Trin af mekanismen for proteinsyntese på 70S ribosomer

Mekanismen for proteinsyntese på 70S ribosomer indbefatter de følgende trin:

1. Transkriptionen:

Processen med proteinsyntese startes ved uncoiling af tråde af DNA molekyle. En streng af DNA-molekyle virker som en skabelon til dannelsen af ​​mRNA. MRNA'et dannes i overensstemmelse med tripletkoderne for DNA ved kopiering eller transkriptionsprocessen.

Image Courtesy: images.fineartamerica.com/false-color-tem-of-ribosomes-photo-researchers-inc.jpg

Så snart mRNA'et er dannet, forlader det kernen og når i cytoplasmaet, hvor det fæstnes med ribosomernes 30S-underenhed. MRNA'en bærer tripletkodonerne til syntese af proteinerne.

2. Fastgørelsen af ​​mRNA med 30S ribosom og dannelse af polyribosom:

I prokaryote celler er det blevet observeret, at ribosomerne inden processens proteinsyntese forekommer i dissocieret og inaktiv tilstand. MRNA binder med 30S ribosomal subunit i nærvær af F2 protein faktor. Snart kommer N-formylmethionyl-tRNA (F-met-t-RNAf) fra cytoplasmaet og binder sammen med den første tripletkodon (AUG eller AUA) af mRNA'et til initiering af proteinsyntesesprocessen og dannelse af initieringskomplekset.

Dannelsen af ​​initieringskomplekset understøttes af GTP (Guanosintrifosfat) og 3 proteinfaktorer (F1, F2 og F3). Efter dannelsen af ​​initieringskompleks forener den 30S ribosomale underenhed med 50S ribosomal underenhed til dannelse af 70S ribosomet. Forbindelsen af ​​ribosomale underenheder forekommer i nærværelse af Mg ++ ioner og F1- og F2-faktorer.

Koderne for mRNA læses ikke kun af et ribosom, men mange ribosomer bevæger sig og læser koderne for mRNA'et. Når mange ribosomer binder sammen med mRNA, forekommer dannelsen af ​​polysom ​​eller polyribosom.

3. Overførsel af aminosyrer til stedet for proteinsyntese:

Aminosyrerne overføres fra den intracellulære aminosyrepulje til ribosomerne af tRNA'et. Overførselsprocesserne forekommer i forskellige faser, som er som følger.

(a) Aktivering af aminosyrer:

Hver af de 20 aminosyrer forekommer i cytoplasmaet i en inaktiv tilstand. Hver aminosyre før dens binding med dens specifikke tRNA aktiveres af et specifikt aktiverende enzym kendt som aminoacylsynthetasen og ATP. De frie aminosyrer reagerer med ATP, hvilket resulterer i produktion af aminoacyladenylat og pyrophosphat:

AA + ATP + enzym → AA ~ AMP - enzym + PP

Aminosyre Aminoacyl Synthetase Aminoacyl Adenylat Pyrophosphat Syntetase Kompleks

Reaktionsproduktet aminoacyladenylat er bundet til enzymet i form af et monokovalent kompleks. Dette aminoacyladenylat-enzymkompleks esterificerer derefter til specifikt tRNA-molekyle. Cellen har mindst 20 aminoacylsyntetase-enzymer for de 20 aminosyrer. Hvert enzym er specifikt, og det er knyttet til den specifikke aminosyre uden nogen fejl.

(b) Vedhæftning af aktiveret aminosyre til tRNA:

Aminoacyladenylatet forbliver afgrænset med enzym, indtil det kolliderer med det specifikke tRNA-molekyle. Derefter overføres carboxylgruppen af ​​syre af aminosyrerest af aminoacyladenylat til 3 OH-gruppen af ​​den terminale adenosins ribose ved CCA-enden af ​​tRNA. Som et resultat frigives AMP og enzym og et slutprodukt-aminoacyl-tRNA dannes ved hjælp af følgende fremgangsmåde:

'A' = aminoacylsite eller dekodningssted, 'P' = peptidylsite eller kondenseringssted, 'E' = eksisterer sted,

AA1 = N-formylmethionin.

AA 2 = threonin.

AA-AMP-Enzyme + tRNA → AA-tRNA + AMP + Enzym

Aminoacyladenylat og enzym Aminoacyl-tRNA

Aminoacyl-tRNA bevæger sig mod stedet for proteinsyntese, dvs. ribosomer med mRNA.

4. Indledning af proteinsyntese:

Som vi allerede har nævnt, indleder proteinsyntesen i bakterien Escherichia coli (E. coli) dannelsen af ​​70S-kompleks. I den har mRNA altid første tripletkodon som AUG ved starten (dvs. 5'-enden). AUG-kodonerne er koderne for aminosyremethioninen.

Methioninresterne formuleres, og det har en meget vigtig rolle i initiering af proteinsyntesesprocessen. I enhver type protein optager formylmethionin førstepladsen i molekylet, og når proteinmolekylet er fuldstændigt syntetiseret, frigives formylmethionin ofte fra det nyligt syntetiserede proteinmolekyle ved aktiviteten af ​​et hydrolytisk enzym.

Da peptidkæden i proteinsekvensen altid vokser i sekvensen fra den frie terminale aminogruppe (-NH2) mod carboxyl- (-COOH) -enden, er funktionen af ​​formylmethionin-tRNA (AA1-tRNA i fig. 38.22 og 38.23 ) er at sikre, at proteiner syntetiseres i den retning.

I formylmethionin-tRNA blokeres amino (-NH2) -gruppen af ​​formylgruppen, der udelader kun -COOH-gruppen, som er tilgængelig for at reagere med NH2-gruppen af ​​den anden aminosyre (AA2). På denne måde følger syntesen af ​​proteinkæden i den korrekte sekvens.

5. Forlængelse af polypeptidkæden:

Ved dannelsen af ​​funktionelt 70S ribosom (dvs. 70S-mRNA-F opfyldt tRNA) opnås forlængelsen af ​​polypeptidkæden ved den regelmæssige tilsætning af aminosyrer og relative bevægelser af ribosom og mRNA i nærværelse af GTP molekyler, således at et nyt tripletkodon forbliver tilgængeligt for nyt aminoacyl-tRNA ved dekodningen eller 'A'-stedet for ribosom i hvert trin. F-met-tRNA skal således bevæge sig fra dekodningssted ('A' -sted) til peptidylsted eller 'P'-sted, før det andet aminoacyl-tRNA (dvs. AA 2- tRNA) kan binde til det næste tripletkodon, der forekommer ved afkodning eller 'A' sted af ribosom.

Aminoacyl-tRNA'et (AA 2 tRNA) binder med kodonet af 'A' -sted i nærvær af GTP og to proteiner, kaldet overføringsfaktorer (betegnet Tn og Ts), som forbliver forbundet med ribosomer. Under denne bindingsproces dannes et kompleks mellem GTP, overførselsfaktorerne og aminoacyl-tRNA'et (dvs. AA2-tRNA), som i sidste ende deponerer aminoacyl-tRNA på 'A'-stedet for ribosom med frigivelsen af ​​overføringsfaktorer-BNP kompleks og uorganisk fosfat.

I det næste trin bliver den næste tripletkodon (dvs. UUU-codon i fig. 38.21 og 38.22) på grund af den relative bevægelse af ribosom og mRNA i nærvær af et enkelt GTP-molekyle tilgængelig for næste aminoacyl-tRNA (dvs. AA3-tRNA ) på "A" -stedet af ribosom. På dette stadium forekommer f-met-tRNA ved udgangen af ​​'E' -stedet, mens AA2-tRNA forekommer ved peptidyl'P '-stedet. Nu starter et enzym kendt som transferase I tRNA fra formylmethionin (f-met eller AA 1 ) og flipper formylmethioninet til aminoacyl-tRNA (AA 2 -tRNA) bundet på peptidyl- eller P-stedet. G'-faktoren skal frigive det udledte eller deacylerede tRNA fra 'E' -stedet af ribosomet.

Det følger den næste fase af forlængelsesprocessen, som involverer syntesen af ​​en peptidbinding ved en reaktion mellem den frie aminogruppe i den indkommende aminosyre (dvs. AA2) og carboxylgruppen i den første aminosyre (AA1), som er esterificeret til tRNA. Det enzym, der katalyserer denne reaktion, kaldes peptidyltransferase (eller peptidsyntetase) og er en integreret del af 50S-underenheden. Energien til peptidbindingssyntese er afledt fra spaltning af esterforbindelsen mellem en aminosyre og dens tRNA.

Under forlængelsen af ​​polypeptidkæden trænger hvert ladet eller ladet tRNA (Aminoacyl-tRNA) ind i dekodnings- eller 'A'-stedet, flyttes til kondensations- eller' P'-stedet, overfører dets aminosyre til carboxylenden af ​​polypeptidet, bevæger sig til udgangsstedet, hvor polypeptidkæden overføres til det tilstødende tRNA på kondenseringsstedet, og tRNA frigives derefter fra ribosomet.

Denne proces er kendt som translokation. Dette resulterer i, at det tredje kodon kommer ind i A-stedet, og et passende tRNA ladet med en tredje aminosyre ville binde på A-stedet. Processen med dannelse af peptidbindinger og translokation vil blive gentaget.

Således som mRNA'et bevæger sig i forhold til ribosomet, vil alle kodonerne blive eksponeret ved A-sted, og peptidkæden vokser. Denne rækkefølge af hændelser involveret i forlængelse skal finde sted meget hurtigt, da det er blevet beregnet, at E. coli vokser under optimale betingelser, kan en polypeptidkæde på ca. 40 aminosyrer fremstilles i 20 sekunder.

6. Afslutning og frigivelse af polypeptidkæden:

Når syntesen af ​​polypeptidkæden er afsluttet i overensstemmelse med codonerne af mRNA, finder processen med terminering og frigivelse af polypeptidkæden sted. Termineringen af ​​polypeptidkæden og frigivelsen af ​​den færdige kæde fra ribosomet styres af to faktorer.

Kædens afslutning er angivet ved tre specielle terminerende tripletter i mRNA'et, som i bakterier er UAG, UAA og UGA. Disse er de såkaldte ikke-sense-kodoner, som ikke koder for nogen aminosyre. Polypeptidkæden binder imidlertid stadig til tRNA'et, som igen er bundet til mRNA'et.

Kæden frigives fra ribosomet under retningen af ​​tre forskellige proteiner, der kaldes frigivelsesfaktorer og betegnes R1 R2 og S. Disse bindes til ribosomet og styrer hydrolysen af ​​esterforbindelsen mellem tRNA og polypeptidkæden. Når kæden er blevet afsluttet og frigivet, separerer ribosomet fra mRNA og dissocieres i dets to underenheder på grund af virkningen af ​​F3-faktor. Den er klar til at indtaste en ny cyklus af polypeptidsyntese.

7. Modifikation af frigivet polypeptid:

Den frigivne polypeptidkæde indeholder den formulerede methionin i sin ene ende. En enzymdeformylase fjerner formylgruppen af ​​methionin. Exopeptidase-enzymet kan fjerne nogle aminosyrer fra N-terminale ende eller den C-terminale ende af polypeptidkæden.

På dette stadium besidder polypeptidet (proteinet) sin primære struktur; i det mindste en del af mange proteiner har en sekundær struktur i form af en alfa-helix. Proteinkæden kan så folde sig op igen og danne interne bindinger (herunder lagring af disulfidbindinger), der stabiliserer dets tertiære struktur i et præcist og ofte intrikat foldet mønster. To eller flere tertiære strukturer kan forene sig i en funktionel kvartærstruktur. For eksempel består hæmoglobin af fire polypeptidkæder, to identiske a-kæder og to identiske P-kæder. Et protein bliver ikke et aktivt enzym, før det har antaget sit tertiære eller kvaternære mønster.

Induktionsprocessen, forlængelsen og afslutningen involverer formidling af flere proteinfaktorer og hydrolyse af GTP (guanosintrifosfat) for at tilvejebringe energi. De detaljerede trin diskuteret er anvendelige for procaryoter og med nogle modifikationer også til eukaryoter.