Բջջում սպիտակուցի սինթեզ - նկարագրություն, գործընթացի գործառույթներ: Սպիտակուցի սինթեզը բջջում - նկարագրություն, գործընթացի գործառույթներ Բջջի կառուցվածքը, որը պատասխանատու է սպիտակուցի սինթեզի համար

Կենսաբանական սինթեզի ռեակցիաների ամբողջությունը կոչվում է պլաստիկ փոխանակում կամ յուրացում։ Փոխանակման այս տեսակի անվանումն արտացոլում է դրա էությունը՝ արտաքինից բջիջ ներթափանցող պարզ նյութերից առաջանում են բջջի նյութերին նման նյութեր։

Դիտարկենք պլաստիկ նյութափոխանակության ամենակարևոր ձևերից մեկը՝ սպիտակուցի կենսասինթեզը: Սպիտակուցների հատկությունների ամբողջ բազմազանությունը, ի վերջո, որոշվում է առաջնային կառուցվածքով, այսինքն՝ ամինաթթուների հաջորդականությամբ: Էվոլյուցիայի միջոցով ընտրված ամինաթթուների հսկայական թվով եզակի համակցություններ վերարտադրվում են նուկլեինաթթուների սինթեզով ազոտային հիմքերի այնպիսի հաջորդականությամբ, որը համապատասխանում է սպիտակուցների ամինաթթուների հաջորդականությանը: Պոլիպեպտիդային շղթայում յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է երեք նուկլեոտիդների համակցությանը՝ եռյակ:

Կենսասինթեզում ժառանգական տեղեկատվության իրացման գործընթացն իրականացվում է երեք տեսակի ռիբոնուկլեինաթթուների մասնակցությամբ՝ տեղեկատվական (մատրիքս)՝ mRNA (mRNA), ռիբոսոմային՝ rRNA և տրանսպորտային՝ tRNA։ Բոլոր ռիբոնուկլեինաթթուները սինթեզվում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլի համապատասխան հատվածներում։ Դրանք ԴՆԹ-ից շատ ավելի փոքր են և նուկլեոտիդների մեկ շղթա են։ Նուկլեոտիդները պարունակում են ֆոսֆորաթթվի մնացորդ (ֆոսֆատ), պենտոզա շաքար (ռիբոզ) և չորս ազոտային հիմքերից մեկը՝ ադենին, ցիտոզին, գուանին և ուրացիլ։ Ազոտային հիմքը՝ ուրացիլը, լրացնում է ադենինին։

Կենսասինթեզի գործընթացը բարդ է և ներառում է մի շարք քայլեր՝ տառադարձում, միացում և թարգմանություն։

Առաջին փուլը (տրանսկրիպցիան) տեղի է ունենում բջջի միջուկում՝ mRNA-ն սինթեզվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի որոշակի գենի տեղում։ Այս սինթեզն իրականացվում է ֆերմենտների համալիրի մասնակցությամբ, որոնցից հիմնականը ԴՆԹ-կախյալ ՌՆԹ պոլիմերազն է, որը միանում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի սկզբնական (սկզբնական) կետին, արձակում կրկնակի պարույրը և շարժվելով մեկով։ շղթաներ, սինթեզում է իր կողքին mRNA-ի լրացուցիչ շղթա: Տրանսկրիպցիայի արդյունքում mRNA-ն պարունակում է գենետիկական տեղեկատվություն նուկլեոտիդների հաջորդական փոփոխության տեսքով, որի կարգը ճշգրիտ պատճենված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի համապատասխան հատվածից (գենից):

Հետագա ուսումնասիրությունները ցույց են տվել, որ այսպես կոչված պրո-մՌՆԹ-ն սինթեզվում է տրանսկրիպցիայի ժամանակ՝ թարգմանության մեջ ներգրավված հասուն մՌՆԹ-ի նախադրյալը: Pro-mRNA-ն շատ ավելի մեծ է և պարունակում է բեկորներ, որոնք չեն կոդավորում համապատասխան պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզը: ԴՆԹ-ում, rRNA-ն, tRNA-ն և պոլիպեպտիդները կոդավորող շրջանների հետ մեկտեղ, կան բեկորներ, որոնք չեն պարունակում գենետիկ տեղեկատվություն: Դրանք կոչվում են ինտրոններ՝ ի տարբերություն կոդավորման բեկորների, որոնք կոչվում են էկզոններ։ Ինտրոնները հայտնաբերված են ԴՆԹ-ի մոլեկուլների շատ շրջաններում: Այսպիսով, օրինակ, մեկ գենում՝ հավի օվալբումինը կոդավորող ԴՆԹ-ի շրջան, կա 7 ինտրոն, առնետի շիճուկի ալբումինի գենում՝ 13 ինտրոն։ Ինտրոնի երկարությունը տատանվում է երկու հարյուրից մինչև հազար զույգ ԴՆԹ նուկլեոտիդների միջև: Ինտրոնները կարդացվում են (տառադարձվում) էկզոնների հետ միաժամանակ, ուստի պրո-մՌՆԹ-ն զգալիորեն ավելի երկար է, քան հասուն մՌՆԹ-ն։ ՊրոմՌՆԹ-ի միջուկում ինտրոնները կտրվում են հատուկ ֆերմենտների միջոցով, իսկ էկզոնների բեկորները «կցվում» են իրար խիստ հերթականությամբ։ Այս գործընթացը կոչվում է միացում: Սպլայնացման գործընթացում ձևավորվում է հասուն mRNA, որը պարունակում է միայն այն տեղեկատվությունը, որն անհրաժեշտ է համապատասխան պոլիպեպտիդի, այսինքն՝ կառուցվածքային գենի տեղեկատվական մասի սինթեզի համար։

Ինտրոնների նշանակությունը և գործառույթները դեռևս լիովին պարզված չեն, սակայն հաստատվել է, որ եթե ԴՆԹ-ում կարդացվեն միայն էկզոնների որոշ հատվածներ, հասուն mRNA չի ձևավորվում: Միացման գործընթացը ուսումնասիրվել է՝ օգտագործելով օվալբումինի գենը որպես օրինակ: Այն պարունակում է մեկ էկզոն և 7 ինտրոն։ Նախ, ԴՆԹ-ի վրա սինթեզվում է 7700 նուկլեոտիդ պարունակող պրո-մՌՆԹ: Այնուհետև պրո-մՌՆԹ-ում նուկլեոտիդների թիվը նվազում է մինչև 6800, այնուհետև մինչև 5600, 4850, 3800, 3400 և այլն, մինչև էկզոնին համապատասխանող 1372 նուկլեոտիդ։ 1372 նուկլեոտիդ պարունակող mRNA-ն միջուկից դուրս է գալիս ցիտոպլազմա, մտնում է ռիբոսոմ և սինթեզում համապատասխան պոլիպեպտիդը։

Կենսասինթեզի հաջորդ փուլը՝ թարգմանությունը, տեղի է ունենում ռիբոսոմների վրա գտնվող ցիտոպլազմում՝ tRNA-ի մասնակցությամբ։

Տրանսֆերային ՌՆԹ-ները սինթեզվում են միջուկում, բայց գործում են ազատ վիճակում՝ բջջի ցիտոպլազմայում։ Մեկ tRNA մոլեկուլը պարունակում է 76-85 նուկլեոտիդ և ունի բավականին բարդ կառուցվածք, որը նման է երեքնուկի տերևին: Առանձնահատուկ նշանակություն ունեն tRNA-ի երեք բաժիններ. 1) հակակոդոն, որը բաղկացած է երեք նուկլեոտիդներից, որը որոշում է tRNA-ի կցման վայրը ռիբոսոմի համապատասխան կոմպլեմենտար կոդոնին (mRNA). 2) տեղ, որը որոշում է tRNA-ի առանձնահատկությունը, տվյալ մոլեկուլի կարողությունը կպչել միայն կոնկրետ ամինաթթվին. 3) ընդունող տեղամաս, որին կցված է ամինաթթու. Այն նույնն է բոլոր tRNA-ների համար և բաղկացած է երեք նուկլեոտիդներից՝ C-C-A: Ամինաթթվի միացումը tRNA-ին նախորդում է նրա ակտիվացումը ամինասիլ-tRNA սինթետազ ֆերմենտի կողմից։ Այս ֆերմենտը հատուկ է յուրաքանչյուր ամինաթթվի համար: Ակտիվացված ամինաթթուն կցվում է համապատասխան tRNA-ին և նրա կողմից առաքվում ռիբոսոմին։

Թարգմանության մեջ կենտրոնական տեղը պատկանում է ռիբոսոմներին՝ ցիտոպլազմայի ռիբոնուկլեոպրոտեինային օրգանելներին, որոնք առկա են դրանում շատերում։ Ռիբոսոմների չափերը պրոկարիոտներում միջինում 30x30x20 նմ է, էուկարիոտներում՝ 40x40x20 նմ։ Սովորաբար դրանց չափերը որոշվում են նստվածքի միավորներով (S) - համապատասխան միջավայրում ցենտրիֆուգման ժամանակ նստվածքի արագությունը: Escherichia coli-ի բակտերիայում ռիբոսոմն ունի 70S չափ և բաղկացած է երկու ենթամասնիկներից, որոնցից մեկն ունի 30S հաստատուն, երկրորդը՝ 50S, պարունակում է 64% ռիբոսոմային ՌՆԹ և 36% սպիտակուց։

mRNA մոլեկուլը միջուկից դուրս է գալիս ցիտոպլազմա և միանում ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորին։ Թարգմանությունը սկսվում է այսպես կոչված մեկնարկային կոդոնով (սինթեզի նախաձեռնող) - A-U-G-: Երբ tRNA-ն ակտիվացված ամինաթթու է փոխանցում ռիբոսոմին, նրա հակակոդոնը ջրածնային կապով է կապված mRNA-ի կոմպլեմենտար կոդոնի նուկլեոտիդների հետ։ Համապատասխան ամինաթթուով tRNA-ի ընդունող ծայրը կցվում է ռիբոսոմի մեծ ենթամիավորի մակերեսին։ Առաջին ամինաթթուից հետո մեկ այլ tRNA առաքում է հաջորդ ամինաթթուն, և այդպիսով ռիբոսոմի վրա սինթեզվում է պոլիպեպտիդային շղթա։ mRNA մոլեկուլը սովորաբար աշխատում է միանգամից մի քանի (5-20) ռիբոսոմների վրա՝ կապված պոլիսոմների հետ։ Պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի սկիզբը կոչվում է մեկնարկ, դրա աճը՝ երկարացում։ Պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների հաջորդականությունը որոշվում է mRNA-ի կոդոնների հաջորդականությամբ: Պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզը դադարում է, երբ mRNA-ի վրա հայտնվում է տերմինատոր կոդոններից մեկը՝ UAA, UAG կամ UGA: Տվյալ պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի ավարտը կոչվում է վերջացում։

Հաստատվել է, որ կենդանիների բջիջներում պոլիպեպտիդային շղթան մեկ վայրկյանում երկարանում է 7 ամինաթթուով, իսկ mRNA-ն ռիբոսոմի վրա առաջ է շարժվում 21 նուկլեոտիդով։ Բակտերիաների դեպքում այս գործընթացը երկու-երեք անգամ ավելի արագ է ընթանում:

Հետևաբար, սպիտակուցի մոլեկուլի առաջնային կառուցվածքի՝ պոլիպեպտիդ շղթայի սինթեզը տեղի է ունենում ռիբոսոմի վրա՝ մատրիցային ռիբոնուկլեինաթթվի նուկլեոտիդների փոփոխման կարգին համապատասխան՝ mRNA: Այն կախված չէ ռիբոսոմի կառուցվածքից։

Նախ, սահմանեք սպիտակուցների կենսասինթեզի քայլերի հաջորդականությունը՝ սկսած տրանսկրիպցիայից: Սպիտակուցի մոլեկուլների սինթեզի ընթացքում տեղի ունեցող գործընթացների ամբողջ հաջորդականությունը կարելի է միավորել 2 փուլի.

1. Տառադարձում.

2. Հեռարձակում.

Ժառանգական տեղեկատվության կառուցվածքային միավորները գեներն են՝ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատվածները, որոնք կոդավորում են որոշակի սպիտակուցի սինթեզը: Քիմիական կազմակերպման առումով պրո– և էուկարիոտների ժառանգականության և փոփոխականության նյութը սկզբունքորեն չի տարբերվում։ Դրանցում առկա գենետիկական նյութը ներկայացված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլում, տարածված է նաեւ ժառանգական տեղեկատվության եւ գենետիկ կոդը գրանցելու սկզբունքը։ Նույն ամինաթթուները պրո- և էուկարիոտներում գաղտնագրված են նույն կոդոններով:

Ժամանակակից պրոկարիոտային բջիջների գենոմը բնութագրվում է համեմատաբար փոքր չափերով, Էշերիխիա կոլիի ԴՆԹ-ն ունի օղակի ձև՝ մոտ 1 մմ երկարությամբ։ Այն պարունակում է 4 x 10 6 բազային զույգեր, որոնք կազմում են մոտ 4000 գեն։ 1961թ.-ին Ֆ. Ջեյքոբը և Ջ. Մոնոդը հայտնաբերեցին պրոկարիոտային գեների սիստրոնիկ կամ շարունակական կազմակերպումը, որոնք ամբողջությամբ բաղկացած են կոդավորող նուկլեոտիդային հաջորդականություններից, և դրանք ամբողջությամբ իրականացվում են սպիտակուցի սինթեզի ժամանակ: Պրոկարիոտների ԴՆԹ-ի մոլեկուլի ժառանգական նյութը գտնվում է անմիջապես բջջի ցիտոպլազմայում, որտեղ գտնվում են նաև tRNA-ն և գեների արտահայտման համար անհրաժեշտ ֆերմենտները: Արտահայտությունը գեների ֆունկցիոնալ ակտիվությունն է կամ գեների էքսպրեսիան: Հետևաբար, ԴՆԹ-ի հետ սինթեզված mRNA-ն ի վիճակի է անմիջապես հանդես գալ որպես ձևանմուշ սպիտակուցի սինթեզի թարգմանության գործընթացում։

Էուկարիոտների գենոմը շատ ավելի ժառանգական նյութ է պարունակում։ Մարդկանց մոտ ԴՆԹ-ի ընդհանուր երկարությունը քրոմոսոմների դիպլոիդ հավաքածուում կազմում է մոտ 174 սմ, այն պարունակում է 3 x 10 9 բազային զույգ և ներառում է մինչև 100000 գեն: 1977 թվականին էուկարիոտիկ գեների մեծ մասի կառուցվածքում հայտնաբերվեց դադար, որը կոչվում էր «մոզաիկա» գեն։ Այն ունի կոդավորող նուկլեոտիդային հաջորդականություններ էկզոնիկԵվ ինտրոնհողամասեր. Սպիտակուցի սինթեզի համար օգտագործվում է միայն էկզոնի տեղեկատվությունը: Ինտրոնների թիվը տարբեր գեներում տարբեր է։ Պարզվել է, որ հավի օվալբումինի գենը ներառում է 7 ինտրոն, իսկ կաթնասունների պրոկոլագենի գենը` 50: Լուռ ԴՆԹ-ի` ինտրոնների գործառույթները լիովին պարզաբանված չեն: Ենթադրվում է, որ դրանք ապահովում են՝ 1) քրոմատինի կառուցվածքային կազմակերպումը. 2) նրանցից ոմանք ակնհայտորեն ներգրավված են գեների արտահայտման կարգավորման մեջ. 3) ինտրոնները կարող են դիտվել որպես փոփոխականության համար տեղեկատվության պահեստ. 4) նրանք կարող են պաշտպանիչ դեր խաղալ՝ ստանձնելով մուտագենների գործողությունը։

Տառադարձում

Բջջային միջուկում տեղեկատվության վերագրանցման գործընթացը ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մի մասից դեպի mRNA մոլեկուլ (mRNA) կոչվում է. արտագրում(լատ. Transcriptio - վերաշարադրում): Սինթեզվում է գենի առաջնային արտադրանքը՝ mRNA: Սա սպիտակուցի սինթեզի առաջին քայլն է: ԴՆԹ-ի համապատասխան հատվածում ՌՆԹ պոլիմերազային ֆերմենտը ճանաչում է տրանսկրիպցիայի մեկնարկի նշանը. նախադիտումԵլակետ համարվում է ԴՆԹ-ի առաջին նուկլեոտիդը, որը ֆերմենտի կողմից ներառված է ՌՆԹ-ի տրանսկրիպտում։ Որպես կանոն, կոդավորման շրջանները սկսվում են AUG կոդոնով, երբեմն GUG-ն օգտագործվում է բակտերիաների մեջ։ Երբ ՌՆԹ պոլիմերազը կապվում է խթանողին, ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը տեղայնորեն չի պտտվում, և շղթաներից մեկը պատճենվում է փոխլրացման սկզբունքի համաձայն: mRNA-ն սինթեզվում է, դրա հավաքման արագությունը հասնում է վայրկյանում 50 նուկլեոտիդների։ Քանի որ ՌՆԹ պոլիմերազը շարժվում է, mRNA շղթան աճում է, և երբ ֆերմենտը հասնում է պատճենահանման վայրի ավարտին, տերմինատոր, mRNA-ն հեռանում է կաղապարից։ Ֆերմենտի հետևում գտնվող ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրը վերականգնվում է:

Պրոկարիոտների տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում։ Շնորհիվ այն բանի, որ ԴՆԹ-ն ամբողջությամբ բաղկացած է կոդավորող նուկլեոտիդային հաջորդականություններից, հետևաբար, սինթեզված mRNA-ն անմիջապես գործում է որպես թարգմանության ձևանմուշ (տես վերևում):

Էուկարիոտներում mRNA-ի տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում միջուկում: Այն սկսվում է խոշոր մոլեկուլների՝ պրեկուրսորների (պրոմՌՆԹ) սինթեզով, որը կոչվում է անհասուն կամ միջուկային ՌՆԹ:Գենի առաջնային արտադրանքը՝ պրո-մՌՆԹ-ն տառադարձված ԴՆԹ-ի տարածքի ճշգրիտ պատճենն է, ներառում է էկզոններ և ինտրոններ: Պրեկուրսորներից հասուն ՌՆԹ-ի մոլեկուլների առաջացման գործընթացը կոչվում է վերամշակում. mRNA-ի հասունացումը տեղի է ունենում splicingֆերմենտներով հատումներ են սահմանափակելինտրոններ և տեղամասերի միացում արտագրված էկզոնային հաջորդականությունների հետ լիգազի ֆերմենտների միջոցով: (նկ.) Հասուն mRNA-ն շատ ավելի կարճ է, քան պրո-mRNA պրեկուրսոր մոլեկուլները, դրանցում ինտրոնների չափերը տատանվում են 100-ից մինչև 1000 նուկլեոտիդների կամ ավելի: Ինտրոնները կազմում են բոլոր անհաս մՌՆԹ-ի մոտ 80%-ը:

Հիմա ցույց է տրվել, որ դա հնարավոր է այլընտրանքային միացում,որոնցում նուկլեոտիդային հաջորդականությունները կարող են ջնջվել մեկ առաջնային տառադարձումից նրա տարբեր շրջաններում և կձևավորվեն մի քանի հասուն mRNA-ներ: Այս տեսակի զուգավորումը բնորոշ է կաթնասունների իմունոգոլոբուլինների գենային համակարգին, ինչը հնարավորություն է տալիս տարբեր տեսակի հակամարմիններ ձևավորել մեկ mRNA տառագրի հիման վրա:

Մշակման ավարտից հետո հասուն mRNA-ն ընտրվում է միջուկից դուրս գալուց առաջ: Հաստատվել է, որ հասուն մՌՆԹ-ի միայն 5%-ն է մտնում ցիտոպլազմա, իսկ մնացածը ճեղքվում է միջուկում։

Հեռարձակում

Թարգմանություն (lat. Translatio - փոխանցում, փոխանցում) - mRNA մոլեկուլի նուկլեոտիդային հաջորդականության մեջ պարունակվող տեղեկատվության թարգմանությունը պոլիպեպտիդային շղթայի ամինաթթուների հաջորդականության մեջ (նկ. 10): Սա սպիտակուցի սինթեզի երկրորդ փուլն է։ Հասուն մՌՆԹ-ի փոխանցումը միջուկային ծածկույթի ծակոտիներով արտադրում է հատուկ սպիտակուցներ, որոնք բարդույթ են կազմում ՌՆԹ-ի մոլեկուլի հետ: Ի լրումն mRNA փոխադրման, այս սպիտակուցները պաշտպանում են mRNA-ն ցիտոպլազմային ֆերմենտների վնասակար ազդեցությունից: Թարգմանության գործընթացում tRNA-ները կենտրոնական դեր են խաղում, նրանք ապահովում են ամինաթթվի ճշգրիտ համապատասխանությունը mRNA եռյակի կոդի հետ: Թարգմանություն-վերծանման գործընթացը տեղի է ունենում ռիբոսոմներում և իրականացվում է 5-ից 3 ուղղությամբ: mRNA-ի և ռիբոսոմների համալիրը կոչվում է պոլիսոմ:

Թարգմանությունը կարելի է բաժանել երեք փուլի՝ սկիզբ, երկարացում և ավարտ:

Ընդունելը.

Այս փուլում հավաքվում է սպիտակուցի մոլեկուլի սինթեզում ներգրավված ամբողջ համալիրը։ ՄՌՆԹ-ի որոշակի տեղամասում կա երկու ռիբոսոմի ենթամիավորների միավորում, դրան կցված է առաջին ամինացիլը՝ tRNA-ն, և դա սահմանում է տեղեկատվության ընթերցման շրջանակը: Ցանկացած mRNA մոլեկուլ պարունակում է տեղ, որը լրացնում է ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորի rRNA-ին և հատուկ վերահսկվում է նրա կողմից: Դրա կողքին գտնվում է մեկնարկային մեկնարկային կոդոն AUG, որը կոդավորում է ամինաթթու մեթիոնինը։

Երկարացում

- այն ներառում է բոլոր ռեակցիաները՝ սկսած առաջին պեպտիդային կապի ձևավորման պահից մինչև վերջին ամինաթթվի կցումը։ Ռիբոսոմն ունի երկու տեղ՝ tRNA երկու մոլեկուլների միացման համար։ Առաջին t-RNA-ն ամինաթթվի մեթիոնինով գտնվում է մեկ հատվածում՝ պեպտիդիլում (P), և դրանից սկսվում է ցանկացած սպիտակուցի մոլեկուլի սինթեզը։ Երկրորդ t-RNA մոլեկուլը մտնում է ռիբոսոմի երկրորդ տեղամաս՝ ամինացիլ (A) և միանում նրա կոդոնին։ Պեպտիդային կապ է ձևավորվում մեթիոնինի և երկրորդ ամինաթթվի միջև։ Երկրորդ tRNA-ն իր mRNA կոդոնի հետ շարժվում է դեպի պեպտիդիլ կենտրոն։ tRNA-ի շարժումը պոլիպեպտիդային շղթայով ամինոացիլ կենտրոնից դեպի պեպտիդիլ կենտրոն ուղեկցվում է ռիբոսոմի առաջխաղացմամբ mRNA-ի երկայնքով մեկ կոդոնին համապատասխան քայլով։ tRNA-ն, որը մատակարարել է մեթիոնինը, վերադառնում է ցիտոպլազմա, և ամնոացիլ կենտրոնն ազատվում է: Այն ստանում է նոր t-RNA՝ հաջորդ կոդոնով գաղտնագրված ամինաթթուով: Երրորդ և երկրորդ ամինաթթուների միջև ձևավորվում է պեպտիդային կապ, իսկ երրորդ tRNA-ն mRNA կոդոնի հետ միասին շարժվում է դեպի պեպտիդիլ կենտրոն։Երկարացման պրոցեսը, սպիտակուցային շղթայի երկարացումը։ Այն շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև երեք կոդոններից մեկը, որոնք չեն կոդավորում ամինաթթուները, մտնի ռիբոսոմ: Սա տերմինատոր կոդոն է և դրա համար չկա համապատասխան tRNA, ուստի tRNA-ներից ոչ մեկը չի կարող տեղ զբաղեցնել ամինացիլ կենտրոնում։

Ավարտ

- պոլիպեպտիդների սինթեզի ավարտը. Այն կապված է վերջնակետային կոդոններից մեկի (UAA, UAG, UGA) հատուկ ռիբոսոմային սպիտակուցի ճանաչման հետ, երբ այն մտնում է ամինացիլ կենտրոն: Ռիբոսոմին կցվում է վերջացման հատուկ գործոն, որը նպաստում է ռիբոսոմի ենթամիավորների բաժանմանը և սինթեզված սպիտակուցի մոլեկուլի արտազատմանը։ Ջուրը կցվում է պեպտիդի վերջին ամինաթթվին և նրա կարբոքսիլային ծայրը առանձնանում է tRNA-ից։

Պեպտիդային շղթայի հավաքումն իրականացվում է մեծ արագությամբ։ 37°C ջերմաստիճանի բակտերիաներում այն ​​արտահայտվում է պոլիպեպտիդին վայրկյանում 12-ից 17 ամինաթթուների ավելացմամբ: Էուկարիոտիկ բջիջներում պոլիպեպտիդին մեկ վայրկյանում ավելացվում են երկու ամինաթթուներ։

Այնուհետև սինթեզված պոլիպեպտիդային շղթան մտնում է Գոլջիի համալիր, որտեղ ավարտվում է սպիտակուցի մոլեկուլի կառուցումը (երկրորդ, երրորդ, չորրորդ կառույցները հաջորդաբար հայտնվում են)։ Այստեղ սպիտակուցի մոլեկուլների կոմպլեքս կա ճարպերի և ածխաջրերի հետ:

Սպիտակուցների կենսասինթեզի ողջ գործընթացը ներկայացված է սխեմայի տեսքով՝ DNA ® pro mRNA ® mRNA ® պոլիպեպտիդային շղթա ® սպիտակուց ® սպիտակուցի կոմպլեքսավորում և դրանց փոխակերպում ֆունկցիոնալ ակտիվ մոլեկուլների։

Ժառանգական տեղեկատվության իրականացման փուլերը նույնպես ընթանում են նույն կերպ. նախ այն տառադարձվում է mRNA-ի նուկլեոտիդային հաջորդականությանը, այնուհետև վերածվում է ռիբոսոմների վրա պոլիպեպտիդի ամինաթթուների հաջորդականության՝ tRNA-ի մասնակցությամբ:

Էուկարիոտների տրանսկրիպցիան իրականացվում է երեք միջուկային ՌՆԹ պոլիմերազների ազդեցության ներքո։ ՌՆԹ պոլիմերազ 1-ը գտնվում է միջուկում և պատասխանատու է rRNA գեների տրանսկրիպացիայի համար։ ՌՆԹ պոլիմերազ 2-ը հայտնաբերված է միջուկային հյութում և պատասխանատու է mRNA պրեկուրսորի սինթեզի համար: ՌՆԹ պոլիմերազ 3-ը միջուկային հյութի փոքր մասն է, որը սինթեզում է փոքր rRNA-ներ և tRNA-ներ: ՌՆԹ պոլիմերազները հատուկ ճանաչում են տրանսկրիպցիոն խթանողի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը: Էուկարիոտիկ mRNA-ն սկզբում սինթեզվում է որպես պրեկուրսոր (pro-mRNA), որի վրա դուրս է գրվում էկզոններից և ինտրոններից ստացված տեղեկատվությունը: Սինթեզված mRNA-ն ավելի մեծ է, քան անհրաժեշտ է թարգմանության համար և պակաս կայուն է:

mRNA մոլեկուլի հասունացման գործընթացում սահմանափակող ֆերմենտների օգնությամբ ինտրոնները կտրվում են, իսկ լիգազի ֆերմենտների օգնությամբ էկզոնները կարվում։ mRNA-ի հասունացումը կոչվում է վերամշակում, իսկ էկզոնների միացումը՝ սպլայսինգ։ Այսպիսով, հասուն mRNA-ն պարունակում է միայն էկզոններ և շատ ավելի կարճ է, քան իր նախորդը՝ պրո-mRNA-ն։ Ինտրոնի չափերը տատանվում են 100-ից 10000 նուկլեոտիդների կամ ավելի: Ինտոնները կազմում են բոլոր անհաս մՌՆԹ-ի մոտ 80%-ը: Ներկայումս ապացուցված է այլընտրանքային զուգավորման հնարավորությունը, որի դեպքում նուկլեոտիդային հաջորդականությունները կարող են ջնջվել մեկ առաջնային տառադարձումից նրա տարբեր շրջաններում և կձևավորվեն մի քանի հասուն mRNA-ներ: Այս տեսակի զուգավորումը բնորոշ է կաթնասունների իմունոգոլոբուլինների գենային համակարգին, ինչը հնարավորություն է տալիս տարբեր տեսակի հակամարմիններ ձևավորել մեկ mRNA տառագրի հիման վրա: Վերամշակման ավարտից հետո հասուն mRNA-ն ընտրվում է նախքան միջուկից ցիտոպլազմա դուրս գալը: Հաստատվել է, որ հասուն մՌՆԹ-ի միայն 5%-ն է մտնում, իսկ մնացածը ճեղքվում է միջուկում։ Էուկարիոտ գեների առաջնային տրանսկրիպտոնների փոխակերպումը, կապված նրանց էկզոն-ինտրոնի կազմակերպման հետ և կապված հասուն mRNA-ի միջուկից ցիտոպլազմա անցնելու հետ, որոշում է էուկարիոտների գենետիկական տեղեկատվության իրացման առանձնահատկությունները: Հետևաբար, էուկարիոտական ​​խճանկարի գենը ցիստրոնոմի գեն չէ, քանի որ ԴՆԹ-ի ոչ ամբողջ հաջորդականությունն է օգտագործվում սպիտակուցի սինթեզի համար:

Գենների վերարտադրությունը և գործողությունը կապված են մատրիցային գործընթացների հետ՝ մակրոմոլեկուլների՝ ԴՆԹ, ՌՆԹ, սպիտակուցների սինթեզ։ Վերարտադրությունը վերևում արդեն դիտարկվել է որպես գենետիկ տեղեկատվության վերարտադրումն ապահովող գործընթաց: Ժամանակակից գեների տեսությունը՝ մոլեկուլային գենետիկայի ձեռքբերումը, ամբողջությամբ հիմնված է կենսաքիմիայի հաջողության վրա մատրիցային գործընթացների ուսումնասիրության մեջ: Ընդհակառակը, գենետիկական վերլուծության մեթոդը զգալի ներդրում ունի մատրիցային գործընթացների ուսումնասիրության մեջ, որոնք իրենք էլ գենետիկ հսկողության տակ են: Գենի գործողությունը ապահովում է արտագրումկամ ՌՆԹ սինթեզ և հեռարձակում, կամ սպիտակուցի սինթեզ (նկ. 5.23):

Բրինձ. 5.23. ՌՆԹ պոլիմերազով ԴՆԹ-ի տրանսկրիպցիայի և թարգմանության գործընթացի սխեման. բայց- տառադարձման ընդհանուր սխեման. Սլաքը ցույց է տալիս այն ուղղությունը, որով ԴՆԹ-ի կաղապարը շարժվում է ՌՆԹ պոլիմերազի մոլեկուլով; բ - երկու փուլ՝ տառադարձում և թարգմանություն

Սպիտակուցների սինթեզի գործընթացը սկսվում է ԴՆԹ-ի արտագրումից (ինչպես քննարկվել է վերևում): Հաջորդ գործընթացը mRNA թարգմանությունն է:

mRNA թարգմանությունսպիտակուցի սինթեզ է ռիբոսոմների վրա՝ ուղղված mRNA ձևանմուշով: Այս դեպքում տեղեկատվությունը նուկլեինաթթուների քառատառ այբուբենից թարգմանվում է պոլիպեպտիդային շղթաների ամինաթթուների հաջորդականությունների քսանտառ այբուբենին։

Այս գործընթացում կա երեք փուլ.

• 1. Ազատ ամինաթթուների ակտիվացում՝ առաջացում aminoacyladenylatesյուրաքանչյուր ամինաթթվի համար հատուկ ֆերմենտների հսկողության ներքո ամինաթթուների ATP-ի հետ փոխազդեցության արդյունքում։ Այս ֆերմենտներն են aminoacyl-tRNA սինթետազ -մասնակցել հաջորդ փուլին.
• 2. tRNA-ի ամինոացիլացիա - ամինաթթուների մնացորդների կցումը tRNA-ին tRNA-ի և aminoacyl-tRNA սինթետազային համալիրի փոխազդեցությամբ aminoacyladenylates-ի հետ: Այս դեպքում յուրաքանչյուր ամինաթթվի մնացորդ կցվում է tRNA-ի իր հատուկ դասին:
• 3. Իրականում ամինաթթուների մնացորդների թարգմանություն կամ պոլիմերացում՝ պեպտիդային կապերի ձևավորմամբ։

Այսպիսով, թարգմանության ժամանակ mRNA-ում նուկլեոտիդների հաջորդականությունը թարգմանվում է սինթեզված սպիտակուցի մոլեկուլում ամինաթթուների համապատասխան, խիստ կարգավորված հաջորդականության։

Ազդանշան հեռարձակման մեկնարկըպրո- և էուկարիոտներում AUG կոդոնը ծառայում է, եթե այն գտնվում է mRNA-ի սկզբում: Այս դեպքում այն ​​«ճանաչվում է» մասնագիտացված մեկնարկող ֆորմիլմեթիոնինի (բակտերիաների մեջ) կամ մեթիոնինի (էուկարիոտների մոտ) tRNA-ի կողմից: Այլ դեպքերում, AUG կոդոնը «կարդում» է որպես մեթիոնին (տես Աղյուսակ 5.4.): Կոդոն GUG-ը կարող է նաև ծառայել որպես մեկնարկային ազդանշան: Այս փոխազդեցությունը տեղի է ունենում ռիբոսոմի վրա՝ նրա ամինացիլ կենտրոնում (N-կենտրոն), որը գտնվում է հիմնականում ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորի վրա։

Մեսսենջեր ՌՆԹ-ի AUG կոդոնի, ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորի և ֆորմիլմեթիոնիլ-tRNA-ի փոխազդեցությունը ձևավորվում է մեկնարկային համալիր.Այս փոխազդեցության էությունն այն է, որ tRNA-ն, որը գրավել և կրում է ամինաթթվի մոլեկուլը մեթիոնին, կցվում է mRNA-ի AUG կոդոնին իր հակակոդոնով UAC-ով (բակտերիաներում ֆորմիլմեթիոնինը կրող tRNA-ն նախաձեռնողն է): Այնուհետև ռիբոսոմի (505) մեծ ենթամիավորը միանում է այս բարդույթին, որը բաղկացած է ռիբոսոմի (305), mRNA և tRNA-ի փոքր ենթամիավորից։ Արդյունքում ձևավորվում է լիովին հավաքված ռիբոսոմ, ներառյալ մեկ mRNA մոլեկուլ և ամինաթթուով նախաձեռնող tRNA: Ռիբոսոմն ունի ամինացիլԵվ պեպտիդիլկենտրոններ։

Առաջին ամինաթթուն (մեթիոնինը) առաջինը մտնում է ամինացիլ կենտրոն։ Ռիբոսոմի ավելի մեծ ենթամիավորի միացման գործընթացում mRNA-ն տեղափոխում է մեկ կոդոն, tRNA-ն ամինացիլ կենտրոնից տեղափոխվում է պեպտիդիլ կենտրոն։ Հաջորդ mRNA կոդոնը մտնում է aminoacyl կենտրոն, որը կարող է կապվել հաջորդ aminoacyl-tRNA-ի հակակոդոնի հետ: Այս պահից սկսվում է թարգմանության երկրորդ փուլը. երկարացում,որի ընթացքում աճող պոլիպեպտիդային շղթային ամինաթթուների մոլեկուլների միացման ցիկլը կրկնվում է բազմիցս։ Այսպիսով, ռիբոսոմի ամինացիլային կենտրոնը, ըստ սուրհանդակ ՌՆԹ-ի կոդոնի, ստանում է հաջորդ ամինաթթուն կրող երկրորդ tRNA մոլեկուլը: Այս tRNA-ն իր հակակոդոնով կապվում է mRNA-ի կոմպլեմենտար կոդոնին: Անմիջապես, պեպտիդիլ տրանսֆերազայի օգնությամբ, նախորդ ամինաթթուն (մեթիոնին) իր կարբոքսիլ խմբի (COOH) միացվում է ամինո խմբին (NH 2): նոր մատակարարված ամինաթթու: Նրանց միջև ձևավորվում է պեպտիդային կապ (-CO-NH-): Այս դեպքում ջրի մոլեկուլ է արձակվում.

Արդյունքում, tRNA-ն, որն առաքում է մեթիոնինը, ազատվում է, և ամինոացիլ կենտրոնում գտնվող tRNA-ին արդեն կցվում է դիպեպտիդ: Երկարացման գործընթացի հետագա իրականացման համար ամինացիլ կենտրոնը պետք է ազատվի, ինչը տեղի է ունենում։

Թարգմանության գործընթացի արդյունքում dipstndyl-tRNA համալիրը տեղափոխվում է ամինացիլ կենտրոնից դեպի պեպտիդիլ։ Դա պայմանավորված է ռիբոսոմի մեկ կոդոնով տեղաշարժով՝ ֆերմենտի մասնակցությամբ translocasesև սպիտակուցի երկարացման գործոնը: Ազատված tRNA-ն և դրա հետ կապված mRNA կոդոնը դուրս են գալիս ռիբոսոմից: Հաջորդ tRNA-ն ամինաթթու է մատակարարում դատարկված ամինացիլ կենտրոնին՝ այնտեղ ստացված կոդոնի համաձայն: Այս ամինաթթուն կապված է նախորդ ամինաթթվի հետ պեպտիդային կապով: Այս դեպքում ռիբոսոմը առաջ է մղում ևս մեկ կոդոն, և գործընթացը կրկնվում է այնքան ժամանակ, մինչև երեք վերջնացիոն կոդոններից մեկը (անհեթեթ կոդոններ), այսինքն՝ UAA, UAG կամ UGA, մտնի ամինացիլ կենտրոն:

Այն բանից հետո, երբ ավարտական ​​կոդոնը մտնում է ռիբոսոմի ամինասիլ կենտրոն, սկսվում է պոլիպեպտիդների սինթեզի երրորդ փուլը. ավարտ.Այն սկսվում է մՌՆԹ-ի ավարտման կոդոնին սպիտակուցի վերջացման գործոններից մեկի կցմամբ, ինչը հանգեցնում է շղթայի հետագա երկարացման արգելափակմանը։ Սինթեզի դադարեցումը հանգեցնում է սինթեզված պոլիպեպտիդային շղթայի և ռիբոսոմի ենթամիավորների ազատմանը, որոնք այնուհետև տարանջատվում են և կարող են մասնակցել հաջորդ պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզին։

Ամբողջ թարգմանչական գործընթացը ուղեկցվում է GTP (գուանոզին տրիֆոսֆատ) մոլեկուլների տրոհմամբ, և անհրաժեշտ է լրացուցիչ սպիտակուցային գործոնների մասնակցություն, որոնք հատուկ են մեկնարկի (սկսման գործոններ), երկարացման (երկարացման գործոններ) և դադարեցման (վերջացման գործոններ) գործընթացներին: Այս սպիտակուցները ռիբոսոմի անբաժանելի մասն չեն, բայց կցվում են նրան թարգմանության որոշակի փուլերում։ Ընդհանուր առմամբ թարգմանության գործընթացը բոլոր օրգանիզմներում նույնն է։

Սպիտակուցների սինթեզի ընթացքում ձևավորված պոլիպեպտիդային շղթաները ենթարկվում են հետգրանուլյացիոն փոխակերպումների և հետագայում կատարում իրենց հատուկ գործառույթները։ Առաջնային կառուցվածքպոլիպեպտիդը որոշվում է դրանում ամինաթթուների հաջորդականությամբ: Պոլիպեպտիդային շղթաները ինքնաբերաբար կազմում են որոշակի երկրորդականկառուցվածքը, որը որոշվում է ամինաթթուների մնացորդների կողային խմբերի բնույթով (ա–խխունջ, ծալված P–շերտ, պատահական կծիկ)։ Այս բոլոր և այլ կառուցվածքային առանձնահատկությունները սահմանում են որոշ ֆիքսված եռաչափ կոնֆիգուրացիա, որը կոչվում է երրորդական(կամ պոլիպեպտիդի տարածական) կառուցվածքը, որն արտացոլում է այս պոլիպեպտիդային շղթան ծալված եռաչափ տարածության մեջ։

Սպիտակուցները կարող են կազմված լինել մեկ կամ մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաներից։ Երկրորդ դեպքում դրանք կոչվում են օլիգոմերային սպիտակուցներ.Դրանք բնութագրվում են որոշակի չորրորդական կառուցվածք։Այս տերմինը վերաբերում է սպիտակուցի ընդհանուր կոնֆիգուրացիային, որն առաջացել է նրա բոլոր բաղկացուցիչ պոլիպեպտիդ շղթաների միավորման ժամանակ: Մասնավորապես, մարդու հեմոգլոբինի կառուցվածքային մոդելը ներառում է երկու a-շղթա և երկու P-շղթա, որոնք փոխկապակցված են և կազմում են չորրորդական սպիտակուցային կառուցվածք:

Պոլիպեպտիդների սինթեզի ճշգրտությունը կախված է կոդոնների և հակակոդոնների միջև ջրածնային կապերի համակարգի ճիշտ ձևավորումից։ Մինչ ռիբոսոմների օգնությամբ հաջորդ պեպտիդային կապի փակումը ստուգվում է կոդոն-հակակոդոն զույգի առաջացման ճիշտությունը։ Կոդոն-հակակոդոն կապի կոմպլեմենտարությունը վերահսկելու գործում ռիբոսոմների ակտիվ դերի օգտին ուղղակի ապացույցն է մուտացիաների հայտնաբերումը, որոնք փոխում են ռիբոսոմային սպիտակուցները և այդպիսով ազդում թարգմանության ճշգրտության վրա:

Բջջում սպիտակուցի սինթեզի գործընթացը կոչվում է կենսասինթեզ.Այն բաղկացած է երկու հիմնական փուլից՝ արտագրում և թարգմանություն (նկ. 4.5): Առաջին քայլ - գենետիկական տեղեկատվության արտագրում- ԴՆԹ-ի մեկ զգայական շղթային լրացնող միաշղթա mRNA K-ի սինթեզի գործընթացը, այսինքն՝ ԴՆԹ-ի նուկլեոտիդային կառուցվածքի մասին գենետիկական տեղեկատվության փոխանցումը mRNA: Միջուկային թաղանթի անցքերով mRNA-ն ներթափանցում է էնդոպլազմային ցանցի ուղիները և այստեղ միանում է ռիբոսոմների հետ։ Սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում mRNA մոլեկուլի վրա, և ռիբոսոմները շարժվում են դրա երկայնքով և թողնում այն ​​մինչև պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի ավարտը (նկ. 4.6):

Նկար 4.6-ը ցույց է տալիս միայն երկու եռյակ՝ կոմպլեմենտար հակակոդոնը, որը համապատասխանում է mRNA սյունակին և CCA եռյակը, որին կցված է ամինաթթուն (LA):
Ցիտոպլազմում տեղակայված ամինաթթուները ակտիվանում են ֆերմենտների միջոցով, որից հետո դրանք կապվում են ՌՆԹ-ի մեկ այլ տեսակի՝ տրանսպորտի հետ։ Այն կշեղի ամինաթթուները դեպի ռիբոսոմները: Տարբեր tRNA-ներ ամինաթթուներ են փոխանցում ռիբոսոմին և դասավորում դրանք ըստ mRNA եռյակների հաջորդականության։ Հատուկ ամինաթթու կոդավորող երեք հաջորդական նուկլեոտիդներ կոչվում էին կոդոն (mRNA), իսկ անկոտրում եռյակը կոչվում էր հակակոդոն (tRNA): Կոդոնները միմյանցից առանձնացված չեն։ Տրելով հատուկ ամինաթթու՝ tRNA-ն փոխազդում է mRNA-ի հետ (կոդոն-հակակոդոն): և ամինաթթուն միանում է աճող հատակին և պեպտիդային շղթային: Միանգամայն ակնհայտ է, որ պոլիպեպտիդի սինթեզը, այսինքն՝ նրանում ամինաթթուների դասավորությունը որոշվում է mRNA նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ։

Կենսասինթեզի երկրորդ փուլը. հեռարձակում- mRNA-ից գենետիկական տեղեկատվության թարգմանությունը պոլիպեպտիդային շղթայի ամինաթթուների հաջորդականության մեջ:
Որոշակի ամինաթթու կոդավորված է եռյակի նուկլեոտիդների հաջորդականության մեջ: Հաստատվել է, որ գենետիկ կոդը եռակի է, այսինքն՝ յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է երեք նուկլեոտիդների համակցությամբ։ Եթե ​​կոդը եռյակ է, ապա 64 կոդոն (4v3) կարելի է պատրաստել չորս ազոտային հիմքերից; սա ավելի քան բավարար է 20 ամինաթթուների կոդավորման համար: Բացահայտվել է գենետիկ կոդի նոր հատկություն՝ դրա ավելորդությունը, այսինքն՝ որոշ ամինաթթուներ կոդավորում են ոչ թե մեկ, այլ ավելի մեծ թվով եռյակ։ 64 կոդոններից երեքը ճանաչվում են որպես կանգառային կոդոններ, դրանք առաջացնում են գենետիկ թարգմանության դադարեցում (դադարեցում) կամ ընդհատում (Աղյուսակ 4.2):

Գենետիկ կոդը չի համընկնում: Եթե ​​կոդոնները համընկնեն, ապա մեկ զույգ հիմքերի փոփոխությունը կհանգեցնի պոլիպեպտիդային շղթայում երկու ամինաթթուների փոփոխության, և դա տեղի չի ունենում: Բացի այդ, այն ունիվերսալ է` նույնը կենդանի էակների սպիտակուցների կենսասինթեզի համար: Կոդի ունիվերսալությունը վկայում է Երկրի վրա կյանքի միասնության մասին։ Այսպիսով, գենետիկ կոդը նուկլեինաթթուներում ժառանգական տեղեկատվության գրանցման համակարգ է նուկլեոտիդների հաջորդականության տեսքով։
Հետագայում բջջում գենետիկական տեղեկատվության ներդրման ճանապարհը լրացվեց հակադարձ տրանսկրիպցիայով (ԴՆԹ-ի սինթեզ ՌՆԹ-ի կաղապարի վրա)՝ ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի վերարտադրությունը (նկ. 4.7):

Գենը ԴՆԹ-ի մի հատված է: կոդավորում է պոլիպեպտիդի կամ նուկլեինաթթվի առաջնային կառուցվածքը: Մի քանի տարբեր գեներ ներգրավված են պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի վերահսկման մեջ՝ կառուցվածքային գեներ, կարգավորիչ գեն և օպերատորի գեն: Գենետիկ կոդի կարգավորման մեխանիզմը հայտնաբերել են ֆրանսիացի գիտնականներ Ֆ. Յակոբը և Ջ. Կառուցվածքային գեները ծածկագրում են պոլիպեպտիդներում ամինաթթուների հաջորդականությունը: Սովորաբար, կառուցվածքային գեների համար գոյություն ունի ընդհանուր կարգավորող համակարգ, որը բաղկացած է կարգավորող գենից և օպերատորի գենից: Կարգավորող գենը որոշում է ռեպրեսորային սպիտակուցի սինթեզը, որը օպերատորի հետ զուգակցվելիս «թույլ է տալիս» կամ «արգելում» տեղեկատվություն կարդալ համապատասխան կառուցվածքային գեներից։ Օպերատորի գենը և նրան հաջորդող կառուցվածքային գեները կոչվեցին օպերոն՝ գենետիկական տեղեկատվության ընթերցման միավոր, տրանսկրիպցիոն միավոր (նկ. 4.8):

Օրինակ, E. coli-ին նորմալ գործելու համար անհրաժեշտ է կաթնային շաքար, կաթնաշաքար: Նա ունի կաթնաշաքարային շրջան (լակ-օպերոն), որի վրա գտնվում են լակտոզայի քայքայման երեք կառուցվածքային գեներ։ Եթե ​​կաթնաշաքարը չի մտնում բջիջ, ապա կարգավորող գենի կողմից արտադրված ռեպրեսորային սպիտակուցը կապվում է օպերատորին և դրանով իսկ «արգելում» տրանսկրիպցիան (mRNA սինթեզը) ամբողջ օպերոնից: Եթե ​​կաթնաշաքարը մտնում է բջիջ, ապա ռեպրեսորային սպիտակուցի ֆունկցիան արգելափակվում է, սկսվում է տրանսկրիպցիան, թարգմանությունը, ֆերմենտային սպիտակուցների սինթեզը և լակտոզայի հալեցումը։ Ամբողջ կաթնաշաքարի քայքայումից հետո ռեպրեսորային սպիտակուցի ակտիվությունը վերականգնվում է, և արտագրումը ճնշվում է։
Այսպիսով, գեները կարող են միացված և անջատվել: Դրանց կարգավորման վրա ազդում են նյութափոխանակության արտադրանքները, հորմոնները։ Գենը գործում է ԴՆԹ-ՌՆԹ-սպիտակուցային համակարգում, որի վրա ազդում է գեների և շրջակա միջավայրի գործոնների փոխազդեցությունը։

Օրգանիզմում տեղի ունեցող գործընթացներն ուսումնասիրելու համար հարկավոր է իմանալ, թե ինչ է կատարվում բջջային մակարդակում։ Որտեղ սպիտակուցները կարևոր դեր են խաղում: Անհրաժեշտ է ուսումնասիրել ոչ միայն դրանց գործառույթները, այլեւ ստեղծման գործընթացը։ Ուստի կարևոր է բացատրել հակիրճ և հստակ: 9-րդ դասարանը դրա համար լավագույնն է: Այս փուլում է, որ ուսանողները բավականաչափ գիտելիքներ ունեն այս թեման հասկանալու համար:

Սպիտակուցներ - ինչ է դա և ինչի համար են դրանք

Այս մակրոմոլեկուլային միացությունները հսկայական դեր են խաղում ցանկացած օրգանիզմի կյանքում։ Սպիտակուցները պոլիմերներ են, այսինքն՝ բաղկացած են բազմաթիվ նմանատիպ «կտորներից»։ Նրանց թիվը կարող է տատանվել մի քանի հարյուրից մինչև հազար:

Սպիտակուցները բջջում կատարում են բազմաթիվ գործառույթներ։ Նրանց դերը մեծ է նաև կազմակերպման ավելի բարձր մակարդակներում. հյուսվածքներն ու օրգանները մեծապես կախված են տարբեր սպիտակուցների ճիշտ աշխատանքից:

Օրինակ, բոլոր հորմոնները սպիտակուցային ծագում ունեն: Բայց հենց այդ նյութերն են վերահսկում օրգանիզմի բոլոր գործընթացները:

Հեմոգլոբինը նույնպես սպիտակուց է, այն բաղկացած է չորս շղթայից, որոնք կենտրոնում միացված են երկաթի ատոմով։ Այս կառուցվածքը ապահովում է էրիթրոցիտների միջոցով թթվածին տեղափոխելու ունակություն:

Հիշեցնենք, որ բոլոր թաղանթները պարունակում են սպիտակուցներ: Դրանք անհրաժեշտ են բջջային թաղանթով նյութերի տեղափոխման համար։

Սպիտակուցի մոլեկուլների շատ ավելի շատ գործառույթներ կան, որոնք նրանք կատարում են հստակ և անկասկած: Այս զարմանալի միացությունները շատ բազմազան են ոչ միայն բջջում իրենց դերով, այլև կառուցվածքով։

Որտեղ է տեղի ունենում սինթեզը

Ռիբոսոմը այն օրգանելն է, որում տեղի է ունենում գործընթացի հիմնական մասը, որը կոչվում է «սպիտակուցի կենսասինթեզ»: Տարբեր դպրոցներում 9-րդ դասարանը տարբերվում է կենսաբանություն ուսումնասիրելու ուսումնական ծրագրով, սակայն շատ ուսուցիչներ օրգանելների մասին նյութ են տալիս նախօրոք՝ թարգմանությունը ուսումնասիրելուց առաջ:

Ուստի ուսանողների համար դժվար չի լինի հիշել լուսաբանված նյութը և համախմբել այն: Դուք պետք է տեղյակ լինեք, որ միայն մեկ պոլիպեպտիդային շղթա կարող է ստեղծվել միաժամանակ մեկ օրգանելի վրա: Սա բավարար չէ բջջի բոլոր կարիքները բավարարելու համար։ Հետևաբար, կան շատ ռիբոսոմներ, և ամենից հաճախ դրանք զուգակցվում են էնդոպլազմիկ ցանցի հետ։

Նման EPS-ը կոչվում է կոպիտ: Նման «համագործակցության» առավելությունն ակնհայտ է. սինթեզից անմիջապես հետո սպիտակուցը մտնում է տրանսպորտային ալիք և կարող է առանց ուշացման ուղարկվել իր նպատակակետին:

Բայց եթե հաշվի առնենք հենց սկիզբը, այն է՝ ԴՆԹ-ից տեղեկատվության ընթերցումը, ապա կարելի է ասել, որ կենդանի բջջում սպիտակուցի կենսասինթեզը սկսվում է միջուկից։ Հենց այնտեղ է սինթեզվում գենետիկ կոդը։

Անհրաժեշտ նյութերը ամինաթթուներն են, սինթեզի տեղը ռիբոսոմն է

Թվում է, թե դժվար է բացատրել, թե ինչպես է ընթանում սպիտակուցի կենսասինթեզը, հակիրճ և հստակ, գործընթացի դիագրամը և բազմաթիվ գծագրերն ուղղակի անհրաժեշտ են։ Նրանք կօգնեն փոխանցել ողջ տեղեկատվությունը, ինչպես նաև ուսանողները կկարողանան ավելի հեշտ հիշել այն:

Առաջին հերթին սինթեզի համար անհրաժեշտ է «շինանյութ»՝ ամինաթթուներ։ Նրանցից ոմանք արտադրվում են մարմնի կողմից: Մյուսները կարելի է ձեռք բերել միայն սննդից, դրանք կոչվում են անփոխարինելի:

Ամինաթթուների ընդհանուր թիվը քսան է, բայց մեծ թվով տարբերակների շնորհիվ, որոնցում դրանք կարող են դասավորվել երկար շղթայում, սպիտակուցի մոլեկուլները շատ բազմազան են: Այս թթուները կառուցվածքով նման են, բայց տարբերվում են ռադիկալներով։

Յուրաքանչյուր ամինաթթվի այս մասերի հատկություններն են որոշում, թե որ կառուցվածքն է «ծալվելու» ստացված շղթան, արդյոք այն կձևավորի չորրորդական կառուցվածք այլ շղթաների հետ և ինչ հատկություններ կունենա ստացված մակրոմոլեկուլը:

Սպիտակուցի կենսասինթեզի գործընթացը չի կարող ուղղակի ցիտոպլազմում ընթանալ, դրա համար անհրաժեշտ է ռիբոսոմ: բաղկացած է երկու ստորաբաժանումներից՝ մեծ և փոքր։ Հանգստի ժամանակ դրանք բաժանվում են, բայց հենց որ սինթեզ է սկսվում, անմիջապես միանում են ու սկսում աշխատել։

Այսպիսի տարբեր և կարևոր ռիբոնուկլեինաթթուներ

Ռիբոսոմին ամինաթթու բերելու համար անհրաժեշտ է հատուկ ՌՆԹ, որը կոչվում է տրանսպորտ: Այն կրճատվում է որպես tRNA: Երեքնուկի այս միաշղթա մոլեկուլն ի վիճակի է մեկ ամինաթթու կցել իր ազատ ծայրին և այն հասցնել սպիտակուցի սինթեզի վայր:

Մեկ այլ ՌՆԹ, որը ներգրավված է սպիտակուցի սինթեզում, կոչվում է մատրիցա (տեղեկատվություն): Այն կրում է սինթեզի ոչ պակաս կարևոր բաղադրիչ՝ կոդ, որը հստակ նշում է, թե որ ամինաթթունը երբ է շղթայել ստացված սպիտակուցային շղթային:

Այս մոլեկուլն ունի միաշղթա կառուցվածք, բաղկացած է նուկլեոտիդներից, ինչպես նաև ԴՆԹ-ից։ Այս նուկլեինաթթուների առաջնային կառուցվածքում կան որոշ տարբերություններ, որոնց մասին կարող եք կարդալ ՌՆԹ-ի և ԴՆԹ-ի համեմատական ​​հոդվածում։

Սպիտակուցի mRNA-ի բաղադրության մասին տեղեկությունը ստանում է գենետիկ կոդի գլխավոր պահապանից՝ ԴՆԹ-ից։ mRNA-ի ընթերցման և սինթեզման գործընթացը կոչվում է տրանսկրիպցիա:

Այն առաջանում է միջուկում, որտեղից ստացված mRNA-ն ուղարկվում է ռիբոսոմ։ ԴՆԹ-ն ինքնին չի հեռանում միջուկից, նրա խնդիրն է միայն պահպանել գենետիկ կոդը և բաժանման ընթացքում այն ​​փոխանցել դուստր բջիջին։

Հեռարձակման հիմնական մասնակիցների ամփոփ աղյուսակ

Սպիտակուցի կենսասինթեզը հակիրճ և հստակ նկարագրելու համար պարզապես անհրաժեշտ է աղյուսակ: Դրանում մենք կնշենք բոլոր բաղադրիչները և դրանց դերը այս գործընթացում, որը կոչվում է թարգմանություն։

Սպիտակուցային շղթայի ստեղծման բուն գործընթացը բաժանված է երեք փուլի. Դիտարկենք դրանցից յուրաքանչյուրին ավելի մանրամասն: Դրանից հետո դուք կարող եք հեշտությամբ բացատրել սպիտակուցի կենսասինթեզը բոլոր ցանկացողներին կարճ և հասկանալի ձևով։

Նախաձեռնում - գործընթացի սկիզբ

Սա թարգմանության սկզբնական փուլն է, երբ ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը միաձուլվում է հենց առաջին tRNA-ի հետ։ Այս ռիբոնուկլեինաթթուն կրում է մեթիոնին ամինաթթու: Թարգմանությունը միշտ սկսվում է այս ամինաթթվով, քանի որ սկզբնական կոդոնը AUG-ն է, որը կոդավորում է այս առաջին մոնոմերը սպիտակուցային շղթայում:

Որպեսզի ռիբոսոմը ճանաչի մեկնարկային կոդոնը և չսկսի սինթեզը գենի միջից, որտեղ կարող է հայտնվել նաև AUG հաջորդականությունը, սկզբնական կոդոնի շուրջը տեղակայված է հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականություն։ Հենց դրանցից է, որ ռիբոսոմը ճանաչում է այն տեղը, որտեղ պետք է նստի իր փոքր ենթաբաժինը։

mRNA-ի հետ համալիրի ձևավորումից հետո մեկնարկային քայլն ավարտվում է։ Եվ սկսվում է թարգմանության հիմնական փուլը.

Երկարացում - սինթեզի միջին

Այս փուլում տեղի է ունենում սպիտակուցային շղթայի աստիճանական կուտակում: Երկարացման տեւողությունը կախված է սպիտակուցի ամինաթթուների քանակից։

Առաջին հերթին, ռիբոսոմի մեծ ենթամիավորը կցված է փոքր ենթամիավորին։ Եվ սկզբնական t-RNA-ն ամբողջությամբ գտնվում է դրանում: Դրսում մնացել է միայն մեթիոնինը։ Հաջորդը, երկրորդ t-RNA-ն, որը կրում է մեկ այլ ամինաթթու, մտնում է մեծ ենթամիավոր:

Եթե ​​mRNA-ի երկրորդ կոդոնը համընկնում է երեքնուկի վերևում գտնվող հակակոդոնին, ապա երկրորդ ամինաթթուն կցվում է առաջինին պեպտիդային կապի միջոցով:

Դրանից հետո ռիբոսոմը շարժվում է m-RNA-ի երկայնքով ուղիղ երեք նուկլեոտիդների համար (մեկ կոդոն), առաջին t-RNA-ն անջատում է մեթիոնինը իրենից և առանձնանում բարդույթից։ Նրա տեղում երկրորդ t-RNA-ն է, որի վերջում արդեն երկու ամինաթթու կա։

Այնուհետև երրորդ tRNA-ն մտնում է մեծ ենթաբաժին և գործընթացը կրկնվում է: Այն կշարունակվի այնքան ժամանակ, մինչև ռիբոսոմը հարվածի mRNA-ի կոդոնին, որն ազդարարում է թարգմանության ավարտը:

Ավարտ

Այս փուլը վերջինն է, ոմանց կարող է շատ դաժան թվալ։ Բոլոր մոլեկուլներն ու օրգանելները, որոնք այնքան ներդաշնակորեն աշխատել են պոլիպեպտիդային շղթա ստեղծելու համար, կանգ են առնում հենց ռիբոսոմը հարվածում է տերմինալ կոդոնին:

Այն չի կոդավորում որևէ ամինաթթվի համար, ուստի այն, ինչ tRNA-ն մտնում է մեծ ենթամիավոր, կմերժվի անհամապատասխանության պատճառով: Հենց այստեղ են գործի են դրվում վերջացման գործոնները, որոնք առանձնացնում են պատրաստի սպիտակուցը ռիբոսոմից:

Օրգանելն ինքնին կարող է կա՛մ բաժանվել երկու ենթամիավորների, կա՛մ շարունակել իջնել mRNA-ում՝ նոր սկզբնական կոդոն փնտրելու համար: Մեկ mRNA-ն կարող է ունենալ միանգամից մի քանի ռիբոսոմ: Նրանցից յուրաքանչյուրը թարգմանության իր փուլում է։Նորաստեղծ սպիտակուցն ապահովված է մարկերներով, որոնց օգնությամբ բոլորին պարզ կլինի նրա նպատակակետը։ Իսկ EPS-ով այն կուղարկվի այնտեղ, որտեղ անհրաժեշտ է։

Սպիտակուցների կենսասինթեզի դերը հասկանալու համար անհրաժեշտ է ուսումնասիրել, թե ինչ գործառույթներ կարող է այն կատարել։ Դա կախված է շղթայում ամինաթթուների հաջորդականությունից: Նրանց հատկություններն են, որոնք որոշում են երկրորդական, երրորդական և երբեմն չորրորդական (եթե այն գոյություն ունի) և նրա դերը բջջում: Սպիտակուցի մոլեկուլների գործառույթների մասին ավելին կարող եք կարդալ այս թեմայի վերաբերյալ հոդվածում:

Ինչպես ավելին իմանալ հեռարձակման մասին

Այս հոդվածը նկարագրում է կենդանի բջջի սպիտակուցի կենսասինթեզը: Իհարկե, եթե առարկան ավելի խորն ուսումնասիրես, շատ էջեր կպահանջվեն՝ գործընթացը բոլոր մանրամասներով բացատրելու համար։ Բայց վերը նշված նյութը պետք է բավարար լինի ընդհանուր գաղափարի համար:Հասկանալու համար շատ օգտակար կարող են լինել տեսանյութերը, որոնցում գիտնականները նմանակել են թարգմանության բոլոր փուլերը: Դրանցից մի քանիսը թարգմանվել են ռուսերեն և կարող են ծառայել որպես հիանալի ուղեցույց ուսանողների համար կամ պարզապես ուսումնական տեսանյութ:

Թեման ավելի լավ հասկանալու համար դուք պետք է կարդաք հարակից թեմաներով այլ հոդվածներ: Օրինակ՝ սպիտակուցների ֆունկցիաների մասին կամ դրանց մասին։