70S Ribozomlarında Protein Sentezi Mekanizmasının Aşamaları

70S ribozomlarında protein sentezi mekanizması aşağıdaki aşamaları içerir:

1. transkripsiyon:

Protein sentezi işlemi, DNA molekülünün iplikçiklerinin açılmasıyla başlar. Bir DNA molekülü teli mRNA oluşumu için bir şablon olarak görev yapar. MRNA, kopyalama veya transkripsiyon işlemi ile DNA'nın üçlü kodlarına göre oluşturulur.

Resim İzniyle: images.fineartamerica.com/false-color-tem-of-ribosomes-photo-researchers-inc.jpg

MRNA oluşturulduktan sonra çekirdeği bırakır ve ribozomların 30S alt birimi ile bağlandığı sitoplazmaya ulaşır. MRNA, proteinlerin sentezi için üçlü kodonları taşır.

2. 30S ribozomu ile mRNA'nın bağlanması ve poliribozomun oluşumu:

Prokaryotik hücrelerde, protein sentezi işleminden önce ribozomların ayrışmış ve etkin olmayan durumlarda meydana geldiği gözlenmiştir. MRNA, F2 protein faktörü varlığında 30S ribozomal alt ünitesine bağlanır. Yakında N-formilmetil-tRNA (F-met-t RNAf) sitoplazmadan gelir ve protein sentezi işlemini başlatmak ve başlangıç ​​kompleksi oluşturmak için mRNA'nın ilk üçlü kodonu (AUG veya AUA) ile bağlanır.

Başlatma kompleksi oluşumuna GTP (Guanosine trifosfat) ve 3 protein faktörü (F1, F2 ve F3) yardımcı olur. Başlatma kompleksi oluşumundan sonra, 30S ribozomal alt birimi, 70S ribozomunu oluşturmak için 50S ribozomal alt birimi ile birleşir. Ribozomal alt birimlerin birleşimi, Mg ++ iyonları ve F1 ve F2 faktörlerinin varlığında oluşur.

MRNA'nın kodları sadece bir ribozom tarafından okunmaz, ancak birçok ribozom mRNA'nın kodlarını hareket ettirir ve okur. Birçok ribozom mRNA ile bağlandığında, polisom veya polibozom oluşumu meydana gelir.

3. Amino asitlerin protein sentezi bölgesine transferi:

Amino asitler, hücre içi amino asit havuzundan tRNA tarafından ribozomlara aktarılır. Transfer işlemleri aşağıdaki gibi çeşitli aşamalarda gerçekleşir.

(a) Amino asitlerin aktivasyonu:

20 amino asidin her biri aktif olmayan bir durumda sitoplazmada meydana gelir. Spesifik tRNA'sı ile bağlanmasından önceki her amino asit, aminoasil sentetaz ve ATP olarak bilinen spesifik bir aktifleştirici enzim tarafından aktive edilir. Serbest amino asitler ATP ile reaksiyona girerek aminoasil adenilat ve pirofosfat üretimine yol açar:

AA + ATP + enzimi → AA ~ AMP - enzim + PP

Amino asit Aminoasil sentetaz Aminoasil adenilat Pirofosfat sentetaz kompleksi

Reaksiyon ürünü aminoasil adenilat, tek kovalentli bir kompleks halinde enzime bağlanır. Bu aminoasil adenilat enzim kompleksi daha sonra spesifik tRNA molekülüne esterlenir. Hücre, 20 amino asit için en az 20 aminoasil sentetaz enzimine sahiptir. Her enzim spesifiktir ve spesifik amino aside herhangi bir hata yapmadan bağlanır.

(b) Aktive edilmiş amino asidin tRNA'ya bağlanması:

Aminoasil adenilat, spesifik tRNA molekülü ile çarpışana kadar enzim ile bağlı kalır. Daha sonra, aminoasil adenilat amino asit kalıntısının asitinin karboksil grubu, tRNA'nın CCA ucunda terminal adenosin ribozunun 3 OH grubuna transfer edilir. Sonuç olarak AMP ve enzim serbest bırakılır ve aşağıdaki yöntemle nihai bir ürün olan aminoasil tRNA oluşturulur:

'A' = aminoasil bölgesi veya kod çözme sitesi, 'P' = peptidil bölgesi veya yoğunlaştırma bölgesi, 'E' = bölge var,

AA1 = N-formil metiyonin.

AA2 = treonin.

AA — AMP — Enzim + tRNA → AA - tRNA + AMP + Enzim

Aminoasil adenilat ve enzim Aminoasil-tRNA

Aminoasil-tRNA, protein sentezi bölgesine, yani mRNA ile ribozomlara doğru hareket eder.

4. Protein sentezinin başlatılması:

Daha önce de belirttiğimiz gibi, Escherichia coli (E. coli) bakterisinde protein sentezinin başlamasının, 70S kompleksinin oluşumunu içerdiği belirtilmiştir. İçinde mRNA, başında AUG olarak her zaman ilk üçlü kodonu vardır (yani 5 ′ uç). AUG kodonları, amino asit metiyonininin kodlarıdır.

Metiyonin formüle edilmiş halde kalır ve protein sentezi sürecinin başlatılmasında çok önemli bir rolü vardır. Her protein tipinde, formil metiyonin, moleküldeki ilk sırayı alır ve protein molekülü tamamen sentezlendiğinde, formil metiyonin, sıklıkla yeni sentezlenmiş protein molekülünden bir hidrolitik enzimin aktivitesi ile ayrılır.

Protein sentezinde, peptid zinciri her zaman serbest terminal amino (--NH2) grubundan karboksil (- COOH) ucuna doğru sekansta büyür, formil metiyonin -tRNA'nın fonksiyonu (Şekil 38.22 ve 38.23'te AA1-tRNA) proteinlerin bu yönde sentezlenmesini sağlamak.

Formil metiyonin-tRNA'da, amino (--NH2) grubu, formil grubu tarafından bloke edilir, sadece ikinci amino asidin (AA2) NH2 grubu ile reaksiyona girmesi için mevcut olan -COOH grubunu bırakır. Bu şekilde protein zincirinin sentezi doğru sırada izler.

5. Polipeptit zincirinin uzaması:

İşlevsel 70S ribozomun (yani, 70S-mRNA-F met tRNA'nın) oluşumu ile polipeptit zincirinin uzaması, GTP moleküllerinin varlığında amino asitlerin ve ribozomun ve mRNA'nın göreceli hareketlerinin düzenli bir şekilde eklenmesiyle sağlanır; her adımda kod çözme veya 'A' ribozom bölgesinde yeni aminoasil tRNA için yeni bir üçlü kodon kalmaya devam eder. Bu nedenle, F-met tRNA, ikinci aminoasil-tRNA'nın (yani, AA2 tRNA'sı) kod çözme sırasında meydana gelen bir sonraki üçlü kodona bağlanabilmesinden önce, kod çözme bölgesinden ('A' bölgesi) peptidil bölgesine veya 'P' bölgesine taşınmalıdır. Ribozomun 'A' bölgesi.

Aminoasil-tRNA (AA2 tRNA), ribozomlarla ilişkili kalan transfer faktörleri (belirtilen Tn ve Ts) olarak GTP ve iki protein varlığında 'A' bölgesinin kodonuna bağlanır. Bu bağlanma işlemi sırasında, GTP, transfer faktörleri ile aminoasil tRNA'sı (yani AA 2 -tRNA) arasında oluşan ve sonuçta 'A' bölgesinde aminoasil tRNA'sını transfer faktörleri-GDP salınımı ile bırakan bir kompleks oluşur. karmaşık ve inorganik fosfat.

Bir sonraki aşamada, tek GTP molekülünün varlığında ribozom ve mRNA'nın nispi hareketinden dolayı, bir sonraki üçlü kodon (yani, şekil 38.21 ve 38.22'deki UUU kodonu), bir sonraki aminoasil tRNA (viz. AA 3- tRNA) için uygun hale gelir. ) ribozomun 'A' bölgesinde. Bu aşamada, f met-tRNA, 'E' bölgesinin çıkışında, AA2-tRNA ise peptidil 'P' bölgesinde meydana gelir. Şimdi, transferaz I olarak bilinen bir enzim, tRNA'yı formil-metiyoninden (f-met veya AA1) çıkarır ve formil metiyonini, peptidil veya 'P' bölgesinde bağlanan aminoasil-tRNA'ya (AA 2 -tRNA) çevirir. 'G' faktörünün boşaltılan veya deasile edilmiş tRNA'yı ribozomun 'E' bölgesinden salması beklenir.

Bu, gelen amino asidin serbest amino grubu (yani, AA2) ile birinci amino asitin (AA1) karboksil grubu ve AA2) arasındaki bir reaksiyonla bir peptid bağının sentezini içeren bir sonraki uzatma işleminin ardından gelir. tRNA'ya esterlenmiş. Bu reaksiyonu katalize eden enzime peptidil transferaz (veya peptit sentetaz) denir ve 50S alt ünitesinin ayrılmaz bir parçasıdır. Peptit bağ sentezi için enerji, bir amino asit ve onun tRNA'sı arasındaki ester bağlantısının bölünmesinden elde edilir.

Böylece, polipeptit zincirinin uzaması sırasında her bir yüklü veya yüklü tRNA (Aminoasil tRNA) kod çözme veya 'A' bölgesine girer, yoğunlaştırıcıya veya 'P' bölgesine girer, amino asidini polipeptidin karboksil ucuna transfer eder, polipeptit zincirinin yoğunlaşma bölgesinde bitişik tRNA'ya aktarıldığı ve tRNA daha sonra ribozomdan salındığı çıkış bölgesi.

Bu işlem translokasyon olarak bilinir. Bu, üçüncü kodonun A bölgesine girmesine neden olur ve üçüncü bir amino asit ile yüklü uygun bir tRNA, A bölgesine bağlanır. Peptid bağı oluşumu ve yer değiştirmesi işlemi tekrarlanacaktır.

Böylece, mRNA ribozoma göre hareket ettikçe, bütün kodonlar A bölgesinde açığa çıkar ve peptid zinciri büyür. Uzamaya dahil olan bu olaylar dizisi, optimal koşullar altında büyüyen E. coli'nin yaklaşık 20 amino asitlik bir polipeptit zincirinin 20 saniyede üretilebileceği hesaplandığından beri çok hızlı gerçekleşmelidir.

6. Polipeptit zincirinin sonlandırılması ve bırakılması:

Polipeptit zincirinin sentezi, mRNA kodonlarına göre tamamlandığında, polipeptit zincirinin sonlandırılması ve bırakılması işlemi gerçekleşir. Polipeptit zincirinin sona ermesi ve tamamlanmış zincirin ribozomdan salınması iki faktör tarafından kontrol edilir.

Zincirin sonlandırılması, bakterilerde UAG, UAA ve UGA olan mRNA'da üç özel sonlandırma üçlüsü ile belirtilir. Bunlar, herhangi bir amino asidi kodlamayan, anlamsız kodonlar. Bununla birlikte, polipeptid zinciri, yine de mRNA'ya bağlanan tRNA'ya bağlanır.

Zincir, salınım faktörü olarak adlandırılan ve R1R2 ve S olarak adlandırılan üç ayrı proteinin altında ribozomdan salınır. Bunlar, ribozoma bağlanır ve tRNA ile polipeptit zinciri arasındaki ester bağlantısının hidrolizini kontrol eder. Zincir sonlandırılıp serbest bırakıldığında, ribozom mRNA'dan ayrılır ve F3 faktörünün etkisiyle iki alt ünitesine ayrılır. Yeni bir polipeptit sentezi döngüsüne girmeye hazır.

7. Serbest bırakılmış polipeptidin değiştirilmesi:

Serbest bırakılan polipeptit zinciri, bir ucunda formüle edilmiş metiyonini içerir. Bir enzim deformilazı, metiltinin formil grubunu uzaklaştırır. Eksopeptidaz enzimi, bazı amino asitleri N-terminal ucundan veya polipeptit zincirinin C-terminal ucundan çıkarabilir.

Bu aşamada polipeptit (protein) birincil yapısına sahiptir; pek çok proteinin en azından bir kısmı alfa sarmalı şeklinde ikincil bir yapıya sahiptir. Protein zinciri daha sonra kendisini geriye doğru katlayabilir ve üçüncül yapısını kesin ve çoğu zaman karmaşık bir şekilde katlanmış bir düzende stabilize eden iç bağlar (disülfür bağlarının depolanması dahil) oluşturur. İki veya daha fazla üçüncül yapı, işlevsel bir dörtlü yapı halinde birleşebilir. Örneğin, hemoglobin dört polipeptit zincirinden, iki özdeş a zincirinden ve iki özdeş P zincirinden oluşur. Bir protein, tersiyer veya kuaterner düzenini kabul edene kadar aktif bir enzim haline gelmez.

Başlama, uzama ve sona erme süreci, birkaç protein faktörünün aracılıkını ve enerji sağlamak için GTP'nin (guanosin trifosfat) hidrolizini içerir. Tartışılan ayrıntılı adımlar prokaryotlara ve bazı modifikasyonlarla da ökaryotlara uygulanabilir.