Б. Б. Ерниязова

11 
Соңғы кездері ген құрылымы туралы кӛзқарастар біршама күрделенді. 
Молекулалық генетика дамуының бастапқы кезеңінде гендер үзіліссіз, 
нуклеотидтер бірізділігінің кодтарынан тұрады деп болжаған. Кейіннен 
гендердің мозаикалық құрылымды, ақпараты бар және ақпараты жоқ 
бӛліктерден тұратынын анықтады. Сондықтан да белгілі бір нәруыз туралы 
ақпарат неғұрлым ұзын ДНҚ учаскелерінде орналасады. Мысалы, 
тышқанның дигидрофолатредуктаза гені 32 м.ж.н тұрады. Ал оның коды 
бар аймағы 568 ж.н. ғана тұрады. Сонымен қоса, ДНҚ-да гендер белгілі бір 
орнығып орналасады.
Әрбір жеке жұмыс жасайтын ген үш элементтен тұрады: промотор, 
нәруыз туралы ақпараты бар бӛлік, транскрипция терминаторы.
Транскирпцияланатын нуклеотидтердің координаттарын оң таңбамен, 
ал промотордағы нуклеотидтерді теріс таңбамен белгілейді. Гендердегі 
нуклеотид саны бірінші транскрипцияланатын нуклеотидтен басталады.
+1 деп белгілейді. 
Бактерияда транскрипцияны барлық гендер үшін ортақ болатын РНҚ-
полимераза жүргізеді. Ол 5 суббірліктен тұрады - 2α, β, 
β'
, 
σ
. РНҚ- 
полимераза промоторды 
σ
бӛлігі арқылы тани алады. Ішек таяқшасының 
жасушасында 6 түрлі 
σ-
суббірліктер болады (1-кесте). 
1-кесте - E. coli РНҚ-полимеразасының 
σ
-сигма суббірліктері және 
олар танитын промоторлар құрылымы 
Промоторлар ұқсас болғанмен бұлардың ген топтары әртүрлі 
σ-
70 
суббірлігі (цифр килодальтондағы массасын білдіреді). Басым кӛпшілік 
гендердің транскрипциясына қатысады. Ал басқа суббірліктер арнайы 
жағдайларда қатысады.

12 
Транскрипция 
сатысында 
РНҚ-полимераза 
кӛмегімен 
мРНҚ 
синтезделеді. РНҚ-полимераза ДНҚ-ның промотор бӛлігімен байланысады 
да, синтез соңында транскрипцияның терминатор бӛлігінен ажырайды.
Трансляция сатысында нәруыз синтезделеді. Осы үдерістерді 
жүргізетін сигналдар ген құрылымында орналасқан. Ақпараты бар бӛліктің 
бас жағындағы инициациялық кодон және аяқ жағында орналасатын 
терминациялық кодон. Кодон үш нуклеотид бір аминқышқылына сәйкес 
келеді (синтездейді).
Барлық промоторлардың екі консервативті бірізділіктері болады. Біреуі 
тану үшін, екіншісі промоторды РНҚ- полимеразамен тығыз байланыстыру 
үшін қажет. 
σ-
70 суббірлігі танитын стандартты промотордағы бірінші 
бірізділік консенсусы TTGACA (1-сурет). 
1-сурет - Прокариот генінің құрылымы және оның экспрессиялану 
кезеңдері. Промотордың консервативті аймақтары және транскрипция 
басталатын жердегі нуклеотидтік тізбектер кӛрсетілген. мРНҚ-да 
инициациялайтын және терминациялайтын кодондары кӛрсетілген. 
p - промотор; t - транскрипцияның терминаторы, ► — инициация кодоны, 
◄ — терминация кодоны 
Бұның координаты -35 (осы жерден әрі қарай нуклеотидтер бірізділігі 
5'—>3' бағытында кӛрсетілген) ортасы -35 координата маңына үйлеседі, ал 
екінші консенсусс (TATAAT консенсусс) транскрипция басынан бастап -
10 белгіге үйлеседі. Екі бірізділіктің де стандартты промоторлардағы 
орындары әртүрлі шоғырланады және 90% жағдайларда, олар 16-18 ж.н. 
ажыратылады. -10 бірізділігіндегі 3'-соңындағы нуклеотид бірінші 
транскрипцияланатын нуклеотидтен орташа есеппен 6-7 н.ж. қашықтықта 

13 
орналасады. 
Жарты 
жағдайда 
E.coli 
гендеріндегі 
алғашқы 
транскрипцияланатын нуклеотидтер дезоксиаденозин болып табылады. 
Оның кӛршілес нуклеотидтері ең алдымен, дезоксицитидин (координата -
1) және тимидин (координата +2) болып табылады. Консервативті 
бірізділіктердің стандартты промоторлардағы шоғырлануы басқаша, бірақ 
біркелкі болу үшін -35, -10 жәйттарда белгілейді.
Матрицалық РНҚ синтезінің аяқталу сигналы ол транскрипцияның 
терминаторлары болып табылады. Ішек таяқшаларының гендерінің басым 
бӛлігі үшін транскрипция терминаторлары жеткілікті. Бірақ кейбір 
бактериялық және фагтардың гендері үшін қосымша фактор Rho қажет.
Прокариоттарда транскрипция және трансляция кеңістікте де, уақыт 
бойынша да ажыратылмаған. 
Трансляция. Транскрипция процесінде пайда болатын мРНҚ гендері 
лидер бӛлік (5') кӛшбасшы, нәруыз коды және терминал (3') бӛліктерден 
тұрады. Ген трансляциясы мРНҚ-ң кӛшбасшы бӛлігінде орналасқан RBS 
сайтқа (ribosome binding site) рибосоманың қондырылуынан басталады. 
Рибосоманы байланыстыру (оған сәйкес трансляцияның да) тиімділігі екі 
факторға байланысты (2-сурет).
2 сурет - E. Coli-ң рибосома байланыстыратын сайты (RBS) және Rho-
тәуелсіз транскрипция терминаторы (t) сайтының құрылымы. SD - Shine-
Dalgarno бірізділігі 
Біріншіден, 
инициаторлық 
AUG-кодоннан 
4-8 
нуклеотидтер 
қашықтығында орналасқан және 16S рРНҚ 3'-ұшына комплементарлы 
болатын нуклеотидті бірізділіктердің болуы маңызды болып табылады.
мРНҚ-ның бұл бӛлімі Шайн-Дальгарно бірізділігі (SD бірізділігі) деп 

14 
аталады. Ол 5-9 нуклеотидтерден тұрады, оның ортасы AGGA бірізділігі 
Екіншіден, мРНҚ-ның кӛшбасшы бӛлігінде рибосома қондырылуына 
кедергі келтіретін шпилька құрылымдардың болмауы маңызды. 
Сондықтан, әрбір геннің рибосоманы байланыстратын RBS сайтының 
құрылымы ӛзіне тән ерекше, себебі, SD-бірізділікке қосымша, ол бірнеше 
бастапқы кодондарды да қамтиды. 
Rho-ға тәуелді емес екі учаскесі болады, бірінші учаскесі ұзындығы 
әртүрлі Г-Ц кӛп болатын бӛлік, мРНҚ-да ұзындығы 7-20 жұп нуклеотидтер 
болатын шпилька түзеді. 7-9 жұп нуклеотидтерден кейін яғни шпилькадан 
кейін шамамен 6 уридин қалдығынан тұратын екінші учаскесі орналасады. 
Бірінші учаскеде РНҚ-полимеразаның ДНҚ бойымен жылжуы тежеліп 
тоқтайды. Екіншісінде РНҚ-полимераза ДНҚ-н ажырайды. Rho-ға тәуелді 
терминатор ерекшелігі - шпильканың болуы, транскрипт соңындағы 50-90 
нуклеотидтері 40 % дейін цитидильді қалдықтардан тұрады және 
гуанидильді қалдықтар аз болады 15 %-ға дейін.
Мұндай учаскелерде Rho фактор матрицалық РНҚ байланысады, 
жылжып отырып шпилькада тоқтап қалған РНҚ-полимеразаны қуып 
жетеді және оның ДНҚ-дан ажырауына қатысады. Мұндай бӛліктер 
гендердің ортасында да кездеседі (шпилька тәрізді), бірақ бұл жағдайда 
Rho факторлардың әсеріне рибосомалар кедергі жасайды. 
Қазіргі кезде толып жатқан «кӛшпелі» гендер болатындығы 
анықталған. Кейде оларды «секірмелі» гендер деп атайды. Гендердегі 
ақпарат генетикалық код түрінде жазылған, тек кейбір кірпікшелі 
қарапайымдылардың 
митохондриясында 
болатын 
кодондарда 
айырмашылықтар бар, басқа барлық ағзаларда бірдей. Сонымен қоса, 
барлық жасушалар үшін генетикалық ақпараттың жүзеге асуы да бірдей. 
Кез келген геннің құрылымында экспрессияның екі негізгі сатысы 
бағдарланған: 
Нәруыз коды бар мРНҚ бӛлігі инициатор (әдетте — AUG, сирек — 
GUG немесе UUG) және терминатор (UAA, UAG и UGA) кодондармен 
шектеледі. AUG үштігі метионинді кодтайды, бірақ синтезделетін 
полипептидтік тізбектің басында ол ӛзгертілген амин қышқылы 
формилметионинді анықтайды. Дайын нәруызда бұл аминқышқылы 
формильсізденеді немесе тіпті кодон үзіліп те кетеді (3-сурет). 
Прокариот трансляциясының элонгациясы (4-сурет): 

EF – Tu + ГТФ аминдікацил тРНҚ-ны A сайтқа алмастырады; 

EF – Ts EF- Tu (+ ГТФ)-тің белсенді формасын қайта 
қалыптастырады; 

Пептидилтрансфераза - аминқышқылдары арасында пептидті 
байланыстың түзілуін катализдейді; 

ЕҒ-6 ГТФ энергиясын қолданып, рибосоманың транслокациясына 
қатысады. 

15 
3-сурет - Трансляция инициациясының сызбасы: 30 S суббірлік, 
Инициация факторы: IF; IF; IF2; IF3, Инициаторлы тРНҚ, 
Инициаторлаушы аминқышқылдар N-fmet, N – формилметионин, 
Комплекс f-met – тРНҚf, мРНҚ, ГТФ, 50S суббірлік 
4-сурет - Трансляция элонгациясының сызбасы 

16 
Трансляция терминациясы (5-сурет): 

Терминация факторлары: RF1, RF2, RF3 және ГТФ; 

А - аумаққа стоп-кодон кіреді (УАА және УАГ немес УГА, RF1 
немесе RF2 факторлары байланысады), (RF3 және ГТФ факторлары қажет 
); 

пептидил тРНҚ мен пептид арасындағы байланыс гидролизденеді; 

тРНҚ, мРНҚ және полипептидтер рибосомадан шығады; 

рибосома суббірліктерге ыдырайды (ІҒ3 факторы қажет).
5-сурет - Трансляция терминациясының сызбасы 
Транскрипцияның реттелуі. Прокариоттарда гендерді іске қосатын 
ӛнімдерді индуктор, ал ажырататын ӛнімдер – репрессор деп аталынады. 
Индуктор – бұл ген экспрессиясын арнайы реттейтін сигнал немесе бір 
реакцияның соңғы ӛнімі. Репрессор – бұл нәруыз. Индукцияланатын ген 
дегеніміз индуктор әсерінен жауабы күшейетін, яғни экспрессиясы 
күшейтілетін ген. Эукариот гендерінде индуктордың орнына реттеуші 
термині қолданылады. Реттеуші элемент қызметін нәруыз, белсенді оттегі, 
металл атқара алады. 
Ген экспрессиясының реттелуі – бұл ДНҚ-ның әртүрлі бӛлігіне немесе 
нүкте аймағына (сайттарға) белгілі бір ӛнімдер, мысалы нәруыздың арнайы 
ӛзіндік қосылуынан транскрипцияның басталып жүруін айтамыз. 
Сонымен, гендер экспрессиясының реттелуі дегеніміз қоршаған орта 
ӛзгерістеріне ағзаның бейімделуі. 
Прокариот гендері экспрессиясының реттелуі. 
1961 жылы Жакоб және Моно оперон моделін ұсынды. Олар ішек 
таяқшасындағы лактоза метаболизмін зерттеген болатын (6-сурет). Ол үш 
ферменттің (үш құрылымдық гендердің коды) қатысуымен іске асады. 
Құрылымдық гендер тізбектеліп орналасқан және физикалық ӛзара 
байланыста болады. 

17 
6-сурет - (E.coli) ішек таяқшасының лактозалық оперонының 
құрылысы
Гендердің тізбектеліп орналасуы бір ғана реттеуші орталықтың 
кӛмегімен, барлық үш түрлі құрылымдық гендердің экспрессиясын 
реттеуге кӛмектеседі, үш құрылымдық гендер туралы хабар РНҚ-ның бір 
молекуласында жазылады. Бұл үдерісте пайда болатын мРНҚ 
полицистронды м-РНҚ деп аталынады. Полицистронды м-РНҚ тек 
прокариоттарға ғана тән. 
Конститутивті гендер экспрессиясы үнемі тұрақты деңгейде жүріп 
отырады, түзілген нәруыз ӛнімдері жасушада тұрақты мӛлшерде болады 
және экспрессиясы арнайы реттелуге ұшырамайды. Оперондық жүйедегі 
реттеуші орталық құрамына конститутивті ген кіреді, әр уақытта жұмыс 
күйінде болады. Бұл геннің ӛнімі – нәруыздар – репрессор. Нәруыз – 
репрессор 4 суббірлікті молекула. 
Конститутивті геном және құрылымдық гендер арасында оперативті 
локус немесе оператор және промотор болады. 
Оператор – бұл ДНҚ бӛлігі, ұзындығы 27 н.ж. Промотор, оператор 
және құрылымды гендер қосындысы оперон деп аталады. Прокариоттарда 
гендер экспрессиясы реттелуінің екі типі белгілі: позитивті және негативті. 
Негативті 
(жағымсыз) 
немесе 
индукциялық 
реттеу 
бірізділігі: 
конститутивті ген әруақытта нәруыз - репрессорды түзіп отырады. Бұл 
репрессор лактоза жоқ кезде операторға қондырылып РНҚ-полимеразаның 
промоторға қосылуына кедергі жасайды. Бұл кезде полицистронды м-РНҚ- 
ның синтезі жүрмейді. Егер жасушаға индуктор (лактоза) енсе, ол 

18 
репрессормен қосылып, оның конформациясын ӛзгертіп, операторды 
босатады. 
Бос оператор – бұл сигнал, яғни РНҚ-полимеразаның промоторға 
қосылуына кӛмектеседі, және полицистронды м-РНҚ транскрипциясы 
басталады. РНҚ-полимеразаның промотормен қосылуының міндетті 
жағдайын қолдаушы, циклді-АМФ және катоболитті гендердің белсенді 
нәруыздарының болуы. Прокариоттарда м-РНҚ –синтезі аяқталынбай 
жатып, нәруыз синтезі басталынады, және лактоза ӛзіндік ыдырайды. 
Лактоза концентрациясы тӛмендегенде репрессор босаңсып, оператормен 
қосылып м-РНҚ синтезіне бӛгет жасайды. Мұндай оперон типі 
индукциялық деп аталады. 
Жағымды (репрессивтік) реттеу бірізділігі – реакцияның соңғы 
ӛнімдерімен реттелуі (эффектор) болып табылады. Бұл кезде реттеуші-ген 
белсенді емес нәруыз- репрессор синтезін анықтайды. 
Реакцияның соңғы ӛнімдері белсенді емес репрессормен байланысып, 
оларды белсенді күйге алып келеді. Репрессор оператормен байланысып 
құрылымдық гендердің транскрипциясын бӛгейді және бұл үдеріс 
эффектор концентрациясы тӛмендегенге дейін жүреді. Содан кейін 
эффектор репрессордан ажырап, репрессор тӛмендеп оперон жұмысы 
жаңарады. Оперонның мұндай типі репрессивті (Триптофан опероны) деп 
аталынады, мысалы: триптофан метаболизмінің реттелуі осылай жүреді. 
Прокариоттарда гендердің экспрессиялы реттелуі транскрипция деңгейінде 
ӛтеді. 
Реттелудің айрықшалануына кейбір гендердің қосымша бір, екі 
промоторларының 
болуы 
әсерін 
тигізеді. 
Оның 
біреуі 
ген 
экспрессиясының қандайда бір базальді деңгейін қамтамасыз етсе, ал 
екіншісінің транскрипциясы жасушада белгілі бір сигналдар болғанда ғана 
басталады. Мысалы, ДНҚ репарациясының индукциялық жүйесін 
кодтайтын гендер құрылымы сондай болады. Белгілі бір қызметті бірнеше 
нәруыз бірігіп атқаратын жағдайларда, оларды кодтайтын гендер үйлесімді 
экспрессияланатын топты құрайды. Егер мұндай топқа жататын гендер 
бір-біріне жақын жерде орналасса, онда топ оперон, ал әртүрлі жерлерде 
болса, регулон деп аталады. Оперондар мен регулондардағы гендік 
экспрессияны үйлестіру осы гендердің транскрипциясын бір мезгілде қосу 
немесе тежеу арқылы жүзеге асырылады.

жүктеу/скачать 1,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: