Белок синтезі өте маңызды процесс. Ол біздің денеміздің өсуіне және дамуына көмектеседі. Ол көптеген жасушалық құрылымдарды қамтиды. Өйткені, алдымен нені синтездейтінімізді түсінуіңіз керек.
Қазіргі уақытта қандай ақуызды жасау керек - бұл үшін ферменттер жауапты. Олар жасушадан белгілі бір ақуыздың қажеттілігі туралы сигналдар алады, содан кейін оның синтезі басталады.
Ақуыз синтезі қайда жүреді
Кез келген жасушада белок биосинтезінің негізгі орны рибосома болып табылады. Бұл күрделі асимметриялық құрылымы бар үлкен макромолекула. Ол РНҚ (рибонуклеин қышқылдары) мен белоктардан тұрады. Рибосомалар жеке орналасуы мүмкін. Бірақ көбінесе олар EPS-пен біріктіріледі, бұл белоктарды кейіннен сұрыптау мен тасымалдауды жеңілдетеді.
Егер рибосомалар эндоплазмалық ретикулумда орналасса, оны өрескел ЭР деп атайды. Трансляция қарқынды болған кезде бірнеше рибосома бір шаблон бойымен бірден қозғала алады. Олар бір-бірінің артынан жүреді және басқа органоидтарға мүлде кедергі жасамайды.
Синтез үшін не қажеттиін
Процесс жалғасуы үшін ақуыз синтезі жүйесінің барлық негізгі компоненттері орнында болуы керек:
- Тізбектегі амин қышқылдары қалдықтарының ретін белгілейтін бағдарлама, атап айтқанда мРНҚ, бұл ақпаратты ДНҚ-дан рибосомаларға тасымалдайды.
- Жаңа молекула түзілетін амин қышқылы материалы.
- тРНҚ генетикалық кодты ашуға қатысады.
- Аминоацил-тРНҚ синтетаза.
- Рибосома – ақуыз биосинтезінің негізгі орны.
- Энергия.
- Магний иондары.
- Ақуыз факторлары (әр кезеңнің өзіндік ерекшеліктері бар).
Әрбір амин қышқылын рибосомаға жеткізетін
Енді олардың әрқайсысын толығырақ қарастырып, белоктардың қалай жасалатынын білейік. Биосинтез механизмі өте қызықты, барлық компоненттер әдеттен тыс үйлестірілген түрде әрекет етеді.
Синтез бағдарламасы, матрицалық іздеу
Ағзамыз қандай ақуыздар құра алатыны туралы барлық ақпарат ДНҚ-да бар. Дезоксирибонуклеин қышқылы генетикалық ақпаратты сақтау үшін қолданылады. Ол хромосомаларда сенімді түрде жинақталған және ядродағы жасушада (еукариоттар туралы айтатын болсақ) орналасады немесе цитоплазмада (прокариоттарда) қалқып жүреді.
ДНҚ-ны зерттеп, оның генетикалық рөлін мойындағаннан кейін аударманың тікелей үлгісі емес екені белгілі болды. Бақылаулар РНҚ ақуыз синтезімен байланысты деген ұсыныстарды тудырды. Ғалымдар оны ДНҚ-дан рибосомаларға ақпаратты тасымалдаушы, матрица қызметін атқаратын делдал болуы керек деп шешті.
Бір уақытта болдырибосомалар ашық, олардың РНҚ жасушалық рибонуклеин қышқылының басым көпшілігін құрайды. Оның белок синтезіне арналған матрица екенін тексеру үшін А. Н. Белозерский мен А. С. Спирин 1956-1957 ж.ж. микроорганизмдердің көп санындағы нуклеин қышқылдарының құрамына салыстырмалы талдау жүргізді.
Егер «ДНҚ-рРНҚ-ақуыз» схемасының идеясы дұрыс болса, онда жалпы РНҚ құрамы ДНҚ сияқты өзгереді деп есептелді. Бірақ әртүрлі түрлердегі дезоксирибонуклеин қышқылының орасан зор айырмашылықтарына қарамастан, жалпы рибонуклеин қышқылының құрамы қарастырылған барлық бактерияларда ұқсас болды. Бұдан ғалымдар негізгі жасушалық РНҚ (яғни, рибосомалық) генетикалық ақпаратты тасымалдаушы мен ақуыз арасында тікелей делдал емес деген қорытындыға келді.
мРНҚ-ның ашылуы
Кейінірек РНҚ-ның аз ғана бөлігі ДНҚ құрамын қайталайтыны және делдал қызметін атқара алатыны анықталды. 1956 жылы Е. Волкин мен Ф. Астрачан Т2 бактериофагымен зақымданған бактериялардағы РНҚ синтезі процесін зерттеді. Ол жасушаға енгеннен кейін фаг ақуыздарының синтезіне көшеді. Сонымен бірге РНҚ-ның негізгі бөлігі өзгерген жоқ. Бірақ жасушада метаболикалық тұрақсыз РНҚ-ның шағын фракциясының синтезі басталды, нуклеотидтер тізбегі фаг ДНҚ құрамына ұқсас болды.
1961 жылы рибонуклеин қышқылының бұл шағын бөлігі РНҚ-ның жалпы массасынан бөлініп алынды. Оның делдалдық функциясының дәлелі эксперименттерден алынды. Т4 фагпен жасушаларды жұқтырғаннан кейін жаңа мРНҚ түзілді. Ол ескі шеберлермен байланыста болдырибосомалар (инфекциядан кейін жаңа рибосомалар табылмайды), олар фаг ақуыздарын синтездей бастады. Бұл "ДНҚ тәрізді РНҚ" фагтың ДНҚ тізбектерінің біріне комплементарлы екені анықталды.
1961 жылы Ф. Джейкоб пен Дж. Моно бұл РНҚ гендерден рибосомаларға ақпарат тасымалдайды және ақуыз синтезі кезінде аминқышқылдарының ретті орналасуына арналған матрица болып табылады деп ұсынды.
Ақуыз синтезі учаскесіне ақпаратты тасымалдау мРНҚ арқылы жүзеге асырылады. ДНҚ-дан ақпаратты оқу және хабаршы РНҚ құру процесі транскрипция деп аталады. Одан кейін РНҚ бірқатар қосымша өзгерістерге ұшырайды, бұл «өңдеу» деп аталады. Оның барысында рибонуклеин қышқылының матрицасынан белгілі бір бөліктерді кесіп алуға болады. Содан кейін мРНҚ рибосомаларға өтеді.
Белоктарға арналған құрылыс материалы: аминқышқылдары
Жалпы 20 аминқышқылы бар, олардың кейбіреулері маңызды, яғни организм оларды синтездей алмайды. Егер жасушадағы кейбір қышқыл жеткіліксіз болса, бұл трансляцияның баяулауына немесе тіпті процестің толық тоқтауына әкелуі мүмкін. Әрбір амин қышқылының жеткілікті мөлшерде болуы ақуыз биосинтезінің дұрыс жүруі үшін негізгі талап болып табылады.
Амин қышқылдары туралы жалпы мәліметтерді ғалымдар сонау 19 ғасырда алған. Содан кейін, 1820 жылы алғашқы екі аминқышқылдары, глицин және лейцин бөлініп алынды.
Белоктағы осы мономерлердің тізбегі (бастапқы құрылым деп аталатын) оның келесі ұйымдастыру деңгейлерін, демек, оның физикалық және химиялық қасиеттерін толығымен анықтайды.
Амин қышқылдарының тасымалдануы: tRNA және aa-tRNA синтетаза
Бірақ аминқышқылдары өздерін ақуыз тізбегіне құра алмайды. Олардың ақуыз биосинтезінің негізгі орнына жетуі үшін трансфер РНҚ қажет.
Әрбір aa-tRNA синтетазасы тек өзінің амин қышқылын және тек өзі қосылуы керек тРНҚ-ны ғана таниды. Бұл ферменттер тұқымдасына синтетазалардың 20 түрі кіреді екен. Амин қышқылдары тРНҚ-ға, дәлірек айтқанда, оның гидроксил акцепторына «құйрығына» қосылғанын айту ғана қалады. Әрбір қышқылдың өзінің тасымалдаушы РНҚ болуы керек. Бұл аминоацил-тРНҚ синтетаза арқылы бақыланады. Ол аминқышқылдарын дұрыс тасымалдауға сәйкестендіріп қана қоймайды, сонымен қатар эфирдің байланысу реакциясын реттейді.
Сәтті қосылу реакциясынан кейін тРНҚ ақуыз синтезі өтетін жерге барады. Бұл дайындық процестерін аяқтап, хабар тарату басталады. Ақуыз биосинтезіндегі негізгі қадамдарды қарастырыңыз :
- бастау;
- ұзарту;
- тоқтату.
Синтез қадамдары: бастау
Белок биосинтезі және оның реттелуі қалай жүреді? Ғалымдар мұны ұзақ уақыт бойы анықтауға тырысты. Көптеген гипотезалар алға тартылды, бірақ жабдық неғұрлым заманауи болған сайын, біз хабар тарату принциптерін соғұрлым жақсы түсіне бастадық.
Ақуыз биосинтезінің негізгі орны болып табылатын рибосома мРНҚ-ны полипептидтік тізбекті кодтайтын бөлігі басталатын жерден оқи бастайды. Бұл нүкте белгілі бір жерде орналасқанхабаршы РНҚ-ның басынан алыс. Рибосома оқу басталатын мРНҚ нүктесін танып, оған қосылуы керек.
Бастау – хабар таратудың басталуын қамтамасыз ететін оқиғалар жиынтығы. Оған ақуыздар (бастау факторлары), инициатор тРНҚ және арнайы инициатор кодон қатысады. Бұл кезеңде рибосоманың кіші суббірлігі инициациялық ақуыздармен байланысады. Олар оның үлкен бөлімшемен байланысуына жол бермейді. Бірақ олар инициатор tRNA және GTP арқылы қосылуға мүмкіндік береді.
Содан кейін бұл кешен мРНҚ-да, дәл инициация факторларының бірімен танылатын жерде «отырылады». Қате болуы мүмкін емес және рибосома өзінің кодондарын оқи отырып, хабаршы РНҚ арқылы саяхатын бастайды.
Кешен инициация кодонына (AUG) жеткен бойда суббірлік қозғалысын тоқтатады және басқа ақуыз факторларының көмегімен рибосоманың үлкен суббірлігімен байланысады.
Синтез қадамдары: ұзарту
МРНҚ оқу полипептид арқылы белок тізбегінің дәйекті синтезін қамтиды. Ол жасалып жатқан молекулаға аминқышқылдарының қалдықтарын бірінен соң бірін қосу арқылы жүреді.
Әрбір жаңа амин қышқылы қалдығы пептидтің карбоксил ұшына қосылады, С-терминусы өсуде.
Синтез қадамдары: тоқтату
Рибосома хабаршы РНҚ-ның терминациялық кодонына жеткенде, полипептидтік тізбектің синтезі тоқтайды. Оның қатысуымен органоид ешбір тРНҚ қабылдай алмайды. Оның орнына тоқтату факторлары әрекет етеді. Олар тоқтатылған рибосомадан дайын ақуызды шығарады.
КейінТрансляция аяқталғаннан кейін рибосома мРНҚ-ны қалдыра алады немесе аудармасыз оның бойымен сырғанауды жалғастыра алады.
Рибосоманың жаңа бастама кодонымен кездесуі (қозғалыс жалғасуы кезінде бір жіпте немесе жаңа мРНҚ-да) жаңа инициацияға әкеледі.
Дайын молекула белок биосинтезінің негізгі аймағынан шыққаннан кейін таңбаланады және тағайындалған жерге жіберіледі. Ол қандай функцияларды орындайтыны оның құрылымына байланысты.
Процессті басқару
Қажеттіліктеріне байланысты ұяшық хабар таратуды дербес басқарады. Ақуыз биосинтезін реттеу өте маңызды функция болып табылады. Оны көптеген жолдармен жасауға болады.
Егер жасушаға қандай да бір қосылыс қажет болмаса, ол РНҚ биосинтезін тоқтатады - ақуыз биосинтезі де тоқтайды. Өйткені, матрицасыз бүкіл процесс басталмайды. Ал ескі мРНҚ тез ыдырайды.
Белок биосинтезінің тағы бір реттелуі бар: жасуша инициация фазасына кедергі жасайтын ферменттер жасайды. Олар оқу матрицасы қол жетімді болса да, аудармаға кедергі жасайды.
Екінші әдіс ақуыз синтезін дәл қазір өшіру қажет болғанда қажет. Бірінші әдіс мРНҚ синтезі тоқтағаннан кейін біраз уақытқа баяу трансляцияны жалғастыруды қамтиды.
Жасуша – бәрі тепе-теңдікте және әрбір молекуланың нақты жұмысында сақталатын өте күрделі жүйе. Жасушада болатын әрбір процестің принциптерін білу маңызды. Осылайша біз тіндерде және жалпы денеде не болып жатқанын жақсырақ түсіне аламыз.
