Syntéza bílkovin - nejdůležitější biochemický proces, který se vyskytuje v živých organismech. Je základem pro tvorbu a fungování všech buněk, tkání a orgánů. Aby však byl protein syntetizován, musí projít řadou složitých fází, ke kterým dochází v ribozomech.
Mezi hlavní fáze syntézy proteinů patří: 1)transkripce, 2) translace. V prvním kroku dna řídí syntézu molekuly RNA a ve druhém se RNA používá jako matrice k syntéze sekvence aminokyselin, které tvoří protein.
Existuje několik způsobů, jak provádět syntézu proteinů v buňkách. Jeden z nich je prostřednictvím volných ribozomů, které syntetizují protein v cytoplazmě buňky. V tomto případě není syntetizovaný protein spojen s membránami endoplazmatického retikula a používá se uvnitř buňky. Další metoda je realizována za účasti ribozomů zachycených molekulami RNA, které syntetizují protein v místě připojení ribozomu k membráně endoplazmatického retikula. Tento mechanismus umožňuje syntetizovanému proteinu vstoupit do endoplazmatického retikula a slouží k sekreci proteinů mimo buňku.
Místo syntézy proteinů v buňce může záviset na jeho účelu a funkci. Organely odpovědné za syntézu bílkovin hrají důležitou roli ve zdraví a vývoji buňky a těla jako celku.
Místo syntézy bílkovin
Ribozomy jsou komplexy z ribozomálních RNA (rRNA) a ribozomálních proteinů. Nacházejí se jak v cytoplazmě buňky (cytoplazmatické ribozomy), tak jsou připojeny k membránám endoplazmatického retikula (endoplazmatické ribozomy). Cytoplazmatické ribozomy jsou zodpovědné za syntézu proteinu určeného pro použití uvnitř buňky. Endoplazmatické ribozomy syntetizují proteiny, které se pak používají mimo buňku, například k exportu do jiných orgánů nebo organismů.
Proces syntézy proteinů začíná transkripcí-procesem kopírování informací z DNA do molekul RNA. RNA matrice se tvoří a pohybují se z buněčného jádra do ribozomů, kde probíhá proces translace. V této fázi se aminokyseliny kódované v RNA matici spojují v určité sekvenci a vytvářejí proteinové řetězce. Proteinové řetězce se skládají do trojrozměrné struktury a plní různé funkce v těle.
Místo syntézy bílkovin v buňce závisí na jeho účelu a roli v těle. Některé proteiny mohou být syntetizovány pouze v určitých buňkách nebo orgánech, například inzulín je syntetizován v beta buňkách slinivky břišní. Jiné proteiny mohou být syntetizovány ve všech buňkách těla.
Je důležité poznamenat, že syntéza bílkovin je složitý a přesně upravený proces, který hraje klíčovou roli ve fungování buněk a organismů obecně.
Hlavní fáze
Syntéza proteinů probíhá v několika základních fázích, které jsou sekvenčním řetězcem reakcí a procesů. Podívejme se na tyto fáze podrobněji:
1. Přepis
První fáze syntézy proteinů, ve které je informační řetězec DNA přenášen na kyselinu ribonukleovou (RNA). V důsledku transkripce se vytvoří molekula RNA obsahující informace o sekvenci aminokyselin, která tvoří budoucí protein.
2. Ribozomální spojení
Dále je molekula RNA směrována do ribozomů, míst, kde dochází k syntéze proteinů. Molekula RNA se váže na ribozom a vytváří takzvaný ribozomální komplex. Zde začíná proces vysílání, který zahrnuje čtení informací z RNA a tvorbu proteinových řetězců.
3. Přenos
V této fázi dochází k přímé syntéze proteinového řetězce. Ribozom čte sekvenci nukleotidových tripletů v molekule RNA a vybírá odpovídající aminokyseliny. Aminokyseliny se pak vzájemně vážou a vytvářejí řetězec bílkovin, který postupně roste.
4. Posttranslační úpravy
Po dokončení syntézy proteinového řetězce mohou nastat posttranslační úpravy. Tyto procesy zahrnují mechanismy změny struktury proteinu, přidání různých chemických skupin nebo prořezání části proteinového řetězce. Posttranslační modifikace mohou změnit funkci nebo aktivitu proteinu.
5. Doprava a místo akce
Syntetizované proteiny jsou transportovány do místa svého působení. Mohou se pohybovat v buňce, dostat se do mezibuněčného prostoru nebo být vyloučeny z buňky. V závislosti na své funkci mohou proteiny působit uvnitř buňky nebo plnit svou funkci v jiných organismech.
Syntéza proteinů tedy zahrnuje několik důležitých kroků, počínaje transkripcí a konče transportem a působením proteinů. Každá z těchto fází hraje důležitou roli v celkovém procesu syntézy bílkovin.
Přepis
K transkripci dochází v buněčném jádru. Je iniciován speciálním enzymatickým systémem, který zahrnuje RNA polymerázu, enzym zodpovědný za katalytickou aktivitu a iniciační faktory transkripce, které signalizují začátek procesu. RNA polymeráza čte první řetězec DNA a syntetizuje komplementární RNA řetězec.
Proces transkripce zahrnuje několik fází: iniciace, elongace a terminace. V první fázi dochází k rozpoznání místa DNA, kde začíná syntéza RNA. V elongaci RNA řetězce dochází k prodloužení molekuly RNA a v závěrečné fázi, terminaci, dochází k oddělení RNA od dna.
Přepis lze provést v různých režimech. Jedním z nich je základní transkripce, při které polymeráza přečte veškerou genetickou informaci a syntetizuje kompletní molekulu RNA. Kromě toho jsou v buněčných jádrech geny kódující proteiny a neobsahují kódující informace. Pro jejich čtení existují alternativní transkripční mechanismy.
| Fáze | Popis |
|---|---|
| Iniciace | RNA polymeráza iniciuje syntézu RNA na určitém úseku DNA |
| Elongace | Prodloužení molekuly RNA přidáním nukleotidů |
| Terminování | Oddělení RNA řetězce od maticové DNA |
Přenos
Translace začíná procesem replikace DNA, během kterého je výsledná matice číslo postavena komplementární matice RNA – RNA. RNA matice se skládá ze sekvence nukleotidů, kde každá báze nukleotidu a, T, G A C má svůj odraz ve formě Y, A, C A G.
Proces translace probíhá na ribozomech-proteinových strukturách, na kterých se nachází RNA matice. Hlavním účastníkem translace je RNA polymeráza, která se váže na RNA matrici a začíná syntézu proteinu. V této fázi RNA polymeráza čte nukleotidovou sekvenci na RNA matrici a syntetizuje komplementární řetězec obsahující úplné informace pro stavbu proteinu.
Dalším krokem translace je zpracování RNA matrice tRNA-látek molekul transportní RNA, které mají schopnost vázat se na RNA matrici a přenášet aminokyseliny – stavební kameny proteinu – na ribozomy. Každá viditelná RNA je schopna tolerovat určitou aminokyselinu.
Určitým způsobem určitá účast RNA matrice dosáhne určitého počtu sledovaných bází konkrétní sekvence díky závislé struktuře složené z charakteristických molekul tRNA a ribozomů. Tímto způsobem je zajištěno správné sestavení proteinového řetězce podle sekvence aminokyselin na molekulách tRNA.
Po dokončení translace prochází proteinový řetězec procesem posttranslační morfologie. V této fázi dochází k ukládání a modifikaci proteinu, což mu umožňuje získat jeho jedinečnou strukturu a funkci.
Skladování
K ukládání bílkovin dochází v mnoha specializovaných organelách buňky, včetně endoplazmatického retikula (EPR), Golgiho aparátu a lysozomů. The EPR dochází k primárnímu srážení proteinu, stejně jako k jeho modifikaci a přidání posttranslačních markerů. Proteiny se poté přesunou do Golgiho aparátu, kde dojde k jejich další úpravě a třídění podle účelu.
V Golgiho aparátu mohou být proteiny zabaleny do bublin nazývaných vezikuly a odeslány do různých částí buňky nebo exportovány z buňky. Jednou z důležitých funkcí Golgiho aparátu je přidání glykolů k proteinům, které mohou upravit jejich funkce a nasměrovat je na správné místo uvnitř nebo vně buňky.
Některé proteiny mohou být také adresovány do lysozomů, kde jsou zničeny a zpracovány na složky. Lysozomy tak plní funkci recyklace a likvidace proteinů.
Skládání bílkovin je složitý a pečlivě regulovaný proces, který zajišťuje správné fungování buňky a těla jako celku. Poruchy v procesu ukládání bílkovin mohou vést k různým patologiím, včetně neurodegenerativních onemocnění a rakoviny.