ПЛАСТИКАЛЫҚ АЛМАСУ. БЕЛОКТАР БИОСИНТЕЗІ. и-РНК СИНТЕЗІ

Белоктар биосинтезінің маңызы. Пластикалық алмасу реакцияларының арасынан белоктар биосинтезінің маңызы зор.

Клеткада сан мыңдаған әртүрлі белоктар болады. Клеткалардың әрбір түрінде тек сол клеткаға ғана тән ерекше белоктар болатынын ескерткеніміз жөн. Олар бүкіл өмір бойы тек өз белоктарын ғана синтездеп, ұрпақтан-ұрпақ қуалап, клеткадан клеткаға беріліп отырады. Клеткалардың бәрі де өмір бойы белоктарды синтездеп отырады, өйткені қалыпты тіршілік барысында белоктар біртіндеп денатурланады, олардың құрылымы және қызметі бұзылады. Белоктардың ондай молекулалары клеткадан шығарып тасталады да олардың орнын толық бағалы жаңа молекулалар басады. Осының арқасында клетканың тіршілік әрекеті сақталады.

ДНҚ кодесі. Синтезделуші белок құрылымын анықтауда ДНҚ негізгі роль атқарады. ДНҚ-ның жіп тәрізді молекуласында сол клеткадағы белоктың бірінші реттік құрылымы туралы информация болады. Белгілі бір белоктың бірінші реттік құрылымының информациясы болатын ДНҚ молекуласының кесіндісі ген деп аталады. ДНҚ молекуласы жүздеген гендерден құралады.

Белоктың бірінші реттік құрылымы ДНҚ-да қалай программаланғанын түсіну үшін соған ұқсас жағдайды пайдаланып көрейік. Сигналдарды және телеграммаларды беруге қолданылатын Морзе әліппесін жұрттың көпшілігі біледі. Морзе әліппесі бойынша алфавиттегі барлық әріптер, тыныс белгілері және цифрлар қысқа (нүкте) және ұзын (сызықша) сигналдарды комбинациялау арқылы белгіленеді. Телеграфпен, радиомен хабарлау, сигнал беру үшін, т. б. қолданылатын шартты белгілер жинағы коде немесе шифр деп аталады. Морзе әліппесі кодеге мысал бола алады.

Эволюция процесінде тірі табиғатта да коде қалыптасқан, ол ДНҚ кодесі деп аталады: ДНҚ молекулаларында сол клетка белоктарының бірінші реттік құрылымы жазылған.

ДНҚ жүйелі түрде орналасқан нуклеотидтердің, ал белоктың аминқышқылдар тізбегі болып саналатынын еске түсірейік. Морзе кодесінде әрбір әріпке нүктелер мен сызықшалардың үйлесімі сәйкес келетіні тәрізді ДНҚ кодесінде де жүйелі түрде орналасқан нуклеотидтердің белгілі үйлесімі белок молекуласындағы белгілі аминқышқылдарға сәйкес келеді.

Белоктың бірінші реттік құрылымы туралы ДНҚ молекуласында жазылған информацияны білу үшін ДНҚ-ның кодесін, яғни аминқышқылдың әрқайсысына нуклеотидтердің қандай үйлесімі сәйкес келетінін білу керек. Нуклеотидтерде тек қана 4 түрі бар, ал аминқышқылдарда - 20 түр, демек аминқышқылдардың әрқайсысына бірнеше нуклеотидтен құралған үйлесім сәйкес келуге тиіс. Белоктағы әрбір аминқышқылға ДНҚ тізбегінде жүйелі түрде орналасқан нуклеотидтердің үш үйлесімі сәйкес келетіні: 4 элементтен үш-үштен әртүрлі 64 үйлесім жасауға болатыны, ал олардың барлық 20 аминқышқылдарға коде жасауға артығымен жететіні дәлелденді.

ДНҚ кодесі қазіргі кезде толық шешілді (кесте). Аминқышқылдың әрқайсысына коде бола алатын үш нуклеотид - триплеттердің құрамы дәл анықталды.

ДНҚ кодесінде көбінесе бір аминқышқылдың өзі бір триплетпен емес, бірнеше - екі, төрт, кейде алты триплетпен коделенеді. Қоденің мұндай қасиеті оның ұзақ сақталуына және тұқым қуалау информациясын беруде маңызды деп жорамалданады.

Кестеде көрсетілген 64 триплеттің ішінде үшеуі - УАА, УАГ және УГА - аминқышқылын коделеуге қатыспайды (біздің кестеде генетикалық коденің орнына сызықша қойылған). Бұл триплеттер - полипептидтік тізбек синтезінің аяқталғанын білдіреді. Мұндай триплеттердің қажеттігі кейбір жағдайларда и-РНҚ да бірнеше полипептидтік тізбектер сентезделуіне байланысты пайда болған. Оларды бір-бірінен ажырату үшін жоғарыда айтылған триплеттер пайдаланылады.

Транскрипция. Белок синтезі рибосомаларда жүреді, ал ядродағы ДНҚ-да белок құрылымының информациясы шифрланады. Ядродағы информация цитоплазмадағы рибосомаларға қалай жетеді? Информацияның берілуі информациялык и-РНҚ-ның кө- мегімен жүзеге асады, бұлар ДНҚ молекуласы тізбегінің бір бөлігінде - генде дәл соның құрылымындай болып синтезделеді.

Гендегі нуклеотидтердің құрамын және нуклеотидтердің генде орналасу жүйелілігін и-РНҚ қалай дәл «көшіріп жазатынын» түсіну үшін, ДНҚ-ның қос спиральды молекуласы түзілетін комплементтік принципін еске түсірейік. и-РНҚ де осы принциппен синтезделеді. Мұның қалай жүретінін суреттен 81 түсінуге болады. ДНҚ-нің бір тізбегіндегі әрбір нуклеотидтің қарсысында и-РНҚ-ның комплементтік нуклеотиді тұрады. (РНҚ-да азотты негізді Т нуклеотидтің орнына азотты негізді У нуклеотиді болатынын ескертеміз. (Сөйтіп Г_днк-ның қарсысында Ц рнк, Ц днк-ның қарсысында Грнк, А днк-ның қарсысында У_рик, Т_днк- ның қарсысында А_рнк тұратын болды. Соның нәтижесінде түзілген и-РНҚ тізбекшесі екінші тізбектің дәл көшірмесі болып саналады.

Сөйтіп генде болатын информация и-РНҚ-ға осындай жолмен көшіріліп жазылғандай бейнеде болады. Бұл процесс транскрипция (латынша: «транскрипцио» - көшіріп жазу) деп аталады. Бұдан кейін и-РНҚ молекулалары белок синтезделетін орынға, яғни рибосомаларға қарай барады. Белок құрайтын аминқышқылдары да цитоплазмадан сол орынға барып жетеді. Клетка цитоплазмасында клеткада синтезделіп, тағам белоктарының ажырауы нәтижесінде түзілетін аминқышқылдар әрқашан болып тұрады.

Тасымалдаушы РНҚ. Әрбір аминқышқыл арнаулы тасымалдаушы РНҚ-ға (т-РНҚ) ілесіп, рибосомаға барады. Табиғи белоктарды құруға әртүрлі 20 аминқышқылдары қатысатын болғандықтан, т-РНҚ түрлері де 20-дан кем болмауға тиіс. т-РНҚ тізбекшелерінің бірқатар жерлерінде біріне-бірі комплементті 4-7 нуклеотидтік буындар болатыны белгілі. Бұл учаскелер 82 суретте А, Б, В, Г әріптерімен белгіленген. Осы комплементті нуклеотидтердің арасындағы учаскелерде сутекті байланыс пайда болады. Соның нәтижесінде пішіні беде жапырағына ұқсас күрделі тұзақ тәрізді құрылым пайда болады. Оның төбесінде (суретте Е әрпімен белгіленген) нуклотидтер триплеті орналасқан, бұл генетикалық коде бойынша белгілі бір аминқышқылға сай келеді. Бұл триплет коделік триплет деп аталады. «Беде жапырағының» ұшында (суретте Д әрпі) аминқышқылды байланыстыратын учаске болады.

кесте. Генетикалық коде

Таблицаны пайдалану онша қиын емес. Триплеттегі бірінші нуклеотидті сол жақтағы тік қатардан, екіншісін - жоғарғы көлденең қатардан, үшіншісін оң жақтағы тік қатардан алынады. Осы үш нуклеотидтердің қиылысқан жерінде сызықтан іздестіріліп отырған аминқышқыл болады. и-РНК-дағы УГГ триплеті қай аминқышқылының информациясын әкелетінін білу қажет болды деп есептейік. Сол жақтағы тік бағанадан У-ды, жоғарыдан Г-ні, оң жақтағы тік бағанадан Г-ні аламыз. Сызық «Три», яғни триптофан деген жерден қиылысады. Бұл аминқышқылы ДНК-да АЦЦ триплетімен коделенгенін білеміз.

Коделік триплеттердің т-РНҚ нуклеотидті құрамы, триплеттердің и-РНҚ нуклеотидті құрамына комплементті болады. Сондай-ақ коделік триплет аланинді т-РНҚ да-ЦГА (и-РНҚ-ға комплементті триплет ГЦУ), коделік валинді триплет т-РНҚ да-ЦАА (и-РНҚ-ға ГУУ триплетті комплементті; генетикалы коде кесте бойынша тексеріңдер). Суретте бейнеленген т-РНҚ-да УУУ коделі триплеті көрсетілген. Бұл триплет лизин аминқышқылына - лизинді т-РНҚ-ға сәйкес келеді. Ол рибосомаға лизин аминқышқылын қосып алады және тасымалдайды.

Кестеде коделенген барлық 20 аминқышқылдар триплеттерінің құрамы көрсетілген (аминқышқылдардың аттары қысқартылып берілді). Полипептидтік тізбектер синтезделген кезде информация и-РНҚ-дан басталып есептелінеді, жоғарыда аталып өткен нуклеотидтердің триплеттік құрамы и-РНҚ (жақшада - ДНҚ комплементті негізі).

1. Полянский Ю.И. Жалпы биология. -Алматы, 1991. -299 б.