Sintesis tahapan protein dan karakteristiknya



itu sintesis protein ini adalah peristiwa biologis yang terjadi secara virtual pada semua makhluk hidup. Secara konstan sel mengambil informasi yang disimpan dalam DNA dan, berkat keberadaan mesin khusus yang sangat kompleks, mengubahnya menjadi molekul protein.

Namun, kode 4 huruf yang dienkripsi dalam DNA tidak diterjemahkan langsung menjadi protein. Dalam prosesnya terlibat sebuah molekul RNA yang berfungsi sebagai perantara, yang disebut messenger RNA.

Ketika sel membutuhkan protein tertentu, urutan nukleotida dari bagian yang sesuai dalam DNA disalin ke RNA - dalam proses yang disebut transkripsi - dan ini pada gilirannya diterjemahkan menjadi protein yang dimaksud.

Aliran informasi yang dijelaskan (DNA ke kurir RNA dan pesan RNA ke protein) terjadi dari makhluk yang sangat sederhana seperti bakteri ke manusia. Serangkaian langkah ini disebut "dogma" biologi.

Mesin yang bertanggung jawab untuk protein sintesis adalah ribosom. Struktur seluler kecil ini ditemukan dalam proporsi besar di sitoplasma dan berlabuh ke retikulum endoplasma.

Indeks

  • 1 Apa itu protein?
  • 2 Tahapan dan karakteristik
    • 2.1 Transkripsi: dari DNA ke RNA messenger
    • 2.2 Penyambungan RNA messenger
    • 2.3 Jenis RNA
    • 2.4 Terjemahan: dari messenger RNA menjadi protein
    • 2.5 Kode genetik
    • 2,6 Kopling asam amino ke RNA transfer
    • 2.7 Pesan RNA diterjemahkan oleh ribosom
    • 2.8 Perpanjangan rantai polipeptida
    • 2.9 Penyelesaian terjemahan
  • 3 Referensi

Apa itu protein??

Protein adalah makromolekul yang terbentuk dari asam amino. Ini merupakan hampir 80% dari protoplasma dari seluruh sel dehidrasi. Semua protein yang membentuk suatu organisme disebut "proteome".

Fungsinya beragam dan beragam, mulai dari peran struktural (kolagen) hingga transportasi (hemoglobin), katalis reaksi biokimia (enzim), pertahanan terhadap patogen (antibodi), antara lain.

Ada 20 jenis asam amino alami yang dikombinasikan dengan ikatan peptida untuk memunculkan protein. Setiap asam amino ditandai dengan memiliki kelompok tertentu yang memberikan sifat kimia dan fisik tertentu.

Tahapan dan karakteristik

Cara sel mengelola untuk menafsirkan pesan DNA terjadi melalui dua peristiwa mendasar: transkripsi dan terjemahan. Banyak salinan RNA, yang telah disalin dari gen yang sama, mampu mensintesis sejumlah besar molekul protein identik.

Setiap gen ditranskripsi dan diterjemahkan secara berbeda-beda, memungkinkan sel untuk memproduksi beragam protein dalam jumlah yang bervariasi. Proses ini melibatkan beragam rute regulasi seluler, yang umumnya mencakup kontrol dalam produksi RNA.

Langkah pertama yang harus dilakukan sel untuk memulai produksi protein adalah membaca pesan yang tertulis pada molekul DNA. Molekul ini bersifat universal dan berisi semua informasi yang diperlukan untuk konstruksi dan pengembangan makhluk organik.

Selanjutnya, kita akan menjelaskan bagaimana sintesis protein terjadi, memulai proses "membaca" materi genetik dan berakhir dengan produksi protein. per se.

Transkripsi: dari DNA ke RNA messenger

Pesan dalam heliks ganda DNA ditulis dalam kode empat huruf yang sesuai dengan basis adenine (A), guanine (G), cytosine (C) dan thymine (T).

Urutan huruf-huruf DNA ini digunakan untuk meredam molekul setara RNA.

Baik DNA dan RNA adalah polimer linier yang dibentuk oleh nukleotida. Namun, mereka berbeda secara kimia dalam dua aspek mendasar: nukleotida dalam RNA adalah ribonukleotida dan bukannya basa timin, RNA menyajikan urasil (U), yang berpasangan dengan adenin..

Proses transkripsi dimulai dengan pembukaan heliks ganda di wilayah tertentu. Salah satu dari dua rantai bertindak sebagai "templat" atau temper untuk sintesis RNA. Nukleotida akan ditambahkan mengikuti aturan pasangan basa, C dengan G dan A dengan U.

Enzim utama yang terlibat dalam transkripsi adalah RNA polimerase. Ini bertanggung jawab untuk mengkatalisasi pembentukan ikatan fosfodiester yang bergabung dengan nukleotida rantai. Rantai diperpanjang dalam arah 5 'ke 3'.

Pertumbuhan molekul melibatkan protein berbeda yang dikenal sebagai "faktor perpanjangan" yang bertanggung jawab untuk menjaga ikatan polimerase hingga akhir proses..

Penyambungan messenger RNA

Pada eukariota, gen memiliki struktur spesifik. Urutannya terganggu oleh unsur-unsur yang bukan bagian dari protein, yang disebut intron. Istilah ini bertentangan dengan ekson, yang mencakup bagian-bagian gen yang akan diterjemahkan menjadi protein.

itu penyambungan ini adalah peristiwa mendasar yang terdiri dari penghilangan intron dari molekul kurir, untuk membuang molekul yang dibangun secara eksklusif oleh ekson. Produk akhirnya adalah RNA messenger dewasa. Secara fisik, mesin yang kompleks dan dinamis berlangsung di spleenosome.

Selain penyambungan, RNA messenger mengalami penyandian tambahan sebelum diterjemahkan. "Kap" ditambahkan yang sifat kimianya adalah nukleotida guanin yang dimodifikasi, dan pada ujung 5 'dan ekor beberapa adenin di ujung lainnya.

Jenis-jenis RNA

Di dalam sel, berbagai jenis RNA diproduksi. Beberapa gen dalam sel menghasilkan molekul messenger RNA dan ini diterjemahkan menjadi protein - seperti yang akan kita lihat nanti. Namun, ada gen yang produk akhirnya adalah molekul RNA itu sendiri.

Misalnya, dalam genom ragi, sekitar 10% gen jamur ini memiliki molekul RNA sebagai produk akhir mereka. Penting untuk menyebutkannya, karena molekul-molekul ini memainkan peran mendasar dalam hal sintesis protein.

- RNA ribosom: RNA ribosom adalah bagian dari jantung ribosom, struktur kunci untuk sintesis protein.

Pemrosesan RNA ribosom dan perakitan berikutnya menjadi ribosom terjadi dalam struktur inti yang sangat mencolok - meskipun tidak dibatasi oleh membran - disebut nukleolus..

- Transfer RNA: Ia bekerja sebagai adaptor yang memilih asam amino spesifik dan bersama dengan ribosom, mereka menggabungkan residu asam amino ke dalam protein. Setiap asam amino terkait dengan molekul RNA transfer.

Dalam eukariota ada tiga jenis polimerase yang, meskipun secara struktural sangat mirip satu sama lain, memainkan peran yang berbeda.

RNA polimerase I dan III menuliskan gen yang mengkode RNA transfer, RNA ribosom, dan beberapa RNA kecil. RNA polimerase II berfokus pada terjemahan gen yang mengkode protein.

- RNA kecil terkait dengan regulasi: oRNA jangka pendek lainnya berpartisipasi dalam regulasi ekspresi gen. Diantaranya adalah microRNA dan RNA kecil yang mengganggu.

MicroRNA mengatur ekspresi dengan memblokir pesan tertentu dan gangguan kecil mematikan ekspresi dengan cara degradasi langsung dari kurir. Demikian pula, ada RNA nuklir kecil yang berpartisipasi dalam proses penyambungan messenger RNA.

Terjemahan: dari messenger RNA menjadi protein

Setelah RNA messenger matang melalui proses penyambungan dan ia bergerak dari nukleus ke sitoplasma seluler, sintesis protein dimulai. Ekspor ini dimediasi oleh kompleks pori nuklir - serangkaian saluran air yang terletak di membran nukleus yang secara langsung menghubungkan sitoplasma dan nukleoplasma.

Dalam kehidupan sehari-hari, kami menggunakan istilah "terjemahan" untuk merujuk pada konversi kata dari satu bahasa ke bahasa lain.

Misalnya, kita dapat menerjemahkan buku dari bahasa Inggris ke bahasa Spanyol. Pada tingkat molekuler, terjemahan melibatkan perubahan bahasa dari RNA menjadi protein. Lebih tepatnya, itu adalah perubahan nukleotida menjadi asam amino. Tetapi bagaimana perubahan dialek ini terjadi??

Kode genetik

Urutan nukleotida gen dapat diubah menjadi protein mengikuti aturan yang ditetapkan oleh kode genetik. Ini diuraikan pada awal 60-an.

Karena pembaca dapat menyimpulkan, terjemahannya tidak boleh satu atau satu, karena hanya ada 4 nukleotida dan 20 asam amino. Logikanya adalah sebagai berikut: penyatuan tiga nukleotida dikenal sebagai "kembar tiga" dan mereka terkait dengan asam amino tertentu.

Karena mungkin ada 64 kemungkinan kembar tiga (4 x 4 x 4 = 64), kode genetiknya berlebihan. Artinya, asam amino yang sama dikodekan oleh lebih dari satu triplet.

Kehadiran kode genetik bersifat universal dan digunakan oleh semua organisme hidup yang saat ini menghuni bumi. Penggunaan yang sangat luas ini adalah salah satu homologi molekuler yang paling mengejutkan dari alam.

Kopling asam amino dengan RNA transfer

Kodon atau kembar tiga yang ditemukan dalam molekul RNA kurir tidak memiliki kemampuan untuk secara langsung mengenali asam amino. Sebaliknya, terjemahan RNA kurir tergantung pada molekul yang berhasil mengenali dan mengikat kodon dan asam amino. Molekul ini adalah RNA transfer.

RNA transfer dapat dilipat menjadi struktur tiga dimensi yang kompleks yang menyerupai semanggi. Dalam molekul ini ada daerah yang disebut "antikodon", dibentuk oleh tiga nukleotida berturut-turut yang berpasangan dengan nukleotida komplementer berurutan dari rantai RNA kurir..

Seperti disebutkan pada bagian sebelumnya, kode genetiknya berlebihan, sehingga beberapa asam amino memiliki lebih dari satu transfer RNA.

Deteksi dan fusi asam amino yang benar ke RNA transfer adalah proses yang dimediasi oleh enzim yang disebut aminoacyl-tRNA synthetase. Enzim ini bertanggung jawab untuk menggabungkan kedua molekul melalui ikatan kovalen.

Pesan RNA diterjemahkan oleh ribosom

Untuk membentuk protein, asam amino dihubungkan bersama oleh ikatan peptida. Proses membaca RNA kurir dan mengikat asam amino spesifik terjadi pada ribosom.

Ribosom adalah kompleks katalitik yang dibentuk oleh lebih dari 50 molekul protein dan beberapa jenis RNA ribosom. Pada organisme eukariotik, sel rata-rata mengandung, rata-rata, jutaan ribosom di lingkungan sitoplasma.

Secara struktural, ribosom terdiri dari subunit besar dan subunit kecil. Fungsi sebagian kecil adalah untuk memastikan bahwa RNA transfer dipasangkan dengan benar dengan RNA kurir, sementara subunit besar mengkatalisis pembentukan ikatan peptida antara asam amino.

Ketika proses sintesis tidak aktif, dua subunit yang membentuk ribosom dipisahkan. Pada awal sintesis, RNA messenger mengikat kedua subunit, biasanya di dekat ujung 5 '..

Dalam proses ini, perpanjangan rantai polipeptida terjadi dengan penambahan residu asam amino baru dalam langkah-langkah berikut: pengikatan RNA transfer, pembentukan ikatan peptida, translokasi subunit. Hasil dari langkah terakhir ini adalah pergerakan ribosom lengkap dan siklus baru dimulai.

Perpanjangan rantai polipeptida

Tiga situs dibedakan dalam ribosom: situs E, P dan A (lihat gambar utama). Proses perpanjangan dimulai ketika beberapa asam amino telah terikat secara kovalen dan ada molekul RNA transfer di situs P.

Transfer RNA yang memiliki asam amino berikutnya yang akan dimasukkan terikat ke situs A oleh pasangan basa dengan RNA kurir. Kemudian, bagian terminal karboksil dari peptida dilepaskan dari RNA transfer di situs P, oleh pemecahan ikatan energi tinggi antara RNA transfer dan asam amino yang membawa.

Asam amino bebas berikatan dengan rantai, dan ikatan peptida baru terbentuk. Reaksi sentral dari seluruh proses ini dimediasi oleh enzim peptidyl transferase, yang ditemukan dalam subunit besar ribosom. Dengan demikian, ribosom bergerak melalui RNA kurir, menerjemahkan dialek asam amino menjadi protein.

Seperti dalam transkripsi, faktor perpanjangan juga terlibat selama penerjemahan protein. Elemen-elemen ini meningkatkan kecepatan dan efisiensi proses.

Penyelesaian terjemahan

Proses penerjemahan berakhir ketika ribosom menemukan stop kodon: UAA, UAG atau UGA. Ini tidak dikenali oleh transfer RNA dan tidak mengikat asam amino apa pun.

Pada saat ini, protein yang dikenal sebagai faktor pelepas berikatan dengan ribosom dan menghasilkan katalisis molekul air dan bukan asam amino. Reaksi ini melepaskan ujung terminal karboksil. Akhirnya, rantai peptida dilepaskan ke dalam sitoplasma sel.

Referensi

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokimia Edisi ke-5. New York: W H Freeman.
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Undangan ke Biologi. Ed. Panamericana Medical.
  3. Darnell, J. E., Lodish, H. F., & Baltimore, D. (1990). Biologi sel molekuler. New York: Buku Ilmiah Amerika.
  4. Hall, J. E. (2015). Buku teks Guyton and Hall tentang fisiologi medis e-Book. Ilmu Kesehatan Elsevier.
  5. Lewin, B. (1993). Gen Volume 1. Kembalikan.
  6. Lodish, H. (2005). Biologi seluler dan molekuler. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktur ribosom dan mekanisme penerjemahan. Sel, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Pengantar mikrobiologi. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Struktur dan fungsi ribosom eukariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, 4(5), a011536.