սպիտակուցի սինթեզ- բջիջում նյութափոխանակության հիմնական գործընթացներից մեկը: Սա մատրիցային սինթեզ է: Սպիտակուցների սինթեզը պահանջում է ԴՆԹ, mRNA, tRNA, rRNA (ռիբոսոմներ), ամինաթթուներ, ֆերմենտներ, մագնեզիումի իոններ, ATP էներգիա։ Սպիտակուցի կառուցվածքի որոշման հիմնական դերը պատկանում է ԴՆԹ-ին։

Սպիտակուցի մոլեկուլում ամինաթթուների հաջորդականության մասին տեղեկատվությունը կոդավորված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլում: Տեղեկատվության գրանցման մեթոդը կոչվում է կոդավորում: Գենետիկ կոդը սպիտակուցներում ամինաթթուների հաջորդականության մասին տեղեկատվության գրանցման համակարգ է՝ օգտագործելով նուկլեոտիդների հաջորդականությունը սուրհանդակային ՌՆԹ-ում:

ՌՆԹ-ի կազմը ներառում է 4 տեսակի նուկլեոտիդներ՝ A, G, C, U: Սպիտակուցի մոլեկուլների կազմը ներառում է 20 ամինաթթուներ։ 20 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրը կոդավորված է 3 նուկլեոտիդների հաջորդականությամբ, որը կոչվում է եռյակ կամ կոդոն: 4 նուկլեոտիդից կարող են ստեղծվել 3-ական նուկլեոտիդների 64 տարբեր համակցություններ (4 3 = 64):

Գենետիկ կոդի հատկությունները

1. Գենետիկ կոդը եռյակ:

2. Կոդ այլասերված.Սա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է մեկից ավելի կոդոններով (2-ից մինչև 6):

3. Կոդ ոչ համընկնող.Սա նշանակում է, որ հաջորդական կոդոնները հաջորդաբար դասավորված նուկլեոտիդների եռյակներ են.

4. Ունիվերսալբոլոր բջիջների համար (մարդ, կենդանի, բույս):

5. Կոնկրետ.Նույն եռյակը չի կարող համապատասխանել մի քանի ամինաթթուների։

6. Սպիտակուցների սինթեզը սկսվում է սկզբնական (սկզբնական) կոդոնից ԴՈՒՐՍ,որը ծածկագրում է ամինաթթվի մեթիոնինը:

7. Սպիտակուցների սինթեզն ավարտվում է երեքից մեկով դադարեցնել կոդոնները,ոչ կոդավորող ամինաթթուներ. UAT, UAA, UTA:

Գենետիկ կոդի աղյուսակ

ԴՆԹ-ի այն հատվածը, որը պարունակում է տեղեկատվություն որոշակի սպիտակուցի կառուցվածքի մասին, կոչվում է գեն: Գենը ուղղակիորեն ներգրավված չէ սպիտակուցի սինթեզի մեջ: Մեսսենջեր ՌՆԹ-ն (mRNA) միջնորդ է գենի և սպիտակուցի միջև: ԴՆԹ-ն բջջային միջուկում mRNA սինթեզի ձևանմուշի դեր է խաղում: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը գենի բաժնում լուծարվում է: Նրա շղթաներից մեկից տեղեկատվությունը գրվում է mRNA-ին՝ նուկլեինաթթուների ազոտային հիմքերի փոխլրացման սկզբունքի համաձայն։ Այս գործընթացը կոչվում է արտագրում.Տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում բջջի միջուկում՝ ՌՆԹ պոլիմերազ ֆերմենտի մասնակցությամբ և ATP-ի էներգիայի օգտագործմամբ (նկ. 37):

Բրինձ. 37.Տառադարձում.

Սպիտակուցների սինթեզն իրականացվում է ռիբոսոմների ցիտոպլազմայում, որտեղ mRNA-ն ծառայում է որպես կաղապար (նկ. 38): mRNA մոլեկուլում նուկլեոտիդային եռյակների հաջորդականության թարգմանությունը կոնկրետ ամինաթթուների հաջորդականության կոչվում է. հեռարձակում.Սինթեզված mRNA-ն միջուկային ծրարի ծակոտիների միջով դուրս է գալիս բջջի ցիտոպլազմա, միանում ռիբոսոմների հետ՝ ձևավորելով պոլիռիբոսոմներ (պոլիսոմներ)։ Յուրաքանչյուր ռիբոսոմ բաղկացած է երկու ենթամիավորներից՝ մեծ և փոքր: mRNA-ն միանում է փոքր ենթամիավորին մագնեզիումի իոնների առկայության դեպքում (նկ. 39):

Բրինձ. 38.Սպիտակուցի սինթեզ.

Բրինձ. 39.Սպիտակուցների սինթեզում ներգրավված հիմնական կառույցները.

Տրանսֆերային ՌՆԹ-ներ (tRNAs) հայտնաբերվում են ցիտոպլազմայում: Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի իր սեփական tRNA: Օղակներից մեկի tRNA մոլեկուլն ունի նուկլեոտիդների եռյակ (հակիկոդոն), որը լրացնում է mRNA-ի նուկլեոտիդների եռյակին (կոդոն):

Ցիտոպլազմայում տեղակայված ամինաթթուները ակտիվանում են (փոխազդում են ATP-ի հետ) և ամինոացիլ-tRNA սինթետազ ֆերմենտի օգնությամբ միանում են tRNA-ին։ mRNA-ի առաջին (սկիզբային) կոդոնը՝ AUG-ը տեղեկատվություն է կրում մեթիոնինի ամինաթթվի մասին (նկ. 40): Այս կոդոնին համընկնում է tRNA մոլեկուլը, որը պարունակում է լրացուցիչ հակակոդոն և կրում է առաջին ամինաթթու մեթիոնինը: Սա ապահովում է ռիբոսոմի մեծ և փոքր ենթամիավորների միացումը։ Երկրորդ mRNA կոդոնը ավելացնում է tRNA, որը պարունակում է հակակոդոն, որը լրացնում է այս կոդոնին: tRNA-ն պարունակում է երկրորդ ամինաթթու: Առաջին և երկրորդ ամինաթթուների միջև ձևավորվում է պեպտիդային կապ: Ռիբոսոմը ընդհատումներով, եռյակ առ եռյակ, շարժվում է mRNA-ի երկայնքով: Առաջին tRNA-ն ազատվում է և ազատվում ցիտոպլազմում, որտեղ այն կարող է միավորվել իր ամինաթթվի հետ:

Երբ ռիբոսոմը շարժվում է mRNA-ի երկայնքով, ամինաթթուները, որոնք համապատասխանում են mRNA եռյակներին և ներմուծված tRNA-ներին, ավելացվում են պոլիպեպտիդային շղթային (նկ. 41):

mRNA-ում պարունակվող տեղեկատվության ռիբոսոմի կողմից «ընթերցումը» տեղի է ունենում այնքան ժամանակ, քանի դեռ այն չի հասնում երեք կանգառ կոդոններից մեկին (UAA, UGA, UAG): Պոլիպեպտիդային շղթա

Բրինձ. 40.Սպիտակուցի սինթեզ.

ԲԱՅՑ- կապող aminoacyl - tRNA;

Բ- մեթիոնինի և 2-րդ ամինաթթվի միջև պեպտիդային կապի ձևավորում.

AT- ռիբոսոմի շարժումը մեկ կոդոնով.

հեռանում է ռիբոսոմից և ձեռք է բերում այս սպիտակուցին բնորոշ կառուցվածք։

Առանձին գենի անմիջական գործառույթը որոշակի սպիտակուց-ֆերմենտի կառուցվածքի կոդավորումն է, որը կատալիզացնում է մեկ կենսաքիմիական ռեակցիա, որը տեղի է ունենում շրջակա միջավայրի որոշակի պայմաններում:

Գեն (ԴՆԹ-ի հատված) → mRNA → սպիտակուց-ֆերմենտ → կենսաքիմիական ռեակցիա → ժառանգական հատկանիշ։

Բրինձ. 41.Հեռարձակում.

Հարցեր ինքնատիրապետման համար

1. Բջջում որտեղ է կատարվում սպիտակուցի սինթեզը:

2. Որտե՞ղ է գրանցվում սպիտակուցի սինթեզի մասին տեղեկատվությունը:

3. Ի՞նչ հատկություններ ունի գենետիկ կոդը:

4. Ո՞ր կոդոնից է սկսվում սպիտակուցի սինթեզը:

5. Ո՞ր կոդոններն են ավարտում սպիտակուցի սինթեզը:

6. Ի՞նչ է գենը:

7. Ինչպե՞ս և որտեղ է կատարվում արտագրումը:

8. Ի՞նչ են կոչվում նուկլեոտիդային եռյակները mRNA մոլեկուլում:

9. Ի՞նչ է հեռարձակվում:

10. Ինչպե՞ս է ամինաթթուն կցվում tRNA-ին:

11. Ինչպե՞ս է կոչվում tRNA մոլեկուլում նուկլեոտիդների եռյակը: 12. Ո՞ր ամինաթթուն է ապահովում մեծ և

ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը.

13. Ինչպե՞ս է առաջանում սպիտակուցի պոլիպեպտիդային շղթան:

«Սպիտակուցի սինթեզ» թեմայի հիմնաբառեր.

ազոտային հիմքեր ալանին

ամինաթթուներ

հակակոդոն

սպիտակուցը

կենսաքիմիական ռեակցիա

վալին

գեն

գենետիկ կոդի գործողություն

ԴՆԹ

գրանցել տեղեկատվություն մագնեզիումի իոններ

mRNA

կոդավորումը

կոդոն

լեյցին

մատրիցա

նյութափոխանակությունը

մեթիոնին

ժառանգական հատկանիշ նուկլեինաթթուների պեպտիդային կապի հանգույց

պոլիռիբոսոմային ծակոտի

միջանկյալ հաջորդականություն

Ռիբոսոմների փոխլրացման սկզբունքը

rRNA

սերին

սինթեզ

համադրություն

ճանապարհ

կառուցվածքը

ենթաբաժին

արտագրում

հեռարձակում

եռյակ

tRNA

հողամաս

ֆենիլալանին

ֆերմենտներ

շղթա

ցիտոպլազմ

ATP էներգիա

Գիտության յուրաքանչյուր բնագավառ ունի իր «կապույտ թռչունը». Կիբեռնետիկները երազում են «մտածող» մեքենաների մասին, ֆիզիկոսները՝ կառավարվող ջերմամիջուկային ռեակցիաների, քիմիկոսները՝ «կենդանի նյութի»՝ սպիտակուցի սինթեզի մասին։ Սպիտակուցների սինթեզը վաղուց դարձել է գիտաֆանտաստիկ վեպերի թեմա՝ քիմիայի գալիք ուժի խորհրդանիշը։ Սա բացատրվում է կենդանի աշխարհում սպիտակուցի ունեցած հսկայական դերով և այն դժվարություններով, որոնք անխուսափելիորեն բախվում էին յուրաքանչյուր կտրիճին, ով համարձակվում էր առանձին ամինաթթուներից «ծալել» բարդ սպիտակուցային խճանկարը: Եվ ոչ թե բուն սպիտակուցը, այլ միայն պեպտիդները:

Սպիտակուցների և պեպտիդների միջև տարբերությունը միայն տերմինաբանական չէ, չնայած երկուսի մոլեկուլային շղթաները կազմված են ամինաթթուների մնացորդներից: Որոշ փուլում քանակությունը վերածվում է որակի. պեպտիդային շղթան՝ առաջնային կառուցվածքը, ձեռք է բերում պարույրների և գնդիկների մեջ գալարվելու հատկություն՝ ձևավորելով երկրորդական և երրորդական կառուցվածքներ, որոնք արդեն բնորոշ են կենդանի նյութին։ Եվ հետո պեպտիդը դառնում է սպիտակուց: Այստեղ հստակ սահման չկա՝ պոլիմերային շղթայի վրա չի կարելի սահմանազատման նշան դնել՝ մինչ այժմ՝ պեպտիդ, այստեղից՝ սպիտակուց։ Բայց հայտնի է, օրինակ, որ 39 ամինաթթուների մնացորդներից բաղկացած ադրանոկորտիկոտրոպ հորմոնը պոլիպեպտիդ է, իսկ 51 մնացորդից բաղկացած ինսուլին հորմոնը երկու շղթաների տեսքով արդեն սպիտակուց է։ Ամենապարզ, բայց դեռ սպիտակուցը:

Ամինաթթուները պեպտիդների մեջ զուգակցելու մեթոդը հայտնաբերվել է անցյալ դարի սկզբին գերմանացի քիմիկոս Էմիլ Ֆիշերի կողմից։ Բայց դրանից հետո երկար ժամանակ քիմիկոսները չէին կարող լրջորեն մտածել ոչ միայն սպիտակուցների կամ 39 անդամ ունեցող պեպտիդների սինթեզի, այլ նույնիսկ շատ ավելի կարճ շղթաների մասին։

Սպիտակուցի սինթեզի գործընթացը

Երկու ամինաթթուները միմյանց միացնելու համար պետք է հաղթահարել բազմաթիվ դժվարություններ։ Յուրաքանչյուր ամինաթթու, ինչպես և երկդեմ Յանուսը, ունի երկու քիմիական երես՝ մի ծայրում կարբոքսիլաթթվի խումբ, իսկ մյուս ծայրում՝ ամին հիմնային խումբ: Եթե ​​OH խումբը վերցվում է մի ամինաթթվի կարբոքսիլից, իսկ ջրածնի ատոմը մյուսի ամինային խմբից, ապա այս դեպքում գոյացած երկու ամինաթթուների մնացորդները կարող են միմյանց հետ կապվել պեպտիդային կապով։ , և արդյունքում կառաջանա պեպտիդներից ամենապարզը՝ դիպեպտիդը։ Եվ ջրի մոլեկուլը կբաժանվի: Կրկնելով այս գործողությունը՝ կարելի է մեծացնել պեպտիդի երկարությունը։

Այնուամենայնիվ, այս պարզ թվացող գործողությունը գործնականում դժվար է իրականացնել. ամինաթթուները շատ դժկամությամբ են համատեղվում միմյանց հետ: Մենք պետք է ակտիվացնենք դրանք քիմիական եղանակով և «տաքացնենք» շղթայի ծայրերից մեկը (առավել հաճախ՝ կարբոքսիլային) և իրականացնենք ռեակցիան՝ խստորեն պահպանելով անհրաժեշտ պայմանները։ Բայց սա դեռ ամենը չէ. երկրորդ դժվարությունն այն է, որ ոչ միայն տարբեր ամինաթթուների մնացորդները, այլև նույն թթվի երկու մոլեկուլները կարող են միավորվել միմյանց հետ: Այս դեպքում սինթեզված պեպտիդի կառուցվածքն արդեն կտարբերվի ցանկալիից։ Ընդ որում, յուրաքանչյուր ամինաթթու կարող է ունենալ ոչ թե երկու, այլ մի քանի «աքիլլեսյան գարշապարներ»՝ կողմնակի քիմիապես ակտիվ խմբեր, որոնք ունակ են կցել ամինաթթուների մնացորդները։

Ռեակցիայի տվյալ ուղուց շեղումը կանխելու համար անհրաժեշտ է քողարկել այդ կեղծ թիրախները՝ «կնքել» ամինաթթվի բոլոր ռեակտիվ խմբերը, բացառությամբ մեկի, ռեակցիայի տևողության համար՝ կցելով ս.թ. - նրանց կոչված պաշտպանական խմբեր: Եթե ​​դա չկատարվի, ապա թիրախը կաճի ոչ միայն երկու ծայրերից, այլ նաև կողքից, և ամինաթթուներն այլևս չեն կարողանա միացնել տվյալ հաջորդականությամբ։ Բայց հենց սա է ցանկացած ուղղորդված սինթեզի իմաստը։

Բայց այս կերպ ազատվելով մի փորձանքից՝ քիմիկոսները կանգնում են մյուսի առաջ՝ սինթեզի ավարտից հետո պետք է հեռացնել պաշտպանիչ խմբերը։ Ֆիշերի ժամանակ հիդրոլիզի միջոցով բաժանված խմբերն օգտագործվում էին որպես «պաշտպանություն»։ Այնուամենայնիվ, հիդրոլիզի ռեակցիան սովորաբար չափազանց ուժեղ «ցնցում» էր ստացված պեպտիդի համար. նրա դժվար կառուցվող «կառուցվածքը» փլուզվեց, հենց որ դրանից հանվեցին «լաստամները»՝ պաշտպանիչ խմբերը: Միայն 1932 թվականին Ֆիշերի աշակերտ Մ.

Սպիտակուցի սինթեզ ամինաթթուներից

Տարիների ընթացքում առաջարկվել են մի շարք այսպես կոչված փափուկ մեթոդներ՝ ամինաթթուները միմյանց «խաչ կապելու» համար։ Այնուամենայնիվ, դրանք բոլորն իրականում ընդամենը տատանումներ էին Ֆիշերի մեթոդի թեմայով: Վարիացիաներ, որոնցում երբեմն նույնիսկ դժվար էր բռնել օրիգինալ մեղեդին: Բայց սկզբունքն ինքնին մնաց նույնը. Այնուամենայնիվ, խոցելի խմբերի պաշտպանության հետ կապված դժվարությունները մնացին նույնը: Այս դժվարությունների հաղթահարումը պետք է վճարվեր ռեակցիայի փուլերի քանակի ավելացմամբ՝ մեկ տարրական գործողություն՝ երկու ամինաթթուների համակցություն, բաժանվեց չորս փուլի։ Եվ յուրաքանչյուր լրացուցիչ փուլ անխուսափելի կորուստ է:

Նույնիսկ եթե ենթադրենք, որ յուրաքանչյուր փուլ գալիս է 80% օգտակար եկամտաբերությամբ (իսկ սա լավ եկամտաբերություն է), ապա չորս փուլից հետո այս 80%-ը «հալվում» է մինչև 40%։ Եվ սա միայն դիպեպտիդի սինթեզով է: Իսկ եթե կա 8 ամինաթթու: Իսկ եթե 51, ինչպես ինսուլինում. Սրան գումարվում են ամինաթթուների մոլեկուլների երկու օպտիկական «հայելային» ձևերի գոյության հետ կապված դժվարությունները, որոնցից միայն մեկն է անհրաժեշտ ռեակցիայի ժամանակ, ավելացվում են ստացված պեպտիդները կողմնակի արտադրանքներից առանձնացնելու խնդիրները, հատկապես այն դեպքերում, երբ դրանք հավասարապես լուծելի են։ Ի՞նչ է տեղի ունենում ընդհանուր առմամբ. Ճանապարհ դեպի ոչ մի տեղ:

Եվ այնուամենայնիվ այս դժվարությունները չխանգարեցին քիմիկոսներին։ «Կապույտ թռչնի» հետապնդումը շարունակվեց. 1954 թվականին սինթեզվեցին առաջին կենսաբանորեն ակտիվ պոլիպեպտիդ հորմոնները՝ վազոպրեսինը և օքսիտոցինը։ Նրանք ունեին ութ ամինաթթուներ: 1963 թվականին սինթեզվեց 39-մեր ACTH պոլիպեպտիդ՝ ադրենոկորտիկոտրոպ հորմոն։ Վերջապես, ԱՄՆ-ի, Գերմանիայի և Չինաստանի քիմիկոսները սինթեզեցին առաջին սպիտակուցը՝ ինսուլին հորմոնը:

Ինչպե՞ս է, կասի ընթերցողը, որ դժվարին ճանապարհը, պարզվում է, ոչ թե ինչ-որ տեղ և ոչ մի տեղ չի տարել, այլ քիմիկոսների բազմաթիվ սերունդների երազանքի իրականացում։ Սա կարևոր իրադարձություն է: Իսկապես, սա շրջադարձային իրադարձություն է: Բայց սթափ գնահատենք դա՝ հրաժարվելով սենսացիոնիզմից, բացականչական նշաններից ու ավելորդ էմոցիաներից։

Ոչ ոք չի վիճում. ինսուլինի սինթեզը հսկայական հաղթանակ է քիմիկոսների համար։ Սա վիթխարի, տիտանական աշխատանք է, որը արժանի է ամենայն հիացմունքի։ Բայց միևնույն ժամանակ էգոն, ըստ էության, հին պոլիպեպտիդային քիմիայի առաստաղն է։ Սա հաղթանակ է պարտության եզրին։

Սպիտակուցների սինթեզ և ինսուլին

Ինսուլինում կա 51 ամինաթթու: Դրանք ճիշտ հաջորդականությամբ միացնելու համար քիմիկոսներին անհրաժեշտ էր իրականացնել 223 ռեակցիա։ Երբ դրանցից առաջինի սկզբից երեք տարի անց ավարտվեց վերջինը, արտադրանքի բերքատվությունը տոկոսի հարյուրերորդից պակաս էր։ Երեք տարի, 223 փուլ, հարյուրերորդական տոկոսը՝ պետք է խոստովանեք, որ հաղթանակը զուտ խորհրդանշական է։ Շատ դժվար է խոսել այս մեթոդի գործնական կիրառման մասին՝ դրա իրականացման հետ կապված ծախսերը չափազանց մեծ են։ Բայց վերջնական վերլուծության մեջ մենք խոսում ենք ոչ թե օրգանական քիմիայի փառքի թանկարժեք մասունքների սինթեզի մասին, այլ կենսական նշանակություն ունեցող դեղամիջոցի թողարկման մասին, որն անհրաժեշտ է հազարավոր մարդկանց ամբողջ աշխարհում: Այսպիսով, պոլիպեպտիդների սինթեզի դասական մեթոդն իրեն սպառել է առաջին, ամենապարզ սպիտակուցի վրա: Այսպիսով, «կապույտ թռչունը» կրկին սահեց քիմիկոսների ձեռքից.

Սպիտակուցների սինթեզի նոր մեթոդ

Մոտավորապես մեկուկես տարի առաջ, երբ աշխարհն իմացավ ինսուլինի սինթեզի մասին, մամուլում փայլատակեց մեկ այլ հաղորդագրություն, որը սկզբում մեծ ուշադրություն չդարձրեց. ամերիկացի գիտնական Ռ. Մերիֆիլդն առաջարկեց պեպտիդների սինթեզի նոր մեթոդ: Քանի որ հեղինակն ինքը սկզբում մեթոդին պատշաճ գնահատական ​​չի տվել, և դրա մեջ կային բազմաթիվ թերություններ, այն առաջին մոտարկումով նույնիսկ ավելի վատ տեսք ուներ, քան եղածները։ Այնուամենայնիվ, արդեն 1964 թվականի սկզբին, երբ Մերիֆիլդին հաջողվեց օգտագործել իր մեթոդը՝ ավարտելու 70% օգտակար ելքով 9 անդամից բաղկացած հորմոնի սինթեզը, գիտնականները զարմացած էին. սինթեզ.

Նոր մեթոդի հիմնական գաղափարն այն է, որ պեպտիդների աճող շղթաները, որոնք նախկինում թողնված էին լուծույթում քաոսային շարժման ողորմությանը, այժմ մի ծայրով կապված էին ամուր կրիչի հետ. դրանք, կարծես, ստիպված էին: խարսխվել լուծման մեջ. Մերիֆիլդը վերցրեց պինդ խեժ և կարբոնիլային ծայրով «կցեց» պեպտիդով հավաքված առաջին ամինաթթուն իր ակտիվ խմբերին: Ռեակցիաները տեղի են ունեցել խեժի առանձին մասնիկների ներսում։ Նրա մոլեկուլների «լաբիրինթոսներում» առաջին անգամ հայտնվեցին ապագա պեպտիդի առաջին կարճ կադրերը։ Այնուհետև երկրորդ ամինաթթուն ներմուծվեց անոթ, նրա կարբոնիլային ծայրերը միացվեցին «կցված» ամինաթթվի ազատ ամինաթթվի ծայրերին, և մասնիկների մեջ աճեց պեպտիդի ապագա «շենքի» մեկ այլ «հատակ»: Այսպիսով, փուլ առ փուլ, ամբողջ պեպտիդային պոլիմերը աստիճանաբար կառուցվեց:

Նոր մեթոդն ուներ անկասկած առավելություններ՝ առաջին հերթին լուծում էր յուրաքանչյուր ամինաթթվի ավելացումից հետո ավելորդ մթերքների տարանջատման խնդիրը՝ այդ մթերքները հեշտությամբ լվանում էին, իսկ պեպտիդը մնում էր կպած խեժի հատիկներին։ Միևնույն ժամանակ, բացառվեց աճող պեպտիդների լուծելիության խնդիրը, որը հին մեթոդի հիմնական արհավիրքներից էր. ավելի վաղ նրանք հաճախ էին տեղումներ՝ գործնականում դադարելով մասնակցել աճի գործընթացին: Պինդ հենարանից սինթեզի ավարտից հետո «հեռացված» պեպտիդները ստացվել են գրեթե բոլորը նույն չափի և կառուցվածքի, ամեն դեպքում կառուցվածքում տարածվածությունն ավելի քիչ է եղել, քան դասական մեթոդով։ Եվ համապատասխանաբար ավելի օգտակար արդյունք: Այս մեթոդի շնորհիվ պեպտիդների սինթեզը՝ դժվար, ժամանակատար սինթեզ, հեշտությամբ ավտոմատացվում է:

Մերիֆիլդը կառուցեց մի պարզ մեքենա, որն ինքն էլ, ըստ տվյալ ծրագրի, կատարում էր բոլոր անհրաժեշտ գործողությունները՝ ռեակտիվներ մատակարարելով, խառնելով, ցամաքեցնելով, լվանալով, չափաբաժինով չափելով, նոր չափաբաժին ավելացնելով և այլն։ Եթե ​​հին մեթոդով մեկ ամինաթթու ավելացնելու համար պահանջվում էր 2-3 օր, ապա Մերիֆիլդն իր մեքենայի վրա օրական միացնում էր 5 ամինաթթու։ Տարբերությունը 15 անգամ է։

Որո՞նք են սպիտակուցների սինթեզի դժվարությունները

Մերիֆիլդի մեթոդը, որը կոչվում է պինդ փուլ կամ տարասեռ, անմիջապես ընդունվեց ամբողջ աշխարհի քիմիկոսների կողմից։ Սակայն կարճ ժամանակ անց պարզ դարձավ, որ նոր մեթոդը, հիմնական առավելությունների հետ մեկտեղ, ունի նաև մի շարք լուրջ թերություններ։

Երբ պեպտիդային շղթաներն աճում են, կարող է պատահել, որ դրանցից մի քանիսում, ասենք, բացակայում է երրորդ «հատակը»՝ երրորդ ամինաթթունն անընդմեջ. «վայրի» պինդ պոլիմեր: Եվ հետո, եթե նույնիսկ մնացած բոլոր ամինաթթուները, սկսած չորրորդից, դասավորվեն համապատասխան կարգով, դա այլևս չի փրկի իրավիճակը: Ստացված պոլիպեպտիդն իր կազմով և, հետևաբար, իր հատկություններով ոչ մի կապ չի ունենա ստացված նյութի հետ։ Նույնը տեղի է ունենում, ինչ հեռախոսահամար հավաքելիս. արժե բաց թողնել մեկ թվանշան, և այն, որ մենք ճիշտ ենք մուտքագրել մնացած բոլորը, մեզ այլևս չի օգնի: Գործնականում անհնար է առանձնացնել նման կեղծ շղթաները «իրականից», և պարզվում է, որ դեղը խցանված է կեղտերով։ Բացի այդ, պարզվում է, որ սինթեզը չի կարող իրականացվել որևէ խեժի վրա, այն պետք է ուշադիր ընտրվի, քանի որ աճող պեպտիդի հատկությունները որոշ չափով կախված են խեժի հատկություններից: Ուստի սպիտակուցի սինթեզի բոլոր փուլերին պետք է հնարավորինս ուշադիր մոտենալ:

ԴՆԹ սպիտակուցի սինթեզ, տեսանյութ

Եվ վերջում ձեր ուշադրությանն ենք ներկայացնում ուսուցողական տեսանյութ, թե ինչպես է տեղի ունենում սպիտակուցի սինթեզ ԴՆԹ-ի մոլեկուլներում։

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 պրոկարիոտ 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 էկզոնիկև 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 (pro-mRNA) սինթեզով, որը կոչվում է անհաս կամ միջուկային ՌՆԹ: Pro-mRNA գենի առաջնային արտադրանքը տառադարձված ԴՆԹ շրջանի 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 էկզոնների 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 իմունոգոլոբուլինի 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 տարածքում կա ռիբոսոմների երկու 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։ Պոլիպեպտիդային շղթայով t-RNA-ի տեղաշարժը 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 իմունոգոլոբուլինի 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:

Սպիտակուցի սինթեզը բջիջում

Գենետիկայի հիմնական հարցը սպիտակուցի սինթեզի հարցն է։ Ամփոփելով ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի կառուցվածքի և սինթեզի տվյալները, Քրիքը 1960 թ. առաջարկել է սպիտակուցի սինթեզի մատրիցային տեսություն՝ հիմնված 3 դրույթների վրա.

1. ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի ազոտային հիմքերի փոխլրացում:

2. ԴՆԹ-ի մոլեկուլում գեների տեղակայման գծային հաջորդականությունը:

3. Ժառանգական տեղեկատվության փոխանցումը կարող է տեղի ունենալ միայն նուկլեինաթթվից նուկլեինաթթու կամ սպիտակուց:

Սպիտակուցից սպիտակուց, ժառանգական տեղեկատվության փոխանցումն անհնար է։Այսպիսով, միայն նուկլեինաթթուները կարող են լինել սպիտակուցի սինթեզի ձևանմուշ:

Սպիտակուցի սինթեզը պահանջում է.

1. ԴՆԹ (գեներ), որոնց վրա սինթեզվում են մոլեկուլները։

2. ՌՆԹ - (i-RNA) կամ (m-RNA), r-RNA, t-RNA

Սպիտակուցների սինթեզի գործընթացում առանձնանում են փուլերը՝ տրանսկրիպցիա և թարգմանություն։

Տառադարձում- ԴՆԹ-ից ՌՆԹ (t-RNA, և RNA, r-RNA) նուկլեինային կառուցվածքի մասին տեղեկատվության մարդահամար (վերագրում):

Ժառանգական տեղեկատվության ընթերցումը սկսվում է ԴՆԹ-ի որոշակի հատվածից, որը կոչվում է պրոմոտոր: Պրոմոտորը գտնվում է գենից առաջ և ներառում է մոտ 80 նուկլեոտիդ։

ԴՆԹ-ի մոլեկուլի արտաքին շղթայի վրա սինթեզվում է i-RNA (միջանկյալ), որը ծառայում է որպես սպիտակուցի սինթեզի մատրիցա և, հետևաբար, կոչվում է մատրիցա։ Դա ԴՆԹ-ի շղթայի նուկլեոտիդների հաջորդականության ճշգրիտ պատճենն է։

ԴՆԹ-ում կան շրջաններ, որոնք չեն պարունակում գենետիկ տեղեկատվություն (ինտրոններ): ԴՆԹ-ի այն հատվածները, որոնք պարունակում են տեղեկատվություն, կոչվում են էկզոններ:

Միջուկում կան հատուկ ֆերմենտներ, որոնք կտրում են ինտրոնները, և էկզոնների բեկորները «կապված» են իրար խիստ հերթականությամբ՝ ընդհանուր թելով, այս գործընթացը կոչվում է «սփլայսինգ»: Սպլայսինգի ժամանակ ձևավորվում է հասուն mRNA, որը պարունակում է սպիտակուցի սինթեզի համար անհրաժեշտ տեղեկատվություն։ Հասուն մՌՆԹ (մատրիքսային ՌՆԹ) անցնում է միջուկային թաղանթի ծակոտիներով և ներթափանցում էնդոպլազմիկ ցանցի (ցիտոպլազմա) ուղիները և այստեղ միանում է ռիբոսոմների հետ։

Հեռարձակում- i-RNA-ում նուկլեոտիդների հաջորդականությունը վերածվում է սինթեզված սպիտակուցի մոլեկուլում ամինաթթուների խիստ կարգավորված հաջորդականության:

Թարգմանության գործընթացը ներառում է 2 փուլ՝ ամինաթթուների ակտիվացում և սպիտակուցի մոլեկուլի ուղղակի սինթեզ։

Մեկ mRNA մոլեկուլը կապվում է 5-6 ռիբոսոմների հետ՝ ձևավորելով պոլիսոմներ։ Սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում mRNA մոլեկուլի վրա, որի երկայնքով շարժվում են ռիբոսոմները: Այս ժամանակահատվածում ցիտոպլազմում տեղակայված ամինաթթուները ակտիվանում են հատուկ ֆերմենտներով, որոնք արտազատվում են միտոքոնդրիումներով արտազատվող ֆերմենտներով, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի իր հատուկ ֆերմենտը:

Գրեթե ակնթարթորեն, ամինաթթուները կապվում են ՌՆԹ-ի մեկ այլ տեսակի հետ՝ ցածր մոլեկուլային քաշով լուծվող ՌՆԹ, որը հանդես է գալիս որպես ամինաթթուների կրող mRNA մոլեկուլին և կոչվում է տրանսպորտ (t-RNA): tRNA-ն ամինաթթուները տեղափոխում է ռիբոսոմներ որոշակի տեղ, որտեղ այս պահին գտնվում է mRNA մոլեկուլը: Այնուհետև ամինաթթուները միանում են պեպտիդային կապերով և ձևավորվում է սպիտակուցի մոլեկուլ։ Սպիտակուցի սինթեզի ավարտին մոլեկուլն աստիճանաբար դուրս է մղվում mRNA-ից:

Մեկ mRNA մոլեկուլի վրա ձևավորվում է 10-20 սպիտակուցի մոլեկուլ, իսկ որոշ դեպքերում՝ շատ ավելին։

Սպիտակուցների սինթեզի ամենաանհասկանալի հարցն այն է, թե ինչպես է tRNA-ն գտնում համապատասխան mRNA տեղանքը, որին պետք է կցվի իր բերած ամինաթթուն:

ԴՆԹ-ում ազոտային հիմքերի դասավորության հաջորդականությունը, որը որոշում է սինթեզված սպիտակուցում ամինաթթուների դասավորությունը, գենետիկ կոդը է։

Քանի որ նույն ժառանգական տեղեկատվությունը նուկլեինաթթուներում «գրանցվում» է չորս նիշով (ազոտային հիմքերով), իսկ սպիտակուցներում՝ քսանով (ամինաթթուներ): Գենետիկ կոդի խնդիրը կրճատվում է նրանց միջև համապատասխանություն հաստատելով։ Գենետիկական ծածկագրի վերծանման գործում կարևոր դեր են խաղացել գենետիկները, ֆիզիկոսները և քիմիկոսները։

Գենետիկ կոդը վերծանելու համար նախ անհրաժեշտ էր պարզել, թե որն է նուկլեոտիդների նվազագույն թիվը, որոնք կարող են որոշել (կոդավորել) մեկ ամինաթթվի առաջացումը։ Եթե ​​20 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրը կոդավորված լիներ մեկ հիմքով, ապա ԴՆԹ-ն պետք է ունենա 20 տարբեր հիմքեր, բայց իրականում կան միայն 4-ը: Ակնհայտ է, որ երկու նուկլեոտիդների համակցությունը նույնպես բավարար չէ 20 ամինաթթուների կոդավորման համար: Այն կարող է կոդավորել միայն 16 ամինաթթուներ 4 2 = 16:

Այնուհետև առաջարկվեց, որ ծածկագիրը ներառում է 3 նուկլեոտիդներ 4 3 = 64 համակցություններ և, հետևաբար, կարող է կոդավորել ավելի քան բավարար ամինաթթուներ ցանկացած սպիտակուց ձևավորելու համար: Երեք նուկլեոտիդների այս համակցությունը կոչվում է եռյակի ծածկագիր:

Կոդն ունի հետևյալ հատկությունները.

1. Գենետիկ կոդը եռակի է(յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է երեք նուկլեոտիդներով):

2. Դեգեներացիա- մեկ ամինաթթու կարող է կոդավորվել մի քանի եռյակով, բացառություն են կազմում տրիպտոֆանը և մեթիոնինը:

3. Մեկ ամինաթթվի կոդոններում առաջին երկու նուկլեոտիդները նույնն են, իսկ երրորդը փոխվում է։

4. Ոչ համընկնող- եռյակները չեն համընկնում միմյանց: Մեկ եռյակը չի կարող լինել մյուսի մաս, նրանցից յուրաքանչյուրն ինքնուրույն կոդավորում է իր ամինաթթուն: Հետևաբար, ցանկացած երկու ամինաթթու կարող է մոտակայքում լինել պոլիպեպտիդային շղթայում, և դրանց ցանկացած համակցություն հնարավոր է, այսինքն. ABCDEFGHI բազային հաջորդականության մեջ առաջին երեք հիմքերը ծածկագրում են 1 ամինաթթու (ABC-1), (DEF-2) և այլն:

5. Ունիվերսալ,դրանք. Բոլոր օրգանիզմներում որոշ ամինաթթուների կոդոնները նույնն են (երիցուկից մինչև մարդ): Օրենսգրքի համընդհանուր լինելը վկայում է երկրի վրա կյանքի միասնության մասին։

6. Ծնկի գալ- mRNA-ում կոդոնների դասավորության համընկնումը սինթեզված պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթուների կարգի հետ:

Կոդոնը նուկլեոտիդների եռյակ է, որը ծածկագրում է 1 ամինաթթու:

7. ԱնիմաստԱյն չի կոդավորում որևէ ամինաթթվի համար: Այս վայրում սպիտակուցի սինթեզն ընդհատվում է:

Վերջին տարիներին պարզ է դարձել, որ միտոքոնդրիայում խախտված է գենետիկ կոդի ունիվերսալությունը, միտոքոնդրիում չորս կոդոն փոխել են իրենց նշանակությունը, օրինակ՝ UGA կոդոնը՝ պատասխանում է տրիպտոֆանին՝ «STOP»-ի փոխարեն՝ սպիտակուցի սինթեզի դադարեցում։ . ՀԱՀ - համապատասխանում է մեթիոնինին` «իզոլեյցինի» փոխարեն:

Միտոքոնդրիայում նոր կոդոնների հայտնաբերումը կարող է վկայել այն մասին, որ կոդը զարգացել է, և որ այն անմիջապես չի դարձել:

Թող ժառանգական տեղեկատվությունը գենից մինչև սպիտակուցի մոլեկուլը կարող է արտահայտվել սխեմատիկորեն:

ԴՆԹ - ՌՆԹ - սպիտակուց

Բջիջների քիմիական կազմի ուսումնասիրությունը ցույց է տվել, որ միևնույն օրգանիզմի տարբեր հյուսվածքները պարունակում են սպիտակուցի մոլեկուլների տարբեր հավաքածու, թեև դրանք ունեն նույն թվով քրոմոսոմներ և նույն գենետիկական ժառանգական տեղեկատվություն:

Մենք նշում ենք հետևյալ հանգամանքը՝ չնայած ամբողջ օրգանիզմի բոլոր գեների յուրաքանչյուր բջջում առկաին, մեկ բջջում շատ քիչ գեներ են աշխատում՝ ընդհանուր թվի տասներորդից մինչև մի քանի տոկոս։ Մնացած հատվածները «լուռ» են, դրանք արգելափակված են հատուկ սպիտակուցներով։ Սա հասկանալի է, ինչո՞ւ են, օրինակ, հեմոգլոբինի գեները նյարդային բջջում աշխատում։ Ճիշտ այնպես, ինչպես բջիջը թելադրում է, թե որ գեները պետք է լռեն և որոնք աշխատեն, պետք է ենթադրել, որ բջիջն ունի ինչ-որ կատարյալ մեխանիզմ, որը կարգավորում է գեների գործունեությունը, որը որոշում է, թե որ գեները պետք է ակտիվ լինեն տվյալ պահին, և որոնք՝ ոչ ակտիվ (ռեպրեսիվ) վիճակում։ Նման մեխանիզմը, ըստ ֆրանսիացի գիտնականներ Ֆ.Ջակոբոյի և Ջ.Մոնոդի, կոչվում էր ինդուկցիա և ռեպրեսիա։

Ինդուկցիա- սպիտակուցի սինթեզի խթանում.

Ռեպրեսիաներ- սպիտակուցի սինթեզի արգելակում.

Ինդուկցիան ապահովում է այն գեների աշխատանքը, որոնք սինթեզում են սպիտակուց կամ ֆերմենտ, և որն անհրաժեշտ է բջջի կյանքի այս փուլում։

Կենդանիների մոտ բջջային մեմբրանի հորմոնները կարևոր դեր են խաղում գեների կարգավորման գործընթացում. բույսերում, շրջակա միջավայրի պայմաններում և այլ բարձր մասնագիտացված ինդուկտորներում:

Օրինակ․ երբ միջավայրին ավելացվում է վահանաձև գեղձի հորմոն, շերեփուկների արագ փոխակերպումը գորտերի է տեղի ունենում։

Կաթնաշաքարը (կաթնաշաքար) անհրաժեշտ է E (Coli) բակտերիայի բնականոն գործունեության համար: Եթե ​​միջավայրը, որտեղ գտնվում են բակտերիաները, չի պարունակում լակտոզա, ապա այդ գեները գտնվում են ռեպրեսիվ վիճակում (այսինքն՝ չեն գործում): Միջավայրի մեջ ներմուծված կաթնաշաքարն ինդուկտոր է, ներառյալ ֆերմենտների սինթեզի համար պատասխանատու գեները: Միջավայրից լակտոզայի հեռացումից հետո այդ ֆերմենտների սինթեզը դադարում է։ Այսպիսով, ռեպրեսորի դերը կարող է խաղալ մի նյութ, որը սինթեզվում է բջջում, և եթե դրա պարունակությունը գերազանցում է նորման կամ այն ​​սպառվում է։

Սպիտակուցների կամ ֆերմենտների սինթեզում ներգրավված են տարբեր տեսակի գեներ:

Բոլոր գեները գտնվում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլում:

Նրանց գործառույթները նույնը չեն.

- կառուցվածքային -գեները, որոնք ազդում են ֆերմենտի կամ սպիտակուցի սինթեզի վրա, գտնվում են ԴՆԹ-ի մոլեկուլում հաջորդաբար մեկը մյուսի հետևից՝ ըստ սինթեզի ռեակցիայի ընթացքի վրա իրենց ազդեցության հերթականության, կամ կարելի է ասել նաև կառուցվածքային գեներ. սրանք գեներ են, որոնք տեղեկատվություն են կրում ամինաթթուների հաջորդականությունը.

- ընդունող- գեները չեն կրում ժառանգական տեղեկատվություն սպիտակուցի կառուցվածքի մասին, դրանք կարգավորում են կառուցվածքային գեների աշխատանքը։

Մինչև կառուցվածքային գեների խումբը նրանց համար սովորական գեն է. օպերատոր,և նրա առջև խթանող. Ընդհանուր առմամբ, այս ֆունկցիոնալ խումբը կոչվում է փետրավոր.

Մեկ օպերոնի գեների ամբողջ խումբը ներառված է սինթեզի գործընթացում և միաժամանակ անջատվում է դրանից։ Կառուցվածքային գեների միացումն ու անջատումը կարգավորման ողջ գործընթացի էությունն է:

Միացման և անջատման գործառույթը կատարվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատուկ հատվածով. գենի օպերատոր.Գենի օպերատորը սպիտակուցի սինթեզի կամ, ինչպես ասում են, գենետիկ տեղեկատվության «ընթերցման» մեկնարկային կետն է։ հետագայում նույն մոլեկուլում որոշ հեռավորության վրա գտնվում է գենը` կարգավորիչը, որի հսկողության տակ արտադրվում է ռեպրեսոր կոչվող սպիտակուցը:

Վերոնշյալ բոլորից երևում է, որ սպիտակուցի սինթեզը շատ դժվար է։ Բջիջների գենետիկ համակարգը, օգտագործելով ռեպրեսիայի և ինդուկցիայի մեխանիզմները, կարող է ազդանշաններ ստանալ որոշակի ֆերմենտի սինթեզը սկսելու և ավարտելու անհրաժեշտության մասին և իրականացնել այս գործընթացը տվյալ արագությամբ:

Բարձրագույն օրգանիզմներում գեների գործողության կարգավորման խնդիրը գործնական մեծ նշանակություն ունի անասնաբուծության և բժշկության մեջ։ Սպիտակուցների սինթեզը կարգավորող գործոնների ստեղծումը լայն հնարավորություններ կբացի օնտոգենեզի վերահսկման համար՝ ստեղծելով բարձր արտադրողականություն ունեցող, ինչպես նաև ժառանգական հիվանդությունների նկատմամբ կայուն կենդանիներ:

Թեստի հարցեր.

1. Անվանե՛ք գեների հատկությունները:

2. Ի՞նչ է գենը:

3. Ո՞րն է ԴՆԹ-ի, ՌՆԹ-ի կենսաբանական նշանակությունը:

4. Անվանե՛ք սպիտակուցի սինթեզի փուլերը

5. Թվարկե՛ք գենետիկ կոդի հատկությունները:

Կյանքը սպիտակուցի մոլեկուլների գոյության գործընթացն է։ Ահա թե ինչպես են դա արտահայտում բազմաթիվ գիտնականներ, ովքեր համոզված են, որ սպիտակուցը բոլոր կենդանի էակների հիմքն է։ Այս դատողությունները բացարձակապես ճիշտ են, քանի որ բջջի այս նյութերն ունեն ամենամեծ թվով հիմնական գործառույթները: Մնացած բոլոր օրգանական միացությունները խաղում են էներգետիկ սուբստրատների դեր, և էներգիան կրկին անհրաժեշտ է սպիտակուցի մոլեկուլների սինթեզի համար։

Սպիտակուցների կենսասինթեզի փուլային բնութագրում

Սպիտակուցի կառուցվածքը կոդավորված է նուկլեին կամ ՌՆԹ) կոդոնների տեսքով։ Սա ժառանգական տեղեկատվություն է, որը վերարտադրվում է ամեն անգամ, երբ բջիջը նոր սպիտակուցային նյութի կարիք ունի: Կենսասինթեզի սկիզբը միջուկում է՝ արդեն տրված հատկություններով նոր սպիտակուցի սինթեզման անհրաժեշտության մասին։

Դրան ի պատասխան՝ նուկլեինաթթվի մի շրջան դեսպիրալացվում է, որտեղ դրա կառուցվածքը կոդավորված է։ Այս տեղը կրկնօրինակվում է սուրհանդակային ՌՆԹ-ով և տեղափոխվում ռիբոսոմներ: Նրանք պատասխանատու են մատրիցայի վրա հիմնված պոլիպեպտիդային շղթայի կառուցման համար՝ սուրհանդակ ՌՆԹ: Հակիրճ, կենսասինթեզի բոլոր փուլերը ներկայացված են հետևյալ կերպ.

• տառադարձում (կոդավորված սպիտակուցային կառուցվածքով ԴՆԹ-ի մի հատվածի կրկնապատկման փուլ);
• վերամշակում (տեղեկատվական ՌՆԹ-ի ձևավորման փուլ);
• թարգմանություն (սպիտակուցի սինթեզ բջիջում, որը հիմնված է սուրհանդակային ՌՆԹ-ի վրա);
• հետթարգմանական ձևափոխություն (պոլիպեպտիդի «հասունացում», դրա զանգվածային կառուցվածքի ձևավորում):

Նուկլեինաթթվի տառադարձում

Բջջում սպիտակուցի ամբողջ սինթեզն իրականացվում է ռիբոսոմների միջոցով, իսկ մոլեկուլների մասին տեղեկատվությունը պարունակվում է նուկլեինում կամ ԴՆԹ-ում): Այն գտնվում է գեներում. յուրաքանչյուր գեն իրենից ներկայացնում է հատուկ սպիտակուց: Գեները պարունակում են տեղեկատվություն նոր սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականության մասին։ ԴՆԹ-ի դեպքում գենետիկ կոդի հեռացումն իրականացվում է այսպես.

• սկսվում է նուկլեինաթթվի տեղանքի ազատումը հիստոններից, տեղի է ունենում դեսպիրալիզացիա.
• ԴՆԹ պոլիմերազը կրկնապատկում է ԴՆԹ-ի այն հատվածը, որը պահպանում է սպիտակուցի գենը.
• կրկնապատկված տեղանքը սուրհանդակ ՌՆԹ-ի ավետաբեր է, որը մշակվում է ֆերմենտների կողմից՝ չկոդավորող ներդիրները հեռացնելու համար (դրա հիման վրա սինթեզվում է mRNA):

Սուրհանդակային ՌՆԹ-ի հիման վրա սինթեզվում է mRNA: Այն արդեն մատրիցա է, որից հետո բջջում սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում ռիբոսոմների վրա (կոպիտ էնդոպլազմային ցանցում)։

Ռիբոսոմային սպիտակուցի սինթեզ

Սուրհանդակ ՌՆԹ-ն ունի երկու ծայր, որոնք դասավորված են 3`-5` ձևով: Ռիբոսոմների վրա սպիտակուցների ընթերցումը և սինթեզը սկսվում է 5-րդ վերջից և շարունակվում է մինչև ինտրոն, մի շրջան, որը չի կոդավորում ամինաթթուներից որևէ մեկը: Դա տեղի է ունենում այսպես.

• Սուրհանդակ ՌՆԹ-ն «կապված» է ռիբոսոմի վրա, միացնում է առաջին ամինաթթունը.
• ռիբոսոմը տեղաշարժվում է սուրհանդակ ՌՆԹ-ի երկայնքով մեկ կոդոնով;
• փոխանցման ՌՆԹ ապահովում է ցանկալի (կոդավորված տվյալ mRNA կոդոնով) ալֆա-ամինաթթու;
• ամինաթթուն միանում է մեկնարկային ամինաթթունին՝ ձևավորելով դիպեպտիդ;
• այնուհետև mRNA-ն կրկին տեղաշարժվում է մեկ կոդոնով, բարձրանում է ալֆա-ամինաթթու և կցվում աճող պեպտիդային շղթային:

Երբ ռիբոսոմը հասնում է ինտրոնին (ոչ կոդավորող ներդիր), սուրհանդակ ՌՆԹ-ն պարզապես առաջ է շարժվում: Այնուհետև, երբ սուրհանդակ ՌՆԹ-ն առաջ է շարժվում, ռիբոսոմը կրկին հասնում է էկզոնին՝ այն տեղանքին, որի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը համապատասխանում է կոնկրետ ամինաթթվի:

Այս պահից նորից սկսվում է սպիտակուցային մոնոմերների ավելացումը շղթային: Գործընթացը շարունակվում է մինչև հաջորդ ինտրոնի հայտնվելը կամ մինչև կանգառի կոդոնը: Վերջինս դադարեցնում է պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզը, որից հետո այն համարվում է ավարտված և սկսվում է մոլեկուլի հետսինթետիկ (հետթարգմանական) մոդիֆիկացիայի փուլը։

Հետթարգմանական փոփոխություն

Թարգմանությունից հետո հարթ ցիստեռններում տեղի է ունենում սպիտակուցի սինթեզ։Վերջինս պարունակում է փոքր քանակությամբ ռիբոսոմներ։ Որոշ բջիջներում դրանք կարող են իսպառ բացակայել ԲԷՑ-ում: Նման տարածքներն անհրաժեշտ են նախ երկրորդական, ապա երրորդական կամ, եթե ծրագրված է, չորրորդական կառույց ձևավորելու համար:

Բջջում բոլոր սպիտակուցների սինթեզը տեղի է ունենում հսկայական քանակությամբ ATP էներգիայի ծախսումով: Հետեւաբար, բոլոր մյուս կենսաբանական գործընթացները անհրաժեշտ են սպիտակուցի կենսասինթեզի պահպանման համար: Բացի այդ, էներգիայի մի մասը անհրաժեշտ է բջջի մեջ սպիտակուցների ակտիվ փոխադրման համար:

Սպիտակուցներից շատերը փոխադրվում են բջիջի մի տեղից մյուսը՝ փոփոխության համար: Մասնավորապես, հետթարգմանական սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում Գոլջիի համալիրում, որտեղ ածխաջրային կամ լիպիդային տիրույթը կցվում է որոշակի կառուցվածքի պոլիպեպտիդին։