תהליך סינתזת חלבונים - הגדרה, שלבים והטבות

תהליך סינתזת החלבון הוא תהליך להמרת חומצות אמינו לינאריות לחלבונים בגוף. תהליך זה מורכב משעתוק, תרגום וקיפול חלבונים.

סינתזת חלבונים ידועה יותר בתור תהליך העיכול של המזון. כל יצור חי זקוק למזון להישרדות, אשר לאחר מכן יתעכל במערכת העיכול אשר יעובד לאנרגיה בגוף.

חלבונים הם תרכובות אורגניות מורכבות עם משקל מולקולרי גבוה שהן פולימרים של מונומרים של חומצות אמינו המקושרים זה לזה (שרשראות חומצות אנימו) על ידי קשרי פפטיד. מולקולות חלבון מכילות פחמן, מימן, חמצן, חנקן ולעיתים גופרית וזרחן.

לחלבון יש תפקיד חשוב מאוד מכיוון שחלבון זה הוא היסוד לבניין בגוף האדם. עם זאת, חלבונים אלה צריכים להיווצר, והיווצרותם או סינתזתם של חלבונים מתרחשת על ידי מעורבות של "צדדים" רבים, כולל DNA ו- RNA.

תהליך סינתזת החלבון הוא תהליך להמרת חומצות אמינו לינאריות לחלבונים בגוף. כאן, התפקידים של ה- DNA וה- RNA חשובים מכיוון שהם מעורבים בתהליך סינתזת החלבון.

מולקולת ה- DNA היא המקור לקידוד של חומצות גרעין שיהפכו לחומצות האמיניות המרכיבות חלבונים - שאינן מעורבות ישירות בתהליך. בעוד שמולקולות RNA הן תוצאה של תעתיק של מולקולות DNA בתא. מולקולת RNA זו מתורגמת לחומצות אמינו כאבן בניין לחלבונים.

שלושה היבטים חשובים בתהליך סינתזת החלבון, כלומר המיקום בו מתרחשת סינתזת החלבון בתאים; מנגנון העברת המידע או תוצאה של הפיכה מדנ"א לאתר סינתזת החלבון; והמנגנון של חומצות האמינו המרכיבות את החלבונים בתא להפרדה ליצירת חלבונים ספציפיים.

תהליך סינתזת החלבון מתרחש בריבוזום, אחד האברונים הקטנים והצפופים בתא (גם הוא הגרעין) על ידי ייצור חלבונים לא ספציפיים או מתאימים מה- mRNA שמתורגם. הריבוזום עצמו קוטר כ 20 ננומטר והוא מורכב מ- 65% RNA ריבוזומלי (rRNA) ו- 35% חלבון ריבוזומלי (הנקרא ריבונוקליאופרוטאין או RNP).

תהליך סינתזת חלבונים

בעיקרון, תאים כמידע גנטי (גנים) הכלולים ב- DNA ליצירת חלבונים. תהליך סינתזת החלבון מחולק לשלושה שלבים, כלומר תעתיק, תרגום וקיפול חלבונים.

1. תַעֲתוּק

תעתיק הוא תהליך של יצירת RNA מאחת מלהקות תבנית ה- DNA (חוש ה- DNA). בשלב זה היא תייצר 3 סוגים של RNA, כלומר mRNA, tRNA ו- rRNA.

תהליך סינתזת החלבון מתרחש בציטופלזמה, החל מתהליך פתיחת השרשראות הכפולות הנמצאות בבעלות ה- DNA בעזרת אנזים ה- RNA פולימראז. בשלב זה קיימת שרשרת אחת המשמשת כשרשרת החושים, בעוד שרשרת אחרת שמקורה בזוג ה- DNA נקראת שרשרת האנטי-חוש.

שלב התעתיק עצמו מחולק לשלושה, כלומר שלבי התחלה, התארכות וסיום.

• חניכה

RNA פולימראז נקשר לחוטי DNA המכונים פרומוטורים, אשר נמצאים בסמוך לתחילתו של גן. לכל גן יש יזם משלו. לאחר הכריכה, פולימראז RNA מפריד בין הגדילים הכפולים של ה- DNA, ומספק תבנית או תבנית לגדילים הבודדים שמוכנים לתמלול.

• הַאֲרָכָה

קווצת DNA אחת, גדיל העובש, משמשת תבנית לשימוש על ידי האנזים פולימראז RNA. תוך כדי "קריאת" עובש זה, פולימראז ה- RNA יוצר את מולקולת ה- RNA מתוך הנוקלאוטיד, ויוצר שרשרת שגדלה מ- 5 "ל -3". תעתיק RNA נושא את אותו מידע מגדילי DNA שאינם תבנית (קידוד).

• סיום

רצף זה מאותת כי תעתיק ה- RNA הושלם. לאחר תמלולו משחרר RNA פולימראז את תעתיק ה- RNA.

2. תִרגוּם

תרגום הוא תהליך של רצפי נוקלאוטיד ב- mRNA המתורגמים לרצפי חומצות אמינו משרשרת הפוליפפטיד. במהלך תהליך זה התא "קורא" את המידע על ה- RNA המסנג'ר (mRNA) ומשתמש בו לייצור חלבון.

ישנם 20 סוגים של חומצות אמינו הדרושים ליצירת חלבונים שמקורם בתרגום של קודון ה- mRNA. ב- mRNA ההוראות להכנת פוליפפטידים הם RNA נוקלאוטידים (אדנין, אורציל, ציטוזין, גואנין) הנקראים קודונים. ואז היא תייצר שרשרת פוליפפטיד ספציפית יותר.

תהליך התרגום עצמו מחולק לשלושה שלבים, כלומר:

• שלב ראשוני או חניכה

בשלב זה הריבוזום מתאסף סביב ה- mRNA לקריאה וה- tRNA הראשון הנושא את חומצת האמינו מתיונין (התואמת את קודון ההתחלה, AUG). יש צורך בסעיף זה כדי ששלב התרגום יכול להתחיל.

• התארכות או הארכת השרשרת

זה השלב בו מורחבת שרשרת חומצות האמינו. כאן נקרא ה- mRNA קודון אחד בכל פעם, וחומצת האמינו המתאימה לקודון מתווספת לשרשרת החלבונים. במהלך התארכות, tRNA עובר על פני אתרי A, P ו- E של הריבוזום. תהליך זה חוזר על עצמו שוב ושוב כשקוראים קודונים חדשים ומוסיפים לשרשרת חומצות אמינו חדשות.

• סיום

זה השלב בו משתחררת שרשרת הפוליפפטיד. תהליך זה מתחיל כאשר קודון עצירה (UAG, UAA או UGA) נכנס לריבוזום, ומפריד בין שרשרת הפוליפפטיד לבין ה- tRNA ומשאיר את הריבוזום.

3. קיפולי חלבוניםנ

שרשרת הפוליפפטיד המסונתזת החדשה אינה פועלת עד שהיא עוברת שינויים מבניים מסוימים כגון תוספת של פחמימות בזנב (גליקוזילציה), ליפידים, קבוצות תותבות וכו '. על מנת להיות פונקציונלי, זה נעשה על ידי שינוי לאחר תרגום וקיפול חלבונים.

קיפול חלבונים מחולק לארבע רמות, כלומר הרמה הראשונית (שרשראות פוליפפטיד ליניאריות); רמת ביניים (α- סליל ו גיליון קפלים β); רמה שלישונית (צורה סיבית ומעגלית); ורמת רבעון (קומפלקס חלבונים עם שתי יחידות משנה או יותר.

היתרונות של סינתזת חלבון

תאים מסנתזים חלבונים בכל הגוף. חלבונים אלה הם:

• חלבון מבני, הוא נוכחות של חלבון היוצר מבני תאים, ממברנות אברונים, חלבוני קרום פלזמה, מיקרו-צינורות, מיקרופילמנטים, צנטריולות ועוד.
• חלבונים סודיים מתאים כמו נוגדנים והורמונים.

בתאים שונים יש חלבונים שונים הקובעים את התכונות הפיזיקליות והכימיות של תאים ומבדילים תא זה מזה. לדוגמא, תאי שריר רבים מכילים אקטין ומיוזין בהעדר תאי עצב.