معلومة

حول تكوين البروتين


هناك سؤال في كتابي المدرسي يسأل: "ما هو شكل الجلوكوز الناتج من عملية التمثيل الضوئي؟" ومع ذلك ، قال أحد الإجابات أن الجلوكوز يشكل بروتينًا. لكنني متأكد تمامًا من أن الأحماض الأمينية تشكل بروتينًا ، أليس كذلك؟ سأكون ممتنا إذا كان أي شخص هناك يمكن أن يساعدني.


ينتج عن التمثيل الضوئي تكوين هيكل عظمي من الكربون (هيكل عظمي 3 درجة مئوية أو 6 درجات مئوية). يمكن استخدام هذه الهياكل الكربونية المشكلة حديثًا لتشكيل عدد كبير من الجزيئات الحيوية التي تتطلبها الخلية. على سبيل المثال ، يمكن أن يدخل الجلوكوز في التنفس الهوائي ويتم استخدام المواد الوسيطة المتكونة بهذه الطريقة لتخليق عدة جزيئات.

كما ترون تحديدًا من الشكل أعلاه ، يتم تحويل alpha ketoglutarate إلى glutamate والذي يستخدم بعد ذلك لتخليق البروتينات.

ألفا كيتوجلوتارات هو حمض كيتو يمكن أن يتحلل بسهولة لينتج عنه حمض أميني.


هيكل البروتين

تعتمد وظيفة البروتين بشكل كبير على هيكله ثلاثي الأبعاد. يحدد تسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد البنية ثلاثية الأبعاد النهائية للبروتين.

هناك أربعة مستويات من بنية البروتين: الهيكل الأساسي ، والبنية الثانوية ، والبنية الثالثة ، والهيكل الرباعي. علاوة على ذلك ، هناك فئتان رئيسيتان من هياكل البروتين ثلاثية الأبعاد وهما بروتينات كروية وليفية.

يتم إنتاج البروتينات المعقدة ثلاثية الأبعاد عن طريق طي هياكل البروتين الأولية والثانوية البسيطة.


تخليق البروتين والترجمة ndash (مع رسم بياني)

دعونا نجري دراسة متعمقة لتخليق البروتين. بعد قراءة هذا المقال سوف تتعرف على: 1. تخليق البروتين 2. مكونات تخليق البروتين 3. آليات تخليق البروتين و 4. بدء تخليق البروتين.

تخليق البروتين:

البروتينات هي جزيئات عملاقة تتكون من سلاسل متعددة الببتيد من مئات إلى آلاف الأحماض الأمينية. تتكون سلاسل البولي ببتيد هذه من حوالي عشرين نوعًا من الأحماض الأمينية. يتكون الحمض الأميني من مجموعة أمينية أساسية (-NH2) ومجموعة الكربوكسيل الحمضية (COOH). الترتيب المختلف للأحماض الأمينية في سلسلة البولي ببتيد يجعل كل بروتين فريدًا.

البروتينات هي مكونات أساسية للبروتوبلازم ومواد بناء الخلية.

يشاركون في التنظيم الهيكلي والوظيفي للخلية. تتحكم البروتينات الوظيفية مثل الإنزيمات والهرمونات في التمثيل الغذائي والتخليق الحيوي وإنتاج الطاقة وتنظيم النمو والوظائف الحسية والتناسلية للخلية. الإنزيمات هي محفزات في معظم التفاعلات الكيميائية الحيوية. حتى التعبير الجيني تتحكم فيه الإنزيمات. يتم التحكم في تكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي الريبي بواسطة الإنزيمات البروتينية.

مكونات تخليق البروتين:

يخضع تخليق البروتين للمعلومات الجينية المنقولة في الجينات الموجودة على الحمض النووي للكروموسومات.

المكونات الرئيسية لتخليق البروتين هي:

الحمض النووي هو الجزيء الرئيسي الذي يمتلك المعلومات الجينية حول تسلسل الأحماض الأمينية في سلسلة بولي ببتيد. تنظم بنية وخصائص الحمض النووي عملية تخليق البروتينات وتتحكم فيها.

يرسل الحمض النووي الموجود في النواة معلومات في شكل مرسال RNA إلى السيتوبلازم ، وهو موقع تخليق البروتين في حقيقيات النوى. يحمل الرسول RNA المعلومات المتعلقة بتسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد المراد تصنيعها. هذه الرسالة أو المعلومات في شكل شفرة جينية. يحدد هذا الكود الجيني لغة الأحماض الأمينية التي سيتم تجميعها في بولي ببتيد.

يتم فك الشفرة الجينية أو ترجمتها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية.

تكوين الكود الجيني:

يتكون جزيء الحمض النووي من ثلاثة مكونات. هم قواعد السكر والفوسفات والنيتروجين. يختلف تسلسل قاعدة النيتروجين فقط في جزيئات الحمض النووي المختلفة. وبالتالي ، فإن تسلسل قواعد النيتروجين أو النيوكليوتيدات في مقطع DNA هو الرمز أو اللغة التي يرسل بها الحمض النووي الرسالة في شكل رسول RNA (mRNA).

يحمل mRNA الرسالة الجينية (الشفرة الوراثية) في شكل تسلسل نوكليوتيد. لقد وجد أن هناك علاقة خطية بين تسلسل النوكليوتيدات من mRNA وتسلسل الأحماض الأمينية لسلسلة البولي ببتيد المركبة.

الشفرة الجينية هي لغة قواعد النيتروجين. هناك أربعة أنواع من قواعد النيتروجين وعشرون نوعًا من الأحماض الأمينية. لذلك تحدد لغة قواعد النيتروجين المكونة من أربعة أحرف اللغة العشرين حرفًا للأحماض الأمينية.

آليات تخليق البروتين:

في بدائيات النوى ، يحدث تخليق الحمض النووي الريبي (النسخ) وتخليق البروتين (الترجمة) في نفس الحيز حيث لا توجد نواة منفصلة. ولكن في حقيقيات النوى ، يحدث تخليق الحمض النووي الريبي في النواة بينما يحدث تخليق البروتين في السيتوبلازم. يتم تصدير mRNA المركب في النواة إلى السيتوبلازم من خلال النوى.

أولاً ، اقترح فرانسيس كريك عام 1955 وبعد ذلك أثبت Zemecnik أنه قبل دمجها في polypeptides ، ترتبط الأحماض الأمينية بجزيء محول خاص يسمى tRNA. يحتوي هذا الحمض الريبي النووي النقال على ثلاثة أضداد طويلة من النيوكليوتيدات والتي تتعرف على ثلاثة كودون طويل للنيوكليوتيدات على الرنا المرسال.

دور الريبوسومات في تخليق البروتين:

الريبوسوم هو هيكل جزيئي كبير يوجه تخليق البروتينات. الريبوسوم هو جزيء بروتين نووي متعدد المكونات ومضغوط يحتوي على الرنا الريباسي والعديد من البروتينات والإنزيمات اللازمة لتخليق البروتين. يجمع الريبوسوم جزيء mRNA واحد و tRNAs مشحون بالأحماض الأمينية في اتجاه مناسب بحيث يتم ترجمة التسلسل الأساسي لجزيء mRNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية 1 من polypeptides.

الريبوسوم هو جسيم بروتين نووي له وحدتان. تقع هاتان الوحدتان الفرعيتان بشكل منفصل ولكنهما يجتمعان معًا لتركيب سلسلة البولي ببتيد. في E. coli ribosome ، يوجد جسيم 70S به وحدتان فرعيتان 30S و 50S. ارتباطهم وتفككهم يعتمد على تركيز المغنيسيوم.

تحتوي الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم على مركز فك التشفير الذي تقوم فيه الحمض الريبي النووي النقال المشحون بفك تشفير كودونات الرنا المرسال. تحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على مركز ترانسفيراز الببتيدل ، والذي يشكل روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية المتتالية لسلسلة الببتيد المركبة حديثًا.

تتكون كل من الوحدات الفرعية 30S و 50S من RNA الريبوسومي (rRNA) والبروتينات.

يرتبط mRNA بـ 16S rRNA للوحدة الفرعية الأصغر. بالقرب من 5 & # 8242-end mRNA يرتبط بـ 3 & # 8242-end of 16S rRNA.

يتمثل الدور الرئيسي للريبوسوم في تكوين رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية المتعاقبة لسلسلة البولي ببتيد المُصنَّعة حديثًا. يحتوي الريبوسوم على قناتين بداخله. يدخل mRNA الخطي ويهرب من خلال قناة واحدة بها مركز فك التشفير. هذه القناة يمكن الوصول إليها من خلال tRNAs المشحونة. تهرب سلسلة البولي ببتيد المركبة حديثًا عبر القناة الأخرى.

اتجاه الترجمة:

يحتوي كل جزيء بروتين على -NH2 النهاية و- COOH النهاية. يبدأ التوليف عند النهاية الأمينية وينتهي عند نهاية الكربوكسيل. يتم ترجمة mRNA في اتجاه 5 → 3 & # 8242 من نهاية amino إلى carboxyl. يحدث أيضًا توليف mRNA من نسخ الحمض النووي في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

بدء تخليق البروتين:

مجمع تشكيل البدء:

بادئ ذي بدء ، تبدأ الوحدة الفرعية 30S في الريبوسوم 70S عملية البدء. تتحد الوحدة الفرعية 30S و mRNA و tRNA المشحون لتشكيل معقد ما قبل البدء. يتضمن تكوين مجمع ما قبل البدء ثلاثة عوامل بدء IF1 و IF2 و IF3 جنبًا إلى جنب مع GTP (غوانوزين ثلاثي الفوسفات). في وقت لاحق ، تنضم الوحدة الفرعية 50S من الريبوسوم إلى الوحدة الفرعية 30S لتشكيل مجمع بدء 70S.

توجد معلومات عن تخليق البروتين في شكل ثلاثة أكواد نيوكليوتيدية على الرنا المرسال. تتكون مناطق ترميز البروتين على mRNA من أكواد ثلاثية مستمرة وغير متداخلة. تسمى منطقة ترميز البروتين على mRNA إطار القراءة المفتوح الذي يحتوي على كودون البداية 5 & # 8242-AUG-3 & # 8242 ورمز إيقاف في النهاية. يحدد كل إطار قراءة مفتوح بروتينًا واحدًا. يحتوي mRNA بدائيات النوى على العديد من إطارات القراءة المفتوحة ، وبالتالي يشفر متعدد الببتيدات ويطلق عليه اسم mRNAs متعدد الكريات.

بالقرب من نهاية الرنا المرسال 5 & # 8242 ، يوجد كودون البداية الذي يتكون في الغالب من 5 & # 8242-AUG-3 & # 8242 (نادرًا ما يكون GUG) في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى. يقع موقع ربط الريبوسوم (RBS) في بدائيات النوى بالقرب من 5 & # 8242- نهاية mRNA قبل (المنبع) من كودون AUG.

بين 5 & # 8242-end و AUG codon ، يوجد تسلسل من 20-30 قاعدة. من بين هؤلاء ، هناك تسلسل 5 & # 8242-AGGAGGU-3 & # 8242. يسمى هذا التسلسل الغني للبيورين تسلسل Shine-Dalgarno ويقع من 4 إلى 7 قواعد أمام (المنبع) من كودون AUG.

المنطقة الطرفية 3 & # 8242 لـ 16S rRNA هي وحدة فرعية 30S لها تسلسل تكميلي 3 & # 8242-AUUCCUCCA-5 & # 8242. يشكل هذا التسلسل أزواجًا أساسية مع تسلسل Shine-Dalgarno لربط mRNA بالريبوسوم. تسلسل Shine-Dalgarno هو موقع ربط الريبوسوم (RBS). يضع الريبوسوم بشكل صحيح فيما يتعلق بكودون البدء.

هناك نوعان من مواقع ربط الحمض النووي الريبي (tRNA) على الريبوسوم يغطيان وحدات فرعية 30S و 50S. الموقع الأول يسمى & # 8220P & # 8221 site أو موقع peptidyl. الموقع الثاني يسمى موقع & # 8220A & # 8221 أو موقع aminoacyl. فقط البادئ tRNA يدخل موقع & # 8220P & # 8221. تدخل جميع tRNAs الأخرى في موقع & # 8220A & # 8221.

لكل حمض أميني ، هناك الحمض الريبي النووي النقال منفصل. يشار إلى هوية الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) بواسطة نص مرتفع ، مثل الحمض الريبي النووي النقال Arg (خاص بالحمض الأميني أرجينين). عندما يتم شحن الحمض الريبي النووي النقال هذا بالحمض الأميني أرجينين ، يتم كتابته كـ Arginine-tRNA Arg أو Arg-tRNA Arg. يُطلق على tRAN المشحون اسم tRNA aminoacylated.

في البكتيريا ، يكون أول حمض أميني يبدأ البروتين دائمًا هو فورميل ميثيونين (fMet). عندما يظهر AUG على أنه كود البدء على mRNA ، يتم دمج fMet فقط. يسمى جزيء الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل فورميل ميثيونين tRNA ™ 61. لذلك فإن أول حمض aminoacyl tRNA المشحون هو دائمًا fMet-tRNA fMet. عندما يتم مصادفة كودون AUG في الموقع الداخلي (بخلاف كودون البدء) ، لا يتم تشكيل الميثيونين ويكون الحمض الريبي النووي النقال الذي يحمل هذا الميثينين هو الحمض الريبي النووي النقال (tRNA)م التقى .

بادئ ذي بدء ، يحتل البادئ المشحون tRNA المسمى tMet-tRNA fMet & # 8220P & # 8221 موقع على الريبوسوم. يجمع هذا الموضع المضاد للشفرات ويبدأ كودون AUG من الرنا المرسال معًا بطريقة تجعل المضاد من الحمض الريبي النووي النقال المشحون وكودون الرنا المرسال يشكلان زوجًا أساسيًا مع بعضهما البعض. وهكذا تبدأ قراءة أو ترجمة الرنا المرسال.

موقع & # 8220A & # 8221 متاح للـ tRNA المشحون الوارد الثاني الذي يشكل anticodon أزواجًا أساسية مع الكودون الثاني على mRNA.

شحن الحمض الريبي النووي النقال:

يسمى ارتباط الأحماض الأمينية بـ tRNAs بشحن الحمض الريبي النووي النقال (tRNA). جميع الحمض النووي الريبي في نهايتها 3 & # 8242 لها تسلسل 5 & # 8242-CCA-3 & # 8242. في هذا الموقع ، ترتبط الأحماض الأمينية بمساعدة إنزيم aminoacyl tRNA synthatase. يحدث شحن الحمض الريبي النووي النقال في خطوتين.

1. تفعيل الأحماض الأمينية:

ينشط جزيء الطاقة ATP الأحماض الأمينية. يتم تحفيز هذه الخطوة عن طريق إنزيمات تنشيط محددة تسمى مركبات aminoacyl tRNA synthatases. يحتوي كل حمض أميني على إنزيم منفصل إنزيم AA-RNA synthatase.

2. نقل الأحماض الأمينية إلى الحمض الريبي النووي النقال:

يتفاعل مركب إنزيم AA-AMP مع الحمض النووي الريبي معين وينقل الحمض الأميني إلى الحمض النووي الريبي ، ونتيجة لذلك يتم تحرير AMP والإنزيم.

هذا أول AA-tRNA هو fMet-tRNA fmet وهو عبارة عن حمض أميني فورميل ميثيونين مرتبط بـ tRNA. هذا يصلح نفسه لموقع & # 8220P & # 8221 على الريبوسوم. بعد ذلك ، تعلق AA-tRNA الثانية نفسها بموقع & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم. بهذه الطريقة تبدأ استطالة سلسلة البولي ببتيد.

استطالة سلسلة بولي ببتيد:

تتطلب استطالة سلسلة البولي ببتيد بعض عوامل الاستطالة. عوامل الاستطالة هذه هي Tu و G.

تشكل EF-Tu معقدًا باستخدام AA2-tRNA و GTP وإحضاره إلى موقع الريبوسوم & # 8220A & # 8221. بمجرد وضع AA2-tRNA في موقع & # 8220A & # 8221 ، يتم تحلل GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي ويتم تحرير EF-Tu من الريبوسوم. يتم تجديد مجمع EF-Tu-GTP بمساعدة عامل آخر Ts.

تشكيل رابطة الببتيد:

يتمثل الدور الرئيسي للريبوسوم في تحفيز تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية المتتالية. بهذه الطريقة يتم دمج الأحماض الأمينية في البروتين.

الآن يتم احتلال كل من موقع & # 8220P & # 8221 و & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم بواسطة tRNAs المشحونة التي تحتوي على أحماض أمينية. تتكون رابطة الببتيد بين اثنين من الأحماض الأمينية المتتالية في موقع & # 8220A & # 8221. إنه ينطوي على انقسام الرابطة بين f-Met و tRNA. يتم تحفيز هذا بواسطة إنزيم ديسيلاز الحمض الريبي النووي النقال.

تتكون رابطة الببتيد بين مجموعة الكربوكسيل الحرة (-COOH) للحمض الأميني الأول والمجموعة الأمينية الحرة (- NH2) من الحمض الأميني الثاني في موقع & # 8220A & # 8221. الإنزيم المتضمن في هذا التفاعل هو peptidyl transferase. بعد تكوين رابطة الببتيد ، بين اثنين من الأحماض الأمينية ، يصبح الحمض الريبي النووي النقال الموجود في موقع & # 8220P & # 8221 غير مشحون أو غير مشحون ، وتحمل الحمض النووي الريبي في موقع & # 8220A & # 8221 الآن & # 8211 سلسلة بروتينية تحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية. يحدث هذا في الوحدة الفرعية 50S من الريبوسوم.

يتكون peptidyltransferase الذي يحفز تكوين رابطة الببتيد بين الأحماض الأمينية المتعاقبة من عدة بروتينات وجزيء من 23S rRNA في الريبوسوم. هذا الرنا الريباسي 23S هو ريبوزيم.

النقل:

يتم الآن نقل الحمض النووي الريبي الببتيديل الذي يحمل اثنين من الأحماض الأمينية الموجودة في موقع & # 8220A & # 8221 إلى موقع & # 8221P & # 8221. هذه الحركة تسمى الانتقال. يسمى عامل الاستطالة إزاحة التحكم EF-G. هذا العامل G يسمى Translocase. يوفر التحلل المائي لـ GTP الطاقة للانتقال وإطلاق الحمض النووي الريبي المنزوع المسيل (خالٍ من الأحماض الأمينية).

يتضمن النقل أيضًا حركة الريبوسوم على طول mRNA باتجاه نهايته 3 & # 8242 بمسافة كودون واحد من الكود الأول إلى الثاني. تعمل هذه الحركة على تحويل dipeptidyl tRNA (يحمل اثنين من الأحماض الأمينية) من & # 8220A & # 8221 إلى موقع & # 8220P & # 8221.

بالإضافة إلى هذين الموقعين P و A ، يوجد موقع ثالث & # 8220E & # 8221 (موقع الخروج) على 50 S ريبوسوم. تنتقل الحمض النووي الريبي المنفصل (محروم من الأحماض الأمينية) لموقع & # 8220P & # 8221 إلى موقع & # 8220E & # 8221 من حيث يتم إخراجها.

ثم يأتي الحمض الأميني الثالث (الحمض الأميني التالي) المشحون على الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) في موقع فارغ الآن & # 8220A & # 8221. ثم سلسلة dipeptidyl التي تحتوي على اثنين من الأحماض الأمينية الموجودة على موقع P تشكل رابطة ببتيدية مع الحمض الأميني الثالث في موقع & # 8220A & # 8221. ثم يتم نقل سلسلة الأحماض الأمينية الثلاثة إلى موقع & # 8220P & # 8221. تحتوي سلسلة البولي ببتيد الآن على ثلاثة أحماض أمينية. تستمر عملية الاستطالة وتطول. في كل خطوة يضاف حمض أميني جديد إلى سلسلة البولي ببتيد. بعد كل استطالة ، يتحرك الريبوسوم بواسطة كودون واحد في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

إنهاء السلسلة:

يؤدي وجود أكواد الإنهاء أو أكواد الإيقاف على الرنا المرسال إلى إنهاء سلسلة البولي ببتيد. يتوقف التوليف عندما تأتي سلسلة الاستطالة عبر أكواد الإيقاف على موقع & # 8220A & # 8221. أكواد الإيقاف هي UAA و UGA و UAG. لا يوجد الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يمكنه ربط هذه الكودونات.

هناك ثلاثة عوامل إطلاق في بدائيات النوى ، والتي تساعد في إنهاء السلسلة. هم RF1 و RF2 و RF3.

بوليبوزوم أو بوليسوم:

يمكن قراءة جزيء mRNA واحد في وقت واحد بواسطة عدة ريبوسومات. يتكون polyribosome أو polysome من عدة ريبوسومات مرتبطة بنفس الحمض النووي الريبي. يعتمد عدد الريبوسومات في polysome على طول mRNA.

يحتوي الرنا المرسال النشط بالكامل على ريبوسوم واحد بعد كل 80 نيوكليوتيد. قد يكون هناك حوالي 50 ريبوسوم في مرنا متعدد الكريات من بدائيات النوى. تتحرك الريبوسومات على طول mRNA في اتجاه 5 & # 8242 3 & # 8242. هناك زيادة تدريجية في حجم سلسلة البولي ببتيد حيث تتحرك الريبوسومات على طول mRNA نحو نهايتها 3 & # 8242. تبدأ سلسلة البولي ببتيد بالقرب من الطرف 5 & # 8242 وتكتمل بالقرب من الطرف 3 & # 8242.

تمتلك الريبوسومات الأقرب إلى نهاية الرنا المرسال 5 & # 8242 أصغر سلسلة متعددة الببتيد ، بينما تمتلك الريبوسومات الأقرب إلى النهاية 3 & # 8242 أطول سلسلة. يزيد Polysome من معدل تخليق البروتين بشكل كبير. في البكتيريا يتم تصنيع البروتين بمعدل حوالي 20 حمض أميني في الثانية.

النسخ والترجمة المتزامنة في بدائيات النوى:

في بدائيات النوى ، توجد جميع مكونات النسخ والترجمة في نفس الحجرة. يتم تصنيع جزيء mRNA في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242 ويحدث تخليق البروتين أيضًا في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242. وبهذه الطريقة ، فإن جزيء mRNA بينما لا يزال قيد التوليف له نهاية مجانية 5 & # 8242 لا تزال نهايته الأخرى قيد التوليف.

ترتبط الريبوسومات بنهاية 5 & # 8242 المجانية وتبدأ في تخليق البروتين. بهذه الطريقة ، تبدأ النهاية الحرة (5 & # 8242-end) من mRNA عملية تخليق البروتين بينما لا تزال مرتبطة بالحمض النووي. وهذا ما يسمى بالنسخ المزدوج والترجمة. هذا يزيد من سرعة تخليق البروتين. بعد اكتمال تخليق البروتين ، يبدأ أيضًا تحلل جزيء mRNA بواسطة نوكلياز في 5 & # 8242-end ويستمر في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

تخليق البروتين في حقيقيات النوى:

يتشابه تخليق البروتين في حقيقيات النوى بشكل أساسي مع تخليق بدائيات النوى باستثناء بعض الاختلافات.

الريبوسومات في حقيقيات النوى هي 80S بها 40S و 60S. في حقيقيات النوى ، يكون الحمض الأميني البادئ هو الميثيونين وليس f-methionine كما هو الحال في بدائيات النوى. يربط الحمض الريبي النووي النقال الخاص الميثيونين لبدء كودون AUG. هذا الحمض الريبي النووي النقال يسمى tRNAi Met. هذا يختلف عن الحمض الريبي النووي النقال Met الذي يربط ميثيونين الأحماض الأمينية بأي موضع داخلي آخر في عديد الببتيد.

لا يوجد تسلسل Shine-Dalgarno في mRNA حقيقية النواة لتعمل كموقع ربط للريبوسوم. بين 5 & # 8242-end و AUG codon من mRNA ، هناك سلسلة من القواعد تسمى cap. تقوم الوحدة الفرعية الصغيرة من الريبوسوم بمسح mRNA في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242 حتى تأتي عبر كودون 5 & # 8242- AUG-3 & # 8242. هذه العملية تسمى المسح. ترتبط عوامل البدء أيضًا ارتباطًا وثيقًا بنهاية mRNA 3 & # 8242 من خلال ذيلها poly-A. تقوم عوامل البدء بتعميم mRNA بواسطة ذيلها poly-A. بهذه الطريقة يساهم poly-A tail أيضًا في ترجمة mRNA. mRNAs حقيقية النواة أحادية النواة وتشفر عديد ببتيد واحد ، وبالتالي يكون لها إطار قراءة مفتوح واحد.

هناك عشرة عوامل بدء في حقيقيات النوى. وهي elF (عوامل intiation حقيقية النواة) هي elFI و eIF2 و eIF3 و eIF4A و eIF4B و eIF4C و eIF4D و eIF4F و eIF5 و eIF6.

هناك نوعان من عوامل الاستطالة في حقيقيات النوى مثل بدائيات النوى. هم eEFl (على غرار EF-Tu) و eEF2 (على غرار EF-G).

حقيقيات النوى لها عامل إطلاق واحد فقط eRF يتطلب إنهاء GTP لتخليق البروتين. يتعرف على جميع أكواد التوقف الثلاثة.

في حقيقيات النوى ، يتم تصنيع الرنا المرسال في النواة ، ثم معالجتها ، وتعديلها ، وتمريرها إلى السيتوبلازم من خلال النوى. يحدث تخليق البروتين في السيتوبلازم. إن الرنا المرسال في بدائيات النوى غير مستقر للغاية وعمره الافتراضي بضع دقائق فقط. إن الرنا المرسال لحقيقيات النوى مستقر تمامًا وله عمر أطول يمتد حتى عدة أيام.

تخليق البروتين على الريبوسومات المقيدة:

تحدث الريبوسومات في حالة حرة في السيتوبلازم وكذلك مرتبطة بالسطح الخارجي للشبكة الإندوبلازمية التي تسمى الشبكة الإندوبلازمية الخشنة (RER). يحدث ارتباط الريبوسومات بـ ER بعد بدء تخليق البروتين. يعتمد ما إذا كانت الريبوسومات تصنع البروتين في حالة حرة أو متصلة على نوع البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة الريبوسومات. يتم تصنيع معظم البروتينات التي تظل في حالة حرة في السيتوبلازم بواسطة الريبوسومات الحرة.

تدخل البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة الريبوسومات على ER في تجويف صهاريج ER حيث يمكن أن تدخل في جهاز golgi حيث يتم تشكيلها بالجليكوزيلات وتشكيل حبيبات السكرتارية والعديد منها يدخل الجسيمات.

تعديل طي البولي ببتيدات المحررة:

يحدد جزيء الحمض النووي الهيكل الأساسي فقط أثناء الطي والتعديلات الأخرى التي تتحكم بها البروتينات نفسها.

إن عديد الببتيد المركب حديثًا ليس دائمًا بروتينًا وظيفيًا. قد يخضع البولي ببتيد الذي تم إصداره حديثًا لتعديلات مختلفة. يزيل إنزيم deformylase مجموعة الفورميل من أول حمض أميني ميثيونين. تكون انشقاقات البروتينات أكثر شيوعًا. بعض الإنزيمات مثل exo-amino-peptidases تزيل بعض الأحماض الأمينية إما من طرف N أو من طرف C أو كلا الطرفين.

يمكن أيضًا إزالة الأحماض الأمينية الداخلية كما في حالة الأنسولين. يتم شق البروتينات المتعددة لتوليد بروتينات فردية. قد يتم طي سلسلة البولي ببتيد منفردة أو بالاشتراك مع سلاسل أخرى لتشكيل هياكل ثلاثية أو رباعية. تنضم المجموعات التعويضية إلى العديد من البروتينات. تساعد بعض البروتينات في طي البولي ببتيدات. يطلق عليهم بروتينات chaperone أو بروتينات chapronin. الأمثلة البكتيرية gro EL (E. coli) والميتوكوندريا hsp 60 ميتونين.

التعديلات الكيميائية الشائعة المختلفة للبروتينات التي تم إطلاقها حديثًا هي الارتباط بالجليكوزيل ، الفسفرة ، المثيلة ، الأسيتيل ، إلخ.

فرز البروتين أو الاتجار بالبروتين أو استهداف البروتين:

يجب نقل البروتينات التي يتم تصنيعها في الخلية إلى النواة أو العضيات المستهدفة الأخرى. تحتوي عديد الببتيدات المُصنَّعة حديثًا على تسلسل إشارة (وهو عديد ببتيد) يتكون من 13-36 من الأحماض الأمينية. يُعرف باسم تسلسل القائد. يتم التعرف على تسلسل الإشارة هذا من خلال المستقبلات الموجودة داخل أغشية العضيات المستهدفة.

عندما يتم تصنيع البروتينات على الريبوسومات الحرة ، يحدث النقل بعد الترجمة. عندما يحدث تخليق البروتين على الريبوسومات المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية (Rough ER) ، يحدث النقل في وقت واحد مع الترجمة ويسمى النقل المشترك. قد تدخل البروتينات التي تدخل في تجويف ER الخام إلى جهاز golgi ، حيث يمكن أن تدخل في الجسيمات الحالة السكرتارية. يتدهور تسلسل الإشارة بواسطة إنزيمات البروتياز.

بمجرد تجميع كل هذه البروتينات في مكانها الصحيح ، فإنها توفر الآلية البيوكيميائية المناسبة ، والتي تحافظ على تغذية الخلية ، وتقطيرها ، وتكاثرها ، وحيوية.

مثبطات تخليق البروتين:

هناك العديد من المواد الكيميائية ، سواء الاصطناعية منها أو التي تم الحصول عليها من مصادر مختلفة مثل الفطريات ، والتي ترتبط بمكونات آلية الترجمة وتوقف عملية الترجمة. معظمهم من العوامل المضادة للبكتيريا أو المضادات الحيوية التي تعمل حصريًا على البكتيريا وبالتالي فهي أدوات قوية في يد الإنسان لمكافحة الأمراض المعدية المختلفة. معظم المضادات الحيوية هي مثبطات لآلات الترجمة.

يرتبط بموقع & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم. يؤدي هذا إلى إنهاء ما قبل النضج لسلسلة البولي ببتيد.

يمنع عامل الاستطالة EF-Tu.

يثبط عامل الاستطالة EF-G.

يهاجم موقع & # 8220A & # 8221 على الريبوسوم ويمنع ارتباط aminoacyl- tRNA.

الكلورامفينيكول: يمنع تفاعل نقل الببتيدل.

إنه يربط قناة خروج بولي ببتيد للريبوسوم ، وبالتالي يمنع خروج سلسلة البولي ببتيد المتنامية ، وبالتالي يوقف عملية الترجمة.

الستربتومايسين والنيومايسين:

هذه تمنع ارتباط tRNA fMet بالموقع & # 8220P & # 8221.

مثبطات في حقيقيات النوى:

ذيفان الخناق هو مادة سامة تنتجها بكتيريا الخناق الوتدية. هذا يسبب تعديل عامل استطالة حقيقيات النوى.


رابطة الببتيد

لفهم رابطة الببتيد ، نحتاج إلى النظر عن كثب في بنية الأحماض الأمينية. كما ذكرنا سابقًا ، يتم تمييز الأنواع المختلفة من الأحماض الأمينية بناءً على مجموعة R. إذا كانت R عبارة عن ذرة هيدروجين ، على سبيل المثال ، فإن الحمض الأميني هو الجلايسين. إذا كانت R عبارة عن مجموعة ميثيل (CH3) ، الأحماض الأمينية هي ألانين. إذا كان R هو sulfhydryl (CH2SH) ، الحمض الأميني هو السيستين. هذه مجرد أمثلة قليلة ، ولكن بصرف النظر عن مجموعة R ، فإن جميع الأحماض الأمينية هي نفسها. في أحد طرفيه ، يحتوي كل حمض أميني على المجموعة الوظيفية COOH ، والتي تسمى الكربوكسيل. في الطرف الآخر ، يحتوي كل حمض أميني على NH2 مجموعة تسمى amino. (انظر الشكل 4 لرابطة الببتيد في حمض أميني.)

الشكل 4: السندات الببتيد

تتشكل رابطة الببتيد عندما يتم ربط ذرة الكربون الكربوكسيل لحمض أميني تساهميًا مع ذرة النيتروجين الأميني لحمض أميني آخر ، مما يؤدي إلى طرد جزيء من الماء (H2س). يؤدي ربط العديد من الأحماض الأمينية من خلال مجموعات الكربوكسيل والأمينية إلى إنتاج بروتين صغير ، يُسمى أيضًا عديد الببتيد ، لأنه يحتوي على العديد من روابط الببتيد (الشكل 5). ينتج عن ضم الأحماض الأمينية بهذه الطريقة سلسلة بها COOH في أحد طرفيها و NH2 في الطرف الآخر ، تسمى نهايات الكربوكسيل والأمينو ، على التوالي.

الشكل 5: انضمام نوعين من الأحماض الأمينية (أحمر) مع جزيء ماء مطرود (أزرق).

بحلول زمن سانجر ، كان علماء الكيمياء الحيوية يستخدمون مواد كيميائية حمضية لكسر الروابط الببتيدية للبروتين ، وبالتالي فصل الأحماض الأمينية الفردية. بالإضافة إلى ذلك ، عرفوا أن البروتين يمكن أن يحتوي على أكثر من سلسلة بولي ببتيد واحدة ، متصلة ببعضها البعض عن طريق روابط ثاني كبريتيد مرتبطة في مناطق سلسلة تحتوي على السيستين. من خلال معالجة البروتين لتدمير جسور ثاني كبريتيد ، يمكن لعلماء الكيمياء الحيوية في أوائل الأربعينيات من القرن الماضي معرفة عدد السلاسل في البروتين. أيضًا ، من خلال تفكيك روابط الببتيد وإجراء الاختبارات الكيميائية ، يمكنهم تحديد هوية الأحماض الأمينية للبروتين والكميات النسبية لكل حمض أميني.

ومع ذلك ، فإن هذا لم يخبر علماء الكيمياء الحيوية بالتسلسل الذي تم فيه ربط هذه الأحماض الأمينية معًا. ما يميز سانجر عن معاصريه هو إدراكه أن الكميات النسبية لكل نوع من الأحماض الأمينية وتسلسلها يمكن أن تكون في غاية الأهمية. قد يكون أساس كيفية عمل كل بروتين. إذا كان الأمر كذلك ، فإن تسلسل الأحماض الأمينية سيكون أيضًا مفتاحًا لكيفية عمل الحياة. نظرًا لانتشار البروتينات في الكائنات الحية ، كانت الفكرة منطقية جدًا ، ولكن مهمة سانجر الآن هي إثبات ذلك. لن يكون القيام بذلك مهمة سهلة ، لكن الخطوة الأولى كانت اختيار بروتين معين يركز عمله عليه.

لفصل الأحماض الأمينية الفردية ، يستخدم العلماء _____ مواد كيميائية لكسر روابط الببتيد للبروتين.


تفسير

يتكون تخليق البروتين من جزأين رئيسيين & # 8211 النسخ والترجمة. تتضمن العملية الحمض النووي الريبي (RNA) وحمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA) ومجموعة من الإنزيمات. جميع أنواع الأحماض النووية الريبية ، مثل حمض الريبونوكليك المرسال (mRNA) ، وحمض الريبوسوم الريباسي (rRNA) ، وحمض الريبونوكلييك الناقل (tRNA) مطلوبة لتخليق البروتين.

النسخ

إنه الجزء الأول في عملية تخليق البروتين. يحدث في نواة الخلية ، حيث يوجد الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) في الكروموسومات. كما نعلم جميعًا ، الحمض النووي هو هيكل حلزون مزدوج. من خيطين متوازيين ، يعمل أحدهما كقالب لإنتاج مرنا. كخطوة استهلالية للنسخ ، يربط بوليميراز الحمض النووي الريبي نفسه بموقع معين (منطقة محفز) في أحد خيوط الحمض النووي التي ستعمل كقالب.

بعد ارتباطه بحبلا قالب DNA ، يقوم إنزيم البوليميراز بتركيب بوليمر mRNA تحت إشراف قالب DNA. يستمر حبلا mRNA في الاستطالة حتى يصل البوليميراز إلى & # 8216 منطقة نهاية & # 8217 في القالب.

وبالتالي ، يشتمل جزء النسخ على ثلاث خطوات & # 8211 بدء واستطالة وإنهاء. يتم تحرير mRNA المنسوخ حديثًا بواسطة إنزيم البوليميراز ، والذي ينتقل بعد ذلك إلى السيتوبلازم لإكمال عملية تخليق البروتين.

ترجمة

إنه الجزء الثاني في عملية تخليق البروتينات. على عكس النسخ الذي يحدث في النواة ، تحدث الترجمة في سيتوبلازم الخلية. يبدأ هذا الجزء بمجرد دخول mRNA المنسوخ إلى السيتوبلازم.

ترتبط الريبوسومات الموجودة في السيتوبلازم فورًا بالـ mRNA في موقع معين ، يُطلق عليه رمز البداية. يرتبط الحمض الريبي النووي النقال amino acyl أيضًا في حبلا mRNA. هذه المرحلة تسمى البدء.

هل تود الكتابة لنا؟ حسنًا ، نحن نبحث عن كتاب جيدين يريدون نشر الكلمة. تواصل معنا وسنتحدث.

بينما تتحرك الريبوسومات على طول خيط الرنا المرسال ، يجلب الحمض الأميني الحمض النووي الريبي جزيئات الأحماض الأمينية ، واحدة تلو الأخرى. هذه المرحلة بالذات تسمى استطالة. في مرحلة الإنهاء ، تقرأ الريبوسومات الكودون الأخير لخيط الرنا المرسال. هذا ينهي جزء الترجمة ، ويتم تحرير سلسلة البولي ببتيد.

في هذا الجزء ، يتم ربط الريبوسومات والـ tRNA بـ mRNA ، الذي يقرأ المعلومات المشفرة الموجودة في الشريط. وفقًا لذلك ، يحدث تخليق البروتين لتسلسل حمض أميني معين.

بشكل عام ، تتضمن عملية تخليق البروتين نسخ الحمض النووي إلى الرنا المرسال ، والذي يترجم بعد ذلك إلى بروتينات. تتطلب هذه العملية التنسيق المناسب بين الحمض النووي الريبي والحمض النووي والإنزيمات والريبوزومات. يُعرف الإجراء التدريجي لتخليق البروتين أيضًا باسم & # 8216central dogma & # 8217 في البيولوجيا الجزيئية.

المنشورات ذات الصلة

الاستنساخ هو عملية راسخة اليوم ، والتي تبشر بإعادة توطين الحيوانات المهددة بالانقراض وحتى المنقرضة. تابع القراءة للحصول على نظرة عامة عليه.

أحدثت بصمات الحمض النووي ثورة في التحقيقات الجنائية لتحديد الجناة الحقيقيين. بقدر ما يبدو مثيرًا للاهتمام ، فإنه يحتوي على إجراء متطور خطوة بخطوة. هذه المقالة سوف تعطيك كاملة و hellip

في الآونة الأخيرة ، كان هناك جدل كبير حول عملية الاستنساخ البشري. سواء كان ذلك أخلاقيًا أو غير أخلاقي ، فإن الاستنساخ الجيني يُنظر إليه دائمًا على أنه التحدي الأكبر في الجينات والهيليب


هيكل البروتين

تحتوي البروتينات على أربعة مستويات من التركيب ، والتي أشرنا إليها جميعًا بالفعل في هذه الصفحة. تُعرف المستويات الأربعة بالبنية الأولية والثانوية والثالثية والرباعية للبروتين.

الهيكل الأساسي

الهيكل الأساسي هو التسلسل المحدد للأحماض الأمينية ، أي ترتيب ارتباطها ببعضها البعض. يتم تحديد الترتيب الدقيق الذي ترتبط به الأحماض الأمينية معًا من خلال المعلومات المخزنة في الجينات.

من خلال عمليات تسمى النسخ والترجمة ، يوفر الحمض النووي جميع المعلومات الضرورية للخلايا لإنتاج البنية الأولية الدقيقة لآلاف البروتينات المختلفة. يحدد الهيكل الأساسي الهياكل الثانوية والثالثية للبروتينات.

الهيكل الثانوي

يتكون الهيكل الثانوي للبروتين من روابط هيدروجينية بين الذرات على طول العمود الفقري لسلسلة البولي ببتيد.

تذكر أن كل حمض أميني يحتوي على مجموعة كربوكسيل ومجموعة أمين ، فإن الشحنة السالبة الطفيفة على أكسجين مجموعة الكربوكسيل تشكل رابطة ضعيفة مع شحنة موجبة طفيفة من ذرة هيدروجين على المجموعة الأمينية لحمض أميني آخر. الروابط الهيدروجينية ضعيفة ولكن العديد منها تخلق قوة كافية للتأثير على شكل سلسلة البولي ببتيد.

تتسبب الروابط الهيدروجينية في ثني العمود الفقري متعدد الببتيد ولفه في شكلين محتملين & # 8211 الحلزون ألفا والصفائح المطوية. لولب ألفا (الحرف اليوناني "ألفا") هو حلزوني ، يشبه الحلزون المزدوج لشريط الحمض النووي الأيقوني ولكن مع ملف واحد فقط ، ويتكون من روابط هيدروجينية بين كل رابع حمض أميني. الحلزون α شائع في البروتينات الهيكلية مثل الكيراتين.

تتشكل الصفائح المطوية β (الحرف اليوناني "بيتا") عندما تحدث روابط هيدروجينية بين سلسلتين أو أكثر من سلاسل البولي ببتيد المتجاورة وتكون شائعة في البروتينات الكروية (انظر أدناه في "أنواع البروتينات").

الهيكل الثالث

الهيكل الثلاثي هو الشكل النهائي الذي تأخذه سلسلة البولي ببتيد ويتم تحديده بواسطة مجموعات R. ينحني التجاذب والتنافر بين مجموعات R المختلفة ويطوي البولي ببتيد لإنشاء الشكل ثلاثي الأبعاد النهائي للبروتين.

هيكل رباعي

ليست كل البروتينات لها هيكل رباعي. ينتج الهيكل الرباعي فقط عندما تتحد سلاسل متعددة الببتيد معًا لتشكيل بروتين معقد كبير. في مثل هذه الحالات ، يشار إلى كل بولي ببتيد على أنه & # 8216subunit & # 8217.

الهيموغلوبين هو مثال على بروتين له هيكل رباعي. في معظم الحيوانات ، يتكون الهيموغلوبين من أربع وحدات فرعية كروية.


استقرار البروتين

  • البروتينات هي جزيئات حساسة للغاية. يستخدم المصطلح & # 8216 الحالة الأصلية & # 8217 لوصف البروتين في شكله الطبيعي الأكثر استقرارًا ، في الموقع. يمكن أن تتعطل هذه الحالة الأصلية بسبب عدد من عوامل الإجهاد الخارجية ، بما في ذلك درجة الحرارة ودرجة الحموضة وإزالة الماء ووجود أسطح كارهة للماء ووجود أيونات معدنية وقص عالي.
  • The loss of a secondary, tertiary or quaternary structure due to exposure to stress is called denaturation. Denaturation results in the unfolding of the protein into a random or misfolded shape.
  • A denatured protein can have quite a different activity profile than the protein in its native form, and it usually loses its biological function. In addition to becoming denatured, proteins can also form aggregates under certain stress conditions. Aggregates are often produced during the manufacturing process and are typically undesirable, largely due to the possibility of them causing adverse immune responses when administered.

(1). Primary Structure

Ø Primary structure of a protein gives the details of the amino acid sequence of a protein.

Ø The primary structure will tell you two main things: (i) ال number of amino acid residues in the protein and (ii) the sequence of amino acids.

Ø The ‘sequence’ information contains the correct order of amino acids in the protein starting from N-terminal to C-terminal.

Ø The primary structure of a protein will determine all other levels of structural organization of a protein (secondary, tertiary and quaternary).

Ø The primary structure is stabilized by Peptide Bonds (Covalent Bond).

Ø The first study about an unknown protein will be its sequence determination (determination of primary structure).

Ø First sequenced protein: الأنسولين بواسطة Frederick Sanger.

Primary Structure of Insulin

Importance of Primary Structure:

Ø The primary structure of a protein will offer insights into its:

(a). Three dimensional (3D) structure

(ب). وظيفة of the protein

(ج). Cellular موقعك

(د). تطور of the protein

Ø Primary structure data can be used for the sequence searching from the protein databases.

Three Dimensional Structures of Proteins

Ø The backbone of a protein contains hundreds of individual bonds.

Ø Free rotation is possible around many of these bonds.

Ø The free rotation allows an unlimited number of conformations around these bonds.

Ø However, each protein has a specific (unique) structural conformation.

Ø This unique structural formation of a protein is called its 3D structure.

Ø The spatial arrangement of atoms in a protein is called its ‘Conformation’.

Ø Proteins in their functional, folded conformations are called native proteins.

Ø The conformations of a protein are mainly stabilized by weak interactions such as روابط هيدروجينية, hydrophilic interactions, hydrophobic interactions etc..

Ø These weak interactions can be easy distorted with less expenditure of energy.

Ø Proteins may have three levels of Three Dimensional (3D) Organizations. هم انهم:

الهيكل الثانوي

الهيكل الثالث

هيكل رباعي

(2). الهيكل الثانوي

Ø Secondary structure is the special local conformation of some part of a polypeptide chain.

Ø It is the folding pattern of the regular polypeptide backbone.

Ø Different types of secondary structures occur in nature.

Ø The secondary structures are stabilized mainly by Hydrogen Bonds.

Ø Three most important secondary structure in protein are:

B. β-Conformations (β-plates)

(أ). α-Helix

Ø The α-helix is the most common secondary structure.

Ø They are regular structures that repeat every 5.4 Å.

Ø It is the simplest arrangement of a polypeptide chain.

Ø The α-helical structure of the protein was proposed by Pauling and Corey in 1951.

Ø The polypeptide backbone is tightly wound around an imaginary axis drawn longitudinally through the middle of the helix, and the R groups of the amino acid residues protrude outward from the helical backbone.

Ø Pitch of helix: The repeating unit of the helix.

Ø The pitch is a single turn of the helix which extends about 5.4 Å.

Ø Each helical turn in α-helix contains 3.6 amino acids.

Ø The helical twist of the α-helix in all protein is right-handed.

Ø The α- helix is stabilized by روابط هيدروجينية.

Ø The α-helix is so common in protein because it makes optimal use of internal hydrogen bonds.

Ø Hydrogen bonds are formed between the hydrogen attached to the electronegative nitrogen atom of the peptide linkage and the electronegative carbonyl oxygen atom of the fourth amino acid on the amino-terminal side of the peptide bond.

Ø Within the α-helix, every peptide bond participates in hydrogen bonding.

Ø All hydrogen bonds together provide considerable stability to the α-helix.

Ø All polypeptide cannot form a sable α-helix.

Ø The interactions between the amino acid side chains can stabilize or destabilize the α-helix.

Ø For example, if a polypeptide chain has a long stretch of Glutamic Acid residues, this segment the chain will not form an α-helix.

Ø The negatively charged carboxyl group of the adjacent Glu residues repels each other strongly so that they prevent the formation of the α-helix.

Ø Similarly, a polypeptide rich in البرولين will not form an α-helix.

Ø In proline, the nitrogen atom is part of a rigid ring and rotation about the N – Cα bond is NOT possible.

Ø Thus proline introduces a destabilizing kink in the polypeptide and hence proline is very rarely found in α-helix.

Β-Conformations (β-Plates)

Ø The β conformation or β-plates organize the polypeptide chains into أوراق.

Ø The β-conformation is an extended form of a polypeptide chain.

Ø Here the polypeptide backbone is extended into a zigzag بنية.

Ø The zigzag polypeptide chains can be arranged side-by-side to form a structure resembling a series of pleats called β-sheets.

Ø Here also the structure is stabilized by روابط هيدروجينية.

Ø However, unlike α-helix, the hydrogen bonds are formed between adjacent segments of the chain.

Ø The R-groups of adjacent amino acids protrude from the zigzag structure in opposite direction creating the alternating pattern.

Ø The polypeptide chains in the β-sheets may be arranged either in parallel (the same direction) or anti-parallel (opposite direction).

Ø Based on this the β-Plates are classified into two types: (diagram)

(a) Anti-parallel β-Plates

(b) Parallel β-Plates

Ø The β-turns are very common in proteins, where the peptide make a turn or loop (peptide make a reverse direction).

Ø In globular proteins, nearly one-third of the amino acid residues are in β turns.

Ø The β-turns are the connecting elements that link successive runs polypeptide chain.

Ø The β-turn connects the ends of two adjacent segments of anti-parallel β-sheets.

Ø The β-turn structure is an 180º turn involving four amino acid residues

Ø The carbonyl oxygen of the first residue forms a hydrogen bond with the amino group hydrogen of the fourth amino acid in the turn.

Ø Glycine (Gly) and Proline (Pro) resides frequently occurs in β-turns.

Ø Glycine due to its very small size (the R group is – H) allows β turns.

Ø Proline is an imino acid with its side chain covalently linked with the amino group.

Ø Proline residue in the peptide bond assumes the ‘cis’ configuration.

Ø The ‘cis’ conformation is very amenable to tight turns.

Ø There are several types of β turns of with type I and Type II are most common.

Ø The type I β-turn is found more than twice the frequency of type II.

Ø In type II, the third residue will always be a Glycine residue.

(3). Tertiary Structure Proteins

Ø Tertiary structure: The overall three-dimensional arrangement of all atoms in a protein is referred to as the tertiary structure.

Ø The tertiary structure will have a single polypeptide “backbone” with one or more secondary structures.

Ø Tertiary structure is defined by the atomic coordinates.

Ø Tertiary structures in a protein are stabilized by both covalent and non-covalent bonds.

Ø Covalent bond: Disulfide bonds (between two Cys residues)

Ø Non-covalent interactions: Ionic interactions (electrostatic attractions), hydrophilic interactions, van der Waals interactions.

Ø The term ‘اختصاص’ is used to denote a single functional unit of a protein.

Ø A protein may have many domains with specific functions.

Ø A protein with a single subunit only has up to the tertiary structure.

(4). هيكل رباعي

Ø Majority of functional protein contains more than one polypeptide chains and such a protein is said to be oligomeric.

Ø Each peptide forms a sub-unit أو monomer أو protomer.

Ø Quaternary structure: The arrangement of protein monomers in three-dimensional complexes in a multi-subunit protein is called quaternary structure.

Ø For a protein to have a quaternary structure, it should fulfil two conditions:

§ It should have more than one polypeptide subunits

§ There should not have permanent (covalent) interaction between the subunits (like disulfide bond).

Ø Insulin does not have the quaternary structure even if it contains two subunits.

Ø The two polypeptides in insulin are covalently connected with two disulfide bonds.

Ø Thus, insulin can have up to tertiary structure (not quaternary structure).

Ø Bonds stabilizing quaternary structure: hydrogen bonds, hydrophilic interactions, hydrophobic interactions, van der Waals interactions.

Nelson, D.L., Lehninger, A.L. and Cox, M.M., 2008. Lehninger’s Principles of Biochemistry. ماكميلان.

Study Offline (Without Internet)

Now you can تحميل ال بي دي إف of this Post Absolutely Free !

Please click on the Download Link / زر below to Save the post as a Single PDF file. The PDF file will be opened in a new window in the browser itself. Right click on the PDF and select ‘Save As‘ option to save the file to your computer.

لو سمحت Share the PDF with your Friends, Relatives, Students and Colleagues…

Do you have any Queries?
Please leave me in the Comments Section below.
I will be Happy to Read your Comments and Reply.


DNA و RNA

النوعان الرئيسيان من الأحماض النووية هما الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA). الحمض النووي هو المادة الجينية في جميع الكائنات الحية ، بدءًا من البكتيريا وحيدة الخلية إلى الثدييات متعددة الخلايا. إنه موجود في نواة حقيقيات النوى وفي العضيات والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا. في بدائيات النوى ، لا يكون الحمض النووي محاطًا بغلاف غشائي.

The cell’s entire genetic content is its genome, and the study of genomes is genomics. In eukaryotic cells but not in prokaryotes, a DNA molecule may contain tens of thousands of genes. Many genes contain information to make protein products (e.g., mRNA). كود الجينات الأخرى لمنتجات الحمض النووي الريبي. يتحكم الحمض النووي في جميع الأنشطة الخلوية عن طريق "تشغيل" أو "إيقاف" الجينات.

النوع الآخر من الحمض النووي ، RNA ، يشارك في الغالب في تخليق البروتين. لا تغادر جزيئات الحمض النووي النواة أبدًا ولكنها تستخدم وسيطًا للتواصل مع بقية الخلية. هذا الوسيط هو الرسول RNA (mRNA). أنواع أخرى من الرنا - مثل الرنا الريباسي ، الرنا المرسال ، و الرنا الميكروي - تشارك في تخليق البروتين وتنظيمه.

DNA and RNA are comprised of monomersthat scientists call النيوكليوتيدات. The nucleotides combine with each other to form a عديد النوكليوتيد, DNA or RNA. Three components comprise each nucleotide: a nitrogenous base, a pentose (five-carbon) sugar, and a phosphate group. Each nitrogenous base in a nucleotide is attached to a sugar molecule, which is attached to one or more phosphate groups. Therefore, although the terms “base” and “nucleotide” are sometimes used interchangeably, a nucleotide contains a base as well as part of the sugar-phosphate backbone.

Comparison of RNA (left molecule) and DNA (right molecule). The color of the bases in RNA and DNA aligns with the colored boxes next to each base molecule.


محتويات

Post-translational proteolytic processing Edit

Limited proteolysis of a polypeptide during or after translation in protein synthesis often occurs for many proteins. This may involve removal of the N-terminal methionine, signal peptide, and/or the conversion of an inactive or non-functional protein to an active one. The precursor to the final functional form of protein is termed proprotein, and these proproteins may be first synthesized as preproprotein. For example, albumin is first synthesized as preproalbumin and contains an uncleaved signal peptide. This forms the proalbumin after the signal peptide is cleaved, and a further processing to remove the N-terminal 6-residue propeptide yields the mature form of the protein. [1]

Removal of N-terminal methionine Edit

The initiating methionine (and, in prokaryotes, fMet) may be removed during translation of the nascent protein. ل بكتريا قولونية, fMet is efficiently removed if the second residue is small and uncharged, but not if the second residue is bulky and charged. [2] In both prokaryotes and eukaryotes, the exposed N-terminal residue may determine the half-life of the protein according to the N-end rule.

Removal of the signal sequence Edit

Proteins that are to be targeted to a particular organelle or for secretion have an N-terminal signal peptide that directs the protein to its final destination. This signal peptide is removed by proteolysis after their transport through a membrane.

Cleavage of polyproteins Edit

Some proteins and most eukaryotic polypeptide hormones are synthesized as a large precursor polypeptide known as a polyprotein that requires proteolytic cleavage into individual smaller polypeptide chains. The polyprotein pro-opiomelanocortin (POMC) contains many polypeptide hormones. The cleavage pattern of POMC, however, may vary between different tissues, yielding different sets of polypeptide hormones from the same polyprotein.

Many viruses also produce their proteins initially as a single polypeptide chain that were translated from a polycistronic mRNA. This polypeptide is subsequently cleaved into individual polypeptide chains. [1] Common names for the polyprotein include gag (group-specific antigen) in retroviruses and ORF1ab in Nidovirales. The latter name refers to the fact that a slippery sequence in the mRNA that codes for the polypeptide causes ribosomal frameshifting, leading to two different lengths of peptidic chains (أ و أب) at an approximately fixed ratio.

Cleavage of precursor proteins Edit

Many proteins and hormones are synthesized in the form of their precursors - zymogens, proenzymes, and prehormones. These proteins are cleaved to form their final active structures. Insulin, for example, is synthesized as preproinsulin, which yields proinsulin after the signal peptide has been cleaved. The proinsulin is then cleaved at two positions to yield two polypeptide chains linked by two disulfide bonds. Removal of two C-terminal residues from the B-chain then yields the mature insulin. Protein folding occurs in the single-chain Proinsulin form which facilitates formation of the ultimately inter-peptide disulfide bonds, and the ultimately intra-peptide disulfide bond, found in the native structure of insulin.

Proteases in particular are synthesized in the inactive form so that they may be safely stored in cells, and ready for release in sufficient quantity when required. This is to ensure that the protease is activated only in the correct location or context, as inappropriate activation of these proteases can be very destructive for an organism. Proteolysis of the zymogen yields an active protein for example, when trypsinogen is cleaved to form trypsin, a slight rearrangement of the protein structure that completes the active site of the protease occurs, thereby activating the protein.

Proteolysis can, therefore, be a method of regulating biological processes by turning inactive proteins into active ones. A good example is the blood clotting cascade whereby an initial event triggers a cascade of sequential proteolytic activation of many specific proteases, resulting in blood coagulation. The complement system of the immune response also involves a complex sequential proteolytic activation and interaction that result in an attack on invading pathogens.

Protein degradation Edit

Protein degradation may take place intracellularly or extracellularly. In digestion of food, digestive enzymes may be released into the environment for extracellular digestion whereby proteolytic cleavage breaks proteins into smaller peptides and amino acids so that they may be absorbed and used. In animals the food may be processed extracellularly in specialized organs or guts, but in many bacteria the food may be internalized via phagocytosis. Microbial degradation of protein in the environment can be regulated by nutrient availability. For example, limitation for major elements in proteins (carbon, nitrogen, and sulfur) induces proteolytic activity in the fungus نيوروسبورا كراسا [3] as well as in of soil organism communities. [4]

Proteins in cells are broken into amino acids. This intracellular degradation of protein serves multiple functions: It removes damaged and abnormal protein and prevents their accumulation. It also serves to regulate cellular processes by removing enzymes and regulatory proteins that are no longer needed. The amino acids may then be reused for protein synthesis.

Lysosome and proteasome Edit

The intracellular degradation of protein may be achieved in two ways - proteolysis in lysosome, or a ubiquitin-dependent process that targets unwanted proteins to proteasome. The autophagy-lysosomal pathway is normally a non-selective process, but it may become selective upon starvation whereby proteins with peptide sequence KFERQ or similar are selectively broken down. The lysosome contains a large number of proteases such as cathepsins.

The ubiquitin-mediated process is selective. Proteins marked for degradation are covalently linked to ubiquitin. Many molecules of ubiquitin may be linked in tandem to a protein destined for degradation. The polyubiquinated protein is targeted to an ATP-dependent protease complex, the proteasome. The ubiquitin is released and reused, while the targeted protein is degraded.

Rate of intracellular protein degradation Edit

Different proteins are degraded at different rates. Abnormal proteins are quickly degraded, whereas the rate of degradation of normal proteins may vary widely depending on their functions. Enzymes at important metabolic control points may be degraded much faster than those enzymes whose activity is largely constant under all physiological conditions. One of the most rapidly degraded proteins is ornithine decarboxylase, which has a half-life of 11 minutes. In contrast, other proteins like actin and myosin have a half-life of a month or more, while, in essence, haemoglobin lasts for the entire life-time of an erythrocyte. [5]

The N-end rule may partially determine the half-life of a protein, and proteins with segments rich in proline, glutamic acid, serine, and threonine (the so-called PEST proteins) have short half-life. [6] Other factors suspected to affect degradation rate include the rate deamination of glutamine and asparagine and oxidation of cystein, histidine, and methionine, the absence of stabilizing ligands, the presence of attached carbohydrate or phosphate groups, the presence of free α-amino group, the negative charge of protein, and the flexibility and stability of the protein. [5] Proteins with larger degrees of intrinsic disorder also tend to have short cellular half-life, [7] with disordered segments having been proposed to facilitate efficient initiation of degradation by the proteasome. [8] [9]

The rate of proteolysis may also depend on the physiological state of the organism, such as its hormonal state as well as nutritional status. In time of starvation, the rate of protein degradation increases.

Digestion Edit

In human digestion, proteins in food are broken down into smaller peptide chains by digestive enzymes such as pepsin, trypsin, chymotrypsin, and elastase, and into amino acids by various enzymes such as carboxypeptidase, aminopeptidase, and dipeptidase. It is necessary to break down proteins into small peptides (tripeptides and dipeptides) and amino acids so they can be absorbed by the intestines, and the absorbed tripeptides and dipeptides are also further broken into amino acids intracellularly before they enter the bloodstream. [10] Different enzymes have different specificity for their substrate trypsin, for example, cleaves the peptide bond after a positively charged residue (arginine and lysine) chymotrypsin cleaves the bond after an aromatic residue (phenylalanine, tyrosine, and tryptophan) elastase cleaves the bond after a small non-polar residue such as alanine or glycine.

In order to prevent inappropriate or premature activation of the digestive enzymes (they may, for example, trigger pancreatic self-digestion causing pancreatitis), these enzymes are secreted as inactive zymogen. The precursor of pepsin, pepsinogen, is secreted by the stomach, and is activated only in the acidic environment found in stomach. The pancreas secretes the precursors of a number of proteases such as trypsin and chymotrypsin. The zymogen of trypsin is trypsinogen, which is activated by a very specific protease, enterokinase, secreted by the mucosa of the duodenum. The trypsin, once activated, can also cleave other trypsinogens as well as the precursors of other proteases such as chymotrypsin and carboxypeptidase to activate them.

In bacteria, a similar strategy of employing an inactive zymogen or prezymogen is used. Subtilisin, which is produced by العصوية الرقيقة, is produced as preprosubtilisin, and is released only if the signal peptide is cleaved and autocatalytic proteolytic activation has occurred.

Cellular regulation Edit

Proteolysis is also involved in the regulation of many cellular processes by activating or deactivating enzymes, transcription factors, and receptors, for example in the biosynthesis of cholesterol, [11] or the mediation of thrombin signalling through protease-activated receptors. [12]

Some enzymes at important metabolic control points such as ornithine decarboxylase is regulated entirely by its rate of synthesis and its rate of degradation. Other rapidly degraded proteins include the protein products of proto-oncogenes, which play central roles in the regulation of cell growth.

Cell cycle regulation Edit

Cyclins are a group of proteins that activate kinases involved in cell division. The degradation of cyclins is the key step that governs the exit from mitosis and progress into the next cell cycle. [13] Cyclins accumulate in the course the cell cycle, then abruptly disappear just before the anaphase of mitosis. The cyclins are removed via a ubiquitin-mediated proteolytic pathway.

Apoptosis Edit

Caspases are an important group of proteases involved in apoptosis or programmed cell death. The precursors of caspase, procaspase, may be activated by proteolysis through its association with a protein complex that forms apoptosome, or by granzyme B, or via the death receptor pathways.

Autoproteolysis takes place in some proteins, whereby the peptide bond is cleaved in a self-catalyzed intramolecular reaction. Unlike zymogens, these autoproteolytic proteins participate in a "single turnover" reaction and do not catalyze further reactions post-cleavage. Examples include cleavage of the Asp-Pro bond in a subset of von Willebrand factor type D (VWD) domains [14] [15] and Neisseria meningitidis FrpC self-processing domain, [16] cleavage of the Asn-Pro bond in السالمونيلا FlhB protein, [17] يرسينيا YscU protein, [18] as well as cleavage of the Gly-Ser bond in a subset of sea urchin sperm protein, enterokinase, and agrin (SEA) domains. [19] In some cases, the autoproteolytic cleavage is promoted by conformational strain of the peptide bond. [19]

Abnormal proteolytic activity is associated with many diseases. [20] In pancreatitis, leakage of proteases and their premature activation in the pancreas results in the self-digestion of the pancreas. People with diabetes mellitus may have increased lysosomal activity and the degradation of some proteins can increase significantly. Chronic inflammatory diseases such as rheumatoid arthritis may involve the release of lysosomal enzymes into extracellular space that break down surrounding tissues. Abnormal proteolysis may result in many age-related neurological diseases such as Alzheimer's due to generation and ineffective removal of peptides that aggregate in cells. [21]

Proteases may be regulated by antiproteases or protease inhibitors, and imbalance between proteases and antiproteases can result in diseases, for example, in the destruction of lung tissues in emphysema brought on by smoking tobacco. Smoking is thought to increase the neutrophils and macrophages in the lung which release excessive amount of proteolytic enzymes such as elastase, such that they can no longer be inhibited by serpins such as α1-antitrypsin, thereby resulting in the breaking down of connective tissues in the lung. Other proteases and their inhibitors may also be involved in this disease, for example matrix metalloproteinases (MMPs) and tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs). [22]

Other diseases linked to aberrant proteolysis include muscular dystrophy, degenerative skin disorders, respiratory and gastrointestinal diseases, and malignancy.

Protein backbones are very stable in water at neutral pH and room temperature, although the rate of hydrolysis of different peptide bonds can vary. The half life of a peptide bond under normal conditions can range from 7 years to 350 years, even higher for peptides protected by modified terminus or within the protein interior. [23] [24] [25] The rate of hydrolysis however can be significantly increased by extremes of pH and heat. Spontaneous cleavage of proteins may also involve catalysis by zinc on serine and threonine. [26]

Strong mineral acids can readily hydrolyse the peptide bonds in a protein (acid hydrolysis). The standard way to hydrolyze a protein or peptide into its constituent amino acids for analysis is to heat it to 105 °C for around 24 hours in 6M hydrochloric acid. [27] However, some proteins are resistant to acid hydrolysis. One well-known example is ribonuclease A, which can be purified by treating crude extracts with hot sulfuric acid so that other proteins become degraded while ribonuclease A is left intact. [28]

Certain chemicals cause proteolysis only after specific residues, and these can be used to selectively break down a protein into smaller polypeptides for laboratory analysis. [29] For example, cyanogen bromide cleaves the peptide bond after a methionine. Similar methods may be used to specifically cleave tryptophanyl, aspartyl, cysteinyl, and asparaginyl peptide bonds. Acids such as trifluoroacetic acid and formic acid may be used for cleavage.

Like other biomolecules, proteins can also be broken down by high heat alone. At 250 °C, the peptide bond may be easily hydrolyzed, with its half-life dropping to about a minute. [27] [30] Protein may also be broken down without hydrolysis through pyrolysis small heterocyclic compounds may start to form upon degradation. Above 500 °C, polycyclic aromatic hydrocarbons may also form, [31] [32] which is of interest in the study of generation of carcinogens in tobacco smoke and cooking at high heat. [33] [34]

Proteolysis is also used in research and diagnostic applications:

  • Cleavage of fusion protein so that the fusion partner and protein tag used in protein expression and purification may be removed. The proteases used have high degree of specificity, such as thrombin, enterokinase, and TEV protease, so that only the targeted sequence may be cleaved.
  • Complete inactivation of undesirable enzymatic activity or removal of unwanted proteins. For example, proteinase K, a broad-spectrum proteinase stable in urea and SDS, is often used in the preparation of nucleic acids to remove unwanted nuclease contaminants that may otherwise degrade the DNA or RNA. [35]
  • Partial inactivation, or changing the functionality, of specific protein. For example, treatment of DNA polymerase I with subtilisin yields the Klenow fragment, which retains its polymerase function but lacks 5'-exonuclease activity. [36]
  • Digestion of proteins in solution for proteome analysis by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS). This may also be done by in-gel digestion of proteins after separation by gel electrophoresis for the identification by mass spectrometry.
  • Analysis of the stability of folded domain under a wide range of conditions. [37]
  • Increasing success rate of crystallisation projects [38]
  • Production of digested protein used in growth media to culture bacteria and other organisms, e.g. tryptone in Lysogeny Broth.

Proteases may be classified according to the catalytic group involved in its active site. [39]

Venoms Edit

Certain types of venom, such as those produced by venomous snakes, can also cause proteolysis. These venoms are, in fact, complex digestive fluids that begin their work outside of the body. Proteolytic venoms cause a wide range of toxic effects, [40] including effects that are:


شاهد الفيديو: بناء تصنيع البروتين في الخلية: النسخ والترجمةافضل شرح (كانون الثاني 2022).