As funções mais importantes do corpo - metabolismo, crescimento, desenvolvimento, transmissão da hereditariedade, movimento, etc. - são realizadas como resultado de muitas reações químicas envolvendo proteínas, ácidos nucléicos e outras substâncias biologicamente ativas. Ao mesmo tempo, vários compostos são sintetizados continuamente nas células: proteínas de construção, proteínas enzimáticas, hormônios. Durante o metabolismo, essas substâncias são desgastadas e destruídas, e novas são formadas em seu lugar. Como as proteínas criam a base material da vida e aceleram todas as reações metabólicas, a atividade vital da célula e do organismo como um todo é determinada pela capacidade das células de sintetizar proteínas específicas. Sua estrutura primária é predeterminada pelo código genético da molécula de DNA.

As moléculas de proteína consistem em dezenas e centenas de aminoácidos (mais precisamente, resíduos de aminoácidos). Por exemplo, existem cerca de 600 deles em uma molécula de hemoglobina e estão distribuídos em quatro cadeias polipeptídicas; na molécula de ribonuclease existem 124 desses aminoácidos, etc.

O principal papel na determinação da estrutura primária de uma proteína pertence às moléculas ADN. Suas diferentes seções codificam a síntese de diferentes proteínas; portanto, uma molécula de DNA está envolvida na síntese de muitas proteínas individuais. As propriedades das proteínas dependem da sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica. Por sua vez, a alternância de aminoácidos é determinada pela sequência de nucleotídeos do DNA, e cada aminoácido corresponde a um trio específico. Foi comprovado experimentalmente que, por exemplo, uma seção de DNA com um tripleto AAC corresponde ao aminoácido leucina, um tripleto ACC ao triptofano, um tripleto ACA à cisteína, etc. Ao dividir a molécula de DNA em trigêmeos, você pode imaginar quais aminoácidos e em que sequência estarão localizados na molécula de proteína. Um conjunto de trigêmeos constitui a base material dos genes, e cada gene contém informações sobre a estrutura de uma proteína específica (um gene é a unidade biológica básica da hereditariedade; quimicamente, um gene é uma seção de DNA que inclui várias centenas de pares de nucleotídeos) .

Código genético - a organização historicamente estabelecida de moléculas de DNA e RNA, na qual a sequência de nucleotídeos nelas carrega informações sobre a sequência de aminoácidos nas moléculas de proteínas. Propriedades do código: tripleto (códon), não sobreposição (códons se sucedem), especificidade (um códon pode determinar apenas um aminoácido em uma cadeia polipeptídica), universalidade (em todos os organismos vivos o mesmo códon determina a inclusão do mesmo aminoácido no polipeptídeo), redundância (para a maioria dos aminoácidos existem vários códons). Os trigêmeos que não carregam informações sobre aminoácidos são trigêmeos finais, indicando o local de início da síntese. i-RNA.(V.B. Zakharov. Biologia. Materiais de referência. M., 1997)

Como o DNA está localizado no núcleo da célula e a síntese de proteínas ocorre no citoplasma, existe um intermediário que transfere informações do DNA para os ribossomos. O RNA serve como intermediário, no qual a sequência de nucleotídeos é reescrita, exatamente de acordo com a do DNA - de acordo com o princípio da complementaridade. Este processo é chamado transcrições e prossegue como uma reação de síntese de matriz. É característico apenas de estruturas vivas e está subjacente à propriedade mais importante dos seres vivos - a auto-reprodução. A biossíntese de proteínas é precedida pela síntese do modelo de mRNA em uma fita de DNA. O mRNA resultante sai do núcleo da célula para o citoplasma, onde os ribossomos são amarrados nele, e os aminoácidos são entregues aqui com a ajuda do RNA.

A síntese de proteínas é um processo complexo de várias etapas que envolve DNA, mRNA, tRNA, ribossomos, ATP e várias enzimas. Primeiro, os aminoácidos no citoplasma são ativados por enzimas e ligados ao tRNA (no local onde o nucleotídeo CCA está localizado). Na próxima etapa, os aminoácidos são combinados na ordem em que a alternância de nucleotídeos do DNA é transferida para o mRNA. Esta etapa é chamada transmissão. Em uma fita de mRNA não há um ribossomo, mas um grupo deles - tal complexo é chamado de polissoma (N.E. Kovalev, L.D. Shevchuk, O.I. Shchurenko. Biologia para departamentos preparatórios de institutos médicos).

Esquema Biossíntese de proteínas

A síntese de proteínas consiste em duas etapas - transcrição e tradução.

I. Transcrição (reescrita) - biossíntese de moléculas de RNA, realizada em cromossomos em moléculas de DNA de acordo com o princípio da síntese de moldes. Com a ajuda de enzimas, todos os tipos de RNA (mRNA, rRNA, tRNA) são sintetizados nas seções correspondentes da molécula de DNA (genes). São sintetizadas 20 variedades de tRNA, já que 20 aminoácidos participam da biossíntese de proteínas. Em seguida, o mRNA e o tRNA são liberados no citoplasma, o rRNA é integrado nas subunidades ribossômicas, que também saem para o citoplasma.

II. A tradução (transferência) é a síntese de cadeias polipeptídicas de proteínas, realizada nos ribossomos. É acompanhado pelos seguintes eventos:

1. Formação do centro funcional do ribossomo - FCR, composto por mRNA e duas subunidades ribossômicas. No FCR há sempre dois tripletos (seis nucleotídeos) de mRNA, formando dois centros ativos: A (aminoácido) - centro de reconhecimento do aminoácido e P (peptídeo) - centro de ligação do aminoácido à cadeia peptídica .

2. Transporte de aminoácidos ligados ao tRNA do citoplasma para o FCR. No centro ativo A, o anticódon do tRNA é lido com o códon do mRNA, no caso de complementaridade, forma-se uma ligação que serve como sinal para avançar (salto) ao longo do mRNA ribossômico em um tripleto. Como resultado disso, o complexo “códon rRNA e tRNA com aminoácido” se move para o centro ativo de P, onde o aminoácido é adicionado à cadeia peptídica (molécula de proteína). O tRNA então sai do ribossomo.

3. A cadeia peptídica se alonga até que a tradução termine e o ribossomo salte do mRNA. Um mRNA pode conter vários ribossomos ao mesmo tempo (polissoma). A cadeia polipeptídica fica imersa no canal do retículo endoplasmático e aí adquire estrutura secundária, terciária ou quaternária. A velocidade de montagem de uma molécula de proteína, composta por 200-300 aminoácidos, é de 1-2 minutos. Fórmula para biossíntese de proteínas: DNA (transcrição) -> RNA (tradução) -> proteína.

Depois de completar um ciclo, os polissomos podem participar da síntese de novas moléculas proteicas.

A molécula de proteína separada do ribossomo tem a forma de um fio biologicamente inativo. Torna-se biologicamente funcional após a molécula adquirir uma estrutura secundária, terciária e quaternária, ou seja, uma certa configuração espacialmente específica. As estruturas secundárias e subsequentes da molécula de proteína são predeterminadas nas informações contidas na alternância de aminoácidos, ou seja, na estrutura primária da proteína. Em outras palavras, o programa de formação de um glóbulo, sua configuração única, é determinado pela estrutura primária da molécula, que por sua vez é construída sob o controle do gene correspondente.

A taxa de síntese protéica é determinada por muitos fatores: a temperatura ambiente, a concentração de íons de hidrogênio, a quantidade do produto final da síntese, a presença de aminoácidos livres, íons de magnésio, o estado dos ribossomos, etc.

A informação genética sobre a estrutura de uma proteína é armazenada como uma sequência de trigêmeos de DNA. Nesse caso, apenas uma das cadeias de DNA serve de modelo para a transcrição.

A biossíntese de proteínas nas células é uma sequência de reações do tipo matriz, durante as quais a transferência sequencial de informações hereditárias de um tipo de molécula para outro leva à formação de polipeptídeos com estrutura geneticamente determinada.

A biossíntese de proteínas é o estágio inicial de realização, ou expressão, da informação genética. Os principais processos de matriz que garantem a biossíntese de proteínas incluem a transcrição do DNA e a tradução do mRNA. Transcrição O DNA envolve a cópia de informações do DNA em mRNA (mensageiro ou RNA mensageiro). Transmissão O mRNA envolve a transferência de informações do mRNA para um polipeptídeo.

A cópia do mRNA começa com a ligação da RNA polimerase a um pedaço de DNA denominado promotor. Porém, dadas as informações sobre a possibilidade de splicing alternativo, pode haver casos em que genes, mesmo aqueles localizados nas proximidades, serão transcritos de cadeias diferentes. Assim, ambas as fitas de DNA podem ser usadas para transcrição. Ao transcrever fitas complementares de DNA, são utilizadas diferentes RNA polimerases, e a direção de seu movimento ao longo da cadeia é determinada pela sequência promotora.

Como as fitas de DNA são invertidas uma em relação à outra, e a síntese de mRNA, assim como a síntese de DNA, ocorre apenas na direção da extremidade 5ꞌ para a extremidade 3ꞌ, então as transcrições no DNA prosseguem em direções opostas.

Uma fita de DNA que contém as mesmas sequências do mRNA é chamada codificação, e a cadeia que garante a síntese de mRNA (com base no emparelhamento complementar) – anti-codificação. O circuito anticodificação também é chamado transcrito.

Além do mRNA, outros produtos de transcrição de DNA também são produzidos na célula. Estes incluem moléculas de rRNA e tRNA, que também estão envolvidas na síntese de polipeptídeos. Todos esses RNAs são chamados de RNAs nucleares.

Se considerarmos a porcentagem desses três tipos de RNA em uma célula, então o mRNA maduro representa cerca de 5% do conteúdo total de RNA, o tRNA representa cerca de 10% e a maioria, até 85%, é rRNA.

Todos os RNAs são transcritos do DNA a partir de ribonucleotídeos trifosfatos, liberando pirofosfato com a participação de RNA polimerases. Os procariontes possuem apenas um tipo de RNA polimerase, que proporciona a síntese de mRNA, rRNA e tRNA.

Nas células eucarióticas existem três tipos de RNA polimerases (I, II, III). Cada uma dessas RNA polimerases, quando ligada a um promotor no DNA, garante a transcrição de diferentes sequências de DNA. A RNA polimerase I sintetiza grandes rRNAs (as principais moléculas de RNA de subunidades ribossômicas grandes e pequenas). A RNA polimerase II sintetiza todos os mRNAs e alguns pequenos rRNAs, a RNA polimerase III sintetiza tRNA e RNA das subunidades ribossômicas 5s.

A ligação das RNA polimerases ao promotor requer proteínas especiais que atuam como fatores de iniciação da transcrição (TF I, TF II, TF III para as polimerases correspondentes).

Levando em consideração essas posições, as principais etapas da biossíntese de proteínas são as seguintes:

Estágio 1. Transcrição de DNA. Na fita de DNA transcrita, uma fita de mRNA complementar é completada usando RNA polimerase dependente de DNA. A molécula de mRNA é uma cópia exata da cadeia de DNA não transcrita, com a diferença de que em vez de desoxirribonucleotídeos contém ribonucleotídeos, que contêm uracila em vez de timina.

Etapa 2. Processamento (maturação) de mRNA. A molécula de mRNA sintetizada (transcrição primária) sofre transformações adicionais. Na maioria dos casos, a molécula original de mRNA é cortada em fragmentos individuais. Alguns fragmentos - íntrons - são clivados em nucleotídeos, enquanto outros - éxons - são unidos em mRNA maduro. Todas as etapas do processamento do mRNA ocorrem em partículas RNP (complexos de ribonucleoproteínas).

À medida que o pró-mRNA é sintetizado, ele imediatamente forma complexos com proteínas nucleares - esferas de informação e forma complexos nucleares e citoplasmáticos (mRNA mais esferas de informação) - somamos de informação. Assim, o mRNA nunca está livre de proteínas. Ao longo de todo o seu percurso até a conclusão da tradução, o mRNA é protegido de nucleases. Além disso, as proteínas conferem-lhe a conformação necessária.

Etapa 3. Tradução de mRNA. A molécula de mRNA obtida durante a transcrição serve de modelo para a síntese de um polipeptídeo nos ribossomos. Trigêmeos de mRNA que codificam um aminoácido específico são chamados códons. Moléculas de tRNA participam da tradução. Cada molécula de tRNA contém anticódon– um tripleto de reconhecimento em que a sequência de nucleotídeos é complementar a um códon específico do mRNA. Cada molécula de tRNA é capaz de transportar um aminoácido estritamente definido.

A conformação geral da molécula de tRNA lembra uma folha de trevo em um pecíolo. O “topo da folha” carrega o anticódon. Existem 61 tipos de tRNA com diferentes anticódons. Um aminoácido está ligado ao “pecíolo da folha” (existem 20 aminoácidos envolvidos na síntese do polipeptídeo nos ribossomos). Cada molécula de tRNA com um anticódon específico corresponde a um aminoácido estritamente definido. Ao mesmo tempo, um determinado aminoácido geralmente corresponde a vários tipos de tRNA com diferentes anticódons. O aminoácido é ligado covalentemente ao tRNA por meio de enzimas - aminoacil-tRNA sintetases. Esta reação é chamada aminoacilação de tRNA. A combinação de tRNA com um aminoácido é chamada aminoacil-tRNA.

A tradução (como todos os processos matriciais) inclui três estágios: iniciação (início), alongamento (continuação) e término (fim).

Iniciação. A essência da iniciação é a formação de uma ligação peptídica entre os dois primeiros aminoácidos do polipeptídeo.

Inicialmente, forma-se um complexo de iniciação, que inclui: uma pequena subunidade ribossômica, proteínas específicas (fatores de iniciação) e um tRNA iniciador especial de metionina com o aminoácido metionina - Met-tRNAMet. O complexo de iniciação reconhece o início do mRNA, liga-se a ele e desliza até o ponto de iniciação (início) da biossíntese de proteínas: na maioria dos casos, este é o códon de início AGOSTO. Entre o códon de início do mRNA e o anticódon do tRNA da metionina, ocorre a ligação dependente do códon com a formação de ligações de hidrogênio. Em seguida, ocorre a fixação da grande subunidade ribossômica.

Quando as subunidades se combinam, um ribossomo completo é formado, que carrega dois centros ativos (sítios): o sítio A (aminoacil, que serve para anexar aminoacil-tRNA) e o sítio P (peptidil transferase, que serve para formar uma ligação peptídica entre aminoácidos). Inicialmente, Met-tRNAMet está localizado no sítio A, mas depois se move para o sítio P. O sítio A liberado recebe aminoacil-tRNA com um anticódon, que é complementar ao códon do mRNA após o códon AUG. Por exemplo, este é Gly-tRNAGly com o anticódon CCG, que é complementar ao códon HGC. Como resultado da ligação dependente de códon, ligações de hidrogênio são formadas entre o códon do mRNA e o anticódon aminoacil-tRNA. Assim, dois aminoácidos aparecem próximos no ribossomo, entre os quais se forma uma ligação peptídica. A ligação covalente entre o primeiro aminoácido (metionina) e seu tRNA é quebrada.

Após a formação de uma ligação peptídica entre os dois primeiros aminoácidos, o ribossomo muda em um tripleto. Como resultado, a translocação (movimento) do iniciador metionina tRNAMet ocorre fora do ribossomo. A ligação de hidrogênio entre o códon de início e o anticódon do tRNA de início é quebrada. Como resultado, o tRNAMet livre é clivado e sai em busca de seu aminoácido.

Nesse caso, o segundo tRNA junto com o aminoácido (Gly-tRNAGly) como resultado da translocação termina no sítio P, e o sítio A é liberado.

Alongamento. A essência do alongamento é a adição de aminoácidos subsequentes, ou seja, a extensão da cadeia polipeptídica. O ciclo de trabalho do ribossomo durante o alongamento consiste em três etapas: ligação dependente de códon de mRNA e aminoacil-tRNA no sítio A, formação de uma ligação peptídica entre o aminoácido e a cadeia polipeptídica em crescimento e translocação com a liberação do Um site.

O sítio A desocupado recebe aminoacil-tRNA com um anticódon correspondente ao próximo códon do mRNA (por exemplo, este é Tyr-tRNATyr com o anticódon AUA, que é complementar ao códon UAU).

No ribossomo existem dois aminoácidos próximos, entre os quais se forma uma ligação peptídica. A ligação entre o aminoácido anterior e o seu tRNA (no nosso exemplo entre glicina e tRNAGly) é quebrada.

Em seguida, o ribossomo é deslocado por outro tripleto e, como resultado da translocação, o tRNA que estava no sítio P (em nosso exemplo, tRNAGly) acaba fora do ribossomo e é separado do mRNA. O sítio A é liberado e o ciclo de trabalho do ribossomo começa novamente.

Terminação. Consiste em completar a síntese da cadeia polipeptídica.
Eventualmente, o ribossomo atinge um códon de mRNA que não corresponde a nenhum tRNA (ou aminoácido). Existem três desses n códons onsense: UAA (“ocre”), UAG (“âmbar”), UGA (“opala”). Nestes códons de mRNA, o ciclo de trabalho do ribossomo é interrompido e o crescimento do polipeptídeo é interrompido. O ribossomo, sob a influência de certas proteínas, é novamente dividido em subunidades.

Energia da biossíntese de proteínas. A biossíntese de proteínas é um processo que consome muita energia. Durante a aminoacilação do tRNA, a energia de uma ligação de uma molécula de ATP é gasta, durante a ligação dependente de códon do aminoacil-tRNA - a energia de uma ligação de uma molécula de GTP, ao mover o ribossomo em um tripleto - a energia de uma ligação de outra molécula de GTP. Como resultado, cerca de 90 kJ/mol são gastos na ligação de um aminoácido a uma cadeia polipeptídica. Quando a ligação peptídica é hidrolisada, apenas 2 kJ/mol são liberados. Assim, durante a biossíntese, a maior parte da energia é irremediavelmente perdida (dissipada como calor).

1. Quais funções as proteínas desempenham em uma célula?

Responder. As proteínas desempenham um papel extremamente importante nos processos vitais das células e organismos; elas são caracterizadas pelas seguintes funções.

1. Estrutural. Eles fazem parte de estruturas intracelulares, tecidos e órgãos. Por exemplo, o colágeno e a elastina servem como componentes do tecido conjuntivo: ossos, tendões, cartilagem; a fibroína faz parte da seda, teias de aranha; a queratina faz parte da epiderme e seus derivados (cabelos, chifres, penas). Eles formam conchas (capsídeos) de vírus.

2. Enzimático. Todas as reações químicas na célula ocorrem com a participação de catalisadores biológicos - enzimas (oxidorredutases, hidrolases, ligases, transferases, isomerases e liases).

3. Regulatório. Por exemplo, os hormônios insulina e glucagon regulam o metabolismo da glicose. As proteínas histonas estão envolvidas na organização espacial da cromatina e, assim, influenciam a expressão genética.

4. Transporte. A hemoglobina transporta oxigênio no sangue dos vertebrados, hemocianina na hemolinfa de alguns invertebrados e mioglobina nos músculos. A albumina sérica serve para o transporte de ácidos graxos, lipídios, etc. As proteínas de transporte de membrana garantem o transporte ativo de substâncias através das membranas celulares. Os citocromos transportam elétrons ao longo das cadeias de transporte de elétrons das mitocôndrias e cloroplastos.

5. Protetor. Por exemplo, os anticorpos (imunoglobulinas) formam complexos com antígenos bacterianos e com proteínas estranhas. Os interferons bloqueiam a síntese de proteínas virais em uma célula infectada. O fibrinogênio e a trombina estão envolvidos nos processos de coagulação do sangue.

6. Contrátil (motor). As proteínas actina e miosina proporcionam os processos de contração muscular e contração dos elementos do citoesqueleto.

7. Sinal (receptor). As proteínas da membrana celular fazem parte de receptores e antígenos de superfície.

Proteínas de armazenamento. Caseína do leite, albumina do ovo de galinha, ferritina (armazena ferro no baço).

8. Proteínas de toxinas. Toxina diftérica.

9. Função energética. Quando 1 g de proteína se decompõe nos produtos metabólicos finais (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2), 17,6 kJ ou 4,2 kcal de energia são liberados.

2. Em que consistem as proteínas?

Responder. As proteínas são substâncias orgânicas de alto peso molecular que consistem em aminoácidos conectados em uma cadeia por uma ligação peptídica. Nos organismos vivos, a composição de aminoácidos das proteínas é determinada pelo código genético; na maioria dos casos, 20 aminoácidos padrão são utilizados durante a síntese. Suas muitas combinações criam moléculas de proteínas com uma ampla variedade de propriedades.

Perguntas após §26

1. O que é um gene?

Responder. Um gene é um portador material de informação hereditária, cuja totalidade os pais transmitem aos seus descendentes durante a reprodução. Atualmente, foi estabelecido na biologia molecular que os genes são seções de DNA que carregam algum tipo de informação integral - sobre a estrutura de uma molécula de proteína ou de uma molécula de RNA. Estas e outras moléculas funcionais determinam o crescimento e o funcionamento do corpo.

2. Qual processo é chamado de transcrição?

Responder. O portador da informação genética é o DNA, localizado no núcleo da célula. A própria síntese de proteínas ocorre no citoplasma dos ribossomos. Do núcleo ao citoplasma, as informações sobre a estrutura da proteína chegam na forma de RNA mensageiro (mRNA). Para sintetizar o mRNA, uma seção de DNA de fita dupla é desenrolada e, em seguida, uma molécula de mRNA é sintetizada em uma das fitas de DNA de acordo com o princípio da complementaridade. Isso acontece da seguinte forma: contra, por exemplo, G de uma molécula de DNA vira C de uma molécula de RNA, contra A de uma molécula de DNA - Y de uma molécula de RNA (lembre-se que em vez de timina, o RNA carrega uracila, ou Y), contra T de uma molécula de DNA - A de uma molécula de RNA e contra C moléculas de DNA - moléculas de RNA. Assim, uma cadeia de mRNA é formada, que é uma cópia exata da segunda cadeia de DNA (não modelo) (apenas uracila é incluída em vez de timina). É assim que a informação sobre a sequência de aminoácidos numa proteína é traduzida da “linguagem do DNA” para a “linguagem do RNA”. Este processo é chamado de transcrição.

3. Onde e como ocorre a biossíntese de proteínas?

Responder. O processo de síntese protéica ocorre no citoplasma, também chamado de tradução. Tradução é a tradução da sequência de nucleotídeos de uma molécula de mRNA na sequência de aminoácidos de uma molécula de proteína. O ribossomo interage com o final do mRNA a partir do qual a síntese protéica deve começar. Nesse caso, o início da futura proteína é indicado pelo trio AUG, o que é um sinal do início da tradução. Como este códon codifica o aminoácido metionina, todas as proteínas (exceto em casos especiais) começam com metionina. Após a ligação, o ribossomo começa a se mover ao longo do mRNA, parando em cada seção dele, que inclui dois códons (ou seja, 3 + 3 = 6 nucleotídeos). O tempo de atraso é de apenas 0,2 s. Durante esse tempo, a molécula de tRNA, cujo anticódon é complementar ao códon localizado no ribossomo, consegue reconhecê-lo. O aminoácido que estava associado a este tRNA é separado do “pecíolo” e se junta à crescente cadeia proteica para formar uma ligação peptídica. Ao mesmo tempo, o próximo tRNA se aproxima do ribossomo, cujo anticódon é complementar ao próximo tripleto do mRNA, e o próximo aminoácido trazido por esse tRNA é incluído na cadeia crescente. Depois disso, o ribossomo se move ao longo do mRNA, para nos próximos nucleotídeos e tudo se repete novamente.

4. O que é um códon de parada?

Responder. Os códons de parada (UAA, UAG ou UGA) não codificam aminoácidos; eles apenas indicam que a síntese protéica deve ser concluída. A cadeia proteica se desprende do ribossomo, entra no citoplasma e forma as estruturas secundárias, terciárias e quaternárias inerentes a esta proteína

5. Quantos tipos de tRNA estão envolvidos na síntese de proteínas na célula?

Responder. Não menos que 20 (número de aminoácidos), não mais que 61 (número de códons de sentido). Normalmente existem cerca de 43 tRNAs em procariontes. Nos humanos, cerca de 50 tRNAs diferentes garantem a incorporação de aminoácidos nas proteínas.

6. Em que consiste um polissoma?

Responder. Uma célula não precisa de uma, mas de muitas moléculas de cada proteína. Portanto, assim que o ribossomo, que foi o primeiro a iniciar a síntese protéica em uma molécula de mRNA, avança, um segundo ribossomo é imediatamente amarrado nesse mRNA, que começa a sintetizar a mesma proteína. O mesmo mRNA pode ser amarrado com um terceiro e um quarto ribossomo, etc. Todos os ribossomos que sintetizam proteínas em uma molécula de mRNA são chamados de polissoma.

7. Os processos de síntese proteica requerem energia? Ou, ao contrário, ocorre liberação de energia nos processos de síntese protéica?

Responder. Como qualquer processo sintético, a síntese proteica é uma reação endotérmica e, portanto, requer energia. A biossíntese de proteínas representa uma cadeia de reações sintéticas: 1) síntese de mRNA; 2) ligação de aminoácidos com tRNA; 3) “montagem de proteínas”. Todas essas reações requerem altos gastos energéticos – até 24,2 kcal/mol. A energia para a síntese protéica é fornecida pela reação de clivagem do ATP.

E no processamento de RNA, a segunda etapa envolve a tradução. Durante a transcrição, a enzima RNA polimerase sintetiza uma molécula de RNA complementar à sequência do gene correspondente (parte do DNA). Um terminador em uma sequência de nucleotídeos de DNA determina em que ponto a transcrição irá parar. Durante uma série de etapas sucessivas de processamento, alguns fragmentos são removidos do mRNA e as sequências de nucleotídeos raramente são editadas. Após a síntese de RNA no molde de DNA, as moléculas de RNA são transportadas para o citoplasma. Durante o processo de tradução, a informação registrada na sequência de nucleotídeos é traduzida em uma sequência de resíduos de aminoácidos.

Processamento de RNA

Entre a transcrição e a tradução, a molécula de mRNA sofre uma série de alterações sequenciais que garantem a maturação da matriz funcional para a síntese da cadeia polipeptídica. Uma tampa é fixada na extremidade 5΄ e uma cauda poli-A é fixada na extremidade 3΄, o que aumenta a vida útil do mRNA. Com o advento do processamento na célula eucariótica, tornou-se possível combinar éxons de genes para obter uma maior variedade de proteínas codificadas por uma única sequência de nucleotídeos de DNA - splicing alternativo.

Transmissão

A molécula de proteína acabada é então clivada do ribossomo e transportada para o local desejado na célula. Algumas proteínas requerem modificação pós-tradução adicional para atingir seu estado ativo.

Fundação Wikimedia. 2010.

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Livros

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Para estudar os processos que ocorrem no corpo, você precisa saber o que está acontecendo no nível celular. E aí o papel mais importante é desempenhado pelos compostos proteicos. É necessário estudar não só suas funções, mas também o processo de criação. Portanto, é importante explicar de forma breve e clara. A 9ª série é mais adequada para isso. É nesta fase que os alunos têm conhecimentos suficientes para compreender o tema.

Proteínas – o que são e para que servem?

Esses compostos de alto peso molecular desempenham um papel importante na vida de qualquer organismo. As proteínas são polímeros, o que significa que são compostas de muitas “peças” semelhantes. Seu número pode variar de várias centenas a milhares.

As proteínas desempenham muitas funções em uma célula. O seu papel também é grande em níveis mais elevados de organização: tecidos e órgãos dependem em grande parte do bom funcionamento de várias proteínas.

Por exemplo, todos os hormônios são de origem proteica. Mas são essas substâncias que controlam todos os processos do corpo.

A hemoglobina também é uma proteína, consiste em quatro cadeias, que são conectadas no centro por um átomo de ferro. Essa estrutura permite que os glóbulos vermelhos transportem oxigênio.

Lembremos que todas as membranas contêm proteínas. Eles são necessários para o transporte de substâncias através da membrana celular.

Existem muitas outras funções das moléculas de proteína que elas desempenham de forma clara e inquestionável. Esses compostos incríveis são muito diversos, não apenas em suas funções na célula, mas também em sua estrutura.

Onde ocorre a síntese?

O ribossomo é a organela onde ocorre a maior parte do processo denominado biossíntese de proteínas. O 9º ano em diferentes escolas difere no currículo de estudo de biologia, mas muitos professores dão material sobre organelas com antecedência, antes de estudar a tradução.

Portanto, não será difícil para os alunos lembrarem o material abordado e consolidá-lo. Você deve saber que apenas uma cadeia polipeptídica pode ser criada em uma organela por vez. Isto não é suficiente para satisfazer todas as necessidades da célula. Portanto, existem muitos ribossomos e, na maioria das vezes, eles se combinam com o retículo endoplasmático.

Este EPS é chamado de bruto. O benefício dessa “cooperação” é óbvio: a proteína imediatamente após a síntese entra no canal de transporte e pode ser enviada ao seu destino sem demora.

Mas se levarmos em conta o início, nomeadamente a leitura da informação do ADN, então podemos dizer que a biossíntese de proteínas numa célula viva começa no núcleo. É lá que o código genético é sintetizado.

Materiais necessários - aminoácidos, local de síntese - ribossomo

Parece que é difícil explicar de forma breve e clara como a biossíntese de proteínas ocorre: um diagrama de processo e vários desenhos são simplesmente necessários. Eles ajudarão a transmitir todas as informações e também serão mais fáceis para os alunos lembrá-las.

Em primeiro lugar, a síntese requer “materiais de construção” - aminoácidos. Alguns deles são produzidos pelo corpo. Outros só podem ser obtidos através dos alimentos; são chamados de essenciais.

O número total de aminoácidos é vinte, mas devido ao grande número de opções em que podem ser organizados em uma longa cadeia, as moléculas de proteínas são muito diversas. Esses ácidos são semelhantes em estrutura, mas diferem em radicais.

São as propriedades dessas partes de cada aminoácido que determinam em que estrutura a cadeia resultante se “dobrará”, se formará uma estrutura quaternária com outras cadeias e quais propriedades a macromolécula resultante terá.

O processo de biossíntese de proteínas não pode ocorrer simplesmente no citoplasma; requer um ribossomo. consiste em duas subunidades - grande e pequena. Em repouso eles se separam, mas assim que a síntese começa, eles imediatamente se conectam e começam a trabalhar.

Esses ácidos ribonucleicos diferentes e importantes

Para levar um aminoácido ao ribossomo, é necessário um RNA especial chamado RNA de transporte. Para abreviar, é chamado de t-RNA. Esta molécula de cadeia única em forma de folha de trevo é capaz de anexar um aminoácido à sua extremidade livre e transportá-lo para o local de síntese protéica.

Outro RNA envolvido na síntese de proteínas é chamado RNA mensageiro. Ele contém um componente de síntese igualmente importante - um código que indica claramente quando anexar qual aminoácido à cadeia proteica resultante.

Esta molécula possui uma estrutura de fita simples e consiste em nucleotídeos, assim como o DNA. Existem algumas diferenças na estrutura primária desses ácidos nucléicos, sobre as quais você pode ler no artigo comparativo sobre RNA e DNA.

O m-RNA recebe informações sobre a composição da proteína do principal guardião do código genético - o DNA. O processo de leitura e síntese de m-RNA é chamado de transcrição.

Ocorre no núcleo, de onde o m-RNA resultante é enviado ao ribossomo. O próprio DNA não sai do núcleo, sua tarefa é apenas preservar o código genético e transferi-lo para a célula filha durante a divisão.

Tabela resumo dos principais participantes da transmissão

Para descrever a biossíntese de proteínas de forma breve e clara, é simplesmente necessária uma tabela. Nele iremos anotar todos os componentes e seu papel nesse processo, que é chamado de tradução.

O próprio processo de criação de uma cadeia protéica é dividido em três etapas. Vejamos cada um deles com mais detalhes. Depois disso, você pode explicar facilmente a biossíntese de proteínas para quem quiser, de forma breve e clara.

Iniciação - o início do processo

Este é o estágio inicial da tradução em que a pequena subunidade do ribossomo se liga ao primeiro tRNA. Este ácido ribonucleico carrega o aminoácido metionina. A tradução sempre começa com esse aminoácido, pois o códon de início é AUG, que codifica esse primeiro monômero da cadeia proteica.

Para que o ribossomo reconheça o códon de início e não inicie a síntese a partir do meio do gene, onde também pode aparecer a sequência AUG, uma sequência especial de nucleotídeos está localizada ao redor do códon de início. É através deles que o ribossomo reconhece o local onde sua pequena subunidade deve ficar.

Após a formação de um complexo com m-RNA, termina a fase de iniciação. E começa o palco principal da transmissão.

Alongamento - meio da síntese

Nesta fase, ocorre um aumento gradual da cadeia proteica. A duração do alongamento depende do número de aminoácidos na proteína.

Em primeiro lugar, a subunidade grande do ribossomo está ligada à subunidade pequena. E o t-RNA inicial acaba inteiramente nele. Apenas a metionina permanece do lado de fora. Em seguida, um segundo t-RNA carregando outro aminoácido entra na subunidade grande.

Se o segundo códon no mRNA corresponder ao anticódon no topo da folha do trevo, o segundo aminoácido será ligado ao primeiro por meio de uma ligação peptídica.

Depois disso, o ribossomo se move exatamente três nucleotídeos (um códon) ao longo do m-RNA, o primeiro t-RNA separa a metionina de si mesmo e se separa do complexo. Em seu lugar está um segundo t-RNA, no final do qual já existem dois aminoácidos pendurados.

Então um terceiro tRNA entra na subunidade grande e o processo se repete. Isso continuará até que o ribossomo encontre um códon no mRNA que sinaliza o fim da tradução.

Terminação

Esta fase é a última e alguns podem considerá-la bastante cruel. Todas as moléculas e organelas que funcionaram tão harmoniosamente para criar a cadeia polipeptídica param assim que o ribossomo atinge o códon terminal.

Ele não codifica nenhum aminoácido, portanto, não importa qual tRNA esteja incluído na subunidade grande, todos serão rejeitados devido a uma incompatibilidade. É aqui que entram em ação os fatores de terminação, separando a proteína finalizada do ribossomo.

A própria organela pode se desintegrar em duas subunidades ou continuar sua jornada ao longo do m-RNA em busca de um novo códon de início. Um m-RNA pode conter vários ribossomos ao mesmo tempo. Cada um deles está em seu estágio de tradução.A proteína recém-criada é fornecida com marcadores, com a ajuda dos quais todos entenderão seu destino. E segundo a EPS, será enviado para onde for necessário.

Para compreender o papel da biossíntese de proteínas, é necessário estudar quais funções ela pode desempenhar. Depende da sequência de aminoácidos da cadeia. São suas propriedades que determinam o secundário, o terciário e às vezes o quaternário (se existir) e seu papel na célula. Você pode ler mais sobre as funções das moléculas de proteínas em um artigo sobre este assunto.

Como saber mais sobre a transmissão

Este artigo descreve a biossíntese de proteínas em uma célula viva. Claro, se você estudar mais o assunto, serão necessárias muitas páginas para explicar o processo em detalhes. Mas o material acima deve ser suficiente para ideia geral... Materiais de vídeo nos quais os cientistas simularam todas as etapas da transmissão podem ser muito úteis para a compreensão. Alguns deles foram traduzidos para o russo e podem servir como um excelente livro didático para estudantes ou simplesmente como um vídeo educativo.

Para entender melhor o assunto, você deve ler outros artigos sobre temas semelhantes. Por exemplo, sobre ou sobre as funções das proteínas.