16.Трансляция процесінің реттелуі.

Ген экспрессиясы: трансляция

Трансляция генетикалық ақпараттың жүзеге асуының кезекті бір кезеңі болып табылады. Оның мәні рибосомада белоктың түзілуінде, бұл жағдайда матрица ретінде мРНҚ молекуласы қоладанылады. Трансляция процесінде мРНҚ-мен қатар оның басқа екі түрі – тРНҚ және рРНҚ молекулалары да қатысады. Әр белоктың аминқышқылдық тізбектері туралы ақпарат тиісті мРНҚ-ғы кодондар тізбегі түрінде кодталады. Әрбір кодон үш нуклеотидтен тұрады, олар ешбір бүркемелеусіз оқылады.

Белоктың биосинтезі рибосомада мРНҚ трансляциясы арқылы жүзеге асады. Рибосомалардың өзі ірі нуклеопротеидті құрылымдар болып табылады, оларда рРНҚ арнайы рибосомалық белоктар жиынтығымен комплекс құрайды. Рибосомалар екі суббірліктерден тұрады. Бактерияларда ол 30S- және 50S- деп аталатын суббірліктер (12.10-сурет). 50S- суббірліктің құрамына бір молекула 23S- рРНҚ, бір молекула 5S- рРНҚ және 34 белок енеді. 30S–суббірліктің құрамында бір молекула 16S- рРНҚ және 21 белок болады. Эукариоттардың цитоплазмалық рибосомаларының мөлшері біршама ірі келеді (40S және 60S) және құрылысы да әжептәуір күрделі. Кіші суббірліктің құрамында 18S- рРНҚ болады, ал үлкен суббірліктің құрамында 5S-, 5,8S- және 28S- рРНҚ енеді. Жалпы эукариотты рибосомалар құрамында 70-тен астам әртүрлі белоктар кездеседі. Прокариотты және эукариотты организмдердің мРНҚ-ның белоктары бөлініп алынып зерттелген.

Эукариотты клеткалардың хлоропластары мен митохондрияларының өз рибосомалары болады, олар өздерінің мөлшері жағынан эукариоттардың цитоплазмалық рибосомаларына қарағанда прокариоттарға жақындау келеді. Хлоропластар мен митохондриялардан табылған ДНҚ-ның көпшілік бөлігінде өз белок биосинтезі жүйесіндегі компоненттер құрылымы туралы ақпарат болады.

Кодондар мен оларға сәйкес келетін аминқышқылдары белок биосинтезі процесінде бір-бірімен тікелей әрекеттеспейді. Олардың арасындағы байланыс транспорттық РНҚ молекуласының қатысуында жүзеге асады. 20 аминқышқылының әрқайсысына ең кемінде бір тРНҚ сәйкес келеді; кейбір аминқышқылдарына екі немесе одан да көбірек ерекше тРНҚ сәйкес келеді. Түрлі тРНҚ бір-бірінен нуклеотидтік тізбегі жағынан және де кейбір ерекше (минорлы) нуклеотидтердің болатындығымен ажыратылады. Мысалы, тРНҚ құрамынан 1-метилгуанозин, N,N-диметилгуанозин, псевдоуридин, риботимидин, дигидроуридин сияқты минорлы нуклеотидтер табылған. Бұл минорлы нуклеотидтер тек тРНҚ-ның ғана құрамында болады және кәдімгі негіздердің посттранскрипциялық ферментативтік модификациясы нәтижесінде пайда болады. Барлық прокариотты және эукариотты тРНҚ-ның молекулаларында 80-ге жуық нуклеотидтер болады, олар екінші және кеңістіктік құрылымдарының өте ұқсас келетіндігімен сипатталады, мұны “жоңышқа жапырағы” пішіндес сызбанұсқа түрінде елестетуге болады .тРНҚ молекуласының функционалдық мәні берліген кодонды тиісті аминқышқылының танып алуын қамтамасыз етуінде.

тРНҚ-ның барлық түрлерінің молекулалары гомогенді түрде бөлініп алынып сипатталған. тРНҚ-ның көпшілігінің 5-ұшында гуанил қышықылының қалдығы болады (pG), ал барлық тРНҚ-ның 3-ұшында үш нуклеотидтік тізбек –C-C-А- (3) бар, ол тиісті аминқышықылының ковалентті қосылысының сайты қызметін атқарады.

“Жоңышқа жапырағы” құрылымында төрт тармақты ажыратады. Оның екеуі тРНҚ-ның адаптор ретінде қызмет атқаруына тікелей қатысады. Акцепторлы тармағы ерекше аминқышқылын қосып алады. Антикодонды тармақта антикодон, яғни нуклеотидтердің ерекше триплеттері болады, ол мРНҚ-ның тиісті кодонына кері параллельді бағытта комплементарлы болып, онымен негіздер жұбын құра алады. Әрбір тРНҚ-ның өзінің ерекше антикодоны болады. тРНҚ молекуласының көпшілігі бірден де артық кодонмен жұптаса алады. Кодондарға жүргізілген генетикалық талдау кодонның үшінші негізін табуға мүмкіндік беретін арнайы әрекеттесулердің болатындығын көрсетті. тРНҚ-ның бір түрінің молекулалары бірнеше кодондарды танып алуы мүмкін деген негіздердің жұптасу ережесі Ф.Криктің мағынасыз сәйкес келу ережесі деп аталады (“тербелу” жорамалы, ағылшынша “wobble” жорамалы).

Оның екі басты тармақтары – ерекше нуклеозид дигидроуридині бар дигидроуридильді тармақ және TC – тармағы. Соңғысында риботимидин және псевдоуридин () нуклеозидтері болады, оларда негіз бен пентоза ерекше көміртегі – көміртекті байланыспен байланысады.

Аминқышқылының тиісті тРНҚ молекуласымен ковалентті байланысы арнайы фермент – аминоацил-тРНҚ синтетазаның қатысуында жүреді. Бұл процесс екі кезеңде жүреді. Бірінші кезең – бұл аминқышқылының АТР көмегімен активтенуі. Екінші кезеңде активтенген аминқышқылы тиісті тРНҚ-ның 3-ұшына ауысады. Тиісті тРНҚ-ға келіп қосылғаннан кейін аминқышықылының енді аминоацил-тРНҚ-ға қатысы болмайды, сол себепті аминацил тобы не рибосомаға, не мРНҚ-на өздігінен жақындай алмайды. Аминоацил-тРНҚ-ның өзіндік ерекшелігі тек қана тРНҚ құрылымымен қамтамасыз етіледі.

Трансляция кезеңдері

Трансляция процесін үш кезеңге бөледі: инициация, элонгация және терминация. Барлық полипетидті тізбектердің түзілуі N-ұшынан С-ұшына қарайғы бағытта жүреді және әрқашанда метионин аминқышқылынан басталады.

Полипетидті тізбек түзілуінің инициациясы рибосомалық кіші суббірліктердің мРНҚ-ға тиісті біріктіру орталығына келіп қосылуынан басталады, содан соң метионин кодоны AUG іске кіріседі. Бактериялардың барлық белоктарын синтездеуде белоктардың N-ұшындағы қалдықтарын инициациялау қызметі N-формилметионил-тРНҚ мен AUG кодоны арасындағы байланыстың есебінен жүреді. Бұл процеске инициацияның үш түрлі белокты факторлары қатысады: IF1, IF2, IF3 (12.12-сурет).

IF3 факторы алдымен рибосомалық кіші суббірлігімен байланысады, ол оның үлкен суббірлікпен әрекеттесуіне жол бермейді, сөйтіп мРНҚ-мен байланысуына мүмкіндік тудырады. Инициаторлы комплексте IF2 факторы құрамында кофактор ретінде байланысқан GTР болады. Қажетті энергия сол GTР-тің гидролизі есебінен алынады. Рибосоманың үлкен суббірлігінде тРНҚ-мен байланыстың екі бөлімшесі болады: Р – бөлімшесі (пептидил-тРНҚ-ны байланыстыру үшін) және А – бөлімшесі (аминоацил-тРНҚ-ны байланыстыру үшін). Инициациялайтын N-формилметионил-тРНҚ Р-бөлімшеге барып бекиді. мРНҚ тізбегінде тұрған келесі кодон инициациялаушы AUG-кодонынан соң іле шала А-бөлімшесіне барып жетеді, ал ол жерде қолайлы антикодонды алып жүретін аминоацил-тРНҚ-мен әрекеттесуі мүмкін.

Полипептид түзілуінің келесі сатысы – элонгация – бұл өсіп бара жатқан полипептидті тізбекке кезекті аминқышқылының келіп қосылуы циклінің бірнеше рет қайталануы болып табылады. Элонгация жүзеге асуы үшін элонгацияның белоктық факторлары – EF-Tu және EF-G қатысуы қажет. Эукариотты клеткалар элонгациясының осыған ұқсас факторлары EF-1 және EF-2 деп аталады. Аминацил-тРНҚ:EF-Tu:GTP комплексі рибосоманың А-бөлімшесімен байланысады. Содан соң комплекстен EF-Tu факторы бөлініп шығады және GTР гидролизімен қоса жүреді. Қажетті аминоацил-тРНҚ А-бөлімшемен байланысқаннан кейін рибосомалық үлкен суббірліктің құрамына енетін пептидилтранфераза ферментінің қатысуында пептидті байланыстар түзіледі.

Пептидилтрансфераза реакциясы барысында формилметионин қалдығы жаңа келіп қосылған аминоацил-тРНҚ-ның амин тобына көшеді. Осылайша ұзарған пептидил-тРНҚ аминоацильдіден рибосоманың пептильді бөлімшесіне ауысады. Бұл процесс GTР гидролизін қажет етеді. Осындай реакцияның бірнеше рет қайталануы полипептидті тізбектің біртіндеп өсе түсуіне алып келеді, ал оның құрамындағы аминқышқылдарының тізбегі мРНҚ-ғы кодондар тізбегімен анықталады. Бірнеше активті рибосомалардың мРНҚ-ның бірегей молекуласымен әрекеттесуі нәтижесінде полирибосома немесе полисома пайда болады. Полипептидтік синтез А-бөлімшеде мРНҚ-ның терминаторлы кодоны пайда болғанға дейін жалғаса береді. UАА, UАG және UGА – терминаторлық кодондары ешқандайда аминқышқылын кодтамайды. Бұл кодондардағы негіздердің қатар тізбегі терминацияның ерекше белоктық факторлары RF1 және RF2 арқылы танылады. Процестің соңында рибосомалық суббірліктер диссоциацияланады, содан соң мРНҚ-нан бөлініп шығып келесі полипептидті тізбектің синтезіне қатысуы мүмкін.

мРНҚ-ғы кодондардың оқылуы процесіне әсер ететін бірқатар факторлар бар. Антикодон – кодон жұбының нақты пайда болуы антикодонды ілгектің қарсы жағында орналасқан тРНҚ молекулалары бөлімшелерінің құрылымына және рибосомалардың белгілі бір бөлімшелерінің құрылымына байланысты. Полипептидтік синтездің нақтылығын қамтамасыз ету процесінде кодон – антикодондық әрекеттесуімен қатар рибосомалар да қатынасады. Осы бүкіл факторларға трансляциялық аппараттың кез-келген құрылымын кодтайтын гендерде туындайтын мутациялардың әсер етуі мүмкін.

Қызметі жағынан активті белоктар пайда болғанға дейін трансляцияның бастапқы өнімдері әртүрлі күрделі өзгерістерге жиі ұшырайды. Полипептидтің посттрансляциялық модификациясы клеткадағы генетикалық ақпараттың жүзеге асуының соңғы кезеңі болып табылады, ол синтезделген полипептидті қызметі активті белок молекуласына айналдырады. Бұл жағдайда алғашқы полипептид инициацияланатын аминқышқылдарын ферменттік ыдыратудан, қажетсіз аминқышқылы қалдықтарын шығарып тастаудан және жекелеген аминқышқылдарын модификациялаудан тұратын процессингті бастан өткізуі мүмкін. Содан соң жекелеген аминқышқылдары мен белок молекуласынан екінші және үшінші құрылымдарының қалыптасуы есебінен полипептидтің біртегіс (жазық) құрылымының бүктелу процесі жүреді. Белок молекулалары бірден де көп полипептидтен тұратын болса, онда жекелеген полипептидтердің комплексті төртінші құрылымы пайда болады.

Мысалы, асқорыту және қан ұю процестеріне қатысатын көптеген белоктар алдымен үлкен молекулалар болып синтезделеді, олар одан әрі қарай полипептидті тізбектің бір бөлімшесін бөліп алу жолымен активтенеді. Инсулин алдымен проинсулин деп аталатын ірі полипептид түрінде синтезделеді, содан кейін тізбектің ыдырауы мен N-ұшы, сол сияқты ішкі сегмент бөлініп кеткеннен соң барып толық жетілген инсулинге айналады. Адам гемоглобині молекуласы екі  - және екі  - глобинді тізбектерден тұрады, олар сутекті байланыстардың көмегімен тұрақты төртінші құрылымды қалыптастырады. Глобинді тізбектердің әрқайсысының құрамында сонымен қатар гем молекуласы да болады, олар темірмен бірігіп оттегі молекуласын қосып алуға қабілетті, сөйтіп барып қанның эритроциттерін тасымалдауды қамтамасыз етеді. Көптеген вирусты белоктар, гормондар, нейропептидтер бірнеше сайттардың процессингі және ыдырауы нәтижесінде және бірқатар толық жетілген белоктар мен кіші мөлшерлі пептидтердің түзілуі негізінде бастапқы трансляциялық өнімдерден пайда болады.