Ақуыз биосинтезі

Ақуыз биосинтезі тіршіліктің ең маңызды қасиеттерінің бірі, себебі тіршілік процесінде ақуыз молекулалары әр түрлі биохимиялық реакцияларға түсіп ыдырап жойылып отырады, ал олардың орнын толтыру тек жаңа ақуыз молекулаларының синтезделуі нәтижесінде жүзеге асады.

А-РНҚ молекуласының нуклеотидтер тізбегінде жазылған ақпараттың колинеарлы полипептид молекуласының аминқышқылдары ретіне берілуін, яғни ақуыз синтезін, трансляция деп атаймыз.

Трансляция процесі полипептидтің N ұшынан басталып С ұшына қарай жүреді және ол метионин амин қышқылынан басталады. Яғни, кез келген а-РНҚ молекуласының бас жағында метионин амин қышқылына сәйкес келетін (колинеарлы) код-инициаторлык код болады (АУГ). Полипептид синтезінің инициялануы ерекше т-РНҚ-инициаторлык т-РНҚ-ның қатынасуымен жүзеге асады. Бұл процеске 3 инициациялаушы факторлар — IҒ_Р IҒ₂, IҒ₃ қатынасады. Ақуыз биосинтезінің жалғасуы, немесе элонгация сатысы, 2 фактордың қатысуымен жүреді — ЕҒ-1, ЕҒ-2, ал белок синтезінің терминациялануы кодон-терминаторларға және терминациялық факторларға - RҒ-1, RҒ-2-ге байланысты. Кодон терминаторлардың 3 түрі белгілі УАА, УАГ, УГА.

Трансляция процесіне 3 РНҚ — үшеуі де қатынасады. А-РНҚ-ақуыз синтезі үшін матрица (қалып) қызметін атқарса,рибосомалық РНҚ рибосомалардың құрамына кіреді. Рибосомалар цитоплазманың ең ұсақ субмикроскопиялық органеллалары болып табылады. Ақуыз синтезі жүруі үшін рибосомалар а-РНҚ-мен байланысады. Рибосома 2 бөлшектен тұрады: рибосоманың кіші бөлшегі – 30S, рибосоманың үлкен бөлшегі – 50S. Әдетте, ақуыз синтезі жүрмеген кезде, рибосоманың екі бөлшегі бір-бірінен бөлек кездеседі, олардың бір-бірімен қосылып біртұтас органоид - рибосома түзілуі ақуыз биосинтезі басталған кезде жүзеге асады. А-РНҚ алғаш рибосоманың кіші бөлшегімен қосылады, содан кейін оларға иницияция факторлары ІҒ₁ ІҒ₂, ІҒ₃ және т-РНҚ- аминоацилметион қосылып инициаторлық кешен түзіледі.

Инициаторлық кешен түзілгеннен кейін оған рибосоманың-үлкен бөлшегі келіп қосылады. Рибосоманың үлкен бөлшегінді 2 учаске болады: пептидилдік бөлік - II бөлік, аминоанилдік бөлік -А бөлік. Рибосоманың үлкен бөлшегінің II бөлігіне формилденген метионинмен ингшиаторлық т-РНҚ орналасады, ал А-учаскеге а-РІТҚ-ның екінші кодонына сәйкес келетін антикодон бар т-РНҚ өзінің амин қышқылымен орналасады (26-сурет).

Трансляция процесінде а-РНҚ кодондары амин қышқылдарымен тікелей әрекеттесе алмайды. Олардың арасындағы байланыс тасымалдаушы РНҚ (т-РНҚ) арқылы жүзеге асады. Әрбір амин қышқылының тек өзіне ғана сәйкес т-РНҚ-сы болады сонымен кем дегенде т-РНҚ белгілі - 20-амин қышқылыньң 20 т-РНҚ-асы және инициаторлық Т-РНҚ. Т-РНҚ-лар-т-РНҚ^фен, т-РНҚ^Алан, т-РНҚ^Сер, т-РНҚ^Изол, т-РНҚ^Асп т.с.с деп аталынады. Барлық прокариоттардың және эукариоттардың т-РНҚ молекулалары 80-ге жуық нуклеотидтерден құралған және олардың соңғы құрылысы бір-біріне ұқсас болып келеді. Олардың молекулаларының соңғы құрылысы беденің 3 құлақты жапырағына ұқсас. Т-РНҚ молекуласының 2 ерекше қасиеті белгілі:

1) т-РНҚ-ның 3'-ұшында ерекше рЦ рЦ рА-ОН-тан тұратын бос нуклеотид тізбегі болады, осы ұшымен т-РНҚ-ға сәйкес келетін амин қышқылы ковалентті байланысады; 2)т-РНҚ-ның қарама-қарсы ұшында 3 нуклеотидтен тұратын антикодон болады.

Т-РНҚ-ның негізгі қызметі — өзіне сәйкес амин кышқылын "танып" 3'-ОН ұшына қондыру және а-РНҚ-ның антикодонға комплиментарлы кодонын "танып" өзі алып келген амин қышқылын полипептид тізбегіне орналастыру болып саналады Амин-қышқылының өзіне сәйкес т-РНҚ молекуласының 3—ОН ұшына ковалентті байланысуы ерекше аминоацил т-РНҚ-синтетаза ферментінің қатысуы арқылы жүреді.

20 амин қышқылына сәйкес 20 аминоацил т-РНҚ синтетаза ферментгері болады. Аминоацил т-РНҚ синтетаза ферменттері өздеріне сәйкес келетін амин қышқылдарымен т - РНҚ-ның бір-бірін "танып", амин қышқылының т-РНҚ молекуласының 3'-ОН ұшына коваленттік байланысуын қамтамасыз етеді. Бұл процесс 2 сатыдан тұрады. Алғашқы сатыда амин қышқылдары активтенеді: Мысалы, Серилацил т-РНҚ-синтетаза+серин+АТФа (серилацил-АМФ) Серил-т-РНҚ-синтетаза+Рpi; Екінші сатыда активтенген амин қышқылы-өзіне сәйкес т-РНҚ-ның З'OН ұшымен байланысады. (Серилацил–АМФ) серил-т-РНҚ-синтетаза +т-РНҚ а серил-т-РНҚ Сер+серил-т-РНҚ-синтетаза+АМФ түзіледі.

Аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферменттері трансляция процесінің қателіксіз жүруін, яғни а-РНҚ кодына колинеарлы (сәйкес) полипептид молекуласының синтезделуін, қамтамасыз етеді. Демек, трансляцияның қателіксіз жүруі аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферменттерінің өздеріне сәйкес амин қышқылдарын "танып" оларды тиісті т-РНҚ-ға қондыруына байланысты болады. Сонымен қатар, аминоацил-т-РНҚ — синтетаза ферменттері бақылаушылық қызметін де атқарады. Мысалы, изолейцил-т-РНҚ - синтетаза ферменті өзіне сәйкес т-РНҚ орнына басқа - "жат" т-РНҚ, айталық т-РНҚ^Фен «таныды» делік.Осының нәтижесінде изолейцин- т-РНҚ^изол орнына изолейцил т-РНҚ^фен кешені пайда болар еді. Осы қателіктің нәтижесінде синтезделуші ақуыз молекуласында фенилаланин аминқышқылының орнына изолейцин амин қышқылы орналасар еді. Бірақ, фенилаланин-т-РНҚ-синтетаза ферменті өзінің т-РНҚ^ФЕН-сымен жат амин қышқылының қосылғанын сезіп қалып қате кешенді — изолейцин амин қышқылына және т-РНҚ^Фен-ге ыдыратады.

Аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферменттерінің екінші бақылаушылық қызметі амин қышкылдардың активтену сатысында байқалады. Айталық, изолейцил-т-РНҚ-синтетаза ферменті изолейцин амин қышқылының орнына валин аминқышқылын активтендірді делік.

Изолейцил-т-РНҚ-синтетаза+валин+АТФ —> (валилацил-АМФ) изолейцил-т-РНҚ-синтетаза+Ррі.

Сонда, келесі сатыда "қате" түзілген кешен т-РНҚ^Изол мен әрекеттескенде валил-т-РНҚ^Изол пайда болуының орнына валилацил-АМФ, еркін валин амин қышқылына және АМФ-ге гидролизденеді.

(Валилацил-АМФ) изолейцил-т-РНҚ-синтетаза+т-РНҚ^Из° —> валин +АМФ+т-РНҚИзол+изолейцил-т-РНҚ-синтетаза.

Сонымен, аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферменттері нақтылы амин қышкылдарын өздеріне тиісті антикодондармен байланыстырып генетикалық ақпараттың трансляциялану процесінде маңызды рөл атқарады. Сонымен қатар, бұл ферменттердің қос қабат бақылаушылық қызметі нәтижесінде трансляция процесінің қателіксіз жүру деңгейі едәуір жоғарылайды. Мысалы амин қышқылдардың "қате" активтенуі шамамен 100 изолейцин молекуласынан 1 валинға тең болса, активтенген аминқышқылының "жат" т-РНҚ мен байланысуы 1/180 тең, соңда трансляцияның жалпы қателігі 1/100 х1/180=1/18000-нан аспайды.

Аминоацил-т-РНҚ кешені пайда болғаннан кейін олар рет-реттерімен тізіліп орналасып, амин қышқылдар арасында пептидтік байланыс пайда болады. Оны рибосоманың үлкен бөлшегінде кездесетін ерекше фермент — пептидил — трансфераза ферменті қалыптастырады. Екі амин қышқылдары арасында пептидтік байланыс пайда болғаннан кейін рибосома бір кодонға солға қарай жылжиды, осының нәтижесінде инициаторлық кешен рибосомадан сыртқа шығады, А учаскедегі кешен П учаскеге өтеді, ал А учаскесіне р-РНҚ-ның үшінші кодонына сәйкес келетін т-РНҚ өзінің амин қышқылымен келіп орналасады, содан кейін екінші және үшінші амин қышқылдары арасында пептидтік байланыс пайда болады. Бұл жерде элонгация факторлары - EF-1, EF-2 қатынасады. Содан кейін рибосома тағы бір кодонға солға жылжып А учаске босайды. Осылайша ақуыз синтезі А учаскеге а-РНҚ-ның терминаторлық кодоңдары келіп жеткенге дейін жалғаса береді. Терминаторлық кодондарды (УАА, УАГ, УГА) арнайы терминация факторлары - RF-1, RҒ-2 "таниды". Терминаторлық кодондарға сәйкес келетін амин қышқылдары болмағандықтан А - учаске бос қалып, пептидил-трансфераза ферменті пептидтік байланыс жасай алмайды, сондықтан рибосома 2 бөлшекке ыдырайды, синтезделген полипептид бөлініп шығады. Осылайша ақуыз синтезі аяқталады.

Геннің экспрессиясының 2-ші этапы – трансляция - рибосомалардағы м-РНҚ-ң бағдарламасы бойынша ақуыздың синтезі.

Бұл бағдарламаның мағынасы – аминқышқылдардың пептидті тізбекті түзіп, белгілі бір ізділікті қосылуы.

Бір геннің транскрипциясы тұрақты жүрмейді, уақытқа байланысты жүреді, яғни гендер қосылып және ажырап отырады немесе гендер белсенді немесе белсенсіз халде болады.

Прокариоттарда гендерді қосатын өнімдерді индуктор, ал ажырататын өнімдер-репрессор деп аталынады.

Индуктор-бұл спецификалық реттелуші сигнал немесе бір реакцияның соңғы өнімі.

Репрессор – бұл белок. Ген, экспрессия индуктордың әсеріне деген жауапты күшейтеді. Бұл процесс индуцибельді ген деп аталады. Эукариот гендерінде индуктордың орнына реттеуші термині қолданылады. Реттеуші болып: белок, белсенді оттегі, металл саналады.

Геннің экспрессиялы реттелуі – бұл ДНҚ-ның әртүрлі бөлігіне немесе нүкте аймағына (сайттарға) белгілі өнімдер, мысалы белоктың спецификалы өзіндік қосылуын, транскрипцияның басталуы деп атаймыз. Сонымен гендердің экспрессиялы реттелуі дегеніміз қоршаған орта өзгерістеріне организмнің бейімделуі.