1.Транскрипцияның молекулалық механизмдері.
2. РНК –ның матрицалық түзілуі.
3.Эукариоттар мен прокариоттардағы транскрипцияның реттелуі. Рнк-ның экзон-интрондық кұрылымы.
4. Прокариоттардағы спайсинг. Транскрипция ингибриторлары.
1.Транскрипция деп ДНК молекуласының негізінде РНК молекуласының пайда болуын айтады, басқаша айтқанда РНК ДНК молекуласнның көшірмесі. Транскрипция ДНК молекуласының белгілі мәжесінде болып тұрады. Ондай мәжеленген бөлімшелерді гендер деп атайды . Азоттық негіздердің ыдырауы. Көптеген физикалық және химиялық факторлар ДНК молекуласын зақымдау мүмкін, сондықтан клеткаларда оны жөңдеу арнаулы механизмдер болады. ДНК-нің көптеген зақым келген жерлерін, оның молекуласындағы генетикалық информация қос спиральдың екі тізбегінде де жазылғандықтан жөңдеуге келеді, яғни бір тізбектен жойылған информацияны, 2-ші тізбектен жазып алуға болады. Яғни төменгідей зақымдар келуі мүмкін:
Денатуринизация-сыртқы ортада организмге түсетін кейбір химиялық заттардың әсерінен немесе фондық сәуленің әсерінен нуклеин қышқылының құрамынан пуриндік негіздердің гидролиттік ыдырауы.
Нуклеин қышқылының құрамындағы тимидин УК-сәулесінің әсерінен коваленттік қосақталуы мүмкін.
Дезаминделу. ДНК құрамындағы цитозин дезаминделіп урацил түзуі мүмкін. Цитозиннің дезаминделуі мутагендік болып табылады, себебі түзілген урацил аденинмен комплементарлы жұп түзеді.
РНҚ молекулалары. 30 жылдарда Касперсон мен Браше РНҚ молекулалары жөнінде көп еңбек жасады. Олар ДНҚ ядрода болса, РНҚ цитоплазмада болады деген қорытындыға келеді. Оның үстіне РНҚ белоктың синтезіне қатысы бар деген тұжырым жасады. Мысалы, РНҚ ретикулоцитте көп, ал белок синтезі аяқталған эритроцитте РНҚ жоққа тән болып шықты.
РНҚ-да нуклеотидтердің саны 70 тен бірнеше мыңға дейін жетеді. РНҚ бір тізбекті молекула. Сондықтан онда пуриндердің саны пиримидиндерге теңеспейді, яғни Чаргафф ережесі сақталмайды. Бірақ молекулалардың ішінде, дәлірек айтқанда РНҚ бойында екі тізбектен тұратын бөліктері кездеседі. Сол себепті РНҚ молекуласының әр жерінде тұзақ, түйреуіш құрылыстар түзіледі. Жұптасқан жерінде аднеин урацилмен, гуанин цитозинмен сутегілік байланыс жасай береді.
2.РНҚ молекуласының үш түрі бар. Информациялық РНҚ (немесе матрицалық РНҚ деп те атайды – МРНҚ) белок синтезі кезінде қалып (матрица) ролін атқарады. Сол себепті МРНҚ ДНҚ-да әрбір генге сәйкес. Информациялық РНҚ-нің (М-РНҚ) болуы жөнінде бірінші рет француз ғалымдары Жакоб пен Моно 1961 жылы жорамалдаған болатын. Олардың ойынша әрбір геннің нуклеотидтерінің орналасу тәртібі М-РНҚ-ге көшіріліп жазылады (транскрипцияланады). Одан кейін М-РНҚ мен рибосома комплекс құрайды да, геннің М-РНҚ-ге ауысқан коды бойынша полипептид түзіледі. М-РНҚ клеткада өте қысқа уақыт пайдаланылады, одан кейін ыдырап кетеді. Осы жорамал дұрыс екенін авторлар өздерінің әріптестерімен бірігіп зерттеу жүргізулерінің нәтижесінде көрсете алады. Мысалы, Е. СоІі клеткаларын Т2 фагымен жұқтырғанда, клеткаларда фагка тән жаңа РНҚ және осы РНҚ-ге сәйкес белок пайда болатыны анықталады, яғни бактериялық клеткадағы жаңадан пайда болған РНҚ мен белоктар фагтың РНҚ-сы мен белоктары болып шықты. Ескертетін жағдай фаг кіргеннен кейін бактериялық клетка өзінің белогін синтездеу қабілетінен айырылады екен. РНҚ молекуласының фагтың ДНҚ мен гибридизация жасай алатын да байқалады,дәлірек айтқанда РНҚ ДНҚ-нің полинуклеотид тізбегінің бөлігімен комплементарлық жұптасады.ал жаңадан пайда болған РНҚ молекуласы Е. СоІі клеткасынан бөлінген ДНҚ-мен керісінше гибридизаияланбайды. Фагпен қабынбаған Е. СоІі клеткасындағы РНҚ сол клеткадағы ДНҚ-мен гибридизация жасай алатыны дәлелденді.
Клеткаларда М-РНҚ-дан басқа рибосомалық РНҚ (РРНҚ) бар. Р-РНҚ рибосомалардың құрамында болады. Рибосомалар клеткада белок синтезі жүретін арнаулы органоидтар. Бактериялық клеткада рибосоманы ашуда американдық Паладе (1955 ж.) көп еңбек сіңірді. Рибосомалар цитоплазмада бос және эндоплазматикалық торға бекітілген түрінде болады. Клеткада белоктын синтезі артқан сайын, рибосоманың саны көбейе береді. Прокариоттардағы рибосома жақсы зерттелген. Ол екі бөліктен тұрады. Кіші бөлігінің седиментация коэффициенті 30 S, ал үлкен бөлігін – 50 S деп белгілейді. Кіші бөлікте 16 S РНҚ бар, оның ұзындығы 1500 -1600 нуклеотидтерден тұрады (ішек таяқшасында 1542 нуклеотид). Осы бөлікте 16 S РНҚ 21 белокпен бірігеді. 16 S РНҚ-нің екінші деңгейлік құрылысы анықталуда, молекулада көптеген тұзақтар мен түйреуіш секілді бөліктер бар екендігі табылды. Оның 3 деңгейдегі құрылысы У ұқсайды. Осы құрылысқа сәйкес рибосоманың кіші бөлігі түзіледі. Рибосоманың үлкен бөлігінде 23 S РНҚ мен 5 S РНҚ бар. Ішек таяқшасының 23 S РНҚ-сі 2904 нуклеотидтен тұрады. Молекулада 100-ге таяу тығыз орналасқан спиральдік бөліктер бар. Спиральдардың көбісі түйреуіш секілді. Оның жалпы 3 деңгейдегі құрылыстық пішіні рибосоманың үлкен бөлігінен аумайды. 5 S РНҚ 120 нуклеотидтен тұрады, оның бес спиральдық бөлігі бар.
Үлкен бөлікте РНҚ-лер 34 белокпен бірігеді. Белоктар Р-РНҚ молекулалары арқылы байланысады. Рибосоманың дұрыс құрылыс жасауына магний ионының ролі зор. Рибосоманың ажыраған бөліктерін қайтадан біріктіру үшін магнийді қосу керек.
Эукариотта рибосома күрделірек. Үлкен бөлігінің седиментация коэффиценті 60 S, кіші бөлігінікі – 40 S. Үлкен бөлікте 28 S, 5, 8 S және 5 S РНҚ бар. 28 S РНҚ 3000-нан нуклеотидтен тұрады. 5, 8 S РНҚ-тің 160 нуклеотиді бар. Осы РНҚ молекулалары 45 белокпен бірігіп рибосоианың үлкен бөлігін жасайды. Кіші бөлікте 18 S РНҚ бар, оның құрамында 2000 нуклеотид бар. Бұл бөлікті түзуге 33 белок қатысады.
Рибосомалық РНҚ М-РНҚ-ге қарағанда клеткада өте тұрақты, тіпті ыдырамайды деуге болады. Р-РНҚ молекулалары тек клеткадағы ДНҚ полинуклеотид тізбегімен гибридизация жасайды, ал сырттан келген фаг ДНҚ-сымен гибридизацияламайды. Сондықтан фагтың белоктары синтезі болған кезде бактерияның рибосомалары пайдаланылады деген қорытындыға келеді.
3.Эукариоттар мен прокариоттардағы транскрипцияның реттелуі. РНК-ның экзон-интрондық кұрылымы. ДНҚ –дан ақуызға ақпарат РНҚ арқылы көшіріледі, және бұл процесс эукариоттар мен прокариоттарда әрқилы жүреді.
Рибонуклеин қышкылдары (РНҚ) про- және эукариотты клеткалардың құрамына кіретін негізгі үш түрі бар: ақпараттық (информациялық, матрицалық) - оны қысқаша (м) иРНҚ деп белгілейді, тасымалдаушы (транспорттық) - тРНҚ және рибосомалық - рРНҚ. Эукариоттық клеткалардың ядроларында РНҚ-ның төртінші түрі - гетерогенді ядролық РНҚ болады (гяРНҚ).[1]
РНҚ-да ДНҚ тәрізді нуклеотидтерден тұратын күрделі молекула ДНҚ-ның көлемі кішілеу, молекулалық массасы аздау және бір тізбектен тұрады. Нуклеотидтері де төрт (А, Г, Ц, У) түрлі болады. Бірақ азоттық негіздердегі айырмашылығы: тиминнің орнына урацил орналасады. РНҚ-ның тағы бір ерекшелігі олардың құрамында көмірсу (қант) - рибоза (оның барлық көміртегі атомдары гидроксилдік топтармен байланысқан) түрінде болады. Рибонуклеин қышқылы ядро және цитоплазмада кездеседі. Бұлар бір-бірінен құрамы, молекулалық массасы және атқаратын қызметі жағынан әр түрлі.
ДНҚ-дағы хабар толықтырушы (комплементарлық) принципке сай (м)и-РНҚ-ға көшіріледі. Бұл процесс транскрипция деп аталады және көптеген ферменттердің қатысуымен жүреді. иРНҚ-ға көшірілген хабар белок заводы - рибосомаға жеткізіледі. Қазіргі кезде ғалымдарға қай амин қышқылы қандай үйлесіммен анықталатыны белгілі.
иРНҚ жіпшесі цитоплазмадағы рибосомаларда орналасады. Тірі клеткада 200-300 амин қышқылынан құрылатын белоктың бір молекуласы 1-2 минутта-ақ синтезделінеді. Рибосомалар (полисомалар) иРНҚ-ның жіп тәрізді молекуласының сол жақ ұшынан кіріп, белок синтезіне кірісе бастайды. Рибосомалар иРНҚ-ны бойлай бір үштіктен (үйлесім) екінші үйлесімге үзіле-үзіле "қадамдап" жылжиды. иРНҚ-да жазылған белок құрылымы тұралы хабардың арқасында амин қышқылдарынан белок молекуласы синтезделінеді. Бұл процессті трансляция деп атайды.
иРНҚ-ның әрбір үш негізден құралған үйлесімі (кодон деп аталатын) бір амин қышқылы қалдығын анықтайды. тРНҚ молекуласы арнаулы амин қышқылы қалдықтарын иРНҚ-ның белгілі учаскесіне тасымалдайды. тРНҚ өте жақсы зерттелген.
рРНҚ молекулалары әр пішінде кездеседі және белоктармен бірігіп күрделі кешен - рибосоманы түзеді, ал рибосомаларда белок синтезі жүреді, сонымен қатар ол рибосома кұрамында иРНҚ-мен әрекеттеседі. Бактериялар рибосомалары (және олардың суббірліктері) эукариоттардың цитоплазмалық рибосомаларының көлемі жағынан өзгеше. Бұл ең алғаш осы екі түрлі рибосомалардың седиментация (тұнбаға түсу) жылдамдығы бойынша анықталды.
4. гяРНҚ-иың қызметі әлі толық анықтала қоймаған. Жоғарғы эукариоттардың клеткаларында белоктарды құпиялайтын ядролық кұрылымдық гендердің транскрипциясы нуклеоплазмада (нуклеус - ядро) жүреді. Бірақ нуклеоплазмалық РНҚ иРНҚ-дан өзгеше. Ол орташа көлемі жағынан әлде қайда үлкен, тұрақсыз және кұрамындағы нуклеотидтер бір ізділігі күрделіректігімен сипатталады. Ядролық РНҚ-ның көлемі өте кең шамада құбылғандықтан оны гетерогенді ядролық РНҚ (гяРНҚ немесе hnRNA) деп атайды.
гяРНҚ-ның иРНҚ-ны көлемін кішірейту арқылы тұдырама, әлде гяРНҚ мүлдем басқа қызмет атқарама деген сұрақ көпке дейін пікірталас туғызған. Қазіргі кезде гяРНҚ-мен иРНҚ-ның арасындағы кейбір айырмашылықтар РНҚ-ның көлемінің кішірейді және күрделілігі сплайсинг (негіздерді жою) кезінде болады деп ойлауға негіз бар. Белоктар кодтайтын көптеген құрылымдық гендер, сәйкес иРНҚ-мен салыстырғанда, әлдеқайда көп ұзын болады, ал алғашқы транскриптер ген тәрізді аз дегенде сондай ұзындықта болуы керек.
гяРНҚ-ның негізгі екі қасиеті - оның көлемі және тұрақсыздығы. гяРНҚ-ға еңгізілген радиоактивті негізгі бөлшегінің өзгеруі іс жүзінде толығымен ядрода жүреді. Ол ешқашан циоплазмаға өтпейді. Әртүрлі клеткаларда гяРНҚ-ның өмірінің ұзақтығының айырмашылықтары бар. Радиоактивті РНҚ-ның ыдырау жылдамдығына сәйкес бір немесе екі сыңарын бөліп алуға болады: бірақ оның жарты өмірінің үзақтығы бірнеше минуттан 1 сағат мөлшеріне созылады.
Ядродағы РНҚ-ның өзгеруі гяРНҚ-ның негізгі бөлігі ядрода синтезделіп және толығымен ыдырайтынын көрсетеді. Мұнда жеке молекулалардың немесе молекула бөлшектерінің тағдыры белгісіз болып қала береді, сондықтан мұндай мағлуматтарды негізге ала отырып, ядродағы ыдыраған материалдың тек интрондарға сәйкес екенін немесе оның құрамына гяРНҚ молекуласы тұтас енетінін айтуға болмайды. гяРНҚ-ның нақты көлемін анықтағанда туатын бір қиыншылық - оның агрегат түзуге икемділігінде. гяРНҚ-да екінші құрылымдық учаскелер болады. Сонымен қатар молекулааралық өзара қатынастардың барлығы өте жылдам седиментацияланатын материалдар түзуі мүмкін.[4]
Дәріс №5
Ақуыз биосинтезі. Генетикалық информацияның трансляциясы. Транспорттық РНҚ. Информациялық РНҚ. Эукариоттар мен прокариоттардағы а-РНҚ құрлысының ерекшеліктері генетикалық код. Трансцляция және оған қатысты ферменттер. Ақуыз биосинтезінің негізгі кезеңдері: активация, инициация, элонагация жэне терминация. РНҚ-ның ақузыз биосинтезіндегі акцепторлық жэне адапторлық ролі.
Ақуыз биосинтезі. Генетикалық информацияның трансляциясы.
Транспорттық РНҚ. Информациялық РНҚ
Ақуыз биосинтезінің негізгі кезеңдері
Ақуыз биосинтезінің молекулалық механизмдері.