Белок биосинтез. Тым уалайтын апаратты берілу баыттары, Крик постулаты
 Скачать 48.5 Kb.
|
|
Тұқым қуалайтын ақпараттың берілу бағыттары, Крик постулаты: ДНҚ-нан → ДНҚ-на (репликация); ДНҚ-нан → РНҚ-на (транскрипция); РНҚ-нан → ақуызға (трансляция); РНҚ-нан → ДНҚ-на ревертаза ферментінің әсерімен (ретранскрипция). Тіршілікте болмайтын бағыт: АҚУЫЗДАН →ДНҚ-на. Транскрипция Ақуыз туралы генетикалық информацияның іске асырылуы екі сатыдан – транскрипция және трансляциядан. Транскрипция-тұқымқуалайтын ақпараттың іске асырылуының бірінші этапы, ақуыздың құрылымы туралы ДНҚ жазылған генетикалық ақпараттың матрицасынан а-РНҚ-на информация көшірілінеді. ДНҚ транскрипциясы бір немесе бірнеше гендерден тұратын жеке участкаларында (оперонда) жүреді. Әрбір ген транскрипция басталатын реттеуші бөлімнен (–),ақуыздың құрылымы туралы ақпарат жазылған кодтаушы бөлімнен(+), және транскрипция аяқталатын терминаторлық бөлімнен тұрады. Транскрипция арнайы РНҚ-полимераза ферментінің қатысуымен жүреді. Ол фермент транскрипциланатын учаскенің басталатын жерін промоторды танып, онымен байланысады; ДНҚ-ның қос спиралін ажыратады және сол жерінен бастап, тізбектің біреуін көшіреді. Көшірілетін учаскенің соңына (терминаторға) жеткенде РНҚ матрицадан ажырайды. ДНҚ түрлі бөліктерінен алынатын көшімелернің саны жасушаға керекті ақуызға байланысты. РНҚ-полимеразалардың құрылысы мен қызметтері: РНК- полимераза про-және эукариоттық ағзалардың бәрінде табылған. Ішек таяқшасынан (E. coli) бөлініп алынған РНҚ-полимераза тереңірек зерттелген. РНК- полимераза – жалпы молекулалық салмағы 480000 жуық күрделі ақуыздық кешен, бес түрлі ақуыздардың суббірліктерінен: екі α, β β' және δ фактордан тұрады. δ – суббірлік РНҚ полимеразаның транскрипция басталатын ДНҚ арнайы учаскесін – промоторды тану (транскрипцияның инициациясы) үшін керек. Екі α, β, β‘ суббірліктер кешені core-фермент деп аталады, транскрипцияның элонгациясына керекті ферменттер. δ – суббірліктің core-фермент кешенімен байланысуынан РНҚ-полимеразаның холензимі түзіледі. Бактериядағы РНҚ-полимеразамен жүретін ДНҚ-ның транскрипциясы РНҚ –полимераза ферментінің ерекшеліктері: - δ-суббірлігінің көмегімен ДНҚ –ның транскрипцияланатын тізбегін таңдап және оның басталу нүктесін таба алады. - Оның ДНҚ-полимеразадан айырмашылығы, оған ешқандай прамердің (ұйытқының) қажеттігі жоқ. Өзін-өзі коррекциялау механизмінің болмауы. Сондықтан РНҚ-полимераза қызметінің дәлділігі ДНҚ-полимеразамен салыстырғанда әлдеқайда төмен. δ- фактор а-РНҚ синтезі басталысымен РНҚ холоэнзимі кешенінен босайды. Пайдаланылған δ- фактор керек кезінде қайтадан пайдаланылуы мүмкін. Прокариоттарда мРНҚ, тРНҚ и рРНҚ синтездеуге жалғыз, бір РНҚ-полимераза қатысады және оның бактерия жасушасындағы мөлшері 500-ден 7000-ға дейін ауытқиды. Эукариот жасушаларында үш түрлі РНҚ –полимеразалар (I,II,III) кездеседі. Олардың құрылыстары күрделі, құрамдарында 10-15 суббірліктері болуы мүмкін. - РНҚ –полимераза І ядрошықта орналасады, рибосоманың құрылымына кіретін рРНҚ-ның бастапқы түрлерін: 18 S, 28 S, 5,8 S РНК транскрипциялайды. - РНҚ –полимераза ІІ ядро шырынында болады, пре –мРНҚ немесе матрицалық РНҚ синтездейді. - РНК –полимераза ІІІ ядро шырынында болады, пре – тРНҚ гендерін, 5S рРНҚ гендерін және басқа гя РНҚ-ларды транскрипциялайды. Транскрипцияның этаптары: 1.Инициация- δ-факторы бар РНҚ – полимеразаның ДНҚ-тізбегіндегі промоторды танитын және онымен байланысатын транскрипцияның бірінші этапы. Прокариоттар промоторының ұзындығы 80-дей нуклеотидтерге тең болады және олардың құрамында РНҚ – полимеразамен баланысуға керекті екі алты нуклеотидтер реті болады. Бұл нуклеотидтер транскрипцияның басталу нүктесінен «-10» және «-35» жн тең қашықтықта орналасады. «-10» ауданындығы ТАТААТ ретін Прибнов боксы немесе домені деп атайды. «-35 » маңында ТТГАЦА нқ орналасқан (Travers 1981). Осы қатарлардың ДНҚ тізбегінің бірінде орналасуы РНҚ-полимеразаға ДНҚ-ның қайсы тізбегін көшіру керегін көрсетеді. РНК - полимераза промотормен байланысып, «-10» ауданындағы нуклеотидтер маңындағы ДНҚ – қос тізбегін ажыратады, «транскрипциялық көзше» пайда болады. «Көзше» маңындағы ДНҚ матрицалық тізбегіндегі нуклеотидтер рНТФ-пен (рибонуклеозидтрифосфатпен) байланысуына мүмкіндік пайда болады. Синтезделе бастаған РНҚ-ға бірінші болып пуриндік нуклеотидтер А немесе Г қосылады, екінші нуклеотидпен бірінші нуклеотидтің 5',3' аралықтарында фосфорлық байланыс пайда болады, содан кейін РНК – полимеразадан δ-фактор бөлінеді. Инициация кезінде ұзындығы 10 жұп негіздерге тең гибридтік ДНК-РНК-олигонуклеотид синтезделеді. Осылайша инициация процесі аяқталады. 2. Элонгация сатысында: Оперонның құрылымдық гендері бойымен РНК-полимераза және «транскрипциалық көзше» қозғалады, матрицалық ДНҚ тізбегіне комплементарлы РНҚ синтезделеді. Транскрипциялық кешен (ДНҚ – РНҚ полимераза- РНҚ ) алдындағы ДНҚ жіпшесі ажырайды; Оның артынан синтезделген РНҚ-ның 5‘ ұшын итере отырып, ДНҚ тізбектері қайтадан қосылады. Бактериялар жасушаларындағы транскрипцияның орташа жылдамдығы 1 молекула РНК – полимеразаға секундына 30-50 нуклеотидке тең. Терминация - транскрипцияның ақырғы этапы. Терминацияның сигналы болып геннің соңғындағы ГЦ-ға бай учаскелері саналады. ГЦ жұптарының байланыстары мықтылау, ДНҚ мұндай учаскелерінде денатурация қиындау жүреді. Сондықтан, РНҚ – полимеразаның қозғалуы баяулайды және ол транскрипцияның аяқталуына сигнал болады. Жаңа синтезделген РНҚ ұшында ГЦ – бай ұштары пайда болып үлгереді. Өз нуклеотидтерінің арасындағы әрекеттесуге байланысты «шпилькілер» түзеді. Бұлар РНҚ-ның ДНҚ-нан ажырауын жеңілдетеді. Транскрипцияланатын геннің бойында бірінен кейін бірі қозғалатын бірнеше РНҚ-полимеразалар конвейерлік әдіспен жұмыс істейді. Олардың арасындағы қашықтығы 300-500 н.ж. тең. Бір генде бірнеше пре-мРНҚ тізбектері синтезделеді. Эукариоттар транскрипциясының ерекшеліктері: Эукариоттардың хромосомаларында нуклеосомдық құрылыс болғандықтан, ДНҚ-ның транскрипция жүретін жерлерін гистондардан ажырататын тәсілдер керек. Эукариоттар геномында оператор болмайды. Транскрипцияның реттелуіне жалпы транскрипциялық факторлар қатысады. РНК – полимераза׀׀ -мен транскрипцияланатын геннің реттеуші бөлігі құрылымының сызба нұсқасы: Транскрипцияның басталу нүктесіне ең жақын орналасатыны ТАТА – домен, Хогнесс домені деп аталады. Одан кейін ЦААТ және ГЦ домендері келеді. Эукариоттарда инициация сайтын анықтау үшін, промотор транскрипцияның жалпы факторларымен алдын ала байланысуы керек. Транскрипцияның жалпы факторлары РНҚ- полимераза II байланысып, басталу нүктесін қоршайтын кешен түзеді. Промотордағы ақуыздар кешенін түзу транскрипцияның ТFIIД факторының ТАТА- доменмен байланысуынан басталады. ЭУКАРИОТТАРДЫҢ транскрипциялық факторлары: Инициацияға қатысатын ақуыздық факторлар: IF-1, IF-2, IF-3; Элонгацияға қатысатын ақуыздық факторлар: ЕF-1, EF-2; Терминацияға қатысатын ақуыздық факторлар: RF. Жалпы транскрипция факторлары мен РНҚ - полимераза II кешені құрамына 50 жуық ақуыздар кіреді, оларды транскриптосомалар деп атайды. Транскрипцияны жеделдету үшін арнайы транскрипция факторлары – энхансерлер қатысады. Энхансерлер бақылайтын генінен алыс, бірнеше мыңдаған нуклеотидтер жұбына тең, қашықтықта орналасады. ДНК ілмектер түзуіне байланысты энхансерлер промоторға жақындайды, транскрипциялық кешеннің белсенділігіне әсер етеді. Кейбір маңызды гендердің бірнеше энхансерлері болады. ДНҚ иілулеріне байларысты олардың бәрі бір жерге жиналады. Транскрипцияның өнімдері Эукариоттарда транскрипция нәтижесінде пре-м РНҚ, пре-р РНҚ, пре-т РНҚ синтезделеді. Пре – м РНҚ ұзындығы ДНҚ транскрипцияланған учаскесіндей болады,олардың құрамында спейсерлер, экзондар, интрондар бар. Интрондар «шпилькалар» түзеді. Пре м- РНҚ молекуласының ұзындығы 2 мыңнан, 20 мың нуклеотидтерге ауытқиды. РНҚ бұл түрін гетерогенді ядролық РНҚ ( гя РНҚ) деп атайды Пре м – РНҚ 5' – ұшында қалпағы (КЭП), ал 3' – ұшында – поли (А) – фрагменті болмайды. мРНҚ процессингі (пісіп жетілуі) Процессингке мРНҚ молекуласының метелденуі және кэптенуі, полиаденилденуі, сплайсинг және тексерілу жатады. Пре-мРНҚ 5' - ұшына «қалпақ» компаненті 7 – метилгуанилдік нуклеотиді қосылады. Кэптеуге гуанилтрансфераза және метилтрансфераза ферменттері қатысады.КЭП мРНҚ стабилизациялану қажет. мРНҚ 3- ұшына 200 нуклеотидтен тұратын поли (А)-фрагменті полиаденилатполимераза ферментінің қатысуымен жалғасады. Ажыратылған генмен кодталатын ақпараттың ДНҚ-дан ақуызға берілу үрдісі: Альтернативті сплайсинг - Бір геннің экзондарының түрліше комбинациялануы нәтижесінде әртүрлі мРНҚ пайда болады. Альтернативтік сплайсинг бір геннен бірнеше түрлі мРНҚ молекулалары алынады.Олар экзондар жиынтығымен ажыратылады, ұқсас немесе түрлі функциялар атқарады. Бақылау сұрақтары: Репликация қай уақытта жүреді? Репликацияның қандай этаптары бар ? Репликацияға қайдай ферменттер қатысады ? Репликацияның медицинадағы маңызы. Эукариоттардың сызық тәрізді ДНҚ транскрипциялану ерекшеліктері, кезеңдері, қатысатын ферменттері. Прематрицалық а-РНҚ- ның ерекшеліктері. Альтернативті сплайсингтың маңызы. ГЕНЕТИКАЛЫҚ КОД: Полипептидтік тізбектегі аминқышқылдарының орналасу ретін анықтайтын ДНҚ тізбегіндегі нуклеотидтер қатарынан тұратын жүйе. ДНҚ-дағы “4 - нуклеотид полипептидтер құрамына кіретін 20-аминқышқылдарының орналасу ретін“ анықтайды Генетикалық ақпарат ДНҚ-ының бір тізбегінен ғана көшіріледі. Ол тізбек 3‘ басталады, матрицалық тізбек деп аталады. ГЕНЕТИКАЛЫҚ КОДТЫҢ ҚАСИЕТТЕРІ: ТРИПЛЕТТІЛІГІ. ДНҚ тізбегіндегі қатар тұрған үш нуклеотид-триплет(кодон) бір аминқышқылын анықтайды. Триплет- генетикалық кодтың бірлігі. АРТЫҚШЫЛЫҒЫ, молшылығы. Генетикалық кодта 61 кодон бар, ал амин қышқылдарының саны 20. Сонымен, бір аминқышқылы 2 немесе одан да көп триплеттермен анықталады, тек метионин мен триптофан ғана бір триплетпен кодталады. Арнайылығы. Әр триплет тек белгілі бір аминқышқылын анықтайды. Үздіксіздігі. Генетикалық кодта нукте немесе үтірлер болмайды,триплеттер бірінен соң бірі орналасады. АУУЦГГУУУГГЦ... Қайта жабылмайтындығы. Қатар орналасқан нуклеотидтер бір ғана кодонға кіреді. АУУЦГУУУУААГГЦЦ... Колинеарлығы. Кодондардың реті аминқышқылдарының ретінеүйлесімді болады. Универсалдығы. Барлық тірі ағзалардағы генетикалық код бірдей, кейбір ерекшеліктері болмаса. Ақуыздың синтезі РИБОСОМАДА жүреді. Рибосома екі суббөліктен тұрады. Екі бөлік бірігіп,қосылғанда рибосоманың пішіні жүрекке ұқсайды.Оң жақта кіші суббөлігі, ал оң жағында-үлкені орналасады. Екеуінің арасындағы саңылауларда трансляцияға қатысатын а-РНҚ және аминқышқылдарды тасымалдайтын т-РНҚ орналасады. Рибосома ̶ р-РНҚ және ақуыздан тұратын күрделі, асимметриялы, төртінші құрылымдағы ірі молекула. Рибосомада а-РНҚ жазылған генетикалық ақпаратқа сәйкес полипептидтік тізбек түзіледі. Рибосоманың функциялық орталықтары: ‹ ̶ Рибосомадағы орталықтардың орналасуы. ‹̶ Функциялық орталықтардың рибосома суббөліктерінде орналасуы. ТРАНСЛЯЦИЯҒА ҚАТЫСАТЫН ФАКТОРЛАР: Инициация факторлары (Initiation factor – IF); Элонгация факторлары(Elongation factor – EF); Терминация факторлары (Release factor – RF). Полипептидтік тізбектің синтезіне қатысатын факторлар трансляцияның нақты сатыларында ғана рибосомада болады. Ақуыздың синтезіндегі негізгі сатылар: Инициация немесе трансляцияның басталуы; Элангация немесе полипептидтік тізбектің ұзаруы; Терминация немесе трансляцияның аяқталуы; Полипептидтік тізбектің посттрансляциялық модификациясы. Трансляцияның басталуы мен инициациялық комплекстың түзілуі қатар жүреді: м-РНҚ (өзінің 5‘ – трансляцияланбайтын учаскесімен) рибосоманың кіші суббөлігімен байланысады. Бұл кезде инициалайтын кодон (АУГ) болашақ рибосоманың П –орталығының деңгейінде орналасады. АУГ (метиониннің) кодоны комплементарлы түрде инициаторлық формил - метионинді тасымалдайтын аа-т-РНҚ-мен байланысады. Ал, бұл аа-т-РНҚ үлкен суббөліктің П-орталығымен байланысып, рибосоманың екі суббірлігін қосады, активті рибосома түзіледі. Оның түзілуіне ГТФ –ың гидролизденуінен бөлінген энергия жұмсалады. Инициацияның екі факторларының (еIF-1, еIF-2;) қатысумен жүреді. Т РНҚ Аминқышқылдарының (АҚ) тРНҚ-мен байланысуы; Е – аминоацил-тРНК-синтетаза. ПЕПТИДИЛТРАНСФЕРАЗАЛЫҚ РЕАКЦИЯНЫҢ КЕЗІНДЕ ПЕПТИДТІК БАЙЛАНЫСТЫҢ ТҮЗІЛУІ: Трансляцияның терминациясы: БҰЛ кодон терминацияның – e RF факторларымен танылады. Мұндай факторлар екеу: 1. УАА и УАГ кодондар қатарларын танитын фактор ̶ (У-А-Пур); 2. УАА и УГА кодондар қатарларын танитын фактор ̶ (У-Пур-А). e RF фактор өзінің антикодонын танып, ПТЦ гидролаздық активтілігін (ГА) стимулдейді, сондықтан т-РНҚ мен пептид арасындағы байланыс гидролизденеді. Содан соң пептидтік тізбек, т-РНҚ и м-РНҚ рибосомадан босайды. Ал рибосоманың суббөліктері диссоциаланады, бір-бірінен ажырайды. Ақуыз синтезделу үшін рибосомаға қажет: Ақуыздың полипептидтік тізбегіндегі аминқышқылдары орналасу реті бар бағдарлама; Ақуыз түзілуіне керек аминқышқылдары; Энергия. - цитоплазмадағы аминқышқылдары АТФ –тың ыдырауы нәтижесінде активтенеді, - арнайы аминоацил-т-РНК-синтетаза ферментінің көмегімен т-РНҚ –ымен акцептірлененеді, ковалентті түрде байланысады. - акцептірленген аминоацил-т-РНҚ рибосомаға ақуызды синтездеуге қатысады, - аминқышқылы қалдықтары мен т-РНҚ арасындағы байланыс энергиясы пептидтік байластарды түзуге жұмсалады, - информация, материал және энергия ағымдары рибосомада бірге кездесіп, м РНҚ –дағы генетикалық ақпарат нуклеотидтер тілінен, түзілетін ақуыздың полипептидтік тізбегіндегі аминқышқылдар тіліне айналдырады. Посттрансляциялық модификация (фолдинг) Рибосомада синтезделген ақуыз бірінші құрылымдық деңгейде болады. Бұл полипептидтік тізбек, ешбір қызмет атқара алмайды. Фунциялық белсенділік - ақуыздың екінші, үшінші және төртінші құрылым деңгейлеріне тән. Екінші құрылымдық деңгейі – тізбектегі аминқышқылдары арасында сутектік байланыстардың көмегімен спираль тәрізді ақуыз қалыптасады. Бұл деңгейдегі ақуыздарға кератин, оссеин және т.б. белсенділігі аз ақуыздар жатады. Үшінші құрылымдық деңгейі – гидрофобтық байланыстардың көмегімен глобула тәріздес ақуыз пайда болады. Бұл құрылым ферменттерге тән. Олардың активті домендері сыртында орналасады, биохимиялық реакцияларға қатысады. Төртінші құрылым – күрделі ақуыздарға, мысалы, гемоглобиндерге тән болады. Глобулалар бірігіп конглормерат түзеді. Кері байланыс сұрақтары: Генетикалық код және оның қасиеттері. Трансляция қайда жүреді? Ол қандай сатылардан тұрады ? Биологиялық және медициндағы маңыздары. Инициация[өңдеу] Инициация (синтездің басталуы) ДНҚ молекуласында транскрипция басталатын жерге жақын тұрған ДНҚмолекуласында нуклеотидтерімен, промотормен, РНҚ-полимеразаның байланысуымен басталады. Бірінші нуклеотидтің транскрипт синтезіне кіретін жері "бастау нүктесі" деп аталады. Мутантты бактериялардың ген транскрипциясын зерттегенде промотордың ұзындығы 30-60 жұп нуклеотидтерден тұратындығы анықталды. Сигналды тану қызметін 10 ж.н. атқарады, оның орталығы бастау нүктесінен 10 ж.н. шамасындай қашықтықта болады. Мысал үшін глюкоза оперонының промотор нуклеотидтерінің реттілігі жəне бастау нүктесі (А) келтірілген. Элонгация[өңдеу] Элонгация (тізбектің ұзаруы). Сигма-суббөлік ферменттен бөлініп шығысымен, минималдық фермент транскрипция процесін жалғастыра береді. ДНҚ-матрицада түзіліп жатқан РНҚ тізбегі ұзара береді. Фермент ДНҚ молекуласының бойымен жүреді, түзіліп жатқан РНҚ тізбегінің нуклеотидтік реттілігі ДНҚ молекуласымен анықталады. Элонгацияның ең үлкен жылдамдығы бір секундта 50 нуклеотид шамасындай тізбекке кіреді. Бір геннен көптеген РНҚ көшірмесін алады. Терминация[өңдеу] Терминация (синтездің аяқталуы). РНҚ тізбегінің ұзаруы ДНҚ молекуласындағы аяқтаушы нуклеотидтерге жеткенше жүре береді. Одан кейін фермент нуклеотидтерді тізбекке кіргізбейді, РНҚ ДНҚ-матрицадан бөлініп шығады. Ал ДНҚ тізбектері бірігіп қалыпты қос спираль түзіледі. Транскрипцияны тоқтататын ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтер терминатор деп аталады. Транскрипцияны тоқтату үшін жəне РНҚ-полимеразаны ДНҚ-матрицадан айыру үшін ерекше ақуызболады, ол Þ(по) ақуыз деп аталады, ол тетрамер М 200 000. Ақуыз þ РНҚ-полимеразаны РНҚ-ның соғынан шығарып тастайды, РНҚ-транскрипттың босанып шығуына себепші болады.[1] Типі[өңдеу] Транскрипция процесінің өнімі әр түрлі қызметтер атқаратын РНҚ молекуласының төрт типінен тұрады: рибосомадағы ақуыз синтезінде матрицаның рөлін атқаратын ақпараттық немесе матрицалық РНҚ; рибосоманың құрылымдық бөлігін құрайтын рибосомалы РНҚ; ақуыз синтезі кезінде генетикалық ақпараттың РНҚ-дағы нуклеотидтік “тілді” аминқышқылдық “тілге” ауыстыруға қатысатын тасымалдаушы РНҚ; ДНҚ молекуласының репликациясы (генетикалық ақпаратты дәл көшіруді және оның ұрпақтан ұрпаққа берілуін қамтамасыз ететін нуклеин қышқылдарымакромолекуласының өздігінен жаңғыру процесі) кезінде бастама қызметін атқаратын РНҚ. Транскрипция бірлігін атқаратын қызметі бір-біріне байланысты ферменттер синтезін анықтайтын гендер тобын ``оперон`` деп атайды. Прокариоттарда ол функционалды байланысқан бірнеше геннен, ал эукариоттарда тек бір ғана геннен тұрады. РНҚ-полимераза ферменті оперонның бастапқы бөлігін (промотор) “таниды”, онымен байланысып, ДНҚ молекуласының қос тізбегін ширатады. Осы жерден бастап мономерлі нуклеотидтер комплементарлы шартқа (принципке) сай РНҚ молекуласын түзеді. РНҚ-полимераза ферментінің ДНҚ-матрицасымен жылжуына байланысты синтезделген РНҚ молекуласы алшақтай береді де, ДНҚ-ның қос тізбегі қайта қалпына келеді. РНҚ-полимераза көшірілетін бөліктің соңына жеткенде (терминатор) РНҚ молекуласы матрицадан ажырайды. ДНҚ молекуласының әр түрлі бөліктеріндегі көшірмелер саны жасушаның қандайда болмасын ақуызды қажетсінуіне және қоршаған орта жағдайларына байланысты болады. Транскрипция процесінің реттелуін зерттеу молекулалық биологияның маңызды міндеттерінің бірі болып саналады. Ақпараттың көшірілуі ДНҚ молекуласынан РНҚ-ға ғана емес, сондай-ақ, кері бағытта, РНҚ-дан ДНҚ-ға да көшірілуі мүмкін. Мұндай кері Транскрипция құрамында РНҚ молекуласы бар ісік тудыратын вирустарда болады. Олардың құрамында жасуша зақымданғаннан кейін вирустың РНҚ-сын ДНҚ тізбегін синтездеуге матрица ретінде қолданатын фермент болады. Соның нәтижесінде ДНҚ молекуласының бір тізбегі, яғни ДНҚ – РНҚ гибриді түзіледі. Алғашқы РНҚ молекуласының барлық ақпаратын алып жүретін вируспен зақымданған қос спиральды ДНҚ молекуласы жасушаның хромосомасына еніп, қатерлі ісік тудырады. Кері Транскрипцияның ашылуы Ресей ғалымы Л.А. Зильбер (1894 – 1966) ұсынған қатерлі ісік вирусты-генетикалық теорияның дұрыс екенін дәлелдеді. Кері Транскрипция қалыпты жасушаларда ақпараттың жинақталуында және оның іске асуында (мысалы, эмбрионды даму кезеңінде) маңызды рөл атқаруы мүмкін Генетикалық код Генетикалық код — тірі организмдерге тән нуклеин қышқылдары молекуласындағы тұқым қуалаушы (генетикалық) ақпараттың нуклеотидтер тізбегі түріндегі біртұтас “жазылу” жүйесі. Бұл — барлық тірі организмдерге ортақ заңдылық. Генетикалық код туралы қазіргі қалыптасқан көзқарасқа 1960 жылы Америка ғалымдары М. Ниренберг, Г. Корана және П. Ледердің жүргізген зерттеулері көп әсерін тигізді. Генетикалық код бірлігі — ДНҚ мен РНҚ молекуласындағы 3 нуклеотид (триплет) тізбектерінен тұратын кодон (аРНҚ нуклеотидтерінің триплеттері) болып табылады. Гендегі кодондар тізбегі осы генді “жазатын” (кодтайтын) ақуыздағы амин қышқылдар тізбегін анықтайды. Клеткадағы генетикалық код екі сатыда іске асады: транскрипция сатысы ядрода жүреді және ДНҚ-ның сәйкес бөліктерінде ақпараттық (информациялық) рибонуклеин қышқылдарының молекулалары (аРНҚ) жасалады. Сонымен қатар, ДНҚ нуклеотидтер тізбегі аРНҚ нуклеотидтер тізбегі ретінде қайта жазылады; трансляция сатысы цитоплазмада, ақуыз синтезделетін рибосомада жүреді. Сондай-ақ, аРНҚ нуклеотидтер тізбегі, полипептидтер құрайтын амин қышқылдар қалдықтарының белгілі бір тізбегіне көшеді.[1] Генетикалық кодтың бір ерекшелігі, әмбебап екендігі, яғни барлық организмдерде белгілі бір 3 нуклеотид (триплет) белгілі бір амин қышқылдарын “жазады” (кодтайды). Бір амин қышқылы бірнеше триплетпен “жазылуы” (кодталуы) мүмкін. Кодондар арасында “үтір” болмайды, яғни олар бір-бірінен бөлінбеген. Ол бір геннің аймағында белгіленген нүктеден бастап, бір бағытта есептелінеді. 64 кодонның 61-і ақуыз құрайтын 20 амин қышқылдарын “жазады” (кодтайды), ал қалған үш “нонсенс” (мағынасыз) кодондар (УАГ, УАА және УГА) полипептид синтезін аяқтайтын “нүкте” қызметін атқарады. Олар ақуыз биосинтезінінің аяқталғанын білдіреді.[2] Ген (кодон) және белок арасындағы «көпір» қызметін РНҚ молекуласы атқарады. Дәлірек айтсақ, ДНҚ молекуласындағы азоттық негіз тізбегіндегі кодталған генетикалық ақпарат ең бірінші ДНҚ молекуласынан матрицалық РНҚ (мРНҚ) молекуласына көшіріледі. Бұл саты транскрипция процесі деп аталады және прокариоттарда нуклеоидта, ал эукариоттарда ядрода жүреді. Әрі қарай мРНҚ молекуласынан генетикалық ақпараттың белок молекуласына өту процесі трансляция деп аталады. Транскрипция — бұл негізінде мРНҚ молекуласының синтезіне жататын генетикалық ақпараттың берілуінің бірінші сатысы (136-сурет). Транскрипция процесі белгілі жерден басталып, белгілі жерде аяқталады. Транскрипция процесіне тікелей қатысатын құрылымдар, ол ДНҚ-матрица (ДНҚ молекуласының тізбегі), РНҚ-полимераза ферменті және хромосомалық белоктар (гистонды және гистонды емес). Транскрипция мРНҚ молекуласы жалпы клеткалық РНҚ молекулаларының шамамен, 3% құрайды. Олар өте тұрақсыз және өмір сүру уақыты өте аз. Прокариоттарда шамамен, 2-10 минутты, ал сүтқоректілер мен адамдарды шамамен, 12-16 сағатты, кейбір басқа да эукариоттарда бірнеше аптаны құрайды. Прокариоттарда мРНҚ молекуласы транскрипция процесінің негізгі өнімі болып табылады. Керісінше, эукариоттарда олар алғашқы РНҚ-транскриптерінің процессингісінің (пісіп жетілуінің) өнімі болады. мРНҚ молекуласының синтезі клетканың ядросында жүреді және ДНҚ молекуласының репликациясына өте ұқсас болады. Айырмашылығы тек мРНҚ молекуласын көшіруге матрица ретінде ДНҚ молекуласының бір ғана тізбегі қолданылады. мРНҚ молекуласының көшірілуі ДНҚ молекуласы тізбегіне РНҚ-полимераза ферменті жабысқан кез келген жерінен басталады және оны промотор деп атайды. ДНҚ молекуласының екі тізбегінен де мРНҚ молекуласы синтезделуі мүмкін. Осыған орай транскрипция үшін ДНҚ молекуласының екі тізбегінің екеуі де қолданылады (137-сурет), бірақ бір тізбек бір РНҚ-полимераза ферментін қолданса, келесі тізбек екінші РНҚ-полимераза ферментін қолданады. Бұл жағдайда транскрипция үшін ДНҚ молекуласын промоторлық тізбек анықтайды және РНҚ-полимераза ферментін бағыттайды. ДНҚ молекуласы қарама-қарсы полярлы зарядтардан тұрады, ал РНҚ молекуласы 5′-бағытынан 3′-бағытына өсетіндіктен ДНҚ-ның әр тізбегіндегі транскрипция қарама-қарсы бағытта жүреді. ДНҚ молекуласында транскрипция жүретін жердің таңдалуы промоторлы тізбекпен (РНҚ-полимераза ферментінің байланысқан жері) анықталады. мРНҚ молекуласына сай келетін тізбек кодтаушы деп, ал мРНҚ молекуласының синтезін қамтамасыз ететін тізбек антикодтаушы деп аталады. мРНҚ молекуласын синтездеуге А, Г, Т, Ц қолданылмайды, ал А, Г, У, Ц қолданылады. Әрі қарай мРНҚ молекуласы ДНҚ-шаблонға комплементарлы жабысып қалмайды, ол ДНҚ молекуласынан босап шығады, ал ДНҚ екінші тізбегін қайта қалпына келтіреді. мРНҚ молекуласы ДНҚ шаблоннан әлдеқайда қысқа болады. Бір эукариот клаткасында мРНҚ молекуласының саны шамамен, 10 000-нан асады. мРНҚ молекуласымен бірге ДНҚ молекуласында басқа да транскриптер түзіледі. Оның ішінде генетикалық ақпараттың іске асырылуында маңызды рөл атқаратын рибосомалық және тасымалдаушы РНҚ молекулаларын айтуға болады. Бұл РНҚ молекулаларын ядролық деп те атайды. Түзілген транскриптердің (синтезделген РНҚ молекулалары) көлемі ДНҚ матрицада жазылған және синтездің тоқтатылуы деген ақпаратқа тікелей байланысты болады (инициация және терминация кодтары). Клеткада көптеп түзілетін РНҚ молекуласы ретінде рибосоманың құрылымын құрайтын рибосомалық РНҚ (рРНҚ) молекуласын айтуға болады. Эукариоттарда рРНҚ молекуласының синтезі көптеген гендердің бақылауында болады және бұл процесс ядрошықта жүреді. Адам клеткасында рРНҚ молекуласына жауапты гендер 13, 14, 15, 21 және 22 хромосома жұптарында орналасқан. Клеткада азырақ синтезделетін трансляция процесіне қатысатын тасымалдаушы РНҚ молекуласы (тРНҚ). Барлық РНҚ молекулалары сәйкес гендердің көптеген көшірмелері бар ДНҚ молекуласынан көшіріледі. РНҚ молекуласының синтезіне рибонуклеозидүшфосфаттар тікелей қатысады. Бұл жерде де синтез комплементарлы принципке негізделіп іске асырылады, тек ДНҚ молекуласындағы тиминді урацил алмастырады. Урацил тимин сияқты аденинмен байланысады. РНҚ молекуласының тізбегі 5′-3′ бағытында пирофосфаттың босап шығуы арқылы өседі. РНҚ молекуласының синтезі РНҚ-полимераза ферментінің көмегімен жүзеге асырылады. Прокариот клеткаларында мРНҚ, рРНҚ және тРНҚ молекулаларын РНҚ-полимераза ферментінің бір ғана типі жүзеге асырады. Клеткада оның молекуласы шамамен, 3000-ды құрайды. РНҚ-полимераза ферментінің әр молекуласы алты полипептидтен тұрады, олар р’ және Р (сәйкесінше, 150 000 және 151 000 молекулалың массасы), 36 000 екі суббурлуктер және тағы да екі төменгі молекулалы суббірліктер (5 және со) болып табылады. Транскрипция процесінің басталуын (инициациясы) 5-РНҚ-полимераза ферменті орындайды. Жоғарыда айтылғандай, РНҚ-полимераза ферментінің ДНҚ молекуласымен байланысуы промотор деп аталатын аймағында болады және белоктар арқылы бақыланады. Е.соlі бактериясы промоторында TATA AT тізбегі (Прибнов боксы) болады. Бұл тізбек транскрипция басталатын нүктесінен алты нуклеотидтік негізге кейін тұрады. РНҚ-полимераза ферменті промоторлық бөлікке байланысқаннан кейін сол бөліктегі ДНҚ молекуласының қос спиралін тарқатады және комплементарлы принципке сай синтез басталады. Алғашқы мономерлердің байланысуы өткеннен кейін РНҚ-полимераза ферменті тізбек бойымен жылжи отырып, РНҚ молекуласының басқа мономерлерін жалғайды. Осылайша РНҚ молекуласы ұзарады. Әрі қарай РНҚ-полимераза ферменті өз жолында «тоқта» деген белгіні кездестіреді де, ДНҚ-матрицадан ажырайды. Осы кезде синтезделген РНҚ молекуласы да бөлініп түседі. Керісінше, эукариот клеткаларында (ашытқы саңырауқұлақтарында және адамда) РНҚ-полимераза ферментінің үш (I, II, және III) типі кездеседі. Олар бірнеше полипептидті тізбектерден тұратын күрделі молекулалардан құралады. Бұл РНҚ-полимераза ферментінің әрқайсысы промоторлық бөлікке байланысқаннан кейін ДНҚ молекуласының әр тізбегінде транскрипция процесін бастайды. РНҚ-полимераза I ферменті үлкен рРНҚ молекуласын синтездейді (рибосоманың үлкен және кіші суббірліктері). РНҚ-полимераза II ферменті барлық мРНҚ молекулаларын және рРНҚ молекуласының кіші суббөліктерін синтездейді. РНҚ-полимераза III ферменті тРНҚ молекуласын және рибосоманың 58-суббірлігін синтездейді. РНҚ-полимераза ферментінің саны сүтқоректілер клеткаларында әртүрлі (бір клеткада РНҚ-полимераза I жэне II шамамен, 40 000 молекула, ал РНҚ-полимераза III ферменті шамамен, 20 000 молекуладан тұрады). Эукариот клеткаларындағы РНҚ-полимераза ферменті күрделі құрылымен сипатталады. Көптеген организмдерде РНҚ-полимераза ферменті 12 әртүрлі полипептидтерден тұрады. Олардың үшеуі Е. соlі бактериясының (3% р суббірліктеріне және а-РНҚ-полимераза ферментіне гомологты болып келеді. РНҚ-полимераза I және III ферменттерінде РНҚ-полимераза II ферментінің суббірлігіне ұқсас 5 суббірлік болады. РНҚ-полимераза II ферменті транскрипция процесін бастайды, ол үшін оған ашытқы саңырауқұлақтарында RA25 гені, ал адамда XRB гені арқылы синтезделетін ДНҚ-геликаза белогы қажет. Көптеген эукариот клеткалары промоторларында транскрипциялық аймақтан шамамен, 30-120 нуклеотид тізбегінде алшақ орналасқан TATA тізбегі болады. Эукариоттарда РНҚ-полимераза ферменті промотормен байланысу үшін транскрипцияның инициациялық факторы қызметін орындайтын арнайы белоктар керек (РНҚ-полимераза I, II және III ферменттеріне TF I, TF II және TF III белоктары). Эукариотты организмдерде транскрипция процесі прокариоттарға қарағанда күрделі жүреді. РНҚ-полимераза ферменті арқылы синтезделген РНҚ транскриптердің ұзындығы 50 000 нуклеотидке жетеді және бір секундта шамамен, 30 азоттық негіз синтезделеді. Бірақ-та синтезделген РНҚ молекуласы геннің дәл көшірмесі бола алмайды, ол гетерогенді болады. Осыған байланысты түзілген транскриптерді ядролы гетерогенді (ягРНҚ) немесе про-мРНҚ деп атайды. Транскрипция нәтижесінде синтезделген про-мРНҚ молекуласы мРНҚ молекуласына айналу үшін процессинг процесінен өтуі керек. Бұл кезде про-мРНҚ молекуласындағы трансляцияланбайтын бөліктері (интрондар) арнайы ферменттер арқылы кесіліп тасталады, әрі қарай трансляцияланатын бөліктері (экзондар) бір-бірімен байланысады. Байланысу процесі сплайсинг (ағылшынның splice — өсу деген сөзі) деп аталады. Процессинг процесі нэтижесінде мРНҚ молекуласының пісіп жетілген тізбегі түзіледі. Бұл тізбек про-мРНҚ молекуласынан әлдеқайда қысқа болады. ягРНҚ молекуласы шамамен 50 000 нуклеотид тізбегінен тұратын болса, сплайсинг процесінен кейін ол 500-3000 нуклеотид тізбегімен шектеледі. Клеткада барлық клеткалық РНҚ-ның жартысын гяРНҚ молекуласы құрайды, ал пісіп-жетілген мРНҚ молекуласы шамамен 3% құрайды. Интрондардың көлемі шамамен, 80-1000 азоттық негізден тұрады. Сплайсинг процесінің биохимиялық механизмі аталған процеске гетерогенді ядролық рибонуклеопротеин бөліктерінің (sm RNA) қатысуымен анықталады. Мұндай бөліктер бірнеше (VA, Ug, UA, Ug және басқалары) және олардың эрқайсысы 90-150 нуклеотидтерден және 10 әртүрлі белоктардан тұрады. Бұл құрылымдардың барлығы интерфазалық ядрода бақыланады және олардың концентрациясын киназа ферменттерінің біреуі бақылайды. РНҚ молекуласының транскриптері әртүрлі түрде сплайсинг процесіне ұшырауы мүмкін, нәтижесінде жетілген мРНҚ молекуласы әртүрлі белоктарды синтездейді. Бұл процесс эволюцияда үлкен маңызға ие. Про-мРНҚ молекуласының сплайсинг процесі арқылы жетілуінен басқа РНҚ молекуласында бір негіздің екінші негізбен алмасуы жүретін «редакциялау» процесі де жүзеге асырылады. Мысалы, бауыр клеткасында синтезделетін аполидопротеин белогының молекулалық массасы шамамен 512 000 дальтонға тең, ал ішек клеткасында синтезделетін сол белок 242 000 дальтон. Бұл тізбектегі цитозин нуклеотидінің урацилге конверсиясының. нәтижесі, келесі ретте тоқтатукодоны іске қосылады да синтезделетін тізбек қысқа болады. Яғни, мРНҚ молекуласының 3′-соңына полиаденил қышқылынан 15 нуклеотид алыста ААУААА тізбегінде 30-500 нуклеотидтің жалғасуынан өзгерістің жүруіне байланысты болуы мүмкін. Осыған байланысты транскрипция полиА-сигналынан алыста тоқтайды, ал процессинг полиА-байланысының алдында экстрануклеотидтерді босатады. Синтезделген және жетілген мРНҚ молекуласы геннің әсерінің алғашқы өнімі болып табылады. Мысалы, Е.соlі бактериясы жағдайында жетілген мРНҚ молекуласы ядродан цитоплазмаға өтеді де ондағы рРНҚ молекуласының 30S суббірлігімен байланысады. рРНҚ молекуласының 16S суббірлігімен байланысатын мРНҚ молекуласы тізбегі Шайн-Далгарно тізбегі деп аталады. Мұнда мРНҚ молекуласы рибосомада полипептидті тізбектің түзілуінде матрица ретінде болады. Клеткада әртүрлі деңгейде синтезделетін шамамен, 2000-3000 мРНҚ молекуласы болады деп есептеледі. Соның ішінде АҮФ-тәуелді фосфорлану реакциясын жылдамдататын полинуклеотидкиназалық белсенділікке ие рибозимдер анықталған. рРНҚ және тРНҚ молекулалары процессинг процесінің өнімдері болып табылады. Интрондардың ашылуы олардың шығу тегі туралы сұрақтарды алға тартты. Олардың шығу тегін түсіндіруде екі болжам қолданылады. Бірінші болжам бойынша, интрондар байырғы ата-тек гендерінде болған деп есептеледі. Екінші болжам бойынша, интрондар үздіксіз гендердің құрамына кіреді делінген. Жоғарыда сипатталған транскрипция сызбасынан бөлек кейбір РНҚ молекуласы бар вирустарда «кері транскрипция» деп аталатын процесс белгілі. Мұнда ДНҚ молекуласын синтездеуге керекті матрица ретінде бір тізбекті РНҚ молекуласы қолданылады және оны кері транскриптаза деп аталатын фермент (ревертаза) іске асырады. Бұл жерде генетикалық ақпараттың іске асырылуы РНҚ — ДНҚ — белок сызбасында жүреді. Зерттеулер нәтижесінде кері транскриптаза ферменті прокариот клеткаларында да, эукариот клеткаларында да табылды. Ревертаза ферменттері прокариотты және эукариотты организмдер деп бөлінбеген уақытта болған деп есептеледі. Трансляция клетканың метаболизмінде маңызды рөл атқаратын және генетикалық ақпараттарды ген әсерінің алғашқы өнімі мРНҚ молекуласынан аминқышқылдық тізбекке ауыстыратын негізгі процесс болып табылады. Трансляция процесі цитоплазмадағы рибосомада жүреді және белоктардың синтезінде орталық процесс болып табылады. Бұл процеске рибосомадан басқа мРНҚ молекуласы, 3-5 рРНҚ молекулалары, 40-60 тРНҚ әртүрлі молекулалары, аминқышқылдар, шамамен, 20-дан астам аминқышқылдарын активтендіретін ферменттер (аминоацил-тРНҚ синтетаза ферменттері), инициация, элонгация және терминация процестерінде полипептидті тізбекке қатысатын еритін белоктар қолданылады. Рибосомалардың жарты бөлігі рРНҚ молекуласынан (әр рибосомада 3-5 молекуладан), ал жарты бөлігі белоктардан тұрады. Рибосомалардың өлшемін центрифугалау кезінде седиментациялану (S) жылдамдығына байланысты бірлік ретінде есептейді. Прокариоттарда рибосомалардың өлшемі 70 S құрайды, ал эукариоттарда бұл шама 80 S-ке тең. Рибосомалар жұп суббірліктен (үлкен және кіші) құралған, олар мРНҚ молекуласында трансляция процесі біткеннен кейін ажырайды. Е. соlі бактериясында үлкен суббірлік (50 S) екі рРНҚ молекуласынан (5 S және 23 S) және 30 полипептидтерден тұрады. Ал кіші суббірлік (30 S) тек бір ғана рРНҚ молекуласынан (16 S) және 19 полипептидтерден тұрады. Эукариот клеткаларында үлкен суббірлік үш әртүрлі рРНҚ молекулаларынан (58, 5,8 S және 20 S), ал кіші суббірлік тек бір рРНҚ молекуласынан (18 S) тұрады. Тасымалдаушы (бейімделетін, еритін) РНҚ молекуласы кіші (5 S) үзындығы 75-80 нуклеотидтерден тұрады. Трансляция процесінде мРНҚ молекуласы аминқышқылдарын тікелей тани алмайды. Ол үшін кодонды да, аминқышқылын да танитын арнайы «адапторлар» керек. Осындай адаптор қызметін клеткада тРНҚ молекуласы атқарады. тРНҚ молекуласының нуклеотидтері фосфор қышқылының қалдығынан, көмірсудан (рибоза) және азоттық негізден тұрады. тРНҚ молекуласының құрамына аденин, гуанин, цитозин және урацил негіздері кіреді. Сонымен қатар тРНҚ молекуласының құрамында бірнеше минорлы нуклеотидтер болады. Олар аденин, гуанин, цитозин және урацил негіздерінің химиялық модификацияланған түрі болып табылады (негізінен олар метилденген болады). Мұндай минорлы нуклеотидтер тРНҚ молекуласының эртүрлі аймағында орналасқан болады. тРНҚ молекуласында бір тізбекті құрылыммен қатар комплементарлы принциппен байланысқан негіздер де бар, яғни бұл байланысулар тРНҚ молекуласына жоңышқа жапырағына ұқсас құрылым береді. Әрі қарай бұл құрылым көпқабатты L-тәрізді пішінге айналады. Ал L-тәрізді пішіннің екі жағында байланыспаған нуклеотидтер болады. Бір жағындағы нуклеотидтер антикодонды құрайды, ал келесі жағындағы (3′-соңы) нуклеотидтер бос аминқышқылдарын байланыстыратын ковалентті байланысты қамтамасыз ететін (ЦЦА) тізбектер болады. |