Ցանկացած օրգանիզմի բջիջը քիմիական նյութերի արտադրության մեկ մեծ գործարան է։ Այստեղ ռեակցիաները տեղի են ունենում լիպիդների, նուկլեինաթթուների, ածխաջրերի և, իհարկե, սպիտակուցների կենսասինթեզում։ Սպիտակուցները հսկայական դեր են խաղում բջջի կյանքում, քանի որ նրանք կատարում են բազմաթիվ գործառույթներ՝ ֆերմենտային, ազդանշանային, կառուցվածքային, պաշտպանիչ և այլն:
Սպիտակուցների կենսասինթեզ. գործընթացի նկարագրություն
Սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցումը բարդ բազմափուլ գործընթաց է, որը տեղի է ունենում մեծ թվով ֆերմենտների ազդեցության ներքո և որոշակի կառուցվածքների առկայության դեպքում:
Ցանկացած սպիտակուցի սինթեզը սկսվում է միջուկից: Մոլեկուլի կառուցվածքի մասին տեղեկությունը գրանցվում է բջջի ԴՆԹ-ում, որտեղից այն կարդացվում է։ Օրգանիզմի գրեթե յուրաքանչյուր գեն կոդավորում է մեկ եզակի սպիտակուցային մոլեկուլ։
Ո՞րն է ցիտոպլազմայի դերը սպիտակուցների կենսասինթեզի մեջ: Բանն այն է, որ բջջի ցիտոպլազմը «ավազան» է բարդ նյութերի մոնոմերների, ինչպես նաև կառուցվածքների համար, որոնք պատասխանատու են սպիտակուցի սինթեզի գործընթացի համար։ Նաև բջջի ներքին միջավայրն ունի մշտական թթվայնություն ևիոնների պարունակությունը, որը կարևոր դեր է խաղում կենսաքիմիական ռեակցիաներում։
Սպիտակուցների կենսասինթեզը տեղի է ունենում երկու փուլով՝ տառադարձում և թարգմանում։
Տառադարձում
Այս փուլը սկսվում է բջջի միջուկից: Այստեղ հիմնական դերը խաղում են այնպիսի նուկլեինաթթուներ, ինչպիսիք են ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն (դեօքսի- և ռիբոնուկլեինաթթուներ): Էուկարիոտներում տառադարձման միավորը տրանսկրիպտոնն է, մինչդեռ պրոկարիոտներում ԴՆԹ-ի այս կազմակերպությունը կոչվում է օպերոն։ Պրոկարիոտների և էուկարիոտների տրանսկրիպցիայի միջև տարբերությունն այն է, որ օպերոնը ԴՆԹ-ի մոլեկուլի մի հատված է, որը կոդավորում է մի քանի սպիտակուցային մոլեկուլներ, երբ տրանսկրիպտոնը տեղեկատվություն է կրում միայն մեկ սպիտակուցային գենի մասին::
Տրանսկրիպցիայի փուլում բջջի հիմնական խնդիրը ԴՆԹ-ի կաղապարի վրա սուրհանդակ ՌՆԹ-ի (mRNA) սինթեզն է: Դա անելու համար միջուկ է մտնում այնպիսի ֆերմենտ, ինչպիսին է ՌՆԹ պոլիմերազը: Այն ներգրավված է նոր mRNA մոլեկուլի սինթեզում, որը լրացնում է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի տեղամասը։
Հաջող տրանսկրիպցիոն ռեակցիաների համար անհրաժեշտ է տրանսկրիպցիոն գործոնների առկայությունը, որոնք նույնպես կրճատվում են որպես TF-1, TF-2, TF-3: Այս բարդ սպիտակուցային կառուցվածքները ներգրավված են ՌՆԹ պոլիմերազի միացման մեջ ԴՆԹ-ի մոլեկուլի պրոմոտորի հետ:
ՄՌՆԹ-ի սինթեզը շարունակվում է այնքան ժամանակ, մինչև պոլիմերազը հասնի տրանսկրիպտոնի վերջնամասին, որը կոչվում է տերմինատոր:
Օպերատորը, որպես տրանսկրիպտոնի մեկ այլ ֆունկցիոնալ տարածք, պատասխանատու է տրանսկրիպցիան արգելակելու կամ, ընդհակառակը, ՌՆԹ պոլիմերազի աշխատանքի արագացման համար: Պատասխանատու էտրանսկրիպցիոն ֆերմենտների աշխատանքի կարգավորումը համապատասխանաբար հատուկ սպիտակուցներ-ինհիբիտորներ կամ սպիտակուցներ-ակտիվատորներ։
Հեռարձակում
Բջջային միջուկում mRNA-ն սինթեզվելուց հետո այն մտնում է ցիտոպլազմա: Սպիտակուցների կենսասինթեզի մեջ ցիտոպլազմայի դերի մասին հարցին պատասխանելու համար արժե ավելի մանրամասն վերլուծել նուկլեինաթթվի մոլեկուլի հետագա ճակատագիրը թարգմանության փուլում։
Թարգմանությունը տեղի է ունենում երեք փուլով՝ մեկնարկ, երկարացում և ավարտ:
Նախ, mRNA-ն պետք է միանա ռիբոսոմներին: Ռիբոսոմները բջջի փոքր ոչ թաղանթային կառույցներ են, որոնք բաղկացած են երկու ենթամիավորներից՝ փոքր և մեծ։ Նախ, ռիբոնուկլեինաթթուն կցվում է փոքր ենթամիավորին, իսկ հետո մեծ ենթամիավորը փակում է ամբողջ թարգմանչական համալիրը, որպեսզի mRNA-ն գտնվում է ռիբոսոմի ներսում։ Փաստորեն, սա մեկնարկային փուլի ավարտն է։
Ո՞րն է ցիտոպլազմայի դերը սպիտակուցների կենսասինթեզի մեջ: Առաջին հերթին դա ամինաթթուների աղբյուր է՝ ցանկացած սպիտակուցի հիմնական մոնոմեր։ Երկարացման փուլում տեղի է ունենում պոլիպեպտիդային շղթայի աստիճանական կուտակում՝ սկսած սկզբնական կոդոն մեթիոնինից, որին կցվում են մնացած ամինաթթուները։ Կոդոնն այս դեպքում mRNA նուկլեոտիդների եռյակ է, որը ծածկագրում է մեկ ամինաթթու:
Այս փուլում աշխատանքին միացված է ռիբոնուկլեինաթթվի մեկ այլ տեսակ՝ տրանսֆերային ՌՆԹ կամ tRNA: Նրանք պատասխանատու են ամինաթթուների առաքման համար mRNA-ռիբոսոմային համալիր՝ ձևավորելով aminoacyl-tRNA համալիր: tRNA-ի ճանաչումը տեղի է ունենում փոխլրացման միջոցովայս մոլեկուլի հակակոդոնի փոխազդեցությունները mRNA-ի կոդոնի հետ: Այսպիսով, ամինաթթուն մատակարարվում է ռիբոսոմին և կցվում է սինթեզված պոլիպեպտիդային շղթային։
Թարգմանության գործընթացի դադարեցումը տեղի է ունենում, երբ mRNA-ն հասնում է կանգառային կոդոնի հատվածներին: Այս կոդոնները կրում են տեղեկատվություն պեպտիդների սինթեզի ավարտի մասին, որից հետո ոչնչացվում է ռիբոսոմ-ՌՆԹ համալիրը, և նոր սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքը մտնում է ցիտոպլազմա՝ հետագա քիմիական փոխակերպումների համար։
Սպիտակուցի մեկնարկի հատուկ գործոններ IF և EF երկարացման գործոնները ներգրավված են թարգմանության գործընթացում: Դրանք տարբեր տեսակի են, և նրանց խնդիրն է ապահովել ՌՆԹ-ի ճիշտ կապը ռիբոսոմային ենթամիավորների հետ, ինչպես նաև պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզում երկարացման փուլում։
Ո՞րն է ցիտոպլազմայի դերը սպիտակուցների կենսասինթեզի մեջ. համառոտ կենսասինթեզի հիմնական բաղադրիչների մասին
Այն բանից հետո, երբ mRNA-ն թողնում է միջուկը բջջի ներքին միջավայր, մոլեկուլը պետք է ձևավորի կայուն թարգմանական համալիր: Ցիտոպլազմայի ո՞ր բաղադրիչները պետք է ներկա լինեն թարգմանության փուլում:
1. Ռիբոսոմներ.
2. Ամինաթթուներ.
3. tRNA.
Ամինաթթուներ - սպիտակուցային մոնոմերներ
Սպիտակուցային շղթայի սինթեզի համար պեպտիդային մոլեկուլի կառուցվածքային բաղադրիչների՝ ամինաթթուների առկայությունը ցիտոպլազմում։ Այս ցածր մոլեկուլային քաշի նյութերն իրենց բաղադրության մեջ ունեն NH2 ամինո խումբ և թթվային մնացորդ COOH։ Մոլեկուլի մեկ այլ բաղադրիչ՝ ռադիկալը, յուրաքանչյուր առանձին ամինաթթվի հատկանիշն է: Ո՞րն է ցիտոպլազմայի դերըսպիտակուցի կենսասինթեզ?
AA-ն առաջանում է ցվիտերիոնների տեսքով լուծույթներում, որոնք նույն մոլեկուլներն են, որոնք նվիրաբերում կամ ընդունում են ջրածնի պրոտոնները: Այսպիսով, ամինաթթուների ամինո խումբը վերածվում է NH3+, իսկ կարբոնիլային խումբը՝ COO-։
Ընդհանուր առմամբ բնության մեջ կա 200 ԱԱ, որոնցից միայն 20-ն են սպիտակուցներ առաջացնող: Դրանց թվում կան մի խումբ էական ամինաթթուներ, որոնք չեն սինթեզվում մարդու օրգանիզմում և բջիջ են մտնում միայն ընդունված սննդով, և ոչ էական ամինաթթուներ, որոնք օրգանիզմն ինքնուրույն ձևավորում է։
Բոլոր AA-ները կոդավորված են ինչ-որ կոդոնով, որը համապատասխանում է երեք mRNA նուկլեոտիդներին, և մեկ ամինաթթուն հաճախ կարող է կոդավորվել միանգամից մի քանի նման հաջորդականությամբ: Մեթիոնինի կոդոնը պրո- և էուկարիոտներում մեկնարկայինն է, քանի որ այն սկսում է պեպտիդային շղթայի կենսասինթեզը: Կանգառի կոդոնները ներառում են UAA, UGA և UAG նուկլեոտիդային հաջորդականություններ:
Ի՞նչ են ռիբոսոմները:
Ինչպե՞ս են ռիբոսոմները պատասխանատու բջջում սպիտակուցների կենսասինթեզի համար և ո՞րն է այդ կառուցվածքների դերը: Առաջին հերթին դրանք ոչ թաղանթային գոյացություններ են, որոնք բաղկացած են երկու ենթամիավորներից՝ մեծ և փոքր։ Այս ենթամիավորների ֆունկցիան mRNA մոլեկուլն իրենց միջև պահելն է։
Ռիբոսոմներում կան տեղամասեր, որտեղ մտնում են mRNA կոդոնները: Ընդհանուր առմամբ, երկու նման եռյակ կարող է տեղավորվել փոքր և մեծ ենթամիավորների միջև:
Մի քանի ռիբոսոմներ կարող են ագրեգացվել մեկ մեծ պոլիսոմի մեջ, ինչի շնորհիվ պեպտիդային շղթայի սինթեզի արագությունը մեծանում է, և արդյունքը կարելի է անմիջապես ստանալ։սպիտակուցի մի քանի օրինակ: Ահա ցիտոպլազմայի դերը սպիտակուցների կենսասինթեզում։
ՌՆԹ-ի տեսակներ
Ռիբոնուկլեինաթթուները կարևոր դեր են խաղում տառադարձման բոլոր փուլերում: Գոյություն ունեն ՌՆԹ-ի երեք մեծ խմբեր՝ տրանսպորտային, ռիբոսոմային և տեղեկատվական։
mRNA-ները ներգրավված են պեպտիդային շղթայի կազմության մասին տեղեկատվության փոխանցման մեջ: tRNA-ները միջնորդներ են ամինաթթուների ռիբոսոմներին փոխանցելու համար, ինչը ձեռք է բերվում ամինացիլ-tRNA համալիրի ձևավորմամբ: Ամինաթթվի կցումը տեղի է ունենում միայն փոխանցող ՌՆԹ-ի հակակոդոնի փոխազդեցության դեպքում հաղորդագրող ՌՆԹ-ի կոդոնի հետ:
rRNA-ն մասնակցում է ռիբոսոմների ձևավորմանը: Դրանց հաջորդականությունները պատճառներից մեկն են, թե ինչու է mRNA-ն պահվում փոքր և մեծ ենթամիավորների միջև: Ռիբոսոմային ՌՆԹ-ները արտադրվում են միջուկներում:
Սպիտակուցների նշանակությունը
Սպիտակուցների կենսասինթեզը և դրա կարևորությունը բջջի համար հսկայական են. մարմնի ֆերմենտների մեծ մասը պեպտիդային բնույթ ունեն, սպիտակուցների շնորհիվ նյութերը տեղափոխվում են բջջային թաղանթներով:
Սպիտակուցները նաև կատարում են կառուցվածքային գործառույթ, երբ դրանք մկանների, նյարդերի և այլ հյուսվածքների մաս են կազմում: Ազդանշանային դերը տեղեկատվությունը փոխանցելն է տեղի ունեցող գործընթացների մասին, օրինակ, երբ լույսն ընկնում է ցանցաթաղանթի վրա: Պաշտպանիչ սպիտակուցները՝ իմունոգլոբուլինները, հանդիսանում են մարդու իմունային համակարգի հիմքը:
