Protein biyosentezi

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Gezintiye atla Aramaya atla
Protein biyosentezinin farklı aşamalarında DNA, RNA ve enzimleri gösteren bir hücre içindeki çekirdek
Çekirdekte transkripsiyon ve transkripsiyon sonrası modifikasyonlarla başlayan protein biyosentezi. Daha sonra olgun mRNA, çevrildiği sitoplazmaya aktarılır. Polipeptit zinciri daha sonra katlanır ve çeviri sonrası modifiye edilir.

Protein biyosentezi (ya da protein sentezi ) içinde meydana gelen bir çekirdek biyolojik süreçtir hücreleri , dengeleme hücre kaybını proteinleri (aracılığıyla bozulması ya da ihraç yeni proteinlerin üretimi yoluyla). Proteinler enzimler , yapısal proteinler veya hormonlar gibi bir dizi kritik işlevi yerine getirir . Protein sentezi hem de bir çok benzer bir süreçtir prokaryotlar ve ökaryotlar ancak bazı farklılıklar vardır. [1]

Protein sentezi genel olarak iki aşamaya ayrılabilir - transkripsiyon ve çeviri . Transkripsiyon sırasında, gen olarak bilinen bir proteini kodlayan bir DNA bölümü, haberci RNA (mRNA) adı verilen bir şablon moleküle dönüştürülür . Bu dönüşüm olarak bilinen enzimlerin, ile gerçekleştirilir RNA polimeraz olarak, hücrenin çekirdeğine . [2] Ökaryotlarda, bu mRNA başlangıçta olgun mRNA üretmek için transkripsiyon sonrası değişikliklere uğrayan erken bir formda ( pre-mRNA ) üretilir . Olgun mRNA, hücre çekirdeğinden şu yolla dışa aktarılır:Nükleer gözenekler için sitoplazma çeviri gerçekleşmesi için hücrenin. Çeviri sırasında, mRNA, amino asitlerin dizisini belirlemek için mRNA'nın nükleotid dizisini kullanan ribozomlar tarafından okunur . Ribozomlar, bir polipeptit zinciri oluşturmak için kodlanan amino asitler arasında kovalent peptit bağlarının oluşumunu katalize eder .

Translasyonu takiben polipeptit zinciri, fonksiyonel bir protein oluşturmak için katlanmalıdır; örneğin, bir enzim olarak işlev görebilmesi için polipeptit zincirinin, işlevsel bir aktif bölge üretmek üzere doğru şekilde katlanması gerekir . Fonksiyonel bir üç boyutlu (3D) şekli benimsemek için, polipeptit zincirinin ilk önce ikincil yapılar adı verilen bir dizi daha küçük altta yatan yapı oluşturması gerekir . Bu ikincil yapılardaki polipeptit zinciri daha sonra katlanarak genel 3 boyutlu üçüncül yapıyı oluşturur . Doğru bir şekilde katlandıktan sonra, protein, farklı çeviri sonrası modifikasyonlarla daha fazla olgunlaşmaya uğrayabilir.. Translasyon sonrası modifikasyonlar, proteinin hücre içinde bulunduğu yerde (örneğin sitoplazma veya çekirdek) işlev görme kabiliyetini ve proteinin diğer proteinlerle etkileşime girme kabiliyetini değiştirebilir . [3]

Protein biyosentezi, hastalıkta anahtar bir role sahiptir, çünkü bu süreçte DNA mutasyonları veya proteinin yanlış katlanması yoluyla meydana gelen değişiklikler ve hatalar genellikle bir hastalığın altında yatan nedenlerdir. DNA mutasyonları, sonraki mRNA dizisini değiştirir ve bu daha sonra mRNA kodlu amino asit dizisini değiştirir. Mutasyonlar, çevirinin erken sonlandırılmasına neden olan bir durdurma dizisi oluşturarak polipeptit zincirinin daha kısa olmasına neden olabilir. Alternatif olarak, mRNA dizisindeki bir mutasyon , polipeptit zincirinde o konumda kodlanan spesifik amino asidi değiştirir . Bu amino asit değişikliği, proteinin işlev görme veya doğru şekilde katlanma yeteneğini etkileyebilir. [4]Yanlış katlanmış proteinler genellikle hastalıkta rol oynar çünkü yanlış katlanmış proteinler, yoğun protein kümeleri oluşturmak için birbirine yapışma eğilimindedir . Bu kümeler, Alzheimer hastalığı ve Parkinson hastalığı dahil olmak üzere genellikle nörolojik bir dizi hastalıkla bağlantılıdır . [5]

Transkripsiyon [ düzenle ]

Transkripsiyon, mRNA üretmek için DNA'yı şablon olarak kullanarak çekirdekte gerçekleşir. Ökaryotlarda, bu mRNA molekülü, olgun bir mRNA molekülü üretmek için çekirdekte transkripsiyon sonrası değişikliklere uğradığı için pre-mRNA olarak bilinir. Bununla birlikte, prokaryotlarda transkripsiyon sonrası modifikasyonlar gerekli değildir, bu nedenle olgun mRNA molekülü, transkripsiyonla hemen üretilir. [1]

Bir nükleotidin yapısını, fosfat grubunun 5 'doğasını ve bağ fosfodiester bağlarını oluşturmak için gereken hidroksil grubunun 3' doğasını gösteren 5 karbon etiketli olarak gösterin.
5 'ila 3' arasında değişen kodlama zinciri ve 3 'ila 5' arasında uzanan tamamlayıcı şablon zinciri ile DNA molekülünün kendine özgü yönlülüğünü gösterir.

Başlangıçta, helikaz olarak bilinen bir enzim , DNA molekülü üzerinde etki eder. DNA, baz çiftleri arasındaki hidrojen bağlarıyla bir arada tutulan iki tamamlayıcı polinükleotid ipliğinden oluşan antiparalel , çift sarmal bir yapıya sahiptir . Helikaz, hidrojen bağlarını bozarak, bir gene karşılık gelen bir DNA bölgesinin gevşemesine, iki DNA ipliğini ayırmasına ve bir dizi baz açığa çıkarmasına neden olur. DNA'nın çift sarmallı bir molekül olmasına rağmen, sarmallardan yalnızca biri mRNA öncesi sentez için bir şablon görevi görür - bu sarmal, şablon sarmal olarak bilinir. Diğer DNA ipliği ( şablon ipliğine tamamlayıcıdır ) kodlama ipliği olarak bilinir. [6]

DNA ve RNA Hem içsel sahip yönlülük , molekülün iki ayrı ucu vardır, yani. Yönlülüğün bu özelliği, pentoz şekerinin bir tarafında bir fosfat grubu ve diğer tarafında bir baz bulunan asimetrik altta yatan nükleotid alt birimlerinden kaynaklanmaktadır. Pentoz şekerindeki beş karbon 1 '(burada' asal anlamına gelir) ile 5 'arasında numaralandırılmıştır. Bu nedenle, nükleotitleri bağlayan fosfodiester bağları, bir nükleotidin 3 'karbonu üzerindeki hidroksil grubunun, başka bir nükleotidin 5' karbonu üzerindeki fosfat grubuna birleştirilmesiyle oluşturulur . Dolayısıyla, DNA'nın kodlama zinciri 5 'ila 3' yönde ilerler ve tamamlayıcı, şablon DNA zinciri 3 'ila 5' arasında ters yönde ilerler. [1]

DNA'nın şablon zincirinin RNA polimeraz tarafından pre-mRNA molekülüne dönüştürülmesini gösterir.

Enzim RNA polimeraz , maruz kalan şablon şeridine bağlanır ve genden 3 'ila 5' yönünde okur. Eşzamanlı olarak, RNA polimeraz , şablon sarmal ile tamamlayıcı baz eşleşmesi yapabilen aktive edilmiş nükleotidler (çekirdekte serbest) arasında fosfodiester bağlarının oluşumunu katalize ederek 5'-3 'yönünde tek bir pre-mRNA ipliği sentezler. . Hareketli RNA polimerazının arkasında iki DNA zinciri yeniden birleşir, böylece bir seferde sadece 12 baz DNA çifti açığa çıkar. [6]RNA polimeraz, pre-mRNA molekülünü saniyede 20 nükleotid oranında oluşturur ve aynı genden bir saat içinde binlerce pre-mRNA molekülünün üretilmesini sağlar. Hızlı sentez hızına rağmen, RNA polimeraz enzimi kendi düzeltme mekanizmasını içerir. Düzeltme okuma mekanizmaları, RNA polimerazın, bir eksizyon reaksiyonu yoluyla büyüyen pre-mRNA molekülünden yanlış nükleotitleri (DNA'nın şablon sarmalına tamamlayıcı olmayan) çıkarmasına izin verir. [1] RNA polimerazlar , transkripsiyonu sonlandıran belirli bir DNA dizisine ulaştığında , RNA polimeraz ayrılır ve pre-mRNA sentezi tamamlanır. [6]

Sentezlenen pre-mRNA molekülü, şablon DNA zincirine tamamlayıcıdır ve kodlayıcı DNA zinciri ile aynı nükleotid dizisini paylaşır. Bununla birlikte, DNA ve mRNA moleküllerinin nükleotid bileşiminde çok önemli bir fark vardır. DNA bazlardan oluşur - guanin , sitozin , adenin ve timin (G, C, A ve T) - RNA ayrıca dört bazdan oluşur - guanin, sitozin, adenin ve urasil . RNA moleküllerinde, DNA baz timini, adenin ile baz çifti oluşturabilen urasil ile değiştirilir. Bu nedenle, pre-mRNA molekülünde, kodlayıcı DNA sarmalında timin olacak tüm tamamlayıcı bazların yerini urasil alır. [7]

Transkripsiyon sonrası değişiklikler [ düzenle ]

Çekirdekten dışa aktarılmaya hazır olgun bir mRNA molekülü üretmek için ön mRNA'yı kapatma, poliadenilasyon ve ekleme yoluyla post-transkripsiyonel olarak değiştirme sürecini ana hatlarıyla belirtir.

Transkripsiyon tamamlandığında pre-mRNA molekülü , olgun bir mRNA molekülü üretmek için transkripsiyon sonrası değişikliklere uğrar .

Transkripsiyon sonrası değişikliklerde 3 temel adım vardır:

  1. Bir eklenmesi ' kapak 5'in ön-mRNA molekülünün ucuna 5'
  2. 3 'uçlu pre-mRNA molekülüne bir 3' poli (A) kuyruğunun eklenmesi
  3. RNA ekleme yoluyla intronların uzaklaştırılması

5 'başlığı, pre-mRNA molekülünün 5' ucuna eklenir ve metilasyon yoluyla modifiye edilmiş bir guanin nükleotidinden oluşur . 5 'başlığının amacı, translasyondan önce olgun mRNA moleküllerinin parçalanmasını önlemektir, kapak ayrıca ribozomun mRNA'ya bağlanmasına yardımcı olarak translasyonu başlatır [8] ve mRNA'nın hücredeki diğer RNA'lardan ayırt edilmesini sağlar. [1] Buna karşılık, 3 'Poly (A) kuyruğu mRNA molekülünün 3' ucuna eklenir ve 100-200 adenin bazından oluşur. [8] Bu farklı mRNA modifikasyonları, hücrenin, hem 5 'başlık hem de 3' kuyruğu mevcutsa tam mRNA mesajının sağlam olduğunu tespit etmesini sağlar. [1]

Bu modifiye edilmiş pre-mRNA molekülü daha sonra RNA birleştirme sürecinden geçer. Genler bir dizi intron ve eksondan oluşur , intronlar bir proteini kodlamayan nükleotid dizileridir, eksonlar ise bir proteini doğrudan kodlayan nükleotid dizileridir. İntronlar ve eksonlar hem altta yatan DNA dizisinde hem de pre-mRNA molekülünde bulunur, bu nedenle bir proteini kodlayan olgun bir mRNA molekülü üretmek için birleştirme gerçekleşmelidir. [6] Ekleme sırasında araya giren intronlar, spliceozom (150'den fazla protein ve RNA'dan oluşan) olarak bilinen çok proteinli bir kompleks tarafından pre-mRNA molekülünden uzaklaştırılır . [9] Bu olgun mRNA molekülü daha sonra çekirdeğin zarfındaki nükleer gözenekler yoluyla sitoplazmaya aktarılır.

Çeviri [ düzenle ]

Ribozom tarafından büyüyen polipeptit zincirine tRNA kodon-anti-kodon eşleşmesi ve amino asit katılımının döngüsünü gösteren çeviri sürecini gösterir.
TRNA'ların geldiği, kodon-anti-kodon baz eşleşmesini gerçekleştiren, amino asitlerini büyüyen polipeptit zincirine ileten ve ayrılan bir mRNA dizisi üzerindeki bir ribozom. Ribozomun, çeviri yapmak için bir nano ölçekte işlev gören biyolojik bir makine olarak hareketini gösterir . Ribozom, tRNA'yı birleştiren ve bir polipeptit zinciri üreten olgun mRNA molekülü boyunca hareket eder.

Translasyon sırasında ribozomlar, mRNA şablon moleküllerinden polipeptit zincirlerini sentezler. Ökaryotlarda çeviri, ribozomların serbest yüzer veya endoplazmik retikuluma bağlı olduğu hücrenin sitoplazmasında meydana gelir . Çekirdeksiz prokaryotlarda, hem transkripsiyon hem de translasyon süreçleri sitoplazmada gerçekleşir. [10]

Ribozomlar , mRNA molekülünü çevreleyen iki alt birim (bir büyük ve bir küçük alt birim) halinde düzenlenmiş , protein ve ribozomal RNA karışımından oluşan karmaşık moleküler makinelerdir . Ribozom, mRNA molekülünü 5'-3 'yönünde okur ve onu polipeptit zincirindeki amino asitlerin sırasını belirlemek için bir şablon olarak kullanır. [11] mRNA molekülünü çevirmek için ribozom, transfer RNA'lar olarak bilinen küçük moleküller kullanır.(tRNA), ribozoma doğru amino asitleri iletmek için. Her tRNA, 70-80 nükleotidden oluşur ve molekül içindeki nükleotidler arasında hidrojen bağlarının oluşması nedeniyle karakteristik bir yonca yaprağı yapısını benimser. Yaklaşık 60 farklı tRNA türü vardır, her tRNA , mRNA molekülü içindeki üç nükleotidden ( kodon olarak bilinir ) oluşan belirli bir diziye bağlanır ve belirli bir amino asit verir. [12]

Ribozom başlangıçta başlangıç ​​kodonunda (AUG) mRNA'ya bağlanır ve molekülü çevirmeye başlar. MRNA nükleotid dizisi üçlüler halinde okunur- mRNA molekülündeki üç bitişik nükleotid, tek bir kodona karşılık gelir. Her tRNA, mRNA'da mevcut olabilecek spesifik bir kodona sekans olarak tamamlayıcı olan ve antikodon olarak bilinen üç nükleotitten oluşan açık bir sekansa sahiptir. Örneğin, karşılaşılan ilk kodon, AUG nükleotidlerinden oluşan başlangıç ​​kodonudur. Antikodonlu doğru tRNA (tamamlayıcı 3 nükleotid dizisi UAC), ribozom kullanılarak mRNA'ya bağlanır. Bu tRNA, mRNA kodonuna karşılık gelen doğru amino asidi sağlar, başlangıç ​​kodonu durumunda bu amino asit metiyonindir. Bir sonraki kodon (başlangıç ​​kodonuna bitişik) daha sonra tamamlayıcı antikodon ile doğru tRNA tarafından bağlanır ve bir sonraki amino asidi ribozoma iletir. Ribozom daha sonra peptidil transferazını kullanır.iki bitişik amino asit arasında kovalent peptid bağının oluşumunu katalize etmek için enzimatik aktivite. [6]

Ribozom daha sonra mRNA molekülü boyunca üçüncü kodona doğru hareket eder. Ribozom daha sonra ilk tRNA molekülünü serbest bırakır, çünkü aynı anda sadece iki tRNA molekülü tek bir ribozom tarafından bir araya getirilebilir. Üçüncü kodona tamamlayıcı olan doğru antikodona sahip bir sonraki tamamlayıcı tRNA seçilir ve bir sonraki amino asidi büyüyen polipeptit zincirine kovalent olarak bağlanan ribozoma verilir. Bu süreç, ribozomun polipeptit zincirine saniyede 15 amino asit ekleyerek mRNA molekülü boyunca hareket etmesiyle devam eder. İlk ribozomun arkasında, 50 adede kadar ek ribozom, bir polisom oluşturan mRNA molekülüne bağlanabilir , bu, birden fazla özdeş polipeptit zincirinin eşzamanlı sentezini sağlar. [6]Büyüyen polipeptit zincirinin sona ermesi, ribozom, mRNA molekülünde bir durdurma kodonu (UAA, UAG veya UGA) ile karşılaştığında meydana gelir. Bu meydana geldiğinde, hiçbir tRNA onu tanıyamaz ve bir salım faktörü , ribozomdan tam polipeptit zincirinin salınmasını indükler. [12] Hindistan kökenli bir bilim adamı olan Dr. Har Gobind Khorana , RNA dizilerinin kodunu yaklaşık 20 amino asit için çözdü. [ kaynak belirtilmeli ] 1968'de çalışmaları için diğer iki bilim adamıyla birlikte Nobel Ödülü'ne layık görüldü .

Protein katlama [ düzenle ]

Bir polipeptit zincirinin ilk birincil yapısından dörtlü yapıya katlanma sürecini gösterir.

Polipeptit zincirinin sentezi tamamlandığında, polipeptit zinciri, proteinin işlevlerini yerine getirmesini sağlayan belirli bir yapıya sahip olacak şekilde katlanır. Protein yapısının temel formu , basitçe polipeptit zinciri, yani kovalent bağlı amino asitler dizisi olan birincil yapı olarak bilinir . Bir proteinin birincil yapısı bir gen tarafından kodlanır. Bu nedenle, genin dizisindeki herhangi bir değişiklik, proteinin birincil yapısını ve sonraki tüm protein yapısı düzeylerini değiştirebilir ve sonuçta genel yapıyı ve işlevi değiştirebilir.

Bir proteinin birincil yapısı (polipeptit zinciri), daha sonra proteinin ikincil yapısını oluşturmak için katlanabilir veya kıvrılabilir. En yaygın ikincil yapı türleri, bir alfa sarmal veya beta levha olarak bilinir , bunlar, polipeptit zinciri içinde oluşan hidrojen bağları tarafından üretilen küçük yapılardır. Bu ikincil yapı daha sonra katlanarak proteinin üçüncül yapısını oluşturur. Üçüncül yapı, birbirine katlanan farklı ikincil yapılardan oluşan proteinlerin genel 3D yapısıdır. Üçüncül yapıda, anahtar protein özellikleri, örneğin aktif site, katlanarak oluşturulur ve proteinin işlev görmesini sağlar. Son olarak, bazı proteinler karmaşık bir kuaterner yapı alabilir. Çoğu protein, tek bir polipeptit zincirinden yapılır, ancak bazı proteinler, dörtlü yapıyı oluşturmak için katlanan ve etkileşime giren çoklu polipeptit zincirlerinden (alt birimler olarak bilinir) oluşur. Bu nedenle, genel protein, çok katlı polipeptit zinciri alt birimlerinden, örneğin hemoglobinden oluşan çok alt birimli bir komplekstir . [13]

Çeviri sonrası değişiklikler [ düzenle ]

Protein olgun, fonksiyonel 3D durumuna katlanması tamamlandığında, protein olgunlaşma yolunun sonu olmak zorunda değildir. Katlanmış bir protein, çeviri sonrası modifikasyonlarla daha ileri işlemlere tabi tutulabilir. 200'den fazla bilinen translasyon sonrası modifikasyon türü vardır, bu modifikasyonlar protein aktivitesini, proteinin diğer proteinlerle etkileşime girme kabiliyetini ve proteinin hücre içinde, örneğin hücre çekirdeğinde veya sitoplazmada bulunduğu yerde değiştirebilir. [14] Post-translasyonel modifikasyonlar yoluyla, genom tarafından kodlanan proteinlerin çeşitliliği 2 ila 3 büyüklük sırası ile genişletilir . [15]

Çeviri sonrası değişikliğin dört temel sınıfı vardır: [3]

  1. Bölünme
  2. Kimyasal grupların eklenmesi
  3. Karmaşık moleküllerin eklenmesi
  4. Molekül içi bağların oluşumu

Bölünme [ düzenle ]

Proteaz bölünmesiyle proteinin translasyon sonrası bir modifikasyonunu gösterir, bu, polipeptit zinciri bölündüğünde bile önceden var olan bağların korunduğunu gösterir.

Proteinlerin bölünmesi , proteazlar olarak bilinen enzimler tarafından gerçekleştirilen, tersine çevrilemez bir post-translasyonel modifikasyondur . Bu proteazlar genellikle oldukça spesifiktir ve hedef protein içinde sınırlı sayıda peptit bağının hidrolizine neden olur . Elde edilen kısaltılmış protein, zincirin başında ve sonunda farklı amino asitlerle değiştirilmiş bir polipeptit zincirine sahiptir. Bu post-translasyonel modifikasyon, genellikle proteinlerin işlevini değiştirir, protein, bölünmeyle inaktive edilebilir veya aktive edilebilir ve yeni biyolojik aktiviteler gösterebilir. [16]

Kimyasal grupların eklenmesi [ değiştir ]

Metilasyon, asetilasyon ve fosforilasyon ile proteinin translasyon sonrası modifikasyonunu gösterir.

Translasyonu takiben, olgun protein yapısı içindeki amino asitlere küçük kimyasal gruplar eklenebilir. [17] Hedef proteine ​​kimyasal gruplar ekleyen işlemlerin örnekleri arasında metilasyon, asetilasyon ve fosforilasyon yer alır .

Metilasyon, metil transferaz enzimleri tarafından katalize edilen bir amino aside bir metil grubunun tersinir eklenmesidir . Metilasyon 20 ortak amino asidin en az 9'unda meydana gelir, ancak esas olarak lizin ve arginin amino asitlerinde meydana gelir . Yaygın olarak metillenen bir proteine ​​bir örnek histondur . Histonlar, hücrenin çekirdeğinde bulunan proteinlerdir. DNA, histonların etrafına sıkıca sarılır ve diğer proteinler ve DNA'daki negatif yükler ile histon üzerindeki pozitif yükler arasındaki etkileşimler tarafından yerinde tutulur. Oldukça spesifik bir amino asit metilasyonu modeliHiston proteinleri, DNA'nın hangi bölgelerinin sıkıca sarıldığını ve kopyalanamayacağını ve hangi bölgelerin gevşek bir şekilde sarıldığını ve kopyalanabileceğini belirlemek için kullanılır. [18]

DNA transkripsiyonunun histon bazlı regülasyonu da asetilasyon ile modifiye edilir. Asetilasyon, bir asetil grubunun , asetiltransferaz enzimi tarafından bir lizin amino asidine tersine çevrilebilir kovalent olarak eklenmesidir . Asetil grubu, asetil koenzim A olarak bilinen bir verici molekülden çıkarılır ve hedef proteine ​​aktarılır. [19] Histonlar , histon asetiltransferaz olarak bilinen enzimler tarafından lizin kalıntıları üzerinde asetilasyona uğrar . Asetilasyonun etkisi, histon ve DNA arasındaki yük etkileşimlerini zayıflatmak ve böylece DNA'da daha fazla genin transkripsiyon için erişilebilir olmasını sağlamaktır. [20]

Son, yaygın translasyon sonrası kimyasal grup modifikasyonu fosforilasyondur. Fosforilasyon, bir fosfat grubunun protein içindeki spesifik amino asitlere ( serin , treonin ve tirosin ) tersine çevrilebilir, kovalent olarak eklenmesidir . Fosfat grubu, bir protein kinaz tarafından verici molekül ATP'den çıkarılır ve hedef amino asidin hidroksil grubuna aktarılır , bu, bir çift ürün olarak adenozin difosfat üretir . Bu süreç tersine çevrilebilir ve fosfat grubu enzim protein fosfataz tarafından uzaklaştırılabilir.. Fosforilasyon, fosforile protein üzerinde, diğer proteinlerle etkileşime girmesini ve büyük, çok proteinli kompleksler oluşturmasını sağlayan bir bağlanma sahası yaratabilir. Alternatif olarak, fosforilasyon, proteinin substratına bağlanma kabiliyetini değiştirerek protein aktivitesi seviyesini değiştirebilir. [1]

Karmaşık moleküllerin eklenmesi [ değiştir ]

Bir polipeptit zinciri üzerinde N-bağlantılı ve O-bağlantılı glikosilasyon arasındaki yapı farkını gösterir.

Post-translasyonel modifikasyonlar, daha karmaşık, büyük molekülleri katlanmış protein yapısına dahil edebilir. Bunun yaygın bir örneği, bir polisakkarit molekülünün eklenmesi olan glikosilasyondur ve yaygın olarak en yaygın translasyon sonrası modifikasyon olarak kabul edilir. [15]

Glikosilasyonda, bir polisakkarit molekülü ( glikan olarak bilinir ), hedef proteine glikosiltransferaz enzimleri tarafından kovalent olarak eklenir ve endoplazmik retikulum ve Golgi aparatındaki glikosidazlar tarafından modifiye edilir . Glikosilasyon, hedef proteinin son, katlanmış 3D yapısının belirlenmesinde kritik bir role sahip olabilir. Bazı durumlarda doğru katlama için glikosilasyon gereklidir. N-bağlı glikosilasyon, çözünürlüğü artırarak protein katlanmasını destekler ve protein şaperonlarına protein bağlanmasına aracılık eder . Şaperonlar, diğer proteinlerin yapısını katlamaktan ve korumaktan sorumlu proteinlerdir. [1]

Genel olarak iki tip glikosilasyon vardır, N-bağlantılı glikosilasyon ve O-bağlantılı glikosilasyon . N-bağlı glikosilasyon, bir öncü glikan ilavesiyle endoplazmik retikulumda başlar. Öncü glikan, bir asparajin amino asidinde nitrojene kovalent olarak bağlanan kompleks glikan üretmek için Golgi aparatında modifiye edilir. Buna karşılık, O-bağlantılı glikosilasyon, olgun protein yapısı içindeki amino asitler serin ve treonin içindeki oksijene ayrı ayrı şekerlerin ardışık kovalent eklenmesidir . [1]

Kovalent bağların oluşumu [ değiştir ]

Translasyon sonrası bir modifikasyon olarak disülfid kovalent bağların oluşumunu gösterir. Disülfür bağları, tek bir polipeptit zinciri içinde (solda) veya çok alt birimli bir protein kompleksinde (sağda) polipeptit zincirleri arasında oluşabilir.

Hücre içinde üretilen birçok protein, hücre dışı proteinler olarak işlev görmek üzere hücre dışına salgılanır . Hücre dışı proteinler çok çeşitli koşullara maruz kalır. 3D protein yapısını stabilize etmek için, ya protein içinde ya da kuaterner yapıdaki farklı polipeptid zincirleri arasında kovalent bağlar oluşturulur. En yaygın tip bir disülfür bağıdır (disülfür köprüsü olarak da bilinir). Bir Kükürt atomu içeren yan zincir kimyasal grupları kullanılarak iki sistein amino asit arasında bir disülfür bağı oluşturulur , bu kimyasal gruplar tiyol fonksiyonel grupları olarak bilinir . Disülfür bağları, önceden var olan yapıyı stabilize etmek için hareket ederproteinin. Disülfür bağları, iki tiyol grubu arasında bir oksidasyon reaksiyonunda oluşur ve bu nedenle reaksiyona girmesi için oksitleyici bir ortama ihtiyaç duyar. Sonuç olarak, disülfür bağları tipik olarak, protein disülfür izomerazlar olarak adlandırılan enzimler tarafından katalize edilen endoplazmik retikulumun oksitleyici ortamında oluşturulur. Disülfür bağları, indirgeyici bir ortam olduğu için sitoplazmada nadiren oluşur. [1]

Hastalıkta protein sentezinin rolü [ değiştir ]

Pek çok hastalığa, DNA nükleotid dizisi ile kodlanmış proteinin amino asit dizisi arasındaki doğrudan bağlantı nedeniyle genlerdeki mutasyonlar neden olur. Proteinin birincil yapısındaki değişiklikler, proteinin yanlış katlanmasına veya hatalı çalışmasına neden olabilir. Tek bir gen içindeki mutasyonlar , tek gen bozuklukları olarak bilinen orak hücre hastalığı dahil olmak üzere birçok hastalığın nedeni olarak tanımlanmıştır .

Orak hücre hastalığı [ değiştir ]

Sağlıklı bir birey ile orak hücre anemisi hastası arasında farklı kırmızı kan hücresi şekillerini ve kan damarlarındaki farklı kan akışını gösteren bir karşılaştırma.

Orak hücre hastalığı, oksijenin taşınmasından sorumlu kırmızı kan hücrelerinde bulunan bir protein olan hemoglobinin bir alt birimindeki mutasyonun neden olduğu bir grup hastalıktır. Orak hücre hastalıklarının en tehlikelisi orak hücre anemisi olarak bilinir. Orak hücre anemisi, en yaygın homozigot resesif tek gen bozukluğudur , yani hastanın hastalıktan muzdarip olması için etkilenen genin her iki kopyasında da (her ebeveynden miras alınan) bir mutasyon taşıması gerekir. Hemoglobin, karmaşık bir kuaterner yapıya sahiptir ve dört polipeptit alt biriminden oluşur - iki A alt birimi ve iki B alt birimi. [21]Orak hücre anemisinden muzdarip hastalar, hemoglobin B alt birim polipeptit zincirini kodlayan gende bir yanlış anlamlı veya ikame mutasyonuna sahiptir. Hatalı bir mutasyon, nükleotid mutasyonunun genel kodon üçlüsünü, farklı bir amino asidin yeni kodonla eşleşeceği şekilde değiştirdiği anlamına gelir. Orak hücre anemisi durumunda, en yaygın yanlış mutasyon, hemoglobin B alt birim geninde timinden adenine tek bir nükleotid mutasyonudur. [22] Bu kodon 6'yı amino asit glutamik asidi kodlamadan kodlayan valine değiştirir. [21]

Hemoglobin B alt birim polipeptit zincirinin birincil yapısındaki bu değişiklik, düşük oksijen koşullarında hemoglobin çoklu alt birim kompleksinin işlevselliğini değiştirir. Kırmızı kan hücreleri oksijeni vücut dokularına boşalttığında, mutasyona uğramış hemoglobin proteini kırmızı kan hücresi içinde yarı katı bir yapı oluşturmak için birbirine yapışmaya başlar. Bu, kırmızı kan hücresinin şeklini bozarak karakteristik "orak" şekline neden olur ve hücre esnekliğini azaltır. Bu sert, bozuk kırmızı kan hücresi kan damarlarında birikerek tıkanmaya neden olabilir. Tıkanma dokulara kan akışını engeller ve doku ölümüne yol açarak kişide büyük acılara neden olabilir. [23]

Ayrıca bkz. [ Düzenle ]

  • Moleküler biyolojinin merkezi dogması
  • Genetik Kod
  • Gen ifadesi
  • Çeviri sonrası değişiklik
  • Protein katlama

Referanslar [ düzenle ]

  1. ^ Bir b c d e f g h i j Alberts Bruce (2015). Hücrenin moleküler biyolojisi (Altıncı baskı). Abingdon, İngiltere: Garland Science, Taylor ve Francis Group. ISBN 978-0815344643.
  2. ^ O'Connor, Clare (2010). Hücre Biyolojisinin Temelleri . NPG Eğitimi: Cambridge, MA . Erişim tarihi: 3 Mart 2020 .
  3. ^ a b Wang, Yu-Chieh; Peterson, Suzanne E; Loring, Jeanne F (2013). "Protein post-translasyonel modifikasyonlar ve insan kök hücrelerinde pluripotensin düzenlenmesi" . Hücre Araştırması . 24 (2): 143–160. doi : 10.1038 / cr.2013.151 . PMC 3915910 . PMID 24217768 .  
  4. ^ Scheper, Gert C .; van der Knaap, Marjo S .; Gurur Christopher G. (2007). "Çeviri önemlidir: kalıtsal hastalıkta protein sentezi kusurları". Nature Reviews Genetics . 8 (9): 711–723. doi : 10.1038 / nrg2142 . PMID 17680008 . S2CID 12153982 .  
  5. ^ Berg, Jeremy M; Tymoczko, John L; Gatto Jr, Gregory J; Stryer, Lubert (2015). Biyokimya (Sekizinci baskı). ABD: WH Freeman ve Şirketi. ISBN 9781464126109.
  6. ^ a b c d e f Toole, Glenn; Toole Susan (2015). AQA biyolojisi A seviyesi. Öğrenci kitabı (İkinci baskı). Great Clarendon Street, Oxford, OX2 6DP, UK: Oxford University Press. ISBN 9780198351771.CS1 Maint: konum ( bağlantı )
  7. ^ Berk, Arnold; Lodish, Harvey; Darnell, James E (2000). Moleküler hücre biyolojisi (4. baskı). New York: WH Freeman. ISBN 9780716737063.
  8. ^ a b "Ökaryotik pre-mRNA işleme" . Khan Akademisi . Erişim tarihi: 9 Mart 2020 .
  9. ^ Jo, Bong-Seok; Choi, Sun Shim (2015). "İntronlar: Genomlardaki İntronların Fonksiyonel Faydaları" . Genomik ve Bilişim . 13 (4): 112–8. doi : 10.5808 / GI.2015.13.4.112 . PMC 4742320 . PMID 26865841 .  
  10. ^ "Çeviri aşamaları (makale)" . Khan Akademisi . Erişim tarihi: 10 Mart 2020 .
  11. ^ "Çekirdek ve ribozomlar (makale)" . Khan Akademisi . Erişim tarihi: 10 Mart 2020 .
  12. ^ a b Cooper, GM (2000). Hücre: moleküler bir yaklaşım (2. baskı). Sunderland (MA): Sinauer Associates. ISBN 9780878931064.
  13. ^ "Protein yapısı: Birincil, ikincil, üçüncül ve dörtlü (makale)" . Khan Akademisi . Erişim tarihi: 11 Mart 2020 .
  14. ^ Duan, Guangyou; Walther, Dirk; Radivojac, Predrag (2015). "Protein Etkileşim Ağları Bağlamında Çeviri Sonrası Değişikliklerin Rolleri" . PLOS Hesaplamalı Biyoloji . 11 (2): e1004049. Bibcode : 2015PLSCB..11E4049D . doi : 10.1371 / journal.pcbi.1004049 . PMC 4333291 . PMID 25692714 .  
  15. ^ a b Schubert, Mario; Walczak, Michal J .; Aebi, Markus; Daha geniş, Gerhard (2015). "NMR Spektroskopisi ile Saptanan Bozulmamış Proteinlerin Translasyon Sonrası Modifikasyonları: Glikosilasyona Uygulama". Angewandte Chemie Uluslararası Sürümü . 54 (24): 7096–7100. doi : 10.1002 / anie.201502093 . PMID 25924827 . 
  16. ^ Ciechanover, Aaron; Genel olarak, Christopher M. (2005). "Proteoliz: lizozomdan ubikuitin ve proteazoma". Doğa Moleküler Hücre Biyolojisini İnceliyor . 6 (1): 79–87. doi : 10.1038 / nrm1552 . PMID 15688069 . S2CID 8953615 .  
  17. ^ Brenner, Sidney; Miller, Jefferey H. (2001). Genetik Ansiklopedisi . Elsevier Science Inc. s. 2800. ISBN 978-0-12-227080-2.
  18. ^ Murn, Jernej; Shi, Yang (2017). "Protein metilasyon araştırmalarının dolambaçlı yolu: dönüm noktaları ve yeni sınırlar". Doğa Moleküler Hücre Biyolojisini İnceliyor . 18 (8): 517–527. doi : 10.1038 / nrm.2017.35 . PMID 28512349 . S2CID 3917753 .  
  19. ^ Drazic, Adrian; Myklebust, Line M .; Ree, Rasmus; Arnesen, Thomas (2016). "Protein asetilasyon dünyası" . Biochimica et Biophysica Açta (BBA) - Proteinler ve Proteomikler . 1864 (10): 1372-1401. doi : 10.1016 / j.bbapap.2016.06.007 . PMID 27296530 . 
  20. ^ Bannister, Andrew J; Kouzarides Tony (2011). "Histon modifikasyonları ile kromatinin düzenlenmesi" . Hücre Araştırması . 21 (3): 381–395. doi : 10.1038 / cr.2011.22 . PMC 3193420 . PMID 21321607 .  
  21. ^ a b Habara, Alevi; Steinberg, Martin H (2016). "Minireview: Orak hücre hastalığında heterojenliğin ve ciddiyetin genetik temeli" . Deneysel Biyoloji ve Tıp . 241 (7): 689-696. doi : 10.1177 / 1535370216636726 . PMC 4950383 . PMID 26936084 .  
  22. ^ Mangla, Ankit; Ehsan, Moavia; Maruvada, Smita (2020). "Orak Hücreli Anemi" . StatPearls . StatPearls Yayıncılık. PMID 29489205 . Erişim tarihi: 12 Mart 2020 . 
  23. ^ Ilesanmi, Oluwatoyin Olatundun (2010). "Orak hücre bozukluğunda semptomların ve krizlerin patolojik temeli: danışmanlık ve psikoterapi için çıkarımlar" . Hematoloji Raporları . 2 (1): 2. doi : 10.4081 / hr.2010.e2 . PMC 3222266 . PMID 22184515 .  

Dış bağlantılar [ düzenle ]

  • Transkripsiyon ve çeviri yoluyla DNA'yı proteine ​​dönüştürme sürecini görselleştiren yararlı bir video
  • Hastalıkta mutasyonların ve proteinin yanlış katlanmasının rolüne atıfta bulunarak, işlevsel olmayan birincil yapıdan olgun, katlanmış bir 3D protein yapısına protein katlanma sürecini görselleştiren video
  • Farklı çeviri sonrası değişiklik türlerini ve bunların kimyasal yapılarını ayrıntılarıyla anlatan daha gelişmiş bir video