аввввввввп. 4 практикалық сабақ мол био. 4 практикалы саба. Генетикалы апаратты берілу жолдары. Транскрипция аРНны посттранскрипциялы модификациясы
 Скачать 383.17 Kb.
|
|
№4 практикалық сабақ. Генетикалық ақпараттың берілу жолдары. Транскрипция. аРНҚ-ның посттранскрипциялық модификациясы. Нәруыздар биосинтезі – бұл тірі ағзада жүретін нәруыздардың синтезі мен жетілуінің көп кезеңнен тұратын үдерісі. Нәруыздың құрылымы туралы ақпарат ДНҚ нуклеотидтерінің (гендер) бірізділігінде жазылған. Сонымен, нәруыз биосинтезі генетикалық ақпаратты жүзеге асыру үдерісі. Нәруыз биосинтезі негізгі үш кезеңнен тұрады: транскрипция – матрицалық РНҚ тізбегінің синтезі, трансляция–амин қышқылдарынан полипептидтік тізбектің синтезделуі, ол рибосомаларда жүреді, фолдинг– полипептидтік тізбектің посттрансляциялық модификациясы. Нәруыз биосинтезі үдерісі айтарлықтай энергия жұмсалуын қажет етеді. ДНҚ транскрипциясы бөлінетін және бөлінбейтін ядролы жасушаларда жүреді, ол митотикалық циклдің кез келген уақытында жүреді, тек репликация кезеңінен (эукариоттарда) және бөлінудің өзін қоспағанда. Транскрипция механизмі 1. Инициация – транскрипцияның маңызды кезеңі: промотормен бірге РНҚполимеразаны байланыстыру және бірінші нуклеотид аралық байланыс түзілуі жүреді. Транскрипцияны жүзеге асыратын фермент - РНҚ-полимераза. Эукариоттарда ферменттердің үш түрі болады: РНҚ-полимераза I — пре-рРНҚ синтезі үшін; РНҚ-полимераза II — пре-аРНҚ синтезі үшін; РНҚ-полимераза III — пре-тРНҚ синтезі үшін. Фермент, ДНҚ тізбегінің бойымен қозғалып, рибонуклеотидтердің кезекті жаңа түзілген тізбегіне матрицалық ДНҚ тізбегіндегі нуклеотидтердің комплементарлы байланысуын катализдейді. Бактерияларда РНҚ-полимераза промотор құрамындағы нуклеотидтік жұптардың белгілі бір бірізділігін тікелей таниды - мысалы, Прибнов боксы. Эукариоттарда промоторға ТАТАбокс деп аталатын аймақ кіреді. Эукариоттарда транскрипция инициациясы кезінде әрқашан алдын-ала промотормен тұтас нәруыздар жиынтығының – транскрипцияның жалпы факторларының кешен түзе отырып байланысуы қажет болады. Бұдан басқа, ген транскрипциясының инициациясы осы геннің энхансерлерімен өзара әсерлесетін басқа транскрипциялық факторларға тәуелді болады. Промотормен байланысқаннан кейін РНҚ-полимераза ДНҚ-ның жергілікті денатурациясын тудырады, яғни ДНҚ тізбектерінің бөлінуі бүкіл мысал бойынша ДНҚ РНҚ-полимераза кешеніне енген кезде-ақ оралады, ал ДНҚ осы кешеннен шыққан бойда қайтадан оралады. ДНҚ-ның бір тізбегі матрицалық тізбегі ретінде жұмыс істейді, ал нуклеотидтер құрылыс материалы ретінде матрицалық тізбегінің дәйектілігі негізінде РНҚ-ға біріктіріледі. 2.Элонгация – аРНҚ тізбегінің өсуі, яғни ДНҚ-ның транскрипцияланатын жіпшесіндегі комплементарлық нуклеотидтер қалай тұрса, сондай ретпен нуклеотидтердің бір-біріне біртіндеп қосылуы. РНҚ-полимераза және РНҚ синтезінің қозғалыс жылдамдығы шамамен секундына 30 нуклеотидті құрайды. 3.Терминация – транскрипцияның аяқталуы. Сигналдың берілу жолы гендердің шетіндегі гуанин және цитозин нуклеотидтеріне бай (ГЦ-аймақтары) арнайы аймақтардың болуы. аРНҚ-ның посттранскрипциялық модификациясы. РНҚ-ның посттранскрипциялық модификациясы, басқаша процессинг немесе РНҚ-ның жетілуі - эукариот жасушаларындағы үдерістердің жиынтығы, яғни біріншілік транскрипттағы жетілген РНҚ-ның пісіп жетілуі. Транскрипция нәтижесінде пре-аРНҚ («жетілмеген» аРНҚ) түзіледі. ДНҚ молекуласындағы эукариот гендердің құрамында нуклеотидтердің кодталмайтын учаскесі бар, сондықтан пре-аРНҚ құрамында осы кодталмайтын учаске болады, оны интрондар деп атайды. Кодталатын учаске экзондар деп аталады. Процессинг құрамына кіретін үдерістер: 1. Сплайсинг 2. Нуклеотидтердің модификациясы. Сплайсинг екі кезеңнен тұрады: интронды кесу және экзонды тігу. Интрондар рестриктаза ферменттер көмегімен, ал экзондар лигазалар көмегімен тігіледі. Жетілген РНҚ молекулалары құрылымдық гендеріне қарағанда кішірек. Гендердегі интрондар саны 1-ден 50-ге дейін. Генетикалық код Генетикалық код – бұл нәруыздағы амин қышқылдарының орналасу реттілігі туралы ақпаратты жазу жүйесі, ол құрамында 4 азоттық негіздің біреуі болатын нуклеин қышқылдарындағы нуклеотидтік қалдықтардың орналасу реттілігі арқылы жүзеге асырылады. Жалпы 64 кодон болады, олардың 61-і мағыналы және 3 - мағынасыз (терминацияланған, stop-кодондар, бұл УАА, УАГ және УГА триплеттері). Генетикалық кодтың қасиеттері Триплеттілігі - әрбір амин қышқылына аРНҚ-ның үш нуклеотидінің сәйкес келуі – кодон деп аталады. Үздіксіздігі (нуклеотидтердіңарасында бөліп тұратын белгілері жоқ) – геннің ішінде тыныс белгілері болмайды; Колинеарлық -аРНҚ кодондарының сызықтық реттілігі мен нәруыздағы амин қышқылдарының сәйкес келуі. Арнайылығы - әрбір аминқышқылына белгілі бір кодондар ғана сәйкес келеді, ол басқа амин қышқылдары үшін қолданылмайды. Артықтықтылығы -бір аминқышқылын бірнеше кодон кодтай алады (әрбір амин қышқылына шамамен 3 кодон сәйкес келеді); бұған метионин мен триптофан жатпайды. Əмбебаптығы –генетикалық кодтың жоғарыда айтылған барлық қасиеттері вирустар мен прокариоттардан эукариоттарға дейінгі барлық тірі ағзаларға тән. Трансляция Трансляция - ақуыз биосинтезінің екінші сатысы. Трансляция рибосомалардағы цитоплазмада жүзеге асырылады. Эукариотты рибосомалар көбінесе түйіршікті эндоплазмалық тордың бетінде орналасады. Жетілген мРНҚ ядродан шыққаннан кейін рибосома жиналады. Рибосома екі суббірліктен тұрады. Кіші суббірлік үлкен суббірліктің бетіндегі қуыста орналасады. Жиналған рибосома құрылымында ерекше функционалды орталықтар бар: Аорталығы - аминоацил орталығы - аминоацил-тРНҚ-ны байланыстыратын орталық (аа-тРНҚ, амин қышқылы мен тРНҚ-дан тұратын кешен). П-центр - рибосоманың пептидил орталығы - пептидил-тРНҚ байланыс орталығы (өсіп келе жатқан пептидтік тізбектен және аа-тРНҚ-дан тұратын кешен) Е орталық - рибосомадан бос тРНҚ бөліну орталығы. Сондай-ақ, рибосомада мРНҚ-ны байланыстыруға арналған аймақтар бар (М-центр) және ПТФ-центр (пептидилтрансфераза орталығы) пептидтің пептидил-тРНҚ құрамынан Аорталыққа енген келесі аатРНҚ-ға ауысуын катализдейді. Трансляция кезеңдері Трансляция үдерісі белсенді рибосоманың жинақталуынан –трансляция инициациясынан басталады, бұл жинақталу рибосомалардың қызметтік орталықтарының әсерінен қатаң тәртіппен жүргізіледі. Суббірліктердің арасындағы қуыстарда рибосомада жинақталған трансляцияның басқа қатысушылары– аРНҚ, пептидил-тРНҚ, және аминоцил- инициаторлық аатРНҚ орналасады. М-орталық – аРНҚ байланыстырушы орталық кіші суббірлікте орналасады. П-орталық – пептидилдік орталық кіші суббірлікте орналасады. Трансляцияның басында онымен аа-тРНҚ (эукариоттарда инициаторлық кодонды әрқашан метионин кодтайды) байланысады. Кейде Е-орталық туралы айтқанда («exit» - шығу), оған пептидилмен байланысын үзген тРНҚ рибосомадан шығады делінген. А-орталық – амин қышқылдық орталық – кезекте аа-тРНҚ-ны байланыстыратын жер. ПТФ-орталық – пептидилтрансферазалық орталық. Трансляция инициациясы ерекше нәруыздар – инициация факторларымен катализденеді, ол рибосоманың кіші суббірлігімен қозғалмалы байланысқан. Инициация аяқталған кезде бұл факторлар рибосомадан ажырайды. Кезекті бір пептидтік байланыс түзілген кезде, пептидил бір амин қышқылына ұзарады. 2. Элонгация Инициациядан кейін трансляцияның негізгі кезеңі басталады элонгация процесі (пептидтік тізбектің ұзаруы). Ұзару бірінші пептидтік байланыс пайда болған сәттен бастап, соңғы аминқышқылының тіркесуіне дейінгі барлық реакцияларды қамтиды. Бұл циклдік қайталанатын үдеріс. Элонгация циклінің 3 кезеңі бар: а) аа-тРНҚ байланысы. Циклдің бірінші кезеңінде тағы бір аа-тРНҚ рибосоманың бос А-центрімен байланысады - актикодон А-центрінде орналасқан мРНҚ кодонымен комплементарлы болады. Б)Пептидтік байланыстың тұйықталуы. Рибосомада циклдің бірінші кезеңінен кейін пептидил-тРНҚ (П-орталықта) және аа-тРНҚ (А-орталықта) бір-бірінің жанында болады. Дегенмен олардың акцепторлық ұштары және олармен байланысқан амин қышқылдарының қалдықтары катализдік орталықта (ПТФ-орталықта) орналасады. в) Транслокация. Циклді аяқтайтын кезең – аРНҚ-ның қайтадан түзілген пептидил-тРНҚ-мен бірге рибосомаға қатысты бір кодонның ұзындығына орын ауыстыруы (транслокация). Немесе мұны рибосома аРНҚ-ға қатысты – оның үш шетіне бағытталып орын ауыстырады деуге болады. 3. Трансляция терминациясы Трансляцияның аяқталуы туралы белгі- рибосомада а-РНҚ -ның «мағынасыз» (термнацияланатын немесе стоп кодондарының) бірі - УAA, УAГ немесе УГА пайда болғаннан саналады. Трансляция аяқталғаннан кейін пептидтік тізбек, тРНҚ және мРНҚ рибосомадан босатылады, ал рибосома суббірліктері бірбірінен алшақтайды және енді келесі пептидтік тізбектің синтезін бастауға дайын. Нəруыздар (протеиндер, поли-пептидтер) –амин қышқылдарынан тұратын жоғарымолекулалық органикалық қосылыстар. Нәруыз синтезі кезінде көп жағдайда 20 стандарттық амин қышқылдары қолданылады. Нəруыздардың жіктелуі: молекулаларының пішіні бойынша (глобулярлы және фибриллярлы) молекулалық массасы бойынша (төменмолекулалық, жоғарымолекулалық және т.б.) химиялық құрамы бойынша (нәруыз емес бөлігінің болуы немесе болмауы) атқаратын қызметі бойынша (транспорттық, қорғаныштық және т.б.) жасушада орналасуы бойынша (ядролық, цитоплазмалық, лизосомалық және т.б.) Глобулярлық нәруыздардың құрылымы тығыз болады (миоглобин және гемоглобиндер) Фибриллярлы (құрылымы керілген жіпше тәрізді болады), оларға коллаген (беріктік), эластин (резинатәрізді қасиет) және кератин) жатады. Нәруыздардың құрылысы Амин қышқылдары нәруыздардың құрылымдық бірлігі болып табылады. Нәруыз молекулаларының ерекшелігі амин қышқылдарының бірізділігімен анықталады. Амин қышқылдарының жалпы құрылымдық ерекшелігі - амин- және карбоксил топтарының болуында. Нəруыздардың кеңістік ұйымдасуы Бірінші реттік құрылым амин қышқылдары қалдықтарының бірізділігі. пептидтік байланыс (-СО-NH-)- айналу мүмкін емес Екінші реттік құрылым нәруыздың кеңістіктік ұйымдастырылу деңгейі төмен α- ширатпа пептидтік тізбегін қаңқасы ширатылып, амин қышқылдарының радикалдары сыртқа қарай бағытталған болады. βқұрылым пептидтік тізбектігінің қаңқасы зигзаг тәрізді конфигурация түзеді. Үшінші реттік құрылым - нәруыздық глобуланың түзілуі. Амин қышқылдары радикалдарының арасындағы байланыстар : -дисульфидті -ионды -сутектік -гидрофобты Төртінші реттік құрылым бірнеше суббірліктен тұрады. Нəруыздардың қасиеттері Денатурация–нәруыз молекуласының табиғи құрылымының өзгеруі. Денатурация факторлары: сусыздану, рН ортаның өзгеруі,температура, сәулелену, атмосфералық қысымның өзгеруі, ауыр металл тұздарының әсері, органикалық еріткіштердің әсері. Ренатурация–нәруыз құрылымының қалпына келуі, бұл молекуланың бірінші реттік құрылымы бұзылмаған кезде және ортаның қалыпты жағдайы қалпына келген кезде жүзеге асады. Лигандалар – нәруыз құрылымына әсер етеді: үшіншілік құрылымды өзгертеді және тұрақтандырады. Глобулаларды қосады, нәруыз суббірліктерінің қозғалғыштығын қамтмасыз етеді. Шаперондар – жаңадан түзілген нәруыздардың дұрыс фолдингін қамтамасыз етеді, рефолдингті бақылап отырады, нәруыздардың жасушаішілік тасымалдануына қатысады.  Глоссарий 1.Нәруыздар биосинтезі – бұл тірі организмдерде жүретін нәруыздардың синтезі мен жетілуінің көп кезеңнен тұратын үдерісі. 2. Транскрипция– РНҚ-ның матрицалық тізбегінің синтезі. 3.Трансляция - аминқышқылдарынан полипептидтік тізбектің синтезделуі, рибосомаларда пайда болады. 4. Фолдинг- полипептидтік тізбектің посттрансляциялық модификациясы 5. Экзон- кодтаушы бірізділіктер 6. Интрон- кодтамайтын бірізділіктер 7.Генетикалық код – бұл нәруыздағы амин қышқылдарының орналасу реттілігі туралы ақпаратты жазу жүйесі, ол құрамында 4 азоттық негіздің біреуі болатын нуклеин қышқылдарындағы нуклеотидтік қалдықтардың орналасу реттілігі арқылы жүзеге асырылады. 8.Нәруыздар (протеиндер, полипептидтер) –амин қышқылдарынан тұратын жоғарымолекулалық органикалық қосылыстар 9. Денатурация–нәруыз молекуласының табиғи құрылымының өзгеруі 10.Ренатурация–нәруыз құрылымының қалпына келуі, бұл молекуланың бірінші реттік құрылымы бұзылмаған кезде және ортаның қалыпты жағдайы қалпына келген кезде жүзеге асады. |