Пластикалық алмасу және ақуыздар синтезі

Пластикалық алмасу нәтижесінде клеткаға сырттан түсетін заттардан клетканың заттарына ұқсас заттар түзіледі. Пластикалық алмасу әсіресе ағзаның өсуі кезінде жүреді. Анаболизм үрдісінің ең маңызды жер бетіндегі тіршілік үшін қажет үрдіске фотосинтез жіне ақуыздың синтезі жатады.

Ақуыздар қандай да болмасын тірі ағзаның қажетті компоненті. Ағзаның тіршілігіне қажетті зат алмасу, даму, өсу, қозғалу сияқты маңызды үрдістерді ақуыздардың қатысуымен жүретін биохимиялық реакциялар қамтамасыз етеді. Сондықтан да клеткаларда үздіксіз фермент-ақуыздар, гормон-ақуыздар, жиырылғыш ақуыздар, қорғаныш ақуыздар сияқты ақуыздар синтезделініп тұрады.

Ақуыздың бірінші реттегі құрылымы (ақуыздағы аминқышқылдарының орналасу реті) ДНҚ молекулаларында кодталынған. Әрбір триплет (көршілес үш нуклеотидтердің тобы) ДНҚ жіпшесіндегі жиырма аминқышқылының біреуін кодтайды.

Белгілі бір спецификалық ақуыздардың синтезін ген анықтайды. Ген  дегеніміз – нуклеотидтердің ДНҚ-да белгілі бір кезекпен орналасуымен сипатталатын тұқымқуалаушылықтың элементар бірлігі.

ДНҚ-ның құрамына кіретін тұқымқуалаушылық ақпарат оның екі еселенуі (репликация) арқасында ұрпақтан ұрпаққа беріледі. ДНҚ нуклеотидтерінің кезектесіп орналасуы түрінде жазылған тұқымқуалаушылық ақпарат транскрипция үрдісі кезінде РНҚ-ның нуклеотидті кезегіне қайта жазылады. Ол өз кезегінде, тиісті ақуыз молекуласының аминқышқылдарының кезегін анықтайды. Яғни, мұны келесі сызба нұсқадан көруге болады:

Эукариот клеткаларында ядро қабықшасының бар болуы салдарынан транскрипция мен трансляция клетканың әр түрлі құрылымдарында жүреді және уақыт шамасы да әр түрлі болады.

Ақуыздар синтезі – трансляция ДНҚ-да сақталады, ол ақпаратты қайта жазу – транскрипция  үрдісімен тығыз байланысты, яғни ДНҚ-дағы генетикалық ақпарат аРНҚ-ға көшіріледі.

Транскрипция дегеніміз клетканың ішінде тұқымқуалаушылық ақпаратын тарату үрдісі кезінде ДНҚ-ның матрицасында жүретін РНҚ-ның биосинтезі.

Транскрипция ядрода жүреді. Транскрипция орындалу үшін оқуға болатын ДНҚ-ның ақпараты болуы тиіс. ДНҚ-ның құрамындағы ақуыздың құрылымы туралы ақпарат ақпараттық РНҚ-ға «көшіріледі» (аРНҚ немесе матрицалық  мРНҚ). Бұл жағдайда бір геннен мРНҚ-ның көптеген молекулалары «көшіріледі». Олар ядрода процессингке ұшырайды да одан кейін ядродан цитоплазмаға тасымалданады. Цитоплазмада олар өз қызметтерін атқарады.

Процессинг (ағл. processing — өңдеу) – алғашқы активті емес транскриптерді белсенді қызмет ететін молекулаларға айналдыратын реакциялардың жинағы.

Клеткаларда РНҚ-ның үш типі болады. Олардың ішінде ақпаратты РНҚ (мРНҚ) ДНҚ-ның нуклеотидті кезегі туралы ақпаратты рибосомаларға тасымалдайды. Рибосомаларды түзуге рибосомалы РНҚ (рРНҚ) қатысады. Кішігірім транспортты РНҚ-ы (тРНҚ) екі түрлі қызмет атқарады: біріншіден, олар аминқышқылдарының молекуласын қосып алады да оны рибосомаға тасымалдайды, екіншіден оның мРНҚ молекуласындағы аминқышқылына сәйкес триплетін таниды.

тРНҚ молекуласының ортасында антикодон деп аталатын үш азотты негіздерден тұратын топ болады. Антикодон мРНҚ-ның үш негіздерінің белгілі бір тобы – кодонмен байланыса алады. Антикодон молекулалары жақындағаннан кейін тРНҚ-ы мРНҚ-ның кодонын танып, онымен қосылады.

XX ғасырдың 60-жылдары М. Ниренберг, У. Холл және Х. Коран шешкен генетикалық код триплеттер немесе кодондарға негізделген үш нуклеотид бір аминқышқылының полипептидті тізбекке қосылуын анықтайды.

29-суреттен прокариот клеткалар генетикалық ақпаратының транскрипциясы мен  трансляциясын қарастырыңыз

30-суреттен Эукариоттардың құрылымдық генінің транскрипциясы және аРНҚ бастамасының процессингін қарастырыңыз

Генетикалық кодқа бірқатар маңызды қасиеттер тән. Ол триплетті: үш нуклеотид полипептидті тізбекке бір аминқышқылының қосылуын қамтамасыз етеді. Көпшілік аминқышқылдары бірнеше триплетпен кодталынады. Бір аминқышқылы әртүрлі триплеттермен кодталынады, дегенмен олардың бірінші екі нуклеотидтері әрқашанда бірдей болады. Мысалы –С-С-С- пролинді кодтайды. Сондай-ақ пролин қосымшасы CCU, CCA, CCG триплеттерімен кодталынуы мүмкін. AUG  триплеті полипептидті тізбектің синтезі басталатын бірінші аминқышқыл – метилметионинді кодтайды. Генетикалық кодта барлығы 64 кодон бар, олардың үшеуі (UFF, UGA және UAG) полипептидті тізбектің синтезін аяқтайтын тоқтатушы-кодон.

Генетикалық кодта бір триплетті екінші триплеттен бөліп тұратын белгілер болмаса да генетикалық код беттеспейді. Мысалы, UUCAUUGUU  негіздерінің  кезігінде бірінші үш негіз бір аминқышқылын кодтайды, ал екінші үшеуі – басқа аминқышқылын кодтайды т.с.с. Келтірілген мысалда UUC негізі бір аминқышқылын, UCA – екінші аминқышқылын, ал  CAU – үшінші аминқышқылын т.с.с. кодтауы мүмкін емес.

Код әмбебап, яғни Жер планетасының ағзаларының (вирустарды қоса) барлығында бір ғана код.

Рибосомалы және транспортты РНҚ (рРНҚ, тРНҚ) бірдей гендерде синтезделінеді, Әрбір клеткада ол гендердің мРНҚ-ның гендеріне қарағанда көптеген көшірмелері болады. рРНҚ ядрошықтың ядрошық ұйымдастырушыларында синтезделінеді. Ядрошықта  ядрошық ұйымдастырушыларында синтезделінген рРНҚ-ның бастамасы цитоплазмада синтезделініп, ядроға тасымалданған рибосомалы ақуыздармен байланысқа түсіп, ірі рибонуклеопротеидті бөлшектер түзейді. Рибонуклеопротеидті бөлшектер процессингке ұшырайды, нәтижесінде ядрода рибосомалардың үлкен және кіші суббірліктері пайда болады. Рибосомалардың бастамалары цитоплазмаға тасымалданады. Онда ақуыз синтезі кезінде рибосомалар жинақталады.

тРНҚ-ның молекуласы сәйкес аминқышқылымен косылып, нәтижесінде аминацил-тРНҚ түзілгеннен кейін ғана ақуыз молекуласының синтезі басталады. Рибосоманың кіші суббірлігі метилметионин молекуласы бар инициаторлы тРНҚ-мен байланысқа түседі. Осы кешен мРНҚ-ның инициаторлы кодонына (AUG) қосылады. Осыдан кейін рибосоманың кіші суббірлігіне үлкен суббірлік қосылады. Ақуыз синтезінің реакциясын рибосомалар қамтамасыз етеді. Олар мРНҚ-дағы ақпаратты, оның бойымен     5’          3’ бағытында жылжу кезінде оқиды.

Рибосома тРНҚ-ның екі молекуласын байланыстырады: рибосоманың А бөлімі –аминацил-тРНҚ-ны, рибосоманың Р бөлімі өсіп келе жатқан полипептидті тізбекпен байланысқан аминацил-тРНҚ-ны қосып алады. Екі тРНҚ мРНҚ-ның көршілес кодондарымен байланысады. Рибосомаға келесі аминацил-тРНҚ келеді де, алғашқы полипептидті байланыс түзіледі.

мРНҚ-ның тізбегі бойымен жылжи отырып рибосома өзара байланысатын келесі аминқышқылдарды қосып алады, ал тРНҚ молекулалары жаңа аминқышықылын қосып алу үшін ажырайды. Рибосома тоқтату-кодонына жеткен уақытта синтез аяқталады, өйткені тоқтау-кодонының маңында бірде-бір тРНҚ-да лайықты антикодон болмайды. Полипептидті тізбек рибосомадан бөлінеді.