Ақуыз синтезіне қандай РНҚ жауап береді. Жасушадағы белок синтезі – сипаттамасы, процесс функциялары. РРНҚ қалай жұмыс істейді
Параграфтағы сұрақтар: Жасуша мен ағзаға қажетті белоктар қалай түзіледі?
Кез келген ағзаның салмағы мен өсуін сақтау үшін сыртқы ортадан белоктар, майлар мен көмірсулар, витаминдер, минералды тұздар, су қажет. Метаболизм қоректік заттар мен газдарды қабылдаудан басталады. Мысалы, зат алмасудың бастапқы кезеңінде белоктар арнайы мүшелердегі (асқазан, аш ішек) немесе құрылымдардағы (бір жасушалы организмдерде) ферменттердің әсерінен энергия бөлініп, аминқышқылдарына дейін ыдырайды. Айырбастың келесі кезеңі химиялық реакцияларэнергияны пайдалана отырып, меншікті белоктарды, ферменттерді, гормондарды және басқа белок құрылымдарын синтездеу.
Нуклеотидтің құрылымы қандай? Нуклеотид үш компоненттен тұратын нуклеин қышқылының мономері: азотты негіз, бес көміртекті қант және фосфор қышқылының қалдығы.
Қандай азотты негіздер комплементарлы деп аталатынын есіңізде сақтаңыз? Комплементарлық - бұл жасушадағы ДНҚ құрылымы мен қызметінің негізінде жатқан әмбебап сәйкестік принципі. ДНҚ-да төрт азотты негіз бар: аденин (А), тимин (Т), цитозин (С), гуанин (G). Комплементарлылық принципі азотты негіздер арасындағы сутектік байланыстармен қамтамасыз етіледі. Тимин аденинге сәйкес келеді, өйткені ол аденин сияқты сутектік байланыстарды құрайды. Сол принцип бойынша гуанин цитозинге комплементарлы болып табылады. A=T, G=C.
Бет 62. §-дан кейінгі сұрақтар мен тапсырмалар
1. Ақуыз синтезі үшін қандай жағдайлар қажет?
Әрбір жасушаның өзіндік белоктар жиынтығы болады. Ақуыз синтезі келесі әрекеттерді қажет етеді:
Құрылыс материалы – аминқышқылдары;
Полипептидтік тізбектегі аминқышқылдарының орналасу реті туралы мәліметтер;
Амин қышқылдарының молекулалары;
Белок молекуласы жиналатын жасуша органоидтары – рибосомалар;
Энергия.
2. Қандай процесс транскрипция деп аталады?
Нуклеотидтер тізбегі ДНҚ үлгісінің нуклеотидтер тізбегіне дәл сәйкес келетін РНҚ молекуласын синтездеу процесі. Бұл ақуыз биосинтезінің алғашқы қадамы. Бұл процесс жасуша ядросында жүреді.
3. Генетикалық код дегеніміз не?
Бұл туралы ақпаратты жазу жүйесі бастапқы құрылымнуклеотидтердің белгілі бір тіркесімімен және олардың ДНҚ мен мРНҚ молекулаларында орналасу ретімен ұсынылған белок. Мысалы, HCC триплеті аланин амин қышқылын, GHC триплеті глицинді кодтайды және т.б. Үшемнің 64 түрі бар. 64 триплеттің үшеуі ешқандай аминқышқылдарын кодтамайды, бірақ ақуыз синтезінің тоқтатылуын анықтайды, сондықтан оларды тоқтату кодондары деп атайды. Дайын мРНҚ саңылаулар арқылы ядродан жасуша цитоплазмасына жіберіледі.
4. Ақуыз биосинтезінде тРНҚ молекулалары қандай рөл атқарады?
тРНҚ – тасымалдаушы РНҚ. Ол аминқышқылдарын тасымалдайды. Амин қышқылдары цитоплазмада кездеседі. Әрбір амин қышқылы белок молекуласында орналасатын жерге жеткізілуі керек. Жеткізу функциясын тасымалдаушы РНҚ орындайды. Әрбір тРНҚ ақуыз синтезінде қолданылатын 20 амин қышқылының біреуін ғана тасымалдай алады. Трансферттік РНҚ «өздерінің» аминқышқылдарын таниды, оларды молекуланың бос ұшына бекітеді. Бұл ферменттер мен АТФ энергиясының қатысуымен болады.
5. мРНҚ құрамындағы белоктың аминқышқылдарының орналасу реті туралы ақпарат белокта қалай жүзеге асады?
Бұл процесс аударма деп аталатын кезеңде жүзеге асырылады. Рибосоманың бір уақытта тек екі мРНҚ үштіктері орналаса алатын функционалды орталығы бар. мРНҚ-да жазылған ақпаратты (латын тілінен аударғанда «translatio» - беру) аминқышқылдарының «тіліне» аудару осында жүзеге асырылады, нәтижесінде ақуыз молекуласы түзіледі. тРНҚ олардың мРНҚ триплеттеріне комплементарлылық принципі бойынша дәйекті түрде қосылады. Әрбір тРНҚ-ның орны антикодонмен, молекуланың алдыңғы жағында орналасқан триплетпен анықталады. аминқышқылдары синтездік матрица – хабаршы РНҚ-да жазылған ретпен пептидтік байланыстар арқылы байланысады. мРНҚ рибосома арқылы қозғалған сайын полипептидтік тізбек ұлғаяды. иРНҚ тоқтату кодоны рибосомаға енгенде пептидтік тізбекті құрастыру аяқталады. Болашақта ақуыз қажетті құрылымға ие болады: ол спиральданады немесе глобулға айналады және өз функцияларын орындау үшін жасушаның қажетті бөліміне жіберіледі.
6. Жасушадағы пластикалық және энергия алмасу реакциялары бір-бірімен тығыз байланысты және үздіксіз жүреді деп айту дұрыс па? Жауабын түсіндіріңіз.
Иә. Жасушадағы заттардың барлық түрленуі екі зат алмасу процесіне бөлінеді - пластикалық және энергия. Энергия алмасуы – кешеннің бөліну реакцияларының жиынтығы органикалық қосылыстарқарапайымдарға. Бұл процесс денені өз заттарының синтезі үшін көптеген аралық өнімдермен қамтамасыз етеді және құрамындағы энергияның бөлінуімен бірге келеді. күрделі заттара, және оның АТФ жасушасына тән қосылыстарда жинақталуы. Пластикалық метаболизм – энергия алмасуында түзілген АТФ энергиясын пайдалана отырып, қарапайым заттардан күрделі заттарды синтездеу реакцияларының жиынтығы. Энергия алмасу реакциялары кезінде бөлінетін энергия пластикалық алмасу реакцияларына – заттардың синтезіне кетеді. Және керісінше, энергия алмасуы пластикалық алмасу реакцияларына жасуша синтездейтін көптеген ферменттердің белсенді қатысуымен жүреді.
7. «Триплет», «антикодон», «аударма» терминдерінің мағынасын түсіндіріңіз.
Триплет немесе кодон – үш қатарынан нуклеотидтерден тұратын мРНҚ бөлімі. Антикодон – сәйкес мРНҚ-ға комплементарлы тРНҚ триплеті. Трансляция – жасушалардың цитоплазмасында болатын мРНҚ көмегімен аминқышқылдарынан рибосомалық ақуыз синтезі.
Амин қышқылдары немесе нуклеотидтер сияқты қарапайым органикалық молекулалар үлкен полимерлер түзу үшін біріктіріледі. Екі амин қышқылдары пептидтік, екі нуклеотидтер фосфодиэфирлік байланыс арқылы байланысады. Бұл реакциялардың рет-ретімен қайталануы сәйкесінше полипептидтер және полинуклеотидтер деп аталатын сызықтық полимерлердің түзілуіне әкеледі. ДНҚ және РНҚ түріндегі полипептидтер немесе белоктар мен полинуклеотидтер ең маңызды құрамдас бөліктер болып саналады. Ақуыздарды құрайтын әмбебап «құрылыс материалы» тек 20 аминқышқылынан тұрады, ал ДНҚ мен РНҚ молекулалары полинуклеотидтердің төрт түрінен ғана құрылған. Жасушада полинуклеотидтердің екі түрі де бар - ДНҚ және РНҚ; эволюция барысында олар мамандандырылған және бірігіп жұмыс істейді, әрқайсысы өз қызметін атқарады. Полинуклеотидтердің құрылымы ақпаратты сақтау және беру үшін өте қолайлы. Полинуклеотидтердің екі түрінің арасындағы химиялық айырмашылықтар оларды әртүрлі тапсырмалар үшін қолайлы етеді. Мысалы, ДНҚ репозиторий болып табылады генетикалық ақпарат, өйткені оның молекуласы РНҚ молекуласына қарағанда тұрақты. Бұл ішінара РНҚ-да екі гидроксил тобының қатысуымен бұл полинуклеотидтің гидролизге көбірек бейім болатындығына байланысты.
Демек, кез келген тірі ағзаның құрылымы мен қызметі туралы барлық ақпарат оның ДНҚ негізіндегі генетикалық материалында кодталған түрде қамтылған. ДНҚ – ұзын екі тізбекті полимерлі молекула. Қос байламмен бұралған бұл алып молекулада ағзаның барлық белгілері «тіркеледі». Оның бір тізбегіндегі мономерлік бірліктердің тізбегі (дезоксирибонуклеотидтер) екіншісіндегі дезоксирибонуклеотидтер тізбегіне сәйкес (комплементарлы). Комплементарлылық принципі екі еселену кезінде түзілген бастапқы және жаңадан синтезделген ДНҚ молекулаларының сәйкестігін қамтамасыз етеді. (репликациялар).
Қосымша матрицаны көшіру механизмі ақпаратты тасымалдау процестерінде орталық орынды алады биологиялық жүйелер. Әрбір жасушаның генетикалық ақпараты оның полинуклеотидтерінің негізгі тізбегінде кодталған және бұл ақпарат
толықтауыш негіз жұптасуы арқылы ұрпақтан ұрпаққа беріледі.
Функционалдық ақуыздарды немесе РНҚ-ны кодтайтын қатаң спецификалық нуклеотидтер тізбегі бар жеке генетикалық элементтер гендер.Гендер жасуша ядросында, хромосомаларда орналасады. Кейбір гендерде бар болғаны 800 негізгі жұп бар, ал басқаларында миллионға жуық. Адамда 80-90 мың ген болады. Құрылымдық гендер деп аталатын кейбір гендер белоктарды, басқалары тек РНҚ молекулаларын кодтайды. Ақуыздарды кодтайтын гендердегі ақпарат екі реттік процесте декодталады: РНҚ синтезі деп аталады транскрипцияларжәне ақуыз синтезі хабарлар . Біріншіден, мРНҚ (хабаршы РНҚ) матрицадағы сияқты ДНҚ-ның белгілі бір бөлігінде синтезделеді, жануарлар жасушаларында бұл процесс ядрода жүзеге асырылады. Содан кейін ақпаратты ядродан цитоплазмаға тасымалдай отырып, тРНҚ (трансферттік РНҚ), мРНҚ, ферменттер және әртүрлі ақуыздық факторлардың қатысуымен көп компонентті жүйенің үйлесімді жұмысы барысында ақуыз молекуласының синтезі жүзеге асырылады. . Осы процестердің барлығы ДНҚ-да шифрланған генетикалық ақпараттың нуклеотидтер тілінен аминқышқылдарының тіліне дұрыс аударылуын қамтамасыз етеді. Ақуыз молекуласының аминқышқылдарының тізбегі оның құрылымы мен функцияларын ерекше анықтайды. Нуклеотидтер ДНҚ-ның суббірлігі ретінде, РНҚ энергия тасымалдаушы қызметін де атқарады.
ДНҚ құрылымы (5-сурет) сызықты полимер. Оның мономерлі бірліктері (нуклеотидтер) азотты негізден, бес көміртекті қанттан (пентозада) және фосфат тобынан тұрады. Фосфат тобы моносахарид қалдығының 5" көміртегі атомына, органикалық негіз 1" атомына қосылады. Әрбір нуклеотидке оның бірегей негізінің атына сәйкес атау беріледі. ДНҚ-да негіздердің екі түрі бар – пурин (аденин – А және гуанин – С) және пиримидин (цитозин – С, тимин – Т, урацил – U).
Нуклеотидтер екі оптикалық изомерлерде болады - L және D. Ерекшеліксіз, барлық тірі организмдер өздерінің нуклеотидтерін құру үшін тек D пішіндерін пайдаланады. Нуклеотидтердің L-формасының аздаған мөлшерінің болуы ДНҚ синтезі ферменттерінің жұмысын тежейді немесе толығымен блоктайды.
ДНҚ-да моносахарид құрамында бір гидроксил тобы бар 2 "-дезоксирибозамен, РНҚ-да екі гидроксил тобы бар рибозамен ұсынылған. Нуклеотидтер бір-бірімен фосфодиэфирлік байланыстар арқылы, ал 5"-көміртегінің фосфат тобымен байланысқан. бір нуклеотидтің атомы көрші нуклеотидтің дезоксирибоза тобы арқылы 3'-OH-мен байланысқан. Полинуклеотидтік тізбектің бір ұшында 3'-ОН тобы, екінші жағында 5'-фосфат тобы орналасқан.
Туған ДНҚ спиральді құрайтын екі полимерлі тізбектен тұрады. Бірінің үстіне бірі оралған полинуклеотидті тізбектер бір-біріне қарама-қарсы тізбектердің комплементарлы негіздері арасында түзілген сутектік байланыстар арқылы байланысады. Бұл жағдайда аденин тек тиминмен, гуанин - цитозинмен жұп түзеді. Жұп негіздері A-Tекі сутектік байланыспен тұрақтанды, жұп s-s- үш. Қос тізбекті ДНҚ ұзындығы әдетте комплементарлы нуклеотидтер жұптарының санымен өлшенеді. Мысалы, адамның 1-хромосомасының ДНҚ-сы ұзындығы 263 миллион негіз жұбы болатын жалғыз қос спираль.
Фосфат топтары мен 5 «-3»-фосфодиэфирлік байланыс арқылы қосылған дезоксирибоза қалдықтарынан тұратын молекуланың қант-фосфатты құрамы «спиральді баспалдақтың бүйір қабырғаларын» құрайды, ал A-T және C-C жұптары оның «қадамдарын» құрайды. ДНҚ молекуласының тізбектері антипараллельді: олардың бірінің бағыты 3"-5", екіншісінің бағыты 5"-> 3". Нуклеотидтер жұп болып саналады, өйткені ДНҚ молекуласында екі тізбек және олардың нуклеотидтері айқас байланыстар арқылы жұппен байланысқан.
Генетикалық ақпаратты тасымалдаушы екі талапқа сай болуы керек: көшіру (қайта жасау)жоғары дәлдікпен және анықтау (код)белок молекулаларының синтезі. Комплементарлылық принципі бойынша әрбір ДНҚ тізбегі жаңа комплементарлы тізбектің қалыптасуына үлгі бола алады. Жасуша бөліну керек болғанда, оның алдында рибосомаларындағы ДНҚ молекуласын көшіреді. Бұл кезде ДНҚ-ның екі тізбегі бөлінеді және олардың әрқайсысында, матрицадағы сияқты, ата-аналық жасушадағы осы жіппен жалғанғанын дәл қайталайтын еншілес жіп жиналады. Нәтижесінде екі бірдей аналық хромосома пайда болады, олар бөліну кезінде әртүрлі жасушалар арасында бөлінеді. Тұқым қуалайтын белгілердің ата-анадан ұрпаққа берілуі ядросы бар барлық жасушалық ағзаларда осылай жүреді. Демек, репликацияның әрбір айналымынан кейін әрқайсысында бастапқы ДНҚ молекуласы сияқты бірдей нуклеотидтер тізбегі бар екі еншілес молекула пайда болады. Құрылымдық геннің нуклеотидтер тізбегі ол кодтайтын ақуыздың аминқышқылдарының тізбегін ерекше түрде көрсетеді. Демек, әрбір ДНҚ тізбегі жаңа комплементарлы тізбектің синтезі үшін шаблон қызметін атқарады, ал синтезделген (өсетін) тізбектегі базалық тізбек шаблондық тізбектің комплементарлы негіздерінің тізбегі арқылы анықталады.
Про- және эукариоттарда ДНҚ синтезі көптеген әртүрлі ферменттердің қатысуымен жүзеге асады. Негізгі рөлді комплементарлылық принципіне сәйкес өсіп келе жатқан полинуклеотидтік тізбектің буындарын дәйекті түрде қосатын және фосфодиэфирлік байланыстардың түзілуін катализдейтін ДНҚ-полимераза атқарады.
ДНҚ-ны бөлу үшін агароза негізіндегі арнайы гельдер (оқшауланған полисахарид). теңіз балдыры). Агарозды гельдегі гельдік электрофорездің модификациясы, деп аталады импульстік электрофорез,үлкен ДНҚ молекулаларын бөлуге мүмкіндік береді.
Көптеген сүтқоректілердің гендерінің нуклеотидтік тізбегі анықталды, оның ішінде гемоглобинді, инсулинді және цитохром С-ді кодтайтын гендер. ДНҚ туралы ақпараттың көлемі соншалықты үлкен (көптеген миллион нуклеотидтер), қол жетімді деректерді сақтау және талдау үшін қуатты компьютерлер қажет. деректер.
Белгілі бір жасуша типінде қандай гендердің белсенді екенін анықтау үшін (арнайы тізбектерді анықтау) әдіс деп аталады ДНҚ ізі.ДНҚ фрагменттері P белгісімен белгіленеді, содан кейін нуклеазалармен қорытылады, гельде бөлінеді және радиоавтограф арқылы анықталады. Егер су ерітіндісіДНҚ 100 ° C дейін қызады және қатты сілтіленеді (рН 13), содан кейін екі тізбекті ұстайтын қосымша негіз жұптары қос спиральбірге ыдырайды және ДНҚ екі тізбекке тез диссоциацияланады. Бұл процесс деп аталады ДНҚ денатурациясы,бұрын қайтымсыз болып саналған. Бірақ егер ДНҚ-ның комплементарлы тізбектері 65 ° C температурада сақталса, олар қос спиралдың құрылымын қалпына келтіре отырып, оңай жұпталады - процесс деп аталады. ренатурация.
Гендердің басым көпшілігі ақуыз синтезі туралы кодталған ақпаратты қамтиды. Полипептидтер үлкен әмбебаптығымен сипатталады, олар химиялық жағынан әртүрлі бүйірлік тізбектері бар аминқышқылдарынан тұрады және реактивті учаскелермен қаныққан әртүрлі кеңістіктік формаларды қабылдауға қабілетті. Полипептидтердің қасиеттері оларды әртүрлі құрылымдық және функционалдық міндеттер үшін өте қолайлы етеді. Белоктар тірі жүйелерде болатын барлық дерлік процестерге қатысады, олар биохимиялық реакциялардың катализаторы ретінде қызмет етеді, жасушалардың ішінде және арасында тасымалдауды жүзеге асырады, өткізгіштігін реттейді. жасуша мембраналары, одан әртүрлі құрылымдық элементтер салынған. Белоктар тірі организмнің негізгі құрылыс материалы ғана емес, олардың көпшілігі жасушадағы процестерді бақылайтын ферменттер. Белоктар қозғалтқыш функцияларын жүзеге асыруға қатысады, инфекциялар мен токсиндерден қорғайды, басқа ген өнімдерінің синтезін реттейді.
Барлық аминқышқылдары ұқсас химиялық құрылымы: орталық көміртек атомына сутегі атомы, амин тобы, карбоксил тобы және бүйірлік тізбек қосылған. 20 түрлі бүйір топтары және сәйкесінше 20 аминқышқылдары бар: мысалы, аланин амин қышқылында бүйірлік тізбек метил тобы болып табылады (1-кесте).
Бір амин қышқылының карбоксил тобы мен екіншісінің амин тобы арасында пептидтік байланыс түзіледі. Белок молекуласының бірінші амин қышқылында бос амин тобы (N-соңғы), соңғысында бос карбоксил тобы (С-соңы) болады.
Ақуыз молекулаларының ұзындығы 40-тан 1000 аминқышқылының қалдықтарына дейін өзгереді; олардың реті мен аминқышқылдарының құрамына байланысты белок молекулалары қабылдайды әртүрлі пішін(конфигурация, конформация). Көптеген функционалдық белсенді белоктар бірдей немесе сәл өзгеше екі немесе одан да көп полипептидтік тізбектерден тұрады. Негізгі қызметтерді атқаратын белоктар – бұл көптеген әртүрлі полипептидтік тізбектерден – суббірліктерден тұратын күрделі белок кешендері.
Көмегімен генетикалық кодполинуклеотидтер тізбегі белоктағы аминқышқылдарының ретін анықтайды; нуклеотидтердің әртүрлі триплеттері белгілі бір аминқышқылдарын кодтайды.
Генетикалық ақпаратты нуклеотидтер тілінен амин қышқылдары тіліне аударудағы маңызды «беру буыны» - РНҚ (рибонуклеин қышқылдары), олар ДНҚ-ның белгілі бір бөлімдерінде, матрицалардағы сияқты, нуклеотидтер тізбегіне сәйкес синтезделеді.
РНҚ молекулалары ақпаратты тасымалдайды, олардың мінез-құлқына әсер ететін химиялық сәйкестігі бар. РНҚ молекуласында екі маңызды қасиеттер: процесте оның нуклеотидтер тізбегінде кодталған ақпарат беріледі репликация,ал бірегей кеңістік құрылымы басқа молекулалармен әрекеттесу сипатын және сыртқы жағдайларға реакциясын анықтайды. Бұл қасиеттердің екеуі де ақпараттықЖәне функционалды- эволюциялық процестің қажетті алғы шарттары болып табылады. РНҚ молекуласының нуклеотидтер тізбегі тұқым қуалайтын ақпаратқа ұқсас немесе генотипорганизм. Кеңістіктік сәндеу ұқсас фенотип- табиғи сұрыпталу әрекетіне жататын ағза белгілерінің жиынтығы.
РНҚ (5-сурет) ДНҚ-дан екі жолмен ерекшеленетін сызықты полинуклеотидті молекула:
1. РНҚ-дағы моносахарид бір емес, екі гидроксил тобынан тұратын рибоза;
2. РНҚ-дағы төрт негіздің бірі - тиминнің орнын алатын урацил.
РНҚ-ның бір тізбек түрінде болуы мынаған байланысты:
РНҚ матрицасында РНҚ түзілу реакциясын катализдейтін ферменттің барлық жасушалық организмдерде болмауы; тек кейбір вирустарда мұндай фермент бар, оның гендері қос тізбекті РНҚ түрінде «тіркеледі», басқа организмдер РНҚ молекулаларын тек ДНҚ шаблонында синтездей алады; урацилде метил тобының болмауына байланысты аденин мен урацил арасындағы байланыс тұрақсыз, ал РНҚ үшін екінші (комплементарлы) тізбектің «ұстауы» проблемалы. Бір жіпшелі құрылымның арқасында РНҚ ДНҚ-дан айырмашылығы спиральға айналмай, «шаш түйреуіш», «ілмек» түріндегі құрылымдар түзеді. РНҚ молекуласында негіздік жұптасу ДНҚ-дағыдай жүреді, тек А-Т жұбының орнына А-У түзіледі.ДНҚ-дағы сияқты комплементарлы негіздер өзара сутектік байланыстар арқылы байланысады.
РНҚ-ның үш негізгі түрі бар:
ақпараттық (мРНҚ);
рибосомалық (рРНҚ);
тасымалдау (тРНҚ).
Транскрипцияның дұрыстығы, яғни. оның басы мен соңы оң жақта сайттар(арнайы учаскелер), ДНҚ-дағы спецификалық нуклеотидтер тізбегін, сондай-ақ ақуыз факторларын қамтамасыз етеді. ДНҚ транскрипциясы жасуша ядросында жүреді. мРНҚ молекулалары ақпаратты ядродан цитоплазмаға тасымалдайды, онда ол аминқышқылдарының тізбегі мРНҚ нуклеотидтер тізбегінде (яғни, ДНҚ-да) кодталған белоктардың трансляциясында қолданылады. мРНҚ байланысты рибосомалармұнда аминқышқылдары қосылып белоктар түзеді. Рибосомалар - нуклеотидті бөлшектер, олардың құрамында жоғары полимерлі РНҚ және құрылымдық ақуыз. Рибосомалардың биохимиялық рөлі - ақуыз синтезі. Дәл рибосомаларда жеке амин қышқылдарының полипептидтерге қосылуы жүреді, оның соңы белоктардың түзілуімен аяқталады.
Прокариоттардың көпшілігінде барлық РНҚ-ның транскрипциясы бірдей РНҚ-полимеразаның қатысуымен жүзеге асады. Эукариоттарда мРНҚ, рРНҚ және тРНҚ әртүрлі РНҚ полимеразалары арқылы транскрипцияланады.
Генетикалық тұрғыдан алғанда, ген - бұл РНҚ-ға транскрипцияланған белгілі бір нуклеотидтер тізбегі.Транскрипцияланған ДНҚ тізбектерінің көпшілігі құрылымдық гендер,мұнда мРНҚ синтезделеді. Құрылымдық геннің соңғы өнімі белок болып табылады. Прокариоттарда құрылымдық ген ДНҚ молекуласының үздіксіз бөлімі болып табылады. Эукариоттарда көптеген құрылымдық гендер бірнеше дискретті (бөлек) кодтау аймақтарынан тұрады - экзондар,кодталмаған аймақтармен бөлінген - нитрондар.Эукариоттық құрылымдық геннің транскрипциясы аяқталғаннан кейін интрондар біріншілік транскрипция өнімінен ферменттер арқылы кесіледі, экзондар бір-біріне «ұшына дейін» тігіледі. (қосу)мРНҚ түзілуімен. Әдетте, экзондардың ұзындығы 150-ден 200 нуклеотидке дейін, интрондардың ұзындығы 40-тан 10 000 нуклеотидке дейін өзгереді.
Белсенді жұмыс істейтін жасушада жалпы РНҚ-ның шамамен 3-5%-ын мРНҚ, 90%-ын рРНҚ, 4%-ын тРНҚ құрайды. мРНҚ молекулалардың ондаған әртүрлі түрлерімен ұсынылуы мүмкін; рРНҚ – екі түрі. Үлкенірек рРНҚ белоктармен бірге түзіледі рибонуклеотидтер кешені,үлкен рибосомалық суббірлік деп аталады. Кіші рРНҚ - бұл кіші рибосомалық суббірлік деп аталатын кешен. Ақуыз синтезі кезінде суббірліктер бірігіп, рибосома түзеді. рРНҚ ақуыз синтезі процесінде негізгі катализатор рөлін атқарады, ол рибосома массасының 60%-дан астамын құрайды. Эволюциялық аспектіде рРНҚ рибосоманың негізгі құрамдас бөлігі болып табылады.
Белсенді түрде ақуыздарды синтездейтін жасушада мыңдаған рибосомалардан басқа тРНҚ-ның 60-қа дейін әртүрлі түрлері болады. тРНҚ – ұзындығы 75-тен 93-ке дейінгі нуклеотидтерге дейінгі сызықты бір тізбекті молекула, бір-бірімен жұптасатын бірнеше өзара толықтырушы бөлімдері бар. Арнайы ферменттердің көмегімен (аминоацил-тРНҚ синтетазалары) сәйкес амин қышқылы тРНҚ-ның 3 "ұшына бекітіледі. Барлық белоктарды құрайтын 20 аминқышқылдарының әрқайсысы үшін кем дегенде бір ерекше тРНҚ болады. At. тРНҚ молекулаларының екінші ұшы деп аталатын үш нуклеотидтер тізбегі болып табылады антикодон,ол белгілі бір нәрсені таниды ваннамРНҚ-да және өсіп келе жатқан полипептидтік тізбекке қандай амин қышқылы қосылатынын анықтайды.
Трансляция (ақуыз синтезі) жүзеге асырыладымРНҚ, әртүрлі тРНҚ қатысуымен, сәйкес аминқышқылдарымен, рибосомалармен және полипептидтік тізбектің синтезінің басталуын, ұзаруын, аяқталуын қамтамасыз ететін көптеген ақуыздық факторлармен «жүктелген».
Бірнеше ақуызды кодтайтын нуклеотидтер тізбегі деп аталады оперон.Оперон бір промотордың бақылауында болады және оның транскрипциясы бірнеше белоктарды кодтайтын бір ұзын мРНҚ молекуласын шығарады.
mRNA синтезі және сәйкесінше ақуыз синтезі қатаң реттеледі, өйткені жасушада барлық құрылымдық гендердің бір мезгілде транскрипциясы мен трансляциясы үшін жеткілікті ресурстар жоқ. Про- және эукариоттар тек негізгі орындау үшін қажетті мРНҚ-ларды үнемі синтездейді жасушалық функциялар. Басқа құрылымдық гендердің экспрессиясы белгілі бір белоктарға қажеттілік болған кезде ғана транскрипцияны іске қосатын реттеуші жүйелердің қатаң бақылауымен жүзеге асырылады. Қосымша транскрипция факторлары сәйкес ДНҚ аймақтарымен байланысатын транскрипцияны қосу және өшіру үшін жауап береді.
Ақуыз молекулаларының синтезінде белок полипептидтік тізбегінің түзілуінің бастапқы кезеңі аденозинтрифосфаттың көмегімен аминқышқылдарының активтену процесі болып табылады. Активтену процесі ферменттердің қатысуымен жүреді, нәтижесінде аминоациладенилаттар түзіледі. Содан кейін аминоацил-тРНҚ синтетаза ферментінің әсерінен (20 аминқышқылдарының әрқайсысында өзінің арнайы ферменті бар) «белсендірілген» амин қышқылы тРНҚ-мен біріктіріледі. Әрі қарай аминоацил-тРНҚ кешені рибосомаларға ауысады, онда полипептид синтезі жүреді. Бір амин қышқылының карбоксил тобы мен екіншісінің амин тобы арасында пептидтік байланыс түзіледі. Белок молекуласының бірінші амин қышқылында бос амин тобы (N-соңғы), соңғысында бос карбоксил тобы (С-соңы) болады.
Түзілген белоктар рибосомалардан бөлініп шығады, содан кейін рибосомалар жаңа аминоацил-тРНҚ кешендерін қосып, жаңа ақуыз молекулаларын синтездей алады. Рибосомалар полипептидтік тізбектердегі аминқышқылдарының ретін анықтайтын мРНҚ-мен байланысты. Осылайша, жасушалардағы рибосомалардың тұтастығы мен функционалдық белсенділігінің бірі болып табылады қажетті жағдайларбелок молекулаларының синтезі.
3-тарауға арналған сынақ бақылауы Дұрыс жауаптарды таңдаңыз:
1. «ДНҚ – генетикалық ақпараттың қоймасы, өйткені оның РНҚ-ға қарағанда молекулалары тұрақтырақ» деген тұжырым:
A - оң;
B – дұрыс емес;
В – нақтылауды қажет етеді.
2. Генетикалық ақпаратты тасымалдаушы мынадай талаптарға сай болуы керек:
А – жоғары дәлдікпен қайталау;
B - химиялық гидролизге ұшырамайды;
В – белок молекулаларының синтезін анықтау;
G – энергияны тасымалдаушы қызметін атқарады;
D - тұйық сақина тәрізді құрылымды құрайды.
3. ДНҚ молекулаларын бөлу үшін қолданылады:
A - тұздану;
B – кері осмос;
B – импульстік электрофорез;
G – гелэлектрофорез;
D – электродиализ.
4. РНҚ молекуласы мен ДНҚ молекуласының айырмашылығы:
А – моносахарид – дезоксирибоза;
В - рибоза моносахарид болып табылады;
В – азотты негіз – тимин;
G – азотты негіз – урацил;
D – азотты негіз – гуанин.
5. ДНҚ молекуласының синтезі жүзеге асады:
А – ДНҚ лигазасы;
В – ДНҚ полимераза;
В – нуклеотидтердің L-формасынан;
G - нуклеотидтердің D-формасынан;
D - нуклеотидтердің D және L-формаларының қоспасынан.
6. Қосылу:
А – мРНҚ прекурсорынан экзондардың кесілуі және жетілген мРНҚ молекулаларының түзілуімен интрондардың ковалентті байланысы;
В – мРНҚ прекурсорынан интрондарды кесу және жетілген мРНҚ молекулаларының түзілуімен экзондардың ковалентті байланысы;
С – жеке нуклеотидтерді «ұшынан соңына дейін» айқастыру арқылы жетілген тРНҚ молекулаларының синтезі;
D – мРНҚ прекурсорынан интрондарды бөліп алу және олардың жетілген мРНҚ молекулаларының түзілуімен ковалентті байланысы;
D – жетілген мРНҚ молекулаларының түзілуімен экзондар мен интрондардың тізбекті ковалентті байланысы.
А – белгілі бір амин қышқылын кодтайтын үш көршілес мРНҚ нуклеотидтері;
В – мРНҚ молекуласындағы белгілі бір кодонның нуклеотидтеріне комплементарлы тРНҚ-ның үш көрші нуклеотидтері;
B - белгілі бір амин қышқылын кодтайтын үш көршілес тРНҚ нуклеотидтері;
G - белгілі бір аминқышқылдарының тізбегін кодтайтын үш көршілес тРНҚ нуклеотидтері;
D - белгілі бір амин қышқылын кодтайтын үш көршілес мРНҚ нуклеотидтері.
8. РНҚ молекуласының бірегей кеңістіктік құрылымы анықтайды:
А – репликация процесі;
В – генотип;
B – фенотип;
D – басқа молекулалармен және сыртқы әсерлесу сипаты
шарттар; D – РНҚ молекуласының локализациясы.
9. Транскрипция процестері жүреді:
A - үнемі бірдей жылдамдықта;
В – реттеу жүйелерінің бақылауында;
B - энергия жинақталған сайын периодты түрде;
G – ДНҚ молекулаларының түзілу процестерімен байланысты;
D – құрылымдық гендердің түзілуіне пропорционалды жылдамдықпен.
10. Оперон:
А – құрамында бірнеше құрылымдық гендер бар ДНҚ бөлімі;
В – бір құрылымдық гені бар ДНҚ сегменті;
В – бір ақуызды кодтайтын нуклеотидтер тізбегі;
G – біреуден көп кодтайтын нуклеотидтер тізбегі
D – бірнеше белоктарды кодтайтын ұзын мРНҚ молекуласы.
ДНҚ үлгісінен РНҚ синтезі процесі прокариоттар үшін барынша толық сипатталады. Сүтқоректілердің жасушаларында РНҚ синтезі мен өңделуінің реттелуі прокариоттық жүйелерден ерекшеленсе де, РНҚ синтезі процестерінің өзі организмдердің екі түрінде де іс жүзінде бірдей. Сондықтан прокариоттардағы РНҚ синтезінің сипаттамасы РНҚ синтезі үшін ферменттер мен реттеуші сигналдардың әртүрлі болуына қарамастан эукариот жасушаларына әбден жарамды.
РНҚ молекуласындағы рибонуклеотидтер тізбегі ДНҚ тізбегінің бірінің дезоксирибонуклеотидтерінің тізбегін толықтырады (37.8-сурет). РНҚ молекулаларының транскрипциясы жүретін ДНҚ-ның екі тізбегінің бірі кодтаушы тізбек деп аталады. Басқа тізбекті көбінесе сәйкес геннің кодталмаған тізбегі деп атайды. Құрамында көптеген гендер бар қос тізбекті ДНҚ-да әрбір берілген геннің кодтау тізбегі міндетті түрде бір ДНҚ тізбегінде ұсынылмайтынын түсіну маңызды (39.1-сурет). Басқаша айтқанда, ДНҚ молекуласының бір тізбегі сәйкесінше кейбір гендер үшін кодталады, ал басқалары үшін кодталмайды. Т-ның U орнына алмастырылуын қоспағанда, РНҚ транскриптінің тізбегі кодталмаған тізбекпен бірдей екенін ескеріңіз.
ДНҚ-тәуелді РНҚ-полмераза – геннің кодтау тізбегіне комплементарлы реттілікке рибонуклеотидтерді полимерлендіретін фермент (39.2-сурет). Фермент промотор деп аталатын кодтау тізбегінің белгілі бір аймағымен байланысады. Содан кейін синтез бастапқы нүктеде басталады
Күріш. 39.2. Рибонуклеотидтердің геннің кодтау тізбегіне комплементарлы РНҚ тізбегіне полимерленуі. Реакцияны РНҚ полимераза катализдейді. (Кімнен: Дж.Д. Уотсон, Геннің молекулалық биологиясы, 3-ші басылым, авторлық құқық 1976, 1970, 1965, W. A. Benjamin Inc. Menlo Park,
аяқтау реті. Промотор мен терминатор арасындағы транскрипцияланған ДНҚ аймағы транскрипция бірлігі деп аталады. Алынған бағытта синтезделген РНҚ молекуласы біріншілік транскрипт деп аталады. Прокариоттық организмдерде біріншілік транскриптте көбінесе бірден бірнеше геннің РНҚ көшірмелері болады, ал эукариоттарда, әдетте, бір ғана ген болады. Біріншілік прокариот транскриптінің 5 ұштары мен жетілген цитоплазмалық РНҚ бірдей. Бұл транскрипцияның бастапқы нүктесі мРНҚ-ның 5-нуклеотидіне сәйкес келетінін білдіреді. Эукариоттарда РНҚ-полимераза II арқылы синтезделген біріншілік транскрипттер бірден «қақпақ» - метилгуанозинтрифосфат (37.10-сурет) қосу арқылы өзгертіледі (ол жетілген цитоплазмалық мРНҚ-ның соңында - үнемі болады). Шамасы, жабу бастапқы транскрипттің жетілу процесі үшін де, жетілген мРНҚ-ның кейінгі трансляциясы үшін де қажет.
E. coli-нің ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимераза молекуласы төрт суббірліктен тұрады – екі бірдей (а-субъектілер) және тағы екеуі – көлемі жағынан ұқсас, бірақ Р-субъектісіне бірдей емес). Полимераза функциясын орындау үшін голофермент түзілуі керек - корензим деп аталатын кешен, яғни РНҚ-полимеразаның өзі, қосымша ақуыз факторы (st-фактор) бар, ол полимеразаның күштірек байланысуына ықпал етеді. арнайы ДНҚ промоторларының тізбегі. Бактериялар әр түрлі ст факторларын шығарады, олардың әрқайсысы РНҚ полимеразаның промоторлық ерекшелігін модуляциялайтын реттеуші қызметін атқарады. Әртүрлі ст-факторлардың пайда болуы уақыт бойынша әртүрлі іске қосылуымен байланысты біріктірілген бағдарламалар» бактериофагтардың дамуы, споралану немесе жылу соққысына жауап сияқты прокариоттық жүйелердегі гендердің белгілі бір жиынтығының экспрессиясы.
РНҚ синтезі процесі суретте көрсетілген. 39.3 РНҚ полимераза кешенінің промотор аймағындағы ДНҚ үлгісімен байланысуын қамтиды. РНҚ синтезін бастау қадамынан кейін st факторы бөлініп, РНҚ синтезі антипараллельді ДНҚ шаблон тізбегі бағытында ұзарады. Фермент рибонуклеотидтерді комплементарлылық принципіне сәйкес кодтау тізбегінің құрылымын көрсететін белгілі бір ретпен полимерлейді. Реакция кезінде пирофосфат бөлінеді. Прокариоттық және эукариоттық организмдерде РНҚ полимерленуі әдетте пурин рибонуклеотидінен басталады.
Құрамында РНҚ-полимераза (кофермент) бар ұзарту кешені кодтау тізбегі бойымен қозғалған кезде ДНҚ-ның ыдырауы орын алуы керек. үшін қажет дұрыс білім беруРНҚ тізбегіне енгізілген рибонуклеотидтері бар комплементарлы жұптар. Бұрылмаған ДНҚ аймағының көлемі транскрипция процесінде тұрақты және бір полимераза молекуласына шамамен 17 жұпты құрайды (шамасы, ол транскрипцияланған ДНҚ тізбегіне тәуелді емес). Бұл РНҚ-полимеразаның ДНҚ спиралының ашылуына байланысты босату белсенділігін көрсететін қосымша фактормен байланысты екенін көрсетеді. Транскрипцияның жалғасуы үшін ДНҚ қос спиралының ашылуы және жіптердің бөлінуі (кем дегенде уақытша) болуы нуклеосома құрылымының біршама бұзылуы сөзсіз екенін білдіреді.
РНҚ молекуласының синтезін тоқтату сигналы ДНҚ кодтау тізбегінде орналасқан белгілі бір реттілік болып табылады. Бұл сигнал терминациялық ақуыз p-факторымен танылады. Осы РНҚ тізбегінің синтезі аяқталғаннан кейін корензим ДНҚ шаблонынан бөлініп, жаңа st-фактор молекуласымен байланысып, сәйкес промоторлық аймақтарды танып, жаңа РНҚ молекуласының синтезін бастай алады. Бірнеше РНҚ-полимераза молекулалары бір уақытта бір кодтау тізбегін оқи алады, бірақ процесс кез келген уақытта әрбір молекула ДНҚ-ның әртүрлі бөлімдерін транскрипциялайтындай реттеледі. РНҚ синтезінің электронды микрографы күріште көрсетілген. 39.4.
Сүтқоректілердің жасушаларында ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимеразалардың бірнеше түрі табылған. Олардың қасиеттері кестеде көрсетілген. 39.1. Бұл ферменттердің әрқайсысы гендердің әртүрлі жиынтығының транскрипциясына жауап беретін сияқты. молекулалық салмақтарСүтқоректілердің РНҚ полимеразаларының ең маңызды үш класының ішінде 500 000 мен 600 000 арасында өзгереді. Олардың
(сканерлеуді қараңыз)
Күріш. 39.3. РНҚ синтез процесі. Процестің басы жоғарғы сол жақта көрсетілген, мұнда РНҚ-полимеразаның негізгі ферментімен байланысқан сигма факторы промоторды тануға және транскрипцияны бастауға қабілетті кешен құрайды. Процесс РНҚ полимеразаның бөлінуімен аяқталады. Бос полимераза және басқа шығарылатын каталитикалық факторлар жаңа транскрипция оқиғасына қатыса алады. Фер символы. таңбаланған фермент. (Дж. Д. Уотсоннан, Геннің молекулалық биологиясы, 3-ші басылым, авторлық құқық 1976, 1970, 1965, В.А. Бенджамин Inc. Марио Парк, Калифорния)
39.1-кесте. Жануарлардағы ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимеразалардың номенклатурасы және локализациясы
Күріш. 39.4. Қосмекенділердің жасушаларындағы транскрипцияланған рибосомалық РНҚ гендерінің бірнеше көшірмелерінің электронды микрографиясы. Үлкейту Фотосуретте РНҚ-полимераза ген бойымен қозғалған кезде транскрипттің ұзындығы арта түсетіні көрсетілген. Қысқа транскрипт геннің жақын ұшымен, ал әлдеқайда ұзағырақ ұшымен байланысты. Көрсеткілер транскрипцияның ) бағытын көрсетеді. (Миллер О.Л. Кіші, Битти Б.Р. Портрет геннің рұқсатымен шығарылған. Дж. Cell Physiol. 1969. 74:225.)
құрылымы бактериялық ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимеразамен көп ортақ. Олардың барлығында екі үлкен және бірнеше шағын бөлімшелер бар. Жақында жүргізілген клондау және секвенирлеу жұмыстары эукариоттық және прокариоттық РНҚ полимеразаларының аминқышқылдарының тізбегіндегі ұқсастықты көрсетті. Жеке бөлімшелердің функциялары әлі анықталмаған. Олардың кейбіреулері арнайы промоутер мен терминатор ретін танитын реттеуші функцияларға ие болуы мүмкін.
Токсиндердің бірі, Amantia phaloides саңырауқұлағы өндіретін α-аманитин нуклеоплазмалық ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимеразаның (РНҚ-полимераза II) спецификалық тежегіші болып табылады, бұл оны көптеген молекулалық биологиялық зерттеулерде тиімді етті (39.1-кестені қараңыз).
Транскрипция сигналдары
Клондалған гендердің нуклеотидтер тізбегін талдау транскрипция процестерінде маңызды рөл атқаратын бірқатар ДНҚ аймақтарын анықтады. Бактериялық гендердің үлкен санын зерттеу негізінде промоторлар мен транскрипция терминаторларының функцияларын орындайтын тізбектердің консенсус модельдерін құру мүмкін болды. Бактериялық промоторлар шамамен 40 жұп нуклеотидтерден тұрады (ДНҚ қос спиралының 4 айналымы), яғни. олар E. coli РНҚ-голополимераза кешенімен толығымен жабылатындай кішкентай. Промоутердің консенсус құрылымында екі қысқа сақталған элементтер анықталды. Транскрипцияның басталу нүктесінен 5-соңына қарай шамамен 35 нуклеотидтік жұп қашықтықта, суретте көрсетілген сегіз мүшелі тізбек бар. 39.5. Транскрипцияның басталу нүктесіне жақынырақ қашықтықта (шамамен 10 нуклеотид) 6-мер AT-ға бай аймақ орналасқан. Ол салыстырмалы түрде бар төмен температура GC-наптың болмауына байланысты балқу. Осыған байланысты, TATA тізбегі деп аталатын бұл аймақта (сонымен қатар Прибнов қорапшасы) ДНҚ тізбектерінің диссоциациялануы промоторлық аймақпен байланысты РНҚ полимераза тізбегі аймағына қол жеткізе алатындай оңай жүреді деп саналады. 3 жағынан промоторға тікелей жақын орналасқан кодтау тізбегі.
Суретте көрсетілгендей. 39.6, E. coli жасушаларында р-тәуелді транскрипцияны тоқтату сигналдары да белгілі бір консенсус құрылымымен сипатталады. Ұзындығы шамамен 40 нуклеотидті құрайтын консервативті терминатор тізбегі бір-бірінен алшақ орналасқан инверттелген қайталауларды қамтиды және AT жұптарының қатарымен аяқталады. Транскрипция кешенінің инверттелген қайталанулар аймағы арқылы өткеннен кейін түзілген РНҚ транскрипті суретте көрсетілген, молекулаішілік шаш қыстырғыш құрылымын құра алады. 39.6. Транскрипция одан әрі жоғарыда аталған АТ аймағында жалғасады, содан кейін р-фактор деп аталатын белгілі бір терминатор ақуызының әсерінен РНҚ полимераза кешені тоқтап, диссоциацияланады, біріншілік РНҚ транскрипциясын босатады.
Сүтқоректілер гендерінің транскрипциялық сигналдары күткендей күрделірек. Гендік инженерия деректері транскрипцияны басқаратын сигналдардың бірнеше түрлерінің болуын көрсетеді. Екі түрдегі сигнал тізбегі тиісті промотор аймағына жақын орналасқан. Олардың бірі транскрипцияның қай жерде басталуы керектігін көрсетеді, ал екіншісі бұл оқиғаның қаншалықты жиі болуы керектігін анықтайды. Өз гендерін экспрессиялау үшін иесінің транскрипция жүйесін пайдаланатын герпес вирусының тимидинкиназа генінің бір бірегей транскрипцияны бастау орны бар.
Күріш. 39.5. Бактериялық промоторлар транскрипцияның басталу нүктесінің терминалдық жағынан бөлек, жоғары сақталған екі тізбегі 35 және 10 нуклеотидтерден тұрады.
Күріш. 39.6. Төңкерілген қайталаулардан және бір-бірінен біршама қашықтыққа бөлінген AT аймағынан (жоғарғы) тұратын бактериялық транскрипцияны тоқтату сигналы. Транскрипциядан кейін бұл аймақ суреттің төменгі жағында көрсетілген РНҚ транскриптінде екінші реттік құрылымды құрайды.
Бұл сайттан дәл транскрипция инициация нүктесінен 32-16 нуклеотидте орналасқан көршілес 5-тізбегімен анықталады. Бұл аймақта TATAAAAG тізбегі бар, ол функционалдық байланысты Pribnow қорапшасына (TATAAT) анық гомолог болып табылады, әдетте прокариоттық мРНҚ синтезінің басталу нүктесінен шамамен 10 базалық жұп қашықтықта орналасқан. РНҚ полимераза II, бәлкім, TATA қорапшасының аймағындағы ДНҚ-мен байланысады және пурин нуклеотидтерімен қоршалған тимидин қалдығынан шамамен 32 нуклеотид РНҚ синтезін бастайды (39.7-сурет). Осылайша, TATA қорапшасы транскрипцияның қай жерде басталуы керектігін көрсететін сигнал болуы мүмкін.
Транскрипцияның басталу орнынан алшақ орналасқан екі тізбекті аймақ берілген геннің транскрипциясы қаншалықты жиі болатынын анықтайтын бір функционалды элементті құрайды. Тимидинкиназа генінің транскрипция инициация нүктесінен -61-ден -47-ге дейін және -105-тен -80 негіздік жұпқа дейінгі аймақта орналасқан осы аймақтардың кез келгеніндегі мутация инициация оқиғаларының жиілігін 10-20 есе төмендетеді. Іске қосудың дәлдігі мен жиілігін басқаратын мұндай промоутер элементтердің жұмыс істеуі олардың орналасуына және бағдарлануына өте тәуелді. Бұл аймақта тіпті бір нуклеотидті ауыстыру олардың қызметіне өте маңызды әсер етуі мүмкін. Транскрипцияның басталу нүктесіне дейінгі қашықтық та маңызды; -бағдарлануы керісінше болған кезде бұл элементтер, әдетте, реттеушілік белсенділігін жоғалтады (39.8-сурет).
Тізбектердің үшінші класы эукариоттық гендердің транскрипциясының қалыпты (негізгі) деңгейін жоғарылатады немесе төмендетеді. Бұл элементтерде
Күріш. 39.7. Тимидинкиназа генінің транскрипциясы. ДНҚ-тәуелді РНҚ полимераза II TATA қорабына комплементарлы аймақпен байланысады және пуриндермен және TATA қорабынан шамамен 32 нуклеотидтермен қоршалған Т қалдығынан кодтау тізбегінің транскрипциясын бастайды. Біріншісі, біріншілік транскрипттегі пурин қалдығы «қақпақ» қосу арқылы тез өзгереді.
Күріш. 39.8. Типтік эукариоттық геннің реттеуші блоктарын ұйымдастыру схемасы. Функционалды генде транскрипцияның басталу орнымен бөлінген реттеуші және құрылымдық аймақтарды ажыратуға болады (көрсеткі арқылы көрсетілген). Реттеуші аймақ өрнектің негізгі деңгейін анықтайтын екі элементтен тұрады. Проксимальды элемент, TATA қорапшасы, РНҚ-полимеразаны транскрипцияны бастау орнына бағыттайды, сондықтан РНҚ синтезінің басталуының дәлдігін анықтайды. Басқа реттеуші элемент (жоғары ағын) транскрипцияның басталу жылдамдығын бақылайды. Бұл класстың ең көп зерттелген реттеуші элементі CAAT қорабы деп аталады, алайда басқа элементтерді басқа гендерде қолдануға болады. Экспрессияны реттеуге күшейткіштер мен дыбыс өшіргіштер де қатысады - транскрипцияның негізгі деңгейін арттыратын немесе төмендететін элементтер және әртүрлі сигналдарға жауап ретінде белгілі бір гендердің экспрессиясын реттейтін элементтер (соның ішінде гормондар, жылу соққысы, металл иондары және кейбір химиялық заттар). ). Бұл сонымен қатар ген экспрессиясының тіндік ерекшелігін анықтайтын функционалды ұқсас элементтерді қамтиды. Реттеуші элементтердің соңғы екі блогы функционалды түрде қабаттасуы мүмкін (байланыс сызығымен көрсетілген). Берілген түрдегі элемент функциясының бағдарға тәуелділігі көрсеткілер арқылы көрсетіледі. Осылайша, проксимальды элемент міндетті түрде Y бағдарында болуы керек.CAAT терезесі және ұқсас элементтер бағдарда ең тиімді жұмыс істейді, бірақ кейбіреулері екі бағытта да жұмыс істейді. Квадраттардың арасындағы үзік сызықтар транскрипцияның басталу орнына қатысты осы элементтердің позициялары қатаң бекітілмегенін көрсетеді. Шындығында, өрнекті реттеу элементтері транскрипцияны бастау алаңының оң жағында (яғни, 3-терминусқа жақынырақ) орналасуы мүмкін.
әсер етуіне қарай, тиісінше, «күшейткіштер» немесе «тыныштандырғыштар» деп аталады. Олар транскрипция басталған жердің алдында (5 жағы) да, кейін де (3 жағы) орналасуы мүмкін. Промоторлар тізбегінен айырмашылығы, күшейткіштер мен дыбыс өшіргіштер сәйкес транскрипция бірлігінен жүздеген немесе мыңдаған негіздер қашықтықта α-әсері болуы мүмкін. Олардың қызметі бағдарға тәуелсіз.
Ақырында, реттеуші элементтердің басқа класы белгілі бір гендердің экспрессиясының адаптивті реттелуін қамтамасыз ететіні белгілі. Бұл сыныптың өкілдері гормондарға сезімтал реттеуші элементтер болып табылады (стероидтар, T3, TRH, cAMP, пролактин және т.б.; 44-тарауды қараңыз). Бұл сондай-ақ жылу соққысына жасушалық реакцияны, металдардың және кейбір химиялық токсиндердің (диоксин) әрекетін арнайы реттейтін элементтерді қамтиды. Бұл класқа сонымен қатар тіндік гендердің экспрессиясын реттеуге жауапты ДНҚ тізбегінің белгілі бір бөлімдері кіреді, мысалы, бауырдағы альбумин гені. Бұл бейімделгіш құрылымдардың кейбіреулері дыбыс өшіргіштер немесе күшейткіштер сияқты жұмыс істейді (осылай глюкокортикоидты гормондарға сезімтал реттеуші элемент күшейткіш ретінде әрекет етеді).
Негізгі және қосымша барлық реттеуші элементтердің ортақ ерекшелігі олардың жұмыс істеуі белгілі бір ДНҚ аймақтарының белгілі бір белок факторларымен әрекеттесуіне байланысты. Осындай көптеген белок факторлары анықталған (39.2-кесте). Мұндай ДНҚ-ақуыздың әсер ету механизмін зерттеу
39.2-кесте. РНҚ полимераза II арқылы транскрипцияланған гендер үшін табылған транскрипцияны және олардың байланыстыру факторларын бақылайтын кейбір реттеуші элементтер
Гендердің транскрипциясы бойынша өзара әрекеттесу көптеген зерттеулердің тақырыбы болды.
Эукариоттық РНҚ-полимераза II бағытталған транскрипцияны тоқтату сигналдары нашар түсінілген. Дегенмен, терминация сигналдары эукариоттық гендердің кодтау аймағының 3-терминусынан айтарлықтай қашықтықта орналасқан деуге негіз бар. Мысалы, тінтуірдің P-глобин гені үшін транскрипцияны тоқтату сигналдары транскрипттік полиаденилдену әдетте орын алатын учаскеден 1000-2000 негізге төмен орналасқан бірнеше жерде кездеседі. Тоқтату процесінің өзі туралы аз біледі. Терминацияға бактериялардың p-факторы сияқты қандай да бір нақты ақуыз факторларының қатысы бар-жоғы белгісіз. -Жетілген соңы транскрипция аяқталғаннан кейін, екі қадаммен жасалады. РНҚ-полимераза II транскрипттің 3-терминусын кодтайтын аймақ арқылы өткеннен кейін, бастапқы транскрипт AAUAAA консенсус тізбегінен 15 негіз қашықтықтағы аймақта РНҚ-эндонуклеаза арқылы бөлінеді. Шамасы, эукариоттық транскрипттерде AAUAAA тізбегі РНҚ кесу сигналы ретінде қызмет етеді. Жаңадан пайда болған 3-терминус төменде сипатталғандай нуклеоплазмада полиаденилденеді.
ДНҚ-тәуелді РНҚ полимераза III, гендер мен шағын ядролық РНҚ-ны транскрипциялайтын (37-тарауды қараңыз) транскрипцияланған тізбектің ішінде тікелей орналасқан интрагендік промоторды таниды. Эукариоттық гендер жағдайында интрагендік промотордың қызметін екі бөлек ішкі тізбек блоктары орындайды. Олар транскрипцияланады, жоғары консервацияланған аймақта жетілген аймақта сақталады және сәйкесінше DHU және TPC ілмектерін қалыптастыруға қатысады (37.11-сурет). in vitro жағдайында тРНҚ гендерінің құрылымын зерттегенде промоторлық функцияларды орындау үшін екі блоктың арақашықтығы 30–40 негіз жұбы болуы керек екендігі көрсетілді. Транскрипция А блогына дейін 10-шы және 16-шы нуклеотидтер арасындағы аймақта басталады. Сондай-ақ РНҚ-полимераза III арқылы транскрипцияланған генге келетін болсақ, ол үшін белгілі бір ақуыз транскрипция факторымен әрекеттесу анықталды. Шамасы, интраген промоторымен байланысу арқылы бұл фактор транскрипцияның басталу нүктесінде ферменттің каталитикалық орнының орналасуының дәлдігін бақылай отырып, РНҚ-полимераза III-мен әрекеттеседі.
ДНҚ, РНҚ және белоктардың синтезі
Бүгінгі дәрісіміздің тақырыбы ДНҚ, РНҚ және белоктардың синтезі. ДНҚ синтезі репликация немесе редупликация (екі еселену), РНҚ синтезі транскрипция (ДНҚ-мен қайта жазылу), хабаршы РНҚ-да рибосома жүзеге асыратын ақуыз синтезі трансляция деп аталады, яғни нуклеотидтер тілінен нуклеотидтер тіліне аударамыз. амин қышқылдары.
Біз осы пәннің қаншалықты терең зерттелгені туралы түсінік беру үшін молекулалық бөлшектерге толығырақ тоқтала отырып, барлық осы процестерге қысқаша шолу жасауға тырысамыз.
ДНҚ репликациясы
Екі спиральдан тұратын ДНҚ молекуласы жасушаның бөлінуі кезінде екі еселенеді. ДНҚ-ның екі еселенуі жіптер бұралған кезде әрбір тізбек үшін комплементарлы көшірме аяқталуы мүмкін екендігіне негізделген, осылайша түпнұсқаны көшіретін ДНҚ молекуласының екі тізбегі алынады.
Мұнда ДНҚ параметрлерінің бірі де көрсетілген, бұл спиральдың қадамы, әрбір толық айналым үшін 10 негіз жұбы бар, бір қадам ең жақын жиектер арасында емес, біреуі арқылы екенін ескеріңіз, өйткені ДНҚ кішкентай ойығы бар және үлкен. Нуклеотидтер тізбегін танитын белоктар негізгі ойық арқылы ДНҚ-мен әрекеттеседі. Спиральдың қадамы 34 ангстром, ал қос спиралдың диаметрі 20 ангстрем.
ДНҚ репликациясын ДНҚ полимераза ферменті жүзеге асырады. Бұл фермент ДНҚ-ны 3' ұшында ғана өсіре алады. ДНҚ молекуласы антипараллельді, оның әртүрлі ұштары 3΄ ұшы және 5΄ ұшы деп аталатыны есіңізде. Әрбір жіпте жаңа көшірмелерді синтездеу кезінде бір жаңа жіп 5΄-ден 3΄ бағытында, ал екіншісі 3΄-ден 5-соңғы жағына дейін созылады. Дегенмен, ДНҚ полимераза 5΄ ұшын ұзарта алмайды. Демек, ферментке «ыңғайлы» бағытта өсетін ДНҚ-ның бір тізбегінің синтезі үздіксіз жүреді (оны жетекші немесе жетекші тізбек деп атайды), ал екінші тізбектің синтезі қысқаша жүзеге асады. фрагменттер (оларды сипаттаған ғалымның құрметіне оказаки фрагменттері деп аталады). Содан кейін бұл үзінділерді біріктіріп тігеді, ал мұндай жіпті артта қалған жіп деп атайды, жалпы алғанда бұл жіптің қайталануы баяу жүреді. Репликация кезінде пайда болатын құрылым репликация шанышқысы деп аталады.
Егер біз бактерияның репликацияланатын ДНҚ-сына қарасақ және мұны электронды микроскопта байқауға болатын болса, оның алдымен «көз» түзетінін, содан кейін ол кеңейетінін, ең соңында бүкіл дөңгелек ДНҚ молекуласының репликацияланатынын көреміз. Репликация процесі үлкен дәлдікпен жүреді, бірақ абсолютті емес. Бактериялық ДНҚ полимераза қателіктер жібереді, яғни ДНҚ молекуласының шаблонында болған қате нуклеотидті шамамен 10-6 жиілікте енгізеді. Эукариоттарда ферменттер дәлірек жұмыс істейді, олар күрделірек болғандықтан, адамдағы ДНҚ репликациясының қателік деңгейі 10-7 - 10 -8 деп бағаланады. Геномның әртүрлі аймақтарында репликацияның дәлдігі әртүрлі болуы мүмкін, мутация жиілігі жоғары аймақтар бар және мутациялар сирек кездесетін консервативті аймақтар бар. Және бұл жерде екі түрлі процесті ажырату керек: ДНҚ мутациясының пайда болу процесі және мутацияны бекіту процесі. Өйткені, мутация өлімге әкеліп соқтыратын болса, олар кейінгі ұрпақтарда пайда болмайды, ал қате өлімге әкелмесе, ол кейінгі ұрпақтарда түзетіледі және біз оның көрінісін байқап, зерттей аламыз. ДНҚ репликациясының тағы бір ерекшелігі, ДНҚ полимераза синтез процесін өздігінен бастай алмайды, оған «тұқым» керек. Әдетте мұндай тұқым ретінде РНҚ фрагменті қолданылады. Егер біз бактерияның геномы туралы айтатын болсақ, онда репликацияның шығу тегі (көзі, басы) деп аталатын ерекше нүкте бар, бұл кезде РНҚ синтездейтін ферментпен танылған реттілік бар. Ол РНҚ-полимеразалар класына жатады және бұл жағдайда примаза деп аталады. РНҚ полимеразаларына тұқым қажет емес және бұл фермент РНҚ-ның қысқа фрагментін синтездейді - ДНҚ синтезі басталатын «тұқым».
Транскрипция
Келесі процесс - транскрипция. Оған толығырақ тоқталайық.
Транскрипция – РНҚ-ның ДНҚ-ға синтезі, яғни ДНҚ молекуласындағы РНҚ-ның комплементарлы тізбегінің синтезі РНҚ-полимераза ферментінің көмегімен жүзеге асады. Бактериялар, мысалы, ішек таяқшалары, бір РНҚ полимеразаға ие және барлық бактериялық ферменттер бір-біріне өте ұқсас; жоғары сатыдағы организмдерде (эукариоттарда) бірнеше ферменттер болады, оларды РНҚ-полимераза I, РНҚ-полимераза II, РНҚ-полимераза III деп атайды, олардың да бактериялық ферменттермен ұқсастықтары бар, бірақ олар күрделірек, құрамында белоктар көп. Эукариоттық РНҚ-полимеразаның әрбір түрі өзіне тән ерекше қызметтерге ие, яғни гендердің белгілі бір жинағын транскрипциялайды. Транскрипция кезінде РНҚ синтезі үшін шаблон қызметін атқаратын ДНҚ тізбегі сезім немесе шаблон деп аталады. ДНҚ-ның екінші тізбегі кодталмаған деп аталады (комплементарлы РНҚ белоктарды кодтамайды, ол «мағынасыз»).
Транскрипция процесінде үш кезең бар. Бірінші кезең – транскрипцияның басталуы – РНҚ тізбегінің синтезінің басталуы, нуклеотидтер арасындағы алғашқы байланыс түзіледі. Содан кейін жіп түзіледі, оның ұзаруы - ұзаруы, ал синтез аяқталғаннан кейін терминация жүреді, синтезделген РНҚ бөлінеді. Сонымен қатар, РНҚ полимераза ДНҚ-ны «аршып тастайды» және жаңа транскрипция цикліне дайын. Бактериялық РНҚ полимераза өте егжей-тегжейлі зерттелген. Ол бірнеше белок суббірліктерінен тұрады: екі α-субірліктер (бұл кіші суббірліктер), β- және β΄-субірліктер (үлкен суббірліктер) және ω-субірліктер. Олар бірге минималды фермент немесе ядро-фермент деп аталады. σ-субъектіні осы негізгі ферментке қосуға болады. σ-субірлік РНҚ синтезін бастау, транскрипцияны бастау үшін қажет. Инициация болғаннан кейін σ-суббірлік кешеннен ажырайды, ал өзек-фермент одан әрі жұмысты (тізбектің ұзаруы) жүргізеді. ДНҚ-ға қосылған кезде σ суббірлігі транскрипция басталатын жерді таниды. Оны промоутер деп атайды. Промотор – РНҚ синтезінің басталуын көрсететін нуклеотидтер тізбегі. σ-суббірліксіз ядро-ферментті промотор тануы мүмкін емес. Негізгі ферментпен бірге σ суббірлігі толық фермент немесе голофермент деп аталады.
ДНҚ-мен, атап айтқанда, σ-суббірлік таныған промотормен байланысқан голофермент қос тізбекті спиральді босатып, РНҚ синтезін бастайды. Бұрылмаған ДНҚ-ның созылуы транскрипцияның басталу нүктесі болып табылады, рибонуклеотид комплементарлы түрде қосылуы керек бірінші нуклеотид. Транскрипция басталады, σ суббірлігі кетеді, ал негізгі фермент РНҚ тізбегінің ұзаруын жалғастырады. Содан кейін аяқталу орын алады, ядро-фермент бөлініп, синтездің жаңа цикліне дайын болады.
Транскрипция қалай ұзарады?
РНҚ 3' ұшында өседі. Әрбір нуклеотидті байланыстыра отырып, ядро-фермент ДНҚ бойымен бір қадам жасап, бір нуклеотидке ығысады. Дүниедегі барлық нәрсе салыстырмалы болғандықтан, ядро-фермент қозғалмайды, ал ДНҚ ол арқылы «сүйретіледі» деп айта аламыз. Нәтижесі де солай болатыны анық. Бірақ біз ДНҚ молекуласы бойымен қозғалыс туралы айтатын боламыз. Негізгі ферментті құрайтын ақуыз кешенінің мөлшері 150 Ǻ. РНҚ полимеразаның өлшемдері - 150×115×110Ǻ. Яғни, бұл осындай наномашина. РНҚ-полимеразаның жылдамдығы секундына 50 нуклеотидке дейін жетеді. Өзек ферментінің ДНҚ және РНҚ-мен комплексі элонгациялық комплекс деп аталады. Оның құрамында ДНҚ-РНҚ гибриді бар. Яғни, бұл ДНҚ-ның РНҚ-мен жұптасатын жері, ал РНҚ-ның 3'-ұшы одан әрі өсу үшін ашық. Бұл гибридтің өлшемі 9 негізгі жұпты құрайды. ДНҚ-ның бұралмаған аймағы шамамен 12 жұп негізді құрайды.
РНҚ-полимераза ДНҚ-мен бұралмаған учаскенің алдында байланысады. Бұл аймақ алдыңғы ДНҚ дуплексі деп аталады және ұзындығы 10 жұп негізді құрайды. Полимераза сонымен қатар артқы ДНҚ дуплексі деп аталатын ДНҚ-ның ұзағырақ бөлігімен байланысты. Бактериялардағы РНҚ-полимеразаларды синтездейтін хабаршы РНҚ мөлшері 1000 немесе одан да көп нуклеотидке жетуі мүмкін. Эукариоттық жасушаларда синтезделген ДНҚ мөлшері 100 000, тіпті бірнеше миллион нуклеотидтерге жетуі мүмкін. Рас, олардың жасушаларда мұндай мөлшерде бар-жоғы белгісіз немесе синтез процесінде оларды өңдеуге уақыт болуы мүмкін.
Ұзарту кешені айтарлықтай тұрақты, өйткені ол үлкен жұмыс істеуі керек. Яғни, ол өздігінен ДНҚ-дан «құлап кетпейді». Ол ДНҚ арқылы секундына 50 нуклеотидке дейін жылдамдықпен қозғала алады. Бұл процесс орын ауыстыру (немесе, транслокация) деп аталады. ДНҚ-ның РНҚ-полимеразамен (өзек-фермент) әрекеттесуі σ-суббірліктен айырмашылығы осы ДНҚ-ның реттілігіне байланысты емес. Ал өзек-фермент белгілі бір тоқтату сигналдары арқылы өткенде ДНҚ синтезін аяқтайды.
Өзек-ферменттің молекулалық құрылымын толығырақ талдап көрейік. Жоғарыда айтылғандай, өзек ферменті α- және β-суббірліктерден тұрады. Олар «ауыз» немесе «тырнақ» тәрізді етіп біріктірілген. α-субірліктер осы «тырнақтың» негізінде орналасып, құрылымдық қызмет атқарады. Олар ДНҚ және РНҚ-мен әрекеттеспейтін сияқты. ω суббірлігі - бұл сонымен қатар құрылымдық қызмет атқаратын шағын ақуыз. Жұмыстың негізгі бөлігі β- және β΄-бөлімшелерінің үлесіне келеді. Суретте β΄ ішкі бірлігі жоғарыда және β қосалқы бірлігі төменде көрсетілген.
Негізгі арна деп аталатын «ауыздың» ішінде ферменттің белсенді орны орналасқан. Дәл осы жерде нуклеотидтердің қосылуы, РНҚ синтезі кезінде жаңа байланыс пайда болады. РНҚ-полимеразаның негізгі арнасы - ұзарту кезінде ДНҚ орналасатын жер. Бұл құрылымның өзінде бүйірде екінші реттік арна бар, ол арқылы РНҚ синтезі үшін нуклеотидтер жеткізіледі.
РНҚ-полимеразаның бетіндегі зарядтардың таралуы оның функцияларын қамтамасыз етеді. Бөлу өте қисынды. Молекула нуклеин қышқылытеріс зарядталған. Сондықтан теріс зарядты ДНҚ ұсталуы керек негізгі арнаның қуысы оң зарядтармен қапталған. РНҚ полимеразаның беті оған ДНҚ жабысып қалмауы үшін теріс зарядталған аминқышқылдарымен жасалады.
РНҚ-полимераза молекулалық машина сияқты жұмыс істейді және оның әр түрлі бөліктері бар, олардың әрқайсысы өз қызметін атқарады. Мысалы, β΄-суббірлігінің «ауызға» ілініп тұрған бөлігі ДНҚ алдыңғы дуплексін ұстайды. Бұл бөлік «қалпақ» деп аталады. ДНҚ-мен байланысқаннан кейін қақпақ 30 ангстремдік жол арқылы түсіріліп, транскрипция процесі кезінде құлап кетпеуі үшін ДНҚ-ны қысады.
«ауыздың» ішінде РНҚ-полимеразаның белсенді орталығы, яғни бүйірлік арна арқылы алынған рибонуклеоидтрифосфаттың ДНҚ матрицасымен комплементарлы әрекеттесуі тікелей өтетін орын бар. Егер жаңадан келген нуклеотид шаблонға комплементарлы болса, онда ол РНҚ-ның бос 3 "-ұшына ферментативті түрде тігіледі. Өзінің табиғаты бойынша РНҚ-да жаңа байланыстың түзілу реакциясы нуклеофильді орын басу реакцияларына жатады. Екі магний ионы қатысады. оның ішінде.Бір ион үнемі белсенді орталықта болады, ал екіншісі магний ионы нуклеотидпен бірге еніп, рибонуклеотидтер арасында жаңа байланыс пайда болғаннан кейін кетіп қалады, содан кейін өзінің жаңа магний ионымен жаңа нуклеотид енеді.
РНҚ-полимеразадан шыққаннан кейін ДНҚ-РНҚ гибриді бұралуы керек. Бұл «шыбық» деп аталатын құрылымды қамтиды.
Транслокацияда, яғни РНҚ-полимеразаның ДНҚ тізбегі бойымен қозғалуында β-бөлімшеден төменнен жоғарыға қарай жабысатын α-спиральдық құрылым қатысады.
Ферменттің қай бөлігі қандай рөл атқаратынын қалай білдіңіз? Молекулярлық биологтар кіреді келесідей. Олар ақуыз тізбегінің бір бөлігін алып тастап, қандай функцияның жетіспейтінін көреді. Егер қысқыштың фрагменті лақтырылса (оны лақтырған кезде оның ДНҚ-ны ұстап тұрғаны әлі белгісіз), ДНҚ жабыспайтыны дәлелденген. Алдыңғы дуплекстің ДНҚ-сы жойылса, дәл осындай нәтиже алынады. Қалғандары – РНҚ-ДНҚ гибридті және артқы дуплексі – РНҚ полимеразасымен әлсіз байланысқан.
Магний өсіп келе жатқан ДНҚ молекуласының фосфаттары мен жаңадан түсетін нуклеотидтердің фосфаттары арасындағы байланысты үйлестіретіні белгілі. Бұл жағдайда нуклеофильді орын басу реакциялары деп аталатын реакциялар тізбегі жүреді. Бұл кешендегі байланыстардың қалай өзгеретіні белгілі. Жаңа нуклеотид басқа магний ионымен байланысу арқылы келеді. Осылайша жаңа нуклеотид өсіп келе жатқан ДНҚ тізбегімен әрекеттеседі. Реакция аяқталғаннан кейін ферменттің белсенді жерінен екінші магний ионы жойылады.
РНҚ-полимераза молекулалық машиналар өкілі болып табылады. ДНҚ синтезінің басында қақпа төмендетілгенімен қатар, РНҚ синтазасының басқа бөліктерінің конформациясы өзгереді; РНҚ тізбегінің өсуі кезінде онда циклдік өзгерістер орын алады, басындағыдай күшті емес. тізбектің синтезі. Бастапқыда қақпа 30 Ǻ төмендейді, ал ферменттің әрбір қадамымен ДНҚ бір нуклеотидке ұзарады. РНҚ-полимераза элементі F-спираль (альфа-спираль құрылымы, бета-суббірліктен жоғары қарай негізгі арнаға қарай қайрау) ДНҚ бойымен қозғалуға қатысады. Бұл кезде F-спираль иіліп, РНҚ-ДНҚ кешенімен бірге қозғалып, олардан бөлініп, қайтадан түзеледі. F-спираль бір қадаммен 3,4 Ǻ қозғалады. Бұл дәл РНҚ полимеразаның сатысы.
Конформациялық өзгеріс әртүрлі бөліктерРНҚ-полимераза электростатикалық және гидрофобты әсерлесумен байланысты потенциалдық энергияны өзгерту арқылы пайда болады. Біз келесі ұқсастықты жасай аламыз. Егер алма төбешіктері бар науаны алсақ, онда бұл науаны шайқағаннан кейін алмалар науаға біркелкі таралады. Сонымен бірге олардың ауырлық күшінің әрекетімен байланысты потенциалдық энергиясы өзгереді. Егер РНҚ синтазасының молекуласы «шайқалса» (және оны «шайқату», жасушадағы барлық басқа молекулалар сияқты, броундық қозғалыс), онда ол потенциалдық энергиясы төмен конформацияға түсе бастайды. Яғни, молекулалық машинаның қозғалыс көзі оның жеке құрамдас бөліктерінің жылулық қозғалысының энергиясы, ал машинаның құрылғысы бұл қозғалыс қажетті нәтижеге әкелетіндей. Бұл жағдайда молекулалық машина энергияны тұтынады, ол негізінен белгілі бір байланыстардың күйін өзгертуге жұмсалады.
Енді транскрипцияның басталуына тоқталайық. Жоғарыда айтылғандай, инициация σ-бөлімшенің қатысуымен жүзеге асырылады. Ол промотор деп аталатын ДНҚ құрылымымен әрекеттеседі. Оның ішек таяқшасында осындай құрылымы бар. Бастау нүктесіне дейінгі он нуклеотид - TATA қорабы. Бұл міндетті түрде дәйектілік емес, бірақ бұл σ-суббірлікпен әрекеттесу үшін «идеалды» реттілік, яғни транскрипция ең тиімді басталатын бірі. Жеке нуклеотидтерді осы реттілікпен алмастыру транскрипция инициациясының тиімділігін төмендетеді. Оның алдында тағы 35-ке жуық нуклеотидтер «-35» деп аталатын құрылым. Бұл реттілік σ-ішкі бірлікпен де танылады. Бұл құрылым («-10» және «-35» тізбегінің тіркесімі) классикалық промоутер деп аталды, өйткені ол алдымен сипатталды. Бірақ промоутер құрылғысы әртүрлі болуы мүмкін екені белгілі болды. Бұл нұсқа бірдей TATA қорабын қамтиды, бірақ «-35» тізбегі жоқ, алайда қосымша екі нуклеотид бар, бұл σ суббірлігі үшін промоторды тануы үшін жеткілікті.
Бұл құрылым кеңейтілген промоутер деп аталады. РНҚ-полимеразаның σ-субъектісі ДНҚ-дағы промоторда отырады және протеин молекуласының әртүрлі бөліктерімен промотор бөліктерімен әрекеттеседі. Ол ДНҚ негізгі ойығы арқылы σ-суббірлік арқылы танылады. Өзек-ферменттегі σ-суббірлік промотормен байланысқаннан кейін бұл аймақтағы ДНҚ еріп кете бастайды (ДНҚ жіптері босап кетеді). Соңғы дәрісте бұл туралы жұпта талқыланды A-T байланысынуклеотидтер арасындағы G-C жұбына қарағанда оңай бұзылады, өйткені соңғысында 3 сутектік байланыс бар, ал алғашқы екеуінде. Промотордың құрамында A-T жұптары бар, сондықтан ол оңай ериді. Содан кейін РНҚ синтезі басталады, өсіп келе жатқан РНҚ тізбегі σ-субъектіні сыртқа ығыстырады және σ-суббірліктің негізгі ферменттен диссоциациялануын тудыратын басқа да өзгерістер орын алады.
Енді белоктың әртүрлі бөліктерінің қызметтері қалай зерттелетініне мысал келтірейік. Егер сіз ақуыздың кішкене бөлігін кесіп алсаңыз және ақуыздың функциялары қалай өзгергенін көрсеңіз, онда кесілген бөліктің функциялары қандай болғанын түсінуге болады. Біздің жағдайда біз мұны басқаша жасадық. Біз екі ДНҚ полимеразасын алдық, біреуі ішек таяқшасынан, екіншісі 800 С температурада өсетін жылу сүйгіш бактериядан (термофильді) алынды (зертханалық жағдайда олар қайнаған кезде термостаттағы колбада өсіріледі. су, табиғи жағдайда олар ыстық бұлақтарда тұрады, 98 ° C-та өмір сүре алатындары бар), сондықтан оның РНҚ-полимеразасының және σ-суббірлігінің оңтайлы жұмысы 80 ° C, (суретте, σ-суббірлік). термофильді бактерия қызыл түспен, ал E. coli сары түспен көрсетілген), ал E. таяқшаларында адам ағзасының температурасында (ішекте өмір сүретіндіктен) ең тиімді жұмыс істейді. Оның σ-субірлігі тек төрт бөліктен тұрады, ақуыз кесілген және бұл σ-бөлімше термофильді бактерияның σ-бөлімшесінің бөлігімен біріктірілген. Содан кейін термофильді бактерияның әртүрлі бөліктері енгізіліп, олармен σ-суббірліктің әртүрлі фрагменттері ауыстырылды. Содан кейін алынған синтез ақуызының 200 ° C температурада белсенді болуы немесе жоқтығы қаралды. Бұл температурада термофильді бактерия жұмыс істемейді, ол оған тым суық және E. coli белсенді. Суретте көрсетілген температурада тек сол комбинация жұмыс істейді, онда σ-субірлікте ішек таяқшасының бірінші және екінші бөліктері, ал үшінші және төртінші бөліктері термофильді бактериялардан болады. Осылайша, σ-бөлімшенің жұмыс температурасы бірінші және екінші құрамдас бөліктермен анықталады деген қорытынды жасалады.
Шын мәнінде, ақуыз емес, ДНҚ кесіледі, содан кейін әртүрлі бактериялардың ДНҚ бөліктері тігіледі, содан кейін бактерияға енгізіледі, онда ДНҚ-ның бұл бөлігі белсендірілген кезде гибридті ақуыз синтезделеді. Бұл технология гендік инженерияға жатады, ол 70-жылдары жасалған.
Транскрипцияның тағы бір ерекшелігі - бактерия жасушасының негізгі ферменті бірдей, ал σ суббірліктер әртүрлі болуы мүмкін. E. coli тек 7 σ-субъектілері бар, олар әртүрлі промоторларды таниды. Бұл не үшін қажет? Егер жасуша белок синтезін гендердің бір тобынан екіншісіне шұғыл ауыстыру қажет болса, ол әртүрлі σ-суббірліктерді пайдалана алады. Мысалы, жылу соққысының гендері бар, егер ішек таяқшасы оның өмір сүруі өте қиын болатын күйге дейін қыздырылса, ол жылу соққысына төзімділіктің, жасушада болған бұзылуға төзімділіктің авариялық жүйесін қосады. . Бұл жүйеге әдетте жұмыс істемейтін гендердің жиынтығы кіреді, бұл гендердің өздерінің арнайы промоторлары бар. Ал содан кейін негізгі емес, басқа σ-субъектісі синтезделеді және бұл гендерді белсендіреді. Яғни суббірліктің өзгеруі гендердің бағдарламасының өзгеруі болып табылады. Бұл гендердің жұмысын реттеу тәсілі.
Хабар тарату
Трансляцияға көшейік - ақуыздардың синтезі. Оны рибосомалар жүзеге асырады. Рибосома екі бөлімшеден тұрады: үлкен және кіші.
Әрбір суббөлшек бірнеше ондаған ақуыздардан тұрады, олардың әрқайсысы бұрыннан зерттелген, әрбір ақуыздың суббөлшекке қалай оралатыны белгілі. Белоктарды зерттеуде электрофорез әдісі қолданылады, яғни электр өрісінде арнайы гельде немесе арнайы тасымалдағышта белок молекулалары заряды мен молекулалық салмағына байланысты бөлінеді, яғни өріс әсерінен. , олар қозғала бастайды және әртүрлі қашықтықта бір-бірінен алшақтай алады. Белоктарды бөлудің тағы бір әдісі - хроматография, нәтижесінде тасымалдаушыда дақтар алынады, олардың әрқайсысы жеке ақуызға сәйкес келеді.
Рибосомадағы белоктар рибосомалық РНҚ-дан тұратын стендте ұсталады. Рибосоманың түзілуі рибосомалық РНҚ қатпарларының және белоктардың оған белгілі бір ретпен жабыса бастауынан басталады. Суретте рибосомалық РНҚ көрсетілген. Онда РНҚ тізбегінің жұбының өзін-өзі толықтыратын бөлімдері шаш түйреуіштерін (екінші реттік құрылым), содан кейін РНҚ қатпарларын (РНҚ-ның үшінші реттік құрылымы), суббөлшектердің қаңқасын құрайды.
Ақуыз синтезіне қатысатын РНҚ-ның тағы бір түрі – трансфер РНҚ (тРНҚ). тРНҚ молекулалары салыстырмалы түрде аз (рибосомалық немесе хабаршы РНҚ-мен салыстырғанда). Барлық тРНҚ-лар ортақ екінші реттік құрылымға ие. тРНҚ молекуласының комплементарлы аймақтарының жұптасуына байланысты ұштарында ілмектер бар үш «сабақ» және тРНҚ молекуласының 5' және 3' ұштарынан құралған бір «сабақ» (кейде қосымша бесінші цикл түзіледі) түзіледі. . Бұл құрылымның бейнесі крест немесе беде жапырағы сияқты көрінеді. Бұл парақтағы «бас» антикодондық ілмекпен ұсынылған, міне, антикодо - мРНҚ-дағы кодонмен комплементарлы әрекеттесетін үш нуклеотид. Молекула ұштарынан түзілген антикодон ілмегіне қарама-қарсы өзек акцепторлық өзек деп аталады – осында сәйкес амин қышқылы бекітіледі. Сәйкес келетін тРНҚ және амин қышқылдары аминоацил-тРНҚ синтетазалары деп аталатын арнайы ферменттермен танылады. Әрбір амин қышқылының өзінің аминоацил-тРНҚ синтетазасы бар.
Рибосомада хабаршы РНҚ (мРНҚ) болады. Антикодон мРНҚ кодонымен (үш нуклеотидпен) комплементарлы байланысады. тасымалдау РНҚамин қышқылының қалдығы ілініп тұрады. Суретте мұндай құрылым (тРНҚ аминокил-тРНҚ деп аталатын амин қышқылымен бірге) көрсетілген.
Трансляция процесі, сондай-ақ транскрипция процесі нуклеин қышқылының молекуласы бойымен қозғалумен байланысты, айырмашылығы рибосома үш нуклеотидке қадам жасайды, ал РНҚ-полимераза бір қадам жасайды.
Аминоцил т-РНҚ рибосомаға еніп, мРНҚ кодонымен комплементарлы байланысады, содан кейін аминқышқылдарының қалдықтары бір-бірімен байланысатын реакция жүреді де, т-РНҚ жойылады.
Нуклеотидтер тілінен амин қышқылдары тіліне аударуға арналған «сөздік» генетикалық код деп аталады. Амин қышқылдары - 20, нуклеотидтер - 4, 4-тен 2-ге = 16 комбинациялар саны және аминқышқылдары 20, сондықтан кодтау екі емес, үш әріптен тұрады, әрбір үштік кодон деп аталады. Әрбір амин қышқылы мРНҚ-дағы үш нуклеотидпен кодталады (ол өз кезегінде ДНҚ-мен кодталады).
Суреттегі кестеде бүйірлік бағандар кодонның сол және оң әріптерін, жоғарғы қатар - ортасын кодтайды. Мысалы, AUG кодоны метионин амин қышқылын кодтайды. 4-тен 3-ке дейінгі комбинациялар саны = 64, яғни кейбір аминқышқылдары бірнеше кодондармен кодталады. Үш кодон ешбір амин қышқылын кодтамайды, олар терминациялық кодондар деп аталады. Олар мРНҚ-ға түскенде рибосома өз жұмысын тоқтатады және дайын полипептидтік тізбек сыртқа лақтырылады.
Генетикалық код кестесі 60-жылдары құрастырылған. Бастауын Ниренберг пен Маттей салды. Олар жасанды РНҚ үлгілері қосылған жасуша сығындылары бойынша in vitro эксперименттерін жасауға тырысты. Сол кезде бір нуклеотидті кодондар (UUU немесе AAA) аминқышқылдарын кодтамайды деп есептелді. Ниренберг пен Маттей өз тәжірибелерінде бақылау құралы ретінде полиУ-РНҚ (яғни тек урацилдерден тұратын) пайдаланды, бірақ реакция дәл осы түтікте өтті. UUU кодоны фенилаланин амин қышқылын кодтайтыны белгілі болды. Содан кейін генетикалық кодтың кестесі құрастырылды.
Генетикалық код әмбебап болып табылады. Бұл барлық микроорганизмдер үшін бірдей. Митохондриялардың генетикалық кодында шамалы айырмашылықтар бар.
Генетикалық код – кодондардың амин қышқылдарына сәйкестік кестесі. Журналистер адамның генетикалық коды жақында ашылды деп жазғанда, бұл өрескел терминологиялық қате. Адамның генетикалық коды барлық басқа тіршілік иелерімен бір мезгілде – ХХ ғасырдың 60-жылдарында шифрланған. Жақында адамның геномы, яғни барлық ДНҚ молекулаларының толық нуклеотидтер тізбегі ашылды.
Дәрісте Андрей Кульбачинский (Институт) ұсынған РНҚ полимеразасының суреттері пайдаланылды молекулалық генетика RAS).
Әдебиеттер тізімі
Бұл жұмысты дайындау үшін http://bio.fizteh.ru сайтының материалдары пайдаланылды.
Ақуыздар жиырма аминқышқылынан синтезделеді, олардың прекурсорлары катаболизмнің әртүрлі аралық өнімдері болып табылады, олардың көміртегі қаңқаларын береді. Барлық аминқышқылдары (8.15-сурет, А) биосинтетикалық шығу тегіне қарай топтарға бөлінеді. Глутамин қышқылы тобының аминқышқылдарының синтезі (глутамин қышқылы, глутамин, аргинин, пролин) Кребс циклінің аралық өнімі а-кетоглутараттан туындайды. Басқа TCA аралық өнімі, оксалоацетат аспарагин қышқылы, аспарагин, метионин, треонин, изолейцин және лизин (аспартин қышқылы тобы) түзілуіне әкелетін реакциялар тізбегін бастайды. Ароматты аминқышқылдары тобының синтезі (триптофан, фенилаланин және тирозин) гликолитикалық жолдан ПЭП конденсациясынан және пентозофосфат жолынан эритроза-4-фосфаттан басталады. Гликолиздің басқа аралық өнімдері, 3-FHA және пируват, сәйкесінше серин тобының (серин, глицин, цистеин) және пирожүзім қышқылы тобының (аланин, валин, лейцин) аминқышқылдарының синтезіне әкелетін реакцияларды тудырады. Гистидиннің биосинтезі басқа аминқышқылдарының синтезінен өте ерекшеленеді және пурин түзілу жолдарымен тығыз байланысты. Бес мүшелі имидазол сақинасының екі көміртегі және бүйірлік тізбектің үш көміртегі фосфорибозилпирофосфаттан келеді. Бұл сақинаның C-N фрагменті АТФ пурин ядросынан, ал басқа азот атомы глутаминнен түзіледі.
Жасушада маңызды азоты бар бірқатар қосылыстардың түзілуі аминқышқылдарының биосинтезінің жолдарымен байланысты. Сонымен, параоксибензой және пара-аминобензой қышқылдары хош иісті амин қышқылдары тобының, полиаминдердің (путресцин, спермидин, спермин) - глутамин қышқылының топтары, диаминопимел және дипиколин қышқылдары - аспарагин қышқылы, пантотен тобының биосинтезі жолдарында түзіледі. қышқыл – пирожүзім қышқылының топтары, ал пуриндер мен порфириндер – сериндік топтар.
Белоктардың биосинтезі (8.15-сурет, б)трансляция процесінде пайда болады және оны жүзеге асыру үшін тек ферменттер мен мономерлер (аминқышқылдары) ғана емес, сонымен қатар өсіп келе жатқан тізбекке аминқышқылдарының қосылу ретін анықтайтын матрица (мРНҚ молекуласы), сондай-ақ мономерді белсендіруге және оны берілген кодқа (тРНҚ) сәйкес таңдауға арналған арнайы тасымалдаушы. Генетикалық код барлық тірі ағзалар үшін әмбебап болып табылады, ондағы әрбір нуклеотидтер триплеті белгілі бір амин қышқылын білдіреді. Амин қышқылының активтенуі АТФ энергиясын жұмсай отырып, оның «меншікті» тРНҚ-ға қосылуы арқылы жүзеге асады. тРНҚ молекуласының амин қышқылын, ілмекті байланыстыратын аймағы бар.
Күріш. 8.15. Ақуыз синтезі:
A-аминқышқылдарының жалпыланған формуласы; 6 - мРНҚ-дағы нуклеотидтердің триосын және рибосома мен ферментке қосылу орындарын танитын трансляция процесі. иРНҚ нуклеотидтер тізбегінің генетикалық кодының белгілерін белоктың аминқышқыл тізбегінің әріптеріне «аудару» (трансляция) рибосома арқылы жүзеге асады. Рибосома мРНҚ-ның үш нуклеотидтері, сәйкес амин қышқылымен жүктелген тРНҚ және түзетін пептидилтрансфераза ферменті арасындағы өзара әрекеттесуді қамтамасыз етеді. пептидтік байланыстарөсіп келе жатқан полипептидтің соңғы амин қышқылы мен жаңадан келген амин қышқылы арасында. Шығарылған тРНҚ рибосомадан шығарылады, ал мРНҚ рибосома арқылы «тартылады», осылайша келесі нуклеотидтер триосы ішінде болады. Трансляция рибосома мРНҚ молекуласының арнайы аяқталу орнына жеткенше жалғасады, онда полипептидтік тізбек рибосомадан бөлінеді, ал рибосоманың өзі суббірліктерге ыдырайды. Әдетте, бір мРНҚ молекуласына көп мөлшерде рибосомалар қосылып, полисома түзеді (8.16-сурет).
N-ұшынан (амин тобы) С-соңғысына (карбоксил тобы) дейін өсетін полипептидтік тізбек рибосомадан шығып, белгілі бір жолмен қатпарланады. Әртүрлі аминқышқылдарының қалдықтары арасында сутектік байланыстардың түзілуіне байланысты полипептидтің бөлімдері спираль немесе жазықтық түріндегі екінші реттік құрылымға ие болады. Бұл бөліктер бүктелген
Күріш. 8.16.
дисульфидті және гидрофобты әрекеттесу арқылы қамтамасыз етілген үш өлшемді формацияға (үшінші реттік құрылым) айналады. Осы молекулалардың бірнешеуін біріктіру төрттік құрылымның пайда болуына әкеледі. Көптеген белоктар ферментативті белсенділікті тек үшінші және төрттік құрылымдардың түзілуі кезінде көрсетеді. Прокариоттардың аудармасы транскрипция процесі аяқталғанға дейін басталуы мүмкін.
Жүктелуде...
