Anabolisme protein ialah proses di mana protein terbentuk daripada asid amino. Ia bergantung pada lima proses: sintesis asid amino, transkripsi, terjemahan, pengubahsuaian pascatranslasi dan lipatan protein. Protein diperbuat daripada asid amino. Pada manusia, beberapa asid amino boleh disintesis menggunakan perantaraan sedia ada. Asid amino ini dikenali sebagai asid amino bukan penting. Asid amino penting pula perlu memerlukan perantaraan yang tidak terdapat dalam tubuh manusia. Bahan perantaraan ini mesti diambil (dimakan/minum), kebanyakannya daripada organisma lain.[6]

Sintesis asid amino

Sintesis polipeptida

Transkripsi

Dalam transkripsi, polimerase RNA membaca untaian DNA dan menghasilkan untaian mRNA yang boleh diterjemahkan lagi. Untuk memulakan transkripsi, segmen DNA yang akan ditranskripsi mesti boleh diakses (iaitu ia tidak boleh dibungkus dengan ketat). Sebaik sahaja segmen DNA boleh diakses, polimerase RNA boleh mula menyalin untaian DNA pengekodan dengan memasangkan nukleotida RNA kepada untaian DNA templat. Semasa fasa transkripsi awal, polimerase RNA mencari kawasan promoter pada untaian templat DNA. Sebaik sahaja polimerase RNA mengikat rantau ini, ia mula "membaca" untaian DNA templat dalam arah 3' hingga 5'.[8] RNA polimerase melekatkan pangkalan RNA yang pelengkap kepada untaian DNA templat (urasil akan digunakan sebagai ganti timina). Bes nukleotida baru terikat antara satu sama lain secara kovalen.[9] Bes baru akhirnya berpisah daripada pangkalan DNA tetapi kekal berkait antara satu sama lain lalu membentuk untaian mRNA baharu. Untai mRNA ini disintesis dalam arah 5' hingga 3'.[10] Sebaik sahaja RNA mencapai jujukan penamat, ia berpisah daripada helai templat DNA serta menamatkan jujukan mRNA.

Transkripsi dikawal dalam sel melalui faktor transkripsi. Faktor transkripsi ialah protein yang mengikat kawasan jujukan kawal atur dalam untaian DNA seperti kawasan promoter atau operator. Protein yang terikat pada kawasan ini boleh sama ada secara langsung menghentikan atau membenarkan polimerase membaca untaian DNA atau boleh memberi isyarat kepada protein lain untuk menghentikan atau membenarkan bacaan [11]

Translasi

Semasa translasi, ribosom menukar urutan mRNA kepada urutan asid amino. Setiap segmen 3 bes pasangan panjang mRNA ialah kodon yang sepadan dengan satu asid amino atau isyarat hentian.[12] Asid amino boleh mempunyai berbilang kodon yang sepadan dengannya. Ribosom secara tidak langsung melekatkan asid amino kepada kodon mRNA, dan memerlukan tRNA (RNA pemindah). RNA pemindah boleh mengikat asid amino, dan mengandungi antikodon yang boleh mengikat hidrogen kepada kodon mRNA.[13] Proses mengikat asid amino kepada tRNA dikenali sebagai pengecasan tRNA. Di sini, enzim aminoasil tRNA sintetase memangkinkan dua tindak balas. Tindak balas pertama melibatkan pelekatan molekul AMP (dibelah daripada ATP) terhadap asid amino. Seterusnya, sintetase membelah aminoasil-AMP yang menghasilkan tenaga untuk bergabung dengan asid amino kepada molekul tRNA.[14]

Ribosom mempunyai dua subunit: satu besar dan satu kecil. Subunit ini mengelilingi helaian mRNA. Subunit yang lebih besar mengandungi tiga tapak pengikat: A (aminoasil), P (peptidil) dan E (keluar). Selepas permulaan translasi (yang berbeza dalam prokariot dan eukariot), ribosom memasuki tempoh pemanjangan yang mengikuti kitaran berulang. Mula-mula, tRNA dengan asid amino yang betul memasuki tapak A. Ribosom memindahkan peptida dari tRNA di tapak P ke asid amino baru pada tRNA di tapak A. tRNA dari tapak P akan dialihkan ke tapak E di mana ia akan dikeluarkan. Ini berlaku secara berterusan sehingga ribosom mencapai kodon berhenti atau menerima isyarat untuk berhenti.[13] Ikatan peptida terbentuk antara asid amino yang melekat pada tRNA di tapak P dan asid amino yang melekat pada tRNA di tapak A. Pembentukan ikatan peptida memerlukan input tenaga. Dua molekul yang bertindak balas ialah kumpulan alfa amino bagi satu asid amino, dan kumpulan alfa karboksil bagi asid amino yang lain. Hasil sampingan pembentukan ikatan ini ialah pembebasan molekul air (kumpulan amino mendermakan proton manakala kumpulan karboksil mendermakan hidroksil).[2]

Translasi boleh dikurangkan oleh miRNA (mikroRNA). Untaian RNA ini boleh membelah helai mRNA yang saling melengkapi, dan dengan itu, akan menghentikan terjemahan.[15] Terjemahan juga boleh dikawal melalui protein penolong. Sebagai contoh, protein yang dipanggil faktor permulaan eukariot 2 (eIF-2) boleh mengikat subunit ribosom kecil lalu memulakan translasi. Apabila elF-2 terfosforilasi, ia tidak boleh mengikat ribosom, menyebabkan terhentinya translasi.[16]

Pengubahsuaian pascatranslasi

Sebaik sahaja rantai peptida terhasil, ia perlu diubah suai. Pengubahsuaian selepas terjemahan boleh berlaku sebelum atau selepas pelipatan. Kaedah biologi biasa untuk mengubah suai rantai peptida selepas terjemahan termasuk pemetilan, pemfosforilan dan pembentukan ikatan disulfida. Pemetilan sering berlaku kepada arginina atau lisina, dan melibatkan penambahan kumpulan metil kepada nitrogen (menggantikan hidrogen). Kumpulan R pada asid amino ini boleh dimetilkan beberapa kali selagi ikatan terhadap nitrogen tidak melebihi empat. Pemetilan mengurangkan keupayaan asid amino ini untuk membentuk ikatan hidrogen, menyebabkan arginina dan lisina dimetilasi mempunyai sifat yang berbeza daripada bentuk biasa. Pemfosforilan sering berlaku terhadap serina, treonina dan tirosina, dan melibatkan penggantian hidrogen pada kumpulan alkohol di hujung kumpulan R dengan kumpulan fosfat. Ini menambah cas negatif pada kumpulan R, dan dengan itu akan mengubah cara asid amino berkelakuan berbanding dengan molekul iasa. Pembentukan ikatan disulfida ialah penciptaan titian disulfida (ikatan kovalen) antara dua asid amino sisteina dalam rantai yang menambah kestabilan pada struktur terlipat.[17]

Pelipatan protein

Rantai polipeptida dalam sel tidak perlu kekal linear; ia boleh menjadi bercabang atau berlipat pada dirinya sendiri. Rantai polipeptida berlipat dengan cara tertentu, bergantung pada larutan. Perihal sifat kumpulan R yang berbeza-beza bagi setiap asid amino ialah sebab utama lipatan protein. Dalam persekitaran hidrofilik seperti sitosol, asid amino hidrofobik akan tertumpu ke teras protein manakala asid amino hidrofilik pula akan berada di bahagian luar. Ini menuruti entropi kerana molekul air boleh bergerak lebih bebas di sekeliling asid amino hidrofilik daripada asid amino hidrofobik. Dalam persekitaran hidrofobik, asid amino hidrofilik akan tertumpu pada teras protein, manakala asid amino hidrofobik akan berada di bahagian luar. Oleh kerana interaksi baharu antara asid amino hidrofilik adalah lebih kuat daripada interaksi hidrofobik-hidrofilik, ini menuruti entalpi.[18] Sebaik sahaja rantai polipeptida dilipat sepenuhnya, ia dipanggil protein. Selalunya, banyak subunit akan bergabung untuk membuat protein yang berfungsi sepenuhnya walaupun ada protein yang mengandungi hanya satu rantai polipeptida. Protein juga boleh menggabungkan molekul lain seperti kumpulan hem dalam hemoglobin, protein yang bertanggungjawab untuk membawa oksigen dalam darah.[19]