Tổng hợp và Biến đổi Protein
Tổng hợp và biến đổi protein là con đường tế bào biến thông tin di truyền được mang bởi RNA thông tin thành các protein chức năng. Quá trình này bao gồm dịch mã mRNA trên ribosome, sự gấp cuộn của chuỗi polypeptide mới sinh thành hình dạng ba chiều của nó (thường được hỗ trợ bởi các chaperone phân tử), các thay đổi hóa học cộng hóa trị làm đa dạng hóa chức năng protein sau khi tổng hợp, và các hệ thống kiểm soát chất lượng quyết định liệu một protein được giữ lại hay bị phân hủy. Cùng với nhau, các bước này xác định lượng protein mà mỗi tế bào tạo ra và dạng mà nó sẽ có.
Definition
Tổng hợp và biến đổi protein biểu thị tập hợp các quá trình tích hợp mà qua đó ribosome dịch mã mRNA thành các polypeptide và qua đó các polypeptide đó sau đó được gấp cuộn, biến đổi hóa học, kiểm tra chất lượng, và hoặc được giữ lại dưới dạng protein chức năng hoặc được nhắm mục tiêu để phân hủy.
Scope
Lĩnh vực này định hướng người đọc về toàn bộ quá trình từ RNA mã hóa đến protein trưởng thành, chức năng, hoặc cuối cùng bị phá hủy. Nó nhóm bốn chủ đề: ribosome và dịch mã; gấp cuộn protein và chaperone phân tử; biến đổi sau dịch mã; và kiểm soát chất lượng và phân hủy protein. Đây là một tài liệu tham khảo về cấu trúc và phân tử trong sinh học tế bào và không đưa ra lời khuyên quản lý lâm sàng.
Sub-topics
Core questions
- Trình tự nucleotide của mRNA được đọc và chuyển đổi thành trình tự axit amin như thế nào?
- Một polypeptide tuyến tính đạt được trạng thái gấp cuộn chức năng của nó một cách đáng tin cậy bên trong tế bào đông đúc như thế nào?
- Các biến đổi cộng hóa trị mở rộng khả năng chức năng của một tập hợp sản phẩm gen cố định như thế nào?
- Tế bào phân biệt protein được tạo ra đúng cách với protein bị lỗi và loại bỏ protein bị lỗi như thế nào?
Key concepts
- Dịch mã mRNA trên ribosome
- Ribosome như một ribozyme (hoạt tính peptidyl transferase)
- Gấp cuộn đồng dịch mã và sau dịch mã
- Chaperone phân tử
- Biến đổi sau dịch mã
- Kiểm soát chất lượng protein
- Proteostasis
Key theories
- Giả thuyết nhiệt động lực học của Anfinsen
- Cấu trúc ba chiều tự nhiên của một protein được xác định bởi trình tự axit amin của nó và tương ứng, trong điều kiện sinh lý, với cấu hình có năng lượng tự do thấp nhất, ngụ ý rằng thông tin gấp cuộn được mã hóa trong chính trình tự đó.
- Khái niệm mạng lưới Proteostasis
- Cân bằng nội môi protein được duy trì bởi một mạng lưới tích hợp các bộ máy tổng hợp, gấp cuộn, vận chuyển và phân hủy mà sự cân bằng của chúng có thể được điều chỉnh, và sự thất bại của chúng là nguyên nhân cơ bản của một loạt các bệnh liên quan đến cấu hình.
Mechanisms
Ribosome đọc các codon mRNA và, sử dụng aminoacyl-tRNA, xúc tác sự hình thành liên kết peptide thông qua trung tâm peptidyl transferase dựa trên RNA của chúng, do đó ribosome về cơ bản là một ribozyme. Khi chuỗi xuất hiện, nó bắt đầu gấp cuộn, thường được hỗ trợ bởi các chaperone phân tử ngăn chặn sự kết tụ và thúc đẩy trạng thái tự nhiên được dự đoán bởi cảnh quan năng lượng tự do của trình tự. Nhiều protein sau đó được thay đổi hóa học bằng các biến đổi sau dịch mã như phosphoryl hóa, glycosyl hóa và ubiquityl hóa, điều chỉnh hoạt động, vị trí và độ ổn định. Trong suốt quá trình, các hệ thống kiểm soát chất lượng giám sát độ chính xác của sự gấp cuộn và định tuyến các protein bị gấp cuộn sai hoặc không cần thiết đến quá trình phân hủy, giữ cho proteome ở trạng thái cân bằng.
Clinical relevance
Những thất bại ở bất kỳ đâu trong con đường này đều liên quan đến bệnh tật: sự gấp cuộn sai và kết tụ xuất hiện trong các tình trạng thoái hóa thần kinh, và sự phân hủy hoặc khả năng chaperone bị rối loạn góp phần vào các rối loạn khác. Hiểu biết về con đường bình thường cung cấp cơ sở khái niệm để giải thích các tình trạng như vậy và cho nghiên cứu nhắm mục tiêu proteostasis; mục này mô tả các cơ chế và không hướng dẫn chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.
History
Việc nhận ra rằng ribosome tổng hợp protein, rằng mã di truyền được đọc từng codon một, và rằng trình tự quyết định sự gấp cuộn (Anfinsen, 1973) đã thiết lập cốt lõi của lĩnh vực này vào giữa thế kỷ XX. Công trình cấu trúc sau này đã tiết lộ lõi RNA xúc tác của ribosome (Nissen et al., 2000), trong khi các khái niệm chaperone và proteostasis (Hartl et al., 2011; Balch et al., 2008) và hóa học hệ thống của các biến đổi (Walsh et al., 2005) đã mở rộng bức tranh từ tổng hợp đến một chu kỳ sống protein được điều hòa, kéo dài suốt đời.
Key figures
- Christian Anfinsen
- Thomas Steitz
- F. Ulrich Hartl
- Christopher Walsh
Related topics
Seminal works
- anfinsen-1973
- nissen-2000
- hartl-2011
- walsh-2005
Frequently asked questions
- Tổng hợp protein có giống với biểu hiện gen không?
- Đó là phần cấp độ protein của biểu hiện gen. Biểu hiện gen cũng bao gồm phiên mã DNA thành RNA; tổng hợp và biến đổi protein bao gồm những gì xảy ra từ RNA thông tin trở đi, kết thúc bằng một protein trưởng thành hoặc bị phân hủy.
- Tại sao một protein cần được biến đổi sau khi nó được tạo ra?
- Dịch mã tạo ra một chuỗi axit amin, nhưng sự gấp cuộn, biến đổi hóa học và kiểm soát chất lượng quyết định liệu chuỗi đó có trở thành một protein ổn định, nằm đúng vị trí và hoạt động hay không, mở rộng đáng kể những gì một bộ gen cố định có thể làm.