Protein sintezi nima deyiladi? Protein biosintezi: qisqacha va tushunarli. Tirik hujayrada oqsil biosintezi. Proteinning strukturaviy tashkil etilishi

01.11.2019

Birinchidan, transkripsiyadan boshlab, oqsil biosintezidagi bosqichlar ketma-ketligini belgilang. Protein molekulalarining sintezi jarayonida sodir bo'ladigan jarayonlarning barcha ketma-ketligini 2 bosqichga birlashtirish mumkin:

Transkripsiya.
Translyatsiya.

Irsiy ma'lumotlarning tarkibiy birliklari genlar - DNK molekulasining ma'lum bir oqsil sintezini kodlaydigan bo'limlari. Kimyoviy tashkiliy jihatdan pro- va eukariotlarning irsiyat va o'zgaruvchanlik materiali tubdan farq qilmaydi. Ulardagi genetik material DNK molekulasida taqdim etilgan, irsiy ma'lumotni va genetik kodni qayd etish printsipi ham keng tarqalgan. Pro- va eukariotlardagi bir xil aminokislotalar bir xil kodonlar bilan shifrlangan.

Zamonaviy prokaryotik hujayralar genomi nisbatan kichik o'lcham bilan tavsiflanadi, Escherichia coli DNKsi taxminan 1 mm uzunlikdagi halqa shaklida bo'ladi. U 4000 ga yaqin genni tashkil etuvchi 4 x 10 6 ta asosiy juftlikni o'z ichiga oladi. 1961 yilda F. Yakob va J. Monod prokaryotik genlarning tsistronik yoki uzluksiz tashkil etilishini kashf etdilar, ular butunlay kodlovchi nukleotidlar ketma-ketliklaridan iborat va ular butunlay oqsil sintezi jarayonida amalga oshiriladi. Prokariotlarning DNK molekulasining irsiy moddasi bevosita hujayra sitoplazmasida joylashgan bo'lib, u yerda genlarni ifodalash uchun zarur bo'lgan tRNK va fermentlar ham joylashgan.Ekspressiya - bu genlarning funksional faolligi yoki gen ekspressiyasi. Shuning uchun DNK bilan sintezlangan mRNK oqsil sintezini tarjima qilish jarayonida darhol shablon sifatida harakat qila oladi.

Eukaryotik genomda ko'proq irsiy material mavjud. Odamlarda diploid xromosomalar to'plamidagi DNKning umumiy uzunligi taxminan 174 sm ni tashkil qiladi.U 3 x 10 9 ta asosiy juftlikni o'z ichiga oladi va 100 000 tagacha genlarni o'z ichiga oladi. 1977 yilda ko'pchilik eukaryotik genlarning tuzilishida uzilish aniqlandi, bu "mozaik" gen deb nomlandi. U nukleotidlar ketma-ketligini kodlaydi ekzonik va intron uchastkalar. Protein sintezi uchun faqat ekzon ma'lumotlaridan foydalaniladi. Turli genlarda intronlar soni har xil. Aniqlanishicha, tovuq ovalbumin geni 7 ta intronni, sutemizuvchilarning prokollagen geni esa 50 tani o'z ichiga oladi. Jim DNK - intronlarning vazifalari to'liq o'rganilmagan. Ular quyidagilarni ta'minlaydi deb taxmin qilinadi: 1) xromatinning strukturaviy tashkil etilishi; 2) ularning ba'zilari gen ekspressiyasini tartibga solishda aniq ishtirok etadi; 3) intronlar o'zgaruvchanlik uchun ma'lumotlar ombori sifatida qaralishi mumkin; 4) mutagenlar ta'sirini o'z zimmasiga olib, himoya rolini o'ynashi mumkin.

Transkripsiya

Hujayra yadrosidagi axborotni DNK molekulasining bir qismidan mRNK molekulasiga (mRNK) qayta yozish jarayoni deyiladi. transkripsiya(lot. Transscriptio - qayta yozish). Genning asosiy mahsuloti mRNK sintezlanadi. Bu protein sintezidagi birinchi qadamdir. DNKning mos keladigan qismida RNK polimeraza fermenti transkripsiya boshlanishining belgisini taniydi - oldindan ko'rish Dastlabki nuqta RNK transkriptida ferment tomonidan kiritilgan birinchi DNK nukleotidi hisoblanadi. Qoida tariqasida, kodlash hududlari AUG kodonidan boshlanadi, ba'zida GUG bakteriyalarda qo'llaniladi. RNK polimeraza promotor bilan bog'langanda, DNK qo'sh spiral mahalliy ravishda burilmaydi va iplardan biri komplementarlik printsipiga muvofiq ko'chiriladi. mRNK sintezlanadi, uning yig'ilish tezligi sekundiga 50 nukleotidga etadi. RNK polimeraza harakati bilan mRNK zanjiri o'sadi va ferment nusxa ko'chirish joyining oxiriga yetganda - terminator, mRNK shablondan uzoqlashadi. Ferment ortidagi DNK qo'sh spiral ta'mirlanadi.

Prokariotlarning transkripsiyasi sitoplazmada sodir bo'ladi. DNK butunlay nukleotidlar ketma-ketligini kodlashdan iborat bo'lganligi sababli, sintez qilingan mRNK darhol tarjima uchun shablon sifatida ishlaydi (yuqoriga qarang).

Eukariotlarda mRNKning transkripsiyasi yadroda sodir bo'ladi. U katta molekulalar sintezi bilan boshlanadi - prekursorlar (pro-mRNK), pishmagan yoki yadro RNK deb ataladi.Pro-mRNK genining birlamchi mahsuloti transkripsiyalangan DNK mintaqasining aniq nusxasi bo'lib, ekzonlar va intronlarni o'z ichiga oladi. Prekursorlardan etuk RNK molekulalarini hosil qilish jarayoni deyiladi qayta ishlash. mRNKning kamolotga kelishi bilan sodir bo'ladi qo'shish fermentlar yordamida so'qmoqlardir cheklash intronlar va ligaza fermentlari tomonidan transkripsiyalangan ekzon ketma-ketliklari bilan saytlarning ulanishi. (rasm) etuk mRNK pro-mRNK prekursor molekulalariga qaraganda ancha qisqaroq, ulardagi intronlarning hajmi 100 dan 1000 tagacha yoki undan ko'p nukleotidlar orasida o'zgarib turadi. Intronlar barcha etuk bo'lmagan mRNKning taxminan 80% ni tashkil qiladi.

Endi bu mumkinligi ko'rsatildi muqobil biriktirish, unda nukleotidlar ketma-ketligi uning turli hududlaridagi bitta asosiy transkriptdan o'chirilishi mumkin va bir nechta etuk mRNKlar hosil bo'ladi. Ushbu turdagi qo'shilish sutemizuvchilarning immunoglobulin gen tizimiga xos bo'lib, bu bitta mRNK transkripti asosida har xil turdagi antikorlarni hosil qilish imkonini beradi.

Qayta ishlash tugagandan so'ng, etuk mRNK yadroni tark etishdan oldin tanlanadi. Aniqlanishicha, etuk mRNKning atigi 5% sitoplazmaga kiradi, qolgan qismi esa yadroda parchalanadi.

Translyatsiya

Tarjima (lot. Translatio - uzatish, uzatish) - mRNK molekulasining nukleotidlar ketma-ketligidagi ma'lumotlarni polipeptid zanjirining aminokislotalar ketma-ketligiga tarjima qilish (10-rasm). Bu oqsil sintezining ikkinchi bosqichidir. Yetuk mRNKning yadro qobig'ining teshiklari orqali o'tishi RNK molekulasi bilan kompleks hosil qiluvchi maxsus oqsillarni hosil qiladi. mRNKni tashishdan tashqari, bu oqsillar mRNKni sitoplazmatik fermentlarning zararli ta'siridan himoya qiladi. Translatsiya jarayonida tRNKlar markaziy rol o'ynaydi, ular aminokislotalarning mRNK triplet kodiga aniq mos kelishini ta'minlaydi. Translatsiya-dekodlash jarayoni ribosomalarda sodir bo'ladi va 5 dan 3 gacha yo'nalishda amalga oshiriladi. mRNK va ribosomalar majmuasi polisoma deb ataladi.

Tarjimani uch bosqichga bo'lish mumkin: boshlash, cho'zilish va tugatish.

Boshlash.

Ushbu bosqichda oqsil molekulasining sintezida ishtirok etadigan butun kompleks yig'iladi. mRNKning ma'lum bir hududida ribosomalarning ikkita bo'linmalarining birlashishi mavjud, unga birinchi aminoatsil - tRNK biriktiriladi va bu ma'lumotni o'qish uchun ramka o'rnatadi. Har qanday mRNK molekulasida ribosomaning kichik bo'linmasining rRNK ni to'ldiruvchi va u tomonidan maxsus boshqariladigan sayt mavjud. Uning yonida metionin aminokislotasini kodlaydigan AUG boshlang'ich kodoni joylashgan.

Cho'zilish

- u birinchi peptid bog'lanish hosil bo'lgan paytdan to oxirgi aminokislota qo'shilishigacha bo'lgan barcha reaktsiyalarni o'z ichiga oladi. Ribosomada ikkita tRNK molekulasini bog'lash uchun ikkita joy mavjud. Aminokislota metioninli birinchi t-RNK bir bo'limda joylashgan peptidil (P) va har qanday oqsil molekulasining sintezi undan boshlanadi. Ikkinchi t-RNK molekulasi ribosomaning ikkinchi joyiga - aminoatsil (A) kiradi va uning kodoniga yopishadi. Metionin va ikkinchi aminokislota o'rtasida peptid bog'i hosil bo'ladi. Ikkinchi tRNK o'zining mRNK kodoni bilan birga peptidil markazga o'tadi. tRNK ning polipeptid zanjiri bilan aminoatsil markazdan peptidil markazga o‘tishi ribosomaning mRNK bo‘ylab bir kodonga mos keladigan bosqichga siljishi bilan birga keladi. Metioninni etkazib beruvchi tRNK sitoplazmaga qaytadi va amnoatsil markazi chiqariladi. U keyingi kodon tomonidan shifrlangan aminokislota bilan yangi t-RNK oladi. Uchinchi va ikkinchi aminokislotalar o’rtasida peptid bog’ hosil bo’ladi va uchinchi tRNK mRNK kodon bilan birgalikda peptidil markazga o’tadi.Oqsil zanjirining cho’zilishi, cho’zilishi jarayoni. U aminokislotalarni kodlamaydigan uchta kodondan biri ribosomaga kirguncha davom etadi. Bu terminator kodon va unga mos keladigan tRNK yo'q, shuning uchun tRNKlarning hech biri aminoatsil markazida o'rin egallamaydi.

Tugatish

- polipeptid sintezining tugallanishi. U aminoatsil markaziga kirganida tugatish kodonlaridan birining (UAA, UAG, UGA) o'ziga xos ribosoma oqsili tomonidan tan olinishi bilan bog'liq. Ribosomaga maxsus tugatish omili biriktirilgan bo'lib, u ribosoma bo'linmalarining ajralishiga va sintezlangan oqsil molekulasining chiqishiga yordam beradi. Suv peptidning oxirgi aminokislotasiga biriktiriladi va uning karboksil uchi tRNK dan ajratiladi.

Peptid zanjirining yig'ilishi yuqori tezlikda amalga oshiriladi. 37 ° S haroratda bakteriyalarda polipeptidga sekundiga 12 dan 17 gacha aminokislotalar qo'shilishi bilan ifodalanadi. Eukaryotik hujayralarda bir soniyada polipeptidga ikkita aminokislotalar qo'shiladi.

Keyin sintezlangan polipeptid zanjiri Golji kompleksiga kiradi, u erda oqsil molekulasining qurilishi tugallanadi (ikkinchi, uchinchi, to'rtinchi tuzilmalar ketma-ket paydo bo'ladi). Bu erda yog'lar va uglevodlar bilan oqsil molekulalarining kompleksi mavjud.

Protein biosintezining butun jarayoni sxema ko'rinishida taqdim etiladi: DNK ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptid zanjiri ® protein ® protein kompleksi va ularning funktsional faol molekulalarga aylanishi.

Irsiy axborotni amalga oshirish bosqichlari ham xuddi shunday tarzda davom etadi: birinchi navbatda, u mRNKning nukleotidlar ketma-ketligiga ko'chiriladi, so'ngra tRNK ishtirokida ribosomalardagi polipeptidning aminokislotalar ketma-ketligiga tarjima qilinadi.

Eukariotlarning transkripsiyasi uchta yadro RNK polimerazalari ta'sirida amalga oshiriladi. RNK polimeraza 1 yadrochada joylashgan va rRNK genlarining transkripsiyasi uchun javobgardir. RNK polimeraza 2 yadro shirasida joylashgan va mRNK prekursorining sintezi uchun javobgardir. RNK polimeraza 3 yadro shirasining kichik qismi bo'lib, kichik rRNK va tRNKni sintez qiladi. RNK polimerazalar transkripsiya promotorining nukleotidlar ketma-ketligini aniq taniydi. Eukaryotik mRNK dastlab prekursor (pro-mRNK) sifatida sintezlanadi, unga ekzon va intronlardan olingan ma'lumotlar yoziladi. Sintezlangan mRNK tarjima uchun zarur bo'lganidan kattaroq va kamroq barqaror.

mRNK molekulasining yetilish jarayonida restriksion fermentlar yordamida intronlar kesiladi, ligaza fermentlari yordamida esa ekzonlar tikiladi. mRNKning yetilishiga ishlov berish, ekzonlarning qoʻshilishi esa splayslanish deb ataladi. Shunday qilib, etuk mRNK faqat ekzonlarni o'z ichiga oladi va o'zidan oldingi pro-mRNKga qaraganda ancha qisqaroqdir. Intron o'lchamlari 100 dan 10 000 nukleotidgacha yoki undan ko'p farq qiladi. Intonlar barcha etuk bo'lmagan mRNKning taxminan 80% ni tashkil qiladi. Hozirgi vaqtda nukleotidlar ketma-ketligini birlamchi transkriptdan uning turli hududlarida o'chirib tashlash va bir nechta etuk mRNKlar hosil bo'lishi mumkin bo'lgan muqobil splicing imkoniyati isbotlangan. Ushbu turdagi qo'shilish sutemizuvchilarning immunoglobulin gen tizimiga xos bo'lib, bu bitta mRNK transkripti asosida har xil turdagi antikorlarni hosil qilish imkonini beradi. Qayta ishlash tugagandan so'ng, etuk mRNK yadrodan sitoplazmaga chiqarilishidan oldin tanlanadi. Aniqlanishicha, etuk mRNKning atigi 5% i kiradi, qolgan qismi esa yadroda parchalanadi. Eukaryotik genlarning birlamchi transkriptonlarining o'zgarishi, ularning ekzon-intron tashkil etilishi bilan bog'liq va etuk mRNKning yadrodan sitoplazmaga o'tishi bilan bog'liq holda, eukariotlarning genetik ma'lumotlarini amalga oshirish xususiyatlarini belgilaydi. Shuning uchun eukaryotik mozaik geni sistronom geni emas, chunki DNKning barcha ketma-ketligi oqsil sintezi uchun ishlatilmaydi.

Har bir fan sohasining o‘ziga xos “ko‘k qushi” bor; kibernetikachilar mashinalarni, fiziklar boshqariladigan termoyadro reaksiyalarini, kimyogarlar esa «tirik materiya» - oqsil sintezini orzu qiladilar. Protein sintezi uzoq vaqtdan beri ilmiy-fantastik romanlarning mavzusi bo'lib, kimyoning yaqinlashib kelayotgan kuchining ramzi hisoblanadi. Bu oqsilning tirik dunyoda o'ynaydigan ulkan roli va individual aminokislotalardan murakkab protein mozaikasini "katlashga" jur'at etgan har bir jasur odamga muqarrar ravishda duch kelgan qiyinchiliklar bilan izohlanadi. Va hatto oqsilning o'zi emas, balki faqat peptidlar.

Proteinlar va peptidlar o'rtasidagi farq nafaqat terminologik, garchi ikkalasining molekulyar zanjirlari aminokislotalar qoldiqlaridan iborat. Muayyan bosqichda miqdor sifatga aylanadi: peptid zanjiri - birlamchi tuzilma - spiral va sharlarga aylanish qobiliyatiga ega bo'lib, tirik materiyaga xos bo'lgan ikkilamchi va uchinchi darajali tuzilmalarni hosil qiladi. Va keyin peptid oqsilga aylanadi. Bu erda aniq chegara yo'q - demarkatsiya belgisini polimer zanjiriga qo'yish mumkin emas: hozirgacha - peptid, bu erdan - oqsil. Ammo ma'lumki, masalan, 39 ta aminokislota qoldig'idan iborat adranokortikotrop gormon polipeptid, ikkita zanjir shaklida 51 ta qoldiqdan iborat insulin gormoni allaqachon oqsildir. Eng oddiy, ammo baribir protein.

Aminokislotalarni peptidlarga birlashtirish usuli o'tgan asrning boshida nemis kimyogari Emil Fisher tomonidan kashf etilgan. Ammo shundan keyin uzoq vaqt davomida kimyogarlar nafaqat oqsillar yoki 39 a'zoli peptidlar sintezi, balki undan ham qisqaroq zanjirlar haqida jiddiy o'ylay olmadilar.

Protein sintezi jarayoni

Ikki aminokislotani bir-biriga ulash uchun ko'p qiyinchiliklarni engish kerak. Har bir aminokislota, ikki yuzli Yanus singari, ikkita kimyoviy yuzga ega: bir uchida karboksilik kislota guruhi va ikkinchi uchida amin asosli guruhi. Agar bitta aminokislotaning karboksildan OH guruhi, ikkinchisining amin guruhidan vodorod atomi olinsa, bu holda hosil bo'lgan ikkita aminokislota qoldig'i bir-biri bilan peptid bog'i bilan bog'lanishi mumkin. , va natijada peptidlarning eng oddiyi dipeptid paydo bo'ladi. Va suv molekulasi ajraladi. Ushbu operatsiyani takrorlash orqali peptid uzunligini oshirish mumkin.

Biroq, bu oddiy ko'rinadigan operatsiyani amalga oshirish deyarli qiyin: aminokislotalar bir-biri bilan birlashishni juda istamaydi. Biz ularni kimyoviy jihatdan faollashtirishimiz va zanjirning uchlaridan birini (ko'pincha karboksilik) "isitishimiz" va zarur shartlarga qat'iy rioya qilgan holda reaktsiyani amalga oshirishimiz kerak. Ammo bu hammasi emas: ikkinchi qiyinchilik shundaki, nafaqat turli aminokislotalarning qoldiqlari, balki bir xil kislotaning ikkita molekulasi ham bir-biri bilan birlashishi mumkin. Bunday holda, sintez qilingan peptidning tuzilishi allaqachon istalganidan farq qiladi. Bundan tashqari, har bir aminokislota ikkita emas, balki bir nechta "Axilles to'pig'i" - aminokislota qoldiqlarini biriktira oladigan yon kimyoviy faol guruhlarga ega bo'lishi mumkin.

Reaksiya berilgan yo‘ldan chetga chiqishiga yo‘l qo‘ymaslik uchun ushbu soxta nishonlarni kamuflyaj qilish kerak - aminokislotalarning barcha reaktiv guruhlarini, bittadan tashqari, reaksiya davomiyligi uchun shunday qilib yopishtirish orqali “muhrlash” kerak. -ularga himoya guruhlari deyiladi. Agar bu bajarilmasa, maqsad nafaqat ikkala uchidan, balki yon tomonga ham o'sib boradi va aminokislotalar endi berilgan ketma-ketlikda bog'lana olmaydi. Ammo bu har qanday yo'naltirilgan sintezning ma'nosi.

Ammo, shu tarzda bir muammodan xalos bo'lish, kimyogarlar boshqasiga duch kelishadi: sintez tugagandan so'ng, himoya guruhlarini olib tashlash kerak. Fisher davrida gidroliz natijasida ajralib chiqqan guruhlar "himoya" sifatida ishlatilgan. Biroq, gidroliz reaktsiyasi odatda hosil bo'lgan peptid uchun juda kuchli "zarba" bo'lib chiqdi: uning qurilishi qiyin bo'lgan "konstruktsiyasi" undan "iskala" - himoya guruhlari olib tashlangandan so'ng darhol parchalanib ketdi. Faqat 1932 yilda Fisherning shogirdi M. Bergmann bu vaziyatdan chiqish yo'lini topdi: u aminokislotalarning aminokislotalarini peptid zanjiriga zarar bermasdan olib tashlash mumkin bo'lgan karbobenzoksi guruhi bilan himoya qilishni taklif qildi.

Aminokislotalardan oqsil sintezi

Yillar davomida aminokislotalarni bir-biriga "o'zaro bog'lash" uchun yumshoq deb ataladigan bir qator usullar taklif qilindi. Biroq, ularning barchasi, aslida, faqat Fisher usuli mavzusidagi variatsiyalar edi. Variantlar, ularda ba'zan asl ohangni ushlash qiyin edi. Ammo printsipning o'zi bir xil bo'lib qoldi. Biroq, zaif guruhlarni himoya qilish bilan bog'liq qiyinchiliklar bir xil bo'lib qoldi. Ushbu qiyinchiliklarni bartaraf etish uchun reaktsiya bosqichlari sonini ko'paytirish orqali to'lash kerak edi: bitta elementar harakat - ikkita aminokislota birikmasi to'rt bosqichga bo'lingan. Va har bir qo'shimcha bosqich muqarrar yo'qotishdir.

Har bir bosqich 80% foydali hosil bilan keladi deb faraz qilsak ham (va bu yaxshi hosil), keyin to'rt bosqichdan keyin bu 80% 40% gacha "eriydi". Va bu faqat dipeptidning sintezi bilan! Agar 8 ta aminokislota bo'lsa-chi? Va agar 51 bo'lsa, insulindagi kabi? Bunga aminokislotalar molekulalarining ikkita optik "oyna" shakli mavjudligi bilan bog'liq qiyinchiliklarni qo'shing, ulardan faqat bittasi reaktsiyada kerak bo'ladi, natijada paydo bo'lgan peptidlarni qo'shimcha mahsulotlardan ajratish muammolarini qo'shing, ayniqsa ular bunday hollarda. teng darajada eriydi. Umuman nima sodir bo'ladi: hech qaerga yo'l?

Va shunga qaramay, bu qiyinchiliklar kimyogarlarni to'xtata olmadi. “Ko‘k qush”ning ta’qibi davom etdi. 1954 yilda birinchi biologik faol polipeptid gormonlari vazopressin va oksitotsin sintez qilindi. Ularda sakkizta aminokislotalar mavjud edi. 1963 yilda 39-mer ACTH polipeptid, adrenokortikotrop gormon sintez qilindi. Nihoyat, AQSH, Germaniya va Xitoyning kimyogarlari birinchi oqsil - insulin gormonini sintez qilishdi.

Qani, o‘quvchi aytadi, ma’lum bo‘lishicha, mashaqqatli yo‘l hech qayerga ham, qayoqqadir ham olib bormagan, balki kimyogarlarning ko‘p avlodi orzusi ro‘yobga chiqqan ekan! Bu muhim voqea! Darhaqiqat, bu muhim voqea. Ammo keling, sensatsiya, undov belgilari va haddan tashqari his-tuyg'ulardan voz kechib, buni ehtiyotkorlik bilan baholaylik.

Hech kim bahslashmaydi: insulin sintezi kimyogarlar uchun katta g'alabadir. Bu ulkan, titanik asar, har qanday hayratga loyiqdir. Lekin shu bilan birga, ego, mohiyatiga ko'ra, eski polipeptidlar kimyosining shiftidir. Bu mag'lubiyat yoqasidagi g'alaba.

Protein sintezi va insulin

Insulin tarkibida 51 ta aminokislotalar mavjud. Ularni to'g'ri ketma-ketlikda ulash uchun kimyogarlar 223 ta reaktsiyani amalga oshirishlari kerak edi. Ularning birinchisi boshlanganidan uch yil o'tgach, oxirgisi tugallanganda, mahsulotning hosildorligi foizning yuzdan biridan kam edi. Uch yil, 223 bosqich, foizning yuzdan bir qismi - tan olish kerakki, g'alaba faqat ramziy ma'noga ega. Ushbu usulni amaliy qo'llash haqida gapirish juda qiyin: uni amalga oshirish bilan bog'liq xarajatlar juda yuqori. Ammo yakuniy tahlilda biz organik kimyo shon-shuhratining qimmatbaho qoldiqlari sintezi haqida emas, balki butun dunyo bo'ylab minglab odamlar uchun zarur bo'lgan hayotiy dori-darmonlarni chiqarish haqida ketmoqda. Shunday qilib, polipeptid sintezining klassik usuli eng birinchi, eng oddiy oqsilda o'zini yo'qotdi. Xo‘sh, “ko‘k qush” yana kimyogarlarning qo‘lidan sirg‘alib ketdi?

Protein sintezining yangi usuli

Insulin sintezi haqida dunyo bilishidan taxminan bir yarim yil avval matbuotda yana bir xabar paydo bo‘ldi, u dastlab unchalik e’tiborni tortmadi: amerikalik olim R. Merifild peptidlarni sintez qilishning yangi usulini taklif qildi. Muallifning o'zi dastlab usulga to'g'ri baho bermaganligi va undagi kamchiliklar ko'p bo'lganligi sababli, u birinchi yaqinlashuvda mavjudlaridan ham yomonroq ko'rinardi. Biroq, 1964 yil boshida, Merifild o'z usulini 70% foydali rentabellik bilan 9 a'zoli gormon sintezini yakunlashga muvaffaq bo'lganda, olimlar hayratda qolishdi: barcha bosqichlardan keyin 70% har birida 9% foydali hosil. sintez bosqichi.

Yangi usulning asosiy g'oyasi shundan iboratki, ilgari eritmadagi xaotik harakatning rahm-shafqatiga qoldirilgan peptidlarning o'sib borayotgan zanjirlari endi bir uchida qattiq tashuvchiga bog'langan - ular, xuddi shunday, majburiy edi. eritmada langar qilish. Merifild qattiq qatron oldi va peptidga yig'ilgan birinchi aminokislotani karbonil uchi bilan faol guruhlariga "biriktirdi". Reaksiyalar alohida qatron zarralari ichida sodir bo'ldi. Uning molekulalarining "labirintlarida" birinchi bo'lib kelajakdagi peptidning birinchi qisqa kurtaklari paydo bo'ldi. Keyin idishga ikkinchi aminokislota kiritildi, uning karbonil uchlari "biriktirilgan" aminokislotalarning erkin aminokislotalari bilan bog'landi va zarrachalarda peptidning kelajakdagi "binosi" ning yana bir "qavati" o'sdi. Shunday qilib, bosqichma-bosqich, butun peptid polimeri asta-sekin qurilgan.

Yangi usul shubhasiz afzalliklarga ega edi: birinchi navbatda, har bir aminokislota qo'shilgandan keyin keraksiz mahsulotlarni ajratish muammosini hal qildi - bu mahsulotlar osongina yuvilib, peptid qatronlar granulalariga biriktirilgan holda qoldi. Shu bilan birga, eski usulning asosiy balolaridan biri bo'lgan o'sayotgan peptidlarning eruvchanligi muammosi chiqarib tashlandi; ilgari ular tez-tez cho'kib, o'sish jarayonida ishtirok etishni deyarli to'xtatdilar. Qattiq tayanchdan sintez tugagandan so'ng "olib tashlangan" peptidlar deyarli bir xil o'lcham va tuzilishga ega bo'lgan, har qanday holatda ham, strukturada tarqalish klassik usulga qaraganda kamroq edi. Va shunga ko'ra ko'proq foydali chiqish. Ushbu usul tufayli peptid sintezi - mashaqqatli, ko'p vaqt talab qiladigan sintez osongina avtomatlashtiriladi.

Merifild oddiy mashina qurdi, uning o'zi ma'lum bir dasturga muvofiq barcha kerakli operatsiyalarni bajardi - reagentlarni etkazib berish, aralashtirish, drenajlash, yuvish, dozani o'lchash, yangi qism qo'shish va hokazo. Agar eski usul bo'yicha bitta aminokislota qo'shish uchun 2-3 kun kerak bo'lsa, Merifild o'z mashinasida kuniga 5 ta aminokislota bog'ladi. Farqi 15 marta.

Protein sintezida qanday qiyinchiliklar mavjud

Merifildning qattiq fazali yoki heterojen deb ataladigan usuli butun dunyo bo'ylab kimyogarlar tomonidan darhol qabul qilindi. Biroq, qisqa vaqt o'tgach, yangi usulning asosiy afzalliklari bilan bir qatorda bir qator jiddiy kamchiliklari ham borligi ma'lum bo'ldi.

Peptid zanjirlari o'sib borishi bilan, ularning ba'zilarida, aytaylik, uchinchi "qavat" yo'qolishi mumkin - ketma-ket uchinchi aminokislota: uning molekulasi tutashish joyiga etib bormaydi, strukturada yo'l bo'ylab biror joyga yopishib qoladi. "yovvoyi" qattiq polimer. Va keyin, agar boshqa barcha aminokislotalar, to'rtinchidan boshlab, to'g'ri tartibda joylashgan bo'lsa ham, bu vaziyatni saqlab qolmaydi. Olingan polipeptid o'z tarkibida va shuning uchun uning xususiyatlarida olingan moddaga hech qanday aloqasi bo'lmaydi. Xuddi shu narsa telefon raqamini terishda sodir bo'ladi; bitta raqamni o'tkazib yuborishga arziydi - qolganlarini to'g'ri kiritganimiz endi bizga yordam bermaydi. Bunday soxta zanjirlarni "haqiqiy" dan ajratish deyarli mumkin emas va preparat aralashmalar bilan tiqilib qoladi. Bundan tashqari, sintezni hech qanday qatronda amalga oshirish mumkin emasligi ma'lum bo'ldi - uni diqqat bilan tanlash kerak, chunki o'sayotgan peptidning xususiyatlari ma'lum darajada qatronning xususiyatlariga bog'liq. Shuning uchun oqsil sintezining barcha bosqichlariga imkon qadar ehtiyotkorlik bilan yondashish kerak.

DNK oqsil sintezi, video

Va nihoyat, sizning e'tiboringizga DNK molekulalarida oqsil sintezi qanday sodir bo'lishi haqida o'quv videosini taqdim etamiz.

Oqsillarning hujayra va organizmdagi roli

Oqsilning hujayra hayotidagi roli va sintezining asosiy bosqichlari. Ribosomalarning tuzilishi va funktsiyalari. Oqsil sintezida ribosomalarning roli.

Proteinlar hujayra va organizmning hayotiy jarayonlarida juda muhim rol o'ynaydi, ular quyidagi funktsiyalar bilan tavsiflanadi.

Strukturaviy. Ular hujayra ichidagi tuzilmalar, to'qimalar va organlarning bir qismidir. Masalan, kollagen va elastin biriktiruvchi to'qimalarning tarkibiy qismlari bo'lib xizmat qiladi: suyaklar, tendonlar, xaftaga; fibroin - ipak to'rlarining bir qismi; keratin epidermisning bir qismi va uning hosilalari (sochlar, shoxlar, patlar). Ular viruslarning qobiqlarini (kapsidlarini) hosil qiladi.

Enzimatik. Hujayradagi barcha kimyoviy reaksiyalar biologik katalizatorlar - fermentlar (oksidoredüktaza, gidrolaza, ligaza, transferaza, izomeraza va liyaza) ishtirokida boradi.

Normativ. Masalan, insulin va glyukagon gormonlari glyukoza almashinuvini tartibga soladi. Giston oqsillari xromatinning fazoviy tashkil etilishida ishtirok etadi va shu bilan gen ekspressiyasiga ta'sir qiladi.

Transport. Gemoglobin umurtqali hayvonlarning qonida kislorod, ayrim umurtqasiz hayvonlarning gemolimfasida gemosiyanin, muskullarda miyoglobin tashiydi. Sarum albumini yog 'kislotalari, lipidlar va boshqalarni tashish uchun xizmat qiladi. Membran transport oqsillari moddalarni hujayra membranalari (Na +, K + -ATPase) orqali faol tashishni ta'minlaydi. Sitoxromlar mitoxondriya va xloroplastlarning elektron tashish zanjirlari bo'ylab elektronlarni o'tkazishni amalga oshiradi.

Himoya. Masalan, antikorlar (immunoglobulinlar) bakterial antijenler va begona oqsillar bilan komplekslar hosil qiladi. Interferonlar infektsiyalangan hujayradagi virusli oqsil sintezini bloklaydi. Fibrinogen va trombin qon ivish jarayonlarida ishtirok etadi.

Kontrakt (motor). Aktin va miyozin oqsillari sitoskeletal elementlarning mushaklarning qisqarishi va qisqarish jarayonlarini ta'minlaydi.

Signal (retseptor). Hujayra membranasi oqsillari retseptorlar va sirt antijenlarining bir qismidir.

saqlash oqsillari. Sut kazeini, tuxum albumini, ferritin (taloqda temirni saqlaydi).

Protein toksinlari. difteriya toksini.

Energiya funktsiyasi. 1 g oqsilni oxirgi metabolik mahsulotlarga (CO2, H2O, NH3, H2S, SO2) parchalanishi bilan 17,6 kJ yoki 4,2 kkal energiya ajralib chiqadi.

Protein biosintezi har bir tirik hujayrada sodir bo'ladi. U eng faol yosh o'sayotgan hujayralarda, ularning organellalarini qurish uchun oqsillar sintezlanadi, shuningdek, ferment oqsillari va gormon oqsillari sintezlanadigan sekretor hujayralarda.

Bosh rol oqsillarning tuzilishini aniqlashda DNK ga tegishli. Bitta oqsilning tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga olgan DNK bo'lagiga gen deyiladi. DNK molekulasida bir necha yuz genlar mavjud. DNK molekulasi oqsildagi aminokislotalar ketma-ketligi uchun aniq birlashtirilgan nukleotidlar ko'rinishidagi kodni o'z ichiga oladi.

Protein sintezi - matritsa sintezi printsipiga muvofiq davom etadigan sintetik reaktsiyalar zanjirini ifodalovchi murakkab ko'p bosqichli jarayon.

Protein biosintezida hujayraning turli qismlarida sodir bo'ladigan quyidagi bosqichlar aniqlanadi:

Birinchi bosqich - i-RNK sintezi yadroda sodir bo'ladi, uning davomida DNK genidagi ma'lumotlar i-RNKga qayta yoziladi. Bu jarayon transkripsiya (lotincha "transkript" - qayta yozish) deb ataladi.

Ikkinchi bosqichda aminokislotalarning t-RNK molekulalari bilan aloqasi mavjud bo'lib, ular ketma-ket uchta nukleotid - antikodonlardan iborat bo'lib, ular yordamida uning triplet kodoni aniqlanadi.

Uchinchi bosqich - bu translatsiya deb ataladigan polipeptid bog'larining bevosita sintezi jarayonidir. U ribosomalarda uchraydi.

To'rtinchi bosqichda oqsilning ikkilamchi va uchinchi darajali strukturasini shakllantirish, ya'ni oqsilning yakuniy tuzilishini shakllantirish.

Shunday qilib, oqsil biosintezi jarayonida DNKga kiritilgan aniq ma'lumotlarga muvofiq yangi oqsil molekulalari hosil bo'ladi. Bu jarayon oqsillarning yangilanishini, metabolik jarayonlarni, hujayralarning o'sishi va rivojlanishini, ya'ni hujayra hayotiy faoliyatining barcha jarayonlarini ta'minlaydi.

Proteinlarning biosintezi har bir tirik hujayraga kiradi. U eng faol yosh o'sayotgan hujayralarda, ularning organellalarini qurish uchun oqsillar sintezlanadi, shuningdek, ferment oqsillari va gormon oqsillari sintezlanadigan sekretor hujayralarda.

Oqsillarning tuzilishini aniqlashda asosiy rol DNK ga tegishli. Bitta oqsilning tuzilishi haqida ma'lumotni o'z ichiga olgan DNK qismi deyiladi genom. DNK molekulasida bir necha yuz genlar mavjud. DNK molekulasi oqsildagi aminokislotalar ketma-ketligi uchun aniq birlashtirilgan nukleotidlar ko'rinishidagi kodni o'z ichiga oladi. DNK kodi deyarli to'liq shifrlangan. Uning mohiyati quyidagicha. Har bir aminokislota DNK zanjirining uchta qo'shni nukleotiddan iborat bo'limiga to'g'ri keladi.

Misol uchun, T-T-T bo'limi aminokislota lizinga, A-C-A segmenti sistinga, C-A-A valinga va boshqalarga to'g'ri keladi. 20 xil aminokislotalar mavjud, 4 ta nukleotidning 3 ga bo'lishi mumkin bo'lgan birikmalari soni 64 ga teng. barcha aminokislotalarni kodlash uchun etarli darajada ko'proq tripletlar.

oqsil sintezi - matritsa sintezi printsipiga muvofiq davom etadigan sintetik reaktsiyalar zanjirini ifodalovchi murakkab ko'p bosqichli jarayon.

DNK hujayra yadrosida joylashganligi va oqsil sintezi sitoplazmada sodir bo'lganligi sababli, DNKdan ribosomalarga ma'lumot uzatuvchi vositachi mavjud. Bunday vositachi mRNK hisoblanadi.

Protein biosintezida hujayraning turli qismlarida sodir bo'ladigan quyidagi bosqichlar aniqlanadi:

Birinchi bosqich - i-RNK sintezi yadroda sodir bo'ladi, uning davomida DNK genidagi ma'lumotlar i-RNKga qayta yoziladi. Bu jarayon deyiladi transkripsiya(lotincha "transkript" dan - qayta yozish).
Ikkinchi bosqichda aminokislotalar t-RNK molekulalari bilan birlashadi, ular ketma-ket uchta nukleotiddan iborat - antikodonov, yordamida uning uchlik kodoni aniqlanadi.
Uchinchi bosqich - polipeptid bog'larini bevosita sintez qilish jarayoni, deyiladi efirga uzatish. U ribosomalarda uchraydi.
To'rtinchi bosqichda oqsilning ikkilamchi va uchinchi darajali tuzilishi paydo bo'ladi, ya'ni yakuniy oqsil tuzilishini shakllantirish.

Yadroda messenjer RNK (i-RNK) sintezi sodir bo'ladi. U DNK zanjirlaridan biri bo'ylab fermentlar yordamida va azotli asoslarning bir-birini to'ldirish tamoyilini hisobga olgan holda amalga oshiriladi. DNK genlari tarkibidagi ma'lumotlarni sintez qilingan mRNK molekulasiga qayta yozish jarayoni deyiladi. transkripsiya . Shubhasiz, ma'lumot RNK nukleotidlari ketma-ketligi shaklida qayta yoziladi. Bu holda DNK zanjiri shablon vazifasini bajaradi. RNK molekulasida uning hosil bo'lish jarayonida azotli asos - timin o'rniga uratsiya kiradi.

G - C - A - A - C - T - DNK molekulasi zanjirlaridan birining bo'lagi; C - G - U - U - G - A - xabarchi RNK molekulasining bo'lagi.

RNK molekulalari individualdir, ularning har biri bitta gen haqida ma'lumotga ega. Keyinchalik, mRNK molekulalari yadro qobig'ining teshiklari orqali hujayra yadrosini tark etadi va sitoplazmaga ribosomalarga yo'naltiriladi. Aminokislotalar ham bu yerga transport RNK (t-RNK) yordamida yetkaziladi. tRNK molekulasi 70-80 nukleotiddan iborat. Molekulaning umumiy ko'rinishi yonca bargiga o'xshaydi.

Varaqning yuqori qismida joylashgan antikodon(nukleotidlarning kodlovchi uchligi), bu ma'lum bir aminokislotaga mos keladi. Shuning uchun har bir aminokislota o'ziga xos t-RNKga ega. Protein molekulasini yig'ish jarayoni ribosomalarda sodir bo'ladi va deyiladi efirga uzatish. Bir mRNK molekulasida bir nechta ribosomalar ketma-ket joylashgan. Ikki mRNK tripletlari har bir ribosomaning funktsional markaziga joylashishi mumkin. Nukleotidlarning kod uchligi - oqsil sintezi joyiga yaqinlashgan t-RNK molekulasi hozirgi vaqtda ribosomaning funktsional markazida joylashgan mRNK nukleotidlarining tripletiga mos keladi. Keyin mRNK zanjiri bo'ylab ribosoma uchta nukleotidga teng qadam qo'yadi. Aminokislota tRNK dan ajralib, oqsil monomerlari zanjiriga aylanadi. Chiqarilgan tRNK chetga chiqib ketadi va bir muncha vaqt o'tgach, saytga ko'chiriladigan ma'lum bir kislota bilan qayta ulanishi mumkin. oqsil sintezi. Shunday qilib, DNK tripletidagi nukleotidlar ketma-ketligi mRNK tripletidagi nukleotidlar ketma-ketligiga mos keladi.

Oqsil biosintezining eng murakkab jarayonida hujayraning ko'plab moddalari va organellalarining funktsiyalari amalga oshiriladi.

Oqsillarning tuzilishini aniqlashda asosiy rol DNK ga tegishli. Bitta oqsilning tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga olgan DNK bo'lagi gen deb ataladi. DNK molekulasida bir necha yuz genlar mavjud. DNK molekulasi oqsildagi aminokislotalar ketma-ketligi uchun aniq birlashtirilgan nukleotidlar ko'rinishidagi kodni o'z ichiga oladi. DNK kodi deyarli to'liq shifrlangan. Uning mohiyati quyidagicha. Har bir aminokislota uchta qo'shni nukleotiddan iborat DNK zanjirining bir qismiga to'g'ri keladi.

Protein sintezi murakkab ko'p bosqichli jarayon bo'lib, matritsa sintezi printsipiga muvofiq davom etadigan sintetik reaktsiyalar zanjirini ifodalaydi.

DNK hujayra yadrosida joylashganligi va oqsil sintezi sitoplazmada sodir bo'lganligi sababli, DNKdan ribosomalarga ma'lumot uzatuvchi vositachi mavjud. Bunday vositachi mRNK hisoblanadi. :

Protein biosintezida hujayraning turli qismlarida sodir bo'ladigan quyidagi bosqichlar aniqlanadi:

1. Birinchi bosqich - i-RNK sintezi yadroda sodir bo'ladi, bu davrda DNK genidagi ma'lumotlar i-RNKga qayta yoziladi. Bu jarayon transkripsiya (lotincha "transkript" - qayta yozish) deb ataladi.

2. Ikkinchi bosqichda aminokislotalar t-RNK molekulalari bilan bog'lanadi, ular ketma-ket uchta nukleotid - antikodonlardan iborat bo'lib, ular yordamida ularning triplet kodoni aniqlanadi.

3. Uchinchi bosqich - translatsiya deb ataladigan polipeptid bog'larning bevosita sintezi. U ribosomalarda uchraydi.

4. To'rtinchi bosqichda oqsilning ikkilamchi va uchinchi darajali tuzilishi, ya'ni oqsilning yakuniy tuzilishi hosil bo'ladi.

Xromosomalar (yunoncha "chroma" - rang, "soma" - tana) hujayra yadrosining juda muhim tuzilmalari hisoblanadi. Ular hujayra bo'linish jarayonida katta rol o'ynaydi, irsiy ma'lumotlarni bir avloddan ikkinchisiga o'tishni ta'minlaydi. Ular oqsillarga biriktirilgan DNKning yupqa iplaridir. Filamentlar xromatidlar deb ataladi va DNK, asosiy oqsillar (gistonlar) va kislotali oqsillardan iborat.

Bo'linmaydigan hujayrada xromosomalar yadroning butun hajmini to'ldiradi va mikroskop ostida ko'rinmaydi. Bo'linish boshlanishidan oldin DNK spiralizatsiyasi sodir bo'ladi va har bir xromosoma mikroskop ostida ko'rinadi. Spiralizatsiya paytida xromosomalar o'n minglab marta kamayadi. Bu holatda xromosomalar yonma-yon yotgan ikkita bir xil ipga (xromatidlarga) o'xshab, umumiy joy - sentromera bilan bog'langan.

Har bir organizm xromosomalarning doimiy soni va tuzilishi bilan tavsiflanadi. Somatik hujayralarda xromosomalar doimo juft bo'ladi, ya'ni yadroda bir juftni tashkil etuvchi ikkita bir xil xromosoma mavjud. Bunday xromosomalar gomologik, somatik hujayralardagi juftlashgan xromosomalar to'plami esa diploid deyiladi.

Demak, odamlarda xromosomalarning diploid to'plami 46 ta xromosomadan iborat bo'lib, 23 juftni tashkil qiladi. Har bir juftlik ikkita bir xil (homolog) xromosomalardan iborat.

Xromosomalarning strukturaviy xususiyatlari ularning lotin harflari A, B, C, D, E, F, G harflari bilan belgilangan 7 ta guruhini ajratish imkonini beradi. Xromosomalarning barcha juftlari seriya raqamlariga ega.

Erkaklar va ayollar 22 juft bir xil xromosomaga ega. Ular autosomalar deb ataladi. Erkaklar va ayollar bir juft xromosomada farqlanadi, ular jinsiy xromosomalar deb ataladi. Ular harflar bilan belgilanadi - katta X (C guruhi) va kichik Y (guruh C,). Ayol tanasida 22 juft autosomalar va bir juft (XX) jinsiy xromosomalar mavjud. Erkaklarda 22 juft autosomalar va bir juft (XY) jinsiy xromosomalar mavjud.

Somatik hujayralardan farqli o'laroq, jinsiy hujayralar xromosomalar to'plamining yarmini o'z ichiga oladi, ya'ni ular har bir juftdan bitta xromosomani o'z ichiga oladi! Bunday to'plam haploid deb ataladi. Xromosomalarning gaploid to'plami hujayraning etukligi jarayonida paydo bo'ladi.