Алғашқы транскриптер процессингі

Алғашқы транскриптер процессингі

2.Эукариоттарда мРНҚ-ның жетілуі және процессинг (сплайсинг).

3.Жетілген мРНҚ-ның құрылымы. Моно- полицистронды мРНҚ.

4.Сплайсинг механизмдері және оның түрлері. Альтернативті сплайсинг. Аутосплайсинг. 5.Экзондар және интрондар.

Процессингке мынадай реакциялар кіреді.

1. 
   Ұғым тізбекті транскриптің фрагменттелуі.
   
2. 
   РНК ұштарына кейбір нуклеотидтердің қосылуы.
   
3. 
   Азотты негіздермен рибоза қалдықтарының модификациясы.
   

1. 
   Қалпақ кигізілуі (кэпирования).
   
2. 
   3^І ұшының полиаденилденуі.
   
3. 
   Интронның кесіліп экзондардың бір-біріне тігілуі (сплайсинг).
   

Прцессингтің негізгі кезеңі гя РНК-ң сплайсинг болып табылады. Бүгінгі күні көптеген ғылыми топтардың Б.Кэллер, Ф.Шорт, Т.Мантияс, К.Жак т.б. күш салуымен сплайсингтің негізгі кезеңдермен кейбір механизмдері ашылған.

Сплайсинг процесі бойынша кезеңнен тұрады-

1. Кезеңде интронның 5^І ұшындағы фосфодиэфир байланысы үзіледі. Ары қарай осы үзілген ұш 30 нуклеотид қашықтықта орналасқан учаскеге ауысып аденозиннің 2-ші гидроксил тобы мен қосылады. Осының нәтижесінде гетерогенді РНК-ң тармақталған құрылымы лассо тұзақ немесе құйрығы бар сақина түзіледі. Сплайсингтің 3-ші кезеңде интрон лассо түрінде үзіліп экзондардың арасында қалыпты фосфодиэфир байланыстары түзіледі. Сплайсинг процесін ферменттер кіші ядролық РНК-лар Кя РНК жүргізеді. Олардың құрамында уридин көп болғандықтан J РНК деп аталады. J РНК бойынша түрлері бар – J₁ J₂ J₃ J₄ J₅.

J₁ – сплайсингтің 1-ші кезеңінде қызмет атқарады.

J₂ – лассоның түзілуі яғни 2-ші кезең үшін қажет.

J₅ – сплайсингтің 3-ші кезеңінде қызмет атқарады.

J₃ J₄ – дің қызметтері әзірше белгісіз.

Сплайсингтің механизмі.

Барлық РНК-ға тән бірдей сплайсингтің жалпы механизмі жоқ. Бүгінгі күні эукариоттарда сплайсингнтің 4 түрлі механизмі белгілі:

1. Ашытқының т РНК-ң сплайсингі үзілу тігу ферменттері арқылы жүреді.

2. Инфурозияның р РНК-ң сплайсингі үшін РНК-ң өзі катализдік қызмет атқарады. Мұндай процесті аутосплайсинг деп атайды.

3. Ашытқы митохондриясының РНК-нан интронды бөліп тастауы интронның өзінің өнімі арқылы іске асады.

4. Жоғары сатыдағы эукариоттың гЯ РНК-ң түзілуі Экзон интрон шекараларында орналасқан қысқа кононды тізбектерде өтеді.

1.Митохондриядағы гендер транскрипциясы.

2. Жоғарғы сатылы организмдер транскрипциясы реттелуінін үлгісі.

3.Генетикалық код. Оның негізгі қасиеттері.

4.Кодон құрылымы.

Лекция мәтіні:
Ген ДНҚ-дан тұратыны ал ДНҚ қос тізбекті шиыршық екені белгілі. Егер ДНҚ шын мәнінде гснстикалық молскула болса, ол бслгілі бір ферменттің құрылымын да белгілсуі тиіс. Уотсон мен Криктің пікірі бойынша ДНҚ-ның нақ осы ролін молкуласындағы нуклеотидтсрдің жүйслілікпеи орналасуымсн түсіндіругс болады, мұнда ДНҚ тізбектеріндегі торт нуклеотид кезектесіп отырады. Бірақ, ферменттер химиялық жа-ғынан белоктардың молскулалары, ал соңғылардың күры-лымдық элементтері - амин кышқылдары болып табыла-ындықтан, ол қышқылдардың белок молекуласында (демек, ферменттердікі де) орналасу реті ДНҚ молекуласын-дағы нуклеотидтердің орналасуына, дәлірск айтқанда, нуклеотидтердің ДНҚ молекуласының тізбектерінде орналасуына қарай белгіленеді.

Тұқым қуалау информациясы ДНҚ-да калай жазылған? Бүл мәселені алғаш 1954 жылы көтерген физик Г. Гамов болатын. ДНҚ-ның құрылысы толық анықталғаннан кейін бір жылдан соң, белоктағы амин қышқылдарының орналасу тәртібі ДНҚ-ның бір тізбегіндегі төрт түрлі нуклеотидтердің белгілі тәртіппен тізбектелу жолы арқылы белгіленуі керек деген ой түйді. Г. Гамов клеткада ДНҚ-ның төрт әріпті (нуклеотидті) тілін жиырма әріпті (амин қышқылдары) белок тіліне аударатын "сөздік болуы керек деп санады.

ДНҚ-ның тізбегінде төрт түрлі нуклеотидтермен жазылған нақты бір белоктың аты сол белоктың гені болып табылады. Ал енді ДНҚ-дағы нуклеотидтік "өріпң қалай күрылған?

Генетиктердің, биохимиктердің, цитологтар мен басқа да мамандардың күш салуы арқасында қазіргі уақытта гене-тикалық кодтың негізгі белгілері айқын болды.

Ф. Крик бастаған ғалымдар 50-60-жылдары жүргізген зерттеулерінің нәтижесінде әр амин қышқылына ДНҚ-дағы үш негіз сәйкес кслетінін (сол үш нуклеотид амин к,ышқы-лының аты болып табылады) ашты. Оны кодон деп атады.

Бір объектіні басқа объектілердін жәрдемімсн бейнелеуді кибернетикада кодпен жазу деп атайды.

Белок құрамына 20 түрлі амин қышқылы кіреді. Сондықтан нуклеотидтік кұрылысы бір-біріне ұқсамайтын 64 кодон алуға болады (4³ = 64). Артык, 44 кодонның не ксрегі бар? Біріншіден, амин қышқылдарының орқайсысына бірнеше кодон сойкес келеді, екіншіден, үш кодон ешбір амин кышкылына сойкес келмейді, олар мәнсіз (нонсенс)

кодондар - УАА, УАГ жәнс УГА ДНК-дағы АТТ, АТЦ және АЦТ сойкес. ДНҚ-дағы гендер осындай мопсіз кодоидармен бітсді жонс соның нотижесінде кодондармен жазылған бело-ктың "атың тиянақты болып шығады. Амин қышқылдары-ның кодондық белгілері тікелей ДНҚ-да анықталған жок.. Ол үшін геннің дол көшірмссі болып табылатын иРНҚ-ның қызметі пайдалаыады. ДНҚ-дағы геннің нуклеотидтік құра-мын сойксс нуклеотидтсрмен (Т-ның орнына ол урацилді (У) қолданады) өз бойына жазып алған соң иРНҚ сол хабармсн белок жасайтын рибосомаға келеді. Рибосома иРНҚ тізбегіндегі кодондарға қарап отырып сәйкес амин қышқыл-дарын бір-бірімен тізіп, жалғастыра береді.

1940-шы жылдарда американдық генетиктер — Дж. Бидл мен Э. Тейтум клеткада әр ферменттің пайда болуын және активтілі белгілі бір генмен бақыланатынын эксперимент ретінде көрсетті, олардың теориясы "бір ген - бір фермент деген дәлелмен сипатталады. Бұл ғендерді тануда _чбір адым ілгері аттау еді, ол кезде гендердің өзі белоктар деп са-налған. 1961 жылы Пастер институтының қызметкерлері Ф. Жакоб пен Ж. Моно ДНҚ белоктар жинағын тікелей басқармайды деген ғылыми болжамды үсынды. Сарапшы ролін РНҚ-ның ерекше молекуласы орындайды, оның структурасы ДНҚ молекуласының қос спиралін жазған кезде пайда бола-ды, бүл жағдайда ДНҚ-ның жазылған тізбегінде РНҚ-нің тізбегі түзіледі, мүнда нуклеотидтердің орналасуы олардың ДНҚ тізбегінде орналасуына сәйкес келеді. Нуклеотидтерді олардың органикалық қосылыстары аттарының бас әріптерімен белгілейік. ДНҚ-ның жазылған спйралінде нуклеотидтердің төменде келтірілген реті бойынша тиісті "жұппен және нуклеотидтердің қосымша орналасуымен РНҚ тізбегі пайда болуға тиіс, атап айтқанда ДНҚ тізбектеріне РНҚ тізбегі жауап қайтарады.

Озі түзіліп болғаннан кейін РНҚ тізбегі ДНҚ тізбегінен ажырайды және клетканың ферменттер жинақталатын жеріне ауысады. Келтіріліп отырған схемадағы РНҚ-да нуклеотидтердің төрт үштігі бар және егер Жакоб пен Мононың гылыми болжамы түрғысынан алсақ белоктың келешектегі молекуласында төрт амин қышкылының ретін белгілейді. Белоктың макромолекуласы РНҚ молекуласын-Дағы информацияның неғүрлым сиымды болуын талап

етеді, мұнда белоктың макромолекуласыыа амин қышқыл-дарынын, қанша молекуласы жалғасатын болса, нуклеотидтердің соншалыкты үштігі болуға тиіс.

Генетикалық ақпарат химиялық тұрғыдан алғанда РНҚ молекуласы үшін ДНҚ-мсн "хабарласатын" болғандыктан, РНҚ "хатты", яғни белок молекуласын жинақтау жөніндегі ақпаратты иРНҚ одан әрі жөнелтеді. Әринс, мүндай үғым, олі де болса ғылыми болжам, экспериментті түрде долелдеуді талап еткен сді. Ол долслді 1961 жылы американдық биохимик М. Нирнберг экспсримснт арқылы дәлелдеді. Ол арнайы тәсілдерді қолданып бактериалардьщ (ішек таяқшасының) клеткаларын ыдыратты және бело-ктарды жинақтауға қабілетті келетін клеткасыз масса алды. Одан кейін Жакоб пен Моно шамалаған иРНҚ-ны жасанды иРНҚ-га алмастыруды, оны соңғы химиктердің тілінде по-лиуридил қышқылы (қысқартып жазғанда поли — У) деп атады және әдеттегі табиғи иРНҚ-ға (А, У, Ц, Г) қажетті нуклеотидтердің төрт типінін орнына тек қана біреуін -уридил қышқылын (У) қалдырды.

Поли - У РНҚ тізбегін мына күйде түзеді: ...У-У-У-У—У—У—... Поли-У-ды клеткасыз массаға еңгізу елеулі нә-тиже бере қойған жоқ: әртүрлі 20 амин қышқылдарынан белоктар құрамына бір ғана амин қышқылының — фенилаланиннің молекуласы енді. Одан тек қана белоктар-дың макромолекулалары, яғни полифенилаланин түзілді. "Нуклеотидтік үштіктерге" (триплеттерге) сөйкес поли - У-да триплеттер У-У—У тізбегін түзді. Бүлар фенилаланин молекулаларын белоктарға қосу үшін "кодон" болып табы-лады. Осы зерттеулер өткеннен кейін көп кешікпей Нирн-берг фенилаланиннің түзілуі үшін иРНҚ-ны ауыстыруға тиісті тағы бір клеткалы РНҚ қажет екенін хабарлады. Әрбір амин қышқылы үшін клеткада осындай транспорт-тық РНҚ-ның (тРНҚ) ерекше түрі болуға тиіс.

1957 жылдың өзінде Корнель университетінен Р. Хол-ли тРНҚ-ның бар екені жөнінде хабар жариялаған. Ал 1961 жылдың қарсаңында клеткаларда тРНҚ-ның ор түрлі типтерінің болатыны анықталды, олар тиісті ферменттер бо-лған кезде белгілі бір амин қышқылдарымен қосылады. тРНК-мен осылайша аралық күйде қосылғанда амин қыш-қылдары белоктардың жинакталу орнына ауысады дсп жо-рамалдаған еді. 1956 жылы Холли аланинді ауыстыруға бейімделген тРНҚ молекуласындағы нуклеотидтердің орна-ласуын анықтады. Тағы бір үлкен жаңалық американдық үнді ғалымы X. Г. Корана болды. Ол РНҚ тізбегін химиялық жолмен қолдан жасап алу әдісін тапты. Соның нәтижесінде 2 жыл ішінде барлық амин кышқылына сәйкес келетін 61 кодон толық аныкталды. Төменде әртүрлі амин қышқылдарына сәйкес кодондардың кестесі берілген (жақша ішінде ДНҚ-дағы сойкес негіздер көрсетілген).

Сөйтіп амин қышқылдарына сәйкес келетін кодондар иРНҚ тізбегі үшін анықталды. Бүдан ДНҚ-дағы сөйкес кодондарды табу орине оте оңай. Амин кышқылдарының кодондармен осылай белгіленуі барлық организмдерге тән екенін кейінгі зерттеулер керсетті.

Генетикалық кодты зерттеу жалпы биологиялык зор маңызы бар жаңалық ашута мүмкіндік берді. Кодтың негізгі қасиеттері белгілі болды.

Код триплетті (үштік), яғни бір амин қышқылы кодон деп аталатын үш негізбен анықталады. ДНҚ-да негіз бар, белокта — 20 амиы қышқылдарының қалдықтары; синглетті (жалғызданған) код төрт амин қышқылын ашады, дублетті (қосарланған) код — 4-4=16 амин қышқылын, ал триплетті 4 х 4 х 4 = 64 ортүрлі кодон түзе алады. Код бірін-бірі жаба алмайды, яғни белгілі бір иуклеотид коршілес скі триплеттің құрамына бір мезгілде ене алмайды. Егср негіздер АВСДЕҒНІ ретінде орналасса, АВС бір амин кышқылын, ДЕҒ — екіншісін анықтайды т.с.с. Егер код бірін бірі жабатын болса АВС бір амин қышқылын, ал СДЕ екіпшісін анықтаған болар еді. Код молшылықтан "азғын" болуы мүмкін, яғни белгілі бір амин қышқылын бірнеше кодон анықтайды (20 амин қышқылына 64 кодон). Кодтың өзіне тон сипатты болады, яғни оны оку әрқашан да белгілі бір орыннан басталады. Кодта үтір болмайды, яғни бір ко-донды екіншісімен бөлетін белгі жоқ. Код әмбебап болады. Бірдсй триплеттер әр түрлі организмдерден (бактериялар, сүтқоректілер клеткасы) алынған клеткасыз жүйелердегі бірдей амин қышқылдарын кодпен анықтайтыны көрсетілді. Код вирустар, балдырлар және теңіз кірпісі ушін әмбебап болып шықты.

Генетикалық кодтың ашылуы және белоктың (іп ұііга) организмнен тыс синтезі ғылымдағы тірі табиғаттың бірлігі жөніндегі мәселені мүлде жаңаша қойды. Бүл жаңалық бе-локты қолдан синтездеу әдісін меңгеру және бүл арқылы тірі материяның мәнін неғүрльгм терең танып білу жолын-дағы маңызды қадам болып табылады.

Белок биосинтезі.

1. 
   Трансляция аппараты.
   
2. 
   Транспортгық РНҚ. тРНҚ-ның бірінші, екінші және үшінші реттік құрылымы.
   
3. 
   Антикодон. Аминоацил тРНҚ-синтетаза құрылымы. Аминоацилдену механизмі. Аминоацилдену реакциясының арнайылығы.
   
4. 
   Про- және эукариоттардағы рибосома құрылымы.
   
5. 
   мРНҚ-ның прокариоттардағы трансляциясы, этаптары және оның механизмдері, реттелуі.
   
6. 
   Бактериялардағы трансляция процесінің инициациясы және оның этаптары. Трансляция элонгациясы.
   
7. 
   Элонгацияның белоктық факторлары. Трансляция процесінің терминациясы.
   

1. 
   Амин қышқылының белсенді және аминациаль Т-РНК –ң түзілуі.
   
2. 
   Белок синтезіне комплек/ң түзілуі.
   
3. 
   Полипеп/к тіз/ң синтезі.
   
4. 
   Белоктың кеңістік құрыл/ң түз/уі.
   

Амин қышқылдары 2 сатыдан тұратын реакция нәтижесінде белсенеді.

Реакцияның 1-ші сатысына амин қышқылы және АТФ қатысады.

M H O

Реакцияның 2-ші сатысында аминоация Т-РНК түзіледі.

Аминоация тРНК-Ң + АМФ.

Белок синтезі/ң 2-ші кезеңінде рибосома және МРНК-н белок синтездеуші комплекс түзіледі. Бұл процеске МРНК рибосоманың 30 S ,50S суббөліктері инициялаушы аминоация ТРНК және Рибосомалар қатысады. МРНК алдымен рибосоманың 30 S бөлігімен байланысады, сосын бұларға инициациялаушы аминоацил тРНК қосылады. Прокариоттарда инициациялаушы аминоацил тРНК-ға формилмитионин тРНК, ал эукариодтарда митионнин тРНК жатады. Сонымен пайда болған бастапқы комплементке рибасоманың 50S бөлігі байланысып белок синтездеуші комплекс түзіледі.

Белок биосинтезінің үшінші кезеңі ең маңызды процесс ол 3 сатыдан тұрады.

1. 
   Инициация- полипептид тізбек синтезінің басталуы.
   
2. 
   Полипептид тізбегінің ұзаруы.
   
3. 
   Терминация полипептид тізбегінің аяқталуы.
   

Белок синтездеуші комплекс ары қарай элонгация процесін жүргізеді оған 20 түрлі аминоацил тРНК элонгагация факторлары ЕF-TЦ ЕҒ-ТЦ пептидил трансфираза ферменті ГТФ магни иондары қатысады. Элонгация процесі 3 кезеңне тұрады.

1. 
   Аминоацил тРНК-ның рибасоманың А учаскесімен байланысуы.
   
2. 
   Пептидік байланыстың түзілуі.
   
3. 
   Рибасоманың жылжуы (транслакация)
   

1. 
   Транскрипция деңгейіндегі реттелу.
   
2. 
   Трансляция деңгейіндегі реттелу.
   

Транскрипция деңгейіндегі реттелу гендердің белсенуі арқасында жүреді. ДНК өзі құлыптап тұрған белоктан босанады. Барлық гормондар транскрипция жылдамдығын арттырады. Трансляция деңгейіндегі реттілу инициация элонгация кезеңдерінде жүреді. Бұл реттелуде шектеуші фактор амин қышқылдары болып табылады.

БЕЛОК СИНТЕЗІНІҢ ГОРМОНДАРМЕН РЕТТЕЛУІ.

Әр түрлі жануарларда гормондар арқылы иРНҚсинтезінің реттелуі анықталған. Мысалы, қосқанаттылардадаму гормоны бөлініп алынды. Оны личинкаларға енгізсе олар қуыршақ кезеңіне жылдам көшеді. Сонымен қатар

олардың иРНҚ синтезделетін пуфтары (төмпешіктері)өзгерін, түзілуі жылдамдайды. Егер ортаға қалқанша бездің гормонын кіргізсе, метаморфоз жылдамдайды головастиктердің бақаларға, аксолотльдің амблистомаға айналуы тездейді, бұл метаморфоз процесіне әсер ететін

гендердің белсенділігін көрсетеді. Үйқы безінің гормоны қандағы глюкоза мөлшерін қалпына келтіреді. Глюкозаны пайдаланатын ферменттерді кодтайтын үш геннің белсенділігін инсулин қоздыратынын Вебер анықтады (гликолиз жөне гликоген синтезі). Сонымен қатар ол төрт генге репрессорлық әсер етеді, ол гендер глюконеогенезді (көмірсулы емес заттардан глюкозаның синтезделуі) кодтайтын ферменттерді анықтайтындар.

Соңғы жылдарда молекулалық биология әдістерімен гистондар және гистон емес хромосомалық белоктардың, гендердің реттелуіндегі маңызы зерттелуде. Зерттеулер нәтижесі гистондардың РНҚ синтезін тежейтінін көрсетті. Гистондарға жатпайтын хромосомалық белоктар гистондар тежейтін процесті жоқтатпайтынын көрсетті. Бірақ олардың реттеуші қызметі әлі толық анықталмаған.

Белок синтезінің механизмдеріне кейіннен цитоплазмаға түсетін қосымша ДНҚ молекуласының синтезделуі де жатады. Цитоплазмада ДНҚ молекуласында иРНҚ олардан клеткаға қажет белоктар синтезделеді. Жоғарғы организмдердегі гендер өрекетінің реттелуінің мал шаруашылығы мен меди-цина үшін үшін маңызы өте зор. ДНҚ құрылымы белоктың химиялық құрылысы мен қызметін анықтайды. Даму процесінде және организм өмірінде синтезделген белок мөлшерінің де маңызы зор, ал ол гендер белсенділігінің реттелуіне байланысты болады. Белок синтезін реттеуші факторларды білсе, онтогенезді басқаруда көп мүмкіншілік берер еді, мысалы өте жоғары өнімді және түрлі тұқым қуатын ауруларға төзімді малдарды шығару т.с.с.

Көп клеткалы организмдердің көпшілігінде, оның ішінде жоғары өсімдіктер, малда жөне адамда геннен белгіге дейінгі аралык өте күрделі өтеді жөне ол әлі зерттелмеген. Көптеген зерттеулерге қарағанда жоғары организмдердің жеке даму сипаттамасы көптеген гендердің өзара әсері, ядро мен цитоплазманың күрделі қарым-қатынасы мен әртүрлі клеткалық жүйелердің гендерінің белсенділігі арқылы жүреді.

Лекция 11