5 Hauptstadien der Proteinsynthese (erklärt mit Diagramm)

Einige der Hauptstadien der Proteinsynthese sind: (a) Aktivierung von Aminosäuren, (b) Transfer von Aminosäure auf tRNA, (c) Initiierung einer Polypeptidkette, (d) Kettenabbruch, (e) Proteintranslokation

Es gibt fünf Hauptstadien der Proteinsynthese, von denen jede eine Reihe von Komponenten in E. coli und anderen Prokaryoten erfordert.

Die Proteinsynthese in eukaryotischen Zellen folgt dem gleichen Muster mit einigen Unterschieden.

Die wichtigsten Schritte sind:

(a) Aktivierung von Aminosäuren

Diese Reaktion wird durch die Bindung einer Aminosäure an ATP hervorgerufen. Der Schritt erfordert Enzyme, Amino-acyI-RNA-Synthetasen. Durch diese Reaktion werden Aminosäure (AA) und Adenosintriphosphat (ATP), vermittelt durch das obige Enzym, Aminoacyl - AMP - Enzymkomplex gebildet (Abb. 6.40).

AA + ATP-Enzym -AA-AMP-Enzymkomplex + PP

Es ist zu beachten, dass Aminoacyl-RNA-Synthetasen mit verschiedenen Aminosäuren spezifisch sind.

(b) Transfer von Aminosäure zu tRNA:

Der gebildete AA - AMP - Enzymkomplex reagiert mit spezifischer tRNA. Somit wird die Aminosäure auf tRNA übertragen. Dadurch werden das Enzym und das AMP freigesetzt.

AA - AMP - Enzym Komplex + tRNA - AA - tRNA + AMP Enzym

(c) Initiierung der Polypeptidkette:

Geladene tRNA verschiebt sich zum Ribosom (Abb. 6.41). Das Ribosom besteht aus strukturellen RNAs und 80 verschiedenen Proteinen. Ribosom ist der Ort, an dem die Proteinsynthese stattfindet. Die mRNA bindet an die SOS-Untereinheit des Ribosoms vom 70S-Typ.

Es wurde bereits diskutiert, dass Ribosomen aus einer rRNA (ribosomal RNA) und Proteinen bestehen. Ribosom wirkt auch als Katalysator (23sRNA in Bakterien ist das Enzym Ribozym) für die Bildung einer Peptidbindung. Ribosomen bestehen aus zwei Unterpunkten, einem größeren und einem kleineren.

Die Information für die Aminosäuresequenz ist in der Sequenz der stickstoffhaltigen Basen von mRNA enthalten. Jede Aminosäure ist für ein aus drei Buchstaben bestehendes Wort Nukleinsäure codiert. Die Initiierung der Polypeptidkette in Prokaryoten wird immer durch die Aminosäure Methionin bewirkt, die regelmäßig vom Codon AUG codiert wird, selten aber auch von GUG (für Valin) und auch als Startcodon. In Prokaryoten ist die Formulierung der Initiierung von Aminosäuremethionin eine wesentliche Voraussetzung.

Ribosomen haben zwei Stellen für die Bindung von Aminoacyl-tRNA.

(ich) Aminoacyl- oder A-Stelle (Akzeptorstelle).

(ii) Peptidylstelle oder P-Stelle (Donorstelle). Jeder Standort besteht aus bestimmten Teilen von SOS- und 30S-Untereinheiten. Die initiierende Formylmethionin-tRNA (AA, f-Met-tRNA) kann nur an die P-Stelle binden (Abb. 6.41).

Es ist jedoch eine Ausnahme. Alle anderen neuen Aminoacyl-tRNAs (AA ₂, AA ₃ - tRNA) binden an die A-Stelle. Somit ist die P-Stelle die Stelle, von der leere tRNA austritt und an die wachsende Peptidyl-tRNA gebunden wird.

Im ersten Schritt wird die nächste Aminoacyl-tRNA an den Komplex des Dehnungsfaktors Tu gebunden, der ein Molekül aus gebundenem GTP enthält. Der resultierende Aminoacyl-tRNA-Tu-GTP-Komplex wird nun an den 70S-Initiationskomplex gebunden. GTP wird hydrolysiert und der Tu-GDP-Komplex wird vom 70S-Ribosom freigesetzt (Abb. 6.42). Die neue Aminoacyl-tRNA ist jetzt an die Aminoacyl- oder A-Stelle am Ribosom gebunden.

Im zweiten Schritt der Verlängerung wird die neue Peptidbindung zwischen den Aminosäuren gebildet, deren tRNAs sich an den A- und P-Stellen der Ribosomen befinden. Dieser Schritt erfolgt durch den Transfer der initiierenden Formylmethioninacylgruppe von seiner tRNA zur Aminogruppe einer neuen Aminosäure, die gerade in die A-Stelle eingetreten ist.

Die Peptidbildung wird durch die Peptidyltransferase, ein ribosomales Protein in der 50 S-Untereinheit, katalysiert. Eine Dipeptidyl-tRNA wird an der A-Stelle gebildet, und nun bleibt leere tRNA an die P-Stelle gebunden.

Im dritten Schritt der Verlängerung bewegt sich das Ribosom entlang der mRNA in Richtung seines 3'-Endes um eine Distanz des Codons (dh 1. bis 2. Codon und 2. bis 3. auf der mRNA). Da die Dipeptidyl-tRNA noch an das zweite Codon gebunden ist (Abb. 6.43), verschiebt die Bewegung der Ribosomen die Dipeptidyl-tRNA von der A-Stelle zur P-Stelle. Diese Verschiebung bewirkt die Freisetzung der tRNA, die leer ist.

Nun befindet sich das dritte Codon der mRNA an der A-Stelle und das zweite Codon an der P-Stelle. Diese Verschiebung der Ribosomen entlang der mRNA wird als Translokationsschritt bezeichnet. Dieser Schritt erfordert einen Verlängerungsfaktor G (auch Translokase genannt). Gleichzeitig findet auch die Hydrolyse eines anderen GTP-Moleküls statt. Die Hydrolyse von GTP liefert Energie für die Translokation.

Das Ribosom mit seiner angehefteten Dipetidyl-tRNA und mRNA ist bereit für einen weiteren Verlängerungszyklus, um die dritte Aminosäure zu binden (Abb. 6.44). Es erfolgt auf dieselbe Weise wie das Hinzufügen von Sekunden.

Infolge dieser sich wiederholenden Wirkung zur Kettenverlängerung verlängert sich die Polypeptidkette. Wenn sich das Ribosom entlang der mRNA von Codon zu Codon zu seinem 3'-Ende bewegt, muss die Polypeptidkette der letzten Aminosäure inseriert werden.

(d) Kettenabbruch:

Die Terminierung des Polypeptids wird durch eines der drei terminalen Tripletts (Codons) in der mRNA signalisiert. Die drei terminalen Codons sind UAG (Amber), UAA (Ochre) und UGA (Opal). Sie werden auch Stoppsignale genannt.

Zum Zeitpunkt der Terminierung folgt das terminale Codon unmittelbar dem letzten Aminosäurecodon. Danach werden die Polypeptidkette, tRNA und mRNA freigesetzt. Die Untereinheiten der Ribosomen werden dissoziiert.

Die Kündigung erfordert auch die Aktivitäten von drei Kündigungs- oder Freisetzungsfaktoren, die als R ₁, R und S bezeichnet werden.

(e) Proteintranslokation:

Es wurden zwei Klassen von Polyribosomen identifiziert (Abb. 6.45).

(i) freie Polyribosomen

(ii) Membrangebundene Polyribosomen.

Bei freien Ribosomen führt die Beendigung der Proteinsynthese zur Freisetzung des vollständigen Proteins in das Zytoplasma. Einige dieser spezifischen Proteine ​​werden durch spezielle Mechanismen in Mitochondrien und den Zellkern transloziert.

Andererseits wird in membrangebundenen Polyribosomen eine auf mRNA wachsende Polypeptidkette in das Lumen der ER-Membran eingeführt. Einige dieser Proteine ​​werden integraler Bestandteil der Membran.

Dennoch werden nur wenige Proteine ​​in das Lumen freigesetzt und in die Vesikel des Golgi-Körpers eingebaut. Sie können ferner als Glykosylierung, dh Zugabe von Zuckerresten, modifizieren. Die so entstandenen Vesikel verschmelzen mit der Plasmamembran und schließlich werden diese Proteine ​​freigesetzt.