Protein Sentezi ve Modifikasyonu
Protein sentezi ve modifikasyonu, haberci RNA (mRNA) tarafından taşınan genetik bilginin işlevsel proteinlere dönüştürüldüğü hücresel bir yoldur. Bu süreç, mRNA'nın ribozomlar üzerinde translasyonunu, yeni sentezlenen polipeptidin üç boyutlu şekline katlanmasını (genellikle moleküler şaperonlar tarafından desteklenmektedir), sentez sonrası protein işlevini çeşitlendiren kovalent kimyasal değişiklikleri ve bir proteinin korunup korunmayacağına veya yıkıma uğrayıp uğramayacağına karar veren kalite kontrol sistemlerini kapsamaktadır. Bu adımlar bir araya gelerek bir hücrenin her proteinden ne kadar ürettiğini ve hangi formu aldığını belirlemektedir.
Tanım
Protein sentezi ve modifikasyonu, ribozomların mRNA'yı polipeptitlere çevirdiği ve bu polipeptitlerin daha sonra katlandığı, kimyasal olarak modifiye edildiği, kalite kontrolünden geçirildiği ve ya işlevsel proteinler olarak korunduğu ya da yıkım için hedeflendiği entegre süreçler bütününü ifade etmektedir.
Kapsam
Bu alan, okuyucuyu kodlayıcı RNA'dan olgun, işlevsel veya nihayetinde yıkıma uğramış proteine kadar olan tüm sürece yönlendirmektedir. Dört ana konuyu gruplandırmaktadır: ribozomlar ve translasyon; protein katlanması ve moleküler şaperonlar; translasyon sonrası modifikasyonlar; ve protein kalite kontrolü ve yıkımı. Hücre biyolojisi içinde yapısal ve moleküler bir referans niteliğindedir ve klinik yönetim tavsiyesi vermemektedir.
Alt konular
Temel sorular
- mRNA'nın nükleotit dizisi nasıl okunur ve bir amino asit dizisine dönüştürülür?
- Doğrusal bir polipeptit, kalabalık hücre içinde işlevsel katlanmış durumuna güvenilir bir şekilde nasıl ulaşır?
- Kovalent modifikasyonlar, sabit bir gen ürünleri setinin işlevsel repertuvarını nasıl genişletir?
- Hücre, doğru yapılmış proteinleri kusurlu olanlardan nasıl ayırt eder ve kusurlu olanları nasıl uzaklaştırır?
Anahtar kavramlar
- mRNA'nın ribozomlar üzerinde translasyonu
- Ribozomun bir ribozim olarak işlevi (peptidil transferaz aktivitesi)
- Ko-translasyonel ve translasyon sonrası katlanma
- Moleküler şaperonlar
- Translasyon sonrası modifikasyon
- Protein kalite kontrolü
- Proteostazis
Temel kuramlar
- Anfinsen'in termodinamik hipotezi
- Bir proteinin doğal üç boyutlu yapısı, amino asit dizisi tarafından belirlenmekte ve fizyolojik koşullar altında en düşük serbest enerji konformasyonuna karşılık gelmektedir; bu da katlanma bilgisinin dizinin kendisinde kodlandığını ima etmektedir.
- Proteostazis ağı kavramı
- Protein homeostazisi, dengesi adapte edilebilen ve başarısızlığı bir dizi konformasyonel hastalığın temelini oluşturan entegre bir sentez, katlanma, taşınma ve yıkım mekanizmaları ağı tarafından sürdürülmektedir.
Mekanizmalar
Ribozomlar mRNA kodonlarını okumakta ve aminoaçil-tRNA'ları kullanarak RNA tabanlı peptidil transferaz merkezleri aracılığıyla peptit bağı oluşumunu katalize etmektedir; bu nedenle ribozom temel olarak bir ribozimdir. Zincir ortaya çıktıkça katlanmaya başlamakta, genellikle agregasyonu önleyen ve dizinin serbest enerji peyzajı tarafından öngörülen doğal durumu destekleyen moleküler şaperonlar tarafından desteklenmektedir. Birçok protein daha sonra fosforilasyon, glikozilasyon ve ubikuitinasyon gibi translasyon sonrası modifikasyonlarla kimyasal olarak değiştirilmekte, bu da aktiviteyi, lokalizasyonu ve stabilitesi ayarlamaktadır. Bu süreç boyunca, kalite kontrol sistemleri katlanma doğruluğunu izlemekte ve yanlış katlanmış veya gereksiz proteinleri yıkıma yönlendirerek proteomu dengede tutmaktadır.
Klinik önem
Bu yolaktaki herhangi bir aksaklık hastalıklarla ilişkilendirilmektedir: yanlış katlanma ve agregasyon nörodejeneratif durumlarda öne çıkmakta, bozulmuş yıkım veya şaperon kapasitesi ise diğer bozukluklara katkıda bulunmaktadır. Normal yolun anlaşılması, bu tür durumları yorumlamak ve proteostazis odaklı araştırmalar için kavramsal bir temel sağlamaktadır; bu madde mekanizmaları tanımlamakta olup bireysel tanı veya tedaviyi yönlendirmemektedir.
Tarihçe
Ribozomların protein sentezlediği, genetik kodun kodon kodon okunduğu ve dizinin katlanmayı belirlediği (Anfinsen, 1973) anlayışı, yirminci yüzyılın ortalarında bu alanın çekirdeğini oluşturmuştur. Daha sonraki yapısal çalışmalar ribozomun katalitik RNA çekirdeğini ortaya koyarken (Nissen ve diğerleri, 2000), şaperon ve proteostazis kavramları (Hartl ve diğerleri, 2011; Balch ve diğerleri, 2008) ve modifikasyonların sistematik kimyası (Walsh ve diğerleri, 2005) resmi sentezden ömür boyu süren, düzenlenmiş bir protein yaşam döngüsüne genişletmiştir.
Öne çıkan isimler
- Christian Anfinsen
- Thomas Steitz
- F. Ulrich Hartl
- Christopher Walsh
İlgili konular
Temel eserler
- anfinsen-1973
- nissen-2000
- hartl-2011
- walsh-2005
Sıkça sorulan sorular
- Protein sentezi, gen ifadesi ile aynı mıdır?
- Gen ifadesinin protein düzeyindeki kısmıdır. Gen ifadesi ayrıca DNA'nın RNA'ya transkripsiyonunu da içermektedir; protein sentezi ve modifikasyonu, haberci RNA'dan itibaren olgun veya yıkıma uğramış bir proteinle sonuçlanan süreçleri kapsamaktadır.
- Bir protein sentezlendikten sonra neden modifikasyona ihtiyaç duyar?
- Translasyon bir amino asit zinciri üretir, ancak katlanma, kimyasal modifikasyonlar ve kalite kontrolü, bu zincirin kararlı, doğru konumlanmış ve aktif bir protein haline gelip gelmeyeceğini belirler ve sabit bir genomun yapabileceklerini büyük ölçüde genişletir.