ПЛАСТИКАЛЫҚ АЛМАСУ. АҚУЫЗ БИОСИНТЕЗІ. и-РНҚ СИНТЕЗІ.

ДНҚ-кодесі. Ақуыз молекуласының құрылымын анықтауда ДНҚ-ның атқаратын рөлі зор болса, алақуыздың ағза тіршілігіндегі маңызы ерекше. Олардың молекуласы 20 түрлі аминқышқылдарынан тұратындығы белгілі. Енді біз төрт әріптен (А, Т, Г, Ц) тұратын ДНҚ қалай 20 аминқышқылына коде болатынын қарастырамыз.

Әр аминқышқылын коделеу үшін кем дегенде үш нуклеотидтен болу керек. Себебі төрт нуклеотидтен тұратын ДНҚ екеуден болса, не бары 16 әр түрлі сәйкестік болар еді (4² = 16) (40), ал ол 20 аминқышқылын синтездеуге жетпейді. Егер төрт негіздің әрқайсысы үш нуклеотидтердің үйлесімінен тұрса, онда әріп саны (64/4³ = 64) болады, бұл қосылыс аминқышқылын коделеуге молынан жетеді. Яғни, аминқышқылын анықтайтын “генетикалық тіл” үш нуклеотидтен немесе үшөрімнен (триплет) тұрады.

Алпысыншы жылдары генетикалық кодеге сәйкес келетін үшөрімдер туралы көптеген жаңалықтар жинақталған болатын. Бірақ қай үшөрімге қандай аминқышқылының сәйкес келетіндігі туралы нақтылы мағлұматтар болмады. Кейіннен биохимиктер жасанды жолмен аминқышқылдарын алуды үйренеді. Ол үшін құрамы белгілі нуклеотидтерді жасанды р РНҚ, аминқышқылдары, т-РНҚ және ақуыз синтезіне қажетті заттары бар ортаға салғанда полипептидтердің бір бөлігі синтезделген (бұл жұмысқа көп уақыт қажет). Осындай тәжірибелердің нәтижесінде 1961 жылы ғалымдар тек урацил нуклеотидінен түратын жасанды РНҚ-дан тек бір полипептид синтезделетінін, оның аминқышқылы фенилаланинге сай келетінін анықтады. Сонымен РНҚ-дағы У - У - У үшөрімге фенилаланин сай келеді, ол ДНҚ тілінен төмендегідей аударылады.

ААА - ААА - ДНҚ-ның бір тізбегі.

УУУ - УУУ - ДНҚ-дан синтезделген РНҚ.

Фен - Фен - РНҚ-дан синтезделген аминкышқылы.

Міне, осы жолмен 1965 жылы барлық үшерімге сәйкес келетін аминқышқылдары анықталды. Осы аминқышқылдарына сәйкес келетін коде немесе коден корсетілген «64» үшөрімнің үшеуі ешқандай аминқышқылдарын коделемейді (коде бола алмайды): олар УАА, УАГ және УГА - полипептидтердің синтезін тоқтататын аялдау белгілері. Яғни, аминқышқылдарын синтездейтін үшөрімнің саны «61». Көптеген аминқышқылдары бірнеше үшөрімнен синтезделетіндіктен, ауыспалы болып келетіндігін кестеден көруге болады.

Кесте

Қорыта келгенде, хабарлар мен жеделхат беру үшін арнайы шартты белгілер - “нүкте” мен “сызықша” қолданылады. Бұл белгілердің әрқайсысы бір әліпбиге сәйкес келетіні морзе әліппесін білетіндерге жақсы таныс. Сол сияқты полипептид молекуласы синтезделгенде әрбір аминқышқылдарына сәйкес келетін үшөрімді ДНҚ-кодесі деп атайды. Яғни, әрбір үшөрім белгілі бір аминқышқылын анықтайтын коде.

Гендер. Әр түрлі коделердің негізінде синтезделген аминқышқылдары мен олар құрайтын ақуыздың құрылысы ерекше болады. Ондай ақуыз ағзадағы белгілердің қалыптасуын қамтамасыз етеді. Әр белгіні қалыптастыратын ақуызды синтездейтін ДНҚ-ның бөлігін ген деп атаймыз.

Жасушадағы тұқымқуалаушылықтың реттелуі ДНҚ - кодесі арқылы жүзеге асырылады. Сондықтан ДНҚ тірі табиғатта генетикалық ақпараттың рөлін атқарады.

Транскрипция. Кейінгі кезде ғалымдар көпжасушалы ағзалардың кейбір гендерінің құрылысын және оған сәйкес келетін и-РНҚ-лармен салыстырып зерттеу арқылы гендердің ішінде көптеген артық ДНҚ бөліктерінің бар екенін анықтады. Зерттеушілер геннің ішінде 10-нан 200-ге дейін нуклеотидтен тұратын қажетсіз тізбектердің болатынын тапты. Осы нуклеотидтерден ДНҚ-ның ақпараты бойынша геннің ұзындығына сәйкес келетін и-РНҚ синтезделеді. Оны ізашар - и-РНҚ деп атайды. Ізашар - и-РНҚ-дан арнаулы ферменттердің көмегімен нуклеотид тізбектерінің артық бөлігі бөлініп қалады да, қалған боліктері бір-бірімен жалғанады. Осындай принциппен и-РНҚ молекуласы түзіледі. Осы әрекетті сплайсинг деп атайды. Ізашар - и-РНҚ-дан алынып тасталған бөліктерін интрон, ал ақуызды синтездеуге қажет қалған бөліктерін экзон дейді.

Ядрода болатын РНҚ-лар сплайсингті жүргізетін ферменттерге көмектесіп, ерекше коферменттер қызметін атқарады. Осы коферменттер қызметін атқаратын РНҚ-лар экзондардың ұшы, ізашар - и-РНҚ-ның тізбегін бір-бірімен жақындастырып ұстап тұрады екен. Сол кезде фермент интронды тастап, экзондарды бір-бірімен жалғайтындығы суреттен көрініп тұр. Ізашар - и- РНҚ ешбір ферменттің көмегінсіз-ақ өзіне сплайсинг жүргізе алатындығы тәжірибе жүзінде дәлелденді. Мысалы, ізашар - и-РНҚ-ның генін бактерия плазмидасының құрамына ендіріп, ал плазмиданы қайтадан бактерия жасушасына ендірген. Сонда, плазмадағы әлгі геннен көшіріп алынған ізашар и-РНҚ бактерия жасушасындағы кәдімгі - и-РНҚ-ға айналған, бұлай болудың негізгі себебі тәжірибенің алдында геннің интрондарының алынып тасталуына байланысты болу керек. Бактерия жасушасында сплайсинг жүргізетін ферменттер болмағандықтан, ізашар - и-РНҚ өздігінен и-РНҚ-ға айналған болу керек. Бұдан РНҚ-ның ферменттік те қасиет көрсететіні дәлелденді. Осындай өзіне-өзі ферменттік катализ жүргізетін ізашар - и-РНҚ-ға рибоим деген ат берілді ("рибо" - РНҚ дегенді, ал “зим” фермент дегенді білдіреді). Геннен а-РНҚ ойдағыдай транскрипцияланғанмен, и-РНҚ ядродан цитоплазмаға шыға алмайды екен, ал сплайсинг и-РНҚ-ның ядро жарғақшасынан шығуына мүмкіндік береді. Яғни сплайсинг и-РНК-ның ядро жарғақшасынан шығуына “рұқсат беретін” өзгеріс деген сөз.

Жоғары сатыдағы ағзалардың и-РНҚ-сының тағы бір ерекшелігі мынадай: олардың и-РНҚ-сының ұшына транскрипциядан кейін ерекше “қалпақ” кигізіледі. “Қалпақ” деп отырғанымыз - 7 көміртегі атомына метил тобы жалғасқан гуанозин. Қалпақтың негізгі қызметі и-РНҚ-ны сол ұшынан бастап ыдырататын ферменттерден қорғайды. Сонымен қатар тек адениннен тұратын тізбек “құйрық” болады. Осы адениннен тұратын тізбек транскрипциядан кейін ізашар -и-РНҚ-ның ұшына поли-А-синтетаза деген фермент арқылы жалғасады “Құйрықтың” мөлшері и-РНҚ-ның түріне қарай әр түрлі болып келеді: ол 20-дан 250-ге дейін “А” нуклеотидтерінен тұрады. Сонымен қатар и-РНҚ-ның “құйрығына” ядроның ішіндегі арнайы ақуызбен байланысып, информасома деп аталатын жиынтық құрайтындығы дәлелденді.

Информасоманы ашқан - Қазақстан Республикасы Ғылым академиясының академигі М. Ә. Айтқожин болды. Осы информасоманы ашып, оның биологиялық маңызын түсіндіруге қатысқан қазақстандық ғалым М. Ә. Айтқожин және т. б. ғалымдар 1976 жылы Лениндік сыйлықтың лауреаттары атағын алды.

Рисунок – Информасоманың механизмі

Сонымен и-РНҚ ядродағы ДНҚ-дан синтезделуге тиісті ақуыздың құрылымы туралы ақпаратты нуклеотидтерді комплементтік негізге сәйкес көшіріп жазып алады. Мысалы, Ц_днк-қарсысында Г_рнк, А_днк-ның қарсысында У_рнк, Г_днк-ның қарсысында Ц_рнқ, т. б. болып жазылады. Осындай комплементарлық принциппен жазылудың нәтижесінде и-РНҚ-ның тізбекшесі ДНҚ тізбегінің көшірмесі болып шығады. Бүл әрекет транскрипция (латынша «Транскрипцио» - көшіріп жазу) деп аталады. и-РНҚ-ның транскрипция нысасыңдар.

Рисунок – и-РНҚ синтезінің сызбанұсқасы

Тасымалдаушы аминқышқылдарын өзіне жабыстырып алу цитоплазмада жүзеге асырылады. т-РНҚ-ның молекуласы не бары 70-80 нуклеотидтерден тұрады. Осы ңуклеотидтер комплементарлық принципке сәйкес өзара байланысқанда, т-РНҚ молекуласының пішіні жоңышқаның жапырағына ұқсайды.

Жапырақтың “Е” бөлігінде үшөрім кодесі болады, ал “Д” оған қарама-қарсы жағына кодеге сәйкес келетін аминқышқылы жабысады. Аминқышқылдары ферменттің жәрдемімен ковалентті байланысады. Фермент кез келген аминқышқылын кез келген т-РНҚ-ға жабыстыра бермейді. Әр аминқышқылын т-РНҚ-ның сәйкес келетін түріне жабыстыру үшін арнайы фермент қажет. Ол фермент алдымен т-РНҚ-ның құрылысымен және антикодесімен үйлесіп алады, содан кейін оларды бір-бірімен қосады. Сонымен 20 аминқышқылының өздеріне тән т-РНҚ-сы және ферменті болады, бұл ақуыз синтезінің жұмысын шатасудан сақтайды.