Трансляция кезеңдері, нәруыз биосинтезі. Биология, 11 сынып, дидатикалық материал.

Эукариот клеткаларында ядро қабықшасының бар болуы салдарынан транскрипция мен трансляция клетканың әр түрлі құрылымдарында жүреді және уақыт шамасы да әр түрлі болады.

Ақуыздар синтезі – трансляция ДНҚ-да сақталады, ол ақпаратты қайта жазу – транскрипция үрдісімен тығыз байланысты, яғни ДНҚ-дағы генетикалық ақпарат аРНҚ-ға көшіріледі.

Транскрипция дегеніміз клетканың ішінде тұқымқуалаушылық ақпаратын тарату үрдісі кезінде ДНҚ-ның матрицасында жүретін РНҚ-ның биосинтезі.

Транскрипция ядрода жүреді. Транскрипция орындалу үшін оқуға болатын ДНҚ-ның ақпараты болуы тиіс. ДНҚ-ның құрамындағы ақуыздың құрылымы туралы ақпарат ақпараттық РНҚ-ға «көшіріледі» (аРНҚ немесе матрицалық  мРНҚ). Бұл жағдайда бір геннен мРНҚ-ның көптеген молекулалары «көшіріледі». Олар ядрода процессингке ұшырайды да одан кейін ядродан цитоплазмаға тасымалданады. Цитоплазмада олар өз қызметтерін атқарады.

Процессинг (ағл. processing — өңдеу) – алғашқы активті емес транскриптерді белсенді қызмет ететін молекулаларға айналдыратын реакциялардың жинағы.

Клеткаларда РНҚ-ның үш типі болады. Олардың ішінде ақпаратты РНҚ (мРНҚ) ДНҚ-ның нуклеотидті кезегі туралы ақпаратты рибосомаларға тасымалдайды. Рибосомаларды түзуге рибосомалы РНҚ (рРНҚ) қатысады. Кішігірім транспортты РНҚ-ы (тРНҚ) екі түрлі қызмет атқарады: біріншіден, олар аминқышқылдарының молекуласын қосып алады да оны рибосомаға тасымалдайды, екіншіден оның мРНҚ молекуласындағы аминқышқылына сәйкес триплетін таниды.

тРНҚ молекуласының ортасында антикодон деп аталатын үш азотты негіздерден тұратын топ болады. Антикодон мРНҚ-ның үш негіздерінің белгілі бір тобы – кодонмен байланыса алады. Антикодон молекулалары жақындағаннан кейін тРНҚ-ы мРНҚ-ның кодонын танып, онымен қосылады.

XX ғасырдың 60-жылдары М. Ниренберг, У. Холл және Х. Коран шешкен генетикалық код триплеттер немесе кодондарға негізделген үш нуклеотид бір аминқышқылының полипептидті тізбекке қосылуын анықтайды.

29-суреттен прокариот клеткалар генетикалық ақпаратының транскрипциясы мен  трансляциясын қарастырыңыз

30-суреттен Эукариоттардың құрылымдық генінің транскрипциясы және аРНҚ бастамасының процессингін қарастырыңыз

Генетикалық кодқа бірқатар маңызды қасиеттер тән. Ол триплетті: үш нуклеотид полипептидті тізбекке бір аминқышқылының қосылуын қамтамасыз етеді. Көпшілік аминқышқылдары бірнеше триплетпен кодталынады. Бір аминқышқылы әртүрлі триплеттермен кодталынады, дегенмен олардың бірінші екі нуклеотидтері әрқашанда бірдей болады. Мысалы –С-С-С- пролинді кодтайды. Сондай-ақ пролин қосымшасы CCU, CCA, CCG триплеттерімен кодталынуы мүмкін. AUG  триплеті полипептидті тізбектің синтезі басталатын бірінші аминқышқыл – метилметионинді кодтайды. Генетикалық кодта барлығы 64 кодон бар, олардың үшеуі (UFF, UGA және UAG) полипептидті тізбектің синтезін аяқтайтын тоқтатушы-кодон.

Генетикалық кодта бір триплетті екінші триплеттен бөліп тұратын белгілер болмаса да генетикалық код беттеспейді. Мысалы, UUCAUUGUU  негіздерінің  кезігінде бірінші үш негіз бір аминқышқылын кодтайды, ал екінші үшеуі – басқа аминқышқылын кодтайды т.с.с. Келтірілген мысалда UUC негізі бір аминқышқылын, UCA – екінші аминқышқылын, ал  CAU – үшінші аминқышқылын т.с.с. кодтауы мүмкін емес.

Код әмбебап, яғни Жер планетасының ағзаларының (вирустарды қоса) барлығында бір ғана код.

Рибосомалы және транспортты РНҚ (рРНҚ, тРНҚ) бірдей гендерде синтезделінеді, Әрбір клеткада ол гендердің мРНҚ-ның гендеріне қарағанда көптеген көшірмелері болады. рРНҚ ядрошықтың ядрошық ұйымдастырушыларында синтезделінеді. Ядрошықта  ядрошық ұйымдастырушыларында синтезделінген рРНҚ-ның бастамасы цитоплазмада синтезделініп, ядроға тасымалданған рибосомалы ақуыздармен байланысқа түсіп, ірі рибонуклеопротеидті бөлшектер түзейді. Рибонуклеопротеидті бөлшектер процессингке ұшырайды, нәтижесінде ядрода рибосомалардың үлкен және кіші суббірліктері пайда болады. Рибосомалардың бастамалары цитоплазмаға тасымалданады. Онда ақуыз синтезі кезінде рибосомалар жинақталады.

тРНҚ-ның молекуласы сәйкес аминқышқылымен косылып, нәтижесінде аминацил-тРНҚ түзілгеннен кейін ғана ақуыз молекуласының синтезі басталады. Рибосоманың кіші суббірлігі метилметионин молекуласы бар инициаторлы тРНҚ-мен байланысқа түседі. Осы кешен мРНҚ-ның инициаторлы кодонына (AUG) қосылады. Осыдан кейін рибосоманың кіші суббірлігіне үлкен суббірлік қосылады. Ақуыз синтезінің реакциясын рибосомалар қамтамасыз етеді. Олар мРНҚ-дағы ақпаратты, оның бойымен     5’          3’ бағытында жылжу кезінде оқиды.

Рибосома тРНҚ-ның екі молекуласын байланыстырады: рибосоманың А бөлімі –аминацил-тРНҚ-ны, рибосоманың Р бөлімі өсіп келе жатқан полипептидті тізбекпен байланысқан аминацил-тРНҚ-ны қосып алады. Екі тРНҚ мРНҚ-ның көршілес кодондарымен байланысады. Рибосомаға келесі аминацил-тРНҚ келеді де, алғашқы полипептидті байланыс түзіледі.

мРНҚ-ның тізбегі бойымен жылжи отырып рибосома өзара байланысатын келесі аминқышқылдарды қосып алады, ал тРНҚ молекулалары жаңа аминқышықылын қосып алу үшін ажырайды. Рибосома тоқтату-кодонына жеткен уақытта синтез аяқталады, өйткені тоқтау-кодонының маңында бірде-бір тРНҚ-да лайықты антикодон болмайды. Полипептидті тізбек рибосомадан бөлінеді.

 Белок биосинтезінің және нуклеин қышқылдың синтездің басқа биохимиялық реациядан ерекшелігі процеске ферменттпен субстраттан басқа арнайы нуклеин қышқылының молекуласы матрица қатысады. Мұндай процестерді матрицалық процестер деп атайды. Оларға негізінен 3 процесс жатады.

• Репликация (қайталау).
• Транскрипция (ағыл: көшіру).
• Трансляция (аударып көшіру).

Полимер тізбегінің синтезі 3 негізгі элементтен тұрады.

• Инициация.
• Элонгация.
• Терминация.

 Инициация деп – түзілетін полимер тізбегінің мономер буындары арасындағы алғашқы байланыстың түзілуін атайды.

 Элонгация деп - өсіп бара жатқан полимердің тізбегіне кезекті мономердің қосылуын, яғни тізбектің ұзаруын айтады.

 Терминация деп – арнайы сигнал әсерінен тізбектің өсуі мен тоқтауын айтады. Эломгация процестерінің әрбір актісі 3 негізгі элементтен тұрады.

• Мономердің іріктелуі.
• Химиялық түрленулер.
• Транслокация.

Белок биосинтезі.

• • Трансляция аппараты.
  • Транспортгық РНҚ. тРНҚ-ның бірінші, екінші және үшінші реттік құрылымы.
  • Антикодон. Аминоацил тРНҚ-синтетаза құрылымы. Аминоацилдену механизмі. Аминоацилдену реакциясының арнайылығы.
  • Про- және эукариоттардағы рибосома құрылымы.
  • мРНҚ-ның прокариоттардағы трансляциясы, этаптары және оның механизмдері, реттелуі.
  • Бактериялардағы трансляция процесінің инициациясы және оның этаптары. Трансляция элонгациясы.
  • Элонгацияның белоктық факторлары. Трансляция процесінің терминациясы.

 Клетка белок синтезі өте күрделі және көпсатылы процесс. Бұл процеске 20 түрлі амин қышқылдары АТФ,ГТФ магнит ионы алуан түрлі ферменттер Т-РНК-ң барлық түрлері М – РНК , рибосома инициация , элонгация және терминация фак/ры қатысады. Белок синтезі процессін шамамен 4 негізгі кезеңге бөлуге болады.

• Амин қышқылының белсенді және аминациаль Т-РНК –ң түзілуі.
• Белок синтезіне комплексінің түзілуі.
• Полипепептидтік тізбегінің синтезі.
• Белоктың кеңістік құрылымының түзілуі.

1.Амин қышқылының белсенуі үшін 20 түрлі амин қышқылы 20 түрлі аминоация Т-РНК синтетаза ферменттері .20 түрлі т-РНК АТФ және Магний ионы к/к.

Амин қышқылдары 2 сатыдан тұратын реакция нәтижесінде белсенеді.

Реакцияның 1-ші сатысына амин қышқылы және АТФ қатысады.

M H O

І кезеңде R C COO +АТР - R C C + РР

NH NH АМР

Аминоацил аденилат.

Реакцияның 2-ші сатысында аминоация т-РНК түзіледі.

2) Аминоацияаденилат + тРНКсин/за.

Аминоация тРНК-Ң + АМФ.

Аминоация т РНК құрылысы мынадай болады.

Белок синтезі/ң 2-ші кезеңінде рибосома және МРНК-н белок синтездеуші комплекс түзіледі. Бұл процеске МРНК рибосоманың 30 S ,50S суббөліктері инициялаушы аминоация ТРНК және Рибосомалар қатысады. МРНК алдымен рибосоманың 30 S бөлігімен байланысады, сосын бұларға инициациялаушы аминоацил тРНК қосылады. Прокариоттарда инициациялаушы аминоацил тРНК-ға формилмитионин тРНК, ал эукариодтарда митионнин тРНК жатады. Сонымен пайда болған бастапқы комплементке рибасоманың 50S бөлігі байланысып белок синтездеуші комплекс түзіледі.

Белок биосинтезінің үшінші кезеңі ең маңызды процесс ол 3 сатыдан тұрады.

• Инициация- полипептид тізбек синтезінің басталуы.
• Полипептид тізбегінің ұзаруы.
• Терминация полипептид тізбегінің аяқталуы.

Инициация процесі үшін белок синтездеуші комплекс инициация факторлары i F-1,i F-2, i F-3 ГТФ және магни йоны керек рибасоманың Р учаскесінде формил метионин тРНК орналасады.

Белок синтездеуші комплекс ары қарай элонгация процесін жүргізеді оған 20 түрлі аминоацил тРНК элонгагация факторлары ЕF-TЦ ЕҒ-ТЦ пептидил трансфираза ферменті ГТФ магни иондары қатысады. Элонгация процесі 3 кезеңне тұрады.

• Аминоацил тРНК-ның рибасоманың А учаскесімен байланысуы.
• Пептидік байланыстың түзілуі.
• Рибасоманың жылжуы (транслакация)

Терминация процесі үшін терминациялаушы кодон, терминация факторлары RF-1,RF-2,RF-3 және АТФ керек. Терминациялаушы кадондарға УАФ; УАГ, УГА кадондары жатады. Одан соң полипептед тізбегі рибасоманы қалдырып кетеді ал рибасома 30S және 50S бөліктерге бөлініп жаңа тізбек синтездеуге дайын тұрады. Белок биосинтезінің төртінші кезеңінде белоктың конформациясы оның 2-3 –4-ші реттік құрылымдары қалыптасады. Формил митионин және митионин амин қышқылдары белоктың N ұшына аминопептитаза ферменті әсерінен қырқылып тасталады. Белок биосинтезінің реттелуі 2 деңгейде жүреді.

• Транскрипция деңгейіндегі реттелу.
• Трансляция деңгейіндегі реттелу.

Транскрипция деңгейіндегі реттелу гендердің белсенуі арқасында жүреді. ДНК өзі құлыптап тұрған белоктан босанады. Барлық гормондар транскрипция жылдамдығын арттырады. Трансляция деңгейіндегі реттілу инициация элонгация кезеңдерінде жүреді. Бұл реттелуде шектеуші фактор амин қышқылдары болып табылады.

 Белок синтезінің механизмдеріне кейіннен цитоплазмаға түсетін қосымша ДНҚ молекуласының синтезделуі де жатады. Цитоплазмада ДНҚ молекуласында иРНҚ олардан клеткаға қажет белоктар синтезделеді. Жоғарғы организмдердегі гендер өрекетінің реттелуінің мал шаруашылығы мен меди-цина үшін үшін маңызы өте зор. ДНҚ құрылымы белоктың химиялық құрылысы мен қызметін анықтайды. Даму процесінде және организм өмірінде синтезделген белок мөлшерінің де маңызы зор, ал ол гендер белсенділігінің реттелуіне байланысты болады. Белок синтезін реттеуші факторларды білсе, онтогенезді басқаруда көп мүмкіншілік берер еді, мысалы өте жоғары өнімді және түрлі тұқым қуатын ауруларға төзімді малдарды шығару т.с.с.