Транспорттық РНҚ-ның құрылымы мен қасиеттері.
Лекция жоспары:
1. ДНҚ транскрипциясы.
2. Генетикалық кода.
3. Белок биосинтезі. Трансляция процесі.
Лекция мақсаты:студенттерге ДНҚ транскрипциясы, белок биосинтезі, трансляция процесі, т-РНҚ-ның құрылымы және қасиеттері туралы түсініктер беру.
Лекция мәтіні:
1. ДНҚ транскрипциясы.ДНҚ бүкіл белоктардың синтезіне қатысады және олардың құрылысы мен қызметін анықтайды. Бірақ бірқатар зерттеулердің нәтижесі белок синтезінде ДНҚ-ның өзі тікелей матрица бола алмайтынын көрсетті. Бактериялардан басқа организмдердің клеткаларында ДНҚ негізінен клетка ядросындағы хромосомаларда жинақталады, ал белоктың синтезі цитоплазмада жүретіндігі белгілі. Олай болса, ДНҚ ядрода болып, ал белок синтезінің цитоплазмада өтетіндігінің өзі генетикалық информацияны ядродан цитоплазмаға алып баратын қандай болмасын бір аралық матрицаның бар екендігін көрсетеді. Ол информациялық РНҚ, қысқаша и-РНҚ. Сонда ДНҚ молекуласындағы генетикалық информация РНҚ-ға көшіріледі. Бұл процесті транскрипция деп атайды. Ол и-РНҚ-ның ДНҚ матрицасы негізінде синтезделуі арқылы жүзеге асады. Мұндай РНҚ-ның информациялық деп аталу себебі, ол ядро қабықшасының саңылаулары арқылы өтіп, цитоплазмадағы белок синтезделетін жерге генетикалық информацияны алып барады. и-РНҚ молекуласы арнайы фермент – РНҚ-полимеразаның қатысуымен ДНҚ-матрицаның бір тізбегі негізінде синтезделеді.
Нуклеотидтің жұптасуы комплементарлы принципте жүреді: и-РНҚ молекуласындағы орналасу ретіне сәйкес келеді, сонда гуанинге-цитозин, цитозинге-гуанин, тиминге-аденин, ал аденинге қарсы тиминнің орнына урацил орналасады.
ДНҚ матрицасында и-РНҚ-ның синтезделуі аяқталған соң, ол бірден цитоплазмаға өтіп, рибосомаға барып бекиді. Содан кейін белоктың синтезі басталады.
2. ДНҚ молекуласы қалайша белоктың биосинтезін анықтай алады дейтін болсақ ДНҚ да белок сияқты биополимер. ДНҚ жіпшесі де кезектесіп келіп отыратын мономерлердің тізбегінен тұрады. Белокта олардың саны 20 болса, ДНҚ-да бар болғаны 4-еу-ақ. Олар бізге белгілі нуклеотидтер – аденин, гуанин, цитозин және тимин. Қант пен фосфор қышқылы барлық нуклеотидтерде бірдей болғандықтан олар тек азотты негіздер арқылы ғана ажыратылады. Сондықтан ДНҚ молекулалары арасындағы айырмашылық азотты негіздердің орналасуына байланысты. Олардың ДНҚ молекуласындағы орналасу реті белок молекуласындағы амин қышқылдарының орналасу ретін анықтайды.
Олай болса, барлық организмдердің құрылысы мен қызметі және олардың ерекшеліктері ДНҚ молекуласындағы төрт түрлі азотты негіздердің комбинациясы арқылы анықталады. Синтезделетін белоктың құрамындағы орналасу ретін анықтайтын ДНҚ молекуласындағы азотты негіздердің тізбегін генетикалық кода деп атайды.
Генетикалық кодты немесе ДНҚ құрамына енетін азотты негіздерді алфавиттегі әріптермен салыстыруға болады. Сонда әртүрлі әріптерден белгілі бір мағына беретін сөздердің, олардан сөйлемнің құралатыны сияқты ДНҚ молекуласындағы төрт азотты негіздің орналасу реті белок молекуласының құрылымы мен қызметін анықтайды, басқаша айтқанда белоктың биосинтезі туралы информация ДНҚ молекуласында “жазылған”.
Тұқым қуалайтын информация нуклеин қышқылдарында төрт азотты негіз, ал белокта жиырма амин қышқылы түрінде “жазылғандықтан” генетикалық код сол екеуінің қарым-қатынасына байланысты болу керек.
Генетикалық кодты шешу үшін ең алдымен бір амин қышқылын неше нуклеотид анықтайтынын білу керек. Егер 20 амин қышқылының әр біреуін бір нуклеотид анықтайтын болса, ДНҚ құрамында 20 нуклеотид болу керек, бірақ олардың саны төртеу-ақ. Егер екі нуклеотидтен біріксе, ол 20 амин қышқылын анықтауға жеткіліксіз. Онда тек 16 амин қышқылын кодалай алады (42 =16). Ал үш нуклеотидтерден біріксе, 64 комбинациялар түзе алады (43=64). Бұл жағдайда кез-келген белокты синтездеуге жарайтын амин қышқылдарының жеткілікті мөлшерін кодалауға болады. Осылайша үш триплеттің бірігуін триплетті код деп атайды. Мұндай код бойынша бір амин қышқылын үш нуклеотид бірігіп анықтайды (мысалы, УУУ, ЦГЦ, АЦА т.с.с.). Белок молекуласы құрамына нақты бір амин қышқылының енуін анықтайтын ДНҚ тізбегінің үш нуклеотидтен тұратын бөлігін кодон деп атайды.
Генетикалық кодтың принципін шешіп алғаннан кейін қай триплеттің нақты қандай амин қышқылын анықтайтынын табу керек болды. Бұл күрделі мәселенің негізін америка биохимиктері М.Ниренберг пен Дж.Маттен салды. Олар 1961 ж. өздері жасаған тәжірибелері арқылы фенилаланин амин қышқылы синтезін анықтайтын триплетті ашты. Кейін 1962 ж. М.Ниренберг пен С.Очоа-ның лабораторияларында белок молекуласының құрамына енетін барлық 20 амин қышқылдарының триплеттері түгелімен анықталды.
Амин қышқылдарының көпшілігі бір емес, екі, үш немесе төрт түрлі триплеттер арқылы анықталады. Мысалы, метионин жалғыз триплет (АЦТ), лизин екі (ААА, ААГ), изолейцин үш (АУУ, АУЦ, АУА), сирин төрт (УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ) триплеттері арқылы анықталады.
3. Көптеген ғалымдардың жүргізген зертеулерінің негізінде 50-ші жылдардың ортасында белок биосинтезінің матрицалық теориясы ұсынылды. Бұл теория бойынша белок биосинтезі өте күрделі көп сатылы процесс. Оған ДНҚ, РНҚ-ның әртүрлері және түрлі ферменттер қатысады.
Әр белок өзіне тиісті матрица негізінде синтезделеді, оған сәйкес өзінің РНҚ-сы болады. и-РНҚ-ның бір молекуласы бір генге сәйкес келетін ДНҚ молекуласының бір бөлігіндегі нуклеотидтердің тізбегін транскрипциялай алады.
Осылайша түзілген и-РНҚ ядродан цитоплазмаға өтіп барып рибосомаға бекиді. Содан соң белоктың синтезі басталады. Ол төрт кезеңнен тұрады.
Бірінші кезең – амин қышқылдарының активтенуі, соның нәтижесінде олар бір-бірімен оңай әрекеттесіп полипептидтік тізбек құруға бейімделеді. Амин қышқылдарының активтенуіне АТФ-тың қатысы бар. Оның молекуласы қосылған кезде АТФ-тағы барлық энергия амин қышқылына беріледі, сөйтіп барып ол активтенеді. АТФ-тың амин қышқылымен байланысын арнайы фермент – аминоацил-РНҚ синтетаза катализдейді.
Екінші кезең – активтенген амин қышқылдарының рибосомаларға тасымалдануына байланысты. Бұл қызметті атқаратын тасымалдау РНҚ-сы (т-РНҚ). т-РНҚ-сының молекуласы и-РНҚ-ға қарағанда шағын келеді, 70-80 нуклеотидтен тұрады. Оның полинуклеотидті тізбегі орта кезінен иіліп, оның екі жартысы өзара спиральға оралады. т-РНҚ молекуласының бір ұшында информациялық-РНҚ тізбегіндегі тиісті кодонға комплементарлы азотты негіз болу керек, ал екінші ұшында белгілі бір амин қышқылын “танып алуға” қабілетті азотты негіз болады. Әрбір аминқышқылының өзіне тән тасымалдау-РНҚ-сы болады. Олай болса т-РНҚ-лардың түрлері жиырмадан кем болмауы керек. Әрбір т-РНҚ молекуласы өзіне тиісті амин қышқылымен қосылады. Сөйтіп т-РНҚ белок биосинтезінде и-РНҚ-матрицаның триплеттеріне сәйкес келетін амин қышқылдарын тасымалдайды. Бұл процесті рекогниция деп атайды.
Үшінші кезең – амин қышқылдарының и-РНҚ-дағы нуклеотидтердің орналасу ретіне сәйкес тізбектелуінен басталып, белок молекуласының түзілуімен аяқталады. Бұл процесті трансляция деп атайды. Ол пептидполимераза ферментінің қатысуымен рибосомаларда жүреді. Рибосома белок пен РНҚ-дан тұрады. Ол РНҚ рибосомалық РНҚ (Р-РНҚ) деп аталады.
Рибосомалар өзара байланысып полисомалар деп аталатын топ құрайды. и-РНҚ жіпшесінің бір ұшына бекіп алған рибосома т-РНҚ тасымалдап әкелген активтенген амин қышқылдарынан полипептидті тізбекті синтездей бастайды. Белгілі бір бағытта жылжи отырып ол үш нуклеотидтен (триплет) шығарып тастап, ал полипептидті тізбекке бір-бір аминқышқылынан қосып алып отырады. и-РНҚ тізбегінің екінші ұшына жеткен кезде рибосома одан ажырап кетеді де нәтижесінде жаңа белок молекуласы синтезделіп шығады.
Төртінші кезең. Бұл кезде полипептидті тізбектің бір ізді молекуласы өзгеріп, қомақтылау болып көрінеді. Түзілетін сутекті байланыстардың әсерінен полипептидті тізбек спиральға оралады және белок молекуласы биологиялық тұрғыда активті конфигурация қалпына келеді.
Қорыта айтқанда, белок биосинтезінде басты рольді ДНҚ атқарады. Оның тізбегіндегі кодалаушы триплеттің орналасуына сәйкес информациялық РНҚ молекуласы синтезделеді. Соның негізінде барып белок молекуласы түзіледі.
Сөйтіп, тұқым қуалайтын информация немесе организмнің бойындағы барлық белгілер мен қасиеттердің дамып қалыптасуының жобасы ДНҚ молекуласында болады, ал тұқым қуалаушылық белок биосинтезі арқылы жүзеге асады.
Бақылау сұрақтары:
1. Транскрипция деген не?
2. Генетикалық кода деген не?
3. Триплетті код деген не?
4. Кодон деген не?
5. Белок биосинтезі неше кезеңнен тұрады?
6. Трансляция деген не?
7. т-РНҚ-лардың құрылымы және қаситеттері қандай?