Baltymų biosintezė, arba transliacija (lot. translatio - pernešimas, perdavimas), yra daugiastadijinis energiją naudojantis procesas, kurio metu genuose užkoduota seka jungiasi aminorūgštys, sudarydamos polipeptidus. Baltymų sintezė vyksta visose organizmo ląstelėse ir skirstoma į 2 etapus: transkripcija ir transliacija.
Baltymų Biosintezės Stadijos
Skiriamos 4 baltymų biosintezės stadijos:
- Aminorūgščių aktyvacija.
- Sintezės iniciacija (pradžia).
- Elongacija (polipeptido ilginimas).
- Terminacija (pabaiga).
Antra, trečia ir ketvirta stadijos vyksta ribosomose. Aktyvacijos stadijoje aminorūgštys aktyvinamos ir prijungiamos prie joms specifinių tRNR molekulių. Šį procesą katalizuoja aminoacil‑tRNR sintetazės (labai specifiniu veikimu pasižymintys fermentai).
Iniciacija
Iniciacijos metu mRNR prisijungia prie mažojo ribosomos subvieneto. Inicijavimo aminoacil‑tRNR atpažįsta inicijavimo mRNR kodoną. Prisijungia didysis ribosomos subvienetas ir susidaro inicijavimo kompleksas.
Prokariotuose inicijavimo formilmetionil‑tRNRfmet (fmet‑tRNRfmet) atpažįsta AUG (ar GUG, kartais UUG) kodoną, kuris yra sintetinamo polipeptido N‑galo pradžios signalas. Atpažinime dalyvauja mažojo ribosomos subvieneto 16S rRNR, kurios 3′ galo pirimidininiai nukleotidai sudaro vandenilinius ryšius su mRNR 5′ galo nuo inicijavimo kodono purininiais nukleotidais.
Iniciacija prasideda, kai 30S ribosomos subvienetas, sudarantis kompleksą su IF3 ir IF1, prisijungia mRNR ir IF2, kuris yra susijungęs su GTP ir fmet‑tRNRfmet. IF3 trukdo mažajam ribosomos subvienetui susijungti su didžiuoju, iki jų susijungimo IF3 atskyla. mRNR inicijavimo kodonas yra 30S ribosomos subvieneto P centre, kuriame prisijungia fmet‑tRNRfmet (ją pristato IF2). Po GTP hidrolizės atskyla visi IF ir prisijungia 50S ribosomos subvienetas. Susidaro 70S inicijavimo kompleksas.
Eukariotų ląstelėse inicijavimo aminoacil‑tRNR yra metionil‑tRNRimet, kuri prisijungia prie ribosomos dar prieš mRNR. Metionil‑tRNRimet į ribosomos 40S subvienetą atgabena eIF2, susijungęs su GTP molekule. Kartu su eIF1A ir eIF3 susidaro 43S preinicijavimo kompleksas, kuris jungiasi prie mRNR 5′ galo struktūros, vadinamos kepure. 40S ribosomos subvienetas atpažįsta pradinį AUG kodoną, įvyksta GTP hidrolizė, eIF disociacija. Prie mažojo ribosomos subvieneto jungiasi didysis 60S subvienetas.
Elongacija
Elongacija yra ciklinis procesas, susidedantis iš trijų stadijų:
- Atitinkamos aminoacil‑tRNR prisijungimo inicijavimo komplekso A centre.
- Peptidinio ryšio susidarymo.
- Translokacijos.
Prokariotuose elongavimo faktorius Tu (EFTu) prisijungia aminoacil‑tRNR ir GTP. Po GTP hidrolizės aminoacil‑tRNR prijungiama 70S ribosomos A centre. Susidaro EFTu:GDP kompleksas, kuriame EFTs GDP liekaną vėl pakeičia į GTP.
Baltymų biosintezės pagrindinė cheminė reakcija yra peptidinio ryšio susidarymas. Reakciją katalizuoja peptidiltransferazė. Šio fermento aktyvumas aptiktas 50S ribosomos subvieneto 23S rRNR. Reakcijos metu peptidilo liekana, esanti P centre, reaguoja su A centre esančios aminoacil‑tRNR aminorūgšties α‑aminogrupe. Susidariusi peptidil‑tRNR pailgėja viena aminorūgšties liekana ir lieka prisijungusi A centre, o P centre - deacilinta tRNR.
Translokacijos metu iš P centro pašalinama deacilinta tRNR ir iš A centro į P centrą pernešama peptidil‑tRNR. Ribosoma pasislenka per vieną kodoną mRNR 3′ galo kryptimi, A centre atsiranda kitas kodonas. Ribosomos judėjimą katalizuoja EFG, perduodamas GTP hidrolizės metu išsiskyrusią energiją.
Terminacija
Terminacija prasideda, kai RF, kurie prisijungia ribosomos A centre, atpažįsta terminavimo kodonus. Prokariotuose polipeptidas ilginamas tol, kol 70S ribosomos A centre atsiranda terminavimo kodonas. Ląstelėse nėra aminoacil‑tRNR, kurios atpažintų šį kodoną, todėl į ribosomos A centrą nebeatnešamos aktyvintos aminorūgštys.
RF1 atpažįsta UAA ir UAG, RF2 - UAA ir UGA terminavimo kodonus. RF3 padeda prisijungti RF1 ir RF2. Susidaro ribosomos:RF1(ar RF2):RF3‑GTP terminavimo kompleksas, kuriame peptidiltransferazinis aktyvumas pasikeičia į hidrolazinį. Įvyksta esterinio ryšio, kuriuo susintetintas polipeptidas yra prisijungęs prie tRNR, hidrolizė. Terminavimo komplekse, hidrolizuojantis GTP molekulei, įvyksta konformaciniai pokyčiai, nuo ribosomos atsiskiria susintetintas polipeptidas, deacilinta tRNR ir RF.
70S ribosoma atsiskiria nuo mRNR ir disocijuoja į 30S ir 50S subvienetus. Prie 30S prisijungia IF3, kuris trukdo subvienetams susijungti.
Polisomos
Struktūrinis baltymų biosintezės vienetas yra poliribosomos, arba polisomos (kelios arba daug ribosomų vienu metu prisijungusių prie vienos mRNR molekulės). Polisomose greičiau ir daugiau susintetinama baltymo. Polipeptido erdvinė struktūra pradeda formuotis dar nepasibaigus jo sintezei. Ir ribosomos, ir iRNR gali būti vėl naudojamos.
DNR Replikacija
Replikacija - tai DNR molekulės savybė dvigubėti. DNR replikacijos metu motininė DNR molekulė išsivynioja ir jos grandinės atsiskiria. Tada kiekviena senoji grandinė tarnauja matrica naujos grandinės sintezei.
Replikacijos Etapai
- Išsivyniojimas. Senosios grandinės, sudarančios motininę DNR molekulę, išsivynioja ir išsiskiria (t.y. nutrūksta silpnos vandenilinės jungtys tarp komplementarių bazių). Molekulę išvynioja specialus fermentas, vadinamas helikaze.
- Kompementarių bazių poravimasis. Nauji komplementarūs nukleotidai, kurių visada būna branduolyje, įsistato į grandinę dėl komplementarios bazių sąveikos.
- Susijungimas. Komplementarūs nukleotidai susijungia ir suformuoja naujas grandines. Kiekvienoje dukterinėje DNR molekulėje yra sena grandinė ir nauja grandinė.
Transkripcija
Tai procesas, kurio metu nuo DNR dalies - geno - nurašoma iRNR kopija. Vyksta ląstelių branduolyje. iRNR perneša šią informaciją iš ląstelės branduolio į citoplazmoje esančią baltymo sintezės vietą - ribosomas, nes DNR iš branduolio niekada neišeina.
Transkripcijos Eiga
DNR spiralės atkarpa atsivynioja ir atsiskiria. Transkripcijos vietoje su DNR nukleotidais jungiasi komplementarūs iRNR nukleotidai. Kai RNR polimerazė nuslenka tolyn, DNR grandinės vėl susijungia, o RNR transkriptas laisvai pakimba. Tokių kopijų po transkripcijos gali susidaryti daug. Jos pereina iš branduolio į citoplazmą.
Transliacija
Tai baltymo sintezė. Baltymo biosintezė prasideda, kai iRNR molekulė su inicijavimo kodonu AUG prisijungia prie ribosomos. Tada ribosoma pasislenka.
Baltymų Sintezės Greitis
Šiek tiek informacijos apie baltymų sintezės greitį įvairiomis sąlygomis (Rasmussen BB, Tipton KD, Miller SL, Wolf SE and Wolfe RR, Journal of Applied Physiology 88: 386-392, 2000):
- Ramybės būsenoje, esant pakilusiam insulino lygiui, baltymų sintezė pagerėja 50%.
- Ramybės būsenoje, kraujyje padidėjus aminorūgščių koncentracijai, baltymų sintezė pagerėja 150%.
- Po treniruotės baltymų sintezė pagerėja 100%.
- Po treniruotės, kraujyje padidėjus aminorūgščių koncentracijai, baltymų sintezė pagerėja 200%.
- Po treniruotės, kraujyje padidėjus aminorūgščių koncentracijai ir esant pakilusiam insulino lygiui, baltymų sintezė pagerėja 400%.
Paprastais žodžiais kalbant, suvalgius angliavandenių, organizmas išskiria insuliną. Esant aukštam insulino lygiui, raumeninėse ląstelėse iki 50% pagerėja baltymų sinztezė. Be to, treniruotė su svoriais savaime stimuliuoja baltymų sintezę iki 100%. Jei į savo mitybos racioną esate įvedę aminorūgščių - tai baltymų sintezė padidėja iki 150%. Kai vartojate aminorūgštis iš karto po sunkios treniruotės - baltymų sintezė pagerėja iki 200%. Ir svarbiausia, jei po treniruotės vartojate aminorūgštis ir skatinate insulino išsiskyrimą, baltymų sintezę galite stimuliuoti net iki 400%.
Didžiausia klaida, kurią daro didžioji dalis besitreniruojančiųjų yra ta, kad maksimaliai neišnaudoja šios galimybės! Kol vištienos ar varškės baltymai bus suskaidomi iki aminorūgščių ir pateks į kraują - praeis keletą valandų. Valgydami šokoladą, kaip angliavandenių šaltinį, nepamirškite, kad jame yra nemažai riebalų, kurie bus kaupiami kaip riebalų atsargos. Taip raumenų augimo potencialas ir lieka nepanaudotas.
Daugiau patyrę „kačiokai“ žino, kad po treniruotės vartojant aminorūgštis ar baltyminį kokteilį, aminorūgščių koncentracija kraujyje padidės žymiai greičiau, nei valgant įprastą maistą. Tačiau tai dar ne viskas. Yra nustatyta, kad tik esminės aminorūgštys padidina baltymų sintezę. Tad gerdami, pavyzdžiui 2-4 tabletes Amino 2700, nesitikėkite stebuklo, kadangi nebus išnaudojamos organizmo galimybės maksimaliai suaktyvinti baltymų sintezę. Tai reiškia, kad tablėtėse esančios neesminės aminorūgštys nepanaudojamos pagal paskirtį, o esminių aminorūgščių kiekis yra per mažas baltymų sintezei stimuliuoti.
Nepaisant viso to, reikia žinoti, kad vien baltyminio kokteilio ar aminorūgščių raumenų atstatymui nepakanka. Besitreniruojant išeikvojamos glikogeno atsargos, sumažėja cukraus kiekis kraujyje. Jei po treniruotės nebus vartojami angliavandeniai, o tik aminorūgštys ar baltyminis kokteilis, kraujyje padidės tik aminorūgščių koncentracija, bet nepadidės gliukozės. Kad atstatyti cukraus kiekį kraujyje, organizmas biocheminėmis reakcijomis gliukozę gamins iš kraujyje esančių aminorūgščių (ką suvartojote po treniruotės). Tai reiškia, kad brangiai kainavusios aminorūgštys bus sunaudotos kaip pigi gliukozė.
Angliavandenių vartojimas po treniruotės stimuliuoja insulino išsiskyrimą, kurio paskirtis transportuoti kraujyje esančią gliukozę ir aminorūgštis į po treniruotės „išbadėjusias“ raumenų ląsteles. Taip gliukozė panaudojama energijos atstatymui, o aminorūgštys - raumenų augimui. Be to, reikia nepamiršti, kad vartojant angliavandenių ir aminorūgščių mišinį po treniruotės, baltymų sintezė bus suaktyvinama iki 400%. Tai yra tarsi “mygtukas”, įjungiantis galingą raumenų statybos mechanizmą.
Kol nesuprasite šios kritiškai svarbios strategijos, nesitikėkite padaryti rimto treniruočių progreso. Skatinsite raumenų augimą ar patirsite nesėkmę, priklauso nuo to, kaip maitinsitės po treniruotės.
Baltymų Sintezės Greičio Priklausomybė nuo Sąlygų
| Sąlygos | Baltymų Sintezės Pagerėjimas |
|---|---|
| Ramybės būsena, pakilęs insulino lygis | 50% |
| Ramybės būsena, padidėjusi aminorūgščių koncentracija | 150% |
| Po treniruotės | 100% |
| Po treniruotės, padidėjusi aminorūgščių koncentracija | 200% |
| Po treniruotės, padidėjusi aminorūgščių koncentracija ir pakilęs insulino lygis | 400% |