Synteza białka - Polski Serwis Naukowy

Biosynteza białka – proces prowadzący do wytworzenia cząsteczek białka. Proces ten zachodzi we wszystkich żywych komórkach, a także jest możliwy do przeprowadzenia in vitro (pozakomórkowa synteza białka).

Biosynteza białka może być rozumiana jako pełny proces w którym informacja zapisana w sekwencji DNA jest w procesie transkrypcji przepisywana na cząsteczki RNA, a powstałe w ten sposób cząsteczki RNA są wykorzystywane przez rybosomy jako źródło informacji potrzebnej do syntezy białka w procesie translacji. U organizmów eukariotycznych cząsteczki RNA powstałe w procesie transkrypcji są zwykle poddawane procesowi splicingu polegającemu na wycinaniu intronów.

In vitro (łac. w szkle) – termin stosowany przy opisywaniu badań biologicznych, oznacza procesy biologiczne przeprowadzane w warunkach laboratoryjnych, poza organizmem.

Jądro komórkowe, nukleus - otoczone błoną organellum obecne we wszystkich komórkach eukariotycznych. Zawiera większość materiału genetycznego komórki, zorganizowanego w postaci wielu pojedynczych, długich nici DNA związanych z dużą ilością białek, na przykład histonowych, które razem tworzą chromosomy. Geny zlokalizowane w chromosomach stanowią genom komórki. Funkcją jądra komórkowego jest przechowywanie i powielanie informacji genetycznej oraz kontrolowanie czynności komórki, poprzez regulowanie ekspresji genów, dlatego właśnie stanowi ono centrum kontroli komórki. Główne struktury, które obecne są w budowie jądra komórkowego to błona jądrowa, podwójna membrana otaczająca całe organellum i oddzielająca je od cytoplazmy oraz blaszka jądrowa, sieć delikatnych włókienek białkowych utworzonych przez laminy, stanowiących rusztowanie dla jądra i nadających mu wytrzymałość mechaniczną. Błona jądrowa jest nieprzepuszczalna dla większości cząsteczek, dlatego obecne są w niej pory jądrowe. Są to kanały przechodzące przez obie błony, umożliwiające transport jonów i innych cząstek. Transport większych cząstek, takich jak białka, jest ściśle kontrolowany i zachodzi na zasadzie transportu aktywnego, kontrolowanego przez białka transportowe. Transport jądrowy jest kluczowy dla funkcjonowania komórki, ponieważ przemieszczanie cząstek poprzez błonę jądrową wymagany jest zarówno przy zarządzaniu ekspresją genów oraz utrzymywaniu chromosomów.

Termin biosynteza białka jest czasami używany jako synonim procesu translacji odbywającego się w rybosomach. Często do procesu biosyntezy białka zaliczana jest także biosynteza aminokwasów.

Synteza białka u Procaryota

U organizmów prokariotycznych (np. bakterii) proces transkrypcji oraz translacji zachodzą w cytoplazmie komórki. U organizmów tych nie występuje proces splicingu, tak więc mRNA powstające w wyniku transkrypcji może być natychmiast wykorzystane przez rybosomy w procesie translacji. Rybosomy Procaryota zaczynają zwykle translację nici mRNA, która jeszcze nie została do końca zsyntetyzowana – trwa jeszcze proces transkrypcji. Tak więc u organizmów prokariotycznych procesy transkrypcji i translacji nie są rozdzielone w czasie ani przestrzeni.

Bakterie (łac. Bacteriae, od gr. bakterion – "pałeczka") – grupa mikroorganizmów, stanowiących osobne królestwo. Są to jednokomórkowce lub zespoły komórek o budowie prokariotycznej. Badaniem bakterii zajmuje się bakteriologia, gałąź mikrobiologii.

Prokarionty, prokarioty, organizmy prokariotyczne (Prokaryota, Procaryota) – mikroorganizmy w większości jednokomórkowe, których komórka nie zawiera jądra komórkowego oraz organelli komórkowych charakterystycznych dla eukariontów. Nazwa pochodzi od greckich słów pros (przed) i karyon (jądro). Pozostałe synonimy to: akariobionty, akariota, organizmy akariotyczne, anukleobionty, bezjądrowce, bezjądrowe, prokariota, protokarionty, przedjądrowce.

Synteza białka u Eucaryota

U organizmów eukariotycznych proces transkrypcji odbywa się w jądrze komórkowym. Powstałe cząsteczki RNA są nazywane pre-mRNA. Pre-mRNA jest zwykle poddawane procesowi splicingu (wycinaniu intronów). Do cząsteczek RNA dołączana jest tak zwana czapeczka (czyli nukleozyd 7-metyloguanozyna), struktura ta jest konieczna do rozpoczęcia translacji. Białkiem bezpośrednio odpowiedzialnym za rozpoznanie kapu (czapeczki) jest czynnik inicjujący translację EIF-4E. Większość cząsteczek RNA jest także poliadenylowana na końcu 3'. Tak powstałe cząsteczki mRNA są eksportowane do cytoplazmy komórki. W cytoplazmie mRNA jest używany przez rybosomy, jako matryca w procesie translacji.

Splicing, składanie genu, wycinanie intronów - usunięcie intronów (sekwencji niekodujących) i połączenie egzonów (sekwencji kodujących) z prekursorowego mRNA organizmów eukariotycznych. Proces ten zachodzi podczas obróbki posttranskrypcyjnej po to, by dojrzały mRNA, przygotowany do translacji, kodował ciągły łańcuch polipeptydowy (od kodonu start do stop). Splicing katalizowany jest przez kompleks białek i RNA zwany spliceosomem. W niektórych przypadkach następuje samowycinanie się intronów, bez udziału spliceosomu, funkcję katalityczną pełni wówczas RNA (rybozym).

Rybosomy - organelle służące do produkcji białek w ramach translacji. Są zbudowane z rRNA i białek. Katalityczna aktywność rybosomu związana jest właśnie z zawartym w nim rRNA, natomiast białka budują strukturę rybosomu i działają jako kofaktory zwiększające wydajność translacji.

Przypisy

Witold Szaflarski, Patrycja Sujka, Michał Nowicki, Maciej Zabel. Produkcja białek w systemach ekspresji pozakomórkowej. „Biotechnologia”. 1 2009 (84), s. 86-98, 2009.

Bibliografia

Piotr Węgleński: Genetyka molekularna. PWN, 2007. ISBN 978-83-01-14744-0.