Valgusüntees

Allikas: Vikipeedia

Valgusüntees ehk valgu biosüntees on valkude moodustamise protsess rakkudes, milles osalevad RNAd ja ribosoomid.

Sageli nimetatakse valgusünteesi ka translatsiooniks või viidatakse mõiste kasutamisel vaid translatsiooni mehhanismile, kuid valgusünteesis on laiem mõiste. Tegemist on mitmeastmelise protsessiga, mis algab aminohappe sünteesist ja tuumast pärineva DNA transkriptsioonist mRNAks (sõnumi-RNA ehk messenger-RNA), mis on hiljem translatsiooni alginformatsiooniks. Seega on valgusüntees protsessi, milles rakud loovad ja taastoodavad valke.

Valk on oma primaarstruktuurilt polümeer, mille monomeerideks on 20 (21) aminohapet. Aminohapped on polümeeri ahelates ühendatud peptiidsidemete abil. Valgusünteesis toimub mRNA translatsioon polüpeptiidiks.

Geneetilist informatsiooni kantakse üle nukleiinhapetes, DNAs ja RNAs. DNAd ja RNAd väljendatakse neljatähelise “tähestiku” abil, kolmetäheliste “sõnade” kaudu. Viimased transleeritakse omakorda valkudeks, mille “tähestik” on palju mahukam.

RNAd transkribeeritakse rakutuumas. Protsessi lõpetamisel transporditakse mRNA tsütoplasmasse ja transleeritakse.

Tsistroonset DNAd kasutatakse mitme RNA vaheühendi sünteesiks. Tsistroonne DNA on selline DNA lõik, mis kodeerib ühte ainsat polüpeptiidi ja on seega päriliku informatsiooni ühikuks. Lõppvarianti kasutatakse polüpeptiidse ahela sünteesiks. Tihti sünteesitakse valke mRNA transleerimisel. Juhul kui mõnda valku on vaja suurtes kogustes või lühikese aja jooksul, sünteesitakse ka valgu prekursor. Eelproteiin (või proproteiin) on töövõimetu valk, mis sisaldab ühte või enam inhibitoorset peptiidi, mis saavad aktiveeritud posttranslatsioonilise modifikatsiooni käigus, siis eemaldatakse mitteaktiivsed järjestused. Preproteiin on valguvorm, kus esineb signaaljärjestus (N-terminaalse otsa signaaljärjestus), mis määrab selle sisenemise viisi läbi membraanide. Preproteiinid sisaldavad nii inhibitoorseid kui signaaljärjestusi. [1]

Valgusünteesi käigus tuuakse tRNA molekulid, mis sisaldavad sobivaid aminohappeid, lähestikku mRNA ahelaga ning aluspaarid paarduvad omavahel, sobivad mRNA koodonid paarduvad sobivate tRNA antikoodonitega. Aminohapped liidetakse kokku peptiidsidemete abil ning vabad tRNAd vabastatakse protsessist. Kogu protsessi viivad läbi ribosoomid, mis koosnevad kahest põhilisest RNA ahelast – rRNAst (ribosoomi RNA) ja enamast kui 50 erinevast valgust. Ribosoom kinnitub mRNA otsale ja liigub piki ahelat, püüdes aminohapetega tRNAsid, ühendades aminohappeid ning luues uusi valguahelaid.

Prokarüootide ja eukarüootide valgusüntees on erinev.

Transkriptsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Transkriptsioon (geneetika)

Transkriptsiooni mehhanismi avastajateks olid Watson ja Crick 1953. aastal. Transkriptsiooni käigus luuakse mRNA ahel, mille aluseks on kaksikahelalise DNA üks ahelatest. See on mRNA malliks. Transkriptsiooni võiks üldiselt jagada kolme ossa – initsiatsioon ehk algatamine, elongatsioon ehk pikendamine ja terminatsioon ehk lõpetamine. Transkriptsiooni faktorid ja kofaktivaatorid reguleerivad kõiki kolme etappi. Kuna sünteesida on vaja õige ahel, on kontroll väga tähtis. RNA polümeraas interakteerub transkriptsiooni faktoritega ning viib läbi mRNA ahela sünteesi. [2]

DNA ahelat loetakse 3’ otsast 5’ otsa ning mRNAd sünteesitakse 5’ otsast 3’ otsa. Protsessi viib läbi RNA polümeraas. Transkriptsioon leiab aset rakutuumas, kus säilitatakse ka raku DNAd. Raku DNA ahel koosneb kaksikheeliksist, mis sisaldab suhkrujääke ja fosfaate. Seda kõike hoiavad koos lämmastikalused. Suhkrujääke ja fosfaate ühendavad vesiniksidemed. Ensüüm helikaas "lukustab lahti" DNA ahelad, üks ahelatest jääb šablooniks mRNA sünteesil. RNA polümeraas loeb DNA ahelat 3’ suunast 5’ suunda. Samal ajal sünteesib ta mRNA ahelat 5’—3’ suunas. Positiivne RNA ahel luuakse negatiivse DNA ahela alusel. Üldiselt on DNA ja RNA ahelad sarnased struktuuri poolest, kuid DNA lämmastikalus tümiin on RNA ahelas asendatud uratsiiliga. Üheahelaline mRNA lahkub tuumast tuumapooride kaudu ja migreerub tsütoplasmasse. Osa geene transkribeeritakse tihedamini kui teised. Samuti transkribeeritakse mõnda geeni vaid lühikest aega raku eluea jooksul, teisi toodetakse juurde pidevalt. [1]

Eukarüootides toimub transkriptsioon tuumas ning transkript transporditakse tsütoplasmasse translatsiooni läbiviimiseks. Transkriptsioon ja translatsioon on võimalik ka kloroplastides ja mitokondrites. Mitokondrite ja kloroplastide membraanides on hulgaliselt valgulisi kanaleid, seepärast vajavad need organellid eraldi valgusünteesi. Mõned valgud kodeeritakse otse tuumas DNA alusel, sünteesitakse tsütoplasmas ning lõpuks transporditakse organellidesse. [1]

Transkriptsioon bakterites[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Valgusüntees prokarüootidel

Bakterite ja arhede puhul toimub kogu protsess tsütoplasmas. Bakteriaalne mRNA võib olla polütsistroonne (kodeerida mitmeid polüpeptiide) ning mRNA võib sisaldada informatsiooni enamalt kui ühelt geenilt. [2] Eeltuumsete puhul toimub translatsioon esmaselt transkriptilt. Päristuumsete puhul allub pre-mRNA protsessingule.

Transkriptsioonijärgsed protsessid päristuumsetes organismides[muuda | redigeeri lähteteksti]

Pre-mRNAd modifitseeritakse kolmel erineval viisil. Kõik protsessid toimuvad rakutuumas. Esimese etapina lisatakse pre-mRNA 5' otsa 7-metüülguanosiin. Protsess vajab ensüüme fosfataasi ja guanosüül transferaasi. Protsess kannab nimetust capping ning selline pre-mRNA modifitseerimine kaitseb RNA transkripti ribonukleaaside eest, mis seonduvad just 3'5' fosfodiestersidemetele. Polüadenülatsiooni faasis lisatakse pre-mRNA 3' otsa umbes 250 adeniini ning seda kutsutakse polü(A) sabaks. Prekursormolekulina kasutatakse ATPd. Sünteesijärgselt seob polü(A) saba endaga mitmeid valke, mis kaitsevad 3' otsa ribonukleaaside eest. Viimast modifikatsiooni etappi nimetatakse splaissimiseks. Selle protsessi tulemusena lõigatakse pre-mRNAst välja intronid, mis ei kodeeri valke, ja ühendatatakse eksonid üheks molekuliks. Reaktsiooni viib läbi suur valguline kompleks splaissosoom. Paljusid pre-mRNAsid, ka neid, mis kodeerivad antikehi, võib splaissida mitmel erineval viisil, et toota erinevaid mRNAsid, mis kodeerivad erisuguseid valke. Viimast protsessi tuntakse alternatiivse splaissingu nime all. See lubab toota küllaltki suurt hulka erinevaid valke piiratud DNA kogusest. Protsessingu tulemusena moodustub küps mRNA, mis on valmis translatsiooniks tsütoplasmas.

Translatsioon[muuda | redigeeri lähteteksti]

Valkude sünteesi nimetatakse erinevates allikates translatsiooniks. Tegelikult on translatsioon üldise valgu biosünteesi kolmas etapp. Ribosoom kodeerib transkriptsiooni käigus loodud mRNA aminohappeks või polüpeptiidiks, mis hiljem voltub aktiivseks valguks. Translatsioon toimub tsütoplasmas; seal paiknevad ka ribosoomid. Ribosoomid koosnevad kahest alaühikust – suurest ja väikesest, mis ümbritsevad mRNAd. [1] mRNA seondub ribosoomi spetsiifilise stardisignaaliga, mis asub P-saidis. Stardikoodoni tunneb ära initsiaator-tRNA. Pärast seda, kui initsiaator-tRNA ja mRNA on seondunud ribosoomi väikesele alaühikule, seondub sellele ka suur alaühik. mRNA kodeeritakse tootma erilist polüpeptiidi, mis vastab geneetilise koodi reeglitele. [3] Selle reegli kohaselt kasutatakse mRNAd mallina tootmaks aminohappelist ahelat, millest hiljem moodustub valk. Translatsioon koosneb neljast etapist: aktivatsioon ehk ergastamine, initsiatsioon ehk algatamine, elongatsioon ehk pikendamine ja terminatsioon ehk lõpetamine. Kõik neli kirjeldavad kasvavat aminohappelist ahelat. [4]

Aktivatsiooni etapis seotakse õige aminohape talle sobiva tRNAga. Kuigi seda ei loeta translatsiooni tehniliseks etapiks, on see staadium, kust võib translatsioon edasi minna. Aminohape seob end tRNAga oma karboksüülrühma abil, tRNAl on selleks olemas 3’ hüdroksüülrühm, moodustub esterside. tRNA on nüüd laetud olekus. Initsiatsiooni etapp hõlmab endas ribosoomi väikese alaühiku seondumist mRNA 5’ otsale. Sellel etapil on abiks initsiatsiooni faktor. Ka teised valgud võivad olla abiks selles etapis. Elongatsiooni faas jõuab kätte, kui järgmine aminoatsüül-tRNA ehk laetud tRNA seondub ribosoomiga, koos GTP ja elongatsiooni faktoriga. Tähtsal kohal on sõnumi õigesti kodeerimine, seepärast on olemas ka lisakontrolli protsess, mida nimetatakse täppislugemiseks (proofreading). [1] Elongatsiooni faktoritel on kaks põhilist ülesannet – aminoatsüül-tRNA seondumine A-saiti ja peptidüül-tRNA translokatsioon A-saidist P-saiti. Samas, elongatsiooni tähtsaim protsess – peptidüülrühma ülekandmine on spontaanne protsess ning ei vaja lisafaktoreid. [5] Terminatsiooni etapp jõuab kätte siis, kui ribosoomi A-sait tunneb ära stoppkoodoni (kas UAA, UAG või UGA). tRNA ei tunne sellist järjestust ära, kuid vabastusfaktor (releasing factor) tunneb ära “veidrad järjestused” ning põhjustab aminohappelise ahela vabastamist. Võimet peatada või inhibeerida valgusünteesi kasutavad mitmed antibiootikumid, nagu näiteks anisomütsiin, tsükloheksimiid, klooramfenikool, tetratsükliin, streptomütsiin ja teised. [2]

Posttranslatsioonilised protsessid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Next.svg Pikemalt artiklis Valgud

Pärast valgusünteesi toimub valgu keemiline modifikatsioon, mida nimetatakse posttranslatsiooniliseks mofidikatsiooniks ja valgu voltumine. Posttranslatsioonilised modifikatsioonid on valgu biosünteesi hilisem staadium, seega on nad geeniekspressioonil tähtsad. Posttranslatsioonilised modifikatsioonid laiendavad valkude funktsioone. Tavaliselt rünnatakse valkude funktsionaalseid gruppe, nagu näiteks atsetaate, fosfaate, erinevaid lipiide ja karbohüdraate. Sageli muudetakse aminohapete keemilist iseloomu (näiteks arginiini muutmine tsitrulliiniks) ja keemilist struktuuri (disulfiidsildade moodustamine).

Ensüümid võivad eemaldada aminohappeid valkude N-terminaalsest otsast ja lõigata peptiidahelat keskelt. Näiteks hormooni insuliin lõigatakse kaks korda pärast disulfiidsildade moodustumist, keskelt eemaldatakse propeptiid ja lõplik valk koosneb kahest polüpeptiidiahelast, mis on ühendatud disulfiidsildadega. Esimeseks aminohappeks valguahelas on tavaliselt metioniin. Sageli eemaldatakse metioniin posttranslatsioonilisel modifikatsioonil. Fosforüleerimist kasutatakse kontrollimaks valgu käitumist, viimase aktiveerimisel ja inaktiveerimisel. Posttranslatsioonilist modifikatsiooni jälgitakse massispektromeetria ja Eastern bloti abil.

Valkude voltumiseks nimetatakse valkude omadust võtta erilist kuju. Oletatakse, et enne ja pärast valgusünteesi moodustavad valgud sekundaarseid ja tertsiaarseid struktuure. [1]

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Liljas, Anders (2004). Structural aspects of protein synthesis. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.
  2. 2,0 2,1 2,2 Alberts, Bruce (2008). Molecular biology of the cell. Fifth edition. New York: Garland Science.
  3. Stryer, Lubert (2002). Biochemistry. Fifth edition. W. H. Freeman and Company. 
  4. Campbell, Neill (1996). Biology. Fourth edition. The Benjamin/Cummings Publishing Company. 
  5. Griffiths, Anthony (2008). Introduction to Genetic Analysis. New York: W. H. Freeman and Company.