Proteosyntéza

Rozbalit box

Obsah boxu

Proteosyntéza (z řeckého protos - první a synthesis - skládání), též syntéza bílkovin, je klíčový a energeticky náročný metabolický proces, při kterém buňky vytvářejí proteiny (bílkoviny). Jedná se o proces, kterým je genetická informace uložená v genech (sekvencích DNA) převedena do konkrétní sekvence aminokyselin, které tvoří polypeptidový řetězec. Tento proces je naprosto zásadní pro všechny známé formy života.

Proteosyntéza probíhá ve dvou hlavních fázích:

1. Transkripce (přepis) – informace z DNA je přepsána do molekuly mediátorové RNA (mRNA).
2. Translace (překlad) – informace z mRNA je přeložena na ribozomech do sekvence aminokyselin za pomoci transferové RNA (tRNA).

Celý proces je řízen centrálním dogmatem molekulární biologie, které popisuje tok genetické informace ve směru DNA → RNA → protein.

📜 Centrální dogma molekulární biologie

Koncept centrálního dogmatu, formulovaný Francisem Crickem v roce 1958, je základním kamenem pro pochopení proteosyntézy. Popisuje jednosměrný tok genetické informace:

• Replikace: DNA je schopna vytvářet své vlastní kopie, což umožňuje přenos genetické informace na dceřiné buňky při buněčném dělení.
• Transkripce: Část informace z DNA (konkrétní gen) je přepsána do formy RNA. Tato RNA slouží jako přenašeč informace.
• Translace: Informace nesená mRNA je přeložena do specifické sekvence aminokyselin, čímž vzniká protein.

Ačkoliv existují výjimky (např. reverzní transkripce u retrovirů), tento model představuje základní princip fungování genetické informace ve většině organismů.

⚙️ Fáze proteosyntézy

Proteosyntéza je komplexní, vícekrokový proces, který lze rozdělit na dvě hlavní, časově i prostorově oddělené (u eukaryotických buněk) fáze.

🧬 Transkripce (Přepis)

Transkripce je proces, při kterém je úsek DNA (gen) přepsán do molekuly RNA pomocí enzymu zvaného RNA polymeráza.

Místo průběhu

• U eukaryot probíhá transkripce v buněčném jádře, kde je uložena DNA. Vzniklá pre-mRNA je následně upravována a transportována do cytoplazmy.
• U prokaryot, které nemají jádro, probíhá transkripce v cytoplazmě v oblasti zvané nukleoid. Translace může začít ještě před dokončením transkripce.

Průběh transkripce

1. Iniciace: RNA polymeráza se váže na specifickou sekvenci na DNA zvanou promotor, která označuje začátek genu. Tímto navázáním dojde k lokálnímu rozvinutí dvoušroubovice DNA.
2. Elongace: RNA polymeráza se pohybuje podél jednoho z řetězců DNA (tzv. templátového řetězce) a podle principu komplementarity páruje ribonukleotidy k deoxynukleotidům templátu. Místo thyminu (T) v DNA se v RNA páruje uracil (U) s adeninem (A). Tímto způsobem syntetizuje vlákno mRNA.
3. Terminace: Když RNA polymeráza dosáhne na DNA specifické sekvence zvané terminátor, proces transkripce se ukončí. Nově vzniklá molekula RNA a RNA polymeráza se od DNA oddělí.

Post-transkripční úpravy (pouze u eukaryot)

Nově vytvořená RNA molekula u eukaryot se nazývá pre-mRNA (primární transkript) a musí projít úpravami, než se stane funkční mRNA:

• Splicing: Z pre-mRNA jsou odstraněny nekódující sekvence zvané introny a kódující sekvence (exony) jsou spojeny dohromady. Tento proces umožňuje tzv. alternativní splicing, kdy z jednoho genu může vzniknout více různých proteinů.
• Přidání 5' čepičky: Na 5' konec mRNA je přidána modifikovaná molekula guanosinu. Tato "čepička" chrání mRNA před degradací a je důležitá pro rozpoznání ribozomem.
• Přidání poly(A) ocasu: Na 3' konec je enzymaticky přidána sekvence stovek adeninových nukleotidů. Tento "ocas" zvyšuje stabilitu mRNA a usnadňuje její transport z jádra.

Po těchto úpravách je zralá mRNA připravena k exportu do cytoplazmy, kde proběhne translace.

🏭 Translace (Překlad)

Translace je proces, při kterém je sekvence nukleotidů v mRNA "přečtena" a přeložena do sekvence aminokyselin, čímž vzniká protein. Tento proces probíhá na ribozomech.

Klíčové molekuly

• mRNA (mediátorová RNA): Nese genetickou informaci z DNA ve formě kodonů.
• Ribozom: Buněčná "továrna na proteiny", složená z ribozomální RNA (rRNA) a proteinů. Skládá se z malé a velké podjednotky.
• tRNA (transferová RNA): Malé molekuly RNA, které fungují jako "adaptéry". Na jednom konci nesou specifickou aminokyselinu a na druhém konci mají trojici bází zvanou antikodon, která je komplementární ke kodonu na mRNA.

Genetický kód

Informace na mRNA je čtena v tripletech bází zvaných kodony. Každý kodon (např. AUG, GGC, UCA) kóduje jednu specifickou aminokyselinu nebo slouží jako signál pro ukončení translace. Genetický kód je:

• Tripletový: Tři nukleotidy tvoří jeden kodon.
• Degenerovaný: Většina aminokyselin je kódována více než jedním kodonem.
• Univerzální: S malými výjimkami je stejný pro všechny organismy na Zemi.

Průběh translace

1. Iniciace: Malá ribozomální podjednotka se naváže na mRNA v oblasti startovacího kodonu (obvykle AUG, který kóduje methionin). K tomuto komplexu se připojí tRNA nesoucí methionin a následně se připojí velká ribozomální podjednotka. Tím vznikne funkční ribozom.
2. Elongace: Ribozom se posouvá po mRNA kodon po kodonu. Pro každý kodon přichází odpovídající tRNA s antikodonem a nese svou aminokyselinu. Ribozom katalyzuje vznik peptidové vazby mezi nově příchozí aminokyselinou a rostoucím polypeptidovým řetězcem. tRNA, která předala svou aminokyselinu, je uvolněna.
3. Terminace: Když ribozom na mRNA dosáhne jednoho ze tří stop kodonů (UAA, UAG, UGA), pro které neexistuje odpovídající tRNA, naváže se na něj uvolňovací faktor. To způsobí, že se hotový polypeptidový řetězec oddělí od tRNA, a celý komplex (ribozom, mRNA, uvolňovací faktor) se rozpadne.

Nově syntetizovaný polypeptid se následně skládá do své trojrozměrné funkční struktury (viz struktura proteinů) a může podléhat dalším post-translačním modifikacím.

🔬 Regulace proteosyntézy

Buňky nesyntetizují všechny proteiny neustále. Produkce proteinů je přísně regulována, aby buňka vyráběla jen ty proteiny, které v danou chvíli potřebuje, a ve správném množství. Regulace může probíhat na několika úrovních:

• Regulace transkripce: Nejčastější způsob regulace. Buňka kontroluje, které geny budou přepsány do mRNA. U prokaryot je typickým příkladem laktonový operon, u eukaryot hrají klíčovou roli transkripční faktory.
• Regulace post-transkripčních úprav: Například alternativní splicing u eukaryot může z jednoho genu vytvořit různé proteiny.
• Regulace translace: Buňka může blokovat nebo zpomalit translaci určitých mRNA.
• Regulace stability proteinu: Hotové proteiny mohou být cíleně označeny k degradaci v proteazomech.

💊 Inhibitory proteosyntézy

Porozumění mechanismu proteosyntézy má obrovský význam v medicíně. Mnoho antibiotik funguje tak, že cíleně blokuje proteosyntézu u bakterií, jejichž ribozomy se mírně liší od eukaryotických. Tím zabíjejí bakterie, aniž by významně poškodily lidské buňky. Příklady antibiotik inhibujících proteosyntézu:

• Tetracykliny: Brání navázání tRNA na ribozom.
• Chloramfenikol: Inhibuje tvorbu peptidové vazby.
• Erythromycin (a další makrolidy): Blokuje posun ribozomu po mRNA.
• Streptomycin: Způsobuje chyby při čtení mRNA, což vede k tvorbě nefunkčních proteinů.

💡 Pro laiky (Zjednodušené vysvětlení)

Představte si, že DNA je obrovská a vzácná kuchařská kniha, která je bezpečně uzamčena v knihovně (buněčné jádro). Tato kniha obsahuje tisíce receptů (genů) na všechny "pokrmy" (proteiny), které buňka potřebuje k životu.

1. Přepis (Transkripce): Protože nechceme riskovat poškození celé knihy, uděláme si kopii jednoho konkrétního receptu, který zrovna potřebujeme. Přijdeme do knihovny a recept si opíšeme na malý lístek papíru. Tento lístek je naše mRNA. 2. Cesta z knihovny: S opsaným receptem (mRNA) opustíme knihovnu (jádro) a jdeme do kuchyně (cytoplazma). 3. Vaření (Translace): V kuchyni je kuchař (ribozom), který si vezme náš lístek s receptem a začne podle něj vařit. Recept je napsán ve speciálním jazyce, kde každé třípísmenné slovo (kodon) znamená jednu konkrétní ingredienci (aminokyselina). 4. Pomocníci: Kuchař má k ruce spoustu malých pomocníků (tRNA). Každý pomocník je specialista na jednu ingredienci a nosí ji u sebe. Když kuchař přečte na receptu slovo "CUKR", přijde pomocník, který nese cukr, a přidá ho do mísy. Pak kuchař přečte "MOUKA", přijde pomocník s moukou atd. 5. Hotový pokrm: Kuchař takto postupně spojuje jednu ingredienci za druhou přesně v pořadí, jaké je na receptu. Když dočte recept až do konce, vznikne hotový pokrm – náš protein.

Tento "pokrm" (protein) pak může v buňce sloužit jako stavební materiál, enzym (katalyzátor reakcí) nebo plnit mnoho jiných funkcí.

Šablona:Aktualizováno