Stadia van het mechanisme van eiwitsynthese op 70S-ribosomen

Het mechanisme van eiwitsynthese op 70S-ribosomen omvat de volgende stadia:

1. De transcriptie:

Het proces van eiwitsynthese wordt gestart door het afwikkelen van strengen van DNA-molecuul. Eén streng DNA-molecuul werkt als een matrijs voor de vorming van mRNA. Het mRNA wordt gevormd volgens de tripletcodes van DNA door het kopie- of transcriptieproces.

Afbeelding met dank aan: images.fineartamerica.com/false-color-tem-of-ribosomes-photo-researchers-inc.jpg

Zodra het mRNA is gevormd verlaat het de kern en bereikt het in het cytoplasma waar het zich hecht aan de 30S-subeenheid van de ribosomen. Het mRNA draagt ​​de tripletcodons voor de synthese van de eiwitten.

2. De aanhechting van mRNA met 30S ribosoom en vorming van polyribosoom:

In prokaryote cellen is waargenomen dat vóór het proces van eiwitsynthese de ribosomen in gedissocieerde en inactieve toestand voorkomen. Het mRNA bindt met de 30S ribosomale subeenheid in de aanwezigheid van F2-eiwitfactor. Al snel komt het N-formylmethionyl-tRNA (F-met-t-RNAf) uit het cytoplasma en bindt het met het eerste triplet-codon (AUG of AUA) van het mRNA om het proces van eiwitsynthese te initiëren en om het initiatiecomplex te vormen.

De vorming van initiatiecomplex wordt geholpen door de GTP (Guanosine trifosfaat) en 3 eiwitfactoren (F1, F2 en F3). Na de vorming van het initiatiecomplex verenigt de 30S ribosomale subeenheid zich met 50S ribosomale subeenheid om het 70S-ribosoom te vormen. De vereniging van ribosomale subeenheden vindt plaats in de aanwezigheid van Mg ++ ionen en Fi- en F2-factoren.

De codes van mRNA worden niet slechts door één ribosoom gelezen, maar veel ribosomen bewegen en lezen de codes van het mRNA. Wanneer veel ribosomen met het mRNA binden, treedt de vorming van polysoom of polyribosoom op.

3. De overdracht van aminozuren naar de plaats van eiwitsynthese:

De aminozuren worden overgebracht van de intracellulaire aminozuurpool naar de ribosomen door het tRNA. De overdrachtsprocessen vinden plaats in verschillende stadia die als volgt zijn.

(a) Activatie van aminozuren:

Elk van de 20 aminozuren komt in het cytoplasma voor in een inactieve toestand. Elk aminozuur voordat het gehecht is aan zijn specifieke tRNA wordt geactiveerd door een specifiek activerend enzym dat bekend staat als het aminoacyl-synthetase en ATP. De vrije aminozuren reageren met ATP, resulterend in de productie van aminoacyl adenylaat en pyrofosfaat:

AA + ATP + enzym → AA ~ AMP - enzym + PP

Aminozuur Aminoacyl synthetase Aminoacyl adenylaat Pyrofosfaat synthetase complex

Het reactieproduct aminoacyl-adenylaat is gebonden aan het enzym in de vorm van een eenwaardig complex. Dit aminoacyl-adenylaat-enzymcomplex verestert vervolgens tot een specifiek tRNA-molecuul. De cel heeft ten minste 20 aminoacyl synthetase-enzymen voor de 20 aminozuren. Elk enzym is specifiek en het hecht zich aan het specifieke aminozuur zonder enige fout.

(b) Hechting van geactiveerd aminozuur aan tRNA:

Het aminoacyl-adenylaat blijft gebonden met enzym totdat het botst met het specifieke tRNA-molecuul. Vervolgens wordt de carboxylgroep van zuur van aminozuurresidu van aminoacyl-adenylaat overgebracht naar de 3OH-groep van de ribose van het terminale adenosine aan het CCA-uiteinde van tRNA. Als resultaat worden AMP en enzym afgegeven en wordt een eindproduct aminoacyl-tRNA gevormd door de volgende methode:

'A' = aminoacylplaats of -decoderingsplaats, 'P' = peptidylplaats of condensatieplaats, 'E' = bestaande plaats,

AA1 = N-formylmethionine.

AA ₂ = threonine.

AA-AMP-enzym + tRNA → AA - tRNA + AMP + -enzym

Aminoacyl-adenylaat en enzym Aminoacyl-tRNA

Het aminoacyl-tRNA beweegt naar de plaats van eiwitsynthese, dat wil zeggen ribosomen met mRNA.

4. initiatie van eiwitsynthese:

Zoals we al hebben vermeld, omvat de initiatie van eiwitsynthese in de bacterie Escherichia coli (E. coli) de vorming van 70S-complex. Daarin heeft het mRNA altijd het eerste tripletcodon als AUG aan het begin (dat wil zeggen, 5'-uiteinde). De AUG-codons zijn de codes voor het aminozuur methionine.

De methionine blijft geformuleerd en heeft een zeer belangrijke rol bij het initiëren van het proces van eiwitsynthese. In elk type eiwit neemt de formylmethionine de eerste plaats in in het molecuul en wanneer het eiwitmolecuul volledig wordt gesynthetiseerd, maakt het formylmethionine vaak los van het nieuw gesynthetiseerde eiwitmolecuul door de activiteit van een hydrolytisch enzym.

Omdat bij de eiwitsynthese de peptideketen altijd groeit in de sequentie van de vrije terminale amino (-NH2) -groep naar het carboxyl (-COOH) -uiteinde, de functie van formylmethionine-tRNA (AA1-tRNA in fig. 38.22 en 38.23) ) is om ervoor te zorgen dat eiwitten in die richting worden gesynthetiseerd.

In het formylmethionine-tRNA wordt de amino (-NH2) -groep geblokkeerd door de formylgroep waardoor alleen de -COOH-groep beschikbaar blijft om te reageren met de -NH2-groep van het tweede aminozuur (AA2). Op deze manier volgt de synthese van de eiwitketen in de juiste volgorde.

5. Verlenging van polypeptideketen:

Met de vorming van functioneel 70S-ribosoom (dwz 70S-mRNA-F met tRNA), wordt de verlenging van de polypeptideketen teweeggebracht door de regelmatige toevoeging van aminozuren en relatieve bewegingen van ribosoom en mRNA in de aanwezigheid van GTP-moleculen, zodat een nieuw triplet-codon blijft beschikbaar voor nieuw aminoacyl-tRNA op de decodering of 'A'-plaats van ribosoom in elke stap. Aldus moet F-met-tRNA van de decoderingsplaats ('A'-plaats) naar de peptidylplaats of' P'-plaats bewegen voordat het tweede aminoacyl-tRNA (dwz AA2-tRNA) kan binden aan het volgende tripletcodon dat optreedt bij decodering of 'A' site van ribosoom.

Het aminoacyl-tRNA (AA2-tRNA) bindt met het codon van de 'A'-plaats in de aanwezigheid van GTP en twee eiwitten, overdrachtfactoren genoemd (aangeduid met Tn en Ts) die geassocieerd blijven met ribosomen. Tijdens dit bindingsproces wordt een complex gevormd tussen GTP, de overdrachtsfactoren en het aminoacyl-tRNA (d.w.z. AA2-tRNA), dat uiteindelijk aminoacyl-tRNA op de 'A'-plaats van ribosoom afzet met de afgifte van overdrachtsfactoren - BBP complex en anorganisch fosfaat.

In de volgende stap, als gevolg van de relatieve beweging van ribosoom en mRNA in de aanwezigheid van een enkel GTP-molecuul, komt het volgende tripletcodon (dat wil zeggen, UUU-codon in de figuren 38.21 en 38.22) beschikbaar voor het volgende aminoacyl-tRNA (te weten AA ₃ -tRNA) ) op de 'A'-plaats van ribosoom. In dit stadium vindt f-met-tRNA plaats bij het verlaten van de 'E'-locatie, terwijl AA2-tRNA optreedt op de plaats van peptidyl' P '. Nu start een enzym dat bekend staat als transferase I het tRNA op van formyl-methionine (f-met of AA ₁ ) en schakelt het formyl-methionine om naar het aminoacyl-tRNA (AA2-tRNA) gebonden op de peptidyl- of 'P'-plaats. De 'G'-factor wordt verondersteld het afgevoerde of gedeacyleerde tRNA vrij te geven van de' E'-plaats van het ribosoom.

Het volgt de volgende fase van het elongatieproces waarbij de synthese van een peptidebinding plaatsvindt door een reactie tussen de vrije aminogroep van het binnenkomende aminozuur (dwz AA ₂ ) en de carboxylgroep van het eerste aminozuur (AA ₁ ) dat veresterd met tRNA. Het enzym dat deze reactie katalyseert, wordt peptidyltransferase (of peptidesynthetase) genoemd en is een integraal onderdeel van de 50S-subeenheid. De energie voor peptidebindingssynthese is afgeleid van splitsing van de esterkoppeling tussen een aminozuur en zijn tRNA.

Dus, tijdens de verlenging van de polypeptideketen treedt elk geladen of geladen tRNA (Aminoacyl-tRNA) de decodering of 'A'-plaats binnen, verplaatst zich naar de condensatie- of' P'-plaats, draagt ​​het aminozuur ervan over aan het carboxyleinde van het polypeptide, beweegt naar de uitgangslocatie, waar de polypeptideketen wordt overgebracht naar het aangrenzende tRNA op de condensatieplaats en tRNA wordt vervolgens uit het ribosoom vrijgegeven.

Dit proces staat bekend als translocatie. Dit resulteert erin dat het derde codon de A-plaats binnenkomt en een geschikt tRNA geladen met een derde aminozuur zou binden op de A-plaats. Het proces van vorming van peptidebindingen en translocatie zou worden herhaald.

Dus als het mRNA beweegt met betrekking tot het ribosoom, zouden alle codons worden blootgesteld op A-plaats en groeit de peptideketen. Deze sequentie van gebeurtenissen die betrokken zijn bij verlenging moet zeer snel plaatsvinden, omdat is berekend dat E. coli die groeit onder optimale omstandigheden, een polypeptideketen van ongeveer 40 aminozuren kan worden geproduceerd in 20 seconden.

6. Beëindiging en vrijgave van polypeptideketen:

Wanneer de synthese van polypeptideketen voltooid is volgens de codons van mRNA, vindt proces van beëindiging en afgifte van polypeptideketen plaats. De terminatie van de polypeptideketen en de afgifte van de voltooide keten van het ribosoom wordt door twee factoren geregeld.

De beëindiging van de keten wordt aangegeven door drie speciale beëindigingstripletten in het mRNA die, in bacteriën, UAG, UAA en UGA zijn. Dit zijn de zogenaamde niet-sense codons die niet coderen voor een aminozuur. De polypeptideketen bond echter nog steeds aan het tRNA dat op zijn beurt is verbonden aan het mRNA.

De keten wordt vrijgemaakt uit het ribosoom onder de richting van drie verschillende eiwitten die vrijgavefactoren worden genoemd en die R1R2 en S worden genoemd. Deze zijn gebonden aan het ribosoom en regelen de hydrolyse van de esterkoppeling tussen tRNA en de polypeptideketen. Als de keten eenmaal is beëindigd en is vrijgegeven, scheidt het ribosoom zich van mRNA en dissocieert het in zijn twee subeenheden als gevolg van de werking van de F3-factor. Het is klaar om een ​​nieuwe cyclus van polypeptidesynthese binnen te gaan.

7. Modificatie van vrijgegeven polypeptide:

De vrijgemaakte polypeptideketen bevat de geformuleerde methionine aan het ene uiteinde. Een enzym-deformylase verwijdert de formylgroep van methionine. Het exopeptidase-enzym kan enkele aminozuren van het N-terminale uiteinde of het C-terminale uiteinde van de polypeptideketen verwijderen.

In dit stadium bezit het polypeptide (eiwit) zijn primaire structuur; ten minste een deel van veel eiwitten heeft een secundaire structuur in de vorm van een alfa-helix. De eiwitketen kan zich dan zelf terug vouwen en interne bindingen vormen (waaronder het opslaan van disulfidebindingen) die zijn tertiaire structuur tot een nauwkeurig en vaak ingewikkeld gevouwen patroon stabiliseren. Twee of meer tertiaire structuren kunnen zich verenigen tot een functionele quartaire structuur. Hemoglobine bestaat bijvoorbeeld uit vier polypeptideketens, twee identieke a-ketens en twee identieke P-ketens. Een eiwit wordt geen actief enzym totdat het zijn tertiaire of quaternaire patroon heeft aangenomen.

Het proces van initiatie, verlenging en beëindiging omvat de bemiddeling van verschillende eiwitfactoren en hydrolyse van GTP (guanosinetrifosfaat) om energie te verschaffen. De gedetailleerde stappen die worden besproken, zijn van toepassing op procaryotes en met enkele aanpassingen ook voor eukaryoten.