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

  1-топ. Транскрипция.

  Транскрипция — бұл негізінде мРНҚ молекуласының синтезіне жататын генетикалық ақпараттың берілуінің бірінші сатысы (136-сурет). Транскрипция процесі белгілі жерден басталып, белгілі жерде аяқталады. Транскрипция процесіне тікелей қатысатын құрылымдар, ол ДНҚ-матрица (ДНҚ молекуласының тізбегі), РНҚ-полимераза ферменті және хромосомалық белоктар (гистонды және гистонды емес).

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.

2-топ. Трансляция сипаттамасы.

 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.

 3-топ. Трансляция кезеңдері.

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. Бұл кезеңде белок синтезінің ядролық кезеңінде түзілген, белгілі бір полипептидтің, амин қышқылдың құрамы туралы информациясы бар и-РНҚ рибосоманың кіші суббірлігімен қосылады. Сонан соң бұл и-РНҚ + кіші суббірлік комплексі белок синтезін бастаушы амин қышқылы метионинді тіркеген т-РНҚ мен қосылады. Енді бұл түзілген комплекс рибосоманың үлкен суббірлігімен қосылып, активті, белок синтезін жүргізуге дайын рибосоманы құрайды.

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. Осы жоғарыда түзілген комплекстердің нәтижесінде үлкен суббірлікте екі центр пайда болады. Оларды: пептидилді, амино-ацилді центрлер деп атайды. Пептидилдік центрде синтезделетін пептид тізбегі орналасса, аминоацилді центрде осы пептидтік тізбектің өсуіне қатысатын аминоацил-т-РНҚ орналасады. Кез келген белоктың синтезі прокариоттарда М- формилметиониннен басталса, эукариоттарда метиониннен басталады. Метиониннің активтелуі де басқа амин қышқылдарының активтелуі сияқты АТФ пен т-РНҚ-ның және метионил - т-РНҚ - синтетаза ферментінің қатысуымен жүреді. Кесте түрінде: Метионин + т - РНҚ + АТФ ^Е метионил - т-РНҚ + АМФ + Р_н Р_п Е - метионил - т-РНҚ - синтетаза. Ал прокариоттарда әрі қарай формил тобының қосылу реакциясы жүріп, N -Формилметионин түзеді:Метионил - т-РНҚ+ N¹⁰- формил – ТГФҚ^___ТГФ + формилметионин - т-РНҚ.

  4-топ. Трансляцияның 3-4 кезеңдері.

 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:1/АТФ;2/ белок синтезінің біткенін білдіруші и-РНҚ-дағы кодондар; 3/ полипептидтің рибосомадан босап шығуына қажет белоктық факторлар, и-РНҚ-да соңғы амин қышқылын көрсететін кодон біткен соң, мағынасыз, мәнсіз кодондар басталады. Олардың саны үшеу: УАА, УАГ, УГА. Міне осы кодондардың басталуы, полипептидттің синтезінің біткенін хабарлайды. Сонан соң, синтезді бітіруші факторлар /Ғ₁, Ғ₂/ өздерінің әрекетін бастайды. Бұл факторлар: I/ полипептидтің соңғы т-РНҚ-дан гидролиздік жолмен ыдырап шығуын және т-РНҚ-ның босауын; 2/ соңғы т-РНҚ-ның пептидилдік бөлімнің "бос" күйінде бөлінуін; 3/ рибосоманың 305 жане 505 суббірліктерге диссоциациялануын қамтамасыз етеді.

 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.