Kaip DNR informacija tampa baltymu?
Žmogaus ląstelėse baltymų sintezė prasideda nuo geno – DNR atkarpos, kurioje užrašyta konkretaus baltymo aminorūgščių seka. Ši informacija nėra tiesiogiai perkeliama į ribosomas. Pirmiausia ji nukopijuojama į informacinę RNR, trumpai vadinamą iRNR arba mRNR.
Šis etapas vadinamas transkripcija. Jį vykdo fermentas RNR polimerazė, kuri pagal DNR grandinę sudaro RNR kopiją. Žmogaus ląstelėse transkripcija vyksta branduolyje, nes ten saugoma DNR. Vėliau mRNR apdorojama: pašalinamos nekoduojančios dalys, vadinamos intronais, o koduojančios dalys, egzonai, sujungiamos.
Praktiškai tai reiškia, kad baltymo sintezė priklauso ne tik nuo geno buvimo, bet ir nuo to, ar tas genas aktyvus. Skirtingi audiniai įjungia skirtingus genus, todėl raumens, kepenų ar nervų ląstelės gamina nevienodus baltymus.
Kodėl ribosomos yra pagrindinė baltymų sintezės vieta?
Ribosomos yra ląstelės struktūros, kuriose mRNR informacija paverčiama aminorūgščių seka. Jos gali būti laisvos citoplazmoje arba prisitvirtinusios prie šiurkščiojo endoplazminio tinklo. Laisvos ribosomos dažniau gamina baltymus, kurie veikia pačioje ląstelėje, o prisitvirtinusios ribosomos gamina baltymus, skirtus membranoms, organelėms arba išskyrimui iš ląstelės.
Transliacijos metu ribosoma skaito mRNR po tris nukleotidus. Tokia trijų nukleotidų seka vadinama kodonu. Kiekvienas kodonas atitinka tam tikrą aminorūgštį arba signalą pradėti ar baigti sintezę. Pernešančioji RNR, vadinama tRNR, atgabena reikiamas aminorūgštis į ribosomą.
Čia svarbus tikslumas. Jei mRNR seka pakeičiama mutacijos, gali būti įterpta kita aminorūgštis arba sintezė gali nutrūkti per anksti. Tokie pokyčiai kartais neturi pasekmių, tačiau kai kuriais atvejais pakeičia baltymo struktūrą ir funkciją.
Iš ko organizmas pagamina baltymus?
Baltymai sudaryti iš aminorūgščių. Žmogaus organizme baltymams sudaryti naudojama 20 pagrindinių aminorūgščių, iš kurių dalį organizmas gali pasigaminti pats, o dalis turi būti gaunama su maistu. Aminorūgštys, kurių organizmas negali susintetinti pakankamu kiekiu, vadinamos nepakeičiamosiomis.
Virškinimo sistema maisto baltymus suskaido į aminorūgštis ir trumpus peptidus. Šie junginiai absorbuojami plonojoje žarnoje, patenka į kraują ir pasiekia audinius. Ląstelėse jie naudojami naujų baltymų sintezei, energijos gamybai arba kitų azotinių junginių kūrimui.
Chemiškai aminorūgštys sujungiamos peptidiniu ryšiu. Supaprastintai reakciją galima užrašyti taip: –COOH + H2N– → –CO–NH– + H2O. Tai reiškia, kad jungiantis dviem aminorūgštims pašalinama vandens molekulė, o tarp jų susidaro ryšys.
Kodėl baltymo forma lemia jo funkciją?
Aminorūgščių seka yra tik pirmasis rezultatas. Kad baltymas veiktų, polipeptidinė grandinė turi įgyti erdvinę struktūrą. Ji lankstosi pagal chemines aminorūgščių savybes: vienos dalys traukia vandenį, kitos jo vengia, kai kurios sudaro papildomus ryšius.
Baltymų lankstymuisi padeda specialūs baltymai, vadinami chaperonais. Jie sumažina klaidingo susilankstymo riziką. Jei baltymas susilanksto neteisingai, ląstelė dažnai jį atpažįsta ir suskaido proteasomose arba lizosomose.
Forma tiesiogiai lemia funkciją. Fermentai turi aktyviąsias vietas, kurios tinka konkretiems substratams. Hemoglobinas suriša deguonį dėl savo struktūros. Kolagenas suteikia audiniams mechaninį tvirtumą, nes sudaro ilgas, tarpusavyje susijusias skaidulas.
Kas reguliuoja baltymų gamybos greitį organizme?
Baltymų sintezės greitį lemia genų aktyvumas, hormonai, maistinių medžiagų prieinamumas ir ląstelės energinė būklė. Insulinas, augimo hormonas ir fizinis krūvis gali skatinti tam tikrų audinių baltymų apykaitą. Kita vertus, energijos trūkumas ar uždegimas gali keisti sintezės ir skaidymo pusiausvyrą.
Baltymų gamyba reikalauja energijos. Aminorūgščių aktyvinimui ir transliacijai naudojami ATP bei GTP. Todėl ląstelė negamina baltymų atsitiktinai; ji reguliuoja procesą pagal poreikį. Tai ypač svarbu audiniams, kurie nuolat atsinaujina, pavyzdžiui, odai, žarnyno gleivinei ir kraujo ląstelėms.
Galutinė išvada paprasta: baltymų sintezė nėra vien maisto baltymų „pavertimas raumenimis“. Tai genetiškai valdoma, energijos reikalaujanti ir tiksliai reguliuojama sistema, palaikanti fermentų, hormonų, audinių struktūrų ir imuninės sistemos veiklą.
Šaltiniai
Šaltinis: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26829/
Šaltinis: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9849/
Šaltinis: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21154/
