Biosynteza białek - Protein biosynthesis
Biosynteza białek (lub synteza białek ) jest podstawowym procesem biologicznym zachodzącym w komórkach , równoważącym utratę białek komórkowych (poprzez degradację lub eksport ) poprzez produkcję nowych białek. Białka pełnią szereg kluczowych funkcji, takich jak enzymy , białka strukturalne lub hormony . Synteza białek jest bardzo podobnym procesem zarówno dla prokariontów, jak i eukariontów, ale istnieją pewne wyraźne różnice.
Syntezę białek można zasadniczo podzielić na dwie fazy - transkrypcję i translację . Podczas transkrypcji fragment DNA kodujący białko, zwany genem , jest przekształcany w cząsteczkę matrycową zwaną informacyjnym RNA (mRNA). Ta konwersja jest przeprowadzana przez enzymy, znane jako polimerazy RNA , w jądrze komórki . U eukariontów to mRNA jest początkowo wytwarzane w postaci przedwczesnej ( pre-mRNA ), która podlega potranskrypcyjnym modyfikacjom w celu wytworzenia dojrzałego mRNA . Dojrzałe mRNA jest eksportowane z jądra komórkowego przez pory jądra do cytoplazmy komórki w celu dokonania translacji. Podczas translacji mRNA jest odczytywane przez rybosomy, które wykorzystują sekwencję nukleotydów mRNA do określenia sekwencji aminokwasów . Rybosomy katalizują tworzenie kowalencyjnych wiązań peptydowych między kodowanymi aminokwasami, tworząc łańcuch polipeptydowy .
Po translacji łańcuch polipeptydowy musi zwinąć się, aby utworzyć funkcjonalne białko; na przykład, aby funkcjonować jako enzym, łańcuch polipeptydowy musi prawidłowo zwinąć, aby wytworzyć funkcjonalne miejsce aktywne . Aby przyjąć funkcjonalny trójwymiarowy (3D) kształt, łańcuch polipeptydowy musi najpierw utworzyć serię mniejszych struktur podstawowych zwanych strukturami drugorzędowymi . Łańcuch polipeptydowy w tych strukturach drugorzędowych następnie fałduje się, tworząc ogólną trzeciorzędową strukturę 3D . Po prawidłowym zwinięciu białko może podlegać dalszemu dojrzewaniu poprzez różne modyfikacje potranslacyjne . Modyfikacje potranslacyjne mogą zmieniać zdolność białka do funkcjonowania, gdzie jest ono zlokalizowane w komórce (np. Cytoplazmie lub jądrze) oraz zdolność białka do interakcji z innymi białkami .
Biosynteza białek odgrywa kluczową rolę w chorobie, ponieważ zmiany i błędy w tym procesie, wynikające z podstawowych mutacji DNA lub nieprawidłowego fałdowania białek, są często przyczyną choroby. Mutacje DNA zmieniają kolejną sekwencję mRNA, która następnie zmienia sekwencję aminokwasów kodowaną przez mRNA. Mutacje mogą powodować skrócenie łańcucha polipeptydowego poprzez generowanie sekwencji stop, która powoduje wczesne zakończenie translacji. Alternatywnie, mutacja w sekwencji mRNA zmienia specyficzny aminokwas kodowany w tej pozycji w łańcuchu polipeptydowym. Ta zmiana aminokwasów może wpływać na zdolność białka do prawidłowego funkcjonowania lub fałdowania. Niewłaściwie sfałdowane białka są często zaangażowane w chorobę, ponieważ nieprawidłowo sfałdowane białka mają tendencję do zlepiania się, tworząc gęste skupiska białek . Te skupiska są powiązane z szeregiem chorób, często neurologicznych , w tym chorobą Alzheimera i chorobą Parkinsona .
Transkrypcja
Transkrypcja zachodzi w jądrze przy użyciu DNA jako matrycy do produkcji mRNA. U eukariontów ta cząsteczka mRNA jest znana jako pre-mRNA, ponieważ podlega potranskrypcyjnym modyfikacjom w jądrze, aby wytworzyć dojrzałą cząsteczkę mRNA. Jednak u prokariotów modyfikacje potranskrypcyjne nie są wymagane, więc dojrzała cząsteczka mRNA jest natychmiast wytwarzana przez transkrypcję.
Początkowo enzym zwany helikazą działa na cząsteczkę DNA. DNA ma antyrównoległą , podwójną helisę, składającą się z dwóch komplementarnych nici polinukleotydowych , utrzymywanych razem przez wiązania wodorowe między parami zasad. Helikaza rozrywa wiązania wodorowe, powodując, że region DNA - odpowiadający genowi - rozwija się, oddzielając dwie nici DNA i odsłaniając szereg zasad. Pomimo tego, że DNA jest cząsteczką dwuniciową, tylko jedna z nici działa jako matryca do syntezy pre-mRNA - nić ta jest znana jako nić matrycowa. Druga nić DNA (która jest komplementarna do nici matrycowej) jest znana jako nić kodująca.
Zarówno DNA, jak i RNA mają wewnętrzną kierunkowość , co oznacza, że cząsteczka ma dwa różne końce. Ta właściwość kierunkowości wynika z asymetrycznych podjednostek nukleotydów, z grupą fosforanową po jednej stronie cukru pentozowego i zasadą po drugiej. Pięć węgli w pentozie jest ponumerowanych od 1 '(gdzie' oznacza liczbę pierwszą) do 5 '. Dlatego wiązania fosfodiestrowe łączące nukleotydy są tworzone przez połączenie grupy hydroksylowej na węglu 3 'jednego nukleotydu z grupą fosforanową na węglu 5' innego nukleotydu. W związku z tym nić kodująca DNA biegnie w kierunku od 5 'do 3', a komplementarna nić matrycowego DNA biegnie w przeciwnym kierunku od 3 'do 5'.
Enzym polimeraza RNA wiąże się z odsłoniętą nicią matrycową i odczytuje z genu w kierunku od 3 'do 5'. Jednocześnie polimeraza RNA syntetyzuje pojedynczą nić pre-mRNA w kierunku od 5'-do-3 ', katalizując tworzenie wiązań fosfodiestrowych między aktywowanymi nukleotydami (wolnymi w jądrze), które są zdolne do komplementarnego parowania zasad z nicią matrycową . Za poruszającą się polimerazą RNA dwie nici DNA łączą się ponownie, więc tylko 12 par zasad DNA jest eksponowanych jednocześnie. Polimeraza RNA buduje cząsteczkę pre-mRNA z szybkością 20 nukleotydów na sekundę, umożliwiając produkcję tysięcy cząsteczek pre-mRNA z tego samego genu w ciągu godziny. Pomimo szybkiego tempa syntezy, enzym polimeraza RNA posiada własny mechanizm korekty. Mechanizmy korekty pozwalają polimerazie RNA na usunięcie nieprawidłowych nukleotydów (które nie są komplementarne z nicią matrycową DNA) z rosnącej cząsteczki pre-mRNA poprzez reakcję wycięcia. Kiedy polimerazy RNA osiągną określoną sekwencję DNA, która kończy transkrypcję, polimeraza RNA odłącza się i synteza pre-mRNA jest zakończona.
Zsyntetyzowana cząsteczka pre-mRNA jest komplementarna z nicią matrycowego DNA i ma taką samą sekwencję nukleotydową jak kodująca nić DNA. Istnieje jednak jedna zasadnicza różnica w składzie nukleotydów cząsteczek DNA i mRNA. DNA składa się z zasad - guaniny , cytozyny , adeniny i tyminy (G, C, A i T) - RNA składa się również z czterech zasad - guaniny, cytozyny, adeniny i uracylu . W cząsteczkach RNA tymina w postaci zasady DNA jest zastępowana uracylem, który jest zdolny do tworzenia par zasad z adeniną. Dlatego w cząsteczce pre-mRNA wszystkie komplementarne zasady, którymi byłaby tymina w kodującej nici DNA, są zastąpione uracylem.
Modyfikacje potranskrypcyjne
Po zakończeniu transkrypcji cząsteczka pre-mRNA przechodzi potranskrypcyjne modyfikacje w celu wytworzenia dojrzałej cząsteczki mRNA.
Istnieją 3 kluczowe etapy modyfikacji potranskrypcyjnych:
- Dodanie czapki 5 'na końcu 5' cząsteczki pre-mRNA
- Dodanie ogona 3 ' poli (A) jest dodawane do cząsteczki pre-mRNA końca 3'
- Usunięcie intronów poprzez splicing RNA
Czapeczka 5 'jest dodawana do końca 5' cząsteczki pre-mRNA i składa się z nukleotydu guaniny zmodyfikowanego przez metylację . Celem czapeczki 5 'jest zapobieganie rozpadowi dojrzałych cząsteczek mRNA przed translacją, czapeczka pomaga również w wiązaniu rybosomu z mRNA w celu rozpoczęcia translacji i umożliwia różnicowanie mRNA od innych RNA w komórce. W przeciwieństwie do tego, ogon 3 'poli (A) jest dodawany do końca 3' cząsteczki mRNA i składa się z 100-200 zasad adeninowych. Te różne modyfikacje mRNA umożliwiają komórce wykrycie, że pełna wiadomość mRNA jest nienaruszona, jeśli obecne są zarówno czapeczka 5 ', jak i ogonek 3'.
Ta zmodyfikowana cząsteczka pre-mRNA przechodzi następnie proces składania RNA. Geny składają się z szeregu intronów i eksonów , introny to sekwencje nukleotydowe, które nie kodują białka, podczas gdy egzony to sekwencje nukleotydowe, które bezpośrednio kodują białko. Introny i egzony są obecne zarówno w podstawowej sekwencji DNA, jak iw cząsteczce pre-mRNA, dlatego w celu wytworzenia dojrzałej cząsteczki mRNA kodującej białko musi nastąpić splicing. Podczas splicingu interweniujące introny są usuwane z cząsteczki pre-mRNA przez kompleks wielobiałkowy zwany spliceosomem (złożony z ponad 150 białek i RNA). Ta dojrzała cząsteczka mRNA jest następnie eksportowana do cytoplazmy przez pory jądra w otoczce jądra.
Tłumaczenie
Podczas translacji rybosomy syntetyzują łańcuchy polipeptydowe z cząsteczek matrycowych mRNA. U eukariontów translacja zachodzi w cytoplazmie komórki, gdzie rybosomy są zlokalizowane albo swobodnie unoszące się, albo przyczepione do retikulum endoplazmatycznego . U prokariotów, które nie posiadają jądra, procesy zarówno transkrypcji, jak i translacji zachodzą w cytoplazmie.
Rybosomy są złożonymi maszynami molekularnymi , zbudowanymi z mieszaniny białka i rybosomalnego RNA , ułożonych w dwie podjednostki (dużą i małą), które otaczają cząsteczkę mRNA. Rybosom odczytuje cząsteczkę mRNA w kierunku 5'-3 'i wykorzystuje ją jako matrycę do określenia kolejności aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Aby dokonać translacji cząsteczki mRNA, rybosom wykorzystuje małe cząsteczki, znane jako transferowe RNA (tRNA), aby dostarczyć prawidłowe aminokwasy do rybosomu. Każde tRNA składa się z 70-80 nukleotydów i przyjmuje charakterystyczną strukturę koniczyny ze względu na tworzenie wiązań wodorowych między nukleotydami w cząsteczce. Istnieje około 60 różnych typów tRNA, każdy tRNA wiąże się z określoną sekwencją trzech nukleotydów (zwanych kodonem ) w cząsteczce mRNA i dostarcza określony aminokwas.
Rybosom początkowo przyłącza się do mRNA w kodonie start (AUG) i rozpoczyna translację cząsteczki. Sekwencję nukleotydową mRNA odczytuje się w tripletach - trzy sąsiednie nukleotydy w cząsteczce mRNA odpowiadają jednemu kodonowi. Każde tRNA ma odsłoniętą sekwencję trzech nukleotydów, znanych jako antykodon, które są komplementarne w sekwencji do określonego kodonu, który może być obecny w mRNA. Na przykład pierwszym napotkanym kodonem jest kodon start złożony z nukleotydów AUG. Prawidłowe tRNA z antykodonem (komplementarna sekwencja 3 nukleotydów UAC) wiąże się z mRNA przy użyciu rybosomu. To tRNA dostarcza prawidłowy aminokwas odpowiadający kodonowi mRNA, w przypadku kodonu start jest to aminokwas metionina. Następny kodon (sąsiadujący z kodonem start) jest następnie wiązany przez prawidłowy tRNA z komplementarnym antykodonem, dostarczając kolejny aminokwas do rybosomu. Następnie rybosom wykorzystuje swoją aktywność enzymatyczną transferazy peptydylowej do katalizowania tworzenia kowalencyjnego wiązania peptydowego między dwoma sąsiednimi aminokwasami.
Następnie rybosom przemieszcza się wzdłuż cząsteczki mRNA do trzeciego kodonu. Następnie rybosom uwalnia pierwszą cząsteczkę tRNA, ponieważ tylko dwie cząsteczki tRNA mogą być połączone w jednym czasie przez pojedynczy rybosom. Kolejny komplementarny tRNA z prawidłowym antykodonem komplementarnym do trzeciego kodonu jest wybierany, dostarczając następny aminokwas do rybosomu, który jest kowalencyjnie połączony z rosnącym łańcuchem polipeptydowym. Proces ten jest kontynuowany, gdy rybosom porusza się wzdłuż cząsteczki mRNA, dodając do łańcucha polipeptydowego do 15 aminokwasów na sekundę. Za pierwszym rybosomem do 50 dodatkowych rybosomów może wiązać się z cząsteczką mRNA tworząc polisom , co umożliwia jednoczesną syntezę wielu identycznych łańcuchów polipeptydowych. Zakończenie rosnącego łańcucha polipeptydowego następuje, gdy rybosom napotka kodon stop (UAA, UAG lub UGA) w cząsteczce mRNA. Kiedy to nastąpi, żadne tRNA nie może go rozpoznać, a czynnik uwalniający indukuje uwolnienie całego łańcucha polipeptydowego z rybosomu. Dr Har Gobind Khorana , naukowiec pochodzący z Indii, rozszyfrował sekwencje RNA dla około 20 aminokwasów. Za swoją pracę otrzymał w 1968 roku wraz z dwoma innymi naukowcami Nagrodę Nobla .
Fałdowanie białek
Po zakończeniu syntezy łańcucha polipeptydowego łańcuch polipeptydowy fałduje się, aby przyjąć określoną strukturę, która umożliwia białku pełnienie jego funkcji. Podstawowa forma struktury białka nazywana jest strukturą pierwszorzędową , która jest po prostu łańcuchem polipeptydowym, czyli sekwencją kowalencyjnie związanych aminokwasów. Podstawowa struktura białka jest kodowana przez gen. Dlatego wszelkie zmiany w sekwencji genu mogą zmienić pierwotną strukturę białka i wszystkie kolejne poziomy struktury białka, ostatecznie zmieniając ogólną strukturę i funkcję.
Pierwotna struktura białka (łańcuch polipeptydowy) może następnie zwijać się lub zwijać, tworząc drugorzędową strukturę białka. Najpopularniejsze typy struktur drugorzędowych są znane jako alfa-helisa lub arkusz beta , są to małe struktury wytwarzane przez wiązania wodorowe tworzące się w łańcuchu polipeptydowym. Ta drugorzędowa struktura następnie fałduje się, tworząc trzeciorzędową strukturę białka. Trzeciorzędowa struktura to ogólna trójwymiarowa struktura białek, która składa się z różnych drugorzędowych struktur składających się razem. W strukturze trzeciorzędowej kluczowe cechy białka, np. Miejsce aktywne, są pofałdowane i utworzone, umożliwiając białku funkcjonowanie. Wreszcie, niektóre białka mogą przyjmować złożoną strukturę czwartorzędową . Większość białek składa się z pojedynczego łańcucha polipeptydowego, jednak niektóre białka składają się z wielu łańcuchów polipeptydowych (znanych jako podjednostki), które fałdują się i oddziałują, tworząc strukturę czwartorzędową. W związku z tym całe białko jest kompleksem złożonym z wielu podjednostek, składającym się z wielu podjednostek łańcucha polipeptydowego, np . Hemoglobiny .
Modyfikacje potranslacyjne
Zakończenie fałdowania białka do dojrzałego, funkcjonalnego stanu 3D niekoniecznie oznacza koniec szlaku dojrzewania białka. Pofałdowane białko może nadal podlegać dalszej obróbce poprzez modyfikacje potranslacyjne. Istnieje ponad 200 znanych typów modyfikacji potranslacyjnych. Modyfikacje te mogą zmieniać aktywność białka, zdolność białka do interakcji z innymi białkami i gdy białko znajduje się w komórce, np. W jądrze komórkowym lub cytoplazmie. Poprzez modyfikacje potranslacyjne różnorodność białek kodowanych przez genom zwiększa się o 2 do 3 rzędów wielkości .
Istnieją cztery kluczowe klasy modyfikacji potranslacyjnych:
- Łupliwość
- Dodawanie grup chemicznych
- Dodanie złożonych cząsteczek
- Tworzenie wiązań wewnątrzcząsteczkowych
Łupliwość
Cięcie białek jest nieodwracalną modyfikacją potranslacyjną przeprowadzaną przez enzymy znane jako proteazy . Te proteazy są często wysoce specyficzne i powodują hydrolizę ograniczonej liczby wiązań peptydowych w obrębie białka docelowego. Powstałe skrócone białko ma zmieniony łańcuch polipeptydowy z różnymi aminokwasami na początku i na końcu łańcucha. Ta modyfikacja potranslacyjna często zmienia funkcję białek, białko może być inaktywowane lub aktywowane przez rozszczepienie i może wykazywać nowe aktywności biologiczne.
Dodawanie grup chemicznych
Po translacji do aminokwasów w strukturze dojrzałego białka można dodać małe grupy chemiczne. Przykłady procesów, które dodają grupy chemiczne do białka docelowego, obejmują metylację, acetylację i fosforylację .
Metylacja to odwracalna addycja grupy metylowej do aminokwasu katalizowana przez enzymy metylotransferazy . Metylacja zachodzi na co najmniej 9 z 20 powszechnych aminokwasów, jednak głównie zachodzi na aminokwasach lizyny i argininy . Jednym z przykładów białka, które jest powszechnie metylowane, jest histon . Histony to białka znajdujące się w jądrze komórki. DNA jest ciasno owinięte wokół histonów i utrzymywane na miejscu przez inne białka i interakcje między ładunkami ujemnymi w DNA i dodatnimi ładunkami histonu. Wysoce specyficzny wzór metylacji aminokwasów na białkach histonowych służy do określenia, które regiony DNA są mocno zranione i nie mogą być transkrybowane, a które obszary są luźno zranione i mogą być transkrybowane.
Histonowa regulacja transkrypcji DNA jest również modyfikowana przez acetylację. Acetylacja to odwracalne kowalencyjne dodanie grupy acetylowej do aminokwasu lizyny przez enzym acetylotransferazę . Grupa acetylowa jest usuwana z cząsteczki donorowej znanej jako acetylokoenzym A i przenoszona na białko docelowe. Histony ulegają acetylacji na swoich resztach lizyny przez enzymy znane jako acetylotransferaza histonów . Skutkiem acetylacji jest osłabienie interakcji ładunków między histonem i DNA, dzięki czemu więcej genów w DNA będzie dostępnych do transkrypcji.
Ostatnią, dominującą potranslacyjną modyfikacją grupy chemicznej jest fosforylacja. Fosforylacja to odwracalne, kowalencyjne dodanie grupy fosforanowej do określonych aminokwasów ( seryny , treoniny i tyrozyny ) w białku. Grupa fosforanowa jest usuwana z cząsteczki donorowej ATP przez kinazę białkową i przenoszona na grupę hydroksylową docelowego aminokwasu, co prowadzi do powstania difosforanu adenozyny jako produktu biologicznego. Proces ten można odwrócić, a grupę fosforanową usunąć przez enzym fosfatazę białkową . Fosforylacja może stworzyć miejsce wiązania na fosforylowanym białku, które umożliwia mu interakcję z innymi białkami i generowanie dużych, wielobiałkowych kompleksów. Alternatywnie, fosforylacja może zmienić poziom aktywności białka poprzez zmianę zdolności białka do wiązania jego substratu.
Dodanie złożonych cząsteczek
Modyfikacje potranslacyjne mogą włączać bardziej złożone, duże cząsteczki do pofałdowanej struktury białka. Jednym z typowych przykładów jest glikozylacja , dodanie cząsteczki polisacharydu, która jest powszechnie uważana za najpowszechniejszą modyfikację potranslacyjną.
W glikozylacji cząsteczka polisacharydu (znana jako glikan ) jest kowalencyjnie dodawana do białka docelowego przez enzymy glikozylotransferazy i modyfikowana przez glikozydazy w siateczce endoplazmatycznej i aparacie Golgiego . Glikozylacja może odgrywać kluczową rolę w określaniu ostatecznej, pofałdowanej struktury 3D docelowego białka. W niektórych przypadkach do prawidłowego fałdowania konieczna jest glikozylacja. N-glikozylacja sprzyja fałdowaniu białka poprzez zwiększenie rozpuszczalności i pośredniczy w wiązaniu białka z białkowymi białkami opiekuńczymi . Białka opiekuńcze to białka odpowiedzialne za fałdowanie i utrzymanie struktury innych białek.
Istnieją zasadniczo dwa typy glikozylacji, glikozylacja N-połączona i glikozylacja O-połączona . N-glikozylacja rozpoczyna się w siateczce endoplazmatycznej z dodatkiem glikanu prekursorowego. Glikan będący prekursorem jest modyfikowany w aparacie Golgiego w celu wytworzenia złożonego glikanu związanego kowalencyjnie z azotem w aminokwasie asparaginy . W przeciwieństwie do tego, O-glikozylacja to sekwencyjne kowalencyjne dodawanie poszczególnych cukrów do tlenu w aminokwasach seryny i treoninie w obrębie struktury dojrzałego białka.
Tworzenie wiązań kowalencyjnych
Wiele białek wytwarzanych w komórce jest wydzielanych poza komórkę, aby funkcjonować jako białka zewnątrzkomórkowe . Białka pozakomórkowe są narażone na różnorodne warunki. W celu ustabilizowania struktury białka 3D, wiązania kowalencyjne są tworzone albo w obrębie białka, albo między różnymi łańcuchami polipeptydowymi w strukturze czwartorzędowej. Najbardziej rozpowszechnionym typem jest wiązanie dwusiarczkowe (znane również jako mostek dwusiarczkowy). Wiązanie dwusiarczkowe tworzy się między dwoma aminokwasami cysteiny przy użyciu ich grup chemicznych w łańcuchach bocznych zawierających atom siarki, te grupy chemiczne są znane jako tiolowe grupy funkcyjne. Wiązania dwusiarczkowe stabilizują istniejącą wcześniej strukturę białka. Wiązania dwusiarczkowe powstają w reakcji utleniania między dwiema grupami tiolowymi i dlatego do reakcji potrzebne jest środowisko utleniające. W rezultacie wiązania dwusiarczkowe są zwykle tworzone w środowisku utleniającym retikulum endoplazmatycznego, katalizowanym przez enzymy zwane izomerazami disiarczkowymi białek. W cytoplazmie rzadko powstają wiązania disiarczkowe, ponieważ jest to środowisko redukujące.
Rola syntezy białek w chorobie
Wiele chorób jest spowodowanych mutacjami genów, ze względu na bezpośrednie połączenie między sekwencją nukleotydów DNA a sekwencją aminokwasów kodowanego białka. Zmiany w pierwotnej strukturze białka mogą skutkować nieprawidłowym fałdowaniem lub nieprawidłowym funkcjonowaniem białka. Mutacje w obrębie jednego genu zostały zidentyfikowane jako przyczyna wielu chorób, w tym anemii sierpowatej , zwanej zaburzeniami pojedynczego genu.
Anemia sierpowata
Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa to grupa chorób spowodowanych mutacją podjednostki hemoglobiny, białka znajdującego się w krwinkach czerwonych odpowiedzialnych za transport tlenu. Najbardziej niebezpieczna z anemii sierpowatokrwinkowej jest znana jako anemia sierpowata. Anemia sierpowata jest najczęstszym zaburzeniem homozygotycznym recesywnym pojedynczego genu , co oznacza, że chory musi być nosicielem mutacji w obu kopiach dotkniętego genu (po jednej odziedziczonej od każdego z rodziców), aby cierpieć na tę chorobę. Hemoglobina ma złożoną czwartorzędową strukturę i składa się z czterech podjednostek polipeptydowych - dwóch podjednostek A i dwóch podjednostek B. Pacjenci cierpiący na anemię sierpowatą mają mutację missense lub substytucyjną w genie kodującym łańcuch polipeptydowy podjednostki hemoglobiny B. Mutacja missense oznacza, że mutacja nukleotydu zmienia ogólny triplet kodonów w taki sposób, że inny aminokwas jest sparowany z nowym kodonem. W przypadku anemii sierpowatej najczęstszą mutacją missense jest mutacja pojedynczego nukleotydu z tyminy do adeniny w genie podjednostki hemoglobiny B. To zmienia kodon 6 z kodującego aminokwas kwasu glutaminowego na kodujący walinę.
Ta zmiana w pierwotnej strukturze łańcucha polipeptydowego podjednostki hemoglobiny B zmienia funkcjonalność kompleksu wielopodjednostkowego hemoglobiny w warunkach niskiego poziomu tlenu. Kiedy czerwone krwinki wyładowują tlen do tkanek ciała, zmutowane białko hemoglobiny zaczyna się zlepiać, tworząc półstałą strukturę w czerwonych krwinkach. To zniekształca kształt czerwonych krwinek, powodując charakterystyczny sierpowaty kształt i zmniejsza elastyczność komórek. Ta sztywna, zniekształcona czerwona krwinka może gromadzić się w naczyniach krwionośnych, tworząc zator. Zablokowanie zapobiega przepływowi krwi do tkanek i może prowadzić do śmierci tkanki, która powoduje silny ból u pacjenta.
Zobacz też
- Centralny dogmat biologii molekularnej
- Kod genetyczny
- Ekspresja genu
- Modyfikacja potranslacyjna
- Fałdowanie białek
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- Przydatne wideo wizualizujące proces przekształcania DNA w białko poprzez transkrypcję i translację
- Wideo wizualizujące proces fałdowania białka od niefunkcjonalnej struktury pierwotnej do dojrzałej, pofałdowanej struktury białka 3D w odniesieniu do roli mutacji i nieprawidłowego fałdowania białek w chorobie
- Bardziej zaawansowane wideo przedstawiające szczegółowo różne typy modyfikacji potranslacyjnych i ich struktury chemiczne