Ինչ է կոչվում սպիտակուցի սինթեզ: Սպիտակուցի կենսասինթեզ՝ հակիրճ և հասկանալի: Սպիտակուցի կենսասինթեզը կենդանի բջջում. Սպիտակուցի կառուցվածքային կազմակերպում

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 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 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 տառադարձից 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

Թարգմանությունը (լատ. Translatio - փոխանցում, փոխանցում) mRNA մոլեկուլի նուկլեոտիդային հաջորդականության մեջ պարունակվող տեղեկատվության թարգմանությունն է պոլիպեպտիդային շղթայի ամինաթթուների հաջորդականության (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 ծածկագրին: 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 շարժումը 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: Մշակման ավարտից հետո հասուն mRNA-ն ընտրվում է մինչև 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:

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 «կազմել» բարդ սպիտակուցային խճանկար: Եվ ոչ թե բուն սպիտակուցը, այլ միայն պեպտիդները:

Սպիտակուցների և պեպտիդների միջև տարբերությունը միայն տերմինաբանական չէ, չնայած երկուսի մոլեկուլային շղթաները կազմված են ամինաթթուների մնացորդներից: Ինչ-որ փուլում քանակը վերածվում է որակի. պեպտիդային շղթան՝ առաջնային կառուցվածքը, ձեռք է բերում պարույրների և գնդերի 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-մեր 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 հանվում 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՝ կարբոքսիլ), և ռեակցիան իրականացնենք՝ 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 չարվի, ապա թիրախը կաճի ոչ միայն երկու ծայրերից, այլ նաև կողքից, և ամինաթթուներն այլևս չեն կարող միավորվել 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 «կոնստրուկցիան» քանդվում էր, հենց որ «փաստաղը»՝ պաշտպանիչ խմբերը, հանվում էին դրանից։ Միայն 1932թ.-ին Ֆիշերի աշակերտ Մ.Բերգմանը գտավ այս իրավիճակից ելքը. նա առաջարկեց պաշտպանել ամինաթթվի ամինո խումբը կարբոբենզօքսի խմբով, որը կարելի էր հեռացնել՝ չվնասելով պեպտիդային շղթան։

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 մի տեղ ու 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 ցրվածությունն 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։

Քանի որ պեպտիդային շղթաները մեծանում 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։

Սպիտակուցների դերը բջջի և մարմնում

Սպիտակուցի դերը բջիջների կյանքում և դրա սինթեզի հիմնական փուլերը. Ռիբոսոմների կառուցվածքը և գործառույթները. Ռիբոսոմների դերը սպիտակուցի սինթեզում.

Սպիտակուցները չափազանց կարևոր դեր են խաղում բջջի և մարմնի կենսագործունեության մեջ, դրանք բնութագրվում են հետևյալ գործառույթներով.

Կառուցվածքային.Դրանք ներբջջային կառուցվածքների, հյուսվածքների և օրգանների մի մասն են։ Օրինակ, կոլագենը և էլաստինը ծառայում են որպես շարակցական հյուսվածքի բաղադրիչներ՝ ոսկորներ, ջլեր, աճառ; ֆիբրոինը մետաքսի, սարդոստայնի մի մասն է; կերատինը էպիդերմիսի և դրա ածանցյալների (մազեր, եղջյուրներ, փետուրներ) մի մասն է: Նրանք կազմում են վիրուսների պատյաններ (կապսիդներ)։

Ֆերմենտային.Բջջում բոլոր քիմիական ռեակցիաներն ընթանում են կենսաբանական կատալիզատորների՝ ֆերմենտների (օքսիդորեդուկտազ, հիդրոլազ, լիգազ, տրանսֆերազ, իզոմերազ և լիազ) մասնակցությամբ։

Կարգավորող.Օրինակ՝ ինսուլին և գլյուկագոն հորմոնները կարգավորում են գլյուկոզայի նյութափոխանակությունը։ Հիստոնային սպիտակուցները ներգրավված են քրոմատինի տարածական կազմակերպման մեջ և այդպիսով ազդում են գեների արտահայտման վրա:

Տրանսպորտ.Հեմոգլոբինը ողնաշարավորների արյան մեջ կրում է թթվածինը, որոշ անողնաշարավորների հեմոլիմֆում՝ հեմոցիանը, մկաններում՝ միոգլոբինը։ Շիճուկի ալբումինը ծառայում է ճարպաթթուների, լիպիդների և այլն տեղափոխելու համար: Մեմբրանի փոխադրող սպիտակուցներն ապահովում են նյութերի ակտիվ տեղափոխում բջջային թաղանթներով (Na +, K + -ATPase): Ցիտոքրոմներն իրականացնում են էլեկտրոնների տեղափոխում միտոքոնդրիաների և քլորոպլաստների էլեկտրոնների տեղափոխման շղթաներով։

Պաշտպանիչ.Օրինակ, հակամարմինները (իմունոգոլոբուլինները) բարդույթներ են կազմում բակտերիալ անտիգենների և օտար սպիտակուցների հետ: Ինտերֆերոնները արգելափակում են վիրուսային սպիտակուցի սինթեզը վարակված բջիջում: Ֆիբրինոգենը և թրոմբինը ներգրավված են արյան մակարդման գործընթացներում։

Կծկվող (շարժիչ):Ակտինի և միոզինի սպիտակուցներն ապահովում են մկանների կծկման և բջջամկանային տարրերի կծկման գործընթացները։

Ազդանշան (ընկալիչ):Բջջային թաղանթների սպիտակուցները ընկալիչների և մակերեսային անտիգենների մի մասն են:

պահեստավորման սպիտակուցներ. Կաթի կազեին, ձվի ալբումին, ֆերիտին (պահում է երկաթը փայծաղում):

Սպիտակուցային տոքսիններ. դիֆթերիայի տոքսին.

Էներգետիկ գործառույթ: 1 գ սպիտակուցի տարրալուծմամբ մինչև նյութափոխանակության վերջնական արտադրանքները (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) ազատվում է 17,6 կՋ կամ 4,2 կկալ էներգիա։

Սպիտակուցի կենսասինթեզը տեղի է ունենում յուրաքանչյուր կենդանի բջիջում: Այն առավել ակտիվ է աճող երիտասարդ բջիջներում, որտեղ սպիտակուցները սինթեզվում են իրենց օրգանելների կառուցման համար, ինչպես նաև արտազատվող բջիջներում, որտեղ սինթեզվում են ֆերմենտային սպիտակուցներ և հորմոնալ սպիտակուցներ։

Հիմնական դերըսպիտակուցների կառուցվածքը որոշելիս պատկանում է ԴՆԹ-ին: ԴՆԹ-ի այն հատվածը, որը պարունակում է տեղեկատվություն մեկ սպիտակուցի կառուցվածքի մասին, կոչվում է գեն: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է մի քանի հարյուր գեն: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականության ծածկագիր՝ միանշանակ համակցված նուկլեոտիդների տեսքով:

Սպիտակուցների սինթեզ -բարդ բազմաստիճան պրոցես, որը ներկայացնում է սինթետիկ ռեակցիաների շղթա, որն ընթանում է մատրիցային սինթեզի սկզբունքով։

Սպիտակուցների կենսասինթեզում որոշվում են հետևյալ փուլերը, որոնք տեղի են ունենում բջջի տարբեր մասերում.

Առաջին փուլ - i-RNA սինթեզը տեղի է ունենում միջուկում, որի ընթացքում ԴՆԹ գենում պարունակվող տեղեկատվությունը վերագրվում է i-RNA: Այս գործընթացը կոչվում է տրանսկրիպցիա (լատիներեն «տրանսկրիպտից»՝ վերաշարադրում):

Երկրորդ փուլումկա ամինաթթուների կապ t-RNA մոլեկուլների հետ, որոնք հաջորդաբար բաղկացած են երեք նուկլեոտիդներից՝ հակակոդոններից, որոնց օգնությամբ որոշվում է նրա եռակի կոդոնը։

Երրորդ փուլ -սա պոլիպեպտիդային կապերի ուղղակի սինթեզի գործընթացն է, որը կոչվում է թարգմանություն: Այն առաջանում է ռիբոսոմներում։

Չորրորդ փուլումսպիտակուցի երկրորդական և երրորդական կառուցվածքի ձևավորում, այսինքն՝ սպիտակուցի վերջնական կառուցվածքի ձևավորում։

Այսպիսով, սպիտակուցի կենսասինթեզի գործընթացում նոր սպիտակուցային մոլեկուլներ են ձևավորվում ԴՆԹ-ում ներկառուցված ճշգրիտ տեղեկատվությանը համապատասխան: Այս պրոցեսն ապահովում է սպիտակուցների, նյութափոխանակության պրոցեսների, բջիջների աճն ու զարգացումը, այսինքն՝ բջիջների կենսագործունեության բոլոր պրոցեսների նորացումը։

Սպիտակուցի կենսասինթեզգնում է յուրաքանչյուր կենդանի բջիջում: Այն առավել ակտիվ է աճող երիտասարդ բջիջներում, որտեղ սպիտակուցները սինթեզվում են իրենց օրգանելների կառուցման համար, ինչպես նաև արտազատվող բջիջներում, որտեղ սինթեզվում են ֆերմենտային սպիտակուցներ և հորմոնալ սպիտակուցներ։

Սպիտակուցների կառուցվածքի որոշման հիմնական դերը պատկանում է ԴՆԹ-ին։ ԴՆԹ-ի մի կտոր, որը պարունակում է տեղեկատվություն մեկ սպիտակուցի կառուցվածքի մասին, կոչվում է գենոմը. ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է մի քանի հարյուր գեն: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականության ծածկագիր՝ միանշանակ համակցված նուկլեոտիդների տեսքով: ԴՆԹ կոդը գրեթե ամբողջությամբ վերծանվել է։ Դրա էությունը հետեւյալն է. Յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է երեք հարակից նուկլեոտիդների ԴՆԹ շղթայի մի հատվածին:

Օրինակ, T-T-T հատվածը համապատասխանում է ամինաթթվի լիզինին, A-C-A հատվածը համապատասխանում է ցիստինին, C-A-A-ն՝ վալինին և այլն: Կան 20 տարբեր ամինաթթուներ, 4 նուկլեոտիդների հնարավոր համակցությունների թիվը 3-ով 64 է: Հետևաբար, կան: ավելի քան բավարար եռյակներ բոլոր ամինաթթուները կոդավորելու համար:

սպիտակուցի սինթեզ - բարդ բազմաստիճան գործընթաց, որը ներկայացնում է սինթետիկ ռեակցիաների շղթա, որն ընթանում է մատրիցային սինթեզի սկզբունքով:

Քանի որ ԴՆԹ-ն գտնվում է բջջի միջուկում, իսկ սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում, կա միջնորդ, որը տեղեկատվություն է փոխանցում ԴՆԹ-ից ռիբոսոմներին: Նման միջնորդ է mRNA-ն:

Սպիտակուցների կենսասինթեզում որոշվում են հետևյալ փուլերը, որոնք տեղի են ունենում բջջի տարբեր մասերում.

1. Առաջին փուլը՝ i-RNA-ի սինթեզը տեղի է ունենում միջուկում, որի ընթացքում ԴՆԹ գենում պարունակվող տեղեկատվությունը վերագրվում է i-RNA: Այս գործընթացը կոչվում է արտագրում(լատիներեն «արտագրություն» - վերաշարադրում):
2. Երկրորդ փուլում ամինաթթուները զուգակցվում են t-RNA մոլեկուլների հետ, որոնք հաջորդաբար բաղկացած են երեք նուկլեոտիդներից. հակակոդոնօվ,որի օգնությամբ որոշվում է նրա եռակի կոդոնը։
3. Երրորդ փուլը պոլիպեպտիդային կապերի ուղղակի սինթեզի գործընթացն է, որը կոչվում է հեռարձակում. Այն առաջանում է ռիբոսոմներում։
4. Չորրորդ փուլում տեղի է ունենում սպիտակուցի երկրորդական և երրորդական կառուցվածքի ձևավորում, այսինքն սպիտակուցի վերջնական կառուցվածքի ձևավորում.

Սուրհանդակային ՌՆԹ-ի (i-RNA) սինթեզը տեղի է ունենում միջուկում: Այն իրականացվում է ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկի երկայնքով՝ ֆերմենտների օգնությամբ և հաշվի առնելով ազոտային հիմքերի փոխլրացման սկզբունքը։ ԴՆԹ գեներում պարունակվող տեղեկատվությունը սինթեզված mRNA մոլեկուլին վերագրանցելու գործընթացը կոչվում է. արտագրում . Ակնհայտ է, որ տեղեկատվությունը վերաշարադրվում է ՌՆԹ նուկլեոտիդների հաջորդականության տեսքով: ԴՆԹ-ի շարանը այս դեպքում գործում է որպես կաղապար: ՌՆԹ-ի մոլեկուլում, նրա առաջացման գործընթացում, ազոտային հիմքի՝ թիմինի փոխարեն, ներառված է ուրացիա։

G - C - A - A - C - T - ԴՆԹ-ի մոլեկուլի շղթաներից մեկի բեկոր; C - G - U - U - G - A - հաղորդիչ ՌՆԹ մոլեկուլի մի հատված:

ՌՆԹ-ի մոլեկուլները անհատական ​​են, նրանցից յուրաքանչյուրը կրում է տեղեկատվություն մեկ գենի մասին։ Այնուհետև mRNA մոլեկուլները թողնում են բջջի միջուկը միջուկային ծակոտիների միջով և ուղղվում դեպի ցիտոպլազմ՝ դեպի ռիբոսոմներ: Ամինաթթուներն այստեղ առաքվում են նաև տրանսպորտային ՌՆԹ-ի (t-RNA) օգնությամբ։ tRNA մոլեկուլը բաղկացած է 70–80 նուկլեոտիդներից։ Մոլեկուլի ընդհանուր տեսքը հիշեցնում է երեքնուկի տերևը։

Թերթի վերևում է հակակոդոն(նուկլեոտիդների կոդավորող եռյակ), որը համապատասխանում է կոնկրետ ամինաթթվի։ Հետեւաբար, յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի իր հատուկ t-RNA: Սպիտակուցի մոլեկուլի հավաքման գործընթացը տեղի է ունենում ռիբոսոմներում և կոչվում է հեռարձակում. Մի քանի ռիբոսոմներ հաջորդաբար տեղակայված են մեկ mRNA մոլեկուլի վրա: Երկու mRNA եռյակներ կարող են տեղավորվել յուրաքանչյուր ռիբոսոմի ֆունկցիոնալ կենտրոնում: Նուկլեոտիդների կոդային եռյակը՝ t-RNA մոլեկուլ, որը մոտեցել է սպիտակուցի սինթեզի վայրին, համապատասխանում է mRNA-ի նուկլեոտիդների եռյակին, որը ներկայումս գտնվում է ռիբոսոմի ֆունկցիոնալ կենտրոնում: Այնուհետև mRNA շղթայի երկայնքով ռիբոսոմը կատարում է երեք նուկլեոտիդների հավասար քայլ: Ամինաթթուն առանձնանում է tRNA-ից և դառնում սպիտակուցային մոնոմերների շղթա։ Ազատված tRNA-ն մի կողմ է գնում և որոշ ժամանակ անց կարող է նորից միանալ որոշակի թթվի հետ, որը կտեղափոխվի տեղամաս։ սպիտակուցի սինթեզ. Այսպիսով, ԴՆԹ եռյակում նուկլեոտիդների հաջորդականությունը համապատասխանում է mRNA եռյակի նուկլեոտիդների հաջորդականությանը։

Սպիտակուցների կենսասինթեզի ամենաբարդ գործընթացում իրականացվում են բջջի բազմաթիվ նյութերի և օրգանելների գործառույթներ։

Այսպիսով, սպիտակուցի կենսասինթեզի գործընթացում նոր սպիտակուցային մոլեկուլներ են ձևավորվում ԴՆԹ-ում ներկառուցված ճշգրիտ տեղեկատվությանը համապատասխան: Այս պրոցեսն ապահովում է սպիտակուցների, նյութափոխանակության պրոցեսների, բջիջների աճն ու զարգացումը, այսինքն՝ բջիջների կենսագործունեության բոլոր պրոցեսների նորացումը։

Սպիտակուցի կենսասինթեզը տեղի է ունենում յուրաքանչյուր կենդանի բջիջում: Այն առավել ակտիվ է աճող երիտասարդ բջիջներում, որտեղ սպիտակուցները սինթեզվում են իրենց օրգանելների կառուցման համար, ինչպես նաև արտազատվող բջիջներում, որտեղ սինթեզվում են ֆերմենտային սպիտակուցներ և հորմոնալ սպիտակուցներ։

Սպիտակուցների կառուցվածքի որոշման հիմնական դերը պատկանում է ԴՆԹ-ին։ ԴՆԹ-ի այն հատվածը, որը պարունակում է տեղեկատվություն մեկ սպիտակուցի կառուցվածքի մասին, կոչվում է գեն: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է մի քանի հարյուր գեն: ԴՆԹ-ի մոլեկուլը պարունակում է սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականության ծածկագիր՝ միանշանակ համակցված նուկլեոտիդների տեսքով: ԴՆԹ կոդը գրեթե ամբողջությամբ վերծանվել է։ Դրա էությունը հետեւյալն է. Յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է երեք հարակից նուկլեոտիդների ԴՆԹ շղթայի մի հատվածին:

Օրինակ, T-T-T հատվածը համապատասխանում է ամինաթթվի լիզինին, A-C-A հատվածը համապատասխանում է ցիստինին, C-A-A-ն՝ վալինին և այլն: Կան 20 տարբեր ամինաթթուներ, 4 նուկլեոտիդների հնարավոր համակցությունների թիվը 3-ով 64 է: Հետևաբար, կան: ավելի քան բավարար եռյակներ բոլոր ամինաթթուները կոդավորելու համար:

Սպիտակուցների սինթեզը բարդ բազմափուլ գործընթաց է, որը ներկայացնում է սինթետիկ ռեակցիաների շղթա, որն ընթանում է մատրիցային սինթեզի սկզբունքով:

Քանի որ ԴՆԹ-ն գտնվում է բջջի միջուկում, իսկ սպիտակուցի սինթեզը տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում, կա միջնորդ, որը տեղեկատվություն է փոխանցում ԴՆԹ-ից ռիբոսոմներին: Այդպիսի միջնորդ է mRNA-ն: :

Սպիտակուցների կենսասինթեզում որոշվում են հետևյալ փուլերը, որոնք տեղի են ունենում բջջի տարբեր մասերում.

1. Առաջին փուլ - միջուկում տեղի է ունենում i-RNA-ի սինթեզ, որի ընթացքում ԴՆԹ գենում պարունակվող տեղեկատվությունը վերագրվում է i-RNA: Այս գործընթացը կոչվում է տրանսկրիպցիա (լատիներեն «տրանսկրիպտից»՝ վերաշարադրում):

2. Երկրորդ փուլում ամինաթթուները միացվում են t-RNA մոլեկուլներին, որոնք հաջորդաբար բաղկացած են երեք նուկլեոտիդներից՝ հակակոդոններից, որոնց օգնությամբ որոշվում է դրանց եռակի կոդոնը։

3. Երրորդ փուլը պոլիպեպտիդային կապերի ուղղակի սինթեզի գործընթացն է, որը կոչվում է թարգմանություն։ Այն առաջանում է ռիբոսոմներում։

4. Չորրորդ փուլում տեղի է ունենում սպիտակուցի երկրորդական և երրորդական կառուցվածքի ձևավորում, այսինքն՝ սպիտակուցի վերջնական կառուցվածքի ձևավորում։

Այսպիսով, սպիտակուցի կենսասինթեզի գործընթացում նոր սպիտակուցային մոլեկուլներ են ձևավորվում ԴՆԹ-ում ներկառուցված ճշգրիտ տեղեկատվությանը համապատասխան: Այս պրոցեսն ապահովում է սպիտակուցների, նյութափոխանակության պրոցեսների, բջիջների աճն ու զարգացումը, այսինքն՝ բջիջների կենսագործունեության բոլոր պրոցեսների նորացումը։

Քրոմոսոմները (հունարեն «chroma»-ից՝ գույն, «soma»՝ մարմին) բջջի միջուկի շատ կարևոր կառուցվածքներ են։ Նրանք մեծ դեր են խաղում բջիջների բաժանման գործընթացում՝ ապահովելով ժառանգական տեղեկատվության փոխանցումը մի սերունդից մյուսը։ Դրանք ԴՆԹ-ի բարակ շղթաներ են՝ կապված սպիտակուցներին: Թելերը կոչվում են քրոմատիդներ և կազմված են ԴՆԹ-ից, հիմնական սպիտակուցներից (հիստոններ) և թթվային սպիտակուցներից։

Չբաժանվող բջիջում քրոմոսոմները լրացնում են միջուկի ամբողջ ծավալը և տեսանելի չեն մանրադիտակի տակ։ Նախքան բաժանումը սկսելը, տեղի է ունենում ԴՆԹ պարուրաձևացում, և յուրաքանչյուր քրոմոսոմ տեսանելի է դառնում մանրադիտակի տակ: Պարույրացման ժամանակ քրոմոսոմները կրճատվում են տասնյակ հազարավոր անգամներ։ Այս վիճակում քրոմոսոմները նման են երկու միանման թելերի (քրոմատիդներ), որոնք ընկած են կողք կողքի՝ միացված ընդհանուր տեղամասով՝ ցենտրոմերով:

Յուրաքանչյուր օրգանիզմ բնութագրվում է քրոմոսոմների մշտական ​​քանակով և կառուցվածքով։ Սոմատիկ բջիջներում քրոմոսոմները միշտ զուգակցված են, այսինքն՝ միջուկում կան երկու նույնական քրոմոսոմներ, որոնք կազմում են մեկ զույգ։ Այդպիսի քրոմոսոմները կոչվում են հոմոլոգ, իսկ սոմատիկ բջիջներում քրոմոսոմների զույգերը՝ դիպլոիդ։

Այսպիսով, մարդկանց քրոմոսոմների դիպլոիդ հավաքածուն բաղկացած է 46 քրոմոսոմից՝ կազմելով 23 զույգ։ Յուրաքանչյուր զույգ բաղկացած է երկու նույնական (հոմոլոգ) քրոմոսոմներից։

Քրոմոսոմների կառուցվածքային առանձնահատկությունները հնարավորություն են տալիս տարբերակել նրանց 7 խմբերը, որոնք նշվում են լատիներեն A, B, C, D, E, F, G տառերով։ Քրոմոսոմների բոլոր զույգերն ունեն սերիական համարներ։

Տղամարդիկ և կանայք ունեն 22 զույգ նույնական քրոմոսոմներ: Դրանք կոչվում են աուտոսոմներ։ Տղամարդիկ և կանայք տարբերվում են մեկ զույգ քրոմոսոմներով, որոնք կոչվում են սեռական քրոմոսոմներ: Դրանք նշանակվում են տառերով՝ մեծ X (C խումբ) և փոքր Y (խումբ C,): Կանանց մարմինն ունի 22 զույգ աուտոսոմ և մեկ զույգ (XX) սեռական քրոմոսոմ: Տղամարդիկ ունեն 22 զույգ աուտոսոմներ և մեկ զույգ (XY) սեռական քրոմոսոմներ։

Ի տարբերություն սոմատիկ բջիջների, սեռական բջիջները պարունակում են քրոմոսոմների կեսը, այսինքն՝ պարունակում են յուրաքանչյուր զույգից մեկ քրոմոսոմ: Նման հավաքածուն կոչվում է հապլոիդ: Քրոմոսոմների հապլոիդ հավաքածուն առաջանում է բջիջների հասունացման գործընթացում։