РНҚ молекуласының құрылымы мен қызметі. Транспорттық РНҚ, ақпараттық РНҚ, рибосомдық РНҚ. Биология, 10 сынып, презентация.

Сынып: 10 сынып

Тақырыбы: РНҚ молекуласының құрылымы мен қызметі. Транспорттық РНҚ, ақпараттық РНҚ, рибосомдық РНҚ

Мақсаты:10.4.1.8 РНҚ түрлерінің құрылысы мен қызметтерін ажырата білу.

Өте ұсақ органелла, екі суббөліктен тұрады, үлкен және кіші. Нәруыз және шамамен аздаған мөлшерде РНҚ болады. Рибосома аздаған мөлшерде митохондрияда болады (өсімдік хлоропластарында).

Нәруыз синтезіне қатысады, Рибосома ЭТ бірігіп жатады және цитоплазмада бос жатады.Көптеген рибосомалар бірігіп полирибосома (полисома) түзеді, осы түзілген бірдей жіп тәрізділер Матрицалық РНҚ д/а

РНҚ-ның түрлері, оның құрылысы мен функциясы

А- КЭП

Б – 5’ ТЖБ

В – Иниц. кодон

Г – Инфор. алынады

Д – Тер. Кодон

Е - 3’ ТЖБ

Ж – поли А -фрагмент

5’

3’

А – қалпақша (КЭП) модификацияланған 4 нуклетидтің біреуінен тұрады. Бірінші 7-метилгуанилат тұрады. Кейінгі бірнеше нуклеотидтер рибозаның 2’ – бұрышында метилденген. Бұл ерекше құрылым мРНҚ 5’ ұшын экзонуклеазадан қорғайды.

Б – КЭП-тен кейін 5’ транскрипция жүрмейтін бөлік (ТЖБ) орналасқан. Бұл бөлік оншақты нуклеотидтен тұрады, рибосоманың кіші бөлігінің құрамына кіретін р-РНҚ кодонына комплементарлы. М-РНҚ-ның рибосомамен алғашқы байланысын қамтамасыз етеді.

В – м-РНҚ –дан трансляция инициациялық кодоннан басталады. Барлық м-РНҚ-да инициация АУГ (метионин) кодонынан басталады.

Г – инициациялық кодоннан кейін белок құрамындағы амин қышқылдарының орналасуы жайлы информация жазылған. Эукариоттарда пісіп жетілген м-РНҚ моноцистронды, бір ғана белок жайлы информация бар. Бактерияларда м-РНҚ полицистронды.

Д – информациялық бөліктен кейін терминациялық кодон орналасқан. Ол мағанасыз кодондардың біреуі (УАА, УГА, УАГ).

Е – терминациялық кодоннан кейін 3’ транкрипция жүрмейтін бөлік (ТЖБ) орналасады.

Ж – эукариоттардың барлық м-РНҚ-ның (гистонды м-РНҚ басқалары) 3’ – ұшында 150-200 аденилді нуклеотидтен тұратын поли А -фрагменттері бар.

Соңғы екеуі (е, ж) м-РНҚ-ның тіршілік ұзақтығын реттеуге қатысады. Себебі м-РНҚ-ның ыдырауы 3’-ұшында экзонуклеазалардың әсерінен іс жүзіне асырылады.

П

Д

Т-РНҚ-ның құрамындағы нуклетидтер саны жүзден аспайды.

П

Д

Аминоацил тРНҚ кешені деп аталады.

Репликация, транскрипция және трансляция - прокариоттар мен эукариоттардың барлық жасушаларында жүретiн ақпарат ағымының негiзгi жолдары. Бұл процесстердiң негiзгi принциптерiн Ф.Крик ашып “молекулалық биологияның орталық догмасы” ретiнде келесi түрде ұсынған (1958 ж.).

1975 жылы РНҚ-лы вирустарда “кері” транскрипция процесi анықталған (Дульбеко Р., Тимин Г., Балтимор Д.). Алдымен арнайы фермент ревертаза арқылы РНҚ-да комплементарлы принцип бойынша ДНҚ-ның бiр тiзбегi синтезделедi, содан кейiн ДНҚ-полимераза ферментінің көмегімен әдеттегідей екі еселенедi. Эукариоттардың кейбiр жасушаларында да (әсiресе ұрықтық жасушаларда) ревертаза кездеседі, бұл - ақпараттың РНҚ-дан ДНҚ-ға берiлу мүмкiндiгiн көрсетедi. Ақпараттың ДНҚ молекуласынан белок молекуласына берілу (тiкелей трансляция) құбылысы тек тәжірбие барысында анықталып, тiрi жасушаларда әлi байқалмаған.

Трансляция және транскрипцияны анықтау

ДНҚ-қос тізбекті молекулалары ұсынылғаннан кейін Уотсон мен Крик ұрпақтан –ұрпаққа берілетін және жасушаның зат алмасуын анықтайтын генетикалық ақпарат ДНҚ молекуласының нуклеотид тізбегі арқылы қамтамассыз етіледі деген.

Ақуыз синтезі 2 этаптан тұрады.

Транскрипция –ДНҚ дан мРНҚ синтезделеді. ДНҚ кейбір аймақтарынан мРНҚ көшірме түзеді.

Трансляция –Ізбасар молекуланың ауысуы мРНҚ нәруыздың аминқышқылдарының ізбасарын жазады.

Ақуыздың полипептидтік тізбегіндегі аминқышқылдары қатарын ДНҚ нуклеотидтерінің тізбегі арқылы бейнелеу генетикалық код деп аталады. ДНҚ –ның төрт –ақ түрлі нуклеотидтен (А-Т, Г-Ц) құралғанын, ал ақуыздарды 20 аминқышқылы кездесетінін ескерсек, онда коделік сан 3 тен кем болмау керек.

а-РНҚ жасушадағы барлық РНҚ ның 3-5% құрайды. аРНҚ немесе тРНҚ ол ДНҚ –ның біршама бөлігінің көшірмесін өзіне сақтайды. Ал м-РНҚ ДНҚ-дан синтезделу процесін Транскрипция деп атайды. Мұнда ДНҚ –ның бір ғана тізбегі РНҚ –ға транскрипцияланады. Транскрипция жүретін ДНК бөлігін транскрипті тізбек деп атайды, ал жүрмейтінін Транскрипцияланбайтын тізбек деп атайды. деп атайды.

ДНҚ ның белгілі бөлігінен м-РНҚ көшірме жасап алуға қатысатын фермент РНҚ полимераза. Бұл м-РНҚ тізбегін синтездеуге қатысады.

м-РНҚ синтезін тездететін фермент РНҚ трнаскриптаза ферменті.

Бұл процесте ДНҚ-ға тәуелді РНҚ полимераза ферменті басты рөл атқарады. Осы ферменттің көмегімен жасушаның барлық РНҚ типтері ситезделеді, Ол бірнеше суб бөліктерден, атап айтқанда екі α ,бір β, бір γ және σ суббөліктен құралған, Осындай кешеннен құралған РНҚ полимераза толық холофермент деп, ал S –суббөліктен айырылған фермент минималды немесе кор –фермент деп аталады.

Транскрипция –трансляция

м-РНҚ рибосомаға жабысады

Аминқышқылдары белсендіріледі және тРНҚ мен қосылады.

Иницация –полипептидті тізбек түзіледі.

Элонгация тізбек үзіледі

Терминация –сиинтез аяқталады

Келесі қолдануға кетеді м-РНҚ және үзіледі.

Транскрипция

ДНК Молекуласы

Комплементарлық мРНК (иРНК)

Нәруыз

Трансляция

2

1

3

Инициация процесі өту үшін алдымен РНҚ полимераза (Холорофермент) ДНҚ –ның промотор деп аталатын бөлігін тануы шарт. Промотор инициация учаскесінің алдында орналасады және шамамен 40 жұп негізден құралған. Холофермент инициация нүктесіне дейін шамамен 6-10 негіз қалғанда промотормен байланысады. Барлық промторлардың ферментпен байланысу бөлігі тұрақты екендігі анықталды. Ол Прибонов тізбегі деп аталатын ТАТААТ негіздер қатарынан құралған. Промотрдан кейін инициация бөлігі басталады. Оның бірінші нуклеотиді старт алу нүктесі деп аталады. ДНҚ) «+» -тізбегінің старт алу кодонының бірінші негізі әр уақытта –А немесе Г. Осы негізден бастап терминациялық кодонға дейін комплементарлық ережеге сәйкес А-У, Г-Ц, Ц-Г, У-А қосарланады.

Матрица

1-РНК полимераза, 2-Репрессор, 3-Промотр,

4-Оператор, 5-аминқышқылдары

ДНҚ «+» -тізбегінде аРНҚ –ның жаңа молекуласы синтезделеді.

Барлық аРНҚ –ның құрамында екі бөлікті ажыратуға болады. Коделеуші бөлік ақуыздың амин қышқылдарына сәйкес келетін кодондардан құрылған; әдетте ол АУГ кодонынан басталып, терминациялаушы кодонмен (УАА немесе УГА) аяқталады. Алайда, аРНҚ кодондаушы бөліктен әр уақытта ұзын болып шығады. Өйткені оның екі соңында қосымша бөліктер бар. Кодондаушы бөліктің алдыңғы (аРНҚ-ның 51 ұшының соңындағы) қосымша тізбек Лидер деп аталады. Терминация сигналынан кейінгі және 31-ұшы түзетін қосымша тізбек трейлер (соңғы) деп аталады. Информациялық РНҚ –ның 51 және 31 –ұштарындағы тізбектері ақуыз синтезінің келесі стадиясында трансляцияланбайды.

Терминация –синтезделген полипептидтік тізбектің босауы.

Эукариоттарда транскрипция үшін ДНҚ-ға тәуелді РНҚ- полимераза ферментінің үш түрі қатысады. Эукариоттық РНҚ полимераза І ядрошықта орналасады және рРНҚ-ның синтезделуіне жауап береді. РНҚ полимераза ІІ аРНҚ синтезіне қатысады. РНҚ полимераза ІІІ ферментінің әсерімен тРНҚ мен 5S –рРНҚсинтезделуі жүреді. Генетикалық ақпараты бар аРНҚ –ның синтезделген молекулалары ядродан оның қабығындағы саңылау арқылы рибосомаларға бағыт алады. Информациялық РНҚ бірнеше рибосомамен (2 ден 15 ке дейін) қосылып, полисома құрайды. Полисомада ақуыз синтезі –трансляция өтеді.

Информациялық РНҚ молекуласындағы тізбектен триплеттер негіздерінің полипептидтік тізбектегі аминқышқылдары қатарына аударылу механизмі трансляция деп аталады. Трансляцияда үш стадияға бөлінеді: 1.Иницация –полипептидті тізбек түзіледі. 2.Элонгация тізбек үзіледі. 3.Терминация –сиинтез аяқталады.

Инициацияның бас кезінде рибосома үлкен (Седментация коэффиценті 50S) және кіші (30S) жеке суббөліктерден тұрады. Информациялық РНҚ кіші суббөлікте бекінеді, бұл үшін Mg2+ионы және ақуыздың инициация факторы қажет.

Ақуыз синтезінің басталуының бірінші сигналы болып старт алу АУГ кодоны саналады, оған формилметионинді (фМет) тасымалдайтын тРНҚ

(тРНҚ фМет) өзінің УАЦ антикодонымен қосылады. Полипептидтік тізбектің басқа бөлігіндегі метионинді басқа РНҚ –тРНҚ фМет тасымалдайды.

Элонгация –өсіп жатқан полипептидтік тізбек құрамына амин қышқылдарының тізбектеліп қосылуы. Полисомаға ақуыз синтезі үшін қажет аминқышқылдарын тРНҚ тасымалдайды. Ол үшін тРНҚ-ның активациясы өтуі керек: амин қышқылы тРНҚ молекуласының аденинді 31 –ұшына қосылып, аминоацил –тРНҚ түзіледі. Терминация не ақуыз синтезінің соңы терминациялау кодондары УАА, УГА немесе УАГ (стоп кодондар) триплеттерінің қызметі арқылы өтеді.

Эукариоттық ағзада трансляция цитоплазмада жүреді.

иРНҚ синтезделуі реттеуіш-ген деп аталатын тағы бір генмен бақыланады. Реттеуіш –ген құрылымды гендерден біршама қашықтықта орналасуы мүмкін, оның тікелей қызметі –реттеуіш ақуыз-репрессор (тежегіш) синтездеу. Репрессор құрылымды гендерде иРНҚ синтезделуін тежейді, бірақ ол құрылымды гендерге тікелей емес, ген- оператор (құрылымды гендердің басында орналасқан ДНҚ -бөлігі) арқылы жанама әсер етеді. Оператордың алдында промотор орналасқан. Мұнда РНҚ-полимераза бекінетін орын бар. Бір репрессордың бақылауындағы гендер тобы (Промотор, оператор және құрылымды гендер) оперон д/а. Реттеуші геннің қатысуымен активсіз белок -репрессор 

синтезделеді.

Матрица

1-РНК полимераза, 2-Репрессор, 3-Промотр, 4-Оператор, 5-аминқышқылдары

Трансляция - цитоплазмада жүретін кезең. Бұл кезең кезінде тек қана 4 әріптік нуклеотидтік тілдің 20 әріптік аминқьшқылының тілге аударылуы ғана жүріп қоймайды, сонымен қатар амин қышқылдарының белоктық тізбектегі өз орнын табу мәселесі шешіледі. Трансляцияның өзі 5 кезеңнен тұрады.

Трансляцияның І-ші кезеңі: амин қышқылдарының активтелуі. Бұл кезеңге қажетті заттар: 20 амин қышқылы, АТФ, Мg2+, 20т-РНҚ, 20 аминоацил -т-РНҚ - синтетаза ферменті. Бұл кезең жиырмадан астам аминоацил - т-РНҚ-синтетаза ферментінің қатысуымен өтеді.

Бұлар айрықша талғамдылық көрсететін ферменттер, атап айтқанда осы ферменттің көмегімен амин қышқылы өзіне тән т-РНҚ таныса, т-РНҚ өзіне тән амин қышқылдарын таба алады. Сондықтан бұл ферментті "адаптор" деп те атайды. Аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферменттерінің осындай айрықша қасиет көрсетуіне т-РНҚ-ның құрылысының өзгешілігі жағдай жасайды.

Трансляцияның 2-ші кезеңі - полипептидтік тізбектің инициациясы. Бұл кезеңге қажетті компоненттер: и-РНҚ; белок синтезін бастаушы кодон /АУГ/. Бұл кодон барлық жағдайда метионинге немесе формилметионинге тән болады; N -формилметиониннің т-РНҚ-сы; үлкен және кіші суббірліктер; ГТФ; Мg2+-иондары; белок синтезін бастаушы белоктық факторлар, оларды Ғ1, Ғ2, Ғ3 деп белгілейді.

Осы активті рибосоманың түзілуіне Ғ1, Ғ2, Ғ3 белоктық факторлар да өз үлесін қосады. Рибосоманың кіші суббірлігі 21 белоктан және 1600 нуклеотид тізбегінен тұратын бір р-РНҚ-нан тұрса, үлкен суббірлік 34 белоктан және 3200 және 120 нуклеотидтік тізбектерден тұратын екі р-РНҚ-дан тұрады.

Трансляцияның 3-ші кезеңі: элонгация деген атпен белгілі. Бұл кезеңге қажетті заттар: екінші кезеңде түзілген активті рибосома; и-РНҚ-дағы кодондарға сәйкес келетін аминоацил - т-РНҚ; Мg2+; белоктық факторлар; ГТФ; пептидилтрансфераза; транслоказа. Бұл кезеңде амин қышқылдарының біртіндеп бірінен кейін бірінің пептидтік байланыс арқылы орналасуы нәтижесінде полипептидтік тізбектің өсуі байқалады. Рибосоманың и-РНҚ-ның бойымен бір кодонга жылжуы үшін, аминоацил т-РНҚ-ның кодонына сәйкес келіп комплементарлы түрде байланысуы үшін 2 молекула ГТФ-тың гидролизі кезінде бөлінетін энергия жұмсалады. Аминоацил - т-РНҚ и-РНҚ кодонына сәйкес байланысуы.

Трансляцияның 4-ші кезеңі - Терминация яғни синтездің бітуі, аяқталу кезеңі, керектізаттар:

Трансляцияның 5-ші кезеңі - кеңістіктегі полипептидтік тізбектің орналасуы және процессинг. Бұл кезеңде полипептид өзінің кеңістіктегі екінші- , үшінші - реттік құрылысын түзіп, биологиялық активті түріне көшеді. Сонымен қатар бұл кезеңде бірінші амин қышқылы метиониннен және кейбір керек емес амин қышқылдарынан ажырап, кейбір амин қышқылдарының қалдықтары өзіне фосфат, - метил - , карбоксил - , ацетил топтарын қосып алуы мүмкін. Ал кейде белоктар өзіне олигосахаридтер мен коферменттерді қосып, өзінің биологиялық қызметін атқаруға дайын болады.

Белоктардың синтезі бір рибосомада өтуі мүмкін немесе бір уақытта бірнеше рибосомада /полисомада/ жүруі мүмкін. Полисома бір и-РНҚ бойында бола алатын рибосомалар тобы /80-ге жуық рибосома/ болуы мүмкін. Мұндай бір и-РНҚ-ның бойындағы информацияны бір уақытта бірнеше рибосоманың көмегімен белок синтезіне қолдану синтездің тез және тиімді өтуіне мүмкіндік тудырады.