Սպիտակուցների սինթեզը շատ կարևոր գործընթաց է: Նա է, ով օգնում է մեր մարմնին աճել և զարգանալ: Այն ներառում է բազմաթիվ բջջային կառուցվածքներ: Ի վերջո, նախ պետք է հասկանալ, թե կոնկրետ ինչ ենք պատրաստվում սինթեզել։
Ի՞նչ սպիտակուց է անհրաժեշտ այս պահին կառուցել. դրա համար պատասխանատու են ֆերմենտները: Նրանք բջջից ազդանշաններ են ստանում որոշակի սպիտակուցի անհրաժեշտության մասին, որից հետո սկսվում է դրա սինթեզը։
Որտեղ տեղի է ունենում սպիտակուցի սինթեզ
Ցանկացած բջիջում սպիտակուցի կենսասինթեզի հիմնական վայրը ռիբոսոմն է: Դա բարդ ասիմետրիկ կառուցվածքով խոշոր մակրոմոլեկուլ է։ Այն բաղկացած է ՌՆԹ-ից (ռիբոնուկլեինաթթուներ) և սպիտակուցներից։ Ռիբոսոմները կարող են տեղակայվել առանձին: Բայց ամենից հաճախ դրանք զուգակցվում են EPS-ի հետ, ինչը հեշտացնում է սպիտակուցների հետագա տեսակավորումը և տեղափոխումը:
Եթե ռիբոսոմները նստած են էնդոպլազմիկ ցանցի վրա, ապա դա կոչվում է կոպիտ ER: Երբ թարգմանությունը ինտենսիվ է, մի քանի ռիբոսոմներ կարող են միանգամից շարժվել մեկ ձևանմուշով: Նրանք հետևում են միմյանց և ընդհանրապես չեն խանգարում մյուս օրգանելներին։
Ինչ է անհրաժեշտ սինթեզի համարսկյուռ
Գործընթացը շարունակելու համար անհրաժեշտ է, որ սպիտակուցի սինթեզի համակարգի բոլոր հիմնական բաղադրիչները լինեն տեղում՝
- Ծրագիր, որը սահմանում է ամինաթթուների մնացորդների կարգը շղթայում, մասնավորապես, mRNA, որն այս տեղեկատվությունը ԴՆԹ-ից կփոխանցի ռիբոսոմներ:
- Ամինաթթու նյութ, որից կկառուցվի նոր մոլեկուլ։
- tRNA, որը յուրաքանչյուր ամինաթթու կհասցնի ռիբոսոմին, կմասնակցի գենետիկ կոդի վերծանմանը:
- Ամինոացիլ-tRNA սինթետազ.
- Ռիբոսոմը սպիտակուցի կենսասինթեզի հիմնական տեղն է:
- Էներգիա.
- Մագնեզիումի իոններ.
- Սպիտակուցային գործոններ (յուրաքանչյուր փուլ ունի իր սեփականը):
Այժմ եկեք նայենք դրանցից յուրաքանչյուրին ավելի մանրամասն և պարզենք, թե ինչպես են ստեղծվում սպիտակուցները: Կենսասինթեզի մեխանիզմը շատ հետաքրքիր է, բոլոր բաղադրիչները գործում են անսովոր համակարգված կերպով։
Սինթեզի ծրագիր, մատրիցային որոնում
Ամբողջ տեղեկատվությունը այն մասին, թե մեր օրգանիզմը ինչ սպիտակուցներ կարող է կառուցել, պարունակվում է ԴՆԹ-ում: Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն օգտագործվում է գենետիկական տեղեկատվության պահպանման համար: Այն ապահով կերպով լցված է քրոմոսոմներում և գտնվում է միջուկի բջիջում (եթե խոսքը էուկարիոտների մասին է) կամ լողում է ցիտոպլազմայում (պրոկարիոտներում):
ԴՆԹ հետազոտությունից և դրա գենետիկ դերի ճանաչումից հետո պարզ դարձավ, որ այն թարգմանության ուղղակի ձևանմուշ չէ։ Դիտարկումները հանգեցրել են ենթադրությունների, որ ՌՆԹ-ն կապված է սպիտակուցի սինթեզի հետ: Գիտնականները որոշել են, որ այն պետք է լինի միջնորդ, տեղեկատվություն փոխանցի ԴՆԹ-ից ռիբոսոմներին, ծառայի որպես մատրիցա։
Միևնույն ժամանակ կայինՌիբոսոմները բաց են, նրանց ՌՆԹ-ն կազմում է բջջային ռիբոնուկլեինաթթվի ճնշող մեծամասնությունը: Ստուգելու համար, թե արդյոք դա սպիտակուցի սինթեզի մատրիցա է, Ա. Ն. Բելոզերսկին և Ա. Ս. Սպիրինը 1956-1957 թթ. իրականացրել է մեծ թվով միկրոօրգանիզմների նուկլեինաթթուների բաղադրության համեմատական վերլուծություն։
Ենթադրվում էր, որ եթե «DNA-rRNA-protein» սխեմայի գաղափարը ճիշտ է, ապա ընդհանուր ՌՆԹ-ի կազմը կփոխվի նույն կերպ, ինչ ԴՆԹ-ն: Սակայն, չնայած տարբեր տեսակների մեջ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի ահռելի տարբերություններին, ընդհանուր ռիբոնուկլեինաթթվի բաղադրությունը նման էր բոլոր դիտարկվող բակտերիաներում: Սրանից գիտնականները եզրակացրեցին, որ հիմնական բջջային ՌՆԹ-ն (այսինքն՝ ռիբոսոմը) ուղղակի միջնորդ չէ գենետիկական տեղեկատվության կրիչի և սպիտակուցի միջև։
mRNA-ի հայտնաբերում
Ավելի ուշ պարզվեց, որ ՌՆԹ-ի փոքր մասը կրկնում է ԴՆԹ-ի բաղադրությունը և կարող է ծառայել որպես միջնորդ: 1956թ.-ին Է. Վոլկինը և Ֆ. Աստրախանն ուսումնասիրեցին ՌՆԹ-ի սինթեզի գործընթացը բակտերիաներում, որոնք վարակված էին T2 բակտերիոֆագով: Բջիջ մտնելուց հետո այն անցնում է ֆագային սպիտակուցների սինթեզին։ Միաժամանակ ՌՆԹ-ի հիմնական մասը չի փոխվել։ Բայց բջջում սկսվեց նյութափոխանակության առումով անկայուն ՌՆԹ-ի փոքր հատվածի սինթեզը, որի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը նման էր ֆագային ԴՆԹ-ի կազմին:
1961 թվականին ռիբոնուկլեինաթթվի այս փոքր մասնաբաժինը մեկուսացվեց ՌՆԹ-ի ընդհանուր զանգվածից: Նրա միջնորդական ֆունկցիայի ապացույցները ձեռք են բերվել փորձերից։ Բջիջների T4 ֆագով վարակվելուց հետո ձևավորվել է նոր mRNA: Նա կապվեց հին վարպետների հետռիբոսոմներ (վարակվելուց հետո նոր ռիբոսոմներ չեն հայտնաբերվել), որոնք սկսեցին սինթեզել ֆագային սպիտակուցներ։ Պարզվել է, որ այս «ԴՆԹ-ի նման ՌՆԹ»-ն լրացնում է ֆագի ԴՆԹ-ի շղթաներից մեկին։
1961-ին Ֆ. Ջեյքոբը և Ջ. Մոնոդը առաջարկեցին, որ այս ՌՆԹ-ն տեղեկատվություն է փոխանցում գեներից մինչև ռիբոսոմներ և հանդիսանում է սպիտակուցի սինթեզի ընթացքում ամինաթթուների հաջորդական դասավորության մատրիցա:
Տեղեկատվության փոխանցումը սպիտակուցի սինթեզի վայր իրականացվում է mRNA-ի միջոցով: ԴՆԹ-ից տեղեկատվության ընթերցման և սուրհանդակային ՌՆԹ-ի ստեղծման գործընթացը կոչվում է տրանսկրիպցիա: Դրանից հետո ՌՆԹ-ն ենթարկվում է մի շարք լրացուցիչ փոփոխությունների, դա կոչվում է «մշակում»։ Ընթացքում մատրիցային ռիբոնուկլեինաթթուից կարելի է կտրել որոշակի հատվածներ։ Այնուհետև mRNA-ն գնում է դեպի ռիբոսոմներ:
Սպիտակուցների համար շինանյութ՝ ամինաթթուներ
Ընդհանուր առմամբ 20 ամինաթթու կա, դրանցից մի քանիսը էական են, այսինքն՝ օրգանիզմը չի կարող սինթեզել դրանք։ Եթե բջջի որոշ թթու բավարար չէ, դա կարող է հանգեցնել թարգմանության դանդաղեցմանը կամ նույնիսկ գործընթացի ամբողջական դադարեցմանը: Յուրաքանչյուր ամինաթթվի բավարար քանակությամբ առկայությունը սպիտակուցի կենսասինթեզի ճիշտ ընթացքի հիմնական պահանջն է:
Գիտնականները ամինաթթուների մասին ընդհանուր տեղեկություններ են ստացել դեռևս 19-րդ դարում: Այնուհետև 1820 թվականին մեկուսացվեցին առաջին երկու ամինաթթուները՝ գլիցինը և լեյցինը։
Այս մոնոմերների հաջորդականությունը սպիտակուցում (այսպես կոչված՝ առաջնային կառուցվածքը) ամբողջությամբ որոշում է դրա կազմակերպման հաջորդ մակարդակները, հետևաբար՝ ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները:
Ամինաթթուների փոխադրում՝ tRNA և aa-tRNA սինթետազ
Բայց ամինաթթուները չեն կարող իրենց վերածվել սպիտակուցային շղթայի: Որպեսզի նրանք հասնեն սպիտակուցի կենսասինթեզի հիմնական տեղամաս, անհրաժեշտ է տրանսֆերային ՌՆԹ:
Յուրաքանչյուր aa-tRNA սինթետազ ճանաչում է միայն իր սեփական ամինաթթուն և միայն tRNA-ն, որին այն պետք է կապված լինի: Պարզվում է, որ ֆերմենտների այս ընտանիքը ներառում է սինթետազների 20 տեսակ։ Մնում է միայն ասել, որ ամինաթթուները կցված են tRNA-ին, ավելի ճիշտ՝ նրա հիդրօքսիլ ընդունող «պոչին»։ Յուրաքանչյուր թթու պետք է ունենա իր փոխանցման ՌՆԹ: Սա վերահսկվում է aminoacyl-tRNA սինթետազով: Այն ոչ միայն համապատասխանեցնում է ամինաթթուները ճիշտ տեղափոխմանը, այլ նաև կարգավորում է էսթերային կապի ռեակցիան:
Հաջող կապակցման ռեակցիայից հետո tRNA-ն անցնում է սպիտակուցի սինթեզի վայր: Սրանով ավարտվում են նախապատրաստական գործընթացները և սկսվում է հեռարձակումը։ Դիտարկենք սպիտակուցների կենսասինթեզի հիմնական քայլերը :
- սկսում;
- երկարացում;
- դադարեցում.
Սինթեզի քայլեր. մեկնարկ
Ինչպե՞ս է տեղի ունենում սպիտակուցի կենսասինթեզը և դրա կարգավորումը: Գիտնականները երկար ժամանակ փորձում էին պարզել դա։ Բազմաթիվ վարկածներ առաջ քաշվեցին, բայց որքան ավելի արդիական էին դառնում սարքավորումները, այնքան ավելի լավ էինք սկսում հասկանալ հեռարձակման սկզբունքները։
Ռիբոսոմը՝ սպիտակուցի կենսասինթեզի հիմնական վայրը, սկսում է կարդալ mRNA-ն այն կետից, որտեղից սկսվում է նրա պոլիպեպտիդ շղթան կոդավորող մասը։ Այս կետը գտնվում է որոշակիհեռու սուրհանդակ ՌՆԹ-ի սկզբից: Ռիբոսոմը պետք է ճանաչի mRNA-ի այն կետը, որտեղից սկսվում է ընթերցումը և միանա դրան:
Initiation - իրադարձությունների մի շարք, որոնք ապահովում են հեռարձակման սկիզբը: Այն ներառում է սպիտակուցներ (նախաձեռնող գործոններ), նախաձեռնող tRNA և հատուկ նախաձեռնող կոդոն: Այս փուլում ռիբոսոմի փոքր ստորաբաժանումը կապվում է մեկնարկային սպիտակուցների հետ։ Նրանք թույլ չեն տալիս, որ այն կապվի մեծ ստորաբաժանման հետ: Բայց դրանք թույլ են տալիս կապվել նախաձեռնող tRNA-ի և GTP-ի հետ:
Այնուհետև այս համալիրը «նստում է» mRNA-ի վրա, հենց այն տեղում, որը ճանաչվում է մեկնարկային գործոններից մեկով: Սխալ չի կարող լինել, և ռիբոսոմը սկսում է իր ճանապարհորդությունը Սուրհանդակ ՌՆԹ-ով՝ կարդալով նրա կոդոնները:
Հենց կոմպլեքսը հասնում է մեկնարկային կոդոնին (AUG), ենթամիավորը դադարում է շարժվել և այլ սպիտակուցային գործոնների օգնությամբ կապվում է ռիբոսոմի մեծ ենթամիավորին։
Սինթեզի քայլեր. երկարացում
Ընթերցումը mRNA-ն ներառում է սպիտակուցային շղթայի հաջորդական սինթեզ պոլիպեպտիդով: Այն շարունակվում է՝ կառուցվող մոլեկուլին մեկը մյուսի հետևից ամինաթթուների մնացորդ ավելացնելով։
Յուրաքանչյուր նոր ամինաթթվի մնացորդ ավելացվում է պեպտիդի կարբոքսիլային ծայրին, C- վերջնամասն աճում է:
Սինթեզի քայլեր. դադարեցում
Երբ ռիբոսոմը հասնում է սուրհանդակային ՌՆԹ-ի ավարտական կոդոնին, պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզը դադարում է։ Իր ներկայությամբ օրգանելլը չի կարող ընդունել որևէ tRNA: Փոխարենը գործում են դադարեցման գործոնները: Նրանք ազատում են պատրաստի սպիտակուցը դադարեցված ռիբոսոմից։
ՀետոԹարգմանության ավարտից հետո ռիբոսոմը կարող է կամ լքել mRNA-ն կամ շարունակել սահել դրա երկայնքով՝ առանց թարգմանելու:
Ռիբոսոմի հանդիպումը նոր մեկնարկային կոդոնի հետ (նույն շղթայի վրա շարժման շարունակման ընթացքում կամ նոր mRNA-ի վրա) կհանգեցնի նոր մեկնարկի:
Պատրաստի մոլեկուլը դուրս գալով սպիտակուցի կենսասինթեզի հիմնական վայրից, այն պիտակավորվում և ուղարկվում է իր նպատակակետին: Թե ինչ գործառույթներ կկատարի այն, կախված է նրա կառուցվածքից:
Գործընթացի վերահսկում
Կախված նրանց կարիքներից՝ բջիջն ինքնուրույն կվերահսկի հեռարձակումը։ Սպիտակուցների կենսասինթեզի կարգավորումը շատ կարևոր գործառույթ է։ Դա կարելի է անել բազմաթիվ ձևերով։
Եթե բջիջը որևէ տեսակի միացության կարիք չունի, այն կդադարեցնի ՌՆԹ-ի կենսասինթեզը. սպիտակուցի կենսասինթեզը նույնպես կդադարի տեղի ունենալ: Ի վերջո, առանց մատրիցայի, ամբողջ գործընթացը չի սկսվի: Իսկ հին mRNA-ները արագ քայքայվում են։
Գոյություն ունի սպիտակուցի կենսասինթեզի մեկ այլ կարգավորում. բջիջը ստեղծում է ֆերմենտներ, որոնք խանգարում են մեկնարկային փուլին: Նրանք խանգարում են թարգմանությանը, նույնիսկ եթե ընթերցման մատրիցը հասանելի է:
Երկրորդ մեթոդն անհրաժեշտ է, երբ սպիտակուցի սինթեզը հենց հիմա պետք է անջատել: Առաջին մեթոդը ներառում է դանդաղ թարգմանության շարունակություն mRNA սինթեզի դադարեցումից հետո որոշ ժամանակով:
Բջիջը շատ բարդ համակարգ է, որտեղ ամեն ինչ հավասարակշռված է և յուրաքանչյուր մոլեկուլի ճշգրիտ աշխատանքը: Կարևոր է իմանալ բջջում տեղի ունեցող յուրաքանչյուր գործընթացի սկզբունքները: Այսպիսով, մենք կարող ենք ավելի լավ հասկանալ, թե ինչ է կատարվում հյուսվածքներում և ամբողջ մարմնում:
