Белоктар организмдердің тіршілігінде өте маңызды рөл атқарады, қорғаныс, құрылымдық, гормондық, энергетикалық қызметтерді орындайды. Бұлшықет және сүйек тінінің өсуін қамтамасыз етеді. Белоктар жасушаның құрылысы, оның қызметі мен биохимиялық қасиеттері туралы ақпарат береді, олар ағзаға пайдалы, бағалы тағамның (жұмыртқа, сүт өнімдері, балық, жаңғақ, бұршақ, қара бидай және бидай) бөлігі болып табылады. Мұндай тағамның сіңімділігі биологиялық құндылығымен түсіндіріледі. Ақуыз мөлшерінің бірдей көрсеткішімен құндылығы жоғары өнімді сіңіру оңайырақ болады. Ақаулы полимерлер денеден алынып, жаңаларымен ауыстырылуы керек. Бұл процесс жасушалардағы ақуыздардың синтезі кезінде жүреді.
Белоктар дегеніміз не
Тек аминқышқылдарының қалдықтарынан тұратын заттарды жай белоктар (белоктар) деп атайды. Қажет болса, олардың энергетикалық қасиеті пайдаланылады, сондықтан салауатты өмір салтын ұстанатын адамдар көбінесе ақуызды қабылдауды қосымша қажет етеді. Күрделі белоктар, протеидтер қарапайым белок пен белокты емес бөліктен тұрады. Ақуыздағы он аминқышқылы өте маңызды, яғни организм оларды өздігінен синтездей алмайды, олар тамақтан келеді, ал қалған он аминқышқылдары маңызды емес, яғни басқа амин қышқылдарынан жасалуы мүмкін. Барлық организмдер үшін маңызды процесс осылай басталады.
Биосинтездің негізгі кезеңдері: белоктар қайдан пайда болады
Жаңа молекулалар биосинтез – қосылыстың химиялық реакциясы нәтижесінде алынады. Жасушадағы белок синтезінің екі негізгі сатысы бар. Бұл транскрипция және аударма. Транскрипция ядрода жүреді. Бұл болашақ ақуыз туралы ақпаратты тасымалдайтын ДНҚ-дан (дезоксирибонуклеин қышқылы) осы ақпаратты ДНҚ-дан цитоплазмаға тасымалдайтын РНҚ-ға (рибонуклеин қышқылы) оқу. Бұл ДНҚ биосинтезге тікелей қатыспайды, ол тек ақпаратты тасымалдайды, ақуыз синтезделетін цитоплазмаға кіре алмайды және тек генетикалық ақпаратты тасымалдаушы қызметін атқарады. Транскрипция, керісінше, толықтыру принципі бойынша ДНҚ шаблонынан РНҚ-ға деректерді оқуға мүмкіндік береді.
Процесстегі РНҚ мен ДНҚ-ның рөлі
Осылайша, ол белгілі бір ақуыз туралы ақпаратты тасымалдайтын және ген деп аталатын ДНҚ тізбегі арқылы жасушалардағы ақуыздардың синтезін бастайды. Транскрипция кезінде ДНҚ тізбегі ашылады, яғни оның спиралі сызықты молекулаға ыдырай бастайды. ДНҚ-дан алынған ақпарат РНҚ-ға айналуы керек. Бұл процесте аденин тиминге қарама-қарсы болуы керек. Цитозинде ДНҚ сияқты жұп ретінде гуанин бар. Аденинге қарама-қарсы РНҚ урацилге айналады, өйткені РНҚ-да тимин сияқты нуклеотид жоқ, ол жай урацил нуклеотидімен ауыстырылады. Цитозин гуанинге жақын орналасқан. Аденинге қарама-қарсы - урацил, ал тиминмен жұптасқан - аденин. Қарама-қарсы орналасқан бұл РНҚ молекулалары хабаршы РНҚ (мРНҚ) деп аталады. Олар ядродан цитоплазмаға және рибосомаларға тесіктер арқылы шығуға қабілетті, олар шын мәнінде жасушаларда ақуыз синтезі қызметін атқарады.
Қарапайым сөзбен айтқанда кешен туралы
Қазір белоктың полипептидтік тізбегінің аминқышқылдарының тізбегі құрастырылуда. Транскрипцияны болашақ ақуыз туралы ақпаратты ДНҚ шаблонынан РНҚ-ға оқу деп атауға болады. Мұны бірінші кезең ретінде анықтауға болады. РНҚ ядродан шыққаннан кейін ол рибосомаларға жетуі керек, онда трансляция деп аталатын екінші қадам жүреді.
Трансляция қазірдің өзінде РНҚ-ның ауысуы болып табылады, яғни РНҚ затта аминқышқылдарының қандай тізбегі болуы керектігін айтқан кезде, ақпаратты нуклеотидтерден ақуыз молекуласына беру. Осы ретпен хабаршы РНҚ цитоплазмаға жасушадағы белоктарды синтездейтін рибосомаларға түседі: А (аденин) - Г (гуанин) - U (урацил) - С (цитозин) - U (урацил) - А (аденин).
Рибосомалар не үшін қажет?
Трансляцияның орын алуы және ақуыздың пайда болуы үшін хабаршы РНҚ-ның өзі, трансфер РНҚ және ақуыз өндірілетін «зауыт» ретіндегі рибосомалар сияқты компоненттер қажет. Бұл жағдайда РНҚ-ның екі түрі қызмет етеді: ДНҚ бар ядрода түзілген ақпараттық және тасымалдау. Екінші қышқыл молекуласы бедеге ұқсайды. Бұл «беде» өзіне амин қышқылын қосып, оны рибосомаларға жеткізеді. Яғни, органикалық қосылыстарды түзу үшін тікелей «зауытқа» тасымалдауды жүзеге асырады.
РРНҚ қалай жұмыс істейді
Рибосоманың өзінен тұратын және жасушада ақуыз синтезін жүзеге асыратын рибосомалық РНҚ-лар да бар. Рибосомалар мембраналық емес құрылымдар болып табылады, олардың ядро немесе эндоплазмалық ретикулум сияқты қабықшалары жоқ, тек ақуыздар мен рибосомалық РНҚ-дан тұрады. Нуклеотидтер тізбегі, яғни хабаршы РНҚ рибосомаларға келгенде не болады?
Цитоплазмада орналасқан трансфер РНҚ аминқышқылдарын өзіне тартады. Жасушадағы аминқышқылдары қайдан пайда болды? Ал олар тамақпен бірге қабылданатын белоктардың ыдырауынан түзіледі. Бұл қосылыстар қан ағымы арқылы ағзаға қажетті ақуыздар өндірілетін жасушаларға тасымалданады.
Жасушалардағы ақуыз синтезінің соңғы сатысы
Амин қышқылдары цитоплазмада трансфер РНҚ-лары сияқты жүзеді және полипептидтік тізбектің жиналуы тікелей орын алғанда, бұл тасымалдаушы РНҚ олармен байланыса бастайды. Дегенмен, кез келген реттілікпен емес және кез келген тасымалдаушы РНҚ аминқышқылдарының барлық түрлерімен қосыла алмайды. Қажетті амин қышқылы бекітілген белгілі бір учаске бар. Трансферттік РНҚ-ның екінші сегменті антикодон деп аталады. Бұл элемент хабаршы РНҚ-дағы нуклеотидтер тізбегін толықтыратын үш нуклеотидтен тұрады. Бір амин қышқылы үш нуклеотидті қажет етеді. Мысалы, кез келген шартты ақуыз қарапайымдылық үшін тек екі аминқышқылынан тұрады. Әлбетте, ақуыздардың көпшілігі көптеген аминқышқылдарынан тұратын өте ұзын құрылымға ие. A - G - Y тізбегі триплет немесе кодон деп аталады, ол беде түріндегі трансфер РНҚ арқылы қосылады, оның соңында белгілі бір амин қышқылы болады. Келесі C-U-A триплеті басқа тРНҚ-мен қосылады, оның құрамында осы тізбекті толықтыратын мүлде басқа амин қышқылы болады. Осы ретпен полипептидтік тізбектің одан әрі жинақталуы жүреді.
Синтездің биологиялық маңызы
Әрбір триплеттің «беденің» ұштарында орналасқан екі аминқышқылдарының арасында пептидтік байланыс түзіледі. Бұл кезеңде трансфер РНҚ цитоплазмаға түседі. Содан кейін басқа амин қышқылы бар келесі транспорттық РНҚ алдыңғы екеуімен полипептидтік тізбекті құрайтын триплеттерге қосылады. Бұл процесс қажетті аминқышқылдарының реттілігіне жеткенше қайталанады. Сонымен жасушада белок синтезі жүреді де, ферменттер, гормондар, қан заттары т.б түзіледі.Әрбір жасушада белок түзілмейді. Әрбір жасуша белгілі бір ақуыз түзе алады. Мысалы, эритроциттерде гемоглобин түзіледі, ал гормондар мен әртүрлі ферменттер ағзаға түскен тағамды ыдырататын ұйқы безі жасушалары арқылы синтезделеді.
Бұлшықеттерде актин мен миозин белоктары түзіледі. Көріп отырғанымыздай, жасушалардағы ақуыз синтезі процесі көп сатылы және күрделі, бұл оның барлық тірі заттар үшін маңыздылығы мен қажеттілігін көрсетеді.
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 прокариоттық транскрипт пен жетілген цитоплазмалық РНҚ-ның 5 ұштары 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 бактериофагтардың дамуы, споралану немесе жылу соққысына жауап беру сияқты прокариоттық жүйелердегі гендердің белгілі бір жиынтығын экспрессиялау үшін әртүрлі «күрделі бағдарламаларды» іске қосумен уақытпен байланысты.
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. РНҚ тізбегіне енгізілген рибонуклеотидтері бар комплементарлы жұптардың дұрыс түзілуі үшін қажет. 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. Сүтқоректілердің РНҚ полимеразаларының ең маңызды үш класының молекулалық салмағы 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. GC-наптың болмауына байланысты салыстырмалы түрде төмен балқу температурасына ие. 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 промоутер аймағының өзіне 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 транскрипциясының инициация нүктесінен -61-ден -47-ге дейін және -105-тен -80-ге дейінгі негіз жұптарында орналасқан осы аймақтардың кез келгеніндегі мутация инициация оқиғаларының жиілігін 10-20 есе азайтады. 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, интрагендік промотормен байланысу арқылы бұл фактор транскрипцияның басталу нүктесінде ферменттің каталитикалық орталығының орналасуының дәлдігін бақылай отырып, РНҚ-полимераза III-мен әрекеттеседі.
РНҚ синтезі
Ген қосылған кезде алдымен жергілікті ДНҚ-ның ағытылуы жүреді және генетикалық бағдарламаның РНҚ көшірмесі синтезделеді. Арнайы ақуыздармен кешенді өңдеу нәтижесінде белок синтезіне арналған бағдарлама болып табылатын хабаршы РНҚ (мРНҚ) алынады. Бұл РНҚ ядродан жасушаның цитоплазмасына тасымалданады, онда ол арнайы жасушалық құрылымдармен – рибосомалармен, белок синтезіне арналған нақты молекулалық «машиналармен» байланысады. Белгілі бір тасымалдаушы РНҚ-ға (t:РНҚ) қосылған белсендірілген амин қышқылдарынан ақуыз синтезделеді, әрбір амин қышқылы өзіне тән тРНҚ-ға қосылған. тРНҚ арқасында амин қышқылы рибосоманың каталитикалық орталығында бекітіліп, синтезделген ақуыз тізбегіне «тігіледі». Қарастырылған оқиғалар тізбегінен РНҚ молекулаларының генетикалық ақпаратты декодтауда және ақуыз биосинтезінде шешуші рөл атқаратынын көруге болады.
Біз әртүрлі биосинтетикалық процестерді зерттеуге неғұрлым тереңірек үңілсек, соғұрлым біз РНҚ-ның бұрын белгісіз функцияларын аштық. Анықталғандай, транскрипция (ДНҚ бөлімін көшіру арқылы РНҚ синтезі) процесіне қоса, кейбір жағдайларда, керісінше, РНҚ шаблондарында ДНҚ синтезі жүруі мүмкін. Кері транскрипция деп аталатын бұл процесті көптеген вирустар, соның ішінде атақты онкогенді вирустар және ЖИТС тудыратын АИВ-1 қолданады.
Осылайша, генетикалық ақпарат ағыны бастапқыда ойлағандай, бір бағытты емес - ДНҚ-дан РНҚ-ға дейін емес екендігі анықталды. Бастапқыда генетикалық ақпараттың негізгі тасымалдаушысы ретінде ДНҚ рөліне күмән келтіре бастады. Сонымен қатар, көптеген вирустар (тұмау, кене энцефалиті және т.б.) ДНҚ-ны генетикалық материал ретінде мүлдем пайдаланбайды, олардың геномы тек РНҚ-дан құрылған. Содан кейін бірінен соң бірі ашылған жаңалықтар бізді РНҚ-ға мүлдем басқаша қарауға мәжбүр етті.
Барлық РНҚ гендер 3 топқа бөлінеді - i-РНҚ-ны кодтайды, (Белок синтезі - i-РНҚ соларға құрылған), r-РНҚ-ны кодтайды, т-РНҚ-ны кодтайды.. Прокариоттарда r-РНҚ-ны кодтайтын 7 ген белгілі. Әрбір осындай геннің ұзындығы шамамен 5 мың нуклеотидті құрайды. Мұндай генде алдымен жетілмеген r-РНҚ бейнеленеді. Оның құрамында: ақпараттық үлестер, r-РНҚ-ның 3 түрі және т-РНҚ-ның бірнеше түрлері туралы ақпарат. Жетілу р- және t-РНҚ-ның барлық жылдамдықтары мен тізбектерінің кесілуінен тұрады. тРНҚ гендерінің көпшілігі жалғыз. Т-РНҚ гендерінің бір бөлігі r-РНҚ гендерімен топтарға бірігеді.
Транскрипция (латын тілінен аударғанда transcriptio – қайта жазу) – ДНҚ-ны шаблон ретінде пайдаланып, барлық тірі жасушаларда болатын РНҚ синтезі процесі. Басқаша айтқанда, бұл генетикалық ақпаратты ДНҚ-дан РНҚ-ға беру. Транскрипцияны ДНҚ-тәуелді РНҚ-полимераза ферменті катализдейді.
Транскрипцияның инициациясы – транскрипцияланған тізбектің жанындағы ДНҚ тізбегіне (және эукариоттарда да геномның анағұрлым алыс бөліктеріне – күшейткіштер мен дыбысты басатындарға) және әртүрлі белок факторларының болуына немесе болмауына байланысты күрделі процесс.
РНҚ-полимеразаның транскрипция инициациясынан элонгацияға өту сәті нақты анықталған жоқ. Escherichia coli РНҚ полимеразасы жағдайында бұл ауысуды үш негізгі биохимиялық оқиға сипаттайды: сигма факторының бөлінуі, фермент молекуласының шаблон бойымен бірінші транслокациясы және РНҚ полимеразасынан басқа транскрипция кешенінің күшті тұрақтануы. , өсіп келе жатқан РНҚ тізбегі мен транскрипцияланған ДНҚ кіреді. Дәл осындай құбылыстар эукариоттық РНҚ-полимеразаларға да тән. Инициациядан элонгацияға өту фермент, промотор, транскрипция инициация факторлары арасындағы байланыстардың үзілуімен, ал кейбір жағдайларда РНҚ-полимеразаның элонгациялық құзіреттілік жағдайына ауысуымен (мысалы, КТД доменінің фосфорлануымен) жүреді. РНҚ полимераза II). Элонгация фазасы өсіп келе жатқан транскрипт босатылғаннан кейін және шаблоннан фермент диссоциацияланғаннан кейін аяқталады (терминация).
Элонгация сатысында ДНҚ-да нуклеотидтердің шамамен 18 жұп жұптары бұралған. ДНҚ шаблондық тізбегінің шамамен 12 нуклеотиді РНҚ тізбегінің өсіп келе жатқан ұшымен гибридті спираль құрайды. РНҚ-полимераза шаблон бойымен қозғалған кезде оның алдында ағызу жүреді, ал оның артында ДНҚ қос спиралі қалпына келеді. Сонымен бірге өсіп келе жатқан РНҚ тізбегінің келесі буыны шаблон және РНҚ полимеразасы бар кешеннен шығады. Бұл қозғалыстар РНҚ-полимераза мен ДНҚ-ның салыстырмалы айналуымен бірге жүруі керек. Бұл жасушада, әсіресе хроматин транскрипциясы кезінде қалай болатынын елестету қиын. Сондықтан мұндай айналудың алдын алу үшін ДНҚ бойымен қозғалатын РНҚ полимераза топоизомеразалармен бірге жүруі мүмкін.
Ұзарту процестің мерзімінен бұрын тоқтап қалмауы үшін қажетті негізгі ұзартқыш факторлардың көмегімен жүзеге асырылады.
Жақында реттеуші факторлар ұзаруды да реттей алатынын көрсететін дәлелдер пайда болды. РНҚ полимераза ұзару кезінде геннің белгілі бір аймақтарында үзіліс жасайды. Бұл әсіресе субстраттың төмен концентрацияларында айқын көрінеді. Матрицаның кейбір бөліктерінде РНҚ-полимеразаның ілгерілеуінің ұзақ кідірістері деп аталады. үзілістер тіпті субстраттардың оңтайлы концентрацияларында байқалады. Бұл үзілістердің ұзақтығын ұзарту факторларымен басқаруға болады.
ДНҚ синтезі
ДНҚ репликациясы – ДНҚ-ның өздігінен репликациялану процесі. S – интерфаза периодында кездеседі. Барлық қос тізбекті ДНҚ-ның репликациясы поликонсервативті, яғни. еншілес молекулада бір тізбек ата-аналық, ал екіншісі қайтадан салынған. Репликация ДНҚ молекуласының арнайы нүктелерінен басталады – синтездің басталу нүктелері немесе ори нүктелері. Прокариоттардың бір ДНҚ молекуласында бір ори нүктесі болады. Эукариоттарда бір ДНҚ молекуласында (ДНҚ молекулаларының саны = хромосомалардың саны) бір-бірінен 20 000 жұп негіздік қашықтықта орналасқан көптеген нүктелер бар. Бастапқы ДНҚ молекуласы негізгі тізбекте репликациялық шанышқыны (бағдарланған 3"–5") құру үшін ориентация нүктесінде 2 тізбекке бөліне бастайды. Аналық тізбек ядроның бос дезоксинуклеотидтерінен бірден 5"-3" бағытта түзілген. Және бұл конструкция репликация шанышқысының еселенуімен сәйкес келеді, бұл еншілес тізбек көшбасшы деп аталады. ДНҚ-ның аналық тізбегінде, матрицаға антипараллельді, еншілес тізбек кешіктірілген; ол бөлек бөліктерге немесе фрагменттерге салынған - көрсеткіштер, өйткені құрылыс бағыты репликациялық айырдың қозғалысына қарама-қарсы. ДНҚ синтезін бастау үшін, принтер- қысқа РНҚ - праймер ұзындығы 5-10 рибонуклеотидтер. Принер бірінші бос дезоксинуклеотидті байланыстырады және еншілес ДНҚ тізбектерін құра бастайды. Жетекші жіпте бір ғана праймер бар, ал артта қалғанда әрбір сегментте көрсеткіштер бар - бұл сегменттердің ұзындығы жоғары организмдерде 100-200 нуклеотид, прокариоттарда 1000-2000.
ДНҚ, РНҚ немесе белоктардың макромолекулаларының синтезі кезінде ферменттің бір белсенді учаскесі төрт кодтау бірлігінің белгілі бір тізбегін қамтамасыз ете алмайды. Ол тек бір немесе бірнеше «құрылыс блоктарын» біріктіре алады, ал нуклеин қышқылдарының құрамында мыңдаған нуклеотидтер болады. Сондықтан табиғат бұл жерде басқа жолды ұстанды: басқа ДНҚ тізбегі ДНҚ молекула тізбегінің синтезі үшін матрица қызметін атқарады.
Жасушаның бөлінуі кезіндегі ДНҚ транскрипциясы екі тізбектің бөлінуінен басталады, олардың әрқайсысы жаңа тізбектердің нуклеотидтер тізбегін синтездейтін шаблонға айналады. Геликаза, топоизомераза және ДНҚ байланыстыратын ақуыздар ДНҚ-ны босатады, матрицаны сұйылтылған күйде ұстайды және ДНҚ молекуласын айналдырады. Репликацияның дұрыстығы толықтауыш базалық жұптардың дәл сәйкестігімен қамтамасыз етіледі. Репликацияны бірнеше ДНҚ полимеразалары катализдейді, ал транскрипцияны РНҚ полимераза ферменті катализдейді. Репликациядан кейін аналық спиральдар энергия мен ешқандай ферменттер шығынынсыз кері бұралған.
Бактериялық ДНҚ-ның репликация және транскрипция процесі салыстырмалы түрде жақсы зерттелген. Олардың ДНҚ түзілмей-ақ репликациялануы мүмкін сызықты молекулаға, яғни дөңгелек пішінде. Процесс, шамасы, сақинаның белгілі бір бөлігінде басталып, бірден екі бағытта жүреді (бір бағытта ол үздіксіз, екіншісінде фрагменттердің кейіннен «желімдеуімен» үзінді). Репликацияның басталуы жасушалық реттеудің бақылауында болады. ДНҚ репликациясының жылдамдығы минутына шамамен 45 000 нуклеотидті құрайды; осылайша, ата-аналық шанышқы 4500 айн/мин жылдамдықпен ашылады.
Репликация ферменттері: принерлер синтезі үшін РНҚ полимераза қажет. ДНҚ тізбегін құру кезінде дезоксинуклеотидтердің фосфаттары арасында эфирлік байланыстардың пайда болуы үшін ДНҚ полимераза қажет. ДНҚ экзонуклеаза нуклеотидтердің ДНҚ-сына қате енгізілген праймерлерді акциздеу үшін қажет. Көрсеткіш фрагменттерін үздіксіз кешіктірілген еншілес тізбекке айқастыру үшін DNG, лигаза ферменті қажет. Эукариоттарда ДНҚ синтезінің жылдамдығы секундына 10-100 негізгі жұп, ал прокариоттарда 1500 негіз жұбы (бір жерде). Айналмалы доңғалақтың қайталануы. Қос тізбекті дөңгелек ДНҚ айналмалы сақинаның бастапқы нүктесінде ойықталған. Сонымен қатар, екі тізбектің бірі кесілген - матрицалық біреуі. Бос дезоксинуклеотидтер осы тізбектің босатылған 3" ұшына қосыла бастайды. Аналық ДНҚ тізбегі ұзарған сайын, 5" ұшы ата-аналық сақинадан шығып кетеді. 3" және 5" ұштары бір нүктеде түйіскен кезде ДНҚ синтезі тоқтап, аналық сақинадан аналық сақина бөлінеді.
Жасушаның бөлінуі кезінде (тіндердің дифференциациясы, онтогенездегі ағзаның өсуі мен дамуы, тіндердің қалпына келуі) репликация(ДНҚ екі еселенуі). ДНҚ биосинтезі кезінде ата-аналық ДНҚ-ға ұқсас екі жаңа (қызы) қос тізбекті ДНҚ молекуласы түзіледі. Сонымен қатар, бұл молекулалардың әрқайсысында ата-аналық ДНҚ-ның бір өзгермейтін тізбегі және екіншісі - жаңадан пайда болады. Бұл жағдайда қос тізбекті (аналық) ДНҚ ашылады да, әрбір аналық тізбекте полинуклеотидтердің комплементарлы тізбектері түзіледі. Кезеңдер репликация: инициация, созылу және аяқталу. Жаңа еншілес тізбектердің синтезін бастау: репликацияның шығу тегін тану, ДНҚ жіптерін ашу (ДНҚ-ны ашатын ақуыз), тізбектерді бұралмаған күйде ұстау (ДНҚ-байланыстырушы ақуыз). Элонгация – тізбектің ұзаруы, полимерленуі, бір нуклеотидтің рибозасы мен екіншісінің фосфор қышқылы (ДНҚ-полимераза) арасында коваленттік байланыстың түзілуі. Мононуклеотидтерден полимер тізбегін түзетін субстраттар мен энергия көздері дезоксирибонкулеозидтрифосфаттар: d-GTP, d-ATP, d-TTP, d-CTP. Олардың гидролизі полинуклеотидтердің түзілуі үшін мономерлер (m-GTP, m-ATP, m-TTP, m-CTP), сондай-ақ осы мономерлер арасында коваленттік байланыстың түзілуі үшін энергия алады. Терминация – ДНҚ синтезінің аяқталуы. ДНҚ молекуласындағы нуклеотид қалдықтары А...Т және Г...С жұптарын түзетіндіктен, реакцияға бірдей мөлшерде d-ATP және d-TTP және бірдей мөлшерде d-GTP және d-CTP жұмсалады. (Чаргафф ережелері). Жаңа тізбектердің синтезі әрқашан 5' ұшынан 3' ұшына дейінгі бағытта жүреді. Сондықтан репликациялық айырдың бір тармағында жаңа жіп үздіксіз өссе, екінші тармақта ДНҚ тарқаған сайын жаңа тізбектің қысқа фрагменттері Оказаки фрагменттері түзіледі. ДНҚ-ның еншілес тізбегі мен әрбір Оказаки фрагментінің синтезінің басталуының қажетті шарты салыстырмалы түрде қысқа (≈ 200 нуклеотид) РНҚ фрагментінің (праймер, праймер) түзілуі болып табылады. ДНҚ-ны сақтау және биосинтезі кезінде онда әртүрлі зақымданулар болуы мүмкін: азотты негіздердің ажырауы, нуклеотидтік тізбектің үзілуі (әртүрлі физикалық, химиялық және биологиялық факторлардың әсерінен). Жасушада ДНҚ-ны қалпына келтіру жүйелері жұмыс істейді: эндонуклеазалар, қалпына келтіретін ДНҚ полимеразалары, ДНҚ лигазалары және т.б. Олар ақаудың орнын «танады», дұрыс емес нуклеотидті гидролитикалық жолмен ажыратады, керектісін енгізеді және үзілген тізбектің ұштарын «тігеді». Егер репарация жүйесі гендегі ақауды байқамаса, бұл мутацияға әкеледі (ДНҚ-ның бастапқы құрылымындағы қалпына келмейтін тұқым қуалайтын өзгеріс). Мұндай жағдайларда жасушада функционалдық қасиеттері өзгерген ақуыз түзіліп, тұқым қуалайтын ауру дамиды. Басқа жағдайларда бұл организмнің өліміне немесе жаңа түрлердің пайда болуына әкеледі.
Молекулалық биологияның негізгі постулаты: ДНҚ РНҚ синтезінің шаблоны, ал РНҚ белок синтезінің үлгісі болып табылады. РНҚ синтезі (транскрипция)ДНҚ-ның қатысуымен ғана пайда болады (ДНҚ тізбегінің бірі, транскрипцияланған тізбек шаблон қызметін атқарады). Барлық синтезделген РНҚ молекулалары шаблонға (яғни ДНҚ тізбектерінің бірі) комплементарлы құрылымға ие. Реакциялардың субстраттары рибонуклеозидтрифосфаттар: АТФ, УТФ, ГТФ және ЦТФ: гидролиз кезінде олардан мономерлер (АМФ, УМФ, ГМФ және ЦМФ) және РНҚ түзілуге арналған энергия алынады. Транскрипция кезінде РНҚ-ның 3 түрі – транспорттық, шаблондық және рибосомалық түзілуі мүмкін. РНҚ биосинтезінің кезеңдері: инициация (транскрипцияның басталу нүктесін тану процесі, ДНҚ-ны ағыту және жіптерді бұралмаған күйде ұстау), ұзару және аяқталу. Ферменттер ДНҚ-ға тәуелді РНҚ полимеразалар I, II, III.
Ақуыз биосинтезі (аударма). Процесс жасушада бірнеше ондаған ферменттердің, 70-тен астам әртүрлі рибосомалық ақуыздардың, РНҚ-ның 100-ге жуық әртүрлі типтерінің, инициация, ұзару және аяқталу факторларының болуын талап етеді. Жалпы алғанда, бір ақуыз молекуласының биосинтезі процесінде 300-ден астам әртүрлі молекулалар «жұмыс істейді». Кезеңдер: амин қышқылын белсендіру(аминоацил аденилат, содан кейін аминоацил-т-РНҚ түзілуі), бастама(жасушада инициаторлық факторлар, м-РНҚ, инициаторлық метионил-т-РНҚ, GTP және рибосомалық суббірліктер болса мүмкін). Полипептидтік тізбектің басталуы AUG және GUG кодондары арқылы басталады. Бастауыш кешеннің бірінші амин қышқылы (метионин) тек антикодоны (т-РНҚ) м-РНҚ кодонына комплементарлы болып табылатын аминоацил-т-РНҚ құрамындағы амин қышқылына ғана қосыла алады. Ұзартуаминқышқылдарының бірізді қосылуы есебінен полипептидтік тізбектің ұзаруы арқылы жүзеге асырылады). Фермент пептидилтрансфераза болып табылады. Әрі қарай ГТФ гидролизінің энергиясы есебінен рибосоманың мРНҚ бойымен қозғалысы (транслоказа ферменті) жүреді. Бұл кезде метионинді жеткізетін бірінші т-РНҚ мРНҚ-дан бөлініп, рибосомадан бөлініп шығады. Оның орнында (Р-сайтында) екінші амин қышқылын әкелген және енді рибосомадағы дипептидті тасымалдайтын аминоацил-т-РНҚ орналасқан. А учаскесінде үшінші кодоны бар мРНҚ бар. Комплементарлылық принципі бойынша оған үшінші амин қышқылын алып жүретін үшінші аа-т-РНҚ қосылады. Сипатталған реакциялар ақуызда қанша аминқышқылдары болса, сонша рет қайталанады.
Тоқтату. m-РНҚ-да соңғы амин қышқылын кодтайтын кодоннан кейін бір ғана амин қышқылын (мағынасы жоқ кодондар) кодтамайтын UAA, UAG, UGA триплеттерінің бірі болады. Терминирлеуші факторлармен бірге олар полипептидтің гидролитикалық ажырауын, м-РНҚ-дан соңғы т-РНҚ-ның бөлінуін, рибосоманың суббірліктерге диссоциациялануын, м-РНҚ-ның ыдырауын тудырады.
Синтезделген полипептидтің трансляциядан кейінгі модификациясытізбектер: ақуыздың кеңістіктік құрылымдарының (екінші, үшінші және төрттік) түзілуі, белокты емес компоненттердің қосылуы және фосфо-, металл-, глико-, нуклео-, липопротеидтер, гемоглобин, коферменттері бар ферменттер және т.б. .
Ақуыз биосинтезінің жылдамдығын реттеу.Транскрипция деңгейінде: Джейкоб пен Монодтың ДНҚ-да құрылымдық гендерден басқа транскрипция жылдамдығын реттейтін арнайы бөлімдердің (регулятор ген, промотор және оператор) болуы туралы гипотезасы, т.б. мРНҚ синтезінің жылдамдығы. Трансляция деңгейіндеақуыз биосинтезін рибосомалардың жұмысын блоктайтын, ферменттердің белсенділігін тежейтін және т.б. антибиотиктермен тежеуге болады. Бұл жағдайда бактерияларда әртүрлі белоктардың биосинтезі бұзылып, олар өледі.
СПИД вирусы. АҚТҚ инфекциясы
АИВ-инфекциясының көздері - қан, шәует, жыныс бездерінің секрециясы, ликвор, емшек сүті. Вирустың құрылымы: вирус мембранасы, фосфолипидті қос қабатты және белоктар (gp-41, gp-120), вирус матрицасы (p-17, p-18), нуклеокапсид (p-24, p-25), нуклеокапсидтердің құрамы (РНҚ, кері транскриптаза, эндонуклеаза) ), АИВ-I геномы (3 құрылымдық, жоғарыда аталған белоктарды кодтайды және 5 реттеуші ген.) АИВ-инфекциясының кезеңдері: АИТВ-ның иесі жасуша мембраналарының бетіндегі гликопротеиндермен (рецепторлармен) байланысуы, АИВ мен иесі жасуша мембраналарының бірігуі. Вирус нуклеокапсидінің иесі жасушаның цитоплазмасына енуі, протеазалардың көмегімен вирустық РНҚ-ның бөлінуі, кері транскриптаза, мононуклеотидтер мен иесі жасушаның макроэргтерінің көмегімен вирустық РНҚ шаблонында провирустық ДНҚ биосинтезі, провирустық ДНҚ геномына интеграциялануы. (ДНҚ) қабылдаушы жасуша, провокация (температураның жоғарылауы, алкогольдік интоксикация, гормоналды статустың өзгеруі) және провирустық ДНҚ-дан транскрипцияны белсендіру. Вирустық РНҚ-ның үлкен санының түзілуі, вирустық РНҚ-да вирустың барлық компоненттерінің түзілуі және еншілес вирустардың жиналуы, цитолизжасуша мембраналары- жасушадан вирустардың бөлінуі және олардың басқа иелік жасушаларға жұғуы, қандағы вирустың антигендері мен оларға антиденелердің көбеюі, аурудың клиникалық көрінісі.
ДНҚ, РНҚ және белоктардың синтезі
Бүгінгі дәрісіміздің тақырыбы ДНҚ, РНҚ және белоктардың синтезі. ДНҚ синтезі репликация немесе редупликация (екі еселену), транскрипция арқылы РНҚ синтезі (ДНҚ-мен қайта жазу), хабаршы РНҚ-да рибосома жүзеге асыратын ақуыз синтезі трансляция деп аталады, яғни нуклеотидтер тілінен амин тіліне аударамыз. қышқылдар.
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 көшірмелер синтезделгенде, бір жаңа жіп 5΄-ден 3΄ бағытында, ал екіншісі 3΄-ден 5-соңғысына дейін созылады. Дегенмен, ДНҚ полимераза 5΄ ұшын ұзарта алмайды. Демек, ферментке «ыңғайлы» бағытта өсетін ДНҚ-ның бір тізбегінің синтезі үздіксіз жалғасады (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-полимеразаларға праймерлер қажет емес және бұл фермент РНҚ-ның қысқа фрагментін синтездейді, дәл осы «праймер» ДНҚ синтезі одан басталады.
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 бактериялық ферменттермен де 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 және нуклеотидтер арасындағы алғашқы байланыс түзіледі. Содан кейін жіп түзіледі, ұзарады, ал синтез аяқталғаннан кейін терминация жүреді, синтезделген РНҚ-ның босатылуы. 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. Бүктелген 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 ДНҚ-ның алдыңғы дуплексі деп аталады және өлшемі 10 б.б. 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. Нуклеин қышқылының молекуласы теріс 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.