Biosynteza białka (ekspresja informacji genetycznej)- proces, który prowadzi do wytworzenia cząsteczek białka. Zachodzi we wszystkich żywych komórkach, istnieje także możliwość przeprowadzenia go in vitro. Jest to wieloetapowy proces. Informacja zapisana w DNA zostaje przepisana na cząsteczki RNA w procesie transkrypcji, a one zostają później wykorzystane przez rybosomy jako źródło informacji potrzebnej do syntezy białka (w procesie translacji).
(Ekspresja informacji genetycznej wymaga przetłumaczenia „języka” kwasów nukleinowych na „język” białek)
Biosynteza różni się u prokariontów i eukariontów. W komórkach eukariotycznych funkcjonują tzw. geny podzielone. Posiadają one fragmenty kodujące- EKSONY (egzony), a między nimi fragmenty niekodujące- INTRONY. Natomiast geny w komórkach prokariotycznych nie uległy podzieleniu.
Następną różnicą jest brak rozdzielenia czasowego i przestrzennego transkrypcji i translacji u prokariontów, podczas gdy u eukariontów występuje takie rozdzielenie. Rozdzielenie przestrzenne tzn., że transkrypcja zachodzi w jądrze komórkowym, a translacja w cytoplazmie. (U prokariontów oba etapy zachodzą w cytoplazmie)
Komórki prokariotyczne posiadają OPERONY. Są to zespoły genów obsługiwane przez jeden promotor (miejsce przyłączenia polimerazy RNA). Dzięki temu syntezowanych jest kilka rodzajów białek z udziałem jednego promotora. W komórkach eukariotycznych każdy gen ma swój własny promotor. Zatem syntezowany jest tylko jeden określony rodzaj białka.
Transkrypcja (inaczej- przepisywanie) to synteza nici RNA wg informacji zapisanej w DNA, zachodzi w jądrze komórkowym. Celem jest stworzenie możliwie dużej ilości kopii i ochronę oryginału.
Przebieg transkrypcji:
Informacja genetyczna kopiowana jest z matrycy DNA na swoistą kopię roboczą- jest nią cząsteczka RNA.
Proces rozpoczyna się od powiązania polimerazy RNA (podjednostka dużych enzymów) z promotorem (swoisty odcinek matrycowej nici DNA sygnalizujący gdzie trzeba zacząć odczytywanie).
Lokalne wiązania wodorowe między dwiema nićmi komplementarnymi w DNA zostają rozerwane i rozdzielają się na pewnym odcinku.
Polimeraza RNA przesuwa się wzdłuż nici DNA (jest to tzw. nić matrycowa). Przesuwając się polimeraza odczytuje kolejne zasady azotowe i syntezuje zgodnie z zasadą komplementarności nić RNA. Druga nić nie ulega transkrypcji.
Koniec transkrypcji ma miejsce, gdy polimeraza RNA trafi na specjalną sekwencję nukleotydów, tzw. sekwencję terminalną.
Dochodzi wtedy do oddzielenia polimerazy od DNA, a następnie do obróbki potranskrypcyjnej (wycinanie intronów i łączenie eksonów). Po tym wszystkim mRNA jest eksportowany do cytoplazmy (opuszcza jądro przez otoczkę jądrową).
Translacja (czyli tłumaczenie)- matryca mRNA jest wykorzystywana do właściwej syntezy białka.
W biosyntezę białka bezpośrednio zaangażowane są rybosomy- drobne struktury komórkowe, występujące luźno w cytoplazmie lub związane z siateczką wewnątrzplazmatyczną (zbudowane są z dwóch podjednostek: większej i mniejszej); to właśnie na rybosomach (w cytoplazmie) zachodzi translacja
Poza rybosomami ważnym elementem jest transportowy RNA (tRNA). Jest to nieduża cząsteczka (o b. charakterystycznym kształcie), w której obrębie znajdują się dwa ważne miejsca:
Miejsce przyłączenia aminokwasu, znajdujące się na wolnej końcówce
Antykodon znajdujący się w środkowej pętli. Jest to określona sekwencja trzech nukleotydów, różna u różnych tRNA. Ważne jest to, że rodzaj antykodonu decyduje o tym jaki aminokwas zostanie przyłączony- każdy rodzaj tRNA nosi tylko jeden aminokwas. (slajd 9.)
Inicjacja translacji
Mała podjednostka rybosomu przyłącza początek nici mRA oraz startowy tRNA. Ten tRNA niesie metioninę (aminokwas) i ma antykodon UAC. mRNA i tRNA ustawiają się tak, aby naprzeciwko siebie znajdowały się komplementarne antykodony i kodony, a więc kodon mRNA to AUG (tzw. kodon startowy), sygnalizuje on początek genu. Potem dołącza się duża podjednostka rybosomu.
Elongacja
W rybosomie są miejsca na dwa tRNA, tak więc na jedno wolne miejsce może wejść następny tRNA z aminokwasem (pod warunkiem, że jego antykodon jest komplementarny do kodonu znajdującego się za pierwszym kodonem AUG). Między aminokwasami znajdującymi się koło siebie tworzą się wiązania peptydowe. (slajd 12.)
Po utworzeniu wiązania, pierwszy tRNA odrywa się od „swojego” aminokwasu, dzięki czemu może wrócić do cytoplazmy, aby tam połączyć się z nowym aminokwasem, który może potem przyprowadzić. tRNA, który pozostał w rybo somie, przesuwa się na miejsce pierwszego tRNA, które teraz jest puste. Na miejsce, które zwolnił, wchodzi następny tRNA pojawiający się w rybosomie. Antykodon nowego tRNA musi być komplementarne do mRNA. Ponownie między nowym aminokwasem (tutaj Liz- lizyna) a poprzednimi powstaje wiązanie peptydowe. (slajd 13.)
Terminacja
Koniec procesu translacji następuje, gdy na mRNA pojawi się kodon nonsensowny, tzw. kodon STOP, do którego nie pasuje żaden antykodon. Łańcuch aminokwasów odłącza się, a rybosom ulega rozpadowi na podjednostki (mniejszą i większą).
Łańcuch aminokwasów ulega przekształceniom.