การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกระบวนการที่สำคัญมาก เป็นผู้ที่ช่วยให้ร่างกายของเราเติบโตและพัฒนา มันเกี่ยวข้องกับโครงสร้างเซลล์มากมาย ท้ายที่สุด ก่อนอื่นคุณต้องเข้าใจก่อนว่าเราจะสังเคราะห์อะไรให้ดีที่สุด
โปรตีนอะไรที่จำเป็นต้องสร้างในตอนนี้ - เอ็นไซม์มีหน้าที่รับผิดชอบในเรื่องนี้ พวกมันได้รับสัญญาณจากเซลล์เกี่ยวกับความต้องการโปรตีนชนิดใดชนิดหนึ่ง หลังจากนั้นการสังเคราะห์ก็เริ่มขึ้น
ที่ซึ่งการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้น
ในเซลล์ใดก็ตาม ตำแหน่งหลักของการสังเคราะห์โปรตีนคือไรโบโซม เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่มีโครงสร้างอสมมาตรที่ซับซ้อน ประกอบด้วย RNA (กรดไรโบนิวคลีอิก) และโปรตีน ไรโบโซมสามารถหาได้เพียงตัวเดียว แต่ส่วนใหญ่มักจะรวมกับ EPS ซึ่งอำนวยความสะดวกในการคัดแยกและขนส่งโปรตีนในภายหลัง
ถ้าไรโบโซมนั่งบนเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม จะเรียกว่า ER แบบหยาบ เมื่อการแปลมีความเข้มข้น ไรโบโซมหลายตัวสามารถเคลื่อนที่ไปตามเทมเพลตเดียวได้ในคราวเดียว พวกเขาติดตามกันและไม่รบกวนออร์แกเนลล์อื่นเลย
สิ่งที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์กระรอก
สำหรับกระบวนการที่จะดำเนินการต่อไป จำเป็นที่ส่วนประกอบหลักทั้งหมดของระบบการสังเคราะห์โปรตีนจะต้องเข้าที่:
- โปรแกรมที่กำหนดลำดับของกรดอะมิโนตกค้างในสายโซ่ คือ mRNA ซึ่งจะถ่ายโอนข้อมูลนี้จาก DNA ไปยังไรโบโซม
- กรดอะมิโนที่จะสร้างโมเลกุลใหม่
- tRNA ซึ่งจะส่งกรดอะมิโนแต่ละชนิดไปยังไรโบโซม จะมีส่วนร่วมในการถอดรหัสรหัสพันธุกรรม
- สังเคราะห์อะมิโนเอซิล-tRNA
- ไรโบโซมเป็นแหล่งสังเคราะห์โปรตีนหลัก
- พลังงาน
- แมกนีเซียมไอออน
- ปัจจัยโปรตีน (แต่ละระยะมีของมันเอง).
ตอนนี้เรามาดูแต่ละอันโดยละเอียดกันดีกว่าและค้นหาว่าโปรตีนถูกสร้างขึ้นอย่างไร กลไกการสังเคราะห์ทางชีวภาพนั้นน่าสนใจมาก ส่วนประกอบทั้งหมดทำงานประสานกันอย่างผิดปกติ
โปรแกรมสังเคราะห์ ค้นหาเมทริกซ์
ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับโปรตีนที่ร่างกายของเราสามารถสร้างขึ้นมีอยู่ใน DNA กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกใช้เพื่อเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม มันถูกบรรจุอย่างแน่นหนาในโครโมโซมและตั้งอยู่ในเซลล์ในนิวเคลียส (ถ้าเรากำลังพูดถึงยูคาริโอต) หรือลอยอยู่ในไซโตพลาสซึม (ในโปรคาริโอต)
หลังจากการวิจัยดีเอ็นเอและการรับรู้ถึงบทบาททางพันธุกรรม เป็นที่ชัดเจนว่าไม่ใช่แม่แบบสำหรับการแปลโดยตรง การสังเกตได้นำไปสู่ข้อเสนอแนะว่า RNA เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน นักวิทยาศาสตร์ตัดสินใจว่าควรเป็นตัวกลาง ถ่ายโอนข้อมูลจาก DNA ไปยังไรโบโซม ทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์
ในขณะเดียวกันก็มีไรโบโซมเปิดอยู่ RNA ของพวกมันประกอบขึ้นเป็นกรดไรโบนิวคลีอิกในเซลล์ส่วนใหญ่ เพื่อตรวจสอบว่าเป็นเมทริกซ์สำหรับการสังเคราะห์โปรตีนหรือไม่ A. N. Belozersky และ A. S. Spirin ในปี 1956-1957 ได้ทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิกในจุลินทรีย์จำนวนมาก
สันนิษฐานว่าหากแนวคิดของโครงการ "DNA-rRNA-protein" ถูกต้อง องค์ประกอบของ RNA ทั้งหมดก็จะเปลี่ยนไปในลักษณะเดียวกับ DNA แต่ถึงแม้จะมีความแตกต่างอย่างมากของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกในสปีชีส์ต่างๆ แต่องค์ประกอบของกรดไรโบนิวคลีอิกทั้งหมดก็มีความคล้ายคลึงกันในแบคทีเรียทั้งหมดเมื่อพิจารณา จากสิ่งนี้ นักวิทยาศาสตร์สรุปว่า RNA ของเซลล์หลัก (นั่นคือ ไรโบโซม) ไม่ใช่ตัวกลางโดยตรงระหว่างพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมและโปรตีน
การค้นพบ mRNA
ต่อมาพบว่าอาร์เอ็นเอส่วนเล็ก ๆ ทำซ้ำองค์ประกอบของ DNA และสามารถใช้เป็นสื่อกลางได้ ในปี 1956 E. Volkin และ F. Astrachan ได้ศึกษากระบวนการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอในแบคทีเรียที่ติดเชื้อแบคทีเรีย T2 หลังจากที่เข้าสู่เซลล์ มันจะเปลี่ยนไปเป็นการสังเคราะห์โปรตีนฟาจ ในเวลาเดียวกัน ส่วนหลักของ RNA ก็ไม่เปลี่ยนแปลง แต่ในเซลล์นั้น การสังเคราะห์อาร์เอ็นเอที่ไม่เสถียรในการเผาผลาญส่วนเล็กๆ เริ่มขึ้น ลำดับนิวคลีโอไทด์ซึ่งคล้ายกับองค์ประกอบของดีเอ็นเอของฟาจ
ในปี 1961 กรดไรโบนิวคลีอิกส่วนเล็กๆ นี้ถูกแยกออกจากมวลรวมของอาร์เอ็นเอ ได้หลักฐานของฟังก์ชันไกล่เกลี่ยจากการทดลอง หลังจากการติดเชื้อในเซลล์ที่มี T4 phage จะเกิด mRNA ใหม่ขึ้น เธอเชื่อมต่อกับอาจารย์เก่าไรโบโซม (ไม่พบไรโบโซมใหม่หลังการติดเชื้อ) ซึ่งเริ่มสังเคราะห์โปรตีนฟาจ พบว่า "อาร์เอ็นเอคล้ายดีเอ็นเอ" นี้เป็นส่วนเสริมของสายดีเอ็นเอของฟาจ
ในปี 1961 F. Jacob และ J. Monod เสนอว่า RNA นี้จะนำข้อมูลจากยีนไปยังไรโบโซม และเป็นเมทริกซ์สำหรับการจัดเรียงกรดอะมิโนตามลำดับในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีน
การถ่ายโอนข้อมูลไปยังไซต์ของการสังเคราะห์โปรตีนดำเนินการโดย mRNA กระบวนการอ่านข้อมูลจาก DNA และการสร้าง Messenger RNA เรียกว่าการถอดรหัส หลังจากนั้น RNA จะผ่านการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมหลายชุด ซึ่งเรียกว่า "การประมวลผล" ในระหว่างนี้ บางส่วนสามารถตัดออกจากกรดไรโบนิวคลีอิกเมทริกซ์ได้ จากนั้น mRNA จะไปที่ไรโบโซม
วัสดุก่อสร้างสำหรับโปรตีน: กรดอะมิโน
มีกรดอะมิโนทั้งหมด 20 ชนิด บางชนิดมีความจำเป็น กล่าวคือ ร่างกายไม่สามารถสังเคราะห์ได้ หากกรดในเซลล์ไม่เพียงพอ อาจทำให้การแปลช้าลงหรือหยุดกระบวนการโดยสิ้นเชิง การมีกรดอะมิโนแต่ละตัวในปริมาณที่เพียงพอเป็นข้อกำหนดหลักสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนเพื่อให้ดำเนินการได้อย่างถูกต้อง
นักวิทยาศาสตร์ได้รับข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับกรดอะมิโนในศตวรรษที่ 19 จากนั้นในปี พ.ศ. 2363 กรดอะมิโนสองตัวแรกคือไกลซีนและลิวซีนถูกแยกออก
ลำดับของโมโนเมอร์เหล่านี้ในโปรตีน (ที่เรียกว่าโครงสร้างหลัก) เป็นตัวกำหนดระดับต่อไปของการจัดระเบียบอย่างสมบูรณ์ และด้วยเหตุนี้คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของโปรตีน
การขนส่งกรดอะมิโน: tRNA และ aa-tRNA synthetase
แต่กรดอะมิโนไม่สามารถสร้างตัวเองเป็นสายโปรตีนได้ เพื่อให้พวกเขาไปถึงไซต์หลักของการสังเคราะห์โปรตีน จำเป็นต้องมีการถ่ายโอน RNA
การสังเคราะห์ aa-tRNA แต่ละตัวรับรู้เฉพาะกรดอะมิโนของตัวเองและเฉพาะ tRNA ที่ต้องยึดติด ปรากฎว่าเอนไซม์ในตระกูลนี้มีสารสังเคราะห์ 20 ชนิด ยังคงกล่าวได้ว่ากรดอะมิโนติดอยู่กับ tRNA อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นกับ "หาง" ของตัวรับไฮดรอกซิล กรดแต่ละชนิดต้องมี RNA การถ่ายโอนของตัวเอง สิ่งนี้ถูกเฝ้าติดตามโดย aminoacyl-tRNA synthetase ไม่เพียงแต่จับคู่กรดอะมิโนกับการขนส่งที่ถูกต้องเท่านั้น แต่ยังควบคุมปฏิกิริยาพันธะเอสเทอร์
หลังจากปฏิกิริยาการยึดติดสำเร็จ tRNA จะไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน กระบวนการเตรียมการสิ้นสุดลงและเริ่มออกอากาศ พิจารณาขั้นตอนหลักในการสังเคราะห์โปรตีน :
- การเริ่มต้น;
- ยืด;
- สิ้นสุด
ขั้นตอนการสังเคราะห์: การเริ่มต้น
การสังเคราะห์โปรตีนและกฎระเบียบเกิดขึ้นได้อย่างไร? นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามที่จะคิดออกนี้มาเป็นเวลานาน มีการหยิบยกสมมติฐานมากมาย แต่ยิ่งอุปกรณ์ทันสมัยมากขึ้น เราก็ยิ่งเริ่มเข้าใจหลักการของการออกอากาศมากขึ้นเท่านั้น
ไรโบโซมซึ่งเป็นไซต์หลักของการสังเคราะห์โปรตีน เริ่มอ่าน mRNA จากจุดที่ส่วนที่เข้ารหัสของสายโพลีเปปไทด์เริ่มต้นขึ้น จุดนี้ตั้งอยู่บนบางห่างจากจุดเริ่มต้นของร่อซู้ล RNA ไรโบโซมต้องรับรู้จุดบน mRNA ที่การอ่านเริ่มต้นและเชื่อมต่อกับมัน
Initiation - ชุดของกิจกรรมที่ให้การเริ่มต้นของการออกอากาศ มันเกี่ยวข้องกับโปรตีน (ปัจจัยการเริ่มต้น), ตัวเริ่มต้น tRNA และ codon ตัวเริ่มต้นพิเศษ ในขั้นตอนนี้ หน่วยย่อยเล็กๆ ของไรโบโซมจะจับกับโปรตีนเริ่มต้น พวกเขาป้องกันไม่ให้ติดต่อกับหน่วยย่อยขนาดใหญ่ แต่อนุญาตให้คุณเชื่อมต่อกับผู้ริเริ่ม tRNA และ GTP
จากนั้นคอมเพล็กซ์นี้จะ "นั่ง" บน mRNA ตรงตำแหน่งที่รับรู้โดยปัจจัยการเริ่มต้นอย่างใดอย่างหนึ่ง ไม่มีทางผิดพลาดได้ และไรโบโซมก็เริ่มต้นการเดินทางผ่าน RNA ของผู้ส่งสาร โดยอ่านรหัสของมัน
ทันทีที่คอมเพล็กซ์ไปถึงโคดอนเริ่มต้น (AUG) หน่วยย่อยจะหยุดเคลื่อนที่และด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยโปรตีนอื่น ๆ จะจับกับหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซม
ขั้นตอนการสังเคราะห์: การยืดตัว
การอ่าน mRNA เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สายโปรตีนตามลำดับโดยพอลิเปปไทด์ ดำเนินการโดยการเพิ่มสารตกค้างของกรดอะมิโนหนึ่งตัวหลังจากนั้นอีกตัวหนึ่งไปยังโมเลกุลที่กำลังก่อสร้าง
กรดอะมิโนใหม่แต่ละตัวจะถูกเติมที่ปลายคาร์บอกซิลของเปปไทด์ ปลาย C กำลังเติบโต
ขั้นตอนการสังเคราะห์: ยุติ
เมื่อไรโบโซมถึงจุดสิ้นสุดของโคดอนของ Messenger RNA การสังเคราะห์ของสายโซ่โพลีเปปไทด์จะหยุดลง ออร์แกเนลล์ไม่สามารถรับ tRNA ใดๆ ได้ ปัจจัยการเลิกจ้างเข้ามามีบทบาทแทน พวกมันจะปล่อยโปรตีนที่เสร็จแล้วออกจากไรโบโซมที่หยุดนิ่ง
หลังหลังจากสิ้นสุดการแปล ไรโบโซมสามารถออกจาก mRNA หรือเลื่อนต่อไปโดยไม่ต้องแปล
การพบกันของไรโบโซมด้วยโคดอนเริ่มต้นใหม่ (บนเส้นเดียวกันระหว่างการเคลื่อนไหวต่อเนื่องหรือบน mRNA ใหม่) จะนำไปสู่การเริ่มต้นใหม่
หลังจากที่โมเลกุลที่เสร็จแล้วออกจากจุดหลักของการสังเคราะห์โปรตีน โมเลกุลนั้นจะติดฉลากและส่งไปยังปลายทาง หน้าที่ของมันจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของมัน
การควบคุมกระบวนการ
ขึ้นอยู่กับความต้องการ เซลล์จะควบคุมการออกอากาศอย่างอิสระ ระเบียบการสังเคราะห์โปรตีนเป็นหน้าที่ที่สำคัญมาก ทำได้หลายวิธี
ถ้าเซลล์ไม่ต้องการสารประกอบบางอย่าง มันจะหยุดการสังเคราะห์อาร์เอ็นเอ - การสังเคราะห์โปรตีนก็จะหยุดเกิดขึ้นเช่นกัน ท้ายที่สุด ถ้าไม่มีเมทริกซ์ กระบวนการทั้งหมดก็จะไม่เริ่มต้นขึ้น และ mRNA เก่าก็สลายไปอย่างรวดเร็ว
มีกฎระเบียบอื่นของการสังเคราะห์โปรตีน: เซลล์สร้างเอนไซม์ที่รบกวนระยะการเริ่มต้น พวกเขารบกวนการแปลแม้ว่าจะมีเมตริกซ์การอ่าน
วิธีที่สองเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อจำเป็นต้องปิดการสังเคราะห์โปรตีนในตอนนี้ วิธีแรกเกี่ยวข้องกับการแปลที่เชื่องช้าต่อไปเป็นระยะเวลาหนึ่งหลังจากการหยุดการสังเคราะห์ mRNA
เซลล์เป็นระบบที่ซับซ้อนมากซึ่งทุกอย่างถูกรักษาสมดุลและการทำงานที่แม่นยำของแต่ละโมเลกุล สิ่งสำคัญคือต้องรู้หลักการของแต่ละกระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์ เพื่อให้เราเข้าใจมากขึ้นว่าเกิดอะไรขึ้นในเนื้อเยื่อและในร่างกายโดยรวม