Synteza białek w komórce

Synteza białek w komórce odbywa się wielostopniowo. Pierwszym jej etapem jest synteza w jądrze cząsteczek kwasu rybonukleinowego, w którym układ nukleotydów dopełnia sekwencję nukleotydów w łańcuchu DNA (porównaj także str. 38). W podwójnej spirali DNA jądrowego reszty adeniny jednego łańcucha leżą naprzeciw reszt tyminy drugiego łańcucha, a reszty cytozyny naprzeciwko reszt guaniny. Synteza RNA poprzedzona jest prawdopodobnie oddzieleniem się od siebie fragmentów łańcuchów DNA. Fragmenty te służą jako wzorzec (matryca) do syntezy łańcucha RNA, w którym nukleotydy ustawiają się w takiej kolejności, aby syntetyzowany łańcuch RNA dopełniał łańcuch DNA. W trakcie tego procesu zostaje zachowana zasada komplementarności (uzupełniania się) leżących naprzeciwko siebie nukleotydów. Jeśli na przykład we fragmencie łańcucha DNA zasady ustawione były w kolejności: adenina, tymina, adenina, guanina, cytozyna, cytozyna, guanina, to w dopełniającym go fragmencie łańcucha RNA wystąpi układ: uracyl, adenina, uracyl, cytozyna, guanina, guanina, cytozyna. A zatem naprzeciwko cytozyny ustawi się guanina, guaniny – cytozyna, tyminy – adenina i adeniny – uracyl, który w RNA występuje w miejscu tyminy w DNA. W trakcie procesu syntezy RNA struktura wzorcowego DNA nie ulega zmianie.

W jądrze komórkowym na wzorcu DNA syntetyzowane są przy udziale licznych enzymów trzy typy kwasów rybonukleinowych, z których każdy spełnia inne funkcje. Rolę przenośnika informacji określającej charakter syntetyzowanego białka spełnia RNA zwany informacyjnym (po angielsku messenger RNA, oznaczany skrótem m-RNA). Proces jego tworzenia jest w pewnym sensie przepisywaniem (transkrypcją) kodu nukleotydów DNA na układ nukleotydów w cząsteczkach RNA. Syntetyzowany w jądrze w procesie transkrypcji przenika on następnie do cytoplazmy, gdzie wchodzi w kontakt z rybosomami i spełnia rolę czynnika określającego kolejność aminokwasów w łańcuchach polipeptydowych syntetyzowanego białka.

Inny rodzaj RNA występuje w rybosomach (oznaczamy go zwykle skrótem r-RNA), stanowiąc obok białek zasadniczy ich składnik. Funkcje jego nie są jeszcze w pełni wyjaśnione. W trakcie syntezy białek następuje połączenie rybosomów z m-RNA. Niektórzy autorzy sugerują, że rybosomy mogą wówczas przesuwać się wzdłuż nici m-RNA niejako „odczytując” zakodowaną w nim informację, przy czym synteza białek zachodziłaby tylko w miejscach bezpośredniego kontaktu m-RNA z rybosomem. Czasem cała seria rybosomów wędruje wzdłuż nici m-RNA. Struktury takie zbudowane z nici m-RNA i przylegających do nich rybosomów określa się zwykle jako polirybosomy.

Trzeci typ cząsteczek RNA charakteryzuje się stosunkowo małym ciężarem cząsteczkowym i znaczną rozpuszczalnością w wodzie. Jest on zwykle rozproszony w cytoplazmie i spełnia rolę przenośnika reszt aminokwasów w pobliże rybosomów, na których powierzchni zlokalizowany jest RNA informacyjny. Ten rodzaj RNA zwany jest zazwyczaj rozpuszczalnym, przenośnikowym lub (z angielskiego) transfer- -RNA i oznaczany s-RNA albo t-RNA. Przypuszcza się obecnie, że istnieje ponad dwadzieścia rodzajów cząsteczek RNA przenośnikowego, z których każdy łączy się z jednym określonym aminokwasem. Procesy zachodzące na powierzchni rybosomu i decydujące o utworzeniu się łańcucha polipeptydowego nie są jeszcze w szczegółach wyjaśnione. Wiadomo jednak, że podczas nich następuje odczytanie (translacja) kodu genetycznego, której rezultatem jest kolejne dołączenie reszt aminokwasów do syntetyzowanego łańcucha (ryc. 26).

Kolejne trójki nukleotydów m-RNA zlokalizowanego na powierzchni rybosomów odpowiadają różnym aminokwasom. W ostatnich pięciu latach udało się częściowo określić, jakie trójki nukleotydów odpowiadają poszczególnym aminokwasom. Przekonano się także, że ten sam kod trójkowy wyznacza syntezę białek we wszystkich badanych dotychczas komórkach. W genetyce molekularnej grupę nukleotydów kodujących jeden aminokwas nazywa się często kodonem, a zatem uniwersalnymi kodonami aminokwasów są trójki nukleotydów. Okazało się przy tym, że jednemu aminokwasowi odpowiadają czasem dwie lub trzy różne trójki nukleotydów RNA informacyjnego, czyli, jak mówimy, kod genetyczny wykazuje cechy kodu zdegenerowanego. Jest to możliwe dzięki temu, że z czterech różnych nukleotydów można uformować 64 różne trójki (triplety).

Odczytano już zasadniczy kod dla dwudziestu aminokwasów, ale trzeba zaznaczyć, że nie we wszystkich przypadkach określono kolejność zasad w poszczególnych trójkach. Badany jest również problem, jak następuje rozpoczęcie odczytywania kodu łańcucha. Istnieją nukleotydy lub ich ugrupowania nie odpowiadające żadnemu z aminokwasów. Takie „nonsensowne” trójki (np. UAG) oznaczają prawdopodobnie początek lub koniec szyfru określającego kolejność łączenia się aminokwasów w łańcuch syntetyzowanego białka.

Chociaż wiemy już stosunkowo dużo o tym, jak informacja genetyczna zawarta w DNA decyduje o charakterze syntetyzowanych białek, znacznie uboższe są nasze wiadomości o czynnikach kontrolujących realizację tej informacji w komórkach. Według Sonneborna w ciągu cyklu życiowego komórki zwierząt tkankowych wykorzystują tylko ok. 10% informacji zakodowanej w łańcuchach DNA.

Poznanie czynników określających, która część informacji genetycznej i kiedy ma zostać wykorzystana, jest bardzo ważne dla zrozumienia procesów różnicowania komórkowego, gdyż wszystkie komórki organizmu tkankowego wyposażone są w ten sam zestaw informacji, a tylko różną jego część realizują.

Podobne wpisy