Jump to content

Биосинтез белка

(Перенаправлено из Биосинтез белков )

Ядро внутри клетки, показывающее ДНК, РНК и ферменты на разных стадиях биосинтеза белка.
Биосинтез белка начинается с транскрипции и посттранскрипционных модификаций в ядре. Затем зрелая мРНК экспортируется в цитоплазму, где транслируется. Полипептидная цепь затем сворачивается и модифицируется посттрансляционно.

Биосинтез белка (или синтез белка ) — это основной биологический процесс, происходящий внутри клеток и уравновешивающий потерю клеточных белков (путем деградации или экспорта ) за счет производства новых белков. Белки выполняют ряд важнейших функций в качестве ферментов , структурных белков или гормонов . Синтез белка — очень похожий процесс как для прокариот , так и для эукариот, но есть некоторые явные различия. [ 1 ]

Синтез белка можно условно разделить на две фазы: транскрипцию и трансляцию . Во время транскрипции участок ДНК , кодирующий белок, известный как ген , преобразуется в матричную молекулу, называемую информационной РНК (мРНК). Это преобразование осуществляется ферментами, известными как РНК-полимеразы , в ядре клетки . [ 2 ] У эукариот эта мРНК первоначально вырабатывается в преждевременной форме ( пре-мРНК ), которая подвергается посттранскрипционным модификациям с образованием зрелой мРНК . Зрелая мРНК экспортируется из ядра клетки через ядерные поры в цитоплазму клетки для осуществления трансляции. Во время трансляции мРНК считывается рибосомами , которые используют нуклеотидную последовательность мРНК для определения последовательности аминокислот . Рибосомы катализируют образование ковалентных пептидных связей между кодируемыми аминокислотами с образованием полипептидной цепи . [ нужна ссылка ]

После трансляции полипептидная цепь должна свернуться с образованием функционального белка; например, чтобы функционировать как фермент, полипептидная цепь должна правильно сворачиваться, образуя функциональный активный центр . Чтобы принять функциональную трехмерную форму, полипептидная цепь должна сначала сформировать ряд более мелких основных структур, называемых вторичными структурами . Полипептидная цепь в этих вторичных структурах затем складывается, образуя общую трехмерную третичную структуру . После правильного сворачивания белок может подвергаться дальнейшему созреванию посредством различных посттрансляционных модификаций , которые могут изменить способность белка функционировать, его расположение внутри клетки (например, в цитоплазме или ядре) и его способность взаимодействовать с другими белками . [ 3 ]

Биосинтез белка играет ключевую роль в заболевании, поскольку изменения и ошибки в этом процессе, вызванные мутациями ДНК или неправильным сворачиванием белка , часто являются основными причинами заболевания. Мутации ДНК изменяют последующую последовательность мРНК, которая затем изменяет аминокислотную последовательность, кодируемую мРНК. Мутации могут привести к укорочению полипептидной цепи за счет создания стоп-последовательности , которая вызывает раннюю терминацию трансляции. Альтернативно, мутация в последовательности мРНК изменяет конкретную аминокислоту, кодируемую в этом положении полипептидной цепи. Это изменение аминокислот может повлиять на способность белка функционировать или правильно сворачиваться. [ 4 ] Неправильно свернутые белки имеют тенденцию образовывать плотные белковые комки , которые часто являются причиной заболеваний, особенно неврологических расстройств, включая болезнь Альцгеймера и Паркинсона . [ 5 ]

Транскрипция

[ редактировать ]

Транскрипция происходит в ядре с использованием ДНК в качестве матрицы для производства мРНК . У эукариот эта молекула мРНК известна как пре-мРНК , поскольку она претерпевает посттранскрипционные модификации в ядре с образованием зрелой молекулы мРНК. Однако у прокариот посттранскрипционные модификации не требуются, поэтому зрелая молекула мРНК немедленно образуется в результате транскрипции. [ 1 ]

Пятиуглеродный сахар пятиугольной формы с присоединенным основанием и фосфатной группой, соединенный посредством фосфодиэфирной связи с фосфатной группой другого нуклеотида.
Иллюстрирует структуру нуклеотида с помеченными 5 атомами углерода, демонстрируя 5'-природу фосфатной группы и 3'-природу гидроксильной группы, необходимой для образования соединительных фосфодиэфирных связей.
Показывает две полинуклеотидные цепи внутри молекулы ДНК, соединенные водородными связями между комплементарными парами оснований. Одна цепь проходит в направлении от 5’ к 3’, а дополнительные цепи идут в противоположном направлении от 3’ к 5’, поскольку они антипараллельны.
Иллюстрирует внутреннюю направленность молекулы ДНК: кодирующая цепь проходит от 5’ к 3’, а комплементарная цепь матрицы – от 3’ к 5’.

фермент, известный как геликаза Первоначально на молекулу ДНК воздействует . ДНК имеет антипараллельную структуру двойной спирали, состоящую из двух комплементарных полинуклеотидных цепей, удерживаемых вместе водородными связями между парами оснований. Хеликаза разрушает водородные связи, вызывая раскручивание участка ДНК, соответствующего гену, разделяя две цепи ДНК и обнажая ряд оснований. Несмотря на то, что ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, только одна из цепей действует как матрица для синтеза пре-мРНК; эта нить известна как шаблонная нить. Другая цепь ДНК (которая комплементарна цепи матрицы) известна как кодирующая цепь. [ 6 ]

И ДНК, и РНК обладают внутренней направленностью , что означает наличие двух разных концов молекулы. Это свойство направленности обусловлено асимметричностью лежащих в основе нуклеотидных субъединиц с фосфатной группой на одной стороне пентозного сахара и основанием на другой. Пять атомов углерода в пентозном сахаре пронумерованы от 1’ (где «означает простое число») до 5’. Следовательно, фосфодиэфирные связи, соединяющие нуклеотиды, образуются путем присоединения гидроксильной группы на 3'-углероде одного нуклеотида к фосфатной группе на 5'-углероде другого нуклеотида. Следовательно, кодирующая цепь ДНК проходит в направлении от 5' к 3', а комплементарная цепь ДНК-матрицы идет в противоположном направлении от 3' к 5'. [ 1 ]

Две цепи ДНК разделены РНК-полимеразой, прикрепленной к одной из цепей, и молекулой РНК, выходящей из РНК-полимеразы.
Иллюстрирует преобразование матричной цепи ДНК в молекулу пре-мРНК с помощью РНК-полимеразы.

Фермент РНК-полимераза связывается с открытой цепью матрицы и считывает ген в направлении от 3’ к 5’. Одновременно РНК-полимераза синтезирует одну цепь пре-мРНК в направлении от 5'-к-3', катализируя образование фосфодиэфирных связей между активированными нуклеотидами (свободными в ядре), которые способны комплементарно спариваться основаниями с матричной цепью. . За движущейся РНК-полимеразой две цепи ДНК воссоединяются, поэтому одновременно подвергаются воздействию только 12 пар оснований ДНК. [ 6 ] РНК-полимераза строит молекулу пре-мРНК со скоростью 20 нуклеотидов в секунду, что позволяет производить тысячи молекул пре-мРНК из одного и того же гена за час. Несмотря на высокую скорость синтеза, фермент РНК-полимераза содержит собственный механизм корректуры. Механизмы корректуры позволяют РНК-полимеразе удалять неправильные нуклеотиды (которые не комплементарны матричной цепи ДНК) из растущей молекулы пре-мРНК посредством реакции вырезания. [ 1 ] Когда РНК-полимеразы достигают определенной последовательности ДНК, которая завершает транскрипцию, РНК-полимераза отделяется и синтез пре-мРНК завершается. [ 6 ]

Синтезированная молекула пре-мРНК комплементарна матричной цепи ДНК и имеет ту же нуклеотидную последовательность, что и кодирующая цепь ДНК. Однако существует одно решающее различие в нуклеотидном составе молекул ДНК и мРНК. ДНК состоит из оснований: гуанина , цитозина , аденина и тимина (G, C, A и T). РНК также состоит из четырех оснований: гуанина, цитозина, аденина и урацила . В молекулах РНК основание ДНК тимин заменено урацилом, который способен образовывать пару оснований с аденином. Таким образом, в молекуле пре-мРНК все комплементарные основания, которые могли бы быть тимином в кодирующей цепи ДНК, заменены урацилом. [ 7 ]

Посттранскрипционные модификации

[ редактировать ]
три цепи РНК на разных стадиях созревания, первая цепь содержит только интроны и экзоны, вторая цепь приобрела 5'-кэп и 3'-хвост и все еще содержит интроны и экзоны, третья цепь имеет кэп и хвост, но интроны были удалены
Описан процесс посттранскрипционной модификации пре-мРНК посредством кэпирования, полиаденилирования и сплайсинга с целью получения зрелой молекулы мРНК, готовой к экспорту из ядра.

После завершения транскрипции молекула пре-мРНК подвергается посттранскрипционным модификациям с образованием зрелой молекулы мРНК.

Посттранскрипционные модификации включают 3 ключевых этапа: [ нужна ссылка ]

  1. Добавление 5'-кэпа к 5'-концу молекулы пре-мРНК.
  2. Добавление 3'-конца поли(А)-хвоста добавляется к 3'-концу молекулы пре-мРНК.
  3. Удаление интронов посредством сплайсинга РНК

5'-кэп добавляется к 5'-концу молекулы пре-мРНК и состоит из гуанинового нуклеотида, модифицированного посредством метилирования . Цель 5'-кэпа — предотвратить разрушение зрелых молекул мРНК перед трансляцией. Кэп также помогает связыванию рибосомы с мРНК для начала трансляции. [ 8 ] и позволяет дифференцировать мРНК от других РНК в клетке. [ 1 ] Напротив, 3'-конец поли(А) добавлен к 3'-концу молекулы мРНК и состоит из 100-200 адениновых оснований. [ 8 ] Эти различные модификации мРНК позволяют клетке обнаружить, что полное сообщение мРНК не повреждено, если присутствуют как 5'-кэп, так и 3'-хвост. [ 1 ]

Эта модифицированная молекула пре-мРНК затем подвергается процессу сплайсинга РНК. Гены состоят из ряда интронов и экзонов , интроны — это нуклеотидные последовательности, которые не кодируют белок, а экзоны — это нуклеотидные последовательности, которые непосредственно кодируют белок. Интроны и экзоны присутствуют как в базовой последовательности ДНК, так и в молекуле пре-мРНК, поэтому для образования зрелой молекулы мРНК, кодирующей белок, должен произойти сплайсинг. [ 6 ] Во время сплайсинга промежуточные интроны удаляются из молекулы пре-мРНК с помощью мультибелкового комплекса, известного как сплайсосома (состоящего из более чем 150 белков и РНК). [ 9 ] Эта зрелая молекула мРНК затем экспортируется в цитоплазму через ядерные поры в оболочке ядра.

Пять нитей мРНК, каждая из которых имеет рибосому, прикрепленную на разных стадиях трансляции. Первая цепь содержит рибосому и одну тРНК, несущую пару аминокислотных оснований с мРНК, вторая цепь содержит рибосому и вторую тРНК, несущую пару аминокислотных оснований с мРНК, третья цепь содержит рибосому, катализирующую пептидную связь между две аминокислоты на двух тРНК. В четвертой цепи первая тРНК покидает рибосому, а третья тРНК прибывает с ее аминокислотой. Пятая цепь содержит рибосому, катализирующую пептидную связь между аминокислотами второй и третьей тРНК, стрелка указывает на продолжение цикла.
Иллюстрирует процесс трансляции, демонстрируя цикл спаривания кодонов-антикодонов тРНК и включения аминокислот в растущую полипептидную цепь рибосомой.
Рибосома на цепи мРНК, к которой прибывают тРНК, осуществляют спаривание оснований кодон-антикодон, доставляют свою аминокислоту к растущей полипептидной цепи и уходят. Демонстрирует действие рибосомы как биологической машины , которая функционирует на наноуровне для осуществления трансляции. Рибосома движется вдоль зрелой молекулы мРНК, включающей тРНК и образующей полипептидную цепь.

Во время трансляции рибосомы синтезируют полипептидные цепи из молекул-матрицы мРНК. У эукариот трансляция происходит в цитоплазме клетки, где рибосомы располагаются либо свободно плавающими, либо прикрепленными к эндоплазматической сети . У прокариот, лишенных ядра, процессы как транскрипции, так и трансляции происходят в цитоплазме. [ 10 ]

Рибосомы представляют собой сложные молекулярные машины , состоящие из смеси белка и рибосомальной РНК , разделенных на две субъединицы (большую и малую субъединицы), которые окружают молекулу мРНК. Рибосома считывает молекулу мРНК в направлении 5'-3' и использует ее в качестве матрицы для определения порядка аминокислот в полипептидной цепи. [ 11 ] Для трансляции молекулы мРНК рибосома использует небольшие молекулы, известные как транспортные РНК (тРНК), для доставки правильных аминокислот в рибосому. Каждая тРНК состоит из 70-80 нуклеотидов и принимает характерную структуру клеверного листа из-за образования водородных связей между нуклеотидами внутри молекулы. Существует около 60 различных типов тРНК, каждая тРНК связывается с определенной последовательностью из трех нуклеотидов (известной как кодон ) внутри молекулы мРНК и доставляет определенную аминокислоту. [ 12 ]

Рибосома первоначально прикрепляется к мРНК у стартового кодона (AUG) и начинает транслировать молекулу. Нуклеотидная последовательность мРНК читается в триплетах ; три соседних нуклеотида в молекуле мРНК соответствуют одному кодону. Каждая тРНК имеет открытую последовательность из трех нуклеотидов, известную как антикодон, которые комплементарны по последовательности определенному кодону, который может присутствовать в мРНК. Например, первым встреченным кодоном является стартовый кодон, состоящий из нуклеотидов AUG. Правильная тРНК с антикодоном (комплементарная 3-нуклеотидная последовательность UAC) связывается с мРНК с помощью рибосомы. Эта тРНК доставляет правильную аминокислоту, соответствующую кодону мРНК, в случае стартового кодона это аминокислота метионин. Следующий кодон (рядом со стартовым кодоном) затем связывается с правильной тРНК с комплементарным антикодоном, доставляя следующую аминокислоту в рибосому. Затем рибосома использует свою ферментативную активность пептидилтрансферазы , чтобы катализировать образование ковалентной пептидной связи между двумя соседними аминокислотами. [ 6 ]

Затем рибосома движется вдоль молекулы мРНК к третьему кодону. Затем рибосома высвобождает первую молекулу тРНК, поскольку только две молекулы тРНК могут быть соединены одной рибосомой одновременно. Выбирается следующая комплементарная тРНК с правильным антикодоном, комплементарным третьему кодону, доставляющая следующую аминокислоту к рибосоме, которая ковалентно присоединяется к растущей полипептидной цепи. Этот процесс продолжается при движении рибосомы по молекуле мРНК, добавляя к полипептидной цепи до 15 аминокислот в секунду. , могут связываться до 50 дополнительных рибосом За первой рибосомой с молекулой мРНК, образующей полисому , что позволяет одновременно синтезировать несколько идентичных полипептидных цепей. [ 6 ] Обрыв растущей полипептидной цепи происходит, когда рибосома встречает стоп-кодон (UAA, UAG или UGA) в молекуле мРНК. Когда это происходит, ни одна тРНК не может распознать ее, и фактор высвобождения индуцирует высвобождение полной полипептидной цепи из рибосомы. [ 12 ] Доктор Хар Гобинд Хорана , учёный родом из Индии, расшифровал последовательности РНК примерно из 20 аминокислот. [ нужна ссылка ] За свою работу он был удостоен Нобелевской премии в 1968 году вместе с двумя другими учеными.

Складывание белка

[ редактировать ]
три отдельные полипептидные цепи на разных уровнях сворачивания и кластер цепей
Показывает процесс сворачивания полипептидной цепи от ее первоначальной первичной структуры до четвертичной структуры.

Как только синтез полипептидной цепи завершен, полипептидная цепь складывается, принимая специфическую структуру, которая позволяет белку выполнять свои функции. Основная форма структуры белка известна как первичная структура , которая представляет собой просто полипептидную цепь, то есть последовательность ковалентно связанных аминокислот. Первичная структура белка кодируется геном. Следовательно, любые изменения в последовательности гена могут изменить первичную структуру белка и все последующие уровни структуры белка, в конечном итоге изменяя общую структуру и функцию. [ нужна ссылка ]

Первичная структура белка (полипептидная цепь) может затем складываться или скручиваться, образуя вторичную структуру белка. Наиболее распространенные типы вторичной структуры известны как альфа-спираль или бета-лист . Это небольшие структуры, образующиеся за счет водородных связей, образующихся внутри полипептидной цепи. Эта вторичная структура затем складывается, образуя третичную структуру белка. Третичная структура — это общая трехмерная структура белков, состоящая из различных вторичных структур, складывающихся вместе. В третичной структуре ключевые особенности белка, например активный центр, свернуты и сформированы, позволяя белку функционировать. Наконец, некоторые белки могут иметь сложную четвертичную структуру . Большинство белков состоят из одной полипептидной цепи, однако некоторые белки состоят из нескольких полипептидных цепей (известных как субъединицы), которые складываются и взаимодействуют, образуя четвертичную структуру. Следовательно, общий белок представляет собой многосубъединичный комплекс, состоящий из множества свернутых субъединиц полипептидной цепи, например гемоглобин . [ 13 ]

Постпереводческие мероприятия

[ редактировать ]

Существуют события, которые следуют за биосинтезом белка, такие как протеолиз. [ 14 ] и сворачивание белков. Протеолиз – это расщепление белков протеазами и распад белков на аминокислоты под действием ферментов.

Посттрансляционные модификации

[ редактировать ]

Когда сворачивание белка в зрелое функциональное трехмерное состояние завершено, это не обязательно означает конец пути созревания белка. Свернутый белок все еще может подвергаться дальнейшему процессингу посредством посттрансляционных модификаций. Существует более 200 известных типов посттрансляционных модификаций, эти модификации могут изменять активность белка, способность белка взаимодействовать с другими белками и то, где белок находится внутри клетки, например, в клеточном ядре или цитоплазме. [ 15 ] За счет посттрансляционных модификаций разнообразие белков, кодируемых геномом, увеличивается на 2–3 порядка . [ 16 ]

Существует четыре ключевых класса посттрансляционных модификаций: [ 3 ]

  1. Расщепление
  2. Добавление химических групп
  3. Добавление сложных молекул
  4. Образование внутримолекулярных связей

Расщепление

[ редактировать ]
Полипептидные цепи две, одна цепь целая, с тремя стрелками, указывающими места протеазного расщепления на цепи и межмолекулярные дисульфидные связи. Вторая цепь состоит из трех частей, соединенных дисульфидными связями.
Демонстрирует посттрансляционную модификацию белка за счет расщепления протеазой, иллюстрируя, что ранее существовавшие связи сохраняются, даже если полипептидная цепь расщепляется.

Расщепление белков — это необратимая посттрансляционная модификация, осуществляемая ферментами, известными как протеазы . Эти протеазы часто обладают высокой специфичностью и вызывают гидролиз ограниченного числа пептидных связей внутри целевого белка. Полученный укороченный белок имеет измененную полипептидную цепь с разными аминокислотами в начале и конце цепи. Эта посттрансляционная модификация часто изменяет функцию белков: белок может быть инактивирован или активирован в результате расщепления и может проявлять новую биологическую активность. [ 17 ]

Добавление химических групп

[ редактировать ]
Три полипептидные цепи с одной боковой цепью аминокислоты: две содержат лизин, а одна - серин. Три стрелки указывают на различные посттрансляционные модификации с добавлением новой химической группы к каждой боковой цепи. Первым является метилирование, затем ацетилирование, а затем фосфорилирование.
Показывает посттрансляционную модификацию белка путем метилирования, ацетилирования и фосфорилирования.

После трансляции небольшие химические группы могут быть добавлены к аминокислотам в структуре зрелого белка. [ 18 ] Примеры процессов, которые добавляют химические группы к целевому белку, включают метилирование, ацетилирование и фосфорилирование .

Метилирование – это обратимое присоединение метильной группы к аминокислоте, катализируемое ферментами метилтрансферазами . Метилирование происходит по крайней мере в 9 из 20 распространенных аминокислот, однако в основном оно происходит в отношении аминокислот лизина и аргинина . Одним из примеров белка, который обычно метилируется, является гистон . Гистоны — это белки, находящиеся в ядре клетки. ДНК плотно обернута вокруг гистонов и удерживается на месте другими белками и взаимодействием между отрицательными зарядами ДНК и положительными зарядами гистонов. Высокоспецифичный образец метилирования аминокислот в белках-гистонах используется для определения того, какие области ДНК плотно закручены и не могут транскрибироваться, а какие области слабо закручены и могут быть транскрибированы. [ 19 ]

Регуляция транскрипции ДНК на основе гистонов также модифицируется ацетилированием. Ацетилирование — это обратимое ковалентное присоединение ацетильной группы к аминокислоте лизин под действием фермента ацетилтрансферазы . Ацетильная группа удаляется из донорной молекулы, известной как ацетил-кофермент А, и переносится на целевой белок. [ 20 ] Гистоны подвергаются ацетилированию остатков лизина ферментами, известными как гистон-ацетилтрансфераза . Эффект ацетилирования заключается в ослаблении зарядовых взаимодействий между гистонами и ДНК, тем самым делая больше генов в ДНК доступными для транскрипции. [ 21 ]

Последней, распространенной посттрансляционной модификацией химической группы является фосфорилирование. Фосфорилирование — это обратимое ковалентное присоединение фосфатной группы к определенным аминокислотам ( серину , треонину и тирозину ) в белке. Фосфатная группа удаляется из донорной молекулы АТФ протеинкиназы с помощью и переносится на гидроксильную группу целевой аминокислоты, при этом образуется аденозиндифосфат в качестве побочного продукта . Этот процесс можно обратить вспять и удалить фосфатную группу с помощью фермента протеинфосфатазы . Фосфорилирование может создать сайт связывания на фосфорилированном белке, который позволяет ему взаимодействовать с другими белками и генерировать большие мультибелковые комплексы. Альтернативно, фосфорилирование может изменить уровень активности белка, изменяя способность белка связывать свой субстрат. [ 1 ]

Добавление сложных молекул

[ редактировать ]
Две полипептидные цепи: одна с открытой боковой цепью аспарагина и полисахарид, присоединенный к атому азота в аспарагине. Другой полипептид имеет открытую сериновую боковую цепь и ядро ​​полисахарида, прикрепленное к атому кислорода в серине.
Иллюстрирует разницу в структуре N-связанного и О-связанного гликозилирования полипептидной цепи.

Посттрансляционные модификации могут включать более сложные и крупные молекулы в свернутую структуру белка. Одним из распространенных примеров этого является гликозилирование , добавление молекулы полисахарида, которое широко считается наиболее распространенной посттрансляционной модификацией. [ 16 ]

При гликозилировании молекула полисахарида (известная как гликан ) ковалентно присоединяется к целевому белку ферментами гликозилтрансфераз и модифицируется гликозидазами в эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи . Гликозилирование может играть решающую роль в определении окончательной свернутой трехмерной структуры целевого белка. В некоторых случаях для правильного сворачивания необходимо гликозилирование. N-связанное гликозилирование способствует сворачиванию белка за счет увеличения растворимости и опосредует связывание белка с белками-шаперонами . Шапероны — это белки, ответственные за сворачивание и поддержание структуры других белков. [ 1 ]

В целом существует два типа гликозилирования: N-связанное гликозилирование и О-связанное гликозилирование . N-связанное гликозилирование начинается в эндоплазматическом ретикулуме с добавления гликана-предшественника. Гликан-предшественник модифицируется в аппарате Гольджи для получения сложного гликана, ковалентно связанного с азотом в аспарагина аминокислоте . Напротив, О-связанное гликозилирование представляет собой последовательное ковалентное присоединение отдельных сахаров к кислороду в аминокислотах серине и треонине в структуре зрелого белка. [ 1 ]

Образование ковалентных связей

[ редактировать ]
Образование дисульфидной связи между двумя аминокислотами цистеина в одной полипептидной цепи и образование дисульфидной связи между двумя аминокислотами цистеина на разных полипептидных цепях, тем самым соединяя две цепи.
Показано образование дисульфидных ковалентных связей как посттрансляционная модификация. Дисульфидные связи могут образовываться либо внутри одной полипептидной цепи (слева), либо между полипептидными цепями в многосубъединичном белковом комплексе (справа).

Многие белки, вырабатываемые внутри клетки, секретируются вне клетки и функционируют как внеклеточные белки. Внеклеточные белки подвергаются воздействию самых разных условий. Чтобы стабилизировать трехмерную структуру белка, ковалентные связи образуются либо внутри белка, либо между различными полипептидными цепями в четвертичной структуре. Наиболее распространенным типом является дисульфидная связь (также известная как дисульфидный мостик). Дисульфидная связь образуется между двумя цистеина аминокислотами с использованием химических групп их боковой цепи, содержащих атом серы. Эти химические группы известны как тиоловые функциональные группы. Дисульфидные связи стабилизируют ранее существовавшую структуру белка. Дисульфидные связи образуются в результате реакции окисления между двумя тиоловыми группами и, следовательно, для реакции необходима окислительная среда. В результате дисульфидные связи обычно образуются в окислительной среде эндоплазматической сети, катализируемой ферментами, называемыми протеиндисульфидизомеразами. Дисульфидные связи в цитоплазме образуются редко, так как она является восстановительной средой. [ 1 ]

Роль синтеза белка в заболеваниях

[ редактировать ]

Многие заболевания вызваны мутациями в генах из-за прямой связи между нуклеотидной последовательностью ДНК и аминокислотной последовательностью кодируемого белка. Изменения первичной структуры белка могут привести к неправильному сворачиванию белка или его неисправности. Мутации внутри одного гена были идентифицированы как причина множества заболеваний, включая серповидно-клеточную анемию , известную как расстройства одного гена.

Серповидно-клеточная анемия

[ редактировать ]
показаны два изогнутых кровеносных сосуда, слева один кровеносный сосуд содержит нормальные эритроциты по всему сосуду. Справа: эритроциты имеют форму тарелки из-за серповидности, на изгибе кровеносного сосуда присутствует закупорка, состоящая из этих искаженных эритроцитов.
Сравнение здорового человека и человека с серповидноклеточной анемией, иллюстрирующее различную форму эритроцитов и различный кровоток в кровеносных сосудах.

Серповидно-клеточная анемия – это группа заболеваний, вызванных мутацией субъединицы гемоглобина, белка, обнаруженного в эритроцитах, ответственного за транспортировку кислорода. Самая опасная из серповидноклеточных болезней известна как серповидноклеточная анемия. Серповидноклеточная анемия является наиболее распространенным гомозиготным рецессивным заболеванием, состоящим из одного гена . Это означает, что больной человек должен нести мутацию в обеих копиях пораженного гена (по одной унаследованной от каждого родителя), чтобы заболеть. Гемоглобин имеет сложную четвертичную структуру и состоит из четырех полипептидных субъединиц – двух субъединиц А и двух субъединиц В. [ 22 ] У пациентов с серповидноклеточной анемией наблюдается миссенс-мутация или мутация замещения в гене, кодирующем полипептидную цепь субъединицы В гемоглобина. Миссенс-мутация означает, что нуклеотидная мутация изменяет весь триплет кодонов так, что с новым кодоном связывается другая аминокислота. В случае серповидноклеточной анемии наиболее распространенной миссенс-мутацией является мутация одного нуклеотида от тимина к аденину в гене субъединицы В гемоглобина. [ 23 ] Это изменяет кодон 6, кодирующий аминокислоту глутаминовую кислоту, на кодирующий валин. [ 22 ]

Это изменение первичной структуры полипептидной цепи субъединицы B гемоглобина изменяет функциональность многосубъединичного комплекса гемоглобина в условиях низкого содержания кислорода. Когда эритроциты выгружают кислород в ткани организма, мутировавший белок гемоглобин начинает слипаться, образуя полутвердую структуру внутри эритроцита. Это искажает форму эритроцитов, приводя к характерной «серповидной» форме, и снижает гибкость клеток. Эти жесткие, деформированные эритроциты могут накапливаться в кровеносных сосудах, создавая закупорку. Блокировка предотвращает приток крови к тканям и может привести к отмиранию тканей , что причиняет человеку сильную боль. [ 24 ]

Образование раковых генов из-за неисправности генов-супрессоров.

Рак образуется в результате мутаций генов, а также неправильной трансляции белков. Помимо аномальной пролиферации раковых клеток, они подавляют экспрессию антиапоптотических или проапоптотических генов или белков. В большинстве раковых клеток наблюдается мутация сигнального белка Ras, который функционирует в клетках как преобразователь сигналов включения/выключения. В раковых клетках белок RAS становится постоянно активным, способствуя тем самым пролиферации клетки из-за отсутствия какой-либо регуляции. [ 25 ] Кроме того, большинство раковых клеток несут две мутантные копии гена-регулятора p53, который действует как хранитель поврежденных генов и инициирует апоптоз в злокачественных клетках. В его отсутствие клетка не может инициировать апоптоз или подать сигнал другим клеткам о ее уничтожении. [ 26 ]

По мере размножения опухолевых клеток они либо остаются ограниченными одной областью и называются доброкачественными, либо становятся злокачественными клетками, которые мигрируют в другие области тела. Часто эти злокачественные клетки секретируют протеазы, которые разрушают внеклеточный матрикс тканей. Затем это позволяет раку перейти в терминальную стадию, называемую метастазированием, при которой клетки попадают в кровоток или лимфатическую систему и перемещаются в новую часть тела. [ 25 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Альбертс Б. (2015). Молекулярная биология клетки (Шестое изд.). Абингдон, Великобритания: Garland Science, Taylor and Francisco Group. ISBN  978-0815344643 .
  2. ^ О'Коннор С. (2010). Основы клеточной биологии . Образование NPG: Кембридж, Массачусетс . Проверено 3 марта 2020 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б Ван Ю.К., Петерсон С.Е., Лоринг Дж.Ф. (февраль 2014 г.). «Посттрансляционные модификации белков и регуляция плюрипотентности стволовых клеток человека» . Клеточные исследования . 24 (2): 143–160. дои : 10.1038/cr.2013.151 . ПМЦ   3915910 . ПМИД   24217768 .
  4. ^ Шепер Г.К., ван дер Кнаап М.С., Proud CG (сентябрь 2007 г.). «Перевод имеет значение: дефекты синтеза белка при наследственных заболеваниях». Обзоры природы. Генетика . 8 (9): 711–723. дои : 10.1038/nrg2142 . ПМИД   17680008 . S2CID   12153982 .
  5. ^ Берг Дж.М., Тимочко Дж.Л., Гатто-младший Г.Дж., Страйер Л. (2015). Биохимия (Восьмое изд.). США: WH Freeman and Company. ISBN  9781464126109 .
  6. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Тул Дж., Тул С. (2015). AQA биология Уровень. Студенческая книга (Второе изд.). Грейт-Кларендон-стрит, Оксфорд, OX2 6DP, Великобритания: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780198351771 . {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  7. ^ Берк А., Лодиш Х., Дарнелл Дж.Э. (2000). Молекулярно-клеточная биология (4-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN  9780716737063 .
  8. ^ Перейти обратно: а б «Процессинг эукариотической пре-мРНК» . Ханская академия . Проверено 9 марта 2020 г.
  9. ^ Джо Б.С., Чой СС (декабрь 2015 г.). «Интроны: функциональные преимущества интронов в геномах» . Геномика и информатика . 13 (4): 112–118. дои : 10.5808/GI.2015.13.4.112 . ПМЦ   4742320 . ПМИД   26865841 .
  10. ^ «Этапы перевода (статья)» . Ханская академия . Проверено 10 марта 2020 г.
  11. ^ «Ядро и рибосомы (статья)» . Ханская академия . Проверено 10 марта 2020 г.
  12. ^ Перейти обратно: а б Купер GM (2000). Клетка: молекулярный подход (2-е изд.). Сандерленд (Массачусетс): Sinauer Associates. ISBN  9780878931064 .
  13. ^ «Структура белка: первичная, вторичная, третичная и четвертичная (статья)» . Ханская академия . Проверено 11 марта 2020 г.
  14. ^ «протеолиз | химия | Британника» . Британская энциклопедия . Проверено 17 мая 2022 г.
  15. ^ Дуань Дж., Вальтер Д. (февраль 2015 г.). «Роль посттрансляционных модификаций в контексте сетей взаимодействия белков» . PLOS Вычислительная биология . 11 (2): e1004049. Бибкод : 2015PLSCB..11E4049D . дои : 10.1371/journal.pcbi.1004049 . ПМЦ   4333291 . ПМИД   25692714 .
  16. ^ Перейти обратно: а б Шуберт М., Вальчак М.Ю., Эби М., Видер Г. (июнь 2015 г.). «Посттрансляционные модификации интактных белков, обнаруженные с помощью ЯМР-спектроскопии: применение к гликозилированию» . Ангеванде Хеми . 54 (24): 7096–7100. дои : 10.1002/anie.201502093 . ПМИД   25924827 .
  17. ^ Чехановер А. (январь 2005 г.). «Протеолиз: от лизосомы к убиквитину и протеасоме». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 6 (1): 79–87. дои : 10.1038/nrm1552 . ПМИД   15688069 . S2CID   8953615 .
  18. ^ Бреннер С., Миллер Дж. Х. (2001). Энциклопедия генетики . Elsevier Science Inc. с. 2800. ISBN  978-0-12-227080-2 .
  19. ^ Мурн Дж., Ши Ю (август 2017 г.). «Извилистый путь исследований метилирования белков: вехи и новые рубежи». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 18 (8): 517–527. дои : 10.1038/номер.2017.35 . ПМИД   28512349 . S2CID   3917753 .
  20. ^ Дражич А., Миклебуст Л.М., Ри Р., Арнесен Т. (октябрь 2016 г.). «Мир ацетилирования белков» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1864 (10): 1372–1401. дои : 10.1016/j.bbapap.2016.06.007 . ПМИД   27296530 .
  21. ^ Баннистер А.Дж., Кузаридес Т. (март 2011 г.). «Регуляция хроматина модификациями гистонов» . Клеточные исследования . 21 (3): 381–395. дои : 10.1038/cr.2011.22 . ПМК   3193420 . ПМИД   21321607 .
  22. ^ Перейти обратно: а б Хабара А., Стейнберг М.Х. (апрель 2016 г.). «Мини-обзор: Генетические основы гетерогенности и тяжести серповидноклеточной анемии» . Экспериментальная биология и медицина . 241 (7): 689–696. дои : 10.1177/1535370216636726 . ПМЦ   4950383 . ПМИД   26936084 .
  23. ^ Мангла, А.; Эхсан, М.; Агарвал, Н.; Марувада, С. (2020). «Серповидно-клеточная анемия» . СтатПерлс . Издательство StatPearls. ПМИД   29489205 . Проверено 12 марта 2020 г.
  24. ^ Илесанми О.О. (январь 2010 г.). «Патологическая основа симптомов и кризисов при серповидно-клеточной анемии: значение для консультирования и психотерапии» . Гематологические отчеты . 2 (1): е2. дои : 10.4081/hr.2010.e2 . ПМЦ   3222266 . ПМИД   22184515 .
  25. ^ Перейти обратно: а б «Деление клеток, рак | Изучайте науку в Scitable» . Природа . Проверено 30 ноября 2021 г.
  26. ^ «p53, Рак | Изучайте науку в Scitable» . Природа . Проверено 30 ноября 2021 г.
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 34c4c4ef661f953a7e0a2fbc21374193__1712073480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/34/93/34c4c4ef661f953a7e0a2fbc21374193.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Protein biosynthesis - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)