Valgusüntees

Valgusüntees ehk valgu biosüntees on valkude moodustamise protsess rakkudes, milles osalevad RNA-d ja ribosoomid.
Sageli nimetatakse valgusünteesi ka translatsiooniks või viidatakse mõiste kasutamisel vaid translatsiooni mehhanismile, kuid valgusünteesis on laiem mõiste. Tegemist on mitmeastmelise protsessiga, mis algab aminohappe sünteesist ja tuumast pärineva DNA transkriptsioonist mRNA-ks (sõnumi-RNA ehk messenger-RNA), mis on hiljem translatsiooni alginformatsiooniks. Seega on valgusüntees protsessi, milles rakud loovad ja taastoodavad valke.
Valk on oma primaarstruktuurilt polümeer, mille monomeerideks on 20 (21) aminohapet. Aminohapped on polümeeri ahelates ühendatud peptiidsidemete abil. Valgusünteesis toimub mRNA translatsioon polüpeptiidiks.
Geneetilist informatsiooni kantakse üle nukleiinhapetes, DNA-s ja RNA-s. Seda väljendatakse neljatähelise "tähestiku" abil, millega moodustatakse kolmetähelised "sõnad". Viimased transleeritakse omakorda valkudeks, mille "tähestik" on palju mahukam.
Tsistroonset DNA-d kasutatakse mitme RNA vaheühendi sünteesiks. Tsistroonne DNA on selline DNA lõik, mis kodeerib ühte ainsat polüpeptiidi ja on seega päriliku informatsiooni ühikuks. Lõppvarianti kasutatakse polüpeptiidse ahela sünteesiks. Tihti sünteesitakse valke mRNA transleerimisel. Kui mõnda valku on vaja suurtes kogustes või lühikese aja jooksul, sünteesitakse ka valgu prekursor. Eelproteiin (või proproteiin) on töövõimetu valk, mis sisaldab ühte või enam inhibitoorset peptiidi, mis aktiveeritakse posttranslatsioonilise modifikatsiooni käigus, kui eemaldatakse mitteaktiivsed järjestused. Preproteiin on valguvorm, kus esineb signaaljärjestus (N-terminaalse otsa signaaljärjestus), mis määrab selle sisenemise viisi läbi membraanide. Preproteiinid sisaldavad nii inhibitoorseid kui ka signaaljärjestusi.
Valgusünteesi käigus tuuakse tRNA molekulid, mis sisaldavad sobivaid aminohappeid, lähestikku mRNA ahelaga ning aluspaarid paarduvad omavahel, sobivad mRNA koodonid paarduvad sobivate tRNA antikoodonitega. Aminohapped liidetakse kokku peptiidsidemete abil ning vabad tRNA-d vabastatakse protsessist. Kogu protsessi viivad läbi ribosoomid, mis koosnevad kahest põhilisest RNA ahelast – rRNA-st (ribosoomi RNA) ja enam kui 50 liiki valgust. Ribosoom kinnitub mRNA otsale ning liigub piki ahelat, püüdes aminohapetega tRNA-sid, ühendades aminohappeid ja luues uusi valguahelaid.
Prokarüootide ja eukarüootide valgusüntees on erinev. Prokarüootides toimub translatsioon tsütoplasmas ning eukarüootide puhul endoplasmaatilises retiikulumis.

Transkriptsioonijärgsed protsessid päristuumsetes organismides

Pre-mRNA-d modifitseeritakse kolmel viisil. Kõik protsessid toimuvad rakutuumas. Esimese etapina lisatakse pre-mRNA 5' otsa 7-metüülguanosiin. Protsess vajab ensüüme fosfataasi ja guanosüül transferaasi. Protsess kannab nimetust capping ning selline pre-mRNA modifitseerimine kaitseb RNA transkripti ribonukleaaside eest, mis seonduvad just 3'5' fosfodiestersidemetele. Polüadenülatsiooni faasis lisatakse pre-mRNA 3' otsa umbes 250 adeniini ning seda kutsutakse polü(A) sabaks. Prekursormolekulina kasutatakse ATPd. Sünteesijärgselt seob polü(A) saba endaga mitmeid valke, mis kaitsevad 3' otsa ribonukleaaside eest. Viimast modifikatsiooni etappi nimetatakse splaissimiseks. Selle protsessi tulemusena lõigatakse pre-mRNA-st välja intronid, mis ei kodeeri valke, ja ühendatakse eksonid üheks molekuliks. Reaktsiooni viib läbi suur valguline kompleks splaissosoom. Paljusid pre-mRNA-sid, ka neid, mis kodeerivad antikehi, võib splaissida mitmel viisil, et toota erinevaid mRNA-sid, mis kodeerivad erisuguseid valke. Viimast protsessi tuntakse alternatiivse splaissingu nime all. See lubab toota küllaltki suurt hulka valke piiratud DNA kogusest. Protsessingu tulemusena moodustub küps mRNA, mis on valmis translatsiooniks tsütoplasmas.

Translatsioon

Valkude sünteesi nimetatakse eri allikates translatsiooniks. Tegelikult on translatsioon üldise valgu biosünteesi kolmas etapp. Ribosoom kodeerib transkriptsiooni käigus loodud mRNA aminohappeks või polüpeptiidiks, mis hiljem voltub aktiivseks valguks. Translatsioon toimub tsütoplasmas, kus paiknevad ribosoomid. Ribosoomid koosnevad kahest alaühikust – suurest ja väikesest, mis ümbritsevad translatsiooni protsessi ajal mRNA-d. mRNA seondub ribosoomi spetsiifilise stardisignaaliga, mis asub P-saidis. Stardikoodoni tunneb ära initsiaator-tRNA. Pärast seda, kui initsiaator-tRNA ja mRNA on seondunud ribosoomi väikesele alaühikule, seondub sellele ka suur alaühik. mRNA kodeeritakse tootma erilist polüpeptiidi, mis vastab geneetilise koodi reeglitele.
Selle reegli kohaselt kasutatakse mRNA-d mallina tootmaks aminohappelist ahelat, millest hiljem moodustub valk. Translatsioon koosneb neljast etapist: aktivatsioon ehk ergastamine, initsiatsioon ehk algatamine, elongatsioon ehk pikendamine ja terminatsioon ehk lõpetamine. Kõik neli kirjeldavad kasvavat aminohappelist ahelat.
Aktivatsiooni etapis seotakse vastavate süntetaaside abil õige aminohape talle sobiva tRNA-ga. Kuigi seda ei loeta translatsiooni tehniliseks etapiks, on see staadium, kust alates võib translatsioon edasi minna. Aminohape seob end tRNA-ga oma karboksüülrühma abil, tRNA-l on selleks olemas 3’ hüdroksüülrühm, moodustub esterside. tRNA on nüüd laetud olekus. Initsiatsiooni etapp hõlmab ribosoomi väikese alaühiku seondumist mRNA 5’ otsale. Sellel etapil on abiks initsiatsioonifaktor. Ka teised valgud võivad selles etapis abiks olla. Elongatsiooni faas jõuab kätte, kui järgmine aminoatsüül-tRNA ehk laetud tRNA seondub ribosoomiga, koos GTP ja elongatsioonifaktoriga. Tähtsal kohal on sõnumi õigesti kodeerimine, seepärast on olemas ka lisakontrolli protsess, mida nimetatakse täppislugemiseks (proofreading).
Elongatsioonifaktoritel on kaks põhilist ülesannet – aminoatsüül-tRNA seondumine A-saiti ja peptidüül-tRNA translokatsioon A-saidist P-saiti. Samas, elongatsiooni tähtsaim protsess – peptidüülrühma ülekandmine on spontaanne protsess ning ei vaja lisafaktoreid.
Terminatsioonietapp jõuab kätte siis, kui ribosoomi A-sait tunneb ära stoppkoodoni (kas UAA, UAG või UGA). tRNA ei tunne sellist järjestust, kuid vabastusfaktor (releasing factor) tuvastab "veidrad järjestused" ning põhjustab aminohappelise ahela vabastamist.
Võimet peatada või inhibeerida valgusünteesi kasutavad mitmed antibiootikumid, nagu näiteks anisomütsiin, tsükloheksimiid, klooramfenikool, tetratsükliin, streptomütsiin ja teised.