Тема работы – синтез днк, рнк и белков

Translyatsiya

Ko'p bosqichlimatritsa sintezi sincap, yoki aslidaefirga uzatishichiga oqadiribosoma, shuningdek, shartli ravishda 3 bosqichga bo'linadi: boshlash,cho'zilishVatugatish.

Efirni boshlash. Sintezning boshlanishi uchun "mos yozuvlar nuqtasi" bo'lgan boshlash bosqichisincap, bir qator shartlarga rioya qilishni talab qiladi, xususan, tizimda 70S (yoki 80S) ribosomalardan tashqari, ishga tushiruvchi amino-atsil-tRNK (aa-tRNK) ning mavjudligi.kodonlarqismi sifatidamRNKva oqsilni boshlash omillari. Sintez ekanligi eksperimental ravishda isbotlangansincapyagona boshlaydiaminokislota-metionin. "Lug'at" kodida faqat bittasi mavjudkodonUchunmetionin(AUG), lekin barcha hayotdaorganizmlarikkita tRNK topildimetionin: sintezni boshlashda one ishlatiladisincap, ikkinchisi - yoqish uchunmetioninsintezlanganning ichki tuzilishiga kiradipolipeptidbosqichdacho'zilish(pastga qarang). Shunga ko'ra, bu tRNKlar odatda tRNAfMet va tRNK deb ataladi.uchrashdi. Biz buni ham ta'kidlaymizeukaryotik hujayrashakllantirish shart emasmetionin.
DaprokaryotlarN-formilmetionil-tRNK sintezi ikki bosqichda davom etadi (7-rasm):

Bu bosqich metionil-tRNK sintetaza tomonidan katalizlanadi. Reaktsiya energiya etkazib berishni talab qiladigidroliz ATP. Guruch. 8

Transformilazani katalizlovchi II bosqich metionil-tRNK sintetazadan ko'ra o'ziga xos bo'lib chiqdi: u hech qanday erkin hosil qilmaydi.metionin, nametionintRNK bilan birgalikdauchrashdi.

Shunday qilib, N-formilmetionil-tRNK N-terminal qoldig'ining kiritilishini aniqlaydigan birinchi aa-tRNKdir.aminokislotalarva shunday boshlangeshittirishlar. Formillash jarayoni muhim kimyoviy va biologik ma'noga ega: NH2 guruhining ishtirokini blokirovka qilishmetioninta'limdapeptid aloqasi, sintezini ta'minlaydisincapNH2 -> COOH yo'nalishi bo'yicha; hosil bo'lgan formilmetionil-tRNK, qo'shimcha ravishda, 30S subunitining ma'lum bir sohasiga birinchi bo'lib bog'lanadi.ribosomalarva bilanmRNK.
Boshlanishning zaruriy sharti, ta'kidlanganidek, tashabbusning mavjudligi hamdirkodonlarformilmetioninni kodlash. Bu funktsiyani bakteriyalar bajaradiuchlikAUG va GUGmRNK. Biroq, ular formilmetioninni (yoki boshlang'ichmetioninVeukaryotikqafas) faqat boshlang'ichuchliko'qiyotgandamRNK. Agar bularuchlikkeng tarqalgan, ya'ni. ichki, keyin ularning har biri o'zini kodlaydiaminokislota: xususan, AUG kodlaydimetionin, va GUG -valin. Ko'rinib turibdiki, boshlang'ich 5'-AUG kodonini boshqa AUG kodonlaridan, ehtimol, atrof-muhitning tuzilishi bilan bir oz farq qilishi kerak.uchlik. 5'-AUG kodonining tashabbuskori deb ishoniladiprokaryotlarOldinda polipirimidin 3'-antiparallel ketma-ketligi bilan tanilgan signalli polipurin (8 dan 13 ta bazagacha) ketma-ketligi (Shine-Dalgarno ketma-ketligi) mavjud.molekulasi16S rRNK 30S sub birligi. Bundan tashqari, ikkilamchi tuzilishda ma'lum farqlarning mavjudligiga ruxsat beriladi.mRNKtashabbuskorning saytidakodontan olinishiga hissa qo‘shmoqda.
Bugungi kunga kelib, oqsillarni boshlash omillarining tabiati aniqlangan. E. coli da IF-1, IF-2, IF-3 deb nomlanuvchi uchta bunday boshlang'ich omil aniqlangan. Ularning barchasi taxminan yuqori darajada tozalangan holatda olinadimolekulyar og'irliklar9000, 10000 va 22000. IF-3 saytni tanib olishni ta'minlaydimolekulasi mRNK, unga formilmetionil-tRNK biriktirilgan. Bu protein omili birinchi navbatda erkin 30S subunitiga bog'lanadiribosomalarva 30S va 50S subbirliklarining 70S ribosomasiga birlashishini oldini oladimolekulalar mRNK. IF-1 inisiator formilmetionil-tRNKning 30S subunit kompleksi bilan bog'lanishiga yordam beradi vamRNK. Protein omili IF-2, ehtimol, birinchi subzarrachada tashabbuskorlar mavjud bo'lgandan so'ng, 30S va 50S subzarrachalarining birlashishiga yordam beradi.kodonlar mRNK, N-formilmetionil-tRNK, IF-3, IF-1 va GTP. Buoqsilbutun 70S tashabbuskor kompleksi uchun stabilizatsiya omili sifatida ko'rib chiqiladi (pastga qarang).



Guruch. 9 Formilmetionil-tRNKning o'zaro ta'sirining sxematik tasviri vamRNK30S kichik zarracha bilanribosomalar(a) va uzatuvchi (funktsional faol) 70Sribosoma(b).

Shunga o'xshash proteinni boshlash omillari eukaryotiklarda ham topilganhujayralar. 10 atrofida ochingeukaryotikoqsilni boshlash omillari, ular odatda eIF deb ataladi. Ularning barchasi boshlash uchun muhim bo'lib tuyuladi, ammo ulardan faqat uchtasi oqsil sintezi uchun mutlaqo zarur va zarurdir: eIF-2, eIF-3 va eIF-5. Ular sof shaklda olingan: eIF-2 a-, b- va g-kichik birliklardan (mol. ogʻirligi mos ravishda 38000, 47000 va 50000), eIF-3 (mol. ogʻirligi 500000–700000) va eIF-5 (mol) dan iborat. vazni 500000–700000) vazni 125000). Biz buni sintezda ham ta'kidlaymizsincapularning roli tashabbuskorlarning roli bilan bir xiloqsillardaprokaryotlar. Sintezning o'ziga xos xususiyatisincapdaeukariotBundan tashqari, boshqasining 10 ta protein boshlash omillari orasida mavjudligisincap, qopqoqni bog'lash deb ataladi. Qopqoqning 5' hududiga ulanishmRNK, buoqsilo'rtasidagi kompleksning shakllanishiga yordam beradimRNKva 40S ribosoma bo'linmasi. Shuni ta'kidlash kerakki, bundan oldinhozirPro- va ham oqsilni boshlash omillarini jalb qilishning nozik molekulyar mexanizmlarieukariotmurakkab sintez jarayonidasincap.

Boshlovchi kompleksni shakllantirish. Eksperimental ravishda isbotlanganki, oqsil sintezi jarayonida doimiydissotsiatsiya70S ribosomalarini 30S va 50S subbirliklariga va ularning keyingi qayta assotsiatsiyasi. Birinchidan, protein omillari, formilmetionil-tRNK va GTP ni 30S bo'linmasiga biriktirish orqali boshlang'ich kompleks hosil bo'ladi, unga komplementar bo'ladi.antikodonformilmetionil-tRNK biriktiriladimRNKrol o'ynagankodonAUG (9-rasm).
Formilmetionil-tRNKning alohida rolini ta'kidlash kerak: bu yordam beradimRNKaniqlikni ta'minlaydigan 30S kichik zarrachada ma'lum bir joyni topingefirga uzatishketma-ketlik haqida ma'lumotaminokislotalarpolipeptid zanjirida (ramka sozlamalari). Bo'lishi bilanoqmRNKkompleksga qo'shiladi, IF-3 protein omili chiqariladi va qolgan kompleks 50S subunitini osongina biriktirib, tarjima qiluvchini hosil qiladi, ya'ni. funktsional faol, 70S ribosoma. Ushbu o'zgarishlar paytidaribosomalarboshqa protein boshlash omillari va mahsulotlarini chiqaradigidrolizGTP (YaIM va noorganik fosfat), uning energiyasi 70S boshlang'ich kompleksini shakllantirishga sarflanadi.ribosomalar. Bu kompleksda formilmetionil-tRNK peptidilni bog'lash markaziga biriktirilganribosomalar. INgidrolizGTP IF-2da ishtirok etadi. Shakllangan faol, to'liq shakllangan 70Sdaribosomalartarkibida formilmetionil-tRNK mavjud bo'lib, keyingisiga mos keladigan ma'lum bir aa-tRNK bilan reaksiyaga kirisha oladigan erkin aminoatsil markazi mavjud.kodon mRNK. Shu paytdan boshlab sintezning ikkinchi bosqichi boshlanadisincap-cho'zilish.



Guruch. 10. 50S kichik zarracharibosomalarikkita tRNK bog'lanish joyiga ega.

Tarjima cho'zilishi. Jarayoncho'zilishE. colidagi polipeptid zanjiri birinchi hosil bo'lishi bilan boshlanadipeptid aloqasiva to'g'ridan-to'g'ri, aniqrog'i topografik jihatdan katta kichik zarracha (50S) bilan bog'liq.ribosomalar, tRNKni bog'lash uchun ikkita markazni o'z ichiga oladi: ulardan biri aminoatsil (A), ikkinchisi peptidil (P) deb ataladi (10-rasm).

Jarayondacho'zilishE. coli da uchta protein omili ham ishtirok etadi - cho'zilish omillarieshittirishlar, qisqartirilgan Tu, Ts va G (14.1-jadvalga qarang): EF-Tu (mol. og'irligi 43000), EF-Ts (mol. og'irligi 35000) va EF-G (mol. og'irligi 80000). Daeukariotdeb ataladigan uchta shunday omilni ham kashf etdieukaryotikcho'zilish omillarieshittirishlarva tegishli ravishda eEF-1a (mol. og'ir. 53000), eEF-1ab (mol. og'ir. 30000) va eEF-2; ularning deyarli barchasi sof shaklda olingan va ularning bir qatori uchun birlamchi tuzilma tashkil etilgan.
Jarayoncho'zilishodatda 3 bosqichga bo'linadi: tanib olishkodonva aminoatsil-tRNKning bog'lanishi, hosil bo'lishipeptid aloqasiva translokatsiya. I bosqichda, tabiatga muvofiqkodon mRNKA-saytni bo'shatish uchunribosomalaromil ishtirokida aminoatsil-tRNK tomonidan yetkazib beriladicho'zilishTu. Bu jarayon energiya talab qiladi va u bilan bog'liqgidrolizGTP va mahkam bog'langan Tu-GTP kompleksining shakllanishi. Olingan kompleks o'tadidissotsiatsiyafaqat ikkinchi omil mavjudligidacho'zilishTs, bunda ozod bo'lgan Tu faktor yana, bilan bog'lanishi mumkinmolekulasiGTP, aa-tRNKni ribosomaga etkazishda ishtirok eting. Shunday qilib, 70S radioeshittirishdaribosomaformilmetionil-tRNK peptidil markazida, aminoatsil-tRNK esa A-markazda joylashgan (birinchiaminokislotametionindan keyin). Shu paytdan boshlab II bosqich boshlanadicho'zilish- birinchisining shakllanishipeptid aloqasi. Buning uchun inribosomaP-markazdagi formilmetionil-tRNK va A-markazdagi yangi aa-tRNK o'rtasida fermentativ transpeptidlanish reaksiyasi amalga oshiriladi. Bu reaksiya jarayonida formilmetionin qoldig'i aa-tRNKning erkin NH2 guruhiga o'tadi va birinchipeptid aloqasikelajakdagi polipeptid zanjirida. Bunga parallel ravishda tRNAfMet peptidil markazidan sitozolga chiqariladi.Ferment, transpeptatsiya reaktsiyasini katalizlovchi, peptidil transferaza deb nomlangan (11-rasm); ning bir qismidiroqsillar50S kichik zarrachalar. Shunday qilib, transpeptidaza reaktsiyasi vaqtida A-markazda dipeptidil-tRNK hosil bo'ladi, P-markaz esa erkin ("bo'sh") qoladi.
Jarayonning III bosqichidacho'zilishkeyingi aa-tRNKni biriktirish uchun erkin aminoatsil markaziga ega bo'lish zarur. Buning uchun translokatsiya jarayoni tufayli hosil bo'lgan dipeptidil-tRNK fragmenti aminoatsildan peptidil markaziga o'tkaziladi. Translokatsiya harakatlanish orqali amalga oshiriladiribosomalarnisbatanmRNKrol o'ynaganfermenttranslokaz (uning vazifasini omil bajaradicho'zilishE. coli da G va eukariotlarda eEF-2) boshqasining parchalanish energiyasidan foydalangan holdamolekulalarGTP. Translokatsiya natijasida dipeptidil-tRNK peptidil markazida o'z o'rnini egallaydi.ribosomalar, va aminoatsil markazi yangi tanib olish sikli uchun bo'shatiladi va unga mos keladigan yangi keyingi aa-tRNKni biriktirishi mumkin.kodon mRNK. Translokatsiya jarayonidaribosomabo‘ylab harakatlanadimRNKbir masofa uchun uning 3'-uchiga qarabkodon, ya'ni. aynan bittauchlik. Shaklda. 12 buni ko'rsatadiribosomakeyingi tsiklga kiradi - uchinchi aminokislota qoldig'i biriktiriladi va hokazo.



Guruch. 11. Katta 50S kichik zarrachada fMet-tRNKning ikkita markaz (P va A) o'rtasida o'tkazilishiribosomalar.

Shunday qilib, bosqichdacho'zilishpolipeptid zanjirining ketma-ket o'sishi birin-ketin sodir bo'ladiaminokislotaketma-ketlikka qat'iy rioya qilgan holdauchlik(kodonlar) ichidamolekulasi mRNK.

Birining sintezi uchun zarur bo'lgan energiya miqdori haqidagi savolga aniqlik kiritish juda muhimdirpeptid aloqasidabiosintez sincap. Ta'kidlanganidek, faollashtirilgandaaminokislotalarboshlash bosqichidan oldin ham, ya'ni. aa-tRNK hosil bo'lishi jarayonida parchalanish energiyasi sarflanadiATPyoqilganAMFva taxminan ekvivalent bo'lgan pirofosfatgidroliz2molekulalar ATP2 gachamolekulalar ADP, chunki pirofosfat 2 ga parchalanadimolekulalar noorganik fosfat. Energiya amino-atsil-tRNKni aminoatsil markaziga aylantirish uchun sarflanadigidroliz molekulalarGTP dan HDF ga vanoorganik fosfat. Nihoyat, 70S teleradiokompaniyasining translokatsiyasiribosomalarenergiya ham kerakgidrolizyana bir bormolekulalarGTP. Shunday qilib, har birining sintezi uchun energiya talablaripeptid aloqasienergiya ekvivalentigidroliz2molekulalar ATPva 2molekulalarGTP (ya'ni.gidrolizto'rtta makroergik fosfat bog'lari) mos keladigan nukleozid difosfatlarga. Har birining energiya iste'moli qanchalik katta ekanligini tasavvur qilish osonhujayralarnafaqat bittasining sintezidamolekulalar sincap, va to'plamlarmolekulalareng xilma-xiloqsillarvaqt birligi uchun.



Guruch. 12. Jarayoncho'zilishpolipeptid zanjiri (sxema).

Tarjimani tugatish. IV bosqichdabiosintez sincap70S da polipeptid zanjirining sintezini yakunlaydiribosomauchta protein omili ishtirokidatugatish(ozod qiluvchi omillar). Bularsincaplarbelgilangan RF-1 (mol. og'irligi 47000), RF-2 (mol. og'irligi 35000–48000) va RF-3 (mol. og'irligi 46000)prokaryotlar. INhujayralarhayvonlar bitta va faqat ochiladioqsilshunga o'xshash xususiyatga ega - ozod qiluvchi omil R (eRF, molekulyar og'irligi 56000–105000). E. coli da RF-1 tanib olish xususiyatiga egamolekulasi mRNK tugatish kodonlariUAG va UAA va RF-2 - mos ravishda UGA va UAA.eukaryotikrelizing omil eRF uchalasini ham taniyditugatuvchi kodon(bema'ni kodonlar) va sintezlanganlarning chiqarilishini keltirib chiqaradipolipeptidbilvosita peptidil transferaza orqali. Keyintugatish kodoni mRNKaminoatsil markazida o'z o'rnini egallaydiribosomalar, unga tRNK bo'lmagan biriktirilgan, chunki mos keluvchi yo'qantikodonlarUshbu terminal signalini tan oladigan tRNKlar va oqsil omillaridan biritugatishva yana blokirovka qilingcho'zilishzanjirlar. O'ylab ko'ringtugatish kodonlariva oqsil omillari o'zgarishlarni keltirib chiqaradio'ziga xoslikpeptidiltransferazafaoliyatshunday qilib, u o'sib borayotgan peptid zanjirining o'tkazilishini katalizlaydi, aksinchamolekulasi suv, sababgidrolizaminokislotalarga qaragandaaminokislotalar. Buning oqibati oqsilni ajratishdirmolekulalardanribosomalarva ozod qilingmolekulalartRNK vamRNK(ikkinchisi erkin ribonukleotidlarga parchalanadi). Bir vaqtning o'zida 70Sribosomaikkita kichik zarrachaga ajraladi - 30S va 50S, ular erkin hovuzga kiradi va yangisini qayta bog'lash uchun qayta ishlatilishi mumkin.ribosomalar. Ushbu jarayon sxematik tarzda rasmda ko'rsatilgan. 13. GTP intugatish eshittirishlarE. coli da allosterik regulyator sifatida qaraladi va ineukariotlarGTP katta ehtimol bilan YaIM va Pi ga parchalanadi.

Guruch. 13. Jarayontugatishsintezsincap(sxema).



Guruch. 14. Turli tiplarning rolini sxematik tasvirlashRNKsintezdasincap(Uotsonga ko'ra).

Guruch. 15. Bakteriyaning tashkil etilishining sxematik tasviripoliribosomalar(polisomalar) va ribosomalarning harakatlanishimRNK.

Umuman olganda, o'rtasidagi munosabatlarreplikatsiya DNK,transkripsiyaVaefirga uzatish mRNKshaklda ko'rsatilgan. 14. Ko'rinib turibdiki, bitta matritsamRNKbir nechta translyatsiyaribosoma, va ayni paytda ko'pribosomalarbir-biriga yaqin joylashgan. Ribosomalarning o'xshash klasterlarimRNKpoliribosomalar nomini yoki siyosatni oldi (15-rasm). Ular samaradorlikni sezilarli darajada yaxshilaydimRNK, ya'ni. sintezni tezlashtiradisincap.

Ribosomalarzanjir bo'ylab 5' –> 3' yo'nalishda harakatlaningmRNK, va har biriribosomaalohida sintez qilib, mustaqil ishlaydioqsil.Polisomashunday qilib, yuqori tezlikka imkon beradieshittirishlarfaqatmRNK(15-rasmga qarang).
Foydalanilgan adabiyotlar ro'yxati

1. 
   Biz Andrey Kulbachinskiy (Rossiya Fanlar akademiyasi molekulyar genetika instituti) tomonidan taqdim etilgan RNK polimeraza tasvirlaridan foydalandik.
   
2. 
   Stept G., Kalindar R., Molekulyar genetika, trans. Ingliz tilidan, M., 1981, p. 499-520;
   
3. 
   Kornberg A., DNK replikatsiyasi, SF, 1980;
   
4. 
   Ogava T, Oka-zaki T., "Ann. Rev. Biochem.", 1980, v. 49, b. 421-57. P.L. Ivanov.