดับของรหัส mRNA เป็นตัวกำหนดลำดับการรวมกรดอะมิโนในสายโซ่โปรตีน โปรตีนสังเคราะห์จะเข้าสู่ช่องของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม โมเลกุลโปรตีนหนึ่งโมเลกุลในเซลล์ถูกสังเคราะห์ขึ้นภายใน 1 - 2 นาที