La cellule de tout organisme est une grande usine de production de produits chimiques. Ici, des réactions ont lieu dans la biosynthèse des lipides, des acides nucléiques, des glucides et, bien sûr, des protéines. Les protéines jouent un rôle énorme dans la vie de la cellule, car elles remplissent de nombreuses fonctions: enzymatiques, de signalisation, structurelles, protectrices et autres.
Biosynthèse des protéines: description du processus
La construction des molécules protéiques est un processus complexe en plusieurs étapes qui se produit sous l'action d'un grand nombre d'enzymes et en présence de certaines structures.
La synthèse de toute protéine commence dans le noyau. Les informations sur la structure de la molécule sont enregistrées dans l'ADN de la cellule, à partir de laquelle elles sont lues. Presque chaque gène d'un organisme code pour une seule et unique molécule de protéine.
Quel est le rôle du cytoplasme dans la biosynthèse des protéines ? Le fait est que le cytoplasme de la cellule est un "pool" de monomères de substances complexes, ainsi que de structures responsables du processus de synthèse des protéines. De plus, l'environnement interne de la cellule a une acidité constante etteneur en ions, qui joue un rôle important dans les réactions biochimiques.
La biosynthèse des protéines se déroule en deux étapes: la transcription et la traduction.
Transcription
Cette étape commence dans le noyau de la cellule. Ici, le rôle principal est joué par des acides nucléiques tels que l'ADN et l'ARN (acides désoxy- et ribonucléiques). Chez les eucaryotes, l'unité de transcription est le transcripton, tandis que chez les procaryotes, cette organisation de l'ADN s'appelle l'opéron. La différence entre la transcription chez les procaryotes et les eucaryotes est qu'un opéron est une section d'une molécule d'ADN qui code pour plusieurs molécules de protéines, lorsque le transcripton contient des informations sur un seul gène de protéine.
La tâche principale de la cellule au stade de la transcription est la synthèse de l'ARN messager (ARNm) sur la matrice d'ADN. Pour ce faire, une enzyme telle que l'ARN polymérase pénètre dans le noyau. Il est impliqué dans la synthèse d'une nouvelle molécule d'ARNm, complémentaire du site de l'acide désoxyribonucléique.
Pour des réactions de transcription réussies, la présence de facteurs de transcription, également abrégés en TF-1, TF-2, TF-3, est nécessaire. Ces structures protéiques complexes sont impliquées dans la connexion de l'ARN polymérase avec le promoteur de la molécule d'ADN.
La synthèse de l'ARNm se poursuit jusqu'à ce que la polymérase atteigne la région terminale du transcripton, appelée le terminateur.
L'opérateur, en tant qu'autre domaine fonctionnel du transcripton, est responsable de l'inhibition de la transcription ou, au contraire, de l'accélération du travail de l'ARN polymérase. Responsable derégulation du travail des enzymes de transcription, respectivement des protéines-inhibiteurs ou des protéines-activatrices spéciales.
Diffusion
Une fois que l'ARNm a été synthétisé dans le noyau cellulaire, il pénètre dans le cytoplasme. Pour répondre à la question sur le rôle du cytoplasme dans la biosynthèse des protéines, il convient d'analyser plus en détail le devenir ultérieur de la molécule d'acide nucléique au stade de la traduction.
La traduction se déroule en trois étapes: initiation, allongement et terminaison.
Premièrement, l'ARNm doit se fixer aux ribosomes. Les ribosomes sont de petites structures non membranaires de la cellule, constituées de deux sous-unités: petite et grande. Tout d'abord, l'acide ribonucléique se fixe à la petite sous-unité, puis la grande sous-unité ferme l'ensemble du complexe traductionnel de sorte que l'ARNm se trouve à l'intérieur du ribosome. En fait, c'est la fin de l'étape d'initiation.
Quel est le rôle du cytoplasme dans la biosynthèse des protéines ? Tout d'abord, c'est une source d'acides aminés - les principaux monomères de toute protéine. Au stade de l'élongation, une accumulation progressive de la chaîne polypeptidique se produit, en commençant par le codon de départ méthionine, auquel les acides aminés restants sont attachés. Le codon dans ce cas est un triplet de nucléotides d'ARNm qui code pour un acide aminé.
À ce stade, un autre type d'acide ribonucléique est lié au travail: l'ARN de transfert, ou ARNt. Ils sont responsables de la livraison des acides aminés au complexe ARNm-ribosome en formant un complexe aminoacyl-ARNt. La reconnaissance de l'ARNt se fait par complémentaritéinteractions de l'anticodon de cette molécule avec le codon sur l'ARNm. Ainsi, l'acide aminé est délivré au ribosome et attaché à la chaîne polypeptidique synthétisée.
L'arrêt du processus de traduction se produit lorsque l'ARNm atteint les sections de codon d'arrêt. Ces codons portent des informations sur la fin de la synthèse peptidique, après quoi le complexe ribosome-ARN est détruit, et la structure primaire de la nouvelle protéine pénètre dans le cytoplasme pour d'autres transformations chimiques.
Les facteurs d'initiation protéiques spéciaux IF et les facteurs d'élongation EF sont impliqués dans le processus de traduction. Ils sont de différents types et leur tâche est d'assurer la connexion correcte de l'ARN avec les sous-unités ribosomiques, ainsi que dans la synthèse de la chaîne polypeptidique elle-même au stade de l'élongation.
Quel est le rôle du cytoplasme dans la biosynthèse des protéines: bref sur les principaux composants de la biosynthèse
Après que l'ARNm quitte le noyau dans l'environnement interne de la cellule, la molécule doit former un complexe de traduction stable. Quels composants du cytoplasme doivent être présents au stade de la traduction ?
1. Ribosomes.
2. Acides aminés.
3. ARNt.
Acides aminés - monomères protéiques
Pour la synthèse d'une chaîne protéique, la présence dans le cytoplasme des composants structurels de la molécule peptidique - les acides aminés. Ces substances de bas poids moléculaire dans leur composition ont un groupe amino NH2 et un résidu acide COOH. Un autre composant de la molécule - le radical - est la marque de chaque acide aminé individuel. Quel est le rôle du cytoplasme dansbiosynthèse des protéines ?
AA se produisent dans des solutions sous forme de zwitterions, qui sont les mêmes molécules qui donnent ou acceptent des protons d'hydrogène. Ainsi, le groupe amino des acides aminés est converti en NH3+ et le groupe carbonyle en COO-.
Au total, il y a 200 AA dans la nature, dont seulement 20 forment des protéines. Parmi eux, il y a un groupe d'acides aminés essentiels qui ne sont pas synthétisés dans le corps humain et ne pénètrent dans la cellule qu'avec de la nourriture ingérée, et des acides aminés non essentiels que le corps forme par lui-même.
Tous les AA sont codés par un codon qui correspond à trois nucléotides d'ARNm, et un acide aminé peut souvent être codé par plusieurs de ces séquences à la fois. Le codon de la méthionine chez les pro- et les eucaryotes est le codon de départ, car il commence la biosynthèse de la chaîne peptidique. Les codons d'arrêt comprennent les séquences de nucléotides UAA, UGA et UAG.
Que sont les ribosomes ?
Comment les ribosomes sont-ils responsables de la biosynthèse des protéines dans la cellule et quel est le rôle de ces structures ? Tout d'abord, ce sont des formations non membranaires, constituées de deux sous-unités: grande et petite. La fonction de ces sous-unités est de maintenir la molécule d'ARNm entre elles.
Il existe des sites dans les ribosomes où les codons d'ARNm entrent. Au total, deux de ces triplets peuvent s'insérer entre la petite et la grande sous-unité.
Plusieurs ribosomes peuvent s'agréger en un grand polysome, grâce auquel le taux de synthèse de la chaîne peptidique augmente, et la sortie peut être obtenue immédiatementplusieurs copies de la protéine. Voici le rôle du cytoplasme dans la biosynthèse des protéines.
Types d'ARN
Les acides ribonucléiques jouent un rôle important à toutes les étapes de la transcription. Il existe trois grands groupes d'ARN: transport, ribosomal et informationnel.
ARNm sont impliqués dans le transfert d'informations sur la composition de la chaîne peptidique. Les ARNt sont des médiateurs dans le transfert des acides aminés vers les ribosomes, qui est réalisé par la formation d'un complexe aminoacyl-ARNt. La fixation d'un acide aminé ne se produit qu'avec l'interaction complémentaire de l'anticodon de l'ARN de transfert avec le codon de l'ARN messager.
rARN sont impliqués dans la formation des ribosomes. Leurs séquences sont l'une des raisons pour lesquelles l'ARNm est maintenu entre les petites et les grandes sous-unités. Les ARN ribosomiques sont produits dans les nucléoles.
Signification des protéines
La biosynthèse des protéines et son importance pour la cellule sont colossales: la plupart des enzymes de l'organisme sont de nature peptidique, grâce aux protéines, les substances sont transportées à travers les membranes cellulaires.
Les protéines remplissent également une fonction structurelle lorsqu'elles font partie des muscles, des nerfs et d'autres tissus. Le rôle de signalisation est de transmettre des informations sur les processus qui se produisent, par exemple, lorsque la lumière tombe sur la rétine. Les protéines protectrices - les immunoglobulines - sont à la base du système immunitaire humain.
