Генетикалық ақпарат

Сонымен жасуша бөлінген соң түзілген жасушалардың әрқайсысы ДНҚ молекуласының  бір тізбегі «ескі», екіншісі «жаңа» және келесі бөлінуге дейін осылай бола беретін хромосома алады. Репликацияның (көшірмелеудің) бұл амалы полуконсервативті, яғни қазақша аударғанда «жартылай сақталу» көшірмелеу деп аталады. Табиғатта көшірмелеудің басқа амалы болмайды. Яғни барлық жасушалардың ДНҚ жасушаларының бәрі жартылай ескі амалымен екі еселенеді. Алайда бұл ғалымдарға тек қана ХХ ғасырдың екінші жартысында белгілі бола бастады.

§14-15. Нәруыз биосинтезінің кезеңдері:

 транскрипция және  трансляция

Нәруыздар биосинтезі. Нәруыздар құрамы туралы ақпарат ДНҚ-ға қалай жазылатынын сендер өткен параграфтан білдіңдер. Сонда жасуша қалай «нәруыз жасайды»? Нәруыз синтезі рибосомаларда іске асады, ал олар цитоплазмада, эндоплазмалық торда (ЭПТ) және жарымдербез органоидтарда: пластидтерде және митохондрияларда болады. Биоситез үдерісі үшін нуклеин қышқылдарынан басқа «құрылыс материалдары», АТФ энергиясы, сондай-ақ көптеген ферменттер қажет болады. Нәруыздардың құрылыс топтамалары аминқышқылдар болып табылады, олардың 20 түрі бар екені естеріңде шығар. Бір ғана аминқышқыл жұбын бірімен-бірін қосу үшін АТФ-ның екіден астам молекуласы қажет. Аминқышқылдары қосылыс үдерісінің өзі біразында ферменттер тобының қатысуын қажет етеді. Олардың бір бөлігі рибосомалар құрамында, бір бөлігі жасушалар цитоплазмасындағы дербес молекулалар түрінде немесе ЭПТ каналдарында болады. Алайда нәуыз белсенді қызмет атқару үшін ең маңызды аминқышқылдарды тұқым қуалау ақпаратына сәйкес бөлігі тәртіпте қосып алу. Егер ДНҚ-да жазылған аминқышқылдардың реті бұзылса, нәруыз синтезделеді, бірақ одан ешқандай пайда болмайды.

Нәруыздардың өз қызметін орындауы аминқышқылдардың реттілігіне тәуелді  екенін еске түсіріңдер. Ал жүздеген басқаларынан бір ғана аминқышқылды алмастырудан, орақ тәрізді жасушалы анемия кезіндегі  гемоглобин сияқты, қызмет атқару белсенділігі толық жоюы мүмкін. Жасушада тұқымқуалау ақпараттың беру және іске асыру кезіндегі қателікті болдырмайтын сан алуан тетіктер бар. Сондықтан нәуыз биосинтезінің үдерісі өте күрделі және көп сатылы. Ол негізгі кезеңнен: тасымалдау және трансляция кезеңдерінен тұрады.

Транскрипция (көшіріп жазу) дегеніміз – бұл ДНҚ матрицасының бетімен жүретін а-РНҚ синтезінің үдерісі. Жасушада қанда й болса да бір нәруызға қажеттілік пайда болса, сәйкес геннің ақпараты жазылған ДНҚ үлескісі тарқатылады. Яғни бірін-бірі толықтыратын тізбектер аралығындағы сутектік байланыс бұзылады, сөйтіп ДНҚ-ның шағын үлескісі байланыспаған екі тізбектен тұрады. Біртізбекті ДНҚ-ның бұл үлескісіндегі ферменттер үшін: РНҚ – полимеразаларға жол ашылады.

РНҚ ферменті немесе транскриптаза ДНҚ молекуласының қажетті бір тізбегін сайлап алып, соның бетімен ақпараттық РНҚ-ны синтездей бастайды. Бұл үдеріс репликацияға өте ұқсас. Айырмашылығы тек қана мономерлер ретінде рибонуклеотидтерді пайдаланады, ал синтез ДНҚ молекуласы бір тізбегінің матрица бетімен іске асады. а-РНҚ синтезі жүрген ДНҚ тізбегі транскриптелетін тізбек деп аталады. ДНҚ-ның екінші тізбегі жай ғана «тыныс алады», үдеріске қатыспайды. Ол транскрителмейтін тізбек делінеді. Қайтадан синтезделген а-РНҚ транскриптелетін ДНҚ тізбегін толықтырады. Бұл кезде а-РНҚ синтез іске асырылмаған екінші транскриптелмейтін ДНҚ тізбегіне дәлме-дәл сәйкес келеді. Мұндағы айырмашылық тек қана РНҚ-да АДЕНИНГЕ қарама-қарсы ТИМИН емес, УРАЦИЛ тұрады.

ДНҚ триплетіне кодондар деп аталатын а-РНҚ триплеті сәйкес келеді. а-РНҚ молекуласы ұзарған сайын ДНҚ-ның толықтыру тізбегімен ығыса түседі. Бұл ДНҚ – РНҚ арасындағы қарағанда ДНҚ – ДНҚ аралығында сутектік байланыстың оңайырақ пайда болуынан осылай жүреді.

Синтезделген а-РНҚ молекуласы транскрипті немесе бірінші реттік транскрипт деп аталады.

Трансляция дегеніміз – бұл рибосомаларда нәруыз биосинтезінің тікелей жүру үдерісі. Рибосомалардың 2 төменгі өлшембірліктен: үлкен және кіші өлшем бірліктерден тұратын естеріңде болар. Бастапқыда рибосоманың төменгі өлшембірліктері ажырап кетеді де таспаға ұқсас а-РНҚ-ға орнығады. Олардың келесі қосылатын орны «рибосоманың қызмет атқаратын орталығы» деп аталады. Рибосоманың қызмет атқаратын орталығында бір мезгілде а-РНҚ-ның алтыға тең нуклеотидтері болады. Енді рибосома ескі касеталы магнитофонның таспасымен жылжыған кішкене басы сияқты а-РНҚ-ны бойлай жылжуға даяр тұрады. Алайда нәуыз биосинтезінің үдерісі үшін аминқышқылдар және энергия қажет. Аминқышқылдардың белгілі түрлері тұқымқуалау ақпаратына сәйкес қажетті реттілікте жайғасу үшін оларды т-РНҚ рибосомасына жеткізеді. Сөйтіп т-РНҚ аминқышқылдарды нәруыз синтезінің орнына жеткізеді. Ол «жоңышқа жапырағының» пішініне ұқсас, «қалемшесінде» белгілі аминқышқылдары бар. Амнқышқылдардыр 20-ға тарта түрлері болғандықтан, т-РНҚ-ның 20-ға тарта типтерінің болуы қажет. т-РНҚ молекуласының «жоңышқа жапыраға» ұшы – бұл а-РНҚ кодонын толықтыратын үш нуклеотид. Бұл т-РНҚ-дағы үш нуклеотид антикодан деп аталады. Яғни, егер ДНҚ-дағы триплет ААА болса, а-РНҚ-дағы кодон УУУ болады, ал РНҚ-дағы антикодон қайтадан ААА болады да бұл тасымал молекуланың ұшында аминқышқыл фенилин жалғасып тұрады. Ал егер, мысалы, ДНҚ-дағы триплет ЦЦЦ-да болса, а-РНҚ-дағы кодон ГГГ болады, ал РНҚ-дағы антикодон қайтадан ЦЦЦ-ға айналады. Мұндай жағдайда т-РНҚ аминқышқыл пролинге тасымалданады (генетикалық код бойынша тексеріңдер).

Кодон – антикодон жүйесіндегі нуклеотидтердің қосылуы аденин және урацил арасындағы және гуанин және цитозин арасындағы сутектік байланыстардың түзілуі арқылы өтеді. Бұларда біріне-бірі қарама-қарсы ДНҚ-ның толықтыру тізбегін ұқсататын сутектік байланыстар. а-РНҚ молекулалары есебінде тұқымқуалау ақпаратымен сәйкес орналасқан нәруыздағы қажетті аминқышқылдар а-РНҚ-ның кодондарымен сәйкес жайғасады. Алайда р-РНҚ және нәруыз ферменттерсіз аминқышқылдар қосылыспайды. Аминқышқылдар өздерімен өздері қосылыспайды және оларға қосылу үшін ферменттерден басқа АТФ түрінде энергия қажет. Дұрысырақ айтқанда энергия енеді аминқышқылға өз т-РНҚ-сын қосу үшін жұмсалады. Сондықтан аминқышқылы қосылған т-РНҚ жоғары энергетикалық формада болады және нәруыз биосинтезіне қатыса алады.

Рибосома су молекулаларына айналады да пептидтік байланыс түзіндісімен амнқышқылдарды «тігеді». Бұдан соң  ол қажетті амнқышқылы бар келесі т-РНҚ рибосоманың қызмет атқаратын орталығынан табылу үшін 3 нуклеотидке келесі «қадам» жасайды. Кодон – антикодон жүйесінде қайтадан т-РНҚ және а-РНҚ қосылысы жүреді. Рибосома өзінің қызмет атқаратын орталығында РНҚ-ның екі-екіден молекуласын осылай ұстап қалады, бұл рибосомаға олардың аминқышқылдарды өзара қосуға мүмкіндік береді.

Полипептидтік тізбектің өсу үдерісі  рибосома бактерияларда кідіртпе –  кодонға жеткенге дейін немесе басқа  ағзаларда а-РНҚ-ның соңына жеткенге дейін созылады. Эукариот а-РНҚ-ның әрдайым бір ғана гені болады, соған сәйкес онда бір нәруыз кодпен жазылады. Ал прокариот а-РНҚ-ның бір молекуласы бірнеше қызмет атқарып байланысқан гендер туралы ақпаратты шапшаң тұтына алады. Рибосома кідіртпе – кодонға кездескен кезде соңғы аминқышқылға су молекуласын қосып, «босап шығады», яғни а-РНҚ-дан арылады. Бұдан соң рибосома бастапқыда а-РНҚ-ға оралып, нәруыз синтезінің қайтадан жалғастыра алады. Егер синтезделетін нәруыз жасушаға көп қажет болса онда а-РНҚ-ның бір молекуласына бір мезгілде көптеген рибосомалар «қонып, іс атқарады». Бұл «конвейер» аминқышқылдарды – «құрылыс топтамаларын тасымалдап», ондаған немесе жүздеген т-РНҚ-ға қызмет етеді. Осындай а-РНҚ-ның бір желісіне және соған жұмыс істейтін көптеген рибосомалардан тұратын құрылым полисомалар немесе полирибосомалар деп аталады. Көбінесе күрделі және ауыр нәруыз молекулаларының көп мөлшері эндоплазмалық тор рибосомаларының жарғақшасына бекінген цитоплазманың бос емес рибосомалары конвейермен өндіріледі.

Тірі жүйелердің тұқымқуалау ақпараты мына сызба бойынша осылай жұмасалады:

ДНҚ – РНҚ – нәруыз. Мұндай да сөз бар: «ДНҚ-да жазылған ақпаратты РНҚ нәруызда іске қоса отырып, жүзеге асырады».

Сөйтіп, нәруыз биосинтезінің бірінші  сатысында ДНҚ үлескісінің көшірмесі  а-РНҚ түрінде істеледі. Атап айтқанда жасушаға дәл осы сәтте қажетті нәруыздардың гендері дәлме-дәл беріледі. Мәселен, француз ғалымдар Ф.Жакоб және Ж.Моно (Нобель сыйлығы 1956 жылы бактерияға жасаған тәжірибелерде жасушаның нәруыз – ферменттері гені жасушаға дәл осы сәтте оңай жетуге болатын асты қайтадан қорыта алатынын дәлелдеді). Біздің ағзамыздың жасушаларының хромосомаларының барлығының құрамында біркелкі гендер болады, алайды ми жасушаларында сүйектерге тән нәруыздар дәлме-дәл қабылданбайды және синтезделмейді, ал сүйек жасушаларында бұлшықет жасушаларына тән нәруыздар түзілмейді. Қазіргі уақытта қай жазушы өзіне қажетті дәлме-дәл қабылдай алатын қай гендерді қалай анықтау тетігі бүкіл әлем зертханаларында зерттелуде. Ғалымдар егер зиянды гендерді, мысалы, қартаю генін немесе ауру генін «үзіп тастап», пайдалы «қоса алса», мүмкін сонда коптеген ауруларды женіп өмір сүру мерзімі ұзаратын болар еді.