- Stahuj zápisky z přednášek a ostatní studijní materiály
- Zapisuj si jen kvalitní vyučující (obsáhlá databáze referencí)
- Nastav si své předměty a buď stále v obraze
- Zapoj se svojí aktivitou do soutěže o ceny
- Založ si svůj profil, aby tě tví spolužáci mohli najít
- Najdi své přátele podle místa kde bydlíš nebo školy kterou studuješ
- Diskutuj ve skupinách o tématech, které tě zajímají
Studijní materiály
Zjednodušená ukázka:
Stáhnout celý tento materiálřepsáním strukturních genů chromosomové DNA, je v jádře. Během posttranskripčních úprav jsou příslušnými endonukleasami vystřiženy úseky označované jako introny (kopie nekódujících úseků DNA) a ligasami jsou sešity kódující exony v pořadí, v jakém byly v původním transkriptu. Vzniká tak upravená mRNA, která je ve tvaru polyribonukleotidového vlákna spojeného s proteinovými nosiči transportována póry jaderné membrány na místa určení, tj. na ribosomy přítomné v cytosolu, či na povrchu endoplasmatického retikula. Zde potom slouží jako předloha pro synthesu polypeptidového řetězce.
Vystřižení intronů a spojování exonů je výsledkem „působení“ malé jaderné RNA (SnRNA). Tato malá jaderná RNA, složená ze 100 nukleotidů, obsahuje base, komplementární s koncovými basemi intronů. Po spárování basí mezi SnRNA a konci stočeného intronu jsou introny odděleny odstřižením a exony přeneseny do polohy umožňující jejich „sešití“. SnRNA tak funguje jako dočasný templát k přidržení konců dvou exonů pohromadě za účelem jejich spojení v souladu s pořadím na kodogenním vlákně DNA (viz následující obrázek).
Transkripcí vzniklá prekursorová ribosomální RNA (pre-rRNA) rovněž podléhá úpravám sestřihem. Na sestřihu se podílí, stejně jako v předchozím případě, příslušné endonukleasy. Vzniká tak funkční rRNA, participující na výstavbě ribosomů. Přítomnost jednovláknových a dvouvláknových oblastí v molekule rRNA je příčinou nepravidelné trojrozměrné struktury této nukleové kyseliny. Její přesnou konformaci se zatím nepodařilo objasnit.
I jaderné geny pro tRNA eukaryotů obsahují introny. Společným znakem těchto intronů je to, že jsou seřazeny ve všech prekursorových transportních RNA (pre-tRNA) na stejném místě. Jsou rozpoznávány na základě prostorové struktury těchto prekursorů tRNA a jsou vystřihovány za účasti obdobných enzymů jako v předchozích případech. Výsledkem těchto úprav je konečný funkční tvar těchto ribonukleových kyselin, účastnících se přenosu aminokyselin při proteosynthese.
Zásadní význam pro strukturu tRNA má vzájemné párování basí. Toto párování basí je zprostředkováno tvorbou vodíkových vazeb. Tam, kde je v molekule tRNA větší počet netypických vzácných basí a kde díky tomu nemohou vznikat vodíkové vazby, vznikají charakteristické smyčky.
Na dvojrozměrném obrázku tRNA, připomínajícím jetelový list, jsou patrna některá zvláště významná místa na molekule této ribonukleové kyseliny. Je to především antikodon, vytvářející specifickou vazbu s komplementárním tripletem basí na mRNA a zajišťující umístění aminokyseliny na správné, předem geneticky určené místo v synthetisovaném peptidu. Přenášená aminokyselina je při tomto transportu vázána na akceptorovém tripletu tRNA, tvořeném dvěma molekulami cytosinu a adeninem. V trojrozměrném prostoru se molekula tRNA jeví poněkud složitěji a vzdáleně připomíná tvar písmene L.
Pokud se týká vazby antikodon tRNA - kodon mRNA, je třeba upřesnit, že pouze první dvě base antikodonu se párují se svými protějšky obvyklým způsobem a jejich vzájemné rozpoznávání je zcela přesné. V párování třetí, netypické base, existuje určitá volnost, což vede k tomu, že některé tRNA čtou dva či tři různé kodony podle povahy třetího člena kodonu na mRNA. Tak může jedna tRNA správně přeložit několik degenerovaných kodonů pro jednu aminokyselinu.
Všechny druhy RNA, transkribované a posttranskripčně upravené, hrají nezastupitelnou roli při biosynthese polypeptidů, o čemž bude pojednávat následující kapitola.
Kromě již diskutovaných funkcí jednotlivých ribonukleových kyselin existují i donedávna neznámé katalytické funkce ribonukleových kyselin (ribosymů).
O objevení a potvrzení těchto katalytických funkcí ribosymů se zasloužil T.R. Czech, odměněný v r. 1989 Nobelovou cenou za chemii. Jemu a jeho spolupracovníkům se podařilo dokázat, že posttranskripční úprava (sestřih) rRNA u bičíkovce Tetrahymena thermophila je katalysována samotnou molekulou RNA a nikoliv proteinem (enzymem). Podobně byla objevena v bakterii Escherichia coli enzymově aktivní tzv. ribonukleasa P, skládající se z proteinu a RNA, katalysující maturaci tRNA posttranskripčním sestřihem. Jako katalyticky aktivní byla identifikována pouze RNA, zatímco přítomný protein se uplatňoval jen amplifikací této aktivity. Detailním studiem katalytických funkcí RNA bylo zjištěno, že kromě štěpení se katalytická funkce RNA může uplatňovat i při polymeraci určitých typů ribonukleových kyselin.
Poznání zmíněných katalytických schopností některých ribonukleových kyselin má pro biochemii nukleových kyselin zásadní význam. Ukázalo se totiž, že katalytické vlastnosti nemusí být vždy bezprostředně spjaty pouze s existencí bílkovinných enzymů.
Všechny tyto skutečnosti umožňují nejen nové pohledy na možnost vzniku života na Zemi (bezproteinová replikace RNA), ale skrývají i perspektivy praktického využití, např. při degradaci virových RNA, doufejme i viru HIV, způsobujícího syndrom získané imunodeficience (AIDS).
9.4. Biosynthesa bílkovin (translace)
Biosynthesa bílkovin patří mezi nejdůležitější anabolické procesy probíhající v organismu. Tato synthesa, zahrnovaná pod pojem translace, představuje překlad jazyka tvořeného písmeny dusíkatých basí nukleových kyselin do jazyka bílkovin, skládajícího se z 20 písmen „aminokyselinové“ abecedy.
Vlastní proces proteosynthesy probíhá na ribosomech, které jsou součástí buněčného cytosolu. Základním stavebním materiálem pro „výrobu“ bílkovin je 20 L-(-aminokyselin, předepsaným „výrobním programem“ je negativní přepis genetické informace, uložený v molekule mRNA.
Jak jsme si již ukázali, je každé z dvaceti aminokyselin předem vymezeno místo v nově vzniklém proteinu díky pořadí jednotlivých tripletů resp. jejich dusíkatých basí v makromolekule mRNA.
Proces výstavby polypeptidového řetězce byl detailně prostudován u bakterií. Vše však nasvědčuje tomu, že tato synthesa probíhá podobně i v eukaryotních buňkách.
Mechanismu proteosynthesy předchází několik důležitých etap. První z nich, pomineme-li nezbytnou tvorbu mRNA, je příprava aktivního ribosomu, schopného biosynthesu proteinu zahájit. Tato příprava začíná tvorbou komplexu menší ribosomové podjednotky s tRNA, nesoucí formylovaný methionin, a molekulou mRNA.
Za účasti nejméně tří bílkovin, označených F1, F2 a F3, následuje připojení větší ribosomové podjednotky, výsledkem čehož je vznik funkčního ribosomu (viz obrázek). Energii pro toto spojení dodává molekula GTP.
Tvorba funkčního ribosomu
Při proteosynthese se musí molekula mRNA, připojená na ribosom, pohybovat jedním směrem. Protože se záznam v mRNA čte ve směru od 5( k 3( konci, začíná růst polypeptidového řetězce od aminokyseliny s volným -NH2 koncem a napojování dalších aminokyselin postupuje vždy přes volný karboxyl aminokyseliny předchozí.
Každý funkční ribosom má na svém povrchu dvě místa, kam se mohou vtěsnat molekuly tRNA, nesoucí aktivovanou aminokyselinu. Jsou to místa peptidové (P) a aminoacylové či akceptorové (A).
Ačkoliv tato místa mohou, díky nespecifickým oblastem molekul tRNA, přijmout kteroukoliv tRNA s příslušným aminoacylem, je kodonová oblast na mRNA specifická pro jediný typ tRNA.
Dosud není zcela přesně známo, zda iniciační tRNA vstoupí nejprve do místa P či A a pak se teprve do místa P přesune. Je však jisté, že musí být v místě P dříve, nežli se druhá tRNA, nesoucí další aminokyselinu, může specificky vázat k ribosomu.
Dříve nežli popíšeme vlastní průběh iniciace, elongace a terminace synthesy peptidového řetězce, musíme se zmínit o vzniku aktivované aminokyseliny, neboť pouze aktivovaná aminokyselina může být zatahována do procesu proteosynthesy. Vysvětlení tohoto nezbytného kroku je velmi prosté. Rovnováha při hydrolyse bílkovin leží totiž zcela na straně hydrolysy, tj. na straně vzniklých volných aminokyselin, a aminokyseliny proto nemohou z energetických důvodů vytvářet bílkoviny pouhým zvratem tohoto procesu. Musí být napřed povýšeny do „vyššího energetického stavu“ za účasti energii dodávajícího ATP.
Aktivaci aminokyselin katalysuje v cytosolu enzym aminoacyl-tRNA-synthetasa tvorbou aminoacyladenylátu. Z tohoto energeticky bohatého meziproduktu je potom aminokyselina přenášena za účasti téhož enzymu na koncovou skupinu tRNA za uvolnění AMP (viz následující schéma).
Aktivace aminokyselin a tvorba aminoacyladenylátu
Takto vzniklý ester má dostatečně vysoký energetický potenciál nutný k tvorbě peptidové vazby. Aminoacyl-tRNA-synthetasa je přísně specifický enzym jak pro ATP, tak i pro aminokyseliny a tRNA. Předpokládá se, že akceptorovou specifitu tRNA podmiňuje některý úsek dvojité šroubovice její molekuly.
Proces iniciace začíná u bakterií tRNA vázající formylovaný methionin (u eukaryotů methionin neformylovaný). Tato tRNA přečte iniciační kodon na mRNA (AUG či GUC) a napojí se na něj svým antikodonem buď na místě P či A ribosomu za současného uvolnění iniciačních faktorů. Za předpokladu, že je f-met-tRNA vázána na místě P, vzniká dříve zmíněný funkční komplex - funkční ribosom.
Proces elongace začne tím, že se za účasti GTP připoutá na místo A jiná tRNA nesoucí další aminokyselinu. Ta spolu s předcházejícím f-methioninem vytvoří za účasti enzymu peptidyltransferasy peptidovou vazbu na úkor energie uvolněné hydrolysou esterové vazby aminoacyl-tRNA.
Během následující translokace opustí tRNA, uvolněná od formylovaného methioninu a iniciačního kodonu místo P, a peptidyl-tRNA se přesune z místa A na P. Současně se posune mRNA o tři nukleotidy. Tím se další kodon mRNA dostane do posice schopné čtení novou molekulou aminoacyl-tRNA, která vstoupí na uvolněné akceptorové místo A. Předpokládá se, že zmíněné posuny, katalysované enzymem translokasou, souvisejí s konformačními změnami ribosomu a probíhají za účasti tzv. elongačního faktoru na úkor energie dodané GTP. Vznikne další peptidová vazba a peptidový řetězec se posune již popsaným způsobem z místa A na místo P. Posun je provázen uvolněním další „prázdné“ tRNA a posunem mRNA o další tři nukleotidy. Popsaný proces elongace probíhá tak dlouho, až na místo A vstoupí tzv. terminační kodon (UAA, UGA či UAG).
Po napojení poslední aminokyseliny je v procesu zvaném terminace hotový peptidový řetězec vázán přes t-RNA na ribosom v místě P. Účinkem uvolňovacích faktorů vyžadujících GTP, které rozpoznávají terminační kodon, dojde k uvolnění nascentního peptidového řetězce od tRNA a uvolnění tRNA z ribosomu.
Následuje oddělení ribosomu od mRNA a jeho rozpad na subjednotky. Ty jsou schopné reagregace a dalšího uplatnění v novém procesu proteosynthesy.
Schéma biosynthesy bílkovin
Zbývá zhodnotit celkovou energetickou bilanci proteosynthesy. Jako obvykle ji vyjádříme množstvím spotřebovaných makroergních sloučenin, v tomto případě molekul ATP a GTP.
K aktivaci jedné aminokyseliny byla spotřebována jedna molekula ATP. Proces iniciace, včetně přípravy funkčního ribosomu, a proces elongace, spojený s přenosem nascentního peptidu o jedno místo na ribosomu, si vyžádaly celkem 1 + 2 ( 3 molekuly GTP.
Uvážíme-li, že energie uvolněná hydrolysou peptidové vazby je zhruba - 21kJ.mol-1 a energie uvolněná hydrolysou jedné molekuly ATP za vzniku ADP + Pi - 32kJ.mol-1, je spotřeba energie při biosynthese bílkovin vysoká. Značné množství energie spotřebované při proteosynthese musí zřejmě buňka platit za dokonalou a přesnou funkci celého proteosynthetického aparátu zodpovědného za tvorbu tohoto důležitého biopolymeru.
9.4.1. Úprava synthetisovaných bílkovin
Struktura biologicky aktivního proteinu není totožná se strukturou proteinu nascentního. Ta je důsledkem kotranslačních a posttranslačních úprav bílkovin. Prvně jmenovaná úprava zahrnuje modifikace probíhající již v průběhu translace, druhá zahrnuje modifikace realizované až po skončení proteosynthesy a oddělení polypeptidového řetězce od ribosomu.
Posttranslační modifikace zahrnuje celkem tři druhy procesů. První z těchto procesů jsou slabé nekovalentní interakce, které determinují prostorovou strukturu polypeptidového řetězce, asociace jednotlivých řetězců a nekovalentní interakce s ligandy.
Druhou skupinu posttranslačních modifikací proteinu tvoří kovalentní modifikace buď formou úpravy polypeptidového řetězce během transportu z ribosomů do cílových míst, nebo proteolysou, případně vázáním jiných molekul - například sacharidů, hemu a pod. Tyto úpravy zahrnují i tvorbu neaktivních forem enzymů nebo hormonů (pepsinogen, trypsinogen, proinsulin aj.), které, aby nebyly cestou k cílovým orgánům destruovány, či aby samy nepříznivě neovlivňovaly své okolí, jsou v aktivní formy převáděny až v místech svého působení.
Třetí skupinu posttranslačních úprav tvoří kovalentní modifikace bočných řetězců aminokyselin. Řetězce aminokyselin se mohou například hydroxylovat, karboxylovat, nebo se mohou tvořit disulfidové můstky. Modifikace a transport „upravených“ proteinových řetězců jsou realizovány za účasti endoplasmatického retikula a Golgiho komplexu.
ATP
Vloženo: 15.08.2009
Velikost: 673,00 kB
Komentáře
Tento materiál neobsahuje žádné komentáře.
Mohlo by tě zajímat:
Reference vyučujících předmětu B6 - Kapitol 9Podobné materiály
- B1 - Biochemie - Biochemie
- B2 - Kapitol 1-4 - Biochemie
- B3 - Kapitol 5-6 - Biochemie
- B4 - Kapitol 7 - Biochemie
- B5 - Kapitol 8 - Biochemie
- B7 - Kapitol 10-12 - Biochemie
- 1 - Test - Test z Biochemie
- 2 - Test - Test z Biochemie
- 3 - test - Test z Biochemie
- 4 - test - Test z Biochemie
- 5 - test - Test z Biochemie
- 6 - test - Test z Biochemie
- 7 - test - Test z Biochemie
- 8 - test - Test z Biochemie
- 9 - test - Test z Biochemie
- 10 - Meterial - Biochemie
- 11 - material - Biochemie
- 12 - material - Biochemie
- 13 - material - Biochemie
- 14 - material - Biochemie
Copyright 2024 unium.cz