ՌՆԹ-ի մշակում, խմբագրվել է Լյուիսի կողմից: Մշակում, զուգավորում։ ՌՆԹ-ի դերը ժառանգական տեղեկատվության իրացման գործընթացում. Պրոկարիոտներ: Ընդհանուր բնութագրեր

Մշակում - սա ԴՆԹ-ի վրա սինթեզված պրՌՆԹ-ի հասունացումն ու հասուն ՌՆԹ-ի վերածումն է: Տեղի է ունենում էուկարիոտների բջջի միջուկում։

Մշակման բաղադրիչներ

1. Հեռացումնուկլեոտիդներ. Արդյունք՝ սկզբնական ՌՆԹ-ի երկարության և զանգվածի զգալի նվազում:
2. Միացումնուկլեոտիդներ. Արդյունքը՝ սկզբնական ՌՆԹ-ի երկարության և զանգվածի մի փոքր աճ:
3. Փոփոխություննուկլեոտիդների (ձևափոխում): Արդյունք. ՌՆԹ-ում հազվագյուտ «էկզոտիկ» փոքր («ավելի փոքր») նուկլեոտիդների հայտնվելը:

Նուկլեոտիդների հեռացում

1. Պառակտում առանձին նուկլեոտիդներ՝ մեկ առ մեկ, ՌՆԹ շղթայի ծայրերից։ Իրականացվում է ֆերմենտների միջոցով էկզոնուկլեազներ. Սովորաբար, պրՌՆԹ-ն սկսվում է ATP-ի կամ GTP-ի 5 դյույմ ծայրից և ավարտվում է 3» վերջում՝ GC շրջաններով: Դրանք անհրաժեշտ են միայն ինքնին տրանսկրիպցիայի համար, բայց անհրաժեշտ չեն ՌՆԹ-ի գործելու համար, ուստի դրանք բաժանվում են:

2. Կտրում ՌՆԹ բեկորներ, որոնք բաղկացած են մի քանի նուկլեոիդներից: Իրականացվում է ֆերմենտների միջոցով էնդոնուկլեազներ. Այս կերպ պրՌՆԹ-ի ծայրերից հեռացվում են տարածական նուկլեոտիդային հաջորդականությունները։

3. Կտրում preRNA-ն առանձին առանձին ՌՆԹ մոլեկուլների մեջ: Իրականացվում է էնդոնուկլեազային ֆերմենտներով: Այս կերպ ստացվում են ռիբոսոմային ՌՆԹ (rRNA) և հիստոնային ՌՆԹ (mRNA):

4. Splicing . Սա կտրում միջին հատվածներ (ինտրոնիկ հաջորդականություններ) preRNA-ից և այնուհետև դրա կարում . Էնդոնուկլեազային ֆերմենտների միջոցով հեռացումն իրականացվում է, իսկ խաչաձև կապն իրականացվում է լիգաներ. Արդյունքն այն է, որ mRNA-ն բաղկացած է միայն էկզոնիկ նուկլեոտիդային հաջորդականություններից: Բոլոր նախնական mRNA-ները միացված են, բացառությամբ հիստոնների:

mRNA-ում նուկլեոտիդների հեռացման արդյունքում, օրինակ, 9200 նուկլեոտիդների փոխարեն կարող է մնալ միայն 1200-ը։

Միջին հաշվով, վերամշակումից հետո հասուն մՌՆԹ-ում մնում է նախնական մՌՆԹ երկարության միայն 13%-ը, իսկ 87%-ը կորչում է։

Նուկլեոտիդների ավելացում

Փոփոխված 7-մեթիլգուանիլ նուկլեոտիդը կցվում է նախնական mRNA-ին սկզբնական 5" ծայրից՝ օգտագործելով ատիպիկ պիրոֆոսֆատ կապը. սա բաղադրիչ է: «գլխարկ» («գլխարկներ») mRNA. Այս գլխարկը ստեղծվել է ՌՆԹ-ի սինթեզի սկզբնական փուլում՝ նորածին ՌՆԹ-ն պաշտպանելու էկզոնուկլեազային ֆերմենտների հարձակումներից, որոնք անջատում են վերջնական նուկլեոտիդները ՌՆԹ-ից:

Նախա-ՌՆԹ-ի սինթեզի ավարտից հետո ադենիլ նուկլեոտիդները հաջորդաբար ավելացվում են դրա վերջնական հատվածին 3" ծայրից պոլիադենիլատ պոլիմերազ ֆերմենտի միջոցով, այնպես որ պոլիադենիլատը «պոչ» մոտավորապես 200-250 A-նուկլեոտիդներից: Այս գործընթացի թիրախները AAAAAAA և GGUUGUUGGUU հաջորդականություններն են preRNA-ի վերջում: Արդյունքում, preRNA-ի սեփական պոչը կտրվում է և փոխարինվում է polyA պոչով։

Տեսանյութ.PreRNA-ի մատակարարում գլխարկով և պոչով

Նախա tRNA պոչը իր 3» ծայրում ստեղծվում է երեք նուկլեոտիդների՝ C, C և A հաջորդական ավելացումով: Նրանք կազմում են փոխանցման ՌՆԹ-ի ընդունող ճյուղը:

Նուկլեոտիդների ձևափոխում

Կարևոր է նշել, որ ձևափոխված փոքր նուկլեոտիդները հայտնվում են հասունացող ՌՆԹ-ում մշակման արդյունքում և չեն ինտեգրվում ՌՆԹ-ին ԴՆԹ-ի վրա սինթեզի ընթացքում:

Կափարիչի նուկլեոտիդներում կան mRNA Տեղի է ունենում ռիբոզային մեթիլացում։

Նախա- rRNA Ռիբոզայի մնացորդները ընտրովի մեթիլացվում են շղթայի ողջ երկարությամբ, մոտավորապես 1% հաճախականությամբ, այսինքն. 1 նուկլեոտիդ 100-ից:

Նախա- tRNA փոփոխությունը տեղի է ունենում ամենատարբեր ձևերով: Օրինակ, եթե ուրիդինը կրճատվում է, այն դառնում է դիհիդրոուրիդին, եթե իզոմերացվում է, դառնում է պսևդուրիդին, եթե մեթիլացվում է, ապա դառնում է մեթիլուրիդին, ադենոզինը կարող է դեամինացվել՝ վերածվելով ինոզինի, իսկ եթե մեթիլացվել է, ապա՝ մեթիլինոզին։ Տեղի են ունենում նաև այլ նուկլեոտիդային փոփոխություններ։

Տեսանյութ.Մանրամասներ վերամշակման մասին

Մշակման արդյունքը

Բնօրինակ preRNA-ները կրճատվում և փոփոխվում են . Բջիջները հայտնվում են միջուկում հասուն ՌՆԹ տարբեր տեսակներ: rRNA (28S, 18S, 5.8S, 5S), tRNA (1-3 տեսակ 20 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրի համար), mRNA (հազար տարբերակներ՝ կախված տվյալ բջիջում արտահայտված գեների քանակից): Այստեղ միջուկում rRNA-ն միանում է ռիբոսոմային սպիտակուցներին և ձևավորում մեծ և փոքր ռիբոսոմային ենթամիավորներ։ Նրանք թողնում են միջուկը և մտնում ցիտոպլազմա: Իսկ mRNA-ն կապվում է սպիտակուցների տեղափոխմանը և այս ձևով միջուկից դուրս է գալիս ցիտոպլազմա:

Հենց այս փուլն է առանձնացնում գոյություն ունեցող գենետիկ տեղեկատվության ներդրումը բջիջներում, ինչպիսիք են էուկարիոտները և պրոկարիոտները:

Այս հայեցակարգի մեկնաբանություն

Անգլերենից թարգմանված այս տերմինը նշանակում է «մշակում, մշակում»: Մշակումը նախաՌՆԹ-ից հասուն ռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլների արտադրության գործընթացն է: Այլ կերպ ասած, սա մի շարք ռեակցիաներ է, որոնք հանգեցնում են տրանսկրիպցիոն առաջնային արտադրանքների (տարբեր տեսակների նախնական ՌՆԹ) արդեն գործող մոլեկուլների փոխակերպմանը:

Ինչ վերաբերում է r--ի և tRNA-ի մշակմանը, ապա այն ամենից հաճախ հանգում է նրան, որ մոլեկուլների ծայրերից կտրվում են ավելորդ բեկորները: Եթե ​​խոսենք mRNA-ի մասին, ապա կարելի է նշել, որ էուկարիոտների մոտ այս գործընթացը տեղի է ունենում բազմաստիճան եղանակով։

Այսպիսով, այն բանից հետո, երբ մենք արդեն իմացանք, որ վերամշակումը առաջնային տառադարձության վերափոխումն է հասուն ՌՆԹ-ի մոլեկուլի, արժե շարունակել դիտարկել դրա առանձնահատկությունները:

Դիտարկվող հայեցակարգի հիմնական առանձնահատկությունները

Դրանք ներառում են հետևյալը.

• մոլեկուլի և ՌՆԹ-ի ծայրերի ձևափոխում, որի ընթացքում դրանց կցվում են հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականություններ՝ նշելով թարգմանության սկզբի (վերջի) տեղը.
• splicing-ը ռիբոնուկլեինաթթուների ոչ տեղեկատվական հաջորդականությունների կտրումն է, որոնք համապատասխանում են ԴՆԹ ինտրոններին:

Ինչ վերաբերում է պրոկարիոտներին, ապա նրանց mRNA-ն վերամշակման ենթակա չէ։ Այն ունի սինթեզի ավարտից անմիջապես հետո աշխատելու ունակություն։

Որտե՞ղ է տեղի ունենում խնդրո առարկա գործընթացը։

Ցանկացած օրգանիզմում ՌՆԹ-ի մշակումը տեղի է ունենում միջուկում։ Այն իրականացվում է յուրաքանչյուր առանձին տեսակի մոլեկուլի հատուկ ֆերմենտների (դրանց մի խմբի) միջոցով։ Թարգմանական արտադրանքները, ինչպիսիք են պոլիպեպտիդները, որոնք ուղղակիորեն կարդացվում են mRNA-ից, նույնպես կարող են մշակվել: Սպիտակուցների մեծ մասի այսպես կոչված պրեկուրսոր մոլեկուլները՝ կոլագենը, իմունոգոլոբուլինները, մարսողական ֆերմենտները, որոշ հորմոններ, ենթարկվում են այդ փոփոխություններին, որից հետո սկսվում է դրանց իրական գործունեությունը մարմնում։

Մենք արդեն իմացանք, որ վերամշակումը նախաՌՆԹ-ից հասուն ՌՆԹ-ի ձևավորման գործընթացն է։ Այժմ արժե խորանալ հենց ռիբոնուկլեինաթթվի բնույթի մեջ:

ՌՆԹ՝ քիմիական բնույթ

Այն պիրիմիդինի և պուրինի ռիբոնուկլեոտիդների համապոլիմեր է, որոնք միմյանց հետ կապված են, ինչպես ԴՆԹ-ում, 3' - 5' ֆոսֆոդիստերային կամուրջներով։

Չնայած այս երկու տեսակի մոլեկուլները նման են, դրանք տարբերվում են մի քանի առումներով:

ՌՆԹ-ի և ԴՆԹ-ի տարբերակիչ առանձնահատկությունները

Նախ, ռիբոնուկլեինաթթուն ունի ածխածնի մնացորդ, որը հարում է պիրիմիդինային և պուրինային հիմքերին, ֆոսֆատային խմբերին` ռիբոզային, մինչդեռ ԴՆԹ-ն ունի 2'-դեօքսիրիբոզ:

Երկրորդ, պիրիմիդինի բաղադրիչները նույնպես տարբեր են: Նմանատիպ բաղադրիչներն են ադենինի, ցիտոզինի և գուանինի նուկլեոտիդները։ ՌՆԹ-ն թիմինի փոխարեն պարունակում է ուրացիլ:

Երրորդ, ՌՆԹ-ն ունի 1-շղթա կառուցվածք, իսկ ԴՆԹ-ն 2-շղթա մոլեկուլ է: Բայց ռիբոնուկլեինաթթվի շղթայում կան հակառակ բևեռականությամբ շրջաններ (լրացուցիչ հաջորդականություն), որոնց շնորհիվ նրա մեկ շղթան ի վիճակի է ծալել և ձևավորել «մազակալներ»՝ կառուցվածքներ, որոնք օժտված են 2 պարուրաձև բնութագրերով (ինչպես ցույց է տրված վերևի նկարում):

Չորրորդ, քանի որ ՌՆԹ-ն մեկ շղթա է, որը լրացնում է միայն ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկին, պարտադիր չէ, որ գուանինը դրանում լինի նույն պարունակությամբ, ինչ ցիտոսինը, իսկ ադենինը, ինչպես ուրացիլը:

Հինգերորդ, ՌՆԹ-ն կարող է հիդրոլիզացվել ալկալիներով մինչև մոնոնուկլեոտիդների 2', 3'-ցիկլային դիեստերներ: Միջանկյալ արտադրանքի դերը հիդրոլիզում խաղում է 2', 3', 5-տրեստերը, որն ի վիճակի չէ ձևավորվել ԴՆԹ-ի համար նմանատիպ գործընթացում 2'-հիդրօքսիլ խմբերի բացակայության պատճառով: ԴՆԹ-ի համեմատ՝ ռիբոնուկլեինաթթվի ալկալային կայունությունը օգտակար հատկություն է ինչպես ախտորոշման, այնպես էլ անալիտիկ նպատակների համար։

Այս հաջորդականությունը լրացնում է գենային շղթային (կոդավորում), որտեղից «կարդացվում» է ՌՆԹ-ն: Այս հատկության պատճառով ռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլը կարող է հատուկ կապվել կոդավորող շղթայի հետ, բայց չի կարողանում դա անել ոչ կոդավորող ԴՆԹ շղթայի հետ: ՌՆԹ-ի հաջորդականությունը, բացառությամբ T-ի U-ով փոխարինման, նման է գենի ոչ կոդավորող շղթայի:

ՌՆԹ-ի տեսակները

Գրեթե բոլորը ներգրավված են այնպիսի գործընթացում, ինչպիսին հայտնի են ՌՆԹ-ի հետևյալ տեսակները.

1. Կաղապար (mRNA):Սրանք ցիտոպլազմային ռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլներ են, որոնք ծառայում են որպես սպիտակուցների սինթեզի ձևանմուշներ։
2. Ռիբոսոմային (rRNA):Սա ցիտոպլազմային ՌՆԹ-ի մոլեկուլ է, որը խաղում է այնպիսի կառուցվածքային բաղադրիչների դեր, ինչպիսիք են ռիբոսոմները (օրգանելներ, որոնք ներգրավված են սպիտակուցի սինթեզում):
3. Տրանսպորտ (tRNA). Սրանք մոլեկուլներ են, որոնք մասնակցում են mRNA տեղեկատվության փոխակերպմանը (թարգմանությանը) ամինաթթուների հաջորդականության մեջ արդեն իսկ սպիտակուցներում:

ՌՆԹ-ի զգալի մասը առաջին տառադարձումների տեսքով, որոնք ձևավորվում են նաև կաթնասունների բջիջներում, ենթակա է քայքայման միջուկում և ցիտոպլազմում տեղեկատվական կամ կառուցվածքային դեր չի խաղում:

Մարդու բջիջներում (մշակված) հայտնաբերվել է փոքր միջուկային ռիբոնուկլեինաթթուների դաս, որոնք անմիջականորեն չեն մասնակցում սպիտակուցի սինթեզին, բայց ազդում են ՌՆԹ-ի մշակման, ինչպես նաև ընդհանուր բջջային «ճարտարապետության» վրա: Նրանց չափերը տարբեր են, պարունակում են 90 - 300 նուկլեոտիդ։

Ռիբոնուկլեինաթթուն բույսերի և կենդանիների մի շարք վիրուսների հիմնական գենետիկ նյութն է։ Որոշ ՌՆԹ վիրուսներ երբեք չեն անցնում ՌՆԹ-ով դեպի ԴՆԹ փուլ: Այնուամենայնիվ, կենդանիների շատ վիրուսներ, օրինակ՝ ռետրովիրուսներ, բնութագրվում են իրենց ՌՆԹ գենոմի հակադարձ թարգմանությամբ՝ ուղղված ՌՆԹ-ից կախված հակադարձ տրանսկրիպտազով (ԴՆԹ պոլիմերազ)՝ 2-շղթա ԴՆԹ-ի պատճենի ձևավորմամբ: Շատ դեպքերում, առաջացող 2-շղթա ԴՆԹ-ի տառադարձումը ներառվում է գենոմի մեջ՝ հետագայում ապահովելով վիրուսային գեների արտահայտումը և ՌՆԹ գենոմների նոր պատճենների (նաև վիրուսային) արտադրությունը։

Ռիբոնուկլեինաթթվի հետտրանսկրիպցիոն փոփոխություններ

Նրա մոլեկուլները, որոնք սինթեզվում են ՌՆԹ պոլիմերազներով, միշտ ֆունկցիոնալ առումով ոչ ակտիվ են և գործում են որպես պրեկուրսորներ, մասնավորապես՝ նախաՌՆԹ: Դրանք վերածվում են արդեն հասուն մոլեկուլների միայն այն բանից հետո, երբ ենթարկվում են ՌՆԹ-ի համապատասխան հետտրանսկրիպցիոն մոդիֆիկացիաներին՝ նրա հասունացման փուլերին։

Հասուն mRNA-ների առաջացումը սկսվում է ՌՆԹ-ի սինթեզի, իսկ պոլիմերազ II-ի երկարացման փուլում։ Արդեն աստիճանաբար աճող ՌՆԹ շղթայի 5' վերջում GTP-ն կցվում է 5' ծայրով, այնուհետև օրթոֆոսֆատը կտրվում է: Այնուհետև գուանինը մեթիլացվում է՝ ձևավորելով 7-մեթիլ-GTP: mRNA-ում հայտնաբերված այս հատուկ խումբը կոչվում է «կափարիչ» (գլխարկ):

Կախված ՌՆԹ-ի տեսակից (ռիբոսոմ, տրանսպորտային, կաղապար և այլն) պրեկուրսորները ենթարկվում են տարբեր հաջորդական փոփոխությունների։ Օրինակ, mRNA պրեկուրսորները ենթարկվում են միացման, մեթիլացման, ծածկման, պոլիադենիլացման և երբեմն խմբագրման:

Էուկարիոտներ: Ընդհանուր բնութագրեր

Էուկարիոտիկ բջիջը գործում է որպես կենդանի օրգանիզմների տիրույթ, և այն պարունակում է միջուկը։ Բացի բակտերիաներից, արխեայից, ցանկացած օրգանիզմ միջուկային է: Բույսերը, սնկերը, կենդանիները, ներառյալ մի խումբ օրգանիզմներ, որոնք կոչվում են պրոտիստներ, բոլորն էլ էուկարիոտ օրգանիզմներ են: Նրանք կարող են լինել և՛ միաբջիջ, և՛ բազմաբջիջ, բայց բոլորն էլ ունեն բջջային կառուցվածքի ընդհանուր պլան։ Ընդհանրապես ընդունված է, որ այս շատ տարբեր օրգանիզմներն ունեն նույն ծագումը, այդ իսկ պատճառով միջուկային խումբը ընկալվում է որպես ամենաբարձր աստիճանի մոնոֆիլետիկ տաքսոն։

Ընդհանուր վարկածների հիման վրա էուկարիոտներն առաջացել են 1,5-2 միլիարդ տարի առաջ: Նրանց էվոլյուցիայում կարևոր դեր է տրվում սիմբիոգենեզին՝ էուկարիոտիկ բջիջի սիմբիոզը, որն ուներ միջուկ, որը կարող է ֆագոցիտոզ անել, և դրա կողմից կուլ տված բակտերիաները՝ պլաստիդների և միտոքոնդրիումների պրեկուրսորները:

Պրոկարիոտներ: Ընդհանուր բնութագրեր

Սրանք 1-բջիջ կենդանի օրգանիզմներ են, որոնք չունեն միջուկ (ձևավորված) և թաղանթային այլ օրգանելներ (ներքին)։ Միակ մեծ շրջանաձև 2-շղթա ԴՆԹ-ի մոլեկուլը, որը պարունակում է բջջի գենետիկական նյութի հիմնական մասը, այն է, որը բարդույթ չի կազմում հիստոնային սպիտակուցների հետ:

Պրոկարիոտները ներառում են արխեաներ և բակտերիաներ, այդ թվում՝ ցիանոբակտերիաներ։ Միջուկից զերծ բջիջների ժառանգներն են էուկարիոտիկ օրգանելները՝ պլաստիդները, միտոքոնդրիումները։ Դրանք բաժանվում են 2 տաքսոնների՝ տիրույթի դասակարգման մեջ՝ Archaea և Bacteria:

Այս բջիջները չունեն միջուկային ծրար, ԴՆԹ-ի փաթեթավորումը տեղի է ունենում առանց հիստոնների ներգրավման: Նրանց կերակրման տեսակը օսմոտրոֆիկ է, իսկ գենետիկական նյութը ներկայացված է մեկով, որը փակ է օղակի մեջ, և կա ընդամենը 1 ռեպլիկոն։ Պրոկարիոտները դեռևս ունեն օրգանելներ, որոնք ունեն թաղանթային կառուցվածք։

Տարբերությունը էուկարիոտների և պրոկարիոտների միջև

Էուկարիոտիկ բջիջների հիմնարար առանձնահատկությունը կապված է դրանցում գենետիկ ապարատի առկայության հետ, որը գտնվում է միջուկում, որտեղ այն պաշտպանված է թաղանթով։ Նրանց ԴՆԹ-ն գծային է, կապված հիստոնային սպիտակուցների, այլ քրոմոսոմային սպիտակուցների հետ, որոնք բացակայում են բակտերիաներում: Որպես կանոն, դրանք պարունակում են 2 միջուկային փուլ. Մեկն ունի քրոմոսոմների հապլոիդ շարք, և հետագայում միաձուլվելով՝ 2 հապլոիդ բջիջները ձևավորում են դիպլոիդ մեկը, որն արդեն պարունակում է քրոմոսոմների 2-րդ խումբ։ Պատահում է նաև, որ հետագա բաժանման դեպքում բջիջը կրկին դառնում է հապլոիդ։ Այս տեսակի կյանքի ցիկլը, ինչպես նաև ընդհանուր առմամբ դիպլոիդությունը, բնորոշ չէ պրոկարիոտներին։

Ամենահետաքրքիր տարբերությունը էուկարիոտներում հատուկ օրգանելների առկայությունն է, որոնք ունեն իրենց գենետիկական ապարատը և բազմանում են բաժանման միջոցով։ Այս կառույցները շրջապատված են թաղանթով։ Այս օրգանելները պլաստիդներ և միտոքոնդրիաներ են: Իրենց կենսագործունեությամբ ու կառուցվածքով նրանք զարմանալիորեն նման են բակտերիաներին։ Այս հանգամանքը գիտնականներին դրդել է մտածել, որ նրանք բակտերիալ օրգանիզմների ժառանգներ են, որոնք սիմբիոզ են մտել էուկարիոտների հետ։

Պրոկարիոտներն ունեն փոքր քանակությամբ օրգանելներ, որոնցից ոչ մեկը շրջապատված չէ երկրորդ թաղանթով։ Նրանք չունեն էնդոպլազմային ցանց և լիզոսոմներ։

Էուկարիոտների և պրոկարիոտների միջև մեկ այլ կարևոր տարբերություն էվկարիոտների մեջ էնդոցիտոզի երևույթի առկայությունն է, ներառյալ խմբերի մեծ մասում ֆագոցիտոզը: Վերջինս թաղանթային վեզիկուլում փակելու, այնուհետև տարբեր պինդ մասնիկներ մարսելու կարողությունն է։ Այս պրոցեսն ապահովում է օրգանիզմի ամենակարևոր պաշտպանիչ գործառույթը։ Ֆագոցիտոզի առաջացումը ենթադրաբար պայմանավորված է նրանով, որ նրանց բջիջները միջին չափի են։ Պրոկարիոտիկ օրգանիզմները անհամաչափորեն ավելի փոքր են, այդ իսկ պատճառով էուկարիոտների էվոլյուցիայի ընթացքում առաջացել է բջիջին զգալի քանակությամբ սննդով մատակարարելու անհրաժեշտություն։ Արդյունքում նրանց մեջ առաջացան առաջին շարժական գիշատիչները։

Մշակումը որպես սպիտակուցի կենսասինթեզի փուլերից մեկը

Սա երկրորդ փուլն է, որը սկսվում է արտագրումից հետո։ Սպիտակուցների վերամշակումը տեղի է ունենում միայն էուկարիոտների մոտ: Սա mRNA-ի հասունացումն է: Ճշգրիտ լինելու համար սա սպիտակուցի համար չկոդավորող շրջանների հեռացումն է և հսկիչների ավելացումը:

Եզրակացություն

Այս հոդվածը նկարագրում է, թե ինչ է մշակումը (կենսաբանությունը): Այն նաև բացատրում է, թե ինչ է ՌՆԹ-ն, թվարկված են նրա տեսակներն ու հետտրանսկրիպցիոն փոփոխությունները: Դիտարկվում են էուկարիոտների և պրոկարիոտների տարբերակիչ առանձնահատկությունները:

Վերջապես, հարկ է հիշել, որ վերամշակումը նախաՌՆԹ-ից հասուն ՌՆԹ-ի ձևավորման գործընթացն է:

ՌՆԹ-ի մշակումը (ՌՆԹ-ի հետտրանսկրիպցիոն փոփոխությունները) էուկարիոտիկ բջիջներում տեղի ունեցող գործընթացների մի շարք է, որոնք հանգեցնում են ՌՆԹ-ի առաջնային տրանսկրիպտի վերածմանը հասուն ՌՆԹ-ի:

Ամենահայտնին մեսենջեր ՌՆԹ-ների մշակումն է, որոնք սինթեզի ընթացքում ենթարկվում են մոդիֆիկացիաների՝ կափարիչ, զուգավորում և պոլիադենիլացում։ Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ները, տրանսֆերային ՌՆԹ-ները և փոքր միջուկային ՌՆԹ-ները նույնպես ձևափոխված են (այլ մեխանիզմներով):

Splicing (անգլերեն splice-ից՝ ինչ-որ բանի ծայրերը միացնելը կամ սոսնձելը) ՌՆԹ-ի մոլեկուլներից որոշակի նուկլեոտիդային հաջորդականություններ կտրելու և ՌՆԹ մշակման ընթացքում «հասուն» մոլեկուլում մնացած հաջորդականությունների միացման գործընթացն է: Այս պրոցեսն ամենից հաճախ տեղի է ունենում էուկարիոտներում սուրհանդակ ՌՆԹ-ի (mRNA) հասունացման ժամանակ, որի ընթացքում ՌՆԹ-ի և սպիտակուցների հետ կապված կենսաքիմիական ռեակցիաների միջոցով հեռացվում են մՌՆԹ-ի այն հատվածները, որոնք չեն կոդավորում սպիտակուցը (ինտրոնները), և հատվածները, որոնք կոդավորում են ամինին: թթվային հաջորդականություն - էկզոնները միացված են միմյանց: Այսպիսով, չհասուն նախամՌՆԹ-ն վերածվում է հասուն մՌՆԹ-ի, որտեղից կարդացվում են (թարգմանվում) բջջային սպիտակուցները։ Պրոկարիոտային սպիտակուցը կոդավորող գեների մեծամասնությունը չունի ինտրոններ, հետևաբար դրանցում հազվադեպ է հանդիպում նախնական mRNA զուգավորում: Տրանսֆերային ՌՆԹ-ների (tRNA-ների) և այլ ոչ կոդավորող ՌՆԹ-ների միացում տեղի է ունենում նաև էուկարիոտների, բակտերիաների և արխեաների ներկայացուցիչների մոտ:

Մշակումը և զուգավորումն ունակ են միմյանցից հեռու գտնվող կառույցները միավորելու մեկ գենի մեջ, ուստի դրանք մեծ էվոլյուցիոն նշանակություն ունեն: Նման գործընթացները պարզեցնում են տեսակավորումը։ Սպիտակուցներն ունեն բլոկային կառուցվածք։ Օրինակ, ֆերմենտը ԴՆԹ պոլիմերազն է: Դա շարունակական պոլիպեպտիդային շղթա է։ Այն բաղկացած է սեփական ԴՆԹ պոլիմերազից և էնդոնուկլեազից, որը կտրում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլը ծայրից։ Ֆերմենտը բաղկացած է 2 տիրույթից, որոնք կազմում են 2 անկախ կոմպակտ մասնիկներ՝ միացված պոլիպեպտիդային կամրջով։ 2 ֆերմենտային գեների սահմանին կա ինտրոն։ Դոմեյնները ժամանակին առանձին գեներ էին, բայց հետո ավելի մոտեցան։

Նման գենային կառուցվածքի խախտումները հանգեցնում են գենային հիվանդությունների։ Ինտրոնի կառուցվածքի խախտումը ֆենոտիպորեն անտեսանելի է, էկզոնների հաջորդականության խախտումը հանգեցնում է մուտացիայի (գլոբինի գեների մուտացիա):

Սպիտակուցի կենսասինթեզը ամինաթթուների մնացորդներից պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի բարդ բազմաստիճան գործընթաց է, որը տեղի է ունենում կենդանի օրգանիզմի բջիջների ռիբոսոմների վրա՝ mRNA և tRNA մոլեկուլների մասնակցությամբ: Սպիտակուցների կենսասինթեզը կարելի է բաժանել տառադարձման, մշակման և թարգմանության փուլերի։ Տրանսկրիպցիայի ընթացքում ԴՆԹ-ի մոլեկուլներում կոդավորված գենետիկական տեղեկատվությունը կարդացվում է, և այդ տեղեկատվությունը գրվում է mRNA մոլեկուլների մեջ: Մշակման հաջորդական փուլերի ընթացքում որոշ բեկորներ, որոնք անհրաժեշտ չեն հետագա փուլերում, հանվում են mRNA-ից, և նուկլեոտիդային հաջորդականությունները խմբագրվում են։ Կոդը միջուկից ռիբոսոմներ տեղափոխելուց հետո տեղի է ունենում սպիտակուցի մոլեկուլների փաստացի սինթեզ՝ ամինաթթուների առանձին մնացորդներ կցելով աճող պոլիպեպտիդ շղթային:

Միջնորդի դերը, որի գործառույթը ԴՆԹ-ում պահվող ժառանգական տեղեկատվությունը աշխատանքային ձևի վերածելն է, խաղում են ռիբոնուկլեինաթթուները՝ ՌՆԹ-ն։

Ռիբոնուկլեինաթթուները ներկայացված են մեկ պոլինուկլեոտիդային շղթայով, որը բաղկացած է չորս տեսակի նուկլեոտիդներից, որոնք պարունակում են շաքար, ռիբոզ, ֆոսֆատ և չորս ազոտային հիմքերից մեկը՝ ադենին, գուանին, ուրացիլ կամ ցիտոսին։

Մատրից կամ տեղեկատվություն, ՌՆԹ (mRNA, կամ mRNA): Տառադարձում. Նշված հատկություններով սպիտակուցներ սինթեզելու համար «ցուցումներ» են ուղարկվում դրանց կառուցման վայր՝ պեպտիդային շղթայում ամինաթթուների ընդգրկման կարգի վերաբերյալ: Այս հրահանգը պարունակվում է մատրիցի կամ սուրհանդակային ՌՆԹ-ի (mRNA, mRNA) նուկլեոտիդային հաջորդականության մեջ, որը սինթեզված է ԴՆԹ-ի համապատասխան բաժիններում: mRNA սինթեզի գործընթացը կոչվում է տրանսկրիպցիա։

Սինթեզի գործընթացում, քանի որ ՌՆԹ պոլիմերազը շարժվում է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի երկայնքով, ԴՆԹ-ի միաշղթա հատվածները, որոնք նա անցել է, կրկին միավորվում են կրկնակի պարույրի մեջ: Տրանսկրիպցիայի ընթացքում արտադրված mRNA-ն պարունակում է ԴՆԹ-ի համապատասխան բաժնում գրանցված տեղեկատվության ճշգրիտ պատճենը: Հարակից mRNA նուկլեոտիդների եռապատիկները, որոնք կոդավորում են ամինաթթուները, կոչվում են կոդոններ: mRNA-ի կոդոնային հաջորդականությունը կոդավորում է պեպտիդային շղթայի ամինաթթուների հաջորդականությունը։ mRNA-ի կոդոնները համապատասխանում են որոշակի ամինաթթուների (Աղյուսակ 1):

Տրանսֆերային ՌՆԹ (tRNA): Հեռարձակում. Տրանսֆերային ՌՆԹ-ն (tRNA) կարևոր դեր է խաղում բջջի կողմից ժառանգական տեղեկատվության օգտագործման գործընթացում: Պեպտիդային շղթաների հավաքման վայր հասցնելով անհրաժեշտ ամինաթթուները՝ tRNA-ն հանդես է գալիս որպես թարգմանական միջնորդ։

Այն ունի չորս հիմնական մասեր, որոնք կատարում են տարբեր գործառույթներ: Ընդունող «ցողունը» ձևավորվում է tRNA-ի երկու փոխլրացնող միացված տերմինալ մասերից: Այն բաղկացած է յոթ հիմքերի զույգից: Այս ցողունի 3 դյույմ ծայրը մի փոքր ավելի երկար է և կազմում է միաշղթա շրջան, որն ավարտվում է CCA հաջորդականությամբ՝ ազատ OH խմբով: Փոխադրվող ամինաթթուն կցվում է այս ծայրին: Մնացած երեք ճյուղերը: Կոմպլեմենտար զույգ նուկլեոտիդային հաջորդականություններ են, որոնք վերջացնում են չզույգված տարածքները, որոնք կազմում են օղակներ: Այս ճյուղերի միջին մասը՝ հակակոդոնը, բաղկացած է հինգ զույգ նուկլեոտիդներից և պարունակում է հակակոդոն իր օղակի կենտրոնում: Հակոդոնը երեք նուկլեոտիդ է, որոնք լրացնում են mRNA կոդոնին: որը կոդավորում է այս tRNA-ի կողմից պեպտիդների սինթեզի վայր տեղափոխված ամինաթթուն:

Ընդհանուր առմամբ, tRNA-ի տարբեր տեսակները բնութագրվում են նուկլեոտիդային հաջորդականության որոշակի կայունությամբ, որն առավել հաճախ բաղկացած է 76 նուկլեոտիդից։ Դրանց թվի փոփոխությունը հիմնականում պայմանավորված է լրացուցիչ օղակում նուկլեոտիդների քանակի փոփոխությամբ։ Կոմպլեմենտար շրջանները, որոնք աջակցում են tRNA կառուցվածքին, սովորաբար պահպանվում են: tRNA-ի առաջնային կառուցվածքը, որը որոշվում է նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ, կազմում է tRNA-ի երկրորդական կառուցվածքը, որն ունի երեքնուկի տերևի ձև: Իր հերթին, երկրորդական կառուցվածքը որոշում է եռաչափ երրորդական կառուցվածքը, որը բնութագրվում է երկու ուղղահայաց տեղակայված կրկնակի խխունջների ձևավորմամբ (նկ. 27): Դրանցից մեկը ձևավորվում է ընդունող և TψC ճյուղերով, մյուսը՝ հակակոդոններով և D ճյուղերով։

Փոխադրվող ամինաթթուն գտնվում է կրկնակի պարույրներից մեկի վերջում, իսկ հակակոդոնը՝ մյուսի վերջում։ Այս տարածքները գտնվում են միմյանցից հնարավորինս հեռու: tRNA-ի երրորդային կառուցվածքի կայունությունը պահպանվում է պոլինուկլեոտիդային շղթայի հիմքերի միջև լրացուցիչ ջրածնային կապերի առաջացման պատճառով, որոնք գտնվում են դրա տարբեր մասերում, բայց տարածականորեն փակ են երրորդական կառուցվածքում:

tRNA-ի տարբեր տեսակներ ունեն նմանատիպ երրորդական կառուցվածքներ, թեև որոշ տատանումներով:

tRNA-ի առանձնահատկություններից է նրա մեջ անսովոր հիմքերի առկայությունը, որոնք առաջանում են պոլինուկլեոտիդային շղթայում նորմալ բազայի ընդգրկումից հետո քիմիական մոդիֆիկացիայի արդյունքում։ Այս փոփոխված հիմքերը որոշում են tRNA-ների կառուցվածքային մեծ բազմազանությունը նրանց կառուցվածքի ընդհանուր պլանում:

14..Սպիտակուցների սինթեզի ռիբոսոմային ցիկլը (սկիզբ, երկարացում, ավարտ): Սպիտակուցների հետթարգմանական փոխակերպումներ.

Սպիտակուցների սինթեզի ռիբոսոմային ցիկլը. mRNA-ի և tRNA-ի փոխազդեցության գործընթացը, որն ապահովում է տեղեկատվության թարգմանությունը նուկլեոտիդների լեզվից ամինաթթուների լեզու, իրականացվում է ռիբոսոմների վրա։ Վերջիններս rRNA-ի և տարբեր սպիտակուցների բարդ համալիրներ են, որոնցում առաջինները կազմում են շրջանակ։ Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ները ոչ միայն ռիբոսոմների կառուցվածքային բաղադրիչն են, այլ նաև ապահովում են դրանց կապը mRNA-ի հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականության հետ: Սա սահմանում է պեպտիդային շղթայի ձևավորման մեկնարկի և ընթերցման շրջանակը: Բացի այդ, նրանք ապահովում են ռիբոսոմի և tRNA-ի փոխազդեցությունը։ Ռիբոսոմները կազմող բազմաթիվ սպիտակուցներ, rRNA-ի հետ միասին, կատարում են ինչպես կառուցվածքային, այնպես էլ ֆերմենտային դերեր։

Պրո և էուկարիոտների ռիբոսոմները կառուցվածքով և ֆունկցիաներով շատ նման են: Դրանք բաղկացած են երկու ենթամասերից՝ մեծ և փոքր։ Էուկարիոտներում փոքր ենթամասնիկը ձևավորվում է մեկ rRNA մոլեկուլով և տարբեր սպիտակուցների 33 մոլեկուլներով։ Խոշոր ստորաբաժանումը միավորում է երեք rRNA մոլեկուլ և մոտ 40 սպիտակուց: Միտոքոնդրիաների և պլաստիդների պրոկարիոտային ռիբոսոմները և ռիբոսոմները պարունակում են ավելի քիչ բաղադրիչներ:

Ռիբոսոմներն ունեն երկու ակոս։ Նրանցից մեկը պահում է աճող պոլիպեպտիդային շղթան, մյուսը՝ mRNA-ն։ Բացի այդ, ռիբոսոմներն ունեն tRNA կապող երկու տեղ: Ամինացիլ Ա տեղանքը պարունակում է ամինասիլ-tRNA, որը կրում է հատուկ ամինաթթու: Պեպտիդիլ P-կայքը սովորաբար պարունակում է tRNA, որը բեռնված է պեպտիդային կապերով միացված ամինաթթուների շղթայով։ A- և P-կայքերի ձևավորումն ապահովվում է ռիբոսոմի երկու ենթամասնիկներով։

Ցանկացած պահի ռիբոսոմը ցուցադրում է mRNA-ի մի հատված, որը մոտ 30 նուկլեոտիդ է: Սա ապահովում է միայն երկու tRNA-ների փոխազդեցությունը երկու հարակից mRNA կոդոնների հետ (նկ. 3.31):

Տեղեկատվության թարգմանությունը ամինաթթուների «լեզու» արտահայտվում է պեպտիդային շղթայի աստիճանական աճով՝ mRNA-ում պարունակվող հրահանգներին համապատասխան: Այս գործընթացը տեղի է ունենում ռիբոսոմների վրա, որոնք ապահովում են տեղեկատվության վերծանման հաջորդականությունը՝ օգտագործելով tRNA: Թարգմանության ընթացքում կարելի է առանձնացնել երեք փուլ՝ պեպտիդային շղթայի սինթեզի մեկնարկը, երկարացումը և դադարեցումը։

Մեկնարկային փուլը կամ պեպտիդների սինթեզի սկիզբը բաղկացած է երկու ռիբոսոմային ենթամասնիկների միացումից, որոնք նախկինում առանձնացված էին ցիտոպլազմայում mRNA-ի որոշակի հատվածում և առաջին aminoacyl-tRNA-ի կցումից: Սա նաև սահմանում է mRNA-ում պարունակվող տեղեկատվության ընթերցման շրջանակը (նկ. 3.32):

Ցանկացած mRNA-ի մոլեկուլում, նրա 5 դյույմ ծայրի մոտ, կա մի շրջան, որը լրացնում է փոքր ռիբոսոմային ենթամիավորի rRNA-ին և հատուկ ճանաչվում է նրա կողմից: Դրա կողքին գտնվում է մեկնարկային մեկնարկային կոդոն OUT, որը կոդավորում է ամինին: թթու մեթիոնին: Ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը միանում է mRNA-ին այնպես, որ մեկնարկային կոդոն OUT գտնվում է P-կայքին համապատասխան տարածքում: Այս դեպքում միայն մեկնարկող tRNA-ն, որը կրում է մեթիոնինը, կարող է ընդունել. տեղադրել փոքր ենթամիավորի անավարտ P-տեղում և կոմպլեմենտար կերպով միանալ մեկնարկային կոդոնի հետ:Նկարագրված իրադարձությունից հետո ռիբոսոմի մեծ և փոքր ենթամիավորները միավորվում են նրա պեպտիդիլային և ամինասիլ սյուների ձևավորմամբ (նկ. 3.32):

Մեկնարկային փուլի վերջում P-կայքը զբաղեցնում է ամինոացիլ-tRNA-ն, որը կապված է մեթիոնինին, մինչդեռ ռիբոսոմի A-կետը գտնվում է սկզբնական կոդոնի կողքին:

Թարգմանության մեկնարկի նկարագրված գործընթացները կատալիզացվում են հատուկ սպիտակուցներով՝ մեկնարկային գործոններով, որոնք ճկունորեն կապված են ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորի հետ։ Մեկնարկային փուլի ավարտին և ռիբոսոմի՝ mRNA-ի մեկնարկող aminoacyl-tRNA համալիրի ձևավորումից հետո այդ գործոններն անջատվում են ռիբոսոմից։

Երկարացման փուլը կամ պեպտիդի երկարացումը ներառում է բոլոր ռեակցիաները՝ սկսած առաջին պեպտիդային կապի ձևավորման պահից մինչև վերջին ամինաթթվի ավելացումը։ Այն ներկայացնում է ցիկլային կրկնվող իրադարձություններ, որոնցում տեղի է ունենում A-կայքում տեղակայված հաջորդ կոդոնի ամինասիլ-tRNA-ի հատուկ ճանաչում, և տեղի է ունենում հակակոդոնի և կոդոնի միջև փոխլրացնող փոխազդեցություն:

Շնորհիվ tRNA-ի եռաչափ կազմակերպման առանձնահատկությունների. (տես բաժին 3.4.3.1) իր հակակոդոնը mRNA կոդոնին միացնելիս: ամինաթթուն, որը նա տեղափոխում է, գտնվում է A-կայքում՝ մոտ նախկինում ներառված ամինաթթվին, որը գտնվում է P-կայքում: Երկու ամինաթթուների միջև ձևավորվում է պեպտիդային կապ, որը կատալիզացվում է հատուկ սպիտակուցներով, որոնք կազմում են ռիբոսոմը։ Արդյունքում, նախորդ ամինաթթուն կորցնում է իր կապը իր tRNA-ի հետ և միանում է A-կայքում տեղակայված aminoacyl-tRNA-ին։ Այս պահին P հատվածում տեղակայված tRNA-ն ազատվում է և անցնում ցիտոպլազմա (նկ. 3.33):

Պեպտիդային շղթայով բեռնված tRNA-ի շարժումը A-կայքից դեպի P-կայք ուղեկցվում է ռիբոսոմի առաջխաղացմամբ mRNA-ի երկայնքով մեկ կոդոնին համապատասխան քայլով: Այժմ հաջորդ կոդոնը շփվում է A տեղամասի հետ, որտեղ այն հատուկ «ճանաչվելու» է համապատասխան aminoacyl-tRNA-ի կողմից, որն այնտեղ կտեղավորի իր ամինաթթուն: Իրադարձությունների այս հաջորդականությունը կրկնվում է այնքան ժամանակ, մինչև ռիբոսոմի A տեղ հասնի տերմինատոր կոդոնը, որի համար չկա համապատասխան tRNA։

Պեպտիդային շղթայի հավաքումը տեղի է ունենում բավականին բարձր արագությամբ՝ կախված ջերմաստիճանից: 37 °C ջերմաստիճանում բակտերիաներում այն ​​արտահայտվում է ենթապեպտիդին 1 վրկ-ում 12-ից 17 ամինաթթուների ավելացմամբ: Էուկարիոտիկ բջիջներում այս ցուցանիշն ավելի ցածր է և արտահայտվում է 1 վրկ-ում երկու ամինաթթուների ավելացմամբ:

Վերջնական փուլը կամ պոլիպեպտիդների սինթեզի ավարտը կապված է վերջնական կոդոններից մեկի (UAA, UAG կամ UGA) հատուկ ռիբոսոմային սպիտակուցի ճանաչման հետ, երբ այն մտնում է ռիբոսոմի A-տեղամասային գոտի: Այս դեպքում ջուրը ավելացվում է պեպտիդային շղթայի վերջին ամինաթթվին, և դրա կարբոքսիլային ծայրը անջատվում է tRNA-ից։ Արդյունքում ավարտված պեպտիդային շղթան կորցնում է իր կապը ռիբոսոմի հետ, որը տրոհվում է երկու ենթամասերի (նկ. 3.34):

Սպիտակուցների հետթարգմանական փոխակերպումներ. Թարգմանության ընթացքում սինթեզված պեպտիդային շղթաները, ելնելով իրենց առաջնային կառուցվածքից, ձեռք են բերում երկրորդական և երրորդական, բազմաթիվ և չորրորդական կազմակերպություն՝ ձևավորված մի քանի պեպտիդային շղթաներով։ Կախված սպիտակուցների կատարած գործառույթներից՝ դրանց ամինաթթուների հաջորդականությունները կարող են ենթարկվել տարբեր փոխակերպումների՝ ձևավորելով ֆունկցիոնալ ակտիվ սպիտակուցի մոլեկուլներ։

Շատ թաղանթային սպիտակուցներ սինթեզվում են որպես նախասպիտակուցներ, որոնք ունեն առաջատար հաջորդականություն N-տերմինալում, որը թույլ է տալիս ճանաչել թաղանթը: Այս հաջորդականությունը կտրվում է հասունացման և սպիտակուցի մեմբրանի մեջ մտցնելու ժամանակ: Սեկրետորային սպիտակուցներն ունեն նաև առաջատար հաջորդականություն N տերմինալում, որն ապահովում է դրանց տեղափոխումը թաղանթով:

Որոշ սպիտակուցներ թարգմանությունից անմիջապես հետո կրում են լրացուցիչ ամինաթթուների պրո-հաջորդականություններ, որոնք որոշում են ակտիվ սպիտակուցների պրեկուրսորների կայունությունը: Երբ սպիտակուցը հասունանում է, դրանք հեռացվում են՝ ապահովելով ոչ ակտիվ սպիտակուցի անցումը ակտիվ սպիտակուցի։ Օրինակ՝ ինսուլինը սկզբում սինթեզվում է որպես նախապրոինսուլին։ Սեկրեցիայի ընթացքում նախնական հաջորդականությունը կտրվում է, և այնուհետև պրոինսուլինը ենթարկվում է փոփոխության, որի ժամանակ շղթայի մի մասը հեռացվում է դրանից և այն վերածվում հասուն ինսուլինի:

I - ՌՆԹ պոլիմերազը կապվում է ԴՆԹ-ին և սկսում է սինթեզել mRNA 5" → 3" ուղղությամբ;

II - քանի որ ՌՆԹ պոլիմերազը զարգանում է, ռիբոսոմները կցվում են mRNA-ի 5 դյույմ ծայրին՝ սկսելով սպիտակուցի սինթեզը;

III - ռիբոսոմների խումբը հետևում է ՌՆԹ պոլիմերազին, դրա քայքայումը սկսվում է mRNA-ի 5" ծայրից;

IV - քայքայման գործընթացն ավելի դանդաղ է, քան տառադարձումը և թարգմանությունը.

V - տրանսկրիպցիայի ավարտից հետո mRNA-ն ազատվում է ԴՆԹ-ից, թարգմանությունը և քայքայումը շարունակվում են դրա վրա 5 դյույմանոց վերջում։

Հետթարգմանական փոխակերպումների ժամանակ ձևավորելով երրորդական և չորրորդական կազմակերպություններ՝ սպիտակուցները ձեռք են բերում ակտիվ գործելու ունակություն՝ ներառվելով որոշակի բջջային կառուցվածքների մեջ և կատարելով ֆերմենտային և այլ գործառույթներ։

Գենետիկական տեղեկատվության ներդրման դիտարկված առանձնահատկությունները պրո և էուկարիոտ բջիջներում բացահայտում են այդ գործընթացների հիմնարար նմանությունը։ Հետևաբար, գեների արտահայտման մեխանիզմը, որը կապված է տեղեկատվության արտագրման և հետագա թարգմանության հետ, որը գաղտնագրված է կենսաբանական ծածկագրի միջոցով, որպես ամբողջություն զարգացել է դեռևս այս երկու տեսակի բջջային կազմակերպությունների ձևավորումից առաջ: Պրո- և էուկարիոտների գենոմների տարբեր էվոլյուցիան հանգեցրեց նրանց ժառանգական նյութի կազմակերպման տարբերությունների, ինչը չէր կարող չազդել դրա արտահայտման մեխանիզմների վրա:

Ժառանգականության և փոփոխականության նյութի կազմակերպման և գործունեության մասին մեր գիտելիքների մշտական ​​կատարելագործումը որոշում է գենի մասին պատկերացումների էվոլյուցիան՝ որպես այս նյութի ֆունկցիոնալ միավոր:

Գենի և հատկանիշի փոխհարաբերությունները. Օրինակ. «Մեկ գեն-մեկ ֆերմենտ» վարկածը, դրա ժամանակակից մեկնաբանությունը.

Էուկարիոտիկ գեների էկզոն-ինտրոնի կազմակերպման և այլընտրանքային զուգավորման հնարավորության բացահայտումները ցույց են տվել, որ առաջնային տառադարձման նույն նուկլեոտիդային հաջորդականությունը կարող է ապահովել տարբեր ֆունկցիաներով մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաների կամ դրանց փոփոխված անալոգների սինթեզ։ Օրինակ, խմորիչ միտոքոնդրիումները պարունակում են տուփ (կամ կոճ) գեն, որը կոդավորում է շնչառական ցիտոքրոմ b ֆերմենտը: Այն կարող է գոյություն ունենալ երկու ձևով (նկ. 3.42): «Երկար» գենը, որը բաղկացած է 6400 bp-ից, ունի 6 էկզոն՝ 1155 bp ընդհանուր երկարությամբ։ և 5 ինտրոն: Գենի կարճ ձևը բաղկացած է 3300 bp-ից։ և ունի 2 ինտրոն։ Դա իրականում «երկար» գեն է, որը չունի առաջին երեք ինտրոնները: Գենի երկու ձևերն էլ հավասարապես լավ են արտահայտված։

«Երկար» տուփի գենի առաջին ինտրոնը հեռացնելուց հետո՝ հիմնվելով առաջին երկու էկզոնների համակցված նուկլեոտիդային հաջորդականության և երկրորդ ինտրոնի նուկլեոտիդների մի մասի վրա, ձևավորվում է մատրիցա անկախ սպիտակուցի՝ ՌՆԹ մուրազայի համար (նկ. 3.43): ՌՆԹ մուրազայի գործառույթն է ապահովել զուգավորման հաջորդ քայլը՝ երկրորդ ինտրոնի հեռացումը առաջնային տառադարձումից և ի վերջո ցիտոքրոմ b-ի ձևանմուշի ձևավորումը:

Մեկ այլ օրինակ է լիմֆոցիտներում հակամարմինների մոլեկուլների կառուցվածքը կոդավորող առաջնային տառադարձման օրինաչափության փոփոխությունը: Հակամարմինների թաղանթային ձևն ունի ամինաթթուների երկար «պոչ» C-տերմինալում, որն ապահովում է սպիտակուցի ամրացումը թաղանթի վրա։ Հակամարմինների արտազատված ձևը չունի նման պոչ, ինչը բացատրվում է այս շրջանը կոդավորող նուկլեոտիդների հեռացմամբ առաջնային տառադարձումից՝ զուգավորման ժամանակ։

Վիրուսների և բակտերիաների դեպքում նկարագրվել է մի իրավիճակ, երբ մի գեն կարող է միաժամանակ լինել մեկ այլ գենի մաս, կամ որոշակի ԴՆԹ նուկլեոտիդային հաջորդականություն կարող է լինել երկու տարբեր համընկնող գեների մաս: Օրինակ՝ FX174 ֆագի գենոմի ֆիզիկական քարտեզը (նկ. 3.44) ցույց է տալիս, որ B գենի հաջորդականությունը գտնվում է A գենի ներսում, իսկ E գենը D գենի հաջորդականության մի մասն է: Ֆագի կազմակերպման այս հատկանիշը գենոմը կարողացավ բացատրել իր համեմատաբար փոքր չափի (այն բաղկացած է 5386 նուկլեոտիդներից) և բոլոր սինթեզված սպիտակուցներում առկա ամինաթթուների մնացորդների միջև առկա անհամապատասխանությունը, ինչը գերազանցում է տեսականորեն թույլատրելիը տվյալ գենոմի հզորության համար: Համընկնող գեներից (A և B կամ E և D) սինթեզված mRNA-ի վրա տարբեր պեպտիդային շղթաներ հավաքելու հնարավորությունն ապահովվում է այս mRNA-ում ռիբոսոմների կապող վայրերի առկայությամբ: Սա թույլ է տալիս մեկ այլ պեպտիդի թարգմանությունը սկսել նոր ելակետից:

B գենի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը միաժամանակ A գենի մի մասն է, իսկ E գենը` D գենի մի մասն է:

λ ֆագի գենոմում հայտնաբերվել են նաև համընկնող գեներ, որոնք թարգմանվել են և՛ շրջանակի փոփոխությամբ, և՛ նույն ընթերցման շրջանակում: Ենթադրվում է նաև, որ հնարավոր է արտագրել երկու տարբեր mRNA-ներ ԴՆԹ-ի մեկ հատվածի երկու կոմպլեմենտար շղթաներից: Սա պահանջում է խթանող շրջանների առկայությունը, որոնք որոշում են ՌՆԹ պոլիմերազի շարժումը ԴՆԹ-ի մոլեկուլի երկայնքով տարբեր ուղղություններով:

Նկարագրված իրավիճակները, որոնք ցույց են տալիս նույն ԴՆԹ-ի հաջորդականությունից տարբեր տեղեկություններ կարդալու թույլատրելիությունը, հուշում են, որ համընկնող գեները վիրուսների և, հնարավոր է, պրոկարիոտների գենոմի կազմակերպման բավականին տարածված տարր են: Էուկարիոտների մոտ գենի դադարը նաև թույլ է տալիս սինթեզել մի շարք պեպտիդներ նույն ԴՆԹ-ի հաջորդականությունից:

Այս ամենը հաշվի առնելով՝ անհրաժեշտ է փոփոխել գենի սահմանումը։ Ակնհայտ է, որ մենք այլևս չենք կարող խոսել գենի մասին որպես ԴՆԹ-ի շարունակական հաջորդականության, որը եզակի կերպով կոդավորում է կոնկրետ սպիտակուցը: Ըստ երևույթին, ներկայումս «Մեկ գեն - մեկ պոլիպեպտիդ» բանաձևը դեռ պետք է համարվի առավել ընդունելի, չնայած որոշ հեղինակներ առաջարկում են փոխել այն. «Մեկ պոլիպեպտիդ - մեկ գեն»: Ամեն դեպքում, գեն տերմինը պետք է հասկանալ որպես ժառանգական նյութի ֆունկցիոնալ միավոր, որն իր քիմիական բնույթով պոլինուկլեոտիդ է և որոշում է պոլիպեպտիդային շղթայի՝ tRNA կամ rRNA սինթեզելու հնարավորությունը։

Մեկ գեն, մեկ ֆերմենտ.

1940 թվականին Ջ. Բիդլը և Էդվարդ Թաթումը նոր մոտեցում կիրառեցին՝ ուսումնասիրելու, թե ինչպես են գեներն ապահովում նյութափոխանակությունը ավելի հարմար հետազոտական ​​առարկայի՝ Neurospora crassa մանրադիտակային սնկերի դեպքում: Նրանք ստացան մուտացիաներ, որոնցում. չկար այս կամ այն ​​նյութափոխանակության ֆերմենտի ակտիվություն: Եվ դա հանգեցրեց նրան, որ մուտանտ բորբոսը չի կարողացել ինքնուրույն սինթեզել որոշակի մետաբոլիտ (օրինակ, ամինաթթու լեյցինը) և կարող է ապրել միայն այն ժամանակ, երբ լեյցինը ավելացվի սննդարար միջավայրում: Ջ. Բիդլի և Է. Թաթումի կողմից ձևակերպված «մեկ գեն, մեկ ֆերմենտ» տեսությունը արագորեն լայն ճանաչում գտավ գենետիկների շրջանում, և նրանք իրենք արժանացան Նոբելյան մրցանակի։

Մեթոդներ. այսպես կոչված «կենսաքիմիական մուտացիաների» ընտրությունը, որը հանգեցրեց տարբեր նյութափոխանակության ուղիներ ապահովող ֆերմենտների գործողության խանգարմանը, շատ արդյունավետ էր ոչ միայն գիտության, այլև պրակտիկայի համար: Նախ, դրանք հանգեցրին գենետիկայի առաջացմանը և արդյունաբերական միկրոօրգանիզմների ընտրությանը, այնուհետև մանրէաբանական արդյունաբերությանը, որն օգտագործում է միկրոօրգանիզմների շտամներ, որոնք գերարտադրում են այնպիսի ռազմավարական կարևոր նյութեր, ինչպիսիք են հակաբիոտիկները, վիտամինները, ամինաթթուները և այլն: Ընտրության և գենետիկական ինժեներիայի սկզբունքները: գերարտադրող շտամները հիմնված են այն գաղափարի վրա, որ «մեկ գենը կոդավորում է մեկ ֆերմենտի համար»։ Եվ չնայած այս գաղափարը գերազանց է պրակտիկայի համար, բերում է բազմամիլիոնանոց շահույթ և փրկում միլիոնավոր կյանքեր (հակաբիոտիկներ), այն վերջնական չէ: Մեկ գենը միայն մեկ ֆերմենտ չէ:

ՌՆԹ-ի սինթեզ (ՌՆԹ տառադարձում):

ՌՆԹ-ի կառուցվածքը.

Գենետիկական նյութի կազմակերպում էուկարիոտներում.

Գենետիկական տեղեկատվության գրանցման մեթոդ

Գենետիկական նյութի կազմակերպում. Գենոմի ֆունկցիոնալ մասեր.

Ընդհանուր տեղեկություններ գեների արտահայտման մասին:

1. Ընդհանուր տեղեկություններ գեների արտահայտման մասին

Ինչպես գիտեք, ԴՆԹ-ն պարունակում է որոշակի գենետիկ տեղեկատվություն.

Մարմնի բոլոր սպիտակուցների և ՌՆԹ-ի կառուցվածքի, ինչպես նաև օնտոգենեզի ընթացքում և տարբեր ֆունկցիոնալ վիճակներում տարբեր բջիջներում այս տեղեկատվության իրականացման կարգի մասին:

Քանի որ մարմնի բոլոր սոմատիկ բջիջներն ունեն 46 քրոմոսոմների միևնույն շարքը, ապա, չնայած բջիջների միջև առկա խիստ տարբերություններին, նրանք բոլորն էլ իրենց ԴՆԹ-ում պարունակում են նույն գենետիկական տեղեկատվությունը: (Որոշ բացառություններ են լիմֆոցիտները, որոնց ձևավորման ընթացքում տեղի է ունենում իմունոգլոբուլինի գեների վերադասավորում):

ԴՆԹ-ի վերարտադրության ժամանակ գենետիկական ինֆորմացիան ամբողջությամբ վերարտադրվում է, այնուհետև փոխանցվում դուստր բջիջներին: Բայց, ի լրումն, այս տեղեկատվությունը արտահայտվում է (իրականացվում) բջիջում՝ որոշելով նրա կենսագործունեության բոլոր դրսևորումները։ Այնուամենայնիվ, միջուկի ոչ բոլոր գենետիկական տեղեկություններն են արտահայտված, այլ միայն դրա մի մասը:

Որոշակի սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեղեկատվության արտահայտումը ներառում է 2 հիմնական փուլ.

ա) Դրանցից առաջինը տրանսկրիպցիան է՝ բջջի միջուկում հատուկ սուրհանդակի՝ սուրհանդակ ՌՆԹ-ի (mRNA) համապատասխան գենի վրա (տեղայնացված է քրոմոսոմներից մեկում) ձևավորումը:

Այս գործընթացի իմաստը սպիտակուցի կառուցվածքի մասին տեղեկատվության վերաշարադրումն է հսկայական անշարժ կրիչից (ԴՆԹ որպես քրոմոսոմի մաս) փոքր շարժական կրիչի՝ mRNA-ի վրա: Մոտավորապես նույն իրավիճակն է, երբ դրանցից մեկը հազարավոր ֆայլեր պարունակող համակարգչային կոշտ սկավառակից պատճենվում է ճկուն սկավառակի վրա: Հետևաբար, տարբեր գեներից կարդացվող mRNA-ն պետք է տարբերվի միմյանցից, ինչպես որ գեներն իրենք են տարբերվում միմյանցից։ Մեկ այլ կարևոր հանգամանք՝ գեների տրանսկրիպցիայի ուղղակի արդյունքը ավելի ճիշտ է կոչվում mRNA-ի պրեկուրսոր (նախա-mRNA): Բանն այն է, որ նորաստեղծ mRNA-ն անմիջապես (միջուկում) ենթարկվում է հասունացման կամ վերամշակման։ Միևնույն ժամանակ, այն ենթարկվում է զգալի փոփոխության։ Եվ միայն դրանից հետո հասուն մՌՆԹ-ն միջուկից մտնում է ցիտոպլազմա։

բ) Գենի արտահայտման հիմնական փուլերից երկրորդը թարգմանությունն է՝ սպիտակուցի սինթեզը ռիբոսոմների վրա՝ mRNA-ի կողմից թելադրված ծրագրի համաձայն։ Այս ծրագրի էությունը կայանում է նրանում, որ որոշել ամինաթթուները կառուցվող պեպտիդային շղթայում ընդգրկելու հերթականությունը: Ավելին, գործընթացը ներառում է ոչ թե ազատ, այլ ակտիվացված ամինաթթուներ. դրանցից յուրաքանչյուրը կապված է այսպես կոչված. փոխանցման ՌՆԹ-ն (tRNA), այսինքն՝ ամինացիլ-tRNA-ի (aa-tRNA) տեսքով է: 20 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրի համար գոյություն ունի tRNA-ի իր հատուկ ձևը, և ​​ավելի հաճախ ոչ թե մեկ, այլ մի քանի ձևեր:

Ռիբոսոմները թարգմանության մեջ կատարում են մոլեկուլային մեքենաների դեր՝ ապահովելով մասնակիցների ճիշտ փոխազդեցությունը։ Ռիբոսոմը պարունակում է չորս մոլեկուլ, այսինքն. ռիբոսոմային ՌՆԹ (rRNA) - rRNA-ի 4 տեսակներից յուրաքանչյուրի մեկ մոլեկուլ: Ռիբոսոմային սպիտակուցների հետ զուգակցվելով՝ նրանք կազմում են ռիբոսոմի երկու ենթամիավորներ և դրանցում կատարում կառուցվածքային և, հնարավոր է, կատալիտիկ ֆունկցիաներ։ Այսպիսով, թարգմանության մեջ ներգրավված են ՌՆԹ-ի երեք դասեր՝ mRNA, tRNA և rRNA:

2. Գենետիկական նյութի կազմակերպում. Գենոմի ֆունկցիոնալ մասեր

Գենները և դրանց կառուցվածքը

Սպիտակուցների և ՌՆԹ-ի կառուցվածքի մասին փաստացի տեղեկատվությունը գրանցվում է ԴՆԹ-ի բաժիններում, որոնք կոչվում են գեներ և ցիստրոններ:

ԳենԴՆԹ-ի մի հատված է, որը ծածկագրում է մեկ սպիտակուց:

ՑիստրոնԴՆԹ-ի նույն հատվածը, որը կոդավորում է մեկ պոլիպեպտիդ շղթա:

Կենդանիների և մարդկանց մոտ ցիստրոնները հաճախ տեղակայված են տարբեր քրոմոսոմների վրա և սովորաբար կոչվում են նաև գեներ։ Բացի մարմնի բոլոր սպիտակուցների գեներից, քրոմոսոմները պարունակում են նաև ՌՆԹ գեներ՝ չորս տեսակի ռիբոսոմային ՌՆԹ և մի քանի տասնյակ տրանսֆերային ՌՆԹ:

Օրգանիզմի ժառանգական ինֆորմացիան որոշող գեների ամբողջությունը կոչվում է գենոմը.

Գրեթե բոլոր էուկարիոտ գեները (ի տարբերություն պրոկարիոտային գեների) ունեն բնորոշ առանձնահատկություն. դրանք պարունակում են ոչ միայն կոդավորման շրջաններ. էկզոններ, բայց նաև ոչ կոդավորող - ինտրոններ. Էկզոններն ու ինտրոնները միմյանց հետ ցրված են, ինչը գենին տալիս է «կոտրված» կառուցվածք։

Գենի մեջ ինտրոնների թիվը տատանվում է 2-ից մինչև մի քանի տասնյակ; դրանցից մոտ 50-ը միոզինի գենում կա, երբեմն ինտրոնները կազմում են գենի ընդհանուր երկարության մինչև 90%-ը:

ԴՆԹ-ի այլ մասեր

Գեների միջև կան նաև չկոդավորող հաջորդականություններ. spacers. Չնայած ընդհանուր անվանը, նրանց ֆունկցիոնալ դերը կարող է բոլորովին այլ լինել:

ա) Շատ տարածական շրջաններ, ըստ երեւույթին, կառուցվածքային դեր են խաղում.

Մասնակցել նուկլեոսոմային շղթայի ճիշտ տեղադրմանը ավելի բարձր քրոմատինային կառուցվածքներում,

Քրոմոսոմների կցման մեջ ցենտրիոլային ապարատին և այլն:

բ) ԴՆԹ-ի այլ ոչ կոդավորող շրջաններ ծառայում են որպես հատուկ կապող տեղորոշիչներ որոշակի սպիտակուցների համար.

ԴՆԹ-ի վրա գործող ֆերմենտներ

Սպիտակուցներ, որոնք կատարում են կարգավորող գործառույթ:

Այս դեպքում ՌՆԹ պոլիմերազի (ֆերմենտ, որը սինթեզում է ՌՆԹ-ն ԴՆԹ-ի վրա) կապող վայրերը կոչվում են. խթանողներ. Նրանք կամ սերտորեն հարում են գենի (կամ գեների խմբի) սկզբին, կամ առանձնացված են գենից որոշ այլ ֆունկցիոնալ տեղանքներով:

գ) Էուկարիոտների (այդ թվում՝ մարդկանց) մոտ գեների «ընթերցման» կարգավորումն իրականացվում է ոչ միայն ռեպրեսորային սպիտակուցներով, այլև ակտիվացնող սպիտակուցներով՝ այսպես կոչված. արտագրման գործոններ.

Վերջիններս ներառում են արդեն նշված ընդհանուր տրանսկրիպցիոն գործոնները, որոնք անհրաժեշտ են պրոմոտորին ՌՆԹ պոլիմերազը կապելու համար։ Այս գործոնները առկա են բոլոր բջիջներում և անհրաժեշտ են ցանկացած գործող գեն «կարդալու» համար:

Տրանսկրիպցիոն այլ գործոններ մեծացնում են միայն որոշ գեների ակտիվությունը, և կոչվում են ԴՆԹ-ի տեղաբաշխումները, որոնք կապում են այդպիսի գործոնները ուժեղացուցիչներ.

դ) Ի վերջո, ԴՆԹ-ն կարող է պարունակել կարճ տեղաբաշխումներ, որոնք ծառայում են որպես ավարտման ազդանշաններ ( ավարտ) ԴՆԹ տրանսկրիպցիա.

Գեներից հետո տեղակայված վերջնակետային շրջանները կոչվում են տերմինատորներ.

3. Գենետիկական տեղեկատվության գրանցման մեթոդ

ԴՆԹ-ի շղթաների ֆունկցիոնալ դերը

ԴՆԹ-ի երկու շղթաները գենային շրջանում սկզբունքորեն տարբերվում են իրենց ֆունկցիոնալ դերով. դրանցից մեկն այն է կոդավորումկամ իմաստային, երկրորդ - մատրիցա.

Սա նշանակում է, որ գենը «կարդալու» գործընթացում (տրանսկրիպցիա, կամ նախամՌՆԹ սինթեզ) ԴՆԹ-ի միայն մեկ շղթան՝ կաղապարը, գործում է որպես ձևանմուշ։ Այս պրոցեսի արտադրանքը՝ նախամՌՆԹ-ն, նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ նույնական է ԴՆԹ-ի կոդավորող շղթային (տիմինային հիմքերը ուրացիլային հիմքերով փոխարինելով)։

Այսպիսով, պարզվում է, որ ԴՆԹ-ի կաղապարի օգնությամբ տրանսկրիպցիայի ժամանակ ՌՆԹ-ի կառուցվածքում վերարտադրվում է ԴՆԹ-ի կոդավորող շղթայի գենետիկական ինֆորմացիան։

Գծանկարներում ընդունված է գեն պատկերել այնպես, որ կոդավորման շարանը վերևում լինի. այնուհետև, համաձայն ԴՆԹ-ի պատկերման ընդհանուր կանոնի, կոդավորման շղթայի 5 դյույմ ծայրը պետք է տեղակայված լինի ձախ կողմում:

Կոդավորման սխեմայի մասին տեղեկատվությունը գրված է 5'→3' ուղղությամբ; հետևաբար, պրոմոտորը գտնվում է գենի կոդավորող շղթայի 5 դյույմ ծայրում: Եվ այս նույն ծայրը համարվում է ամբողջ գենի 5 դյույմ ծայրը (չնայած նրա կաղապարի շարանը այստեղ ունի 3' ծայր):

Գենետիկ կոդի հիմնական հատկությունները

ԴՆԹ-ի կոդավորման շղթայում տեղեկատվության միավորն է եռյակ- երեք նուկլեոտիդների հաջորդականություն.

Նուկլեոտիդների 4 տեսակները (գտնվում են ԴՆԹ-ում) կարող են ձևավորել 64 տեսակի եռյակ։ Դրանցից 61 եռյակը իմաստային է, այսինքն՝ կոդավորում է 20 ամինաթթուներից մեկը կամ մյուսը, իսկ 3 եռյակը «անիմաստ» է։

Ինչպես տեսնում եք, մեկ ամինաթթվի համար միջինում կան մի քանի իմաստային եռյակներ (իրականում՝ 1-ից 6): Այդ պատճառով գենետիկ կոդը կոչվում է այլասերված. Եթե ​​դա չլիներ, շատ բարձր հաճախականությամբ պատահական կետային մուտացիաները (ԴՆԹ-ում որոշ նուկլեոտիդների փոխարինում մյուսներով) կհանգեցնեին «անիմաստ» եռյակների առաջացմանը։

Միաժամանակ կոդը կոնկրետԶգայական եռյակներից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է միայն մեկ ամինաթթվի:

Ինքնին սպիտակուցի մասին տեղեկությունն այն է, որ ամբողջական գենում (բացառությամբ ինտրոնների) եռյակների գծային հաջորդականությունը կոդավորում է ամինաթթուների նմանատիպ գծային հաջորդականություն այս սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքում (ամինից մինչև պեպտիդի կարբոքսիլ վերջը ուղղությամբ։ շղթա).

Պարզվում է, որ դա բավականին բավարար է, քանի որ սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը որոշում է սպիտակուցի մոլեկուլի տարածական կոնֆիգուրացիան, ինչպես նաև դրա ֆիզիկաքիմիական և կենսաբանական հատկությունները:

Գենի էկզոններում եռյակների հաջորդականության և պեպտիդային շղթայի ամինաթթուների միջև գծային համապատասխանությունը նշվում է որպես. համակցվածությունգենետիկ կոդը.

Այսպիսով, գենետիկ կոդը եռակի է: կոնկրետ, այլասերված, համագիծ և շարունակական: Այս ցանկին սովորաբար ավելացվում է բազմակողմանիությունԲոլոր տեսակի օրգանիզմներում ցանկացած եռյակի իմաստը նույնն է։

Գենետիկ կոդը

Երբ մենք խոսում ենք կոդի մասին, մինչ այժմ մենք նկատի ունեինք ԴՆԹ-ի իմաստային շղթան: Բայց նույնը, հաշվի առնելով թիմինի (T) փոխարինումը ուրացիլով (U), նուկլեոտիդների հաջորդականությունն է նախամՌՆԹ-ում։

ԴՆԹ-ի եռյակներին համապատասխանող mRNA-ի եռյակները կոչվում են կոդոններ. Իրոք, նրանք ուղղակիորեն.

Որոշվում է ռիբոսոմի վրա սինթեզված պեպտիդային շղթայում ամինաթթուների ընդգրկման կարգը։

Մեկ ամինաթթվի կոդոնները տարբերվում են միայն վերջին (երրորդ) նուկլեոտիդում։

Կառուցվածքով նման ամինաթթուներում կոդոնները նույնպես նման են միմյանց. դրանք համընկնում են երկու նուկլեոտիդների կամ մեկ, բայց կենտրոնական նուկլեոտիդների հետ։

4. ԳԵՆԵՏԻԿ ՆՅՈՒԹԻ ԿԱԶՄԱԿԵՐՊՈՒՄԸ ԷՈՒԿԱՐԻՈՏՆԵՐՈՒՄ

Մի շարք սպիտակուցների և ՌՆԹ-ի գեներ

Բազմաթիվ էուկարիոտ գեների տարբերակիչ առանձնահատկություններից է նրանց կազմի մեջ ոչ կոդավորող շրջանների՝ ինտրոնների առկայությունը:

Մեկ այլ առանձնահատկությունն այն է, որ եզակի գեների հետ մեկտեղ (հապլոիդ գենոմում ներկայացված են մեկ օրինակով), կան բազմիցս կրկնվող գեներ:

Այս երկու հատկանիշները ցույց տալու համար եկեք նայենք մի քանի կոնկրետ գեների.

Հիստոնային գեներ

Հիստոններ- հիմնական (թթու-բազային հատկությունների առումով) սպիտակուցներ, որոնք մասնակցում են քրոմատինի նուկլեոսոմային կառուցվածքի ձևավորմանը: Այս սպիտակուցների հինգ տեսակներից յուրաքանչյուրը (HI, H2A, H2B, H3 և H4) կոդավորված է համապատասխան գենով:

Ռիբոսոմային ՌՆԹ գեներ

Ռիբոսոմները պարունակում են չորս տեսակի rRNA. Այս ՌՆԹ-ները տարբերվում են նստվածքի հաստատունով:

Գենների աշխատանքի վրա ազդում են բազմաթիվ սպիտակուցներ։

Ընդհանուր տառադարձման գործոններ

Տրանսկրիպցիոն ընդհանուր գործոնները տրանսկրիպցիոն գործոններ են, որոնք անհրաժեշտ են ՌՆԹ պոլիմերազի պրոմոտորին կապելու համար, և նրանք իրենք նույնպես փոխազդում են պրոմոտորի հետ։

p53 սպիտակուցը որպես տրանսկրիպցիոն գործոն

Արդեն հայտնաբերված տրանսկրիպցիոն գործոնների մեծ քանակի մեջ p53 սպիտակուցը թերեւս ամենահայտնին է: Սա բացատրվում է նրանով, որ այն վերահսկում է չափազանց կարևոր բջջային պրոցեսները և դրա շնորհիվ ներգրավված է մեծ թվով տարբեր կարգավորող շղթաներում։

Ֆունկցիոնալ դեր.

P53 սպիտակուցը (կամ դրա գենը) ակտիվանում է ի պատասխան բջջային կառուցվածքի տարբեր վնասների.

Չվերանորոգված ընդմիջումներ և ԴՆԹ-ի այլ վնասվածքներ

Միտոզում քրոմոսոմների տարանջատման խախտում,

միկրոխողովակների ոչնչացում և այլն:

Արդյունքում, p53 սպիտակուցի միջնորդությամբ բջիջը արձագանքում է իր կառուցվածքի վնասմանը

Կամ այն ​​մնում է միտոտիկ ցիկլի այս կամ այն ​​փուլում և շտկում այդ վնասները.

Կամ (եթե ուղղումները անհնարին են) այն ընդհանրապես դադարում է բաժանվել և մտնում է բջջային ծերացման գործընթացի մեջ.

Կամ (եթե վնասված բջիջը պոտենցիալ վտանգավոր է իր միջավայրի համար) այն իրականացնում է ապոպտոզ, այսինքն, պարզ ասած, ինքնասպանություն:

Մասնավորապես, բջիջները, որոնցում տեղի է ունեցել ուռուցքի վերափոխում, ի թիվս այլոց, ենթարկվում են ապոպտոզի: Այս առումով պարզ է, թե ինչու է անգիոգենեզը միաժամանակ արգելակվում. սա ուռուցքի աճը սահմանափակելու ևս մեկ միջոց է:

Հետեւաբար, p53 սպիտակուցը ամենակարեւոր ուռուցքային ճնշողներից մեկն է: Զարգացող ուռուցքների մեծ մասում p53 սպիտակուցի ֆունկցիաները այս կամ այն ​​կերպ խաթարված են։

5. ՌՆԹ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔ

Տրանսկրիպցիոն բոլոր գործոնները, ինչպես ինքնին տրանսկրիպցիան, նախատեսված են ապահովելու միայն մեկ բան՝ քրոմոսոմների որոշակի հատվածներում ՌՆԹ-ի ձևավորումը պահանջվող արագությամբ:

ՌՆԹ-ի կառուցվածքի ընդհանուր պլան

Ինչպես ԴՆԹ-ն, ՌՆԹ-ն գծային (այսինքն՝ չճյուղավորված) պոլինուկլեոտիդներ են՝ կազմակերպման նույն սկզբունքով.

Կազմված է չորս տեսակի նուկլեոտիդներից, որոնցից յուրաքանչյուրը ներառում է ազոտային հիմք, պենտոզ և ֆոսֆատ մնացորդ;

Նուկլեոտիդները կապված են շղթայի մեջ՝ օգտագործելով 5',3'-ֆոսֆոդիստերային կապեր;

Պոլինուկլեոտիդային շղթաները բևեռային են, այսինքն՝ ունեն տարբերվող 5" և 3" ծայրեր։

Բայց կան նաև տարբերություններ ԴՆԹ-ից: Հիմնականն այն է, որ ՌՆԹ-ի մոլեկուլները (բացառությամբ որոշ վիրուսների ՌՆԹ-ի) ոչ թե երկշղթա են, այլ միաշղթա։ Պատճառը առաջնային կառուցվածքի հետեւյալ երեք հատկանիշներն են.

ա) Նախ, ՌՆԹ-ում պենտոզը դեզօքսիռիբոզ չէ, այլ ռիբոզա, որը պարունակում է լրացուցիչ հիդրօքսի խումբ: Վերջինս երկշղթա կառուցվածքը դարձնում է ավելի քիչ կոմպակտ:

բ) Երկրորդ՝ չորս հիմնական կամ հիմնական ազոտային հիմքերի մեջ թիմինի փոխարեն կա ուրացիլ, որը թիմինից տարբերվում է միայն 5-րդ դիրքում մեթիլ խմբի բացակայությամբ։

6. ՌՆԹ ՍԻՆԹԵԶ (ԴՆԹ ՏՐԱՆՍԿՐԻՊՏԻԱ)

Տառադարձման ընդհանուր բնութագրերը

Ի տարբերություն ԴՆԹ-ի վերարտադրության, ԴՆԹ-ի տրանսկրիպցիան տեղի է ունենում գրեթե բոլոր միջուկային բջիջներում՝ և՛ բաժանվող, և՛ չբաժանվող:

Ավելին, բաժանվող բջիջներում այն ​​տեղի է ունենում միտոտիկ ցիկլի ցանկացած պահի, բացառությամբ վերարտադրության շրջանի (էուկարիոտների մոտ) և բուն բաժանման:

Ավելին, ԴՆԹ-ի ցանկացած հատվածի արտագրումը կարող է տեղի ունենալ ոչ միայն ցիկլի գրեթե ցանկացած պահի, այլև բազմիցս՝ կամայական թվով անգամներ: Մյուս կողմից, բջջում տառադարձված շրջանների շարքը հաճախ փոխվում է որոշակի գործոնների ազդեցության տակ։

Գործընթացի ֆերմենտային աջակցությունն իրականացվում է ՌՆԹ պոլիմերազով։ Էուկարիոտներն ունեն այս ֆերմենտի երեք տեսակ.

ՌՆԹ պոլիմերազ I - նախնական rRNA-ի սինթեզի համար:

ՌՆԹ պոլիմերազ II - նախամՌՆԹ-ի սինթեզի համար և

ՌՆԹ պոլիմերազ III - նախնական tRNA սինթեզի համար

Ֆերմենտը սողում է ԴՆԹ-ի երկայնքով և կատալիզացնում է այլընտրանքային ընդգրկումը ռիբոնուկլեոտիդների աճող շղթայում, որոնք լրացնում են ԴՆԹ-ի կաղապարի շղթայի նուկլեոտիդներին:

ԴՆԹ-ի սինթեզի մյուս նմանությունը կառուցվող շղթայի աճի ուղղությունն է՝ 5´→3´: Սա նշանակում է, որ այս շղթայի հաջորդ նուկլեոտիդները ավելացվում են 3 դյույմանոց ծայրին։

Ինչպես բոլոր ձևանմուշների սինթեզներում, կառուցվող շարանը հակազուգահեռ է ԴՆԹ-ի կաղապարի շղթային: Հետևաբար վերջինս տառադարձվում է ֆերմենտի կողմից 3´→5» ուղղությամբ։

Բայց կան նաև հիմնարար տարբերություններ ԴՆԹ-ի սինթեզից:

ա) Գործընթացի անհամաչափություն. ինչպես գիտենք, որպես ձևանմուշ օգտագործվում է միայն մեկ ԴՆԹ շղթա: Ամբողջովին պարզ չէ, թե ինչպես է ֆերմենտային համակարգը ընտրում ճիշտ շղթան: Ըստ երևույթին, այստեղ առանցքային դերը խաղում են համակարգի կողմից ճանաչված շղթաներից մեկի վրա գտնվող որոշ նուկլեոտիդային հաջորդականություններ:

բ) Պահպանողական գործընթաց. ԴՆԹ-ի մոլեկուլը վերադառնում է իր սկզբնական վիճակին ՌՆԹ-ի սինթեզի ավարտից հետո: ԴՆԹ-ի սինթեզի ժամանակ մոլեկուլները կիսով չափ նորանում են, ինչը կրկնօրինակումը դարձնում է կիսապահպանողական։

գ) Ի վերջո, ՌՆԹ սինթեզը չի պահանջում որևէ այբբենարան սկսելու համար, մինչդեռ ԴՆԹ-ի վերարտադրությունը պահանջում է ՌՆԹ այբբենարան:

Տառադարձման մեխանիզմ

Տառադարձման նախաձեռնում

Տառադարձման առաջին և, թերևս, ամենակարևոր փուլն է դրա սկիզբը. ՌՆԹ պոլիմերազի միացում պրոմոտորին և առաջին միջնուկլեոտիդային կապի ձևավորումը:

ՌՆԹ պոլիմերազի կապակցման մասին մենք արդեն խոսել ենք մեկից ավելի անգամ, ուստի հիմա կհիշենք միայն հիմնական կետերը (որոշ տեղեկությունների ավելացմամբ):

ԷուկարիոտներումԿոմպլեքսի ձևավորման համար միշտ պահանջվում է ընդհանուր տրանսկրիպցիոն գործոնների սպիտակուցների մի ամբողջ շարքի նախնական կապակցում պրոմոուտերին: Պրոմոտորին կապվելով՝ ՌՆԹ պոլիմերազը առաջացնում է ԴՆԹ-ի տեղային դենատուրացիա, այսինքն՝ ԴՆԹ-ի շղթաների տարանջատում ԴՆԹ-ի մոտավորապես 1,5 պտույտով: Ինչպես ասում են, ձևավորվում է տրանսկրիպցիոն «աչք»։ Դրա շնորհիվ «աչքի» շրջանում ԴՆԹ-ի կաղապարի շղթայի նուկլեոտիդները հասանելի են դառնում rNTP-ի (ռիբոնուկլեոզիդ տրիֆոսֆատ) հետ զուգակցվելու համար:

Առաջինը, որը ներառված է կառուցվող ՌՆԹ շղթայում, միշտ պուրինային նուկլեոտիդն է՝ ATP կամ GTP, և նրա բոլոր երեք ֆոսֆատ մնացորդները պահպանվում են:

Այնուհետև երկրորդ նուկլեոտիդի հետ ձևավորվում է առաջին 5»,3» ֆոսֆատային կապը։

Տառադարձման երկարացում

Սկսելուց հետո հաջորդ փուլը երկարացումն է՝ աճող նախաՌՆԹ շղթայի աստիճանական երկարացում մինչև վերջնական չափը:

Դա տեղի է ունենում, երբ ՌՆԹ պոլիմերազը շարժվում է ԴՆԹ-ի երկայնքով: Համապատասխանաբար, շարժվում է նաև տրանսկրիպցիոն «աչքը», այսինքն՝ տեղային ԴՆԹ-ի ոլորուն տարածքը։ ԴՆԹ-ի տառադարձված մասի վրա կրկնակի շղթա պտուտակավոր կառուցվածքը վերականգնվում է ՌՆԹ պոլիմերազի հեռանալուց անմիջապես հետո։

Ֆերմենտի շարժման և ՌՆԹ-ի սինթեզի մոտավոր արագությունը վայրկյանում 30 նուկլեոտիդ է։

Տառադարձման դադարեցում

Վերջին փուլը դադարեցումն է կամ տառադարձության ավարտը:

Դրա ազդանշանը հատուկ GC-ով հարուստ շրջաններն են գեների վերջում: Քանի որ GC զույգերի միջև փոխազդեցության ուժը բավականին ուժեղ է, ԴՆԹ-ում նման շրջանների տեղական դենատուրացիան ավելի դժվար է: Սա դանդաղեցնում է ՌՆԹ պոլիմերազի առաջընթացը և կարող է ազդանշան ծառայել նրա համար՝ դադարեցնելու տրանսկրիպցիան:

Բայց նույնիսկ գործընթացի ավարտից առաջ GC-ով հարուստ տարածաշրջանը նույնպես կարողանում է հայտնվել նոր սինթեզված ՌՆԹ-ի վերջում։ Իր նուկլեոտիդների փոխազդեցության շնորհիվ այն կազմում է «մազակալ»։

Այսինքն՝ ԴՆԹ-ի կաղապարի նուկլեոտիդների հետ փոխազդեցությունները փոխարինվում են «ներմազային» փոխազդեցություններով։ Սա հեշտացնում է ՌՆԹ-ի անջատումը ԴՆԹ-ից:

7. ՌՆԹ-ի հասունացում (մշակում).

ՌՆԹ-ի գրեթե բոլոր հասունացման գործընթացները կարելի է բաժանել երեք տեսակի.

Որոշակի հեռացում

Միանալով ուրիշներին և

Նույն կամ երրորդ նուկլեոտիդների փոփոխություն.

«Լրացուցիչ» հաջորդականությունների հեռացում

ընդհանուր նկարագրությունը

«Լրացուցիչ» նուկլեոտիդների հեռացումն իրականացվում է հատուկ նուկլեազների միջոցով։ Էկզոնուկլեազները հաջորդաբար անջատում են մեկ նուկլեոտիդը շղթայի որոշակի ծայրից (3' կամ 5'): Իսկ էնդոնուկլեազները ինչ-որ տեղ կտրում են շղթան միջին հատվածներում՝ հանգեցնելով դրա մասնատմանը։

Միացման մեխանիզմ

Քննարկվող մեխանիզմի առանցքային կետերից մեկը նախաՌՆԹ-ի շղթայի կտրման ճշգրտության ապահովումն է. թեկուզ մեկ նուկլեոտիդի սխալը կհանգեցնի «շրջանակի տեղաշարժի», որը կփոխի բոլոր mRNA կոդոնների կամ tRNA հակակոդոնի նշանակությունը: .

Ճշգրտությունը ձեռք է բերվում երկու հանգամանքի շնորհիվ.

Նախ, յուրաքանչյուր ինտրոնի սկզբում և վերջում կան որոշակի նուկլեոտիդային հաջորդականություններ. օրինակ, ինտրոնները միշտ սկսվում են G-U-ով և ավարտվում A-G կրկնակիով:

Երկրորդ, այս հաջորդականությունները ճանաչելու համար օգտագործվում են հատուկ ՌՆԹ-ներ: փոքր միջուկային ՌՆԹ (snRNAs): Վերջիններս կապված են սպլայզինգը կատալիզացնող ֆերմենտների հետ։ Նման ռիբոնուկլեոպրոտեինային համալիրները կոչվում են սպլիոսոմներ։

Splicing-ը սկսվում է ինտրոնի սկզբում և վերջում երկու snRNA-ների փոխազդեցությամբ: Սա էնդոնուկլեազի «կողմնորոշում» է տալիս. վերջինս գործում է երկակի և միաշղթա շրջանների սահմաններում:

Առաջին նախաՌՆԹ-ի ընդմիջումը տեղի է ունենում ինտրոնի 5' ծայրի շրջանում, սա ձախ snRNA-ի ձախ եզրի տեղակայումն է: Այս դեպքում ինտրոնի 5» ծայրը կապվում է նույն ինտրոնի միջին մասի նուկլեոտիդներից մեկին, ինչը հանգեցնում է օղակի կառուցվածքի առաջացմանը։

Նուկլեոտիդների ավելացում և ձևափոխում

Այսպիսով, մինչՌՆԹ հասունացման գործընթացում վերջինս կորցնում է իր նուկլեոտիդների զգալի մասը։ Բայց տեղի է ունենում նաև առանձին նուկլեոտիդների ոչ տրանսկրիպցիոն ավելացում։

Նախա-ՌՆԹ-ի դեպքում 7-մեթիլգուանիլ նուկլեոտիդը, որը «կափարիչի» բաղադրիչն է, կցվում է 5 դյույմանոց ծայրին (օգտագործելով պիրոֆոսֆատ կապ, որն անտիպ է պոլինուկլեոտիդների համար): Իսկ 3» ծայրում՝ Մոտավորապես 200 նուկլեոտիդների պոլի(A) հատվածը ընդլայնված է նուկլեոտիդ առ նուկլեոտիդ: Այդ նպատակով օգտագործվում են հատուկ ֆերմենտներ. մասնավորապես պոլիադենիլատ պոլիմերազի պոլի(Ա) ֆրագմենտի առաջացման համար։

ՆախատՌՆԹ-ի դեպքում 3» ծայրից հերթով ավելացվում են երեք նուկլեոտիդներ՝ C, C և A՝ ձևավորելով ընդունող ճյուղ։

mRNA-ի հասունացումը կոչվում է վերամշակում։ Էուկարիոտիկ բջիջում վերամշակման կենսաբանական նշանակությունը կայանում է նրանում, որ հնարավոր է ստանալ գենային էկզոնների տարբեր համակցություններ և, հետևաբար, ստանալ սպիտակուցների ավելի մեծ տեսականի, որոնք կոդավորված են մեկ ԴՆԹ նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ:

Բացի այդ, mRNA-ի 3' և 5' ծայրերի փոփոխումը ծառայում է միջուկից դրա արտահանումը կարգավորելու, ցիտոպլազմում կայունությունը պահպանելու և ռիբոսոմների հետ փոխազդեցության բարելավմանը:

Նույնիսկ նախքան տրանսկրիպցիան ավարտելը, տեղի է ունենում 3'-վերջի պոլիադենիլացում (Բաժին 6.3): 7-մեթիլգուանոզին մՌՆԹ-ի 5" ծայրին ավելացվում է եռաֆոսֆատ կամրջի միջոցով՝ միանալով անսովոր դիրքում 5"^5", և առաջին երկու նուկլեոտիդների ռիբոզները մեթիլացվում են։ Այս գործընթացը կոչվում է ծածկույթ։

ՌՆԹ-ի մոլեկուլներից հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականությունները կտրելու և ՌՆԹ-ի մշակման ընթացքում «հասուն» մոլեկուլում պահպանված հաջորդականությունների միացման գործընթացը կոչվում է զուգավորում: Միացման ընթացքում mRNA-ի այն հատվածները, որոնք չեն կոդավորում սպիտակուցները (ինտրոնները) հեռացվում են, իսկ էկզոնները՝ ամինաթթուների հաջորդականությունը ծածկագրող հատվածները, միանում են միմյանց, և անհասուն նախամՌՆԹ-ն վերածվում է հասուն mRNA-ի, որից բջջային սպիտակուցները սինթեզվում են (թարգմանվում):

Splicing-ը պահանջում է հատուկ 3" և 5" հաջորդականությունների առկայությունը: Splicing-ը կատալիզացվում է ՌՆԹ-ի և սպիտակուցների մեծ համալիրի միջոցով, որը կոչվում է սպլայսոսոմ: The spliceosome ներառում է հինգ փոքր միջուկային ribonucleoproteins (snRNPs) - u1, u2, u4, u5 և ub: ՌՆԹ-ն, որը snRNP-ի մի մասն է, փոխազդում է ինտրոնի հետ և կարող է ներգրավվել կատալիզում: Այն մասնակցում է GU պարունակող ինտրոնների միացմանը 5" տեղանքում և AG 3" սպլայզման տեղում:

Երբեմն, հասունացման գործընթացում, mRNA-ները կարող են ենթարկվել այլընտրանքային միացման, որը բաղկացած է նրանից, որ նախնական mRNA-ում առկա ինտրոնները կտրվում են տարբեր այլընտրանքային համակցություններով, որոնցում որոշ էկզոններ նույնպես հեռացվում են: ՆախամՌՆԹ-ների այլընտրանքային զուգավորման որոշ արտադրանքներ ոչ ֆունկցիոնալ են, ինչպես օրինակ՝ Drosophila մրգի ճանճում սեռը որոշելու դեպքում, բայց հաճախ մեկ գենի նախամՌՆԹ-ների այլընտրանքային զուգավորումն առաջացնում է բազմաթիվ mRNA-ներ և դրանց սպիտակուցային արտադրանքները:

Ներկայումս հայտնի է, որ մարդկանց մոտ գեների 94%-ը ենթակա է այլընտրանքային զուգավորման (գեների մնացած 6%-ը ինտրոններ չեն պարունակում): Բազմաբջջային էուկարիոտներում այլընտրանքային զուգավորումը առանցքային մեխանիզմ է սպիտակուցների բազմազանության մեծացման համար՝ առանց ավելորդ գենի կրկնօրինակների ստեղծման, ինչպես նաև թույլ է տալիս գեների արտահայտման (դրսևորման) կարգավորել հյուսվածքներին և փուլերին: