PROCES BIOSYNTEZY BIAŁKA

Biosynteza białka to proces doprowadzający do wytworzenia w pełni funkcjonalnych cząsteczek białek. Zachodzi stale w każdej żywej komórce, z wyjątkiem erytrocytów człowieka nieposiadających jąder (co uniemożliwia transkrypcję).

Informacja o strukturze danego białka jest zapisana w genach. W trakcie procesów syntezy, informacja pochodząca z genów, zakodowana w nici DNA, musi zostać odczytana i na jej podstawie tworzy się łańcuch aminokwasów o określonej kolejności. Sekwencja aminokwasów decyduje w głównej mierze o właściwościach białka, czyli o tym czy będzie to np. składnik hemoglobiny, enzym trawienny, białko budujące tkankę łączną lub też immunoglobulina - białko odpornościowe.

Synteza białka jest to procesem wieloetapowym, na który składają się:
- transkrypcja - przepisanie informacji z DNA na RNA, proces ten odbywa się w jądrze komórkowym
- translacja - RNA przedostaje się z jądra komórkowego do cytoplazmy komórki i tam następuje odkodowanie informacji zawartej w RNA, na tej podstawie tworzony jest łańcuch polipeptydowy
- ukształtowanie struktury drugo- i trzeciorzędowej, czyli odpowiednie zwinięcie się łańcucha aminokwasów
-potranslacyjna modyfikacja cząsteczki białkowej (etap nie zawsze występujący), polega najczęściej na doczepieniu do cząsteczki białka różnych cukrów złożonych (glikozylacja)

Etap pierwszy -TRANSKRYPCJA

Proces ten polega na przepisaniu informacji genetycznej z jednego kwasu nukleinowego (DNA) na drugi kwas nukleinowy (RNA), przy udziale enzymu -polimerazy (na pozostałe odcinki łańcucha DNA działa inny enzym -restryktaza, który przeciwdziała transkrypcji RNA i ekspresji genów). Geny mieszczące się w jądrze komórkowym są zakodowane w podwójnej nici kwasu DNA. W momencie gdy jakieś białko jest potrzebne w komórce, rozplątaniu na dwie oddzielne nici ulega odpowiedni fragment nici DNA. Wyjściowa informacja DNA odczytywana jest w celu syntezy kwasów rybonukleinowych (RNA). Tworzone kwasy rybonukleinowe są komplementarne w stosunku do łańcucha DNA. Elementami RNA są cztery rybonukleotydy, różniące się zasadami azotowymi -adeninowa, guanidynowa, cytodynowa, urydynowa. Zamiast zasady pirymidynowej -tyminy włączany jest uracyl. Drugą nietranskrybowaną nicią DNA jest nić kodująca. W komórkach eukariotycznych transkrypcja zachodzi w jądrze (niezależnie także w mitochondriach i chloroplastach).W komórkach eukariotycznych przy transkrypcji jądrowego DNA pierwotnie wytwarzana jest większa ilość RNA niż ta, potem biorąca udział w syntezie polipeptydów. Nadmiar RNA jest niszczony przed transportem z jądra do cytoplazmy. Wynikiem transkrypcji jest utworzenie odmian RNA -mRNA, rRNA, tRNA.

II etap -TRANSLACJA

Początek translacji czyli syntezy polipeptydu zaczyna się w rubosomie od kontaktu mRNA z tRNA, który przenosi aminokwas(metioninę). Aminokwasy łączą się z wiązaniami peptydowymi w odpowiedniej kolejności, zgodnie z kodonem genetycznym zawartym mRNA. To sprawia że wydłużają się łańcuchy polipeptydowe. Proces ten to elongacja, kończy się germinacją translacji, gdy rybosom przesunie się na kodon terminacyjny w mRNA. W stosunku do kodonu terminacyjnego, brakuje tRNA z komplementarnym antykodonem. Krótko mówiąc istotą translacji jest tu odczytywanie informacji zawartej w mRNA i przeniesienie jej na sekwencję aminokwasów. Zachodzi w cytoplazmie. Główną rolę odgrywa różnorodne tRNA, gdyż każdy z jego rodzajów może przyłączyć aktywowany typ aminokwasu. W wyniku aktywacji aminokwasu i przyłączeniu go do tRNA powstaje kompleks aminoacylo-tRNA.

Zsentetyzowane w rybosomach polipeptydy ulegają potranslacyjnej enzymatycznej modyfikacji. W jej wyniku powstaje:

• białko strukturalne (wchodzi w skład organelli cytoplazmatycznych

• białko enzymatyczne (z nim związany metabolizm wewnątrzkomórkowy)

• białko wydzielane przez komórki na zewnątrz

1. Budowa RNA

RNA - (ang. ribonucleic acid) Struktura kwasu rybonukleinowego różni się od DNA. Jednostką cukrową w RNA jest ryboza, a nie deoksyryboza jak w przypadku DNA. Kwas rybonukleinowy, zatem, zbudowany jest z czterech rodzajów nukleozydów: adenozyny (AMP), guanozyny (GMP), cytydyny (CMP) oraz uracylu (UMP). Istotną różnicą jest to, że jedną z czterech zasad jest uracyl zamiast tyminy. Uracyl paruje komplementarnie z adeniną, tworząc dwa wiązania wodorowe, różniąc się od tyminy występowaniem grupy metylowej. Cząsteczki RNA występują w formie jedno- i dwuniciowej.

Zazwyczaj jednak RNA występuje w postaci jednoniciowego, silnie pofałdowanego polinukleotydu zawierającego odcinki dwuniciowe i tworzącego skomplikowane struktury przestrzenne. W przeciwieństwie do DNA stosunek zasad azotowych purynowych do pirymidynowych w cząsteczce jednoniciowego RNA nie jest zachowany.

mRNA -RNA matrycowy - cząsteczki kwasu rybonukleinowego zawierające przepisaną z genów, zakodowaną informację genetyczną o sekwencji poszczególnych polipeptydów (zawiera informację o kolejności aminokwasów w polipeptydzie).Cząsteczki te po przyłączeniu się do rybosomów stanowią matrycę - kolejne trójki nukleotydów mRNA (tzw. kodony) są rozpoznawane przez odpowiednie fragmenty (tzw. antykodony) cząsteczek transportujących aminokwasy (tRNA), dzięki czemu w procesie translacji powstaje właściwa sekwencja peptydu. mRNA syntetyzowany jest przez polimerazę RNA, która jest zależna od DNA (enzym wymaga DNA jako wzorca, substratami dla niego są trójfosforany czterech rybo- nukleozydów, charakterystyczne dla RNA. Produktami są RNA i nieograniczony pirofosforan). W transkrypcji informacji genetycznej bierze udział jedna nić, dlatego też powstaje tylko jeden rodzaj mRNA. Jednym słowem mRNA

rRNA - rybosomalny RNA, rRNA powstaje w wyniku procesu transkrypcji DNA. U organizmów eukariotycznych za jego transkrypcję odpowiada polimeraza RNA. Razem z tRNA bierze udział w przenoszeniu informacji z mRNA na polipeptyd.

tRNA -RNA przenoszące, transportujące, są mniejsze od cząsteczek mRNA i rRNA. W syntezie białek rozróżnia i przyłącza określony aminokwas (każdy z 20 aminokwasów przyłącza się do jednego (lub więcej) ściśle określonego rodzaju tRNA (w pewnym odcinku tRNA -antykodon, który określa dany aminokwas i lokuje go w polipeptydzie). W komórce występują dziesiątki różnorodnych tRNA, każdy specyficzny rodzaj może przyłączać aktywowany (tzn. wzbogacony energetycznie) aminokwas. Cząsteczki tRNA zbudowane są z ok. 74 do 95 nukleotydów. W skład cząsteczki wchodzą również zmodyfikowane zasady azotowe (pseudourydyna i dihydrourydyna). Wzór strukturalny tRNA ma budowę palczastą i przyjmuje kształt czterolistnej koniczyny w którym można wyróżnić 4 ramiona. Każde z tych ramion pełni inną funkcję.

DNA - deoksyrybonukleinowy - jest magazynem i nośnikiem informacjigenetycznej

RNA - rybonukleinowy - umożliwia realizacje informacji genetycznej

RNA występuje w komórce w kilku postaciach:

- matrycowy RNA (mRNA) - jest roboczą kopia genu

- transportowy RNA ( tRNA) - przenosi aminokwasy niezbędne do syntezy białka

- rybosomalny RNA (rRNA) - jest składnikiem rybosomów

Ogólnie rola RNA polega na udziale w realizacji informacji genetycznej. Każdy RNA powstaje wg informacji zawartej w DNA. Proces ten nazywany jest transkrypcją i przebiega na podobnej zasadnie jak replikacja.

Biosynteza białka

Biosynteza białka jest to proces wytwarzania cząsteczek białka z aminokwasów pomiędzy którymi tworzą się wiązania peptydowe, proces ten zachodzi na rybosomach.

Podczas biosyntezy białka dochodzi do realizowania posiadanej informacji znajdującej się w genach.

Etapy biosyntezy białka:

1. transkrypcja - zachodzi w jądrze komórkowym i polega na powstaniu mRNA na matrycy DNA

2. obróbka potranskrypcyjna mRNA - wycinanie intronów( fragmentów nie zawierających informacji genetycznej

3. przejście mRNA do cytoplazmy

4. mRNA wchodzi w dwie podjednostki rybosomy

5. rozpoczęcie procesu translacji - jest to proces przetłumaczenia „języka” nukleotydów na „język” aminokwasów. 3 kolejne nukleotydy tworzą tzw. Kodon(triplet). Kodon oznacza ściśle określony aminokwas. Białka wchodzące w skład organizmów, zbudowane są z 20 rodzajów aminokwasów. Aminokwasy te są zakodowane w postaci określonych kodonów

Etapy translacji:

1. Inicjacja - początek powstania łańcucha polipeptydowego(białkowego) zawsze łańcuch białkowy rozpoczyna się metioniną, która jest kodowana przez triplet AUG

2. Elongacja - jest to wydłużenie łańcucha białkowego

3. Terminacja - jest to zakończenie translacji. Sygnałem do zakończenia tego procesu jest pojawienie się na informacyjnym RNA jednego z trzech kodonów stopu, który nie oznacza żadnego aminokwasu.

Kodon - jest to trójka nukleotydów mRNA odpowiadająca jednemu aminokwasowi, a pasująca do niej na zasadzie komplementarności trójkę nukleotydów tRNA nazywa się antykodonem.

---