Umelá syntéza bielkovín. Bol vytvorený prvý umelý proteín na svete Reakcie syntézy matrice

Metabolizmus- najdôležitejšia vlastnosť živých organizmov. Súbor metabolických reakcií prebiehajúcich v organizme sa nazýva tzv metabolizmus. Metabolizmus pozostáva z reakcií asimilácia(metabolizmus plastov, anabolizmus) a reakcie disimilácia(energetický metabolizmus, katabolizmus). Asimilácia je súbor biosyntetických reakcií prebiehajúcich v bunke, disimilácia je súbor reakcií rozpadu a oxidácie vysokomolekulárnych látok, ktoré uvoľňujú energiu. Tieto skupiny reakcií sú vzájomne prepojené: biosyntetické reakcie nie sú možné bez energie, ktorá sa uvoľňuje pri reakciách výmeny energie, nedochádza k disimilačným reakciám bez enzýmov vznikajúcich pri plastických výmenných reakciách.

Podľa typu metabolizmu sa organizmy delia na dve skupiny: autotrofy a heterotrofy. Autotrofy- organizmy schopné syntetizovať organické látky z anorganických a využívať na túto syntézu buď slnečnú energiu alebo energiu uvoľnenú pri oxidácii anorganických látok. Heterotrofy- organizmy, ktoré na svoje životné funkcie využívajú organické látky syntetizované inými organizmami. Autotrofy využívajú ako zdroj uhlíka anorganické látky (CO 2) a heterotrofné exogénne organické látky. Zdroje energie: v autotrofoch - energia zo slnečného žiarenia ( fotoautotrofy) alebo energia uvoľnená pri oxidácii anorganických zlúčenín ( chemoautotrofy), v heterotrofoch - energia oxidácie organických látok ( chemoheterotrofy).

Väčšina živých organizmov sú buď fotoautotrofy (rastliny) alebo chemoheterotrofy (huby, živočíchy). Ak sa organizmy v závislosti od podmienok správajú ako autotrofy alebo ako heterotrofy, potom sa nazývajú mixotrofy(zelená euglena).

Biosyntéza bielkovín

Biosyntéza bielkovín je najdôležitejším procesom anabolizmu. Všetky charakteristiky, vlastnosti a funkcie buniek a organizmov sú v konečnom dôsledku určené proteínmi. Proteíny sú krátkodobé, ich existencia je obmedzená. Každá bunka neustále syntetizuje tisíce rôznych proteínových molekúl. Začiatkom 50. rokov. XX storočia F. Crick sformuloval ústrednú dogmu molekulárnej biológie: DNA → RNA → proteín. Podľa tejto dogmy sa schopnosť bunky syntetizovať určité proteíny dedí, informácia o sekvencii aminokyselín v molekule proteínu je zakódovaná vo forme sekvencie nukleotidov DNA. Úsek DNA, ktorý nesie informáciu o primárnej štruktúre konkrétneho proteínu, sa nazýva tzv genóm. Gény nielen uchovávajú informácie o sekvencii aminokyselín v polypeptidovom reťazci, ale kódujú aj určité typy RNA: rRNA, ktoré sú súčasťou ribozómov, a tRNA, ktoré sú zodpovedné za transport aminokyselín. V procese biosyntézy bielkovín existujú dve hlavné fázy: prepis- syntéza RNA na matrici DNA (génu) - a vysielať- syntéza polypeptidového reťazca.

Genetický kód a jeho vlastnosti

Genetický kód- systém na zaznamenávanie informácie o sekvencii aminokyselín v polypeptide sekvenciou nukleotidov DNA alebo RNA. Tento záznamový systém sa dnes považuje za dešifrovaný.

Vlastnosti genetického kódu:

1. triplet: každá aminokyselina je kódovaná kombináciou troch nukleotidov (triplet, kodón);
2. jedinečnosť (špecifickosť): triplet zodpovedá len jednej aminokyseline;
3. degenerácia (redundancia): aminokyseliny môžu byť kódované niekoľkými (až šiestimi) kodónmi;
4. univerzálnosť: systém kódovania aminokyselín je rovnaký vo všetkých organizmoch na Zemi;
5. neprekrývajúce sa: nukleotidová sekvencia má čítací rámec 3 nukleotidov, rovnaký nukleotid nemôže byť súčasťou dvoch tripletov;
6. zo 64 kódových tripletov je 61 kódujúcich, kódujúcich aminokyseliny a 3 sú nezmysly (v RNA - UAA, UGA, UAG), nekódujú aminokyseliny. Volajú sa Terminátorové kodóny, pretože blokujú syntézu polypeptidov počas translácie. Okrem toho existuje iniciačný kodón(v RNA - AUG), od ktorej začína preklad.

Tabuľka genetického kódu

najprv základňu	Druhá základňa				Po tretie základňu
	U(A)	C(G)	A(T)	G(C)
U(A)	Fén Fén Lei Lei	Ser Ser Ser Ser	Strelnica Strelnica — —	Cis Cis — Tri	U(A) C(G) A(T) G(C)
C(G)	Lei Lei Lei Lei	O O O O	Gies Gies Gln Gln	Arg Arg Arg Arg	U(A) C(G) A(T) G(C)
A(T)	Ile Ile Ile Meth	Tre Tre Tre Tre	Asn Asn Liz Liz	Ser Ser Arg Arg	U(A) C(G) A(T) G(C)
G(C)	Šachta Šachta Šachta Šachta	Ala Ala Ala Ala	Asp Asp Glu Glu	Gli Gli Gli Gli	U(A) C(G) A(T) G(C)

* Prvý nukleotid v triplete je jedným zo štyroch ľavých zvislých radov, druhý je jedným z horných vodorovných radov a tretí je jedným z pravých zvislých radov.

Reakcie syntézy šablón

Ide o špeciálnu kategóriu chemických reakcií, ktoré sa vyskytujú v bunkách živých organizmov. Počas týchto reakcií sa molekuly polyméru syntetizujú podľa plánu stanoveného v štruktúre iných molekúl polymérnej matrice. Na jednej matrici je možné syntetizovať neobmedzený počet kópií molekúl. Táto kategória reakcií zahŕňa replikáciu, transkripciu, transláciu a reverznú transkripciu.

Gene- úsek molekuly DNA, ktorý kóduje primárnu sekvenciu aminokyselín v polypeptide alebo sekvenciu nukleotidov v transportných a ribozomálnych molekulách RNA. DNA jedného chromozómu môže obsahovať niekoľko tisíc génov, ktoré sú usporiadané v lineárnom poradí. Umiestnenie génu v špecifickej oblasti chromozómu sa nazýva lokus. Štrukturálne znaky eukaryotického génu sú: 1) prítomnosť dostatočne veľkého počtu regulačných blokov, 2) mozaikovitosť (striedanie kódujúcich oblastí s nekódujúcimi). Exóny(E) - génové oblasti, ktoré nesú informácie o štruktúre polypeptidu. Intróny(I) - génové oblasti, ktoré nenesú informácie o štruktúre polypeptidu. Počet exónov a intrónov rôznych génov sa líši; exóny sa striedajú s intrónmi, pričom ich celková dĺžka môže dvakrát alebo viackrát presiahnuť dĺžku exónov. Pred prvým exónom a za posledným exónom sú nukleotidové sekvencie nazývané vedúca sekvencia (LS) a prívesná sekvencia (TS). Transkripčnú jednotku tvoria vodiace a prívesné sekvencie, exóny a intróny. Promótor(P) - oblasť génu, na ktorú sa viaže enzým RNA polymeráza, je špeciálna kombinácia nukleotidov. Pred a za transkripčnou jednotkou sa niekedy v intrónoch nachádzajú regulačné prvky (RE), ktoré zahŕňajú zlepšováky A tlmiče. Zosilňovače zrýchľujú prepis, tlmiče spomaľujú.

Transkripcia je syntéza RNA na templáte DNA. Vykonáva sa enzýmom RNA polymeráza.

RNA polymeráza sa môže pripojiť iba k promótoru, ktorý sa nachádza na 3" konci vlákna templátu DNA, a pohybovať sa iba od 3" do 5" konca tohto vlákna templátu DNA. Syntéza RNA prebieha na jednej z dvoch DNA vlákna v súlade s princípmi komplementarity a antiparalelnosti. Stavebným materiálom a zdrojom energie pre transkripciu sú ribonukleozidtrifosfáty (ATP, UTP, GTP, CTP).

V dôsledku transkripcie vzniká „nezrelá“ mRNA (pro-mRNA), ktorá prechádza štádiom dozrievania alebo spracovania. Spracovanie zahŕňa: 1) zakrytie 5" konca, 2) polyadenyláciu 3" konca (pripojenie niekoľkých desiatok adenylnukleotidov), 3) zostrih (excízia intrónov a zošívanie exónov). Zrelá mRNA sa delí na CEP, preloženú oblasť (exóny spojené dohromady), netranslatované oblasti (UTR) a polyadenylátový koniec.

Preložená oblasť začína iniciačným kodónom a končí terminátorovými kodónmi. UTR obsahujú informácie, ktoré určujú správanie RNA v bunke: dĺžka života, aktivita, lokalizácia.

Transkripcia a spracovanie prebieha v bunkovom jadre. Zrelá mRNA nadobúda určitú priestorovú konformáciu, je obklopená proteínmi a v tejto forme je transportovaná cez jadrové póry do ribozómov; Eukaryotické mRNA sú zvyčajne monocistronické (kódujú iba jeden polypeptidový reťazec).

Vysielanie

Translácia je syntéza polypeptidového reťazca na matrici mRNA.

Organely, ktoré zabezpečujú transláciu, sú ribozómy. U eukaryotov sa ribozómy nachádzajú v niektorých organelách – mitochondriách a plastidoch (70S ribozómy), voľne v cytoplazme (80S ribozómy) a na membránach endoplazmatického retikula (80S ribozómy). K syntéze proteínových molekúl teda môže dochádzať v cytoplazme, na hrubom endoplazmatickom retikule, v mitochondriách a plastidoch. Proteíny pre vlastnú potrebu bunky sa syntetizujú v cytoplazme; proteíny syntetizované na ER sú transportované cez jeho kanály do Golgiho komplexu a odstránené z bunky. Ribozóm má malé a veľké podjednotky. Malá ribozomálna podjednotka je zodpovedná za genetické, dekódovacie funkcie; veľké - pre biochemické, enzymatické.

Nachádza sa v malej podjednotke ribozómu funkčné centrum(FCR) s dvoma sekciami - peptidyl(P-graf) a aminoacyl(A-sekcia). FCR môže obsahovať šesť nukleotidov mRNA, tri v peptidylových a tri v aminoacylových oblastiach.

Na transport aminokyselín do ribozómov sa využívajú transferové RNA a tRNA (prednáška č. 4). Dĺžka tRNA je od 75 do 95 nukleotidových zvyškov. Majú terciárnu štruktúru v tvare ďatelinového listu. V tRNA je antikodónová slučka a akceptorová oblasť. V antikodónovej slučke RNA je antikodón komplementárny ku kódovému tripletu určitej aminokyseliny a akceptorové miesto na 3" konci je schopné pripojiť práve túto aminokyselinu (so spotrebou ATP) pomocou enzýmu aminoacyl- tRNA syntetáza. Každá aminokyselina má teda svoju vlastnú tRNA a ich enzýmy, ktoré pripájajú aminokyselinu k tRNA.

Dvadsať typov aminokyselín je kódovaných 61 kodónmi a teoreticky by mohlo existovať 61 typov tRNA so zodpovedajúcimi antikodónmi. Existuje však iba 20 typov kódovaných aminokyselín, čo znamená, že jedna aminokyselina môže mať niekoľko tRNA. Bola preukázaná existencia niekoľkých tRNA, ktoré sa môžu viazať na rovnaký kodón (posledný nukleotid v antikodóne tRNA nie je vždy dôležitý), takže v bunke sa našlo len asi 40 rôznych tRNA.

Proteínová syntéza začína od momentu, kedy je na 5" konci mRNA pripojená malá ribozomálna podjednotka, do ktorej P-miesta vstupuje metionínová tRNA (transportujúca aminokyselinu metionín). Treba poznamenať, že akýkoľvek polypeptidový reťazec na N-koniec má najskôr metionín, ktorý sa neskôr najčastejšie odštiepi. Syntéza polypeptidu postupuje od N-konca k C-koncu, to znamená, že medzi karboxylovou skupinou prvého a druhého konca sa vytvorí peptidová väzba. aminoskupina druhej aminokyseliny.

Potom sa pripojí veľká podjednotka ribozómu a do A-miesta vstupuje druhá tRNA, ktorej antikodón sa komplementárne páruje s kodónom mRNA umiestneným v A-mieste.

Peptidyltransferázové centrum veľkej podjednotky katalyzuje tvorbu peptidovej väzby medzi metionínom a druhou aminokyselinou. Neexistuje žiadny samostatný enzým, ktorý by katalyzoval tvorbu peptidových väzieb. Energiu na tvorbu peptidovej väzby dodáva hydrolýza GTP.

Hneď ako sa vytvorí peptidová väzba, metionínová tRNA sa oddelí od metionínu a ribozóm sa presunie na ďalší mRNA kódový triplet, ktorý skončí v A mieste ribozómu a metionínová tRNA sa vytlačí do cytoplazmy. Na jeden cyklus sa spotrebujú 2 molekuly GTP. Tretia tRNA vstupuje do miesta A a medzi druhou a treťou aminokyselinou sa vytvorí peptidová väzba.

Translácia pokračuje, kým terminátorový kodón (UAA, UAG alebo UGA) nevstúpi do A-miesta, na ktoré sa naviaže špeciálny proteínový uvoľňovací faktor. Polypeptidový reťazec je oddelený od tRNA a opúšťa ribozóm. Nastáva disociácia, oddelenie ribozomálnych podjednotiek.

Rýchlosť pohybu ribozómov pozdĺž mRNA je 5-6 tripletov za sekundu, bunke trvá niekoľko minút, kým syntetizuje proteínovú molekulu pozostávajúcu zo stoviek aminokyselinových zvyškov. Prvým umelo syntetizovaným proteínom bol inzulín pozostávajúci z 51 aminokyselinových zvyškov. Trvalo 5000 operácií, na prácach sa počas troch rokov podieľalo 10 ľudí.

V translácii možno rozlíšiť tri štádiá: a) iniciácia (tvorba komplexu iniciátora), b) predĺženie (priamo „dopravník“, spájajúce aminokyseliny medzi sebou), c) terminácia (tvorba terminačného komplexu).

„Mechanizmy“ na zostavenie polynukleotidových a polypeptidových reťazcov sa u prokaryotov a eukaryotov nelíšia. Ale vzhľadom na to, že prokaryotické gény nemajú exóny a intróny (s výnimkou archaebakteriálnych génov), sú umiestnené v skupinách a táto skupina génov má jeden promótor, objavujú sa u prokaryotov nasledujúce znaky transkripcie a translácie.

1. V dôsledku transkripcie vzniká polycistronická mRNA kódujúca niekoľko proteínov, ktoré spoločne zabezpečujú špecifickú skupinu reakcií.
2. mRNA má niekoľko centier iniciácie translácie, ukončenia translácie a UTR centier.
3. CEP, polyadenylácia a zostrih mRNA sa nevyskytujú.
4. Preklad začína ešte pred dokončením prepisu; tieto procesy nie sú oddelené v čase a priestore, ako je to v prípade eukaryotov.

1 - DNA; 2 - RNA polymeráza; 3 - Nukleozidtrifosfáty GTP, CTP, ATP, UTP.

Možno dodať, že „život“ prokaryotických mRNA je niekoľko minút (u eukaryotov sú to hodiny a dokonca dni).

Ísť do prednášky č.9„Štruktúra prokaryotickej bunky. vírusy"

Ísť do prednášky č.11„Koncept metabolizmu. Biosyntéza bielkovín"

Napodiv, umelá syntéza proteínu je niekedy jednoduchšia ako určenie jeho štruktúry. Nech je známa štruktúra proteínu. Ako ho dostať do banky?
Stanovme si cieľ umelo syntetizovať jeden z najjednoduchších proteínov – inzulín. Ako sme už povedali, molekula inzulínu pozostáva z dvoch reťazcov A a B. Je zrejmé, že musíte získať oba reťazce oddelene a potom ich spojiť. Takže syntéza B reťazca molekuly inzulínu. Vyvedieme to z C-konca reťaze. Prvou aminokyselinou je alanín. Ako prvé si zoberieme zásadu, do ktorej budeme postupne, kyselinu po kyseline, pridávať inzulínový reťazec. Ako taký základ si môžete vziať iónomeničové živice a polystyrén. Prvú aminokyselinu, alanín, pripojíme k zásade cez karboxylovú skupinu.
Takže karboxylová skupina alanínu je naviazaná na živicu, ale jej aminoskupina je voľná. Teraz musí byť ďalšia aminokyselina, lyzín, pripojená k tejto aminoskupine cez karboxylovú skupinu. Ako to spraviť? Dobrým spôsobom, ako získať amidovú väzbu medzi karboxylovou a aminoskupinou, je acylácia aminoskupiny chloridom kyseliny. Tým sa uvoľňuje chlorovodík.
To je to, čo urobíme. Vezmime si lyzínchlorid a použime ho na... Stop! Nič dobré z toho nebude. Faktom je, že samotný lyzín má aminoskupinu a nie je jasné, prečo by chlorid kyseliny lyzínovej mal interagovať iba s aminoskupinou prvej aminokyseliny (alanínom), a nie poskytnúť lyzínový polyamid.
Ako byť? Aby ste sa z tejto situácie dostali, musíte chrániť aminoskupinu lyzínu pred pôsobením anhydridov chlóru. Na tento účel sa acyluje anhydridom kyseliny trifluóroctovej. Prečo práve trifluóroctová, a nielen octová, prečo nemôže byť aminoskupina jednoducho acetylovaná, t.j. chránená skupinou COCHO? Ukazuje sa, že acetylová skupina „pevne drží“ aminoskupinu a naším cieľom je umiestniť ju „dočasne“. Trifluóracetyl sa potom bude dať ľahko „odstrániť“ bez zničenia výsledného peptidu.
To znamená, že ďalší stupeň pozostáva z acylácie na aminoskupine alanínu „pripojenej“ k živici trifluóracetylovaným lyzínchloridom (tiež na aminoskupine). V prípade lyzínu je vec ešte komplikovanejšia prítomnosťou druhej aminoskupiny, ktorá však môže byť chránená nejakou skupinou X, ktorá sa z nej pri syntéze neodštiepi a odstráni sa až na samom konci.
Výsledkom je, že získame dipeptid s chránenou aminoskupinou. Teraz sa musí uvoľniť aminoskupina. Ochranu odstránime pomocou slabého alkalického roztoku a získame voľnú aminoskupinu, ktorá môže prijať ďalšiu aminokyselinu - prolín.
Ďalšia fáza je teraz čitateľovi jasná - na peptid pôsobíme trifluóracetylovaným chloridom kyseliny prolínovej. Potom odstránime ochrannú skupinu, použijeme kyslý chlorid trifluóracetylovaného treonínu a tak ďalej, kým nevybudujeme celý reťazec 30 aminokyselín. Pridáme poslednú kyselinu - fenylalanín, odstránime ochrannú skupinu a pomocou kyseliny odpojíme hotový reťazec od živice.
Druhý reťazec syntetizujeme rovnakým spôsobom, oba reťazce spojíme a umelý inzulín je pripravený! Nie je to také ľahké a nie také rýchle, však? Áno, práca si vyžaduje trpezlivosť a čas.
Napriek tomu sa v roku 1968 podarilo v Maryfielde syntetizovať pomerne zložitý proteín – enzým ribonukleázu. Skladá sa zo 124 aminokyselín. Táto syntéza zahŕňala 11 931 krokov (podobných tým, o ktorých sme práve diskutovali) a bola dokončená len za tri týždne.

Každá bunka obsahuje tisíce bielkovín. Vlastnosti bielkovín sú určené ich primárna štruktúra , t.j. poradie aminokyselín v ich molekulách.

Na druhej strane, dedičná informácia o primárnej štruktúre proteínu je obsiahnutá v sekvencii nukleotidov v molekule DNA. Táto informácia je tzv genetický , a úsek DNA, ktorý obsahuje informácie o primárnej štruktúre jedného proteínu, sa nazýva gén .

Gén je časť DNA, ktorá obsahuje informácie o primárnej štruktúre jedného proteínu.

Gén je jednotka dedičnej informácie v organizme.

Každá molekula DNA obsahuje veľa génov. Tvorí ho súhrn všetkých génov organizmu genotyp .

Biosyntéza bielkovín

Biosyntéza bielkovín je jedným z typov metabolizmu plastov, počas ktorého sa dedičná informácia zakódovaná v génoch DNA implementuje do špecifickej sekvencie aminokyselín v molekulách bielkovín.

Proces biosyntézy proteínov pozostáva z dvoch fáz: transkripcie a translácie.

Každý stupeň biosyntézy je katalyzovaný zodpovedajúcim enzýmom a dodáva sa mu energia ATP.

Biosyntéza prebieha v bunkách obrovskou rýchlosťou. V tele vyšších živočíchov sa za jednu minútu vytvorí až \(60\) tisíc peptidových väzieb.

Prepis

Prepis je proces odstraňovania informácií z molekuly DNA molekulou mRNA (mRNA), ktorá je na nej syntetizovaná.

Nositeľkou genetickej informácie je DNA, nachádzajúca sa v bunkovom jadre.

Počas transkripcie sa časť dvojvláknovej DNA „odmotá“ a potom sa na jednom z vlákien syntetizuje molekula mRNA.

Messengerová RNA pozostáva z jedného reťazca a je syntetizovaná na DNA v súlade s pravidlom komplementarity.

Vytvorí sa reťazec mRNA, ktorý je presnou kópiou druhého (nie šablónového) reťazca DNA (namiesto tymínu je zahrnutý iba uracil). Takto sa informácie o sekvencii aminokyselín v proteíne prekladajú z „jazyka DNA“ do „jazyka RNA“.

Tak ako pri každej inej biochemickej reakcii sa tejto syntézy zúčastňuje enzým - RNA polymeráza .

Pretože jedna molekula DNA môže obsahovať veľa génov, je veľmi dôležité, aby RNA polymeráza začala syntézu mRNA z prísne špecifického miesta v DNA. Preto na začiatku každého génu stojí špeciálna špecifická sekvencia nukleotidov tzv promótor. RNA polymeráza „rozpoznáva“ promótor, interaguje s ním a tak začína syntézu reťazca mRNA zo správneho miesta.

Enzým pokračuje v syntéze mRNA, kým nedosiahne ďalšie „interpunkčné znamienko“ v molekule DNA - terminátor (toto je nukleotidová sekvencia naznačujúca, že syntéza mRNA by mala byť zastavená).

U prokaryotov syntetizované molekuly mRNA môžu okamžite interagovať s ribozómami a podieľať sa na syntéze proteínov.

V eukaryotoch mRNA sa syntetizuje v jadre, takže najskôr interaguje so špeciálnymi jadrovými proteínmi a je transportovaná cez jadrovú membránu do cytoplazmy.

Vysielanie

Translácia je translácia nukleotidovej sekvencie molekuly mRNA do aminokyselinovej sekvencie molekuly proteínu.

Bunková cytoplazma musí obsahovať kompletnú sadu aminokyselín potrebných na syntézu proteínov. Tieto aminokyseliny vznikajú ako dôsledok rozkladu bielkovín prijatých telom s potravou a niektoré si telo dokáže samo syntetizovať.

Dávaj pozor!

Aminokyseliny sú dodávané do ribozómov transferové RNA (tRNA). Akákoľvek aminokyselina môže vstúpiť do ribozómu iba naviazaním na špeciálnu tRNA).

Na koniec mRNA je navlečený ribozóm, z ktorého musí začať syntéza proteínov. Pohybuje sa pozdĺž mRNA prerušovane, „skákavo“, pričom sa zastaví na každom triplete približne \(0,2\) sekundy.

Počas tejto doby ju molekula tRNA, ktorej antikodón je komplementárny ku kodónu nachádzajúcemu sa v ribozóme, stihne rozpoznať. Aminokyselina, ktorá bola naviazaná na túto tRNA, sa oddelí od stonky tRNA a pripojí sa tak, aby vytvorila peptidovú väzbu na rastúci proteínový reťazec. V tom istom momente sa ďalšia tRNA (ktorej antikodón je komplementárny k ďalšiemu tripletu v mRNA) približuje k ribozómu a ďalšia aminokyselina je zahrnutá do rastúceho reťazca.

Aminokyseliny dodávané do ribozómov sú vzájomne orientované tak, že karboxylová skupina jednej molekuly susedí s aminoskupinou inej molekuly. V dôsledku toho sa medzi nimi vytvorí peptidová väzba.

Ribozóm sa postupne pohybuje pozdĺž mRNA a zastavuje sa pri ďalších tripletoch. Takto postupne vzniká molekula polypeptidu (proteínu).

Proteínová syntéza pokračuje, kým sa jeden z troch nenachádza na ribozóme stop kodóny (UAA, UAG alebo UGA). Potom sa proteínový reťazec oddelí od ribozómu, vstúpi do cytoplazmy a vytvorí sekundárne, terciárne a kvartérne štruktúry vlastné tomuto proteínu.

Keďže bunka potrebuje veľa molekúl každého proteínu, akonáhle sa ribozóm, ktorý ako prvý začal s proteínovou syntézou na mRNA, pohne vpred, na rovnakú mRNA sa naviaže druhý ribozóm. Potom sú na mRNA postupne navlečené nasledujúce ribozómy.

Všetky ribozómy syntetizujúce rovnaký proteín kódovaný v danej forme mRNA polyzóm . Na polyzómoch dochádza k súčasnej syntéze niekoľkých rovnakých proteínových molekúl.

Po dokončení syntézy daného proteínu môže ribozóm nájsť inú mRNA a začať syntetizovať ďalší proteín.

Všeobecná schéma syntézy bielkovín znázornené na obrázku.

2. Krv obsahuje bielkoviny.Pri zahrievaní alebo spracovaní bielkovín sa začína proces denaturácie.Proteínový základ hemoglobínu je zničený a na oblečení zostávajú škvrny od oxidu železa, v podstate hrdza, ktorá sa ťažko umýva.

Odpoveď Odstrániť

1. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.

   10. Prvý proteín, ktorý bol umelo syntetizovaný, bol inzulín, rovnako ako sójový proteín.
   

   Odpoveď Odstrániť

2. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.

   9. Trypsín, Pepsín.

   Odpoveď Odstrániť

3. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.
   3. Práve síra dodáva keratín, z ktorého sa stavajú vlasové šupiny. Pri nedostatku síry sa vlasy stávajú matnými a bez života a strácajú svoju elasticitu.

   Odpoveď Odstrániť

4. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.

   6. Rastúce telo potrebuje bielkoviny a obsah bielkovín je vyšší v mäsovej polievke.

   Odpoveď Odstrániť

5. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.

   2) Krv obsahuje bielkovinu, ktorá sa zráža pri teplotách nad 42 stupňov

   Odpoveď Odstrániť

6. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.

   6. Mäsová polievka obsahuje bielkoviny, sú potrebné na rast svalovej hmoty.
   

   Odpoveď Odstrániť

7. Proteíny sú nepravidelné polyméry, ktorých monoméry sú aminokyseliny. Prírodné bielkoviny obsahujú 20 aminokyselín, z toho 8 esenciálnych, t.j. nie sú syntetizované v tele a musia byť prijímané do tela s jedlom.
   Proteíny, ktoré interagujú s kyselinou dusičnou, dávajú žltú farbu. Táto reakcia sa nazýva xantoproteínová reakcia Primárnou štruktúrou bielkovín je striedanie aminokyselín v lineárnej štruktúre. Denaturácia je proces zmeny štruktúry molekuly proteínu. Obsah bielkovín vo vajciach je vyšší ako v mlieku a mliečnych výrobkoch. Pri varení proteín zmení farbu.

   7. Mlieko sa môže zraziť v dôsledku procesu kysnutia. Všetko mlieko obsahuje špeciálne baktérie mliečneho kvasenia. Ak je mlieko v chladničke, potom sú v akomsi nečinnom stave. Keď je produkt pri teplote blízkej izbovej teplote, baktérie sa začnú aktívne množiť. V dôsledku tohto procesu mlieko mení svoje vlastnosti – konzistenciu a chuť. Príčinou kysnutia je zvyčajne nesprávne skladovanie. Navyše to nie je vždy chyba spotrebiteľa – ak mlieko necháte v továrni alebo obchode dlhší čas pri nevhodnej teplote, môže veľmi rýchlo skysnúť.

02/06/2004, Pi, 09:02, moskovského času

Vedci z Lekárskeho inštitútu Howarda Hughesa vo Washingtone vytvorili vôbec prvý umelý proteín, ktorý v prírode nikdy neexistoval. Top7 bol prvý syntetický proteín vytvorený od základov na počítači a až potom vyrobený v laboratóriu. V skutočnosti sa tvar molekuly presne zhoduje s modelom v počítačovom programe. Teraz prebieha nová fáza práce na projekte Folding@Home, distribuovanom výpočtovom programe, ktorý beží cez internet.

Folding@Home je navrhnutý tak, aby vypočítal matematický model „správneho“ poskladania proteínu do trojrozmernej štruktúry a sľubuje nové vyhliadky na predĺženie aktívneho života človeka.

Predpokladá sa, že použitá technika bude použitá pri konštrukcii ďalších proteínov, ktoré sú tak potrebné pre humánnu medicínu.

Tento vývoj tímu biológov pod vedením Davida Bakera vrhá svetlo na záhadu skladania bielkovín.

Zdroj: Gautam Dantas/University of Washington

Pripomeňme, že vedci stále nerozumejú princípom, podľa ktorých sa proteíny skladajú v trojrozmernom priestore a nadobúdajú zvláštny tvar (tento jav sa nazýva „skladanie proteínov“).

Úspešný experiment na konštrukciu syntetického proteínu Top7 vrhá určité svetlo na mechanizmus skladania proteínov.

Teraz sa podľa Davida Bakera vyjasnili aspoň niektoré charakteristiky záhadného procesu.

V súčasnosti pokračujú v práci vedci z Washingtonskej univerzity (University of Washingtons Howard Hughes Medical Institute).

Výskumný tím sa rozhodol navrhnúť proteíny s presne naprogramovanými funkciami.

Očakáva sa, že to bude skutočný prelom a to nielen v medicíne.

Čo je skladanie

V bunkách sú za produkciu proteínov zodpovedné ribozómy, kde sa proteíny skladajú z jednotlivých aminokyselín podľa sekvencie načítanej z DNA.

Výsledkom práce takéhoto biologického dopravníka sú dlhé molekuly - „blanky“ pre proteíny. A hoci je teraz genóm rozlúštený, to znamená, že je známa štruktúra určitého počtu proteínov, vrátane ľudských, ani v tomto prípade nie je možné posúdiť jeho funkcie. Posledne menované sa objavia až po zložení dlhého reťazca aminokyselín a získaní požadovaného tvaru.

Je pozoruhodné, že z miliónov potenciálne možných priestorových kombinácií má proteín jediný vopred známy tvar. Tento proces sa nazýva skladanie. Telo teda produkuje hemoglobín, inzulín a ďalšie bielkoviny potrebné pre život pripravený na použitie.

Proces skladania môže prebiehať v niekoľkých fázach trvajúcich od niekoľkých sekúnd do niekoľkých minút. V poslednej „rozhodujúcej“ fáze proteín z „predbežného stavu“ okamžite nadobudne svoju konečnú podobu. Práve táto fáza, trvajúca niekoľko desiatok mikrosekúnd, predstavuje pre modelovanie najťažší problém.

Situáciu s prijatím konečnej formy zhoršuje skutočnosť, že proces do značnej miery závisí od podmienok prostredia vrátane teploty. Jedna molekula sa okamžite, „prirodzene“, zloží za prirodzených podmienok. Ale simulácia tohto zdanlivo jednoduchého procesu môže na mnohých počítačoch trvať roky nepretržitej prevádzky.

V súčasnosti sa vedci aktívne snažia pochopiť, ako sa proteíny tak rýchlo a tak spoľahlivo skladajú.

Pochopenie tohto procesu umožní nielen jednoducho vytvárať vylepšené verzie proteínov, ktoré existujú v prírode, ale aj modelovať úplne nové štruktúry s novými vlastnosťami – syntetické „samo-uskladacie“ proteíny s naprogramovanou funkčnosťou. Niektorí dokonca hovoria o budúcich „nanorobotoch“, ktorých vznik povedie k skutočnej technologickej revolúcii, a to aj v medicíne.

[email protected]

Prvý syntetický proteín vytvorili vedci z Howarda Hughes Medical Institute na Washingtonskej univerzite. Práve tento inštitút je hlavným sponzorom známeho projektu Folding@Home, distribuovaného výpočtového programu na výpočet skladania rôznych syntetických proteínov.

Stáva sa, že jedným z problémov, ktoré si vyžadujú enormný výpočtový výkon na modelovanie, je skladanie proteínov. Na modernom PC trvá výpočet 1 nanosekundy zloženia proteínu za určitých teplotných podmienok približne 1 deň. Výpočet celého procesu vyžaduje desaťtisíckrát väčší výpočtový výkon, pretože skladanie trvá niekoľko desiatok mikrosekúnd. Okrem toho je potrebné simulovať skladanie rôznych modifikácií molekuly pri rôznych teplotách. Na dokončenie tejto úlohy nebude stačiť akékoľvek množstvo výpočtového výkonu.

Folding@Home je jedným z najväčších vedeckých distribuovaných počítačových projektov. Na stránke si môžete stiahnuť klientsky program, ktorý beží pod Windows, Linux alebo Macintosh na pozadí alebo ako krásny šetrič obrazovky (pozri vľavo). Mimochodom, spustenie programu na pozadí s nízkou prioritou nemá prakticky žiadny vplyv na celkový výkon systému.

V súčasnosti sa do projektu Folding@Home zapája viac ako 270 tisíc užívateľov zo všetkých regiónov sveta. V prevádzke je viac ako 570 tisíc počítačov, ich počet neustále rastie. Do zoznamu sponzorov sa nedávno pridal aj Google. Do svojho obľúbeného doplnku Panel s nástrojmi Google pre Internet Explorer implementovala výpočty skladania na pozadí.

Počas prvej etapy vývoja Folding@Home od októbra 2000 do októbra 2001 bolo úspešne modelovaných niekoľko jednoduchých, rýchlo sa skladajúcich proteínov, vrátane klkov (počet aminokyselín 36, čas skladania 10 mikrosekúnd). Vedci v praxi ako výsledok laboratórnych experimentov potvrdili správnosť získaných výsledkov.

Hoci sa villín (pozri obrázok vpravo) stal „vizitkou“ projektu, v súčasnosti sa počíta so skladaním zložitejších a väčších molekúl. Čoskoro sa teda začne štúdium proteínu Alzheimer Amyloid Beta, ktorý spôsobuje toxické účinky pri Alzheimerovej chorobe.

Nesprávne skladanie a Alzheimerova choroba

Odborníci dnes vedia o skladaní oveľa viac ako Paulig a Anfinsen, ktorí pred polstoročím dostali za objav tohto procesu Nobelovu cenu.

Je známe, že proteínový reťazec sa môže niekedy zložiť do nesprávne formulár. Okrem toho boli objavené špeciálne proteíny nazývané chaperóny, ktorých jediným účelom je pomôcť iným proteínom poskladať sa a zabezpečiť, aby proces prebiehal v súlade s „inštrukciami“.

Správne poskladanie jednej molekuly proteínu niekedy vyžaduje sekvenčnú účasť piatich rôznych chaperónov. Bez nich sa proces môže vymknúť spod kontroly. V tomto prípade sa reťazec aminokyselín môže spojiť s iným reťazcom a vytvoriť trosky.

Najjednoduchší príklad porušenia skladania pozná každý, kto uvaril vajíčko. Keď sa molekuly bielkovín vo vnútri vajíčka zahrejú, stratia svoj tvar. Potom sa už nevedia správne poskladať a vytvoria tvrdú, nefunkčnú, ale chutnú hmotu (toto porušenie je znázornené na obrázku vpravo).

Približne to isté sa deje s jedným z proteínov v tele človeka postihnutého Alzheimerovou chorobou. Nefunkčná bielkovinová hmota, ktorá vzniká v dôsledku nesprávneho poskladania jedného proteínu, sa ukladá v určitých oblastiach mozgu a zasahuje do jeho funkcie.

Samozrejme, produkcia syntetických bielkovín prispeje k vytvoreniu nových účinných liekov na Alzheimerovu chorobu a iné neduhy, z ktorých mnohé sú charakteristické pre starších ľudí. Môžeme teda očakávať, že ľudstvo urobí nový krok smerom k zvýšeniu priemernej dĺžky ľudského života. Predpokladá sa, že vo veľmi blízkej budúcnosti si ľudia budú môcť udržať dobré zdravie až do veku 80-100 rokov, a to už nie je fantázia.

/ webstránka

1 Článok popisujúci prácu vedcov bol publikovaný 21. novembra 2003 v časopise Science.

2 Program Folding@Home je len jedným z mnohých distribuovaných výpočtových projektov, ktoré fungujú cez internet.
Prvým takýmto projektom bolo slávne počítačové spracovanie SETI@Home záznamu analógového signálu z rádioteleskopu, ktorý prijímal signály z vesmíru. Každý používateľ PC, bez ohľadu na to, kde sa nachádzal, si mohol stiahnuť časť rádiového spektra zo vzdialenej galaxie do svojho domáceho počítača, analyzovať ho na anomálie a poslať výsledky do SETI Institute v USA. Tento projekt si získal takú popularitu, že v roku 1999 si klientsky program stiahli z uvedenej webovej stránky milióny ľudí. Pripomeňme si, že v tom čase vyšiel film „Contact“ s Judy Foster, takže hľadanie mimozemšťanov pomocou rádioteleskopov sa stalo veľmi módnym koníčkom, najmä v USA.
Hľadanie mimozemskej inteligencie pokračuje dodnes, ale hlavnou zásluhou projektu SETI@Home bolo, že potvrdil funkčnosť distribuovanej výpočtovej schémy, keď státisíce bežných „osobných počítačov“ fungujú úplne zadarmo, tj. nad možnosti najvýkonnejších superpočítačov, ktoré stoja milióny dolárov.

3 Alzheimerova choroba je chorobou 21. storočia, pretože postihuje starších ľudí.
Podľa štatistík postihuje Alzheimerova choroba asi 10 % populácie nad 65 rokov a asi 50 % populácie nad 85 rokov. V Spojených štátoch zomrie na túto chorobu ročne približne 100 tisíc ľudí.