Co dziwne, sztuczna synteza białka jest czasami łatwiejsza niż określenie jego struktury. Niech będzie znana struktura białka. Jak to zrobić w butelce?
Postawmy sobie za cel sztuczną syntezę jednego z najprostszych białek – insuliny. Jak już powiedzieliśmy, cząsteczka insuliny składa się z dwóch łańcuchów A i B. Oczywiście należy uzyskać oba łańcuchy osobno, a następnie je połączyć. A więc synteza łańcucha B cząsteczki insuliny. Przeprowadzimy to od końca C łańcucha. Pierwszym aminokwasem jest alanina. Na początek weźmiemy bazę, do której będziemy stopniowo, kwas po kwasie, dodawać łańcuch insuliny. Jako taką bazę można zastosować żywice jonowymienne i polistyren. Przyłączmy pierwszy aminokwas, alaninę, do zasady poprzez grupę karboksylową.
Zatem grupa karboksylowa alaniny jest przyłączona do żywicy, ale jej grupa aminowa jest wolna. Teraz następny aminokwas, lizyna, musi być przyłączony do tej grupy aminowej poprzez grupę karboksylową. Jak to zrobić? Dobrym sposobem uzyskania wiązania amidowego pomiędzy grupą karboksylową i aminową jest acylowanie tej ostatniej chlorkiem kwasowym. To uwalnia chlorowodór.
To właśnie zrobimy. Weźmy chlorek lizyny i użyjmy go na... Przestań! Nic dobrego z tego nie wyniknie. Faktem jest, że sama lizyna ma grupę aminową i nie jest jasne, dlaczego chlorek kwasowy lizyny miałby oddziaływać tylko z grupą aminową pierwszego aminokwasu (alaniną), a nie dawać poliamid lizyny.
Jak być? Aby wyjść z tej sytuacji, należy chronić grupę aminową lizyny przed działaniem bezwodników chloru. W tym celu poddaje się go acylowaniu bezwodnikiem trifluorooctowym. Dlaczego właśnie trifluorooctowy, a nie tylko octowy, dlaczego grupa aminowa nie może być po prostu acetylowana, czyli chroniona przez grupę COCHO? Okazuje się, że grupa acetylowa „ściśle trzyma się” grupy aminowej, a naszym celem jest umieszczenie jej „tymczasowo”. Trifluoroacetyl będzie wtedy łatwy do „usunięcia” bez niszczenia powstałego peptydu.
Oznacza to, że kolejnym etapem jest acylowanie przy grupie aminowej alaniny „przyłączonej” do żywicy trifluoroacetylowanym chlorkiem lizyny (również przy grupie aminowej). W przypadku lizyny sprawę dodatkowo komplikuje obecność drugiej grupy aminowej, jednak można ją zabezpieczyć jakąś grupą X, która nie jest od niej odszczepiana w trakcie syntezy i usuwana dopiero na samym końcu.
W rezultacie otrzymujemy dipeptyd z zabezpieczoną grupą aminową. Teraz grupa aminowa musi zostać uwolniona. Usuwamy zabezpieczenie za pomocą słabego roztworu alkalicznego i uzyskujemy wolną grupę aminową, która może przyjąć kolejny aminokwas – prolinę.
Następny etap jest już dla czytelnika jasny – działamy na peptyd trifluoroacetylowanym chlorkiem kwasowym proliny. Następnie usuwamy grupę zabezpieczającą, stosujemy chlorek kwasowy trifluoroacetylowanej treoniny i tak dalej, aż zbudujemy cały łańcuch składający się z 30 aminokwasów. Dodajemy ostatni kwas - fenyloalaninę, usuwamy grupę zabezpieczającą i za pomocą kwasu odłączamy gotowy łańcuch od żywicy.
W ten sam sposób syntetyzujemy drugi łańcuch, łączymy oba łańcuchy i sztuczna insulina gotowa! Nie tak łatwo i nie tak szybko, prawda? Tak, praca wymaga cierpliwości i czasu.
Niemniej jednak w 1968 roku Maryfieldowi udało się zsyntetyzować stosunkowo złożone białko - enzym rybonukleazę. Składa się ze 124 aminokwasów. Synteza ta obejmowała 11 931 etapów (podobnych do tych, które właśnie omówiliśmy) i została ukończona w zaledwie trzy tygodnie.
Białka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.10. Pierwszym sztucznie syntetyzowanym białkiem była insulina, a także białko sojowe.
Odpowiedź UsuwaćBiałka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.9. Trypsyna, pepsyna.
Odpowiedź UsuwaćBiałka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Odpowiedź Usuwać
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.
3. To siarka dostarcza keratyny, z której zbudowane są łuski włosów. Przy niedoborze siarki włosy stają się matowe, pozbawione życia i tracą elastyczność.Białka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.6. Rosnący organizm potrzebuje białka, a zawartość białka jest wyższa w zupie mięsnej.
Odpowiedź UsuwaćBiałka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.2) Krew zawiera białko, które krzepnie w temperaturach powyżej 42 stopni
Odpowiedź UsuwaćBiałka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.6. Zupa mięsna zawiera białko, które jest potrzebne do wzrostu masy mięśniowej.
Odpowiedź UsuwaćBiałka to nieregularne polimery, których monomerami są aminokwasy. Naturalne białka zawierają 20 aminokwasów, z czego 8 jest niezbędnych, tj. nie są syntetyzowane w organizmie i muszą zostać dostarczone do organizmu z pożywieniem.
Białka wchodząc w interakcję z kwasem azotowym dają żółty kolor. Reakcja ta nazywana jest reakcją ksantoproteinową.Podstawową strukturą białek jest przemiana aminokwasów w strukturę liniową. Denaturacja to proces zmiany struktury cząsteczki białka. Zawartość białka w jajach jest wyższa niż w mleku i jego przetworach. Po ugotowaniu białko zmienia kolor.7.Mleko może się zwarzyć w wyniku procesu zakwaszania. Każde mleko zawiera specjalne bakterie kwasu mlekowego. Jeśli mleko jest schłodzone, znajduje się w stanie uśpienia. Gdy produkt osiągnie temperaturę zbliżoną do temperatury pokojowej, bakterie zaczynają się aktywnie namnażać. W wyniku tego procesu mleko zmienia swoje właściwości – konsystencję i smak. Przyczyną zakwaszenia jest zwykle niewłaściwe przechowywanie. Co więcej, nie zawsze jest to wina konsumenta – jeśli mleko pozostawione przez dłuższy czas w fabryce lub sklepie w niewłaściwej temperaturze, może bardzo szybko skwaśnieć.
2. Krew zawiera białko. Kiedy białko jest podgrzewane lub przetwarzane, rozpoczyna się proces denaturacji. Białkowa podstawa hemoglobiny ulega zniszczeniu, a na ubraniach pozostają plamy z tlenku żelaza, głównie rdza, którą trudno zmyć.
Odpowiedź UsuwaćMetabolizm- najważniejsza właściwość organizmów żywych. Zespół reakcji metabolicznych zachodzących w organizmie nazywa się metabolizm. Metabolizm składa się z reakcji asymilacja(metabolizm plastyczny, anabolizm) i reakcje dysymilacja(metabolizm energetyczny, katabolizm). Asymilacja to zespół reakcji biosyntezy zachodzących w komórce, dysymilacja to zespół reakcji rozpadu i utleniania substancji wielkocząsteczkowych, które uwalniają energię. Te grupy reakcji są ze sobą powiązane: reakcje biosyntezy nie są możliwe bez energii uwalnianej w reakcjach wymiany energii, reakcje dysymilacji nie zachodzą bez enzymów powstających w reakcjach wymiany plastycznej.
W zależności od rodzaju metabolizmu organizmy dzieli się na dwie grupy: autotrofy i heterotrofy. Autotrofy- organizmy zdolne do syntezy substancji organicznych z nieorganicznych i wykorzystujące do tej syntezy energię słoneczną lub energię uwolnioną podczas utleniania substancji nieorganicznych. Heterotrofy- organizmy wykorzystujące do swoich funkcji życiowych substancje organiczne syntetyzowane przez inne organizmy. Autotrofy wykorzystują substancje nieorganiczne (CO 2) jako źródło węgla, a heterotrofy wykorzystują egzogenne substancje organiczne. Źródła energii: u autotrofów – energia ze światła słonecznego ( fotoautotrofy) lub energia uwalniana podczas utleniania związków nieorganicznych ( chemoautotrofy), u heterotrofów - energia utleniania substancji organicznych ( chemoheterotrofy).
Większość żywych organizmów to fotoautotrofy (rośliny) lub chemoheterotrofy (grzyby, zwierzęta). Jeśli organizmy, w zależności od warunków, zachowują się jak autotrofy lub heterotrofy, wówczas nazywa się je miksotrofy(zielona euglena).
Biosynteza białek
Biosynteza białek jest najważniejszym procesem anabolizmu. O wszystkich cechach, właściwościach i funkcjach komórek i organizmów ostatecznie decydują białka. Białka są krótkotrwałe, ich istnienie jest ograniczone. Każda komórka stale syntetyzuje tysiące różnych cząsteczek białka. Na początku lat 50. XX wiek F. Crick sformułował centralny dogmat biologii molekularnej: DNA → RNA → białko. Zgodnie z tym dogmatem zdolność komórki do syntezy określonych białek jest dziedziczona, a informacja o sekwencji aminokwasów w cząsteczce białka jest kodowana w postaci sekwencji nukleotydów DNA. Nazywa się odcinek DNA, który niesie informację o pierwotnej strukturze danego białka genom. Geny nie tylko przechowują informację o sekwencji aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym, ale także kodują określone typy RNA: rRNA, które wchodzą w skład rybosomów, oraz tRNA, które odpowiadają za transport aminokwasów. W procesie biosyntezy białek można wyróżnić dwa główne etapy: transkrypcja- Synteza RNA na matrycy DNA (genu) - i audycja- synteza łańcucha polipeptydowego.
Kod genetyczny i jego właściwości
Kod genetyczny- system zapisu informacji o sekwencji aminokwasów w polipeptydzie poprzez sekwencję nukleotydów DNA lub RNA. Ten system nagrywania jest obecnie uważany za odszyfrowany.
Właściwości kodu genetycznego:
- triplet: każdy aminokwas jest kodowany przez kombinację trzech nukleotydów (triplet, kodon);
- niepowtarzalność (specyficzność): triplet odpowiada tylko jednemu aminokwasowi;
- degeneracja (redundancja): aminokwasy mogą być kodowane przez kilka (do sześciu) kodonów;
- uniwersalność: system kodowania aminokwasów jest taki sam we wszystkich organizmach na Ziemi;
- nienakładające się: sekwencja nukleotydów ma ramkę odczytu składającą się z 3 nukleotydów, ten sam nukleotyd nie może być częścią dwóch tripletów;
- z 64 trójek kodu, 61 koduje, koduje aminokwasy, a 3 są bez znaczenia (w RNA - UAA, UGA, UAG), nie kodują aminokwasów. Nazywają się Kodony terminatora, ponieważ blokują syntezę polipeptydów podczas translacji. Ponadto istnieje kodon inicjatorowy(w RNA - AUG), od którego rozpoczyna się translacja.
Tabela kodu genetycznego
| Pierwszy baza | Druga baza | Trzeci baza |
|||
|---|---|---|---|---|---|
| U(A) | C(G) | NA) | G(C) | ||
| U(A) | Suszarka do włosów Suszarka do włosów Lei Lei |
Ser Ser Ser Ser |
Galeria strzelecka Galeria strzelecka — — |
Cis Cis — Trzy |
U(A) C(G) NA) G(C) |
| C(G) | Lei Lei Lei Lei |
O O O O |
Gies Gies Gln Gln |
Argument Argument Argument Argument |
U(A) C(G) NA) G(C) |
| NA) | Ile Ile Ile Met |
Tre Tre Tre Tre |
Asn Asn Liz Liz |
Ser Ser Argument Argument |
U(A) C(G) NA) G(C) |
| G(C) | Wał Wał Wał Wał |
Ala Ala Ala Ala |
Żmija Żmija Glu Glu |
Gli Gli Gli Gli |
U(A) C(G) NA) G(C) |
* Pierwszy nukleotyd w triplecie to jeden z czterech lewych pionowych rzędów, drugi to jeden z górnych poziomych rzędów, a trzeci to jeden z prawych pionowych rzędów.
Reakcje syntezy szablonów
Jest to szczególna kategoria reakcji chemicznych zachodzących w komórkach organizmów żywych. Podczas tych reakcji cząsteczki polimeru syntetyzowane są zgodnie z planem określonym w strukturze innych cząsteczek matrycy polimerowej. Na jednej matrycy można zsyntetyzować nieograniczoną liczbę cząsteczek kopii. Ta kategoria reakcji obejmuje replikację, transkrypcję, translację i odwrotną transkrypcję.
Gen- odcinek cząsteczki DNA, który koduje pierwszorzędową sekwencję aminokwasów w polipeptydzie lub sekwencję nukleotydów w cząsteczkach transportowego i rybosomalnego RNA. DNA jednego chromosomu może zawierać kilka tysięcy genów ułożonych w sposób liniowy. Nazywa się położenie genu w określonym regionie chromosomu umiejscowienie. Cechami strukturalnymi genu eukariotycznego są: 1) obecność dostatecznie dużej liczby bloków regulacyjnych, 2) mozaikowość (naprzemienność regionów kodujących z niekodującymi). Egzony(E) - regiony genów niosące informację o strukturze polipeptydu. Introny(I) - regiony genów, które nie niosą informacji o strukturze polipeptydu. Liczba eksonów i intronów różnych genów jest różna; eksony występują naprzemiennie z intronami, przy czym całkowita długość tych ostatnich może dwukrotnie lub więcej razy przekraczać długość eksonów. Przed pierwszym eksonem i po ostatnim eksonie znajdują się sekwencje nukleotydowe zwane odpowiednio sekwencją liderową (LS) i sekwencją przyczepy (TS). Sekwencje liderowe i końcowe, eksony i introny tworzą jednostkę transkrypcyjną. Promotor(P) - region genu, do którego przyłącza się enzym polimeraza RNA, jest specjalną kombinacją nukleotydów. Przed i po jednostce transkrypcyjnej czasami w intronach znajdują się elementy regulatorowe (RE), do których należą wzmacniacze I tłumiki. Wzmacniacze przyspieszają transkrypcję, tłumiki ją spowalniają.
Transkrypcja to synteza RNA na matrycy DNA. Przeprowadzane przez enzym polimerazę RNA.
Polimeraza RNA może przyłączać się tylko do promotora, który znajduje się na 3" końcu nici matrycowej DNA i przemieszczać się tylko od 3" do 5" końca tej nici matrycowej DNA. Synteza RNA zachodzi na jednym z dwóch DNA nici zgodnie z zasadami komplementarności i antyrównoległości. Budulcem i źródłem energii do transkrypcji są trifosforany rybonukleozydów (ATP, UTP, GTP, CTP).
W wyniku transkrypcji powstaje „niedojrzały” mRNA (pro-mRNA), który przechodzi etap dojrzewania lub przetwarzania. Obróbka obejmuje: 1) capping końca 5", 2) poliadenylację końca 3" (przyłączenie kilkudziesięciu nukleotydów adenylowych), 3) splicing (wycięcie intronów i zszycie eksonów). Dojrzały mRNA jest podzielony na CEP, region podlegający translacji (połączone ze sobą eksony), regiony nie podlegające translacji (UTR) i ogon poliadenylanowy.
Region poddany translacji zaczyna się od kodonu inicjatora i kończy się kodonami terminatora. UTR zawierają informacje określające zachowanie RNA w komórce: długość życia, aktywność, lokalizacja.
Transkrypcja i przetwarzanie zachodzą w jądrze komórkowym. Dojrzały mRNA uzyskuje określoną konformację przestrzenną, jest otoczony białkami i w tej formie transportowany jest przez pory jądrowe do rybosomów; Eukariotyczne mRNA są zwykle monocistronowe (kodują tylko jeden łańcuch polipeptydowy).
Audycja
Tłumaczenie to synteza łańcucha polipeptydowego na matrycy mRNA.
Organellami zapewniającymi translację są rybosomy. U eukariontów rybosomy znajdują się w niektórych organellach - mitochondriach i plastydach (rybosomy 70S), wolne w cytoplazmie (rybosomy 80S) i na błonach retikulum endoplazmatycznego (rybosomy 80S). Zatem synteza cząsteczek białka może zachodzić w cytoplazmie, na szorstkiej siatce śródplazmatycznej, w mitochondriach i plastydach. W cytoplazmie syntetyzowane są białka na potrzeby własne komórki; białka syntetyzowane na ER są transportowane jego kanałami do kompleksu Golgiego i usuwane z komórki. Rybosom ma małe i duże podjednostki. Mała podjednostka rybosomu jest odpowiedzialna za funkcje genetyczne i dekodujące; duży - do biochemicznego, enzymatycznego.
Znajduje się w małej podjednostce rybosomu centrum funkcyjne(FCR) z dwiema sekcjami - peptydyl(wykres P) i aminoacyl(Sekcja). FCR może zawierać sześć nukleotydów mRNA, trzy w regionach peptydylowych i trzy w regionach aminoacylowych.
Do transportu aminokwasów do rybosomów wykorzystuje się transferowe RNA i tRNA (wykład nr 4). Długość tRNA wynosi od 75 do 95 reszt nukleotydowych. Mają strukturę trzeciorzędową, w kształcie liścia koniczyny. W tRNA znajduje się pętla antykodonowa i region akceptorowy. W pętli antykodonowej RNA znajduje się antykodon komplementarny do tripletu kodowego określonego aminokwasu, a miejsce akceptorowe na 3" końcu jest zdolne do przyłączenia dokładnie tego aminokwasu (przy zużyciu ATP) przy użyciu enzymu aminoacylo- Syntetaza tRNA Zatem każdy aminokwas ma swój własny tRNA i enzymy, które przyłączają aminokwas do tRNA.
Dwadzieścia rodzajów aminokwasów jest kodowanych przez 61 kodonów i teoretycznie może istnieć 61 typów tRNA z odpowiadającymi im antykodonami. Ale istnieje tylko 20 rodzajów kodowanych aminokwasów, co oznacza, że jeden aminokwas może zawierać kilka tRNA. Ustalono, że istnieje kilka tRNA, które mogą wiązać się z tym samym kodonem (nie zawsze ostatni nukleotyd w antykodonie tRNA jest ważny), dlatego w komórce znaleziono tylko około 40 różnych tRNA.
Synteza białek rozpoczyna się w momencie przyłączenia małej podjednostki rybosomu do 5" końca mRNA, do miejsca P, z którego wchodzi metioninowe tRNA (transportujące aminokwas metioninę). Należy zauważyć, że każdy łańcuch polipeptydowy na końcu N-koniec zawiera najpierw metioninę, która później jest najczęściej odszczepiana. Synteza polipeptydu przebiega od N-końca do C-końca, to znaczy powstaje wiązanie peptydowe pomiędzy grupą karboksylową pierwszego i grupę aminową drugiego aminokwasu.
Następnie przyłącza się duża podjednostka rybosomu, a drugi tRNA wchodzi do miejsca A, którego antykodon komplementarnie łączy się w pary z kodonem mRNA zlokalizowanym w miejscu A.
Centrum peptydylotransferazy dużej podjednostki katalizuje tworzenie wiązania peptydowego pomiędzy metioniną i drugim aminokwasem. Nie ma oddzielnego enzymu, który katalizuje tworzenie wiązań peptydowych. Energia do utworzenia wiązania peptydowego jest dostarczana poprzez hydrolizę GTP.
Gdy tylko zostanie utworzone wiązanie peptydowe, tRNA metioniny zostaje odłączone od metioniny, a rybosom przemieszcza się do następnej trójki kodu mRNA, która kończy się w miejscu A rybosomu, a tRNA metioniny jest wypychane do cytoplazmy. Na cykl zużywane są 2 cząsteczki GTP. Trzeci tRNA wchodzi do miejsca A i pomiędzy drugim i trzecim aminokwasem tworzy się wiązanie peptydowe.
Translacja trwa do momentu, gdy kodon terminatorowy (UAA, UAG lub UGA) wejdzie do miejsca A, z którym wiąże się specjalny czynnik uwalniający białko. Łańcuch polipeptydowy oddziela się od tRNA i opuszcza rybosom. Następuje dysocjacja, czyli oddzielenie podjednostek rybosomów.
Szybkość ruchu rybosomów wzdłuż mRNA wynosi 5-6 tripletów na sekundę, a synteza cząsteczki białka składającej się z setek reszt aminokwasowych zajmuje komórce kilka minut. Pierwszym sztucznie syntetyzowanym białkiem była insulina, składająca się z 51 reszt aminokwasowych. Wymagało to 5000 operacji, a w pracach w ciągu trzech lat wzięło udział 10 osób.
W translacji można wyróżnić trzy etapy: a) inicjacja (tworzenie kompleksu inicjatora), b) elongacja (bezpośrednio „przenośnik”, łączący ze sobą aminokwasy), c) terminacja (tworzenie kompleksu terminacyjnego).
„Mechanizmy” składania łańcuchów polinukleotydowych i polipeptydowych nie różnią się u prokariotów i eukariontów. Ale ze względu na to, że geny prokariotyczne nie mają eksonów i intronów (z wyjątkiem genów archebakteryjnych), są zlokalizowane w grupach, a ta grupa genów ma jeden promotor, pojawiają się u prokariotów następujące cechy transkrypcji i translacji.
- W wyniku transkrypcji powstaje policistronowy mRNA, kodujący kilka białek, które łącznie zapewniają pewną grupę reakcji.
- mRNA ma kilka ośrodków inicjacji translacji, terminacji translacji i ośrodków UTR.
- Nie zachodzą CEP, poliadenylacja i splicing mRNA.
- Tłumaczenie rozpoczyna się jeszcze przed zakończeniem transkrypcji; procesy te nie są rozdzielone w czasie i przestrzeni, jak ma to miejsce u eukariontów.
1 - DNA; 2 - polimeraza RNA; 3 - Trifosforany nukleozydów GTP, CTP, ATP, UTP.
Można dodać, że „życie” prokariotycznych mRNA trwa kilka minut (u eukariontów to godziny, a nawet dni).
Iść do wykłady nr 9„Struktura komórki prokariotycznej. Wirusy”
Iść do wykłady nr 11„Pojęcie metabolizmu. Biosynteza białek”
02.06.2004, piątek, 09:02 czasu moskiewskiego
Naukowcy z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa na Uniwersytecie Waszyngtońskim stworzyli pierwsze w historii sztuczne białko, które nigdy nie istniało w naturze. Top7 było pierwszym syntetycznym białkiem stworzonym od podstaw na komputerze i dopiero potem wyprodukowanym w laboratorium. W rzeczywistości kształt cząsteczki dokładnie odpowiada modelowi w programie komputerowym. Trwa nowy etap prac nad projektem Folding@Home – rozproszonym programem obliczeniowym działającym w Internecie.Folding@Home ma na celu obliczenie modelu matematycznego „prawidłowego” złożenia białka w trójwymiarową strukturę i otwiera nowe perspektywy na przedłużenie aktywnego życia człowieka.
Zakłada się, że zastosowana technika znajdzie zastosowanie w konstrukcji innych białek, tak niezbędnych w medycynie człowieka.
Odkrycie dokonane przez zespół biologów pod przewodnictwem Davida Bakera rzuca światło na tajemnicę zwijania się białek.
Źródło: Gautam Dantas/Uniwersytet Waszyngtoński |
Udany eksperyment mający na celu skonstruowanie syntetycznego białka Top7 rzuca nieco światła na mechanizm zwijania białek.
Teraz, według Davida Bakera, przynajmniej niektóre cechy tajemniczego procesu stały się jasne.
Obecnie prace kontynuują naukowcy z Uniwersytetu Waszyngtońskiego (Instytut Medyczny Uniwersytetu Waszyngtońskiego Howarda Hughesa).
Zespół badawczy podjął się zaprojektowania białek o precyzyjnie zaprogramowanych funkcjach.
Oczekuje się, że będzie to prawdziwy przełom i to nie tylko w medycynie.
Co się składa
W komórkach rybosomy odpowiadają za produkcję białek, podczas których białka składają się z poszczególnych aminokwasów zgodnie z sekwencją odczytaną z DNA.Efektem pracy takiego przenośnika biologicznego są długie cząsteczki - „półfabrykaty” dla białek. I choć genom został już rozszyfrowany, czyli znana jest budowa pewnej liczby białek, w tym ludzkich, to nawet w tym przypadku nie da się ocenić jego funkcji. Te ostatnie pojawiają się dopiero po złożeniu długiego łańcucha aminokwasów i przyjęciu wymaganego kształtu.
Warto zauważyć, że spośród milionów potencjalnie możliwych kombinacji przestrzennych białko przybiera jeden, znany z góry kształt. Proces ten nazywa się składaniem. W ten sposób organizm wytwarza gotową do użycia hemoglobinę, insulinę i inne białka niezbędne do życia.
Proces składania może przebiegać w kilku etapach trwających od kilku sekund do kilku minut. W ostatniej „decydującej” fazie białko ze „stanu wstępnego” natychmiast przyjmuje swoją ostateczną formę. To właśnie ta faza, trwająca kilkadziesiąt mikrosekund, stwarza najtrudniejszy problem w modelowaniu.
Sytuację związaną z przyjęciem ostatecznej formy pogarsza fakt, że proces w dużej mierze zależy od warunków środowiskowych, w tym temperatury. Jedna cząsteczka natychmiast, „naturalnie”, składa się w naturalnych warunkach. Symulacja tego pozornie prostego procesu może jednak zająć lata ciągłej pracy na wielu komputerach.
Obecnie naukowcy aktywnie próbują zrozumieć, w jaki sposób białka zwijają się tak szybko i niezawodnie.
Zrozumienie tego procesu umożliwi nie tylko łatwe tworzenie ulepszonych wersji białek istniejących w przyrodzie, ale także modelowanie zupełnie nowych struktur o nowych właściwościach - syntetycznych białek „samoskładających się” o zaprogramowanej funkcjonalności. Niektórzy mówią nawet o przyszłych „nanorobotach”, których pojawienie się doprowadzi do prawdziwej rewolucji technologicznej, także w medycynie.
Pierwsze syntetyczne białko stworzyli naukowcy z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa na Uniwersytecie Waszyngtońskim. To właśnie ten instytut jest głównym sponsorem słynnego projektu Folding@Home, rozproszonego programu obliczeniowego do obliczania zwijania różnych syntetycznych białek.
Tak się składa, że jednym z problemów wymagających ogromnej mocy obliczeniowej do modelowania jest zwijanie białek. Na nowoczesnym komputerze PC obliczenie 1 nanosekundy fałdowania białka w określonych warunkach temperaturowych zajmuje około 1 dzień. Obliczenie całego procesu wymaga kilkudziesięciu tysięcy razy większej mocy obliczeniowej, ponieważ zwijanie trwa kilkadziesiąt mikrosekund. Ponadto konieczna jest symulacja fałdowania różnych modyfikacji cząsteczki w różnych temperaturach. Do wykonania tego zadania nie wystarczy żadna ilość mocy obliczeniowej.
Folding@Home to jeden z największych naukowych projektów obliczeń rozproszonych. Na stronie możesz pobrać program kliencki, który działa pod Windows, Linux lub Macintosh w tle lub jako piękny wygaszacz ekranu (patrz po lewej). Nawiasem mówiąc, uruchomienie programu w tle z niskim priorytetem praktycznie nie ma wpływu na ogólną wydajność systemu.Obecnie w projekcie Folding@Home uczestniczy ponad 270 tysięcy użytkowników ze wszystkich regionów świata. W pracy pracuje ponad 570 tysięcy komputerów, a ich liczba stale rośnie. Niedawno do listy sponsorów dołączyło Google. Zaimplementowano obliczenia składania w tle w popularnym dodatku Google Toolbar do przeglądarki Internet Explorer.
Podczas pierwszego etapu rozwoju Folding@Home, trwającego od października 2000 r. do października 2001 r., pomyślnie modelowano kilka prostych, szybko zwijających się białek, w tym kosmkę (liczba aminokwasów 36, czas zwijania 10 mikrosekund). Naukowcy w praktyce, w wyniku eksperymentów laboratoryjnych, potwierdzili poprawność uzyskanych wyników.Chociaż willin (patrz rysunek po prawej) stał się „wizytówką” projektu, obecnie obliczane jest zwijanie bardziej złożonych i większych cząsteczek. Zatem wkrótce rozpoczną się badania nad białkiem Alzheimera Amyloid Beta, które powoduje toksyczne skutki w chorobie Alzheimera.
Nieprawidłowe składanie i choroba Alzheimera
Eksperci wiedzą obecnie o składaniu znacznie więcej niż Paulig i Anfinsen, którzy pół wieku temu otrzymali Nagrodę Nobla za odkrycie tego procesu.
Wiadomo, że łańcuch białkowy może czasami się składać zło formularz. Ponadto odkryto specjalne białka, zwane białkami opiekuńczymi, których jedynym celem jest pomaganie innym białkom w fałdowaniu i zapewnienie, że proces przebiega zgodnie z „instrukcjami”.
Prawidłowe zwinięcie jednej cząsteczki białka czasami wymaga sekwencyjnego udziału pięciu różnych białek opiekuńczych. Bez nich proces może wymknąć się spod kontroli. W takim przypadku łańcuch aminokwasów może połączyć się z innym łańcuchem, tworząc szczątki.
Najprostszy przykład naruszenia składania jest znany każdej osobie, która ugotowała jajko. Gdy cząsteczki białka wewnątrz jaja nagrzewają się, tracą swój kształt. Po tym nie mogą już prawidłowo się składać i tworzyć twardej, niefunkcjonalnej, ale smacznej masy (to naruszenie pokazano na obrazku po prawej stronie).Mniej więcej to samo dzieje się z jednym z białek w organizmie osoby dotkniętej chorobą Alzheimera. Niefunkcjonalna masa białkowa, powstająca w wyniku nieprawidłowego zwinięcia pojedynczego białka, odkłada się w określonych obszarach mózgu i zaburza jego funkcjonowanie.
Oczywiście produkcja syntetycznych białek przyczyni się do powstania nowych, skutecznych leków na chorobę Alzheimera i inne dolegliwości, z których wiele jest charakterystycznych dla osób starszych. Można zatem spodziewać się, że ludzkość zrobi nowy krok w kierunku zwiększenia średniej długości życia człowieka. Zakłada się, że w niedalekiej przyszłości ludzie będą mogli zachować dobre zdrowie do 80-100 roku życia i to już nie jest fikcja.
/ strona internetowa
1 Artykuł opisujący pracę naukowców ukazał się 21 listopada 2003 roku w czasopiśmie Science.
2
Program Folding@Home to tylko jeden z wielu projektów obliczeń rozproszonych, które działają poprzez Internet.
Pierwszym takim projektem była słynna komputerowa obróbka SETI@Home zapisu sygnału analogowego z radioteleskopu odbierającego sygnały z kosmosu. Każdy użytkownik komputera PC, niezależnie gdzie się znajdował, mógł pobrać fragment widma radiowego z odległej galaktyki na swój domowy komputer, przeanalizować go pod kątem anomalii i przesłać wyniki do Instytutu SETI w USA. Projekt ten zyskał tak dużą popularność, że w 1999 roku program kliencki został pobrany przez miliony ludzi ze wspomnianej strony internetowej. Przypomnijmy, że w tym czasie powstał film „Kontakt” z Judy Foster, więc poszukiwanie kosmitów za pomocą radioteleskopów stało się bardzo modnym hobby, zwłaszcza w USA.
Poszukiwania inteligencji pozaziemskiej trwają do dziś, ale główną zaletą projektu SETI@Home było potwierdzenie funkcjonalności schematu przetwarzania rozproszonego, w którym setki tysięcy zwykłych „komputerów osobistych” pracują całkowicie bezpłatnie, czyli przekracza możliwości najpotężniejszych superkomputerów kosztujących miliony dolarów.
3
Choroba Alzheimera to choroba XXI wieku, która dotyka osoby starsze.
Według statystyk choroba Alzheimera dotyka około 10% populacji powyżej 65 roku życia i około 50% osób powyżej 85 roku życia. W Stanach Zjednoczonych co roku na tę chorobę umiera około 100 tysięcy osób.
