1953 წელს ისეთი ნივთიერების მოლეკულური ორგანიზაციის პრინციპის აღმოჩენის შემდეგ, როგორიცაა დნმ, დაიწყო მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარება. გარდა ამისა, კვლევის პროცესში მეცნიერებმა გაარკვიეს, თუ როგორ ხდება დნმ-ის რეკომბინაცია, მისი შემადგენლობა და როგორ არის მოწყობილი ჩვენი ადამიანის გენომი.
ყოველდღე, მოლეკულურ დონეზე, რთული პროცესები მიმდინარეობს. როგორ არის მოწყობილი დნმ-ის მოლეკულა, რისგან შედგება? რა როლს ასრულებენ დნმ-ის მოლეკულები უჯრედში? მოდით დეტალურად ვისაუბროთ ორმაგი ჯაჭვის შიგნით მიმდინარე ყველა პროცესზე.
რა არის მემკვიდრეობითი ინფორმაცია?
მაშ, როგორ დაიწყო ეს ყველაფერი? ჯერ კიდევ 1868 წელს ნაპოვნი იქნა ბაქტერიების ბირთვებში. 1928 წელს კი ნ.კოლცოვმა წამოაყენა თეორია, რომ დნმ-ში არის დაშიფრული ყველა გენეტიკური ინფორმაცია ცოცხალი ორგანიზმის შესახებ. შემდეგ ჯ. უოტსონმა და ფ. კრიკმა 1953 წელს იპოვეს ახლა უკვე კარგად ცნობილი დნმ-ის სპირალის მოდელი, რისთვისაც მათ დაიმსახურეს აღიარება და ჯილდო - ნობელის პრემია.
მაინც რა არის დნმ? ეს ნივთიერება შედგება 2 კომბინირებული ძაფისგან, უფრო ზუსტად სპირალებისგან. ასეთი ჯაჭვის მონაკვეთს გარკვეული ინფორმაციით ეწოდება გენი.
დნმ ინახავს ყველა ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ რა სახის ცილები წარმოიქმნება და რა თანმიმდევრობით. დნმ მაკრომოლეკულა წარმოუდგენლად მოცულობითი ინფორმაციის მატერიალური მატარებელია, რომელიც ჩაწერილია ინდივიდუალური სამშენებლო ბლოკების - ნუკლეოტიდების მკაცრი თანმიმდევრობით. სულ 4 ნუკლეოტიდია, ისინი ერთმანეთს ავსებენ ქიმიურად და გეომეტრიულად. მეცნიერებაში შევსების, ანუ კომპლემენტარობის ეს პრინციპი მოგვიანებით იქნება აღწერილი. ეს წესი გადამწყვეტ როლს ასრულებს გენეტიკური ინფორმაციის კოდირებასა და დეკოდირებაში.
ვინაიდან დნმ-ის ჯაჭვი წარმოუდგენლად გრძელია, ამ თანმიმდევრობით გამეორება არ ხდება. ყველა ცოცხალ არსებას აქვს თავისი უნიკალური დნმ-ის ჯაჭვი.
დნმ-ის ფუნქციები
ფუნქციებში შედის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა და შთამომავლობაზე გადაცემა. ამ ფუნქციის გარეშე, სახეობის გენომის შენარჩუნება და განვითარება შეუძლებელია ათასწლეულების განმავლობაში. ორგანიზმები, რომლებმაც განიცადეს ძირითადი გენის მუტაციები, უფრო მეტად არ გადარჩებიან ან დაკარგავენ შთამომავლობის წარმოქმნის უნარს. ასე რომ, არსებობს ბუნებრივი დაცვა სახეობების გადაგვარებისგან.
კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფუნქციაა შენახული ინფორმაციის დანერგვა. უჯრედს არ შეუძლია რაიმე სასიცოცხლო პროტეინის შექმნა ინსტრუქციების გარეშე, რომლებიც ინახება ორმაგ ძაფში.
ნუკლეინის მჟავების შემადგენლობა
ახლა უკვე საიმედოდ ცნობილია რისგან შედგება თავად ნუკლეოტიდები, დნმ-ის სამშენებლო ბლოკები. ისინი მოიცავს 3 ნივთიერებას:
- ორთოფოსფორის მჟავა.
- აზოტოვანი ბაზა. პირიმიდინის ფუძეები – რომლებსაც აქვთ მხოლოდ ერთი რგოლი. მათ შორისაა თიმინი და ციტოზინი. პურინის ფუძეები, რომლებიც შეიცავს 2 რგოლს. ეს არის გუანინი და ადენინი.
- საქაროზა. დნმ შეიცავს დეზოქსირიბოზას, რნმ შეიცავს რიბოზას.
ნუკლეოტიდების რაოდენობა ყოველთვის უდრის აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობას. სპეციალურ ლაბორატორიებში ხდება ნუკლეოტიდის გაყოფა და მისგან აზოტოვანი ფუძის გამოყოფა. ასე რომ, ისინი სწავლობენ ამ ნუკლეოტიდების ინდივიდუალურ თვისებებს და მათში შესაძლო მუტაციებს.
მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ორგანიზების დონეები
არსებობს ორგანიზაციის 3 დონე: გენი, ქრომოსომული და გენომი. ახალი ცილის სინთეზისთვის საჭირო ყველა ინფორმაცია ჯაჭვის მცირე მონაკვეთში - გენშია. ანუ გენი ითვლება ინფორმაციის კოდირების ყველაზე დაბალ და მარტივ დონედ.
გენები, თავის მხრივ, იკრიბებიან ქრომოსომებად. მემკვიდრეობითი მასალის მატარებლის ასეთი ორგანიზაციის წყალობით, თვისებების ჯგუფები მონაცვლეობენ გარკვეული კანონების მიხედვით და გადაეცემა ერთი თაობიდან მეორეს. უნდა აღინიშნოს, რომ ორგანიზმში წარმოუდგენლად ბევრი გენი არსებობს, მაგრამ ინფორმაცია არ იკარგება, მაშინაც კი, როცა ის ბევრჯერ არის შერწყმული.
არსებობს რამდენიმე სახის გენი:
- მათი ფუნქციური დანიშნულების მიხედვით გამოიყოფა 2 ტიპი: სტრუქტურული და მარეგულირებელი თანმიმდევრობა;
- უჯრედში მიმდინარე პროცესებზე გავლენის მიხედვით გამოიყოფა: სუპერვიტალური, ლეტალური, პირობითად ლეტალური გენები, აგრეთვე მუტაციური და ანტიმუტაციური გენები.
გენები განლაგებულია ქრომოსომის გასწვრივ წრფივი თანმიმდევრობით. ქრომოსომებში ინფორმაცია შემთხვევით არ არის ფოკუსირებული, არსებობს გარკვეული რიგი. არსებობს კიდეც რუკა, სადაც ნაჩვენებია პოზიციები, ან გენის ლოკაციები. მაგალითად, ცნობილია, რომ მონაცემები ბავშვის თვალების ფერის შესახებ დაშიფრულია ქრომოსომა 18-ში.
რა არის გენომი? ეს არის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის მთელი ნაკრების სახელი სხეულის უჯრედში. გენომი ახასიათებს მთელ სახეობას და არა ცალკეულ ინდივიდს.
რა არის ადამიანის გენეტიკური კოდი?
ფაქტია, რომ ადამიანის განვითარების მთელი უზარმაზარი პოტენციალი ჩამოყალიბებულია უკვე ჩასახვის პერიოდში. ყველა მემკვიდრეობითი ინფორმაცია, რომელიც აუცილებელია ზიგოტის განვითარებისთვის და ბავშვის ზრდისთვის დაბადების შემდეგ, დაშიფრულია გენებში. დნმ-ის სექციები მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ყველაზე ძირითადი მატარებელია.
ადამიანებს აქვთ 46 ქრომოსომა, ანუ 22 სომატური წყვილი პლუს ერთი სქესის განმსაზღვრელი ქრომოსომა თითოეული მშობლისგან. ქრომოსომების ეს დიპლოიდური ნაკრები კოდირებს ადამიანის მთელ ფიზიკურ გარეგნობას, მის გონებრივ და ფიზიკურ შესაძლებლობებს და დაავადებებისადმი მიდრეკილებას. სომატური ქრომოსომა გარეგნულად არ განსხვავდება, მაგრამ ისინი სხვადასხვა ინფორმაციას ატარებენ, რადგან ერთი მათგანი მამისგანაა, მეორე კი დედისგან.
მამრობითი კოდი განსხვავდება ქალის კოდისგან ქრომოსომების ბოლო წყვილში - XY. ქალის დიპლოიდური ნაკრები არის ბოლო წყვილი, XX. მამრები იღებენ ერთ X ქრომოსომას ბიოლოგიური დედისგან, შემდეგ კი ის გადაეცემა მათ ქალიშვილებს. სქესის Y ქრომოსომა გადაეცემა ვაჟებს.
ადამიანის ქრომოსომა ზომით ძალიან განსხვავდება. მაგალითად, ყველაზე პატარა წყვილი ქრომოსომა არის #17. და ყველაზე დიდი წყვილი არის 1 და 3.
ორმაგი სპირალის დიამეტრი ადამიანებში მხოლოდ 2 ნმ-ია. დნმ იმდენად მჭიდროდ არის დახვეული, რომ უჯრედის პატარა ბირთვში ჯდება, თუმცა მისი ამოღების შემთხვევაში სიგრძე 2 მეტრამდე იქნება. სპირალის სიგრძე ასობით მილიონი ნუკლეოტიდია.
როგორ ხდება გენეტიკური კოდის გადაცემა?
მაშ, რა როლს ასრულებენ დნმ-ის მოლეკულები უჯრედში გაყოფის დროს? გენები - მემკვიდრეობითი ინფორმაციის მატარებლები - სხეულის ყველა უჯრედშია. იმისათვის, რომ მათი კოდი გადასცეს ქალიშვილ ორგანიზმს, ბევრი არსება თავის დნმ-ს ყოფს 2 იდენტურ სპირალში. ამას რეპლიკაცია ჰქვია. რეპლიკაციის პროცესში დნმ იხსნება და სპეციალური „მანქანები“ ავსებენ თითოეულ ჯაჭვს. გენეტიკური სპირალის გაყოფის შემდეგ ბირთვი და ყველა ორგანელა დაყოფას იწყებს, შემდეგ კი მთელი უჯრედი.
მაგრამ ადამიანს გენის გადაცემის განსხვავებული პროცესი აქვს – სექსუალური. მამისა და დედის ნიშნები შერეულია, ახალი გენეტიკური კოდი შეიცავს ინფორმაციას ორივე მშობლისგან.
მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვა და გადაცემა შესაძლებელია დნმ-ის სპირალის რთული ორგანიზაციის გამო. ყოველივე ამის შემდეგ, როგორც ვთქვით, ცილების სტრუქტურა დაშიფრულია გენებში. ჩასახვის დროს შექმნის შემდეგ, ეს კოდი კოპირდება მთელი ცხოვრების განმავლობაში. ორგანოს უჯრედების განახლებისას კარიოტიპი (ქრომოსომების პირადი ნაკრები) არ იცვლება. ინფორმაციის გადაცემა ხორციელდება სქესის გამეტების - მამრობითი და მდედრობითი სქესის დახმარებით.
მხოლოდ ვირუსებს, რომლებიც შეიცავს რნმ-ის ერთ ჯაჭვს, არ შეუძლიათ თავიანთი ინფორმაციის გადაცემა შთამომავლებისთვის. ამიტომ, გამრავლებისთვის მათ სჭირდებათ ადამიანის ან ცხოველის უჯრედები.
მემკვიდრეობითი ინფორმაციის დანერგვა
უჯრედის ბირთვში მუდმივად მიმდინარეობს მნიშვნელოვანი პროცესები. ქრომოსომებში ჩაწერილი ყველა ინფორმაცია გამოიყენება ამინომჟავებისგან ცილების შესაქმნელად. მაგრამ დნმ-ის ჯაჭვი არასოდეს ტოვებს ბირთვს, ამიტომ აქ საჭიროა კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ნაერთი, რნმ. მხოლოდ რნმ-ს შეუძლია შეაღწიოს ბირთვულ მემბრანაში და ურთიერთქმედება დნმ-ის ჯაჭვთან.
დნმ-ისა და რნმ-ის 3 ტიპის ურთიერთქმედების გზით ხდება ყველა კოდირებული ინფორმაციის რეალიზება. რა დონეზეა მემკვიდრეობითი ინფორმაციის დანერგვა? ყველა ურთიერთქმედება ხდება ნუკლეოტიდის დონეზე. მესინჯერი რნმ აკოპირებს დნმ-ის ჯაჭვის სეგმენტს და მოაქვს ეს ასლი რიბოსომამდე. აქ იწყება ახალი მოლეკულის ნუკლეოტიდების სინთეზი.
იმისათვის, რომ mRNA-მ დააკოპიროს ჯაჭვის აუცილებელი ნაწილი, სპირალი იშლება და შემდეგ, გადაკოდირების პროცესის დასრულების შემდეგ, კვლავ აღდგება. უფრო მეტიც, ეს პროცესი შეიძლება მოხდეს ერთდროულად 1 ქრომოსომის 2 მხარეს.
კომპლემენტარობის პრინციპი
ისინი შედგება 4 ნუკლეოტიდისგან - ეს არის ადენინი (A), გუანინი (G), ციტოზინი (C), თიმინი (T). ისინი დაკავშირებულია წყალბადის ბმებით კომპლემენტარობის წესის მიხედვით. ე. ჩარგაფის ნაშრომებმა დაეხმარა ამ წესის დამკვიდრებას, ვინაიდან მეცნიერმა შენიშნა ამ ნივთიერებების ქცევაში გარკვეული ნიმუშები. ე. ჩარგაფმა აღმოაჩინა, რომ ადენინის და თიმინის მოლური თანაფარდობა ერთის ტოლია. და ანალოგიურად, გუანინის და ციტოზინის თანაფარდობა ყოველთვის ერთის ტოლია.
მის ნაშრომზე დაყრდნობით გენეტიკოსებმა შექმნეს ნუკლეოტიდების ურთიერთქმედების წესი. კომპლემენტარობის წესი ამბობს, რომ ადენინი აერთიანებს მხოლოდ თიმინს, ხოლო გუანინი ციტოზინს. სპირალის გაშიფვრისა და რიბოსომაში ახალი ცილის სინთეზის დროს, მონაცვლეობის ეს წესი ხელს უწყობს საჭირო ამინომჟავის სწრაფად პოვნას, რომელიც მიმაგრებულია გადამტან რნმ-ზე.
რნმ და მისი ტიპები
რა არის მემკვიდრეობითი ინფორმაცია? ნუკლეოტიდები დნმ-ის ორმაგ ჯაჭვში. რა არის რნმ? Რაარის მისი სამუშაო? რნმ, ანუ რიბონუკლეინის მჟავა ხელს უწყობს დნმ-დან ინფორმაციის ამოღებას, მის გაშიფვრას და, კომპლემენტარობის პრინციპის საფუძველზე, უჯრედებისთვის აუცილებელი ცილების შექმნას.
საერთო ჯამში იზოლირებულია რნმ-ის 3 ტიპი. თითოეული მათგანი მკაცრად ასრულებს თავის ფუნქციას.
- საინფორმაციო (mRNA), ან მას ასევე უწოდებენ მატრიცას. ის პირდაპირ მიდის უჯრედის ცენტრში, ბირთვში. ის ერთ-ერთ ქრომოსომაში პოულობს ცილის ასაშენებლად აუცილებელ გენეტიკურ მასალას და აკოპირებს ორმაგი ჯაჭვის ერთ-ერთ მხარეს. კოპირება კვლავ ხდება კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით.
- ტრანსპორტიარის პატარა მოლეკულა, რომელსაც ერთ მხარეს აქვს ნუკლეოტიდური დეკოდერები, ხოლო მეორე მხარეს მთავარი კოდის შესაბამისი ამინომჟავები. tRNA-ს ამოცანაა მისი მიწოდება „საამქროში“, ანუ რიბოსომაში, სადაც ის ასინთეზებს საჭირო ამინომჟავას.
- rRNA არის რიბოსომული.ის აკონტროლებს წარმოებული ცილის რაოდენობას. შედგება 2 ნაწილისაგან - ამინომჟავისა და პეპტიდური ადგილისგან.
დეკოდირებისას ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ რნმ-ს არ აქვს თიმინი. თიმინის ნაცვლად აქ არის ურაცილი. მაგრამ შემდეგ, ცილის სინთეზის პროცესში, tRNA-სთან ერთად, ის მაინც სწორად აყალიბებს ყველა ამინომჟავას. თუ ინფორმაციის გაშიფვრაში რაიმე წარუმატებლობაა, მაშინ ხდება მუტაცია.
დაზიანებული დნმ-ის მოლეკულის აღდგენა
დაზიანებული ორმაგი ძაფის შეკეთების პროცესს რეპარაცია ეწოდება. აღდგენის პროცესში ხდება დაზიანებული გენების ამოღება.
შემდეგ ელემენტების საჭირო თანმიმდევრობა ზუსტად რეპროდუცირებულია და ჯდება იმავე ადგილას ჯაჭვზე, საიდანაც იგი იქნა ამოღებული. ეს ყველაფერი სპეციალური ქიმიკატების - ფერმენტების წყალობით ხდება.
რატომ ხდება მუტაციები?
რატომ იწყებს ზოგიერთი გენი მუტაციას და წყვეტს თავისი ფუნქციის შესრულებას - სასიცოცხლო მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შენახვას? ეს გამოწვეულია დეკოდირების შეცდომით. მაგალითად, თუ ადენინი შემთხვევით შეიცვალა თიმინით.
ასევე არსებობს ქრომოსომული და გენომიური მუტაციები. ქრომოსომული მუტაციები ხდება მაშინ, როდესაც მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ნაწილი აკლია, დუბლირებულია ან თუნდაც სხვა ქრომოსომაში გადატანილი და ინტეგრირებული.
გენომური მუტაციები ყველაზე სერიოზულია. მათი მიზეზი ქრომოსომების რაოდენობის ცვლილებაა. ანუ, როდესაც წყვილის ნაცვლად - დიპლოიდური ნაკრები, კარიოტიპში იმყოფება ტრიპლოიდური ნაკრები.
ტრიპლოიდური მუტაციის ყველაზე ცნობილი მაგალითია დაუნის სინდრომი, რომლის დროსაც ქრომოსომების პერსონალური ნაკრები არის 47. ასეთ ბავშვებში 21-ე წყვილის ნაცვლად 3 ქრომოსომა ყალიბდება.
ასევე არსებობს ისეთი მუტაცია, როგორიცაა პოლიპლოიდი. მაგრამ პოლიპლოიდი გვხვდება მხოლოდ მცენარეებში.
გენეტიკური კოდი- დნმ-ის მოლეკულაში ინფორმაციის ჩაწერის გზა ცილაში ამინომჟავების რაოდენობისა და რიგის შესახებ.
Თვისებები:
სამმაგი - ერთი ამინომჟავა დაშიფრულია სამი ნუკლეოტიდით
გადახურვის გარეშე - ერთი და იგივე ნუკლეოტიდი არ შეიძლება იყოს ერთდროულად ორი ან მეტი სამეულის ნაწილი
ერთმნიშვნელოვნება (სპეციფიკურობა) - გარკვეული კოდონი შეესაბამება მხოლოდ ერთს
უნივერსალურობა - გენეტიკური კოდი ერთნაირად მუშაობს სხვადასხვა დონის სირთულის ორგანიზმებში - ვირუსებიდან ადამიანებამდე
დეგენერაცია (ზედმეტობა) - რამდენიმე კოდონი შეიძლება შეესაბამებოდეს იმავე ამინომჟავას.
14. პროკარიოტებსა და ევკარიოტებში მემკვიდრეობითი ინფორმაციის განხორციელების ეტაპები.
დნმ-ის რეპლიკაცია (სინთეზი).
დნმ-ის სინთეზი ყოველთვის იწყება მკაცრად განსაზღვრულ წერტილებში. ფერმენტი ტოპოიზომერაზა ხსნის სპირალს. ჰელიკაზა არღვევს წყალბადურ კავშირებს დნმ-ის ძაფებს შორის და ქმნის რეპლიკაციის ჩანგალს. SSB ცილები ხელს უშლის წყალბადის ბმების ხელახლა წარმოქმნას.
რნმ პრიმაზა სინთეზირებს რნმ-ის მოკლე ფრაგმენტებს (პრაიმერებს), რომლებიც მიმაგრებულია 3' ბოლოზე.
დნმ პოლიმერაზა იწყება პრაიმერიდან და ასინთეზებს ქალიშვილურ ჯაჭვს (5 "3") -
დნმ-ის ერთი ჯაჭვის სინთეზის მიმართულება ემთხვევა რეპლიკაციის ჩანგლის მოძრაობის მიმართულებას, ამიტომ ეს ჯაჭვი განუწყვეტლივ სინთეზირდება. აქ სინთეზი სწრაფად მიმდინარეობს. მეორე ჯაჭვის სინთეზის მიმართულება რეპლიკაციის ჩანგლის საპირისპიროა. ამრიგად, ამ ჯაჭვის სინთეზი ხდება ცალკეული მონაკვეთების სახით და მიმდინარეობს ნელა (ოკაზაკის ფრაგმენტები).
დნმ-ის მომწიფება: რნმ-ის პრაიმერები იშლება, სრულდება დაკარგული ნუკლეოტიდები, დნმ-ის ფრაგმენტები უერთდება ლიგაზას გამოყენებით. ტოპოიზომერაზა ხსნის სპირალს.
მემკვიდრეობითი ინფორმაციის განხორციელების ეტაპები (ევკარიოტებში)
1. ტრანსკრიფცია
2.დამუშავება
3. თარგმანი
4. თარგმანის შემდგომი ცვლილებები
მაუწყებლობა- რნმ-ის მოლეკულის სინთეზი დნმ-ის მოლეკულაზე დაფუძნებული. ძირითადი ფერმენტი არის რნმ პოლიმერაზა.
რნმ პოლიმერაზამ უნდა აღიაროს პრომოტორი და ურთიერთქმედება მასთან. პრომოტორი არის დნმ-ის სპეციალური განყოფილება, რომელიც მდებარეობს გენის ინფორმაციული ნაწილის წინ. პრომოტორთან ურთიერთქმედება აუცილებელია რნმ პოლიმერაზას გასააქტიურებლად. გააქტიურებისას რნმ პოლიმერაზა არღვევს წყალბადურ კავშირებს დნმ-ის ჯაჭვებს შორის.
რნმ-ის სინთეზი ყოველთვის ხდება გარკვეული კოდოგენური დნმ-ის ჯაჭვის გასწვრივ.ამ ჯაჭვზე პრომოტორი მდებარეობს მე-3' ბოლოსთან უფრო ახლოს.
რნმ-ის სინთეზი ხდება კომპლემენტარობისა და ანტიპარალელიზმის პრინციპების მიხედვით.
რნმ პოლიმერაზა აღწევს გაჩერების კოდონს (ტერმინატორი ან ტერმინაციული კოდონი) ეს არის სიგნალი სინთეზის შეჩერების შესახებ. ფერმენტი ინაქტივირებულია, გამოიყოფა დნმ-ისგან და გამოიყოფა ახლად სინთეზირებული დნმ-ის მოლეკულა - პირველადი ტრანსკრიპტი - პრო-რნმ. დნმ-ის თავდაპირველი სტრუქტურა აღდგენილია.
ევკარიოტული გენის სტრუქტურული მახასიათებლები:
ევკარიოტებში გენები მოიცავს სხვადასხვა ფუნქციის რეგიონებს.
ა) ინტრონები - დნმ-ის (გენის) ფრაგმენტები, რომლებიც არ ახდენენ ცილაში ამინომჟავების კოდირებას
ბ) ეგზონები არის დნმ-ის სექციები, რომლებიც კოდირებენ ამინომჟავებს ცილაში.
გენის უწყვეტი ბუნება აღმოაჩინეს რობერტსმა და შარპმა (Nob. Prize 1903).
სხვადასხვა გენში ინტრონებისა და ეგზონების რაოდენობა მნიშვნელოვნად განსხვავდება.
დამუშავება(მომწიფება)
პირველადი ტრანსკრიპტი მწიფდება და წარმოიქმნება მომწიფებული მესინჯერი რნმ-ის მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს რიბოზომებზე ცილის სინთეზში.
რნმ-ის 5" ბოლოში წარმოიქმნება სპეციალური ადგილი (სტრუქტურა) - CEP ან თავსახური. CEP უზრუნველყოფს ურთიერთქმედებას რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფთან.
რნმ-ის 3" ბოლოზე მიმაგრებულია ადენინის (პოლიA) მატარებელი ნუკლეოტიდების 100-დან 200-მდე მოლეკულა. ცილის სინთეზის დროს ეს ნუკლეოტიდები თანდათან იშლება, polyA-ს განადგურება არის სიგნალი რნმ-ის მოლეკულების განადგურებისთვის.
ზოგიერთ რნმ ნუკლეოტიდს ემატება CH 3 ჯგუფი - მეთილაცია. ეს ზრდის დნმ-ის წინააღმდეგობას ციტოპლაზმური ფერმენტების მოქმედების მიმართ.
Splicing - ინტრონები ამოჭრილია და ეგზონები ერთმანეთთან არის შეკერილი. რესტრიქციული ფერმენტი შლის, ლიგაზას ჯვარედინი კავშირები)
სექსუალურ მესინჯერ რნმ მოიცავს:
ლიდერი უზრუნველყოფს მაცნე რნმ-ის შეკავშირებას რიბოსომის ქვედანაყოფთან.
SC - დაწყების კოდონი - იგივეა ყველა მესინჯერის რნმ-ისთვის, კოდირებს ამინომჟავას
კოდირების რეგიონი - კოდირებს ამინომჟავებს ცილაში.
Stop codon - სიგნალი ცილის სინთეზის შესაჩერებლად.
დამუშავების დროს ხდება ციტოპლაზმაში მკაცრი შერჩევა, პირველადი ტრანსკრიპტების რაოდენობის მოლეკულების დაახლოებით 10% გამოიყოფა ბირთვიდან.
ალტერნატიული შერწყმა
ადამიანს აქვს 25-30 ათასი გენი.
თუმცა ადამიანებში დაახლოებით 100 ათასი ცილა იზოლირებულია.
ალტერნატიული შერწყმა არის სიტუაცია, როდესაც ერთი და იგივე გენი უზრუნველყოფს იგივე პრორნმ-ის მოლეკულების სინთეზს სხვადასხვა ქსოვილის უჯრედებში. სხვადასხვა უჯრედში ეგზონებსა და ინტრონებს შორის რაოდენობა და საზღვრები განსხვავებულად არის განსაზღვრული. შედეგად, სხვადასხვა mRNAs მიიღება ერთი და იგივე პირველადი ტრანსკრიპტებიდან და სინთეზირდება სხვადასხვა ცილები.
ალტერნატიული შეჯვარება დადასტურებულია ადამიანის გენების დაახლოებით 50%-ისთვის.
თარგმანი არის რიბოსომებზე პეპტიდური ჯაჭვის აწყობის პროცესი mRNA-ში მოცემული ინფორმაციის მიხედვით.
1. დაწყება (დასაწყისი)
2. დრეკადობა (მოლეკულის დრეკადობა)
3. შეწყვეტა (დასრულება)
ინიცირება.
matrRNA მოლეკულა კონტაქტშია რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფთან CEP-ის დახმარებით. რნმ-ის ლიდერი უკავშირდება რიბოსომის ქვედანაყოფს. ტრანსპრნმ, რომელიც ატარებს სატრანსპორტო მჟავას მეთიონინს, მიმაგრებულია საწყისი კოდონთან. შემდეგ რიბოსომის დიდი ქვედანაყოფი უერთდება. მთელ რიბოსომაში იქმნება ორი აქტიური ცენტრი: ამინოაცილი და პეპტიდილი. ამინოაცილი თავისუფალია, ხოლო პეპტიდილს იკავებს tRNA მეთიონინით.
დრეკადობა.
ამინოაცილის ცენტრი შეიცავს mRNA-ს, რომლის ანტიკოდონი შეესაბამება კოდირებულს.
ამის შემდეგ რიბოსომა გადაინაცვლებს mRNA-სთან შედარებით 1 კოდონით.ამ შემთხვევაში გამოიყოფა ამინოაცილის ცენტრი. mRNA მდებარეობს პეპტიდილის ცენტრში და უკავშირდება მეორე ამინომჟავას. პროცესი ციკლურად მეორდება.
3. შეწყვეტა
გაჩერების კოდონი შემოდის ამინოაცილ ცენტრში, რომელსაც სპეციალური ცილა ცნობს, ეს არის ცილის სინთეზის შეჩერების სიგნალი. რიბოსომის ქვედანაყოფები გამოყოფილია, ათავისუფლებს mRNA და პოლიპეპტიდი კვლავ სინთეზირებულია.
4. თარგმანის შემდგომი ცვლილებები.
ტრანსლაციის დროს წარმოიქმნება პოლიპეპტიდის პირველადი სტრუქტურა, ეს საკმარისი არ არის ცილის ფუნქციების შესასრულებლად, ამიტომ ცილა იცვლება, რაც უზრუნველყოფს მის აქტივობას.
ჩამოყალიბდა:
ა) მეორადი სტრუქტურა (წყალბადის ბმები)
ბ) გლობული - მესამეული სტრუქტურა (დისულფიდური ბმები)
გ) მეოთხეული სტრუქტურა – ჰემოგლობინი
დ) გლიკოზილაცია - შაქრის ნარჩენების (ანტისხეულების) მიმაგრება ცილაზე
ე) დიდი პოლიპეპტიდის დაშლა რამდენიმე ფრაგმენტად.
განსხვავებები მემკვიდრეობითი ინფორმაციის განხორციელებაში პროკარიოტებსა და ევკარიოტებში:
1. პროკარიოტებს აკლიათ ეგზონები და ინტრონები, ამიტომ არ არსებობს დამუშავებისა და შერწყმის ეტაპები.
2. პროკარიოტებში ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია ერთდროულად ხდება, ე.ი. რნმ-ის სინთეზი მიმდინარეობს და დნმ-ის სინთეზი უკვე იწყება.
3. ევკარიოტებში სხვადასხვა ტიპის რნმ-ის სინთეზს სხვადასხვა ფერმენტი აკონტროლებს. პროკარიოტებში ყველა სახის რნმ სინთეზირდება ერთი ფერმენტით.
4. ევკარიოტებში თითოეულ გენს აქვს თავისი უნიკალური პრომოტორი, პროკარიოტებში ერთ პრომოტორს შეუძლია გააკონტროლოს რამდენიმე გენის მუშაობა.
5. მხოლოდ პროკარიოტებს აქვთ ოპერანული სისტემა
XX საუკუნის პირველ მეოთხედში. ნაჩვენებია, რომ ელემენტარული მემკვიდრეობითი თვისებები განპირობებულია მემკვიდრეობის მატერიალური ერთეულებით - ქრომოსომებში ლოკალიზებული გენებით, სადაც ისინი განლაგებულია თანმიმდევრულად ერთმანეთის მიყოლებით ხაზოვანი თანმიმდევრობით. ამის საფუძველზე განვითარდა T.X. Morgan მემკვიდრეობის ქრომოსომის თეორია,რისთვისაც მან მიიღო 1933 წლის ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში "მემკვიდრეობაში ქრომოსომების როლის შესახებ აღმოჩენებისთვის".
მეცნიერები ასევე ცდილობდნენ დაედგინათ გენის აქტივობის „პროდუქტები“, ანუ ის მოლეკულები, რომლებიც სინთეზირდება მათ კონტროლის ქვეშ მყოფ უჯრედებში. ეფრუსის, ბიდლისა და ტატუმის ნაშრომებში, მეორე მსოფლიო ომის წინა დღეს, წამოაყენეს იდეა, რომ გენები აწარმოებენ ცილებს, მაგრამ ამისათვის გენმა უნდა შეინახოს ინფორმაცია კონკრეტული ცილის (ფერმენტის) სინთეზისთვის. დნმ-ში შემავალი ინფორმაციის რეალიზაციისა და მისი ცილის სახით გადაქცევის რთული მექანიზმი მხოლოდ გასული საუკუნის 60-იან წლებში აღმოაჩინეს.
გენეტიკური კოდი.იდეა, რომ ინფორმაცია ცილის პირველადი სტრუქტურის შესახებ დაშიფრულია გენში, წარმოადგინა ფ. კრიკმა თავის ნაშრომში. თანმიმდევრობის ჰიპოთეზა,რომლის მიხედვითაც გენის სტრუქტურული ელემენტების თანმიმდევრობა განსაზღვრავს ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობას სინთეზირებულ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. ჰიპოთეზის ავტორი ვარაუდობს, რომ კოდი, სავარაუდოდ, სამმაგია, რომ კოდირების ერთეული წარმოდგენილია დნმ-ის სამი ბაზის წყვილით, რომლებიც განლაგებულია გარკვეული თანმიმდევრობით. მართლაც, დნმ-ის ოთხი ბაზის წყვილი: A-T, T-A, G-C, C-G - შეუძლია მხოლოდ 4 ამინომჟავის კოდირება, თუ დავუშვებთ, რომ თითოეული წყვილი შეესაბამება ერთ ამინომჟავას. ცნობილია, რომ ცილები შედგება 20 ძირითადი ამინომჟავისგან. თუ ვივარაუდებთ, რომ თითოეული ამინომჟავა შეესაბამება ორ ბაზის წყვილს, მაშინ 16 ამინომჟავა (4 2) შეიძლება იყოს კოდირებული. ეს ასევე არ არის საკმარისი. ოთხი ბაზის წყვილის სამმაგი კოდით შეიძლება შეიქმნას 64 კოდონი (4 3) და ეს საკმარისზე მეტია 20 ამინომჟავის კოდირებისთვის. ექსპერიმენტული მტკიცებულება იმის შესახებ, რომ გენეტიკური კოდი სამმაგია, გამოქვეყნდა 1961 წელს (F. Crick et al.). იმავე წელს მოსკოვის V საერთაშორისო ბიოქიმიურ კონგრესზე, მ.ნირენბერგმა და ჯ. მატეიმ მოხსენება მოახდინეს პირველი კოდონის (UUU - ფენილალანინის კოდონი) დეკოდირების შესახებ და, რაც მთავარია, შემოგვთავაზეს მეთოდი შემადგენლობის დასადგენად. კოდონები ცილის სინთეზის უჯრედულ სისტემაში.
მაშინვე გაჩნდა ორი კითხვა: არის თუ არა კოდი გადახურული და არის თუ არა კოდი გადაგვარებული?
თუ კოდონები ერთმანეთს ემთხვევა, მაშინ ერთი წყვილი ფუძის ჩანაცვლება გამოიწვევს სინთეზირებულ ცილაში ერთდროულად ორი ან სამი ამინომჟავის ჩანაცვლებას. სინამდვილეში ეს არ ხდება და გენეტიკური კოდი განიხილება გადახურვის გარეშე.
კოდი არის დეგენერატივინაიდან თითქმის ყველა ამინომჟავა ასოცირდება ერთზე მეტ კოდონთან, რაც განსაზღვრავს მათ განლაგებას სინთეზირებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვის პირველად სტრუქტურაში. მხოლოდ ორი ამინომჟავა - მეთიონინი და ტრიპტოფანი - ასოცირდება ერთ კოდონთან - AUG და UGG, შესაბამისად. პოლიპეპტიდური ჯაჭვის პირველადი სტრუქტურაში სამი ამინომჟავის - არგინინის, ლეიცინისა და სერინის თითოეული განლაგება განისაზღვრება ექვსი კოდონით და ა.შ. (იხ. ცხრილი 3.2).
გენეტიკური კოდის მახასიათებლებს შორის არის ასევე მისი მრავალმხრივობა(ძირითადად ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის ერთნაირია). თუმცა, ამ წესიდან გამონაკლისებიც იქნა ნაპოვნი. 1981 წელს დასრულდა ადამიანის მიტოქონდრიული დნმ-ის სრული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის განსაზღვრა, რომელიც შეიცავს 16569 ნუკლეოტიდურ წყვილს. მიღებული შედეგები მიუთითებს, რომ უმაღლესი და ქვედა ევკარიოტების მიტოქონდრიული გენომები, რომლებიც ასახავს ფუნქციების დაახლოებით ერთნაირ კომპლექტს, ხასიათდება ზოგიერთი კოდონის სემანტიკური მნიშვნელობით, ანტიკოდონ-კოდონის ამოცნობის წესებით და ზოგადი სტრუქტურული ორგანიზებით. ასე რომ, აღმოჩნდა, რომ ჩვეულებრივი უნივერსალური კოდისგან განსხვავებით, AUA კოდონი იზოლეიცინის ნაცვლად მეთიონინს აკოდირებს, ხოლო AGA და AGG ტრიპლეტები არგინინის კოდონები კი არა, შეწყვეტის სიგნალებია. გადაცემები; ტრიპტოფანი დაშიფრულია როგორც UGG ტრიპლეტით, ასევე UGA ტრიპლეტით, რომელიც ჩვეულებრივ ფუნქციონირებს როგორც ტერმინატორის კოდონი.
გენეტიკურ კოდში ერთი და იგივე ამინომჟავის სხვადასხვა კოდონები, ანუ სინონიმური კოდონები, თითქმის ყოველთვის ერთ კვადრატშია და ერთმანეთისგან განსხვავდებიან სამი ნუკლეოტიდის ბოლოში (გამონაკლისია მხოლოდ არგინინის, სერენიუმის და ლეიცინის კოდონები. , რომელთაც აქვთ ექვსი კოდონი, რომლებიც ვერ ეტევა ერთ კვადრატში, სადაც მხოლოდ ოთხი კოდონი ჯდება). გენეტიკურ კოდს აქვს წაკითხვის წრფივი რიგი და ხასიათდება კოლინარობით , ანუ mRNA-ში კოდონების განლაგების თანმიმდევრობის დამთხვევა სინთეზირებული ნახევარდიპეპტიდური ჯაჭვის ამინომჟავების განლაგების თანმიმდევრობას.
სინთეზიპროტეინი გალიაში. გენების რეპროდუქცია და მოქმედება დაკავშირებულია მატრიცულ პროცესებთან: მაკრომოლეკულების - დნმ, რნმ, ცილების სინთეზი. რეპლიკაცია უკვე განიხილება ზემოთ, როგორც პროცესი, რომელიც უზრუნველყოფს გენეტიკური ინფორმაციის რეპროდუქციას. გენის თანამედროვე თეორია, მოლეკულური გენეტიკის მიღწევა, მთლიანად ეყრდნობა ბიოქიმიის წარმატებას მატრიცული პროცესების შესწავლაში. პირიქით, გენეტიკური ანალიზის მეთოდს მნიშვნელოვანი წვლილი მიუძღვის მატრიცული პროცესების შესწავლაში, რომლებიც თავად არიან გენეტიკური კონტროლის ქვეშ. განვიხილოთ გენის მოქმედება, რომელიც უზრუნველყოფს ტრანსკრიფცია,ან რნმ-ის სინთეზი და გადაცემა,ან ცილის სინთეზს.
ტრანსკრიფციადნმ, ეს - ნუკლეოტიდური წყვილების თანმიმდევრობით კოდირებული გენეტიკური ინფორმაციის გადატანა ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულიდან ერთჯაჭვიანი რნმ-ის მოლეკულაში. რნმ-ის სინთეზის შაბლონი არის დნმ-ის მხოლოდ ერთი ჯაჭვი, ე.წ სემანტიკური.
ტრანსკრიფციაში, ისევე როგორც სხვა მატრიცულ პროცესებში, არსებობს სამი ეტაპი: დაწყება, გახანგრძლივებადა შეწყვეტა.ფერმენტს, რომელიც ახორციელებს ამ პროცესს, ეწოდება დნმ-დამოკიდებულ რნმ პოლიმერაზას, ან უბრალოდ რნმ~პოლიმერაზა;ამ შემთხვევაში, პოლირიბონუკლეოტიდის (რნმ) პოლიმერიზაცია ხდება მზარდი ჯაჭვის 5 "3" ბოლოდან მიმართულებით.
ორგანიზმების სიცოცხლისა და განვითარებისათვის აუცილებელი ფერმენტების და სხვა ცილების სინთეზი ძირითადად ხდება ინტერფაზის პირველ ეტაპზე, დნმ-ის რეპლიკაციის დაწყებამდე.
ტრანსკრიფციის შედეგად გენის დნმ-ში ჩაწერილი მემკვიდრეობითი ინფორმაცია სწორედ გადაწერილი(გადაწერილი) სიბნელის ნუკლეოტიდურ მიმდევრობაში. mRNA სინთეზი იწყება ტრანსკრიფციის დაწყების ადგილზე ე.წ პრომოუტერი.პრომოტორი მდებარეობს გენის წინ და მოიცავს დაახლოებით 80 ბაზის წყვილს (ვირუსებსა და ბაქტერიებში ეს რეგიონი შეესაბამება დნმ-ის სპირალის დაახლოებით ერთ ბრუნს და მოიცავს დაახლოებით 10 ბაზის წყვილს). პრომოტორული ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობები ხშირად შეიცავს AT-ების წყვილებს, რის გამოც მათ ასევე უწოდებენ TATA თანმიმდევრობებს.
ტრანსკრიფცია ხორციელდება რნმ პოლიმერაზას ფერმენტების დახმარებით. ევკარიოტებში ცნობილია რნმ პოლიმერაზების სამი ტიპი: I - პასუხისმგებელი rRNA-ს სინთეზზე, II - mRNA-ს სინთეზზე; III - tRNA და დაბალი მოლეკულური წონის rRNA სინთეზისთვის - 5S RNA.
რნმ პოლიმერაზა ძლიერად უკავშირდება პრომოტორს და ჰყოფს დამატებითი ჯაჭვების ნუკლეოტიდებს. შემდეგ ეს ფერმენტი იწყებს მოძრაობას გენის გასწვრივ (დნმ-ის მოლეკულა) და ჯაჭვების გათიშვისას იწვევს mRNA-ს (მნიშვნელოვანი) სინთეზს ერთ-ერთ მათგანზე, დამატებითი პრინციპის მიხედვით, ადენინს უმატებს თიმინს, ურაცილს ადენინს. , გუანინი ციტოზინამდე და ციტოზინი გუანინით. დნმ-ის ის სექციები, რომლებზეც პოლიმერაზა წარმოქმნის mRNA, ხელახლა უკავშირდება და სინთეზირებული mRNA მოლეკულა თანდათან გამოეყოფა დნმ-ს. mRNA სინთეზის დასასრული განისაზღვრება ტრანსკრიპციის გაჩერების ადგილით -- ტერმინატორი.პრომოტორისა და ტერმინატორის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობები აღიარებულია სპეციალური ცილებით, რომლებიც არეგულირებენ რნმ პოლიმერაზას აქტივობას.
ბირთვიდან გასვლამდე, mRNA-ს საწყის ნაწილს (5 "ბოლო) ემატება მეთილირებული გუანინის ნარჩენი, რომელსაც ეწოდება "ქუდი", და დაახლოებით 200 ადენილის მჟავას ნარჩენი ემატება mRNA (3" - ბოლო) ბოლოში. ამ ფორმით, მომწიფებული mRNA გადის ბირთვული მემბრანის მეშვეობით ციტოპლაზმაში რიბოსომამდე და აერთიანებს მას. ითვლება, რომ ევკარიოტებში mRNA-ს „ქუდი“ მონაწილეობს რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფთან მის შეკავშირებაში.
მაუწყებლობა mRNA.ეს არის ცილის სინთეზი რიბოზომებზე, რომელიც მიმართულია mRNA შაბლონით. ამ შემთხვევაში, ინფორმაცია ითარგმნება ნუკლეინის მჟავების ოთხასოიანი ანბანიდან პოლიპეპტიდური ჯაჭვების ამინომჟავების თანმიმდევრობის ოცასოიან ანბანზე.
ამ პროცესში სამი ეტაპია.
თავისუფალი ამინომჟავების გააქტიურება – წარმოქმნა ამინოაცილადენილატებიამინომჟავების ATP-თან ურთიერთქმედების შედეგად თითოეული ამინომჟავისთვის სპეციფიკური ფერმენტების კონტროლის ქვეშ. ეს ფერმენტები არიან ამინოაცილტრნმ სინთაზა- მონაწილეობა მიიღოთ შემდეგ ეტაპზე.
tRNA-ს ამინოაცილირება არის ამინომჟავის ნარჩენების მიმაგრება tRNA-სთან tRNA-სა და ამინოაცილ-tRNA სინთეზაზას კომპლექსის ამინოაცილადენილატებთან ურთიერთქმედებით. ამ შემთხვევაში, თითოეული ამინომჟავის ნარჩენი ერთვის tRNA-ს მის სპეციფიკურ კლასს.
რეალურად ამინომჟავების ნარჩენების ტრანსლაცია ან პოლიმერიზაცია პეპტიდური ბმების წარმოქმნით.
ამრიგად, ტრანსლაციის დროს, mRNA-ში ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა ითარგმნება სინთეზირებული ცილის მოლეკულაში ამინომჟავების შესაბამის, მკაცრად მოწესრიგებულ თანმიმდევრობაში. ტრანსლაციის პროცესი მოიცავს mRNA, რიბოზომებს, tRNA, ამინოაცილ-tRNA სინთეზებს.
სიგნალი მაუწყებლობის დაწყებაპრო- და ევკარიოტებში OUT კოდონი გამოიყენება, თუ ის მდებარეობს mRNA-ს დასაწყისში. ამ შემთხვევაში, მას "აღიარებს" სპეციალიზებული ინიციატორი ფორმილმეთიონინი (ბაქტერიებში) ან მეთიონინი (ევკარიოტებში) tRNA. სხვა შემთხვევებში, AUG კოდონი "იკითხება" როგორც მეთიონინი. კოდონი GUG ასევე შეიძლება გახდეს დაწყების სიგნალი. ეს ურთიერთქმედება ხდება რიბოსომაზე მის ამინოაცილ ცენტრში (A-ცენტრი), რომელიც უპირატესად მდებარეობს რიბოსომის მცირე ქვეერთეულზე.
მესინჯერ რნმ-ის AUG კოდონის, რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფის და ფორმილმეთიონილ-ტრნმ-ის ფორმირების ურთიერთქმედება საინიციაციო კომპლექსი.ამ ურთიერთქმედების არსი იმაში მდგომარეობს, რომ იგი ანიჭებს თავის ანტიკოდს mRNA-ზე AUG კოდონს.
UAC არის tRNA, რომელმაც დაიპყრო და ატარებს ამინომჟავის მეთიონინის მოლეკულას (ბაქტერიებში, ინიციატორი არის tRNA, რომელიც ატარებს ფორმილმეთიონინს). შემდეგ ამ კომპლექსს უერთდება რიბოსომის დიდი ქვედანაყოფი (50S*), რომელიც შედგება რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფისგან (30S*), mRNA და tRNA. შედეგად, წარმოიქმნება სრულად აწყობილი რიბოსომა, მათ შორის ერთი mRNA მოლეკულა და ინიციატორი tRNA ამინომჟავით. რიბოსომას აქვს ამინოაცილიდა პეპტიდილიცენტრები.
პირველი ამინომჟავა (მეთიონინი) პირველად შედის ამინოაცილ ცენტრში. რიბოსომის უფრო დიდი ქვედანაყოფის მიმაგრების პროცესში mRNA მოძრაობს ერთი კოდონის, tRNA გადადის ამინოაცილის ცენტრიდან პეპტიდილის ცენტრში. შემდეგი mRNA კოდონი შედის ამინოაცილ ცენტრში, რომელსაც შეუძლია დაუკავშირდეს შემდეგი ამინოაცილ-tRNA-ს ანტიკოდონს. ამ მომენტიდან იწყება თარგმანის მეორე ეტაპი - დრეკადობა,რომლის დროსაც მრავალჯერ მეორდება ამინომჟავის მოლეკულების მზარდი პოლიპეპტიდური ჯაჭვის მიმაგრების ციკლი. ასე რომ, მესინჯერი რნმ-ის კოდონის შესაბამისად, მეორე tRNA მოლეკულა, რომელიც ატარებს შემდეგ ამინომჟავას, შედის რიბოსომის ამინოაცილის ცენტრში. ეს tRNA უკავშირდება თავის ანტიკოდონს mRNA-ს დამატებით კოდონს. დაუყოვნებლივ, პეპტიცილტრანსფერაზას საშუალებით, წინა ამინომჟავა (მეთიონინი) უკავშირდება მისი კარბოქსილის ჯგუფის (COOH) ამინოჯგუფს (NH 2) ახლად მიწოდებული ამინომჟავის. მათ შორის იქმნება პეპტიდური კავშირი. ამ შემთხვევაში, წყლის მოლეკულა გამოიყოფა:
შედეგად, mRNA, რომელიც აწვდის მეთიონინს, გამოიყოფა და დიპეპტიდი უკვე მიმაგრებულია tRNA-ს ამინოაცილ ცენტრში. დრეკადობის პროცესის შემდგომი განხორციელებისთვის, ამინოაცილის ცენტრი უნდა განთავისუფლდეს, რაც ხდება.
ტრანსლაციის პროცესის შედეგად დიპეპტიდილ-tRNA კომპლექსი ამინოაცილის ცენტრიდან პეპტიდილში გადადის. ეს გამოწვეულია რიბოსომის გადაადგილებით ერთი კოდონით ფერმენტის მონაწილეობით ტრანსლოკაზებსდა ცილის დრეკადობის ფაქტორი. გამოთავისუფლებული tRNA და mRNA კოდონი, რომელიც მასზე იყო შეკრული, გამოდის რიბოსომიდან. შემდეგი tRNA აწვდის ამინომჟავას დაცლილ ამინოაცილ ცენტრს იქ მიღებული კოდონის შესაბამისად. ეს ამინომჟავა დაკავშირებულია წინა ამინომჟავასთან პეპტიდური კავშირით. ამ შემთხვევაში, რიბოსომა წინ მიიწევს კიდევ ერთი კოდონის წინ და პროცესი მეორდება მანამ, სანამ სამი დამთავრებული კოდონიდან ერთ-ერთი (არააზროვანი კოდონები), ანუ UAA, UAG ან UGA არ შევა ამინოაცილის ცენტრში.
მას შემდეგ, რაც ტერმინალური კოდონი შედის რიბოსომის ამინოაცილის ცენტრში, იწყება პოლიპეპტიდების სინთეზის მესამე ეტაპი - შეწყვეტა.იგი იწყება ცილის შეწყვეტის ერთ-ერთი ფაქტორის მიმაგრებით mRNA ტერმინაციის კოდონთან, რაც იწვევს ჯაჭვის შემდგომი გაგრძელების ბლოკირებას. სინთეზის შეწყვეტა იწვევს სინთეზირებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვისა და რიბოსომის ქვედანაყოფების განთავისუფლებას, რომლებიც გათავისუფლების შემდეგ იშლება და შეუძლიათ მონაწილეობა მიიღონ შემდეგი პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზში.
თარგმნის მთელ პროცესს თან ახლავს GTP (გუანოზინტრიფოსფატი) მოლეკულების დაშლა და აუცილებელია დამატებითი ცილოვანი ფაქტორების მონაწილეობა, რომლებიც სპეციფიკურია დაწყების პროცესებისთვის (დაწყების ფაქტორები), დრეკადობის (დრეკადობის ფაქტორები) და შეწყვეტის (შეწყვეტის ფაქტორები). ეს ცილები არ არის რიბოსომის განუყოფელი ნაწილი, მაგრამ მიმაგრებულია მას გადათარგმნის გარკვეულ ეტაპებზე. ზოგადად, თარგმნის პროცესი ყველა ორგანიზმში ერთნაირია.
ცილის სინთეზის პროცესი ძალიან რთულია. გარდა აღნიშნულისა, მის დინებას უზრუნველყოფს მრავალი სხვა ფერმენტი. ზე ე. coli დაახლოებით 100 გენი აღმოაჩინეს, რომლებიც აკონტროლებენ პოლიპეპტიდების სინთეზს და სხვადასხვა ელემენტების წარმოქმნას, რომლებიც ქმნიან მთარგმნელობით აპარატს. ვინაიდან mRNA მოლეკულა საკმაოდ გრძელია, რამდენიმე რიბოსომა შეიძლება შეუერთდეს მას. ერთ mRNA მოლეკულასთან ასოცირებულ თითოეულ რიბოსომაში ხდება ერთი და იგივე ცილის მოლეკულების სინთეზი, თუმცა ეს სინთეზი სხვადასხვა ეტაპზეა, რაც განისაზღვრება იმით, თუ რომელი მათგანი ადრე და რომელი მოგვიანებით შევიდა კონტაქტში mRNA მოლეკულასთან. როდესაც რიბოსომა მოძრაობს mRNA-ს გასწვრივ (მისი 5"- Z "- დასასრულამდე), ჯაჭვის საწყისი ადგილი იხსნება, მასზე იკრიბება შემდეგი აქტიური რიბოსომის კომპლექსი და პოლიპეპტიდის სინთეზი კვლავ იწყება იმავე შაბლონზე. როდესაც რამდენიმე აქტიური რიბოსომა ურთიერთქმედებს ერთ mRNA მოლეკულასთან, პოლირიბოსომა,ან პოლისომა.
ცილის სინთეზის დროს წარმოქმნილი პოლიპეპტიდური ჯაჭვები განიცდის ტრანსლაციურ ტრანსფორმაციას და შემდგომ ასრულებენ თავის სპეციფიკურ ფუნქციებს. პირველადი სტრუქტურაპოლიპეპტიდი განისაზღვრება მასში ამინომჟავების თანმიმდევრობით. პოლიპეპტიდური ჯაჭვები სპონტანურად ქმნიან გარკვეულ მეორადისტრუქტურა, რომელიც განისაზღვრება ამინომჟავების ნარჩენების გვერდითი ჯგუფების ბუნებით (α-სპირალი, დაკეცილი β-ფენა, შემთხვევითი ხვეული). ყველა ეს და სხვა სტრუქტურული მახასიათებელი განსაზღვრავს ზოგიერთ ფიქსირებულ სამგანზომილებიან კონფიგურაციას, რომელსაც ე.წ მესამეული(ან პოლიპეპტიდის სივრცითი) სტრუქტურა,რაც არსებითად ასახავს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სამგანზომილებიან სივრცეში დაკეცვის გზას.
ცილები შეიძლება შედგებოდეს ერთი ან მეტი პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან. მეორე შემთხვევაში მათ ეძახიან ოლიგომერული ცილები.მათ ახასიათებთ გარკვეული მეოთხეული სტრუქტურა.ეს ტერმინი ეხება ცილის ზოგად კონფიგურაციას, რომელიც წარმოიქმნა მისი ყველა შემადგენელი პოლიპეპტიდური ჯაჭვის კავშირის დროს. კერძოდ, ადამიანის ჰემოგლობინის სტრუქტურული მოდელი მოიცავს ორ α-ჯაჭვს და ორ β-ჯაჭვს, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული და ქმნიან მეოთხეულ ცილის სტრუქტურას.
პოლიპეპტიდების სინთეზის სიზუსტე დამოკიდებულია კოდონებსა და ანტიკოდონებს შორის წყალბადის ბმების სისტემის სწორ ფორმირებაზე. რიბოზომების დახმარებით შემდეგი პეპტიდური ბმის დახურვამდე მოწმდება კოდონ-ანტიკოდონური წყვილის წარმოქმნის სისწორე. პირდაპირი მტკიცებულება რიბოზომების აქტიური როლის სასარგებლოდ კოდონ-ანტიკოდონური ბმის კომპლემენტარობის კონტროლში არის მუტაციების აღმოჩენა, რომელიც ცვლის რიბოსომურ ცილებს და, შესაბამისად, გავლენას ახდენს ტრანსლაციის სიზუსტეზე. მუტაციები განხილული იქნება მე-6 თავში.
გენეტიკური ინფორმაციის სპეციალიზებული გადაცემა. რნმ-ის რეპლიკაცია.ცნობილია სამი სახის პროცესი, რომლის ფარგლებშიც ხორციელდება გენეტიკური ინფორმაციის სპეციალიზებული გადაცემა. ერთ-ერთი მათგანი - ინფორმაციის გადაცემა რნმ-დან რნმ-ზე - შეიძლება დაფიქსირდეს მხოლოდ ვირუსებით ინფიცირებულ უჯრედებში, რომელთა გენეტიკური მასალა წარმოდგენილია რნმ-ით. ეს არის, კერძოდ, თამბაქოს მოზაიკის ვირუსი და მრავალი სხვა მცენარეული ვირუსი, რნმ-ის შემცველი ბაქტერიოფაგები და ზოგიერთი სხვა ცხოველური ვირუსი, როგორიცაა პოლიოვირუსები. ეს ვირუსული გენომიური რნმ-ები, ერთჯაჭვიანი ან ორჯაჭვიანი, ატარებენ გენებს, რომლებიც აკოდირებენ სპეციფიკურ რნმ-ის რეპლიკასებს, რომლებსაც შეუძლიათ დამატებითი რნმ-ის მოლეკულების სინთეზირება რნმ-ის შაბლონიდან. მათ, თავის მხრივ, შეუძლიათ გამოიყენონ შაბლონები მშობლის რნმ-ის ჯაჭვების ასლების სინთეზისთვის ანალოგიურად. გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემა რნმ-დან რნმ-ზე ასევე ეფუძნება დამატებითი ბაზების პრინციპს მშობელი და შვილობილი რნმ-ის ჯაჭვებში.
საპირისპირო ტრანსკრიფცია.გენეტიკური ინფორმაციის ამ ტიპის სპეციალიზებული გადაცემა არა დნმ-დან რნმ-ში, არამედ პირიქით რნმ-დან დნმ-ში, აღმოაჩინეს ცხოველთა უჯრედებში, რომლებიც ინფიცირებულია გარკვეული ტიპის ვირუსებით. ეს არის რნმ-ის შემცველი ვირუსების სპეციალური ტიპი, რომელსაც ე.წ რეტროვირუსები.ახლა დადგენილია, რომ ვირუსის სხვა სახეობა არის დნმ-ის შემცველი ჰეპატიტის ვირუსი. ATმის განვითარებაში ასევე იყენებს ინფორმაციის გადაცემას რნმ-დან დნმ-ზე.
რეტროვირუსები შეიცავს ერთჯაჭვიან რნმ-ის მოლეკულებს, თითოეულ ვირუსულ ნაწილაკს აქვს რნმ გენომის ორი ასლი, ანუ ამ ტიპის ვირუსები დიპლოიდური ვირუსების ერთადერთი ცნობილი სახეობაა. ისინი პირველად აღმოაჩინეს ცხოველებში სიმსივნის წარმოქმნის უნარით. ამ ტიპის პირველი ვირუსი აღწერილია 1911 წელს. პეპტონ რუსმა, რომელმაც ქათმებში ინფექციური სარკომა აღმოაჩინა.
მას შემდეგ, რაც რეტროვირუსის რნმ შედის მასპინძელ უჯრედში, ვირუსის გენომი განიცდის საპირისპირო ტრანსკრიფცია.ამ შემთხვევაში ჯერ წარმოიქმნება რნმ-დნმ დუპლექსი, შემდეგ კი ორჯაჭვიანი დნმ. ეს საფეხურები წინ უსწრებს ვირუსული გენების გამოხატვას ცილის დონეზე და რნმ გენომის ფორმირებას.
ფერმენტს, რომელიც კატალიზებს რნმ-ის დამატებით კოპირებას დნმ-ის წარმოქმნით, ეწოდება საპირისპირო ტრანსკრიპტაზა.ის შეიცავს რეტროვირუსულ ნაწილაკებს (ვირიონებს) და აქტიურდება მას შემდეგ, რაც ვირუსი შედის უჯრედში და ანადგურებს მის ლიპიდურ-გლიკოპროტეინურ გარსს.
სულ უფრო მეტი მტკიცებულება არსებობს, რომ საპირისპირო ტრანსკრიფცია ასევე ხდება სხვადასხვა ეუკარიოტულ უჯრედებში და უკუ ტრანსკრიპტაზა მნიშვნელოვან როლს ასრულებს გენომის გადაკეთების პროცესებში.
რეტროვირუსის საპირისპირო ტრანსკრიპტაზები არსებითად არის დნმ პოლიმერაზები, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას in vitro როგორც დნმ-ის შაბლონი. თუმცა, ისინი ბევრად უფრო ეფექტურად მუშაობენ რნმ-ზე. ისევე როგორც ყველა დნმ პოლიმერაზას, საპირისპირო ტრანსკრიპტაზებს არ შეუძლიათ ახალი დნმ-ის ჯაჭვების სინთეზის დაწყება. მაგრამ თუ სინთეზი უკვე დაწყებულია პრაიმერის რნმ-ით ან დნმ-ის 3' ბოლოთი, მაშინ ფერმენტი ეფექტურად ასრულებს სინთეზს დნმ-ის ჯაჭვის გამოყენებით, როგორც შაბლონი.
რეტროვირუსები დადასტურდა, რომ ძალიან სასარგებლო ინსტრუმენტია თანამედროვე გენეტიკური ინჟინერიის კვლევაში. ისინი ემსახურებიან როგორც წყაროს პრაქტიკულად სუფთა საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას მისაღებად, ფერმენტი, რომელიც დიდ როლს ასრულებს ევკარიოტული გენების კლონირებაზე დაფუძნებულ მრავალ კვლევაში. ამრიგად, გაწმენდილი ინდივიდუალური mRNA, რომელიც აკოდირებს მკვლევარისთვის საინტერესო ცილას, როგორც წესი, ბევრად უფრო ადვილია იზოლირება, ვიდრე ამ ცილის კოდირების გენომის დნმ-ის ფრაგმენტი. შემდეგ ამ mRNA-ს დნმ-ის ასლი შეიძლება გაკეთდეს საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას გამოყენებით და ჩასვათ შესაფერის პლაზმიდში სასურველი დნმ-ის კლონირებისთვის და მნიშვნელოვანი რაოდენობით წარმოებისთვის.
დნმ-ის თარგმანი.გენეტიკური ინფორმაციის სპეციალიზებული გადაცემის მესამე ტიპი დნმ-დან პირდაპირ ცილაზე დაფიქსირდა მხოლოდ ლაბორატორიაში in vitro. ამ პირობებში ზოგიერთმა ანტიბიოტიკმა, კერძოდ სტრეპტომიცინმა და ნეომიცინმა, რომლებიც ურთიერთქმედებენ რიბოსომებთან, შეუძლიათ შეცვალონ თავიანთი თვისებები ისე, რომ რიბოსომები იწყებენ ერთჯაჭვიანი დნმ-ის შაბლონად გამოყენებას mRNA-ს ნაცვლად, საიდანაც ბაზის თანმიმდევრობა პირდაპირ ითარგმნება. სინთეზირებული პოლიპეპტიდის ამინომჟავების თანმიმდევრობა.
1. მიეცით ცნებების განმარტებები.
გენეტიკური კოდი
- სამი ნუკლეოტიდის კომბინაციების ნაკრები, რომელიც აკოდირებს 20 ტიპის ამინომჟავას, რომლებიც ქმნიან პროტეინს.
სამეული- სამი ზედიზედ ნუკლეოტიდი.
ანტიკოდონირეგიონი tRNA-ში, რომელიც შედგება სამი დაუწყვილებელი ნუკლეოტიდისგან, რომელიც სპეციალურად უკავშირდება mRNA კოდონს.
ტრანსკრიფცია
- რნმ-ის სინთეზის პროცესი დნმ-ის შაბლონის გამოყენებით, რომელიც ხდება ყველა ცოცხალ უჯრედში.
მაუწყებლობა- ამინომჟავებიდან ცილის სინთეზის პროცესი mRNA (mRNA) შაბლონზე, რომელსაც ახორციელებს რიბოსომა.
2. შეადარეთ „გენეტიკური ინფორმაციის“ და „გენეტიკური კოდის“ ცნებები. რა არის მათი ფუნდამენტური განსხვავებები?
გენეტიკური ინფორმაცია - ინფორმაცია ცილების სტრუქტურის შესახებ, დაშიფრულია გენებში ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის - გენეტიკური კოდის გამოყენებით.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, გენეტიკური კოდი არის გენეტიკური ინფორმაციის ჩაწერის პრინციპი. ინფორმაცია არის ინფორმაცია, ხოლო კოდი არის ის, თუ როგორ ხდება ინფორმაციის გადაცემა.
3. შეავსეთ კლასტერი „გენეტიკური კოდის თვისებები“.
თვისებები: სამეული, ცალსახა, ზედმეტი, გადახურვის გარეშე, პოლარობა, უნივერსალურობა.
4. რა ბიოლოგიური მნიშვნელობა აქვს გენეტიკური კოდის სიჭარბეს?
ვინაიდან 20 ამინომჟავაზე 61 კოდონია, რომლებიც ქმნიან ცილებს, ზოგიერთი ამინომჟავა დაშიფრულია ერთზე მეტი კოდონით (ე.წ. კოდის დეგენერაცია).
ეს სიჭარბე ზრდის კოდის სანდოობას და ცილის ბიოსინთეზის მთელ მექანიზმს.
5. ახსენით რა არის მატრიცის სინთეზის რეაქციები. რატომ ეძახიან ასე?
ეს არის ცოცხალ უჯრედებში რთული პოლიმერული მოლეკულების სინთეზი, რომელიც ხდება მატრიცაზე დაშიფრული უჯრედის გენეტიკური ინფორმაციის საფუძველზე (დნმ-ის მოლეკულა, რნმ). შაბლონის სინთეზი ხდება დნმ-ის რეპლიკაციის, ტრანსკრიფციის და ტრანსლაციის დროს. ის საფუძვლად უდევს საკუთარი სახის რეპროდუცირების პროცესს.
6. დახაზეთ tRNA მოლეკულა და დაასახელეთ მისი ძირითადი ნაწილები.
7. შეავსეთ ცხრილი.
ორგანული ნივთიერებების როლი ცილების ბიოსინთეზში
8. დნმ-ის ერთ-ერთ ჯაჭვს აქვს შემდეგი ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა:
C-T-T-A-A-C-A-C-C-C-C-T-G-A-C-G-T-G-A-C-G-C-G-G-C-C-G
დაწერეთ ამ ჯაჭვზე სინთეზირებული mRNA-ს სტრუქტურა. როგორი იქნება რიბოსომაში ამ ინფორმაციის საფუძველზე სინთეზირებული ცილის ფრაგმენტის ამინომჟავის შემადგენლობა?
mRNA
G-A-A-U-U-G-U-G-G-G-G-A-C-U-G-C-A-C-U-G-C-G-C-C-G-G-C-
პოლიპეპტიდური ჯაჭვი
გლუ-ლე-ტრპ-გლი-ლეი-გის-ცის-ალა-გლი.
9. დახაზეთ ცილის სინთეზის პროცესი.
10. შეავსეთ ცხრილი.
მემკვიდრეობითი ინფორმაციის უჯრედში განხორციელების ეტაპები
11. წაიკითხეთ § 2.10 და მოამზადეთ პასუხი კითხვაზე: „რატომ არის გენეტიკური კოდის გაშიფვრა ჩვენი დროის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მეცნიერული აღმოჩენა?
გენეტიკური კოდის გაშიფვრა, ანუ თითოეული კოდონის „მნიშვნელობის“ და გენეტიკური ინფორმაციის წაკითხვის წესების დადგენა, მოლეკულური ბიოლოგიის ერთ-ერთ ყველაზე გასაოცარ მიღწევად ითვლება.
დადასტურებულია, რომ კოდი უნივერსალურია საცხოვრებლად. კოდის აღმოჩენა და გაშიფვრა დაგეხმარებათ იპოვოთ სხვადასხვა ქრომოსომული და გენომიური დაავადებების მკურნალობის გზები, შეისწავლოს მეტაბოლური პროცესების მექანიზმი უჯრედულ და მოლეკულურ დონეზე.
ექსპერიმენტული მონაცემების უზარმაზარი რაოდენობა სწრაფად გროვდება. დნმ-ის კვლევის ახალი ეტაპი დაიწყო. მოლეკულური ბიოლოგია გადაიქცა ბევრად უფრო რთულ სუპრამოლეკულურ და ფიჭურ სისტემებზე. შესაძლებელი გახდა ევკარიოტების მოლეკულურ გენეტიკასთან დაკავშირებულ პრობლემებთან მიახლოება, ონტოგენეზის ფენომენებთან.
12. აირჩიეთ სწორი პასუხი.
ტესტი 1
ცილის სინთეზი არ შეიძლება მოხდეს:
2) ლიზოსომაში;
ტესტი 2
ტრანსკრიფცია არის:
3) mRNA-ს სინთეზი დნმ-ზე;
ტესტი 3
ყველა ამინომჟავა, რომლებიც ქმნიან ცილას, კოდირებულია:
4) 64 სამეული.
ტესტი 4
თუ ცილის სინთეზისთვის ავიღებთ ზღვის ბასის რიბოზომებს, ფერმენტებს და ამინომჟავებს ნაცრისფერი ყვავისაგან, სწრაფი ხვლიკის ATP, გარეული კურდღლის mRNA, მაშინ ცილა სინთეზირდება:
4) გარეული კურდღელი.
13. გენეტიკური კოდის თვისებებსა და მათ მახასიათებლებს შორის შესაბამისობის დადგენა.
გენეტიკური კოდის თვისებები
1. სამეული
3. უნიკალურობა
4. მრავალმხრივობა
5. გადახურვის გარეშე
6. პოლარობა
დამახასიათებელი
ა. თითოეული ნუკლეოტიდი მხოლოდ ერთი სამეულის ნაწილია
ბ. გენეტიკური კოდი დედამიწის ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის ერთნაირია
B. ერთი ამინომჟავა კოდირებულია სამი თანმიმდევრული ნუკლეოტიდით
D. ზოგიერთი სამეული განსაზღვრავს თარგმანის დასაწყისს და დასასრულს
E. თითოეული ტრიპლეტი აკოდირებს მხოლოდ ერთ სპეციფიკურ ამინომჟავას.
E. ამინომჟავა შეიძლება განისაზღვროს ერთზე მეტი სამეულით.
14. ჩადეთ დაკარგული ელემენტი.
ნუკლეოტიდი - ასო
სამეული - სიტყვა
გენი - წინადადება
15. განმარტეთ სიტყვის (ტერმინის) წარმოშობა და ზოგადი მნიშვნელობა, მისი შემადგენელი ფესვების მნიშვნელობიდან გამომდინარე.
16. ამოირჩიეთ ტერმინი და აუხსენით, როგორ შეესაბამება მისი თანამედროვე მნიშვნელობა მისი ფესვების თავდაპირველ მნიშვნელობას.
არჩეული ტერმინია ტრანსკრიფცია.
კორესპონდენცია - ტერმინი შეესაბამება მის თავდაპირველ მნიშვნელობას, რადგან ხდება გენეტიკური ინფორმაციის გადატანა დნმ-დან რნმ-ზე.
17. ჩამოაყალიბეთ და ჩამოწერეთ § 2.10-ის ძირითადი იდეები.
ცოცხალ ორგანიზმებში გენეტიკური ინფორმაცია აღირიცხება გენეტიკური კოდის გამოყენებით. კოდი არის სამი ნუკლეოტიდის (სამმაგი) კომბინაციების ერთობლიობა, რომელიც აკოდირებს 20 ტიპის ამინომჟავას, რომლებიც ქმნიან პროტეინს. კოდს აქვს თვისებები:
1. სამეული
2. დეგენერაცია (ჭარბი რაოდენობა)
3. უნიკალურობა
4. მრავალმხრივობა
5. გადახურვის გარეშე
6. პოლარობა.
პროცესები, რომლებითაც რთული პოლიმერული მოლეკულები სინთეზირდება ცოცხალ უჯრედებში, ხდება მატრიცაზე კოდირებული უჯრედის გენეტიკური ინფორმაციის საფუძველზე (დნმ-ის მოლეკულა, რნმ). მატრიქსის სინთეზი არის დნმ-ის რეპლიკაცია, ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია.
გახსოვდეს!
როგორია ცილების და ნუკლეინის მჟავების სტრუქტურა?
გრძელი ცილის ჯაჭვები აგებულია მხოლოდ 20 სხვადასხვა ტიპის ამინომჟავისგან, რომლებსაც აქვთ საერთო სტრუქტურული გეგმა, მაგრამ განსხვავდებიან ერთმანეთისგან რადიკალის სტრუქტურით. შემაერთებელი, ამინომჟავის მოლეკულები ქმნიან ეგრეთ წოდებულ პეპტიდურ კავშირებს. სპირალის სახით ტრიალდება, ცილოვანი ძაფი იძენს ორგანიზაციის უფრო მაღალ დონეს - მეორად სტრუქტურას. და ბოლოს, პოლიპეპტიდი ხვდება და ქმნის ხვეულს (გლობულს). სწორედ ცილის ეს მესამეული სტრუქტურაა მისი ბიოლოგიურად აქტიური ფორმა, რომელსაც აქვს ინდივიდუალური სპეციფიკა. თუმცა, მთელი რიგი ცილებისთვის, მესამეული სტრუქტურა არ არის საბოლოო. მეორადი სტრუქტურა არის პოლიპეპტიდური ჯაჭვი, რომელიც ხვეულია სპირალში. მეორად სტრუქტურაში უფრო ძლიერი ურთიერთქმედებისთვის, ინტრამოლეკულური ურთიერთქმედება ხდება –S–S– სულფიდური ხიდების დახმარებით სპირალის მოხვევებს შორის. ეს უზრუნველყოფს ამ სტრუქტურის სიმტკიცეს. მესამეული სტრუქტურა არის მეორადი სპირალური სტრუქტურა, გადაგრეხილი გლობულებად - კომპაქტური სიმსივნის სახით. ეს სტრუქტურები უზრუნველყოფს უჯრედებში მაქსიმალურ ძალას და მეტ სიმრავლეს სხვა ორგანულ მოლეკულებთან შედარებით.
დნმ არის ორმაგი სპირალი, რნმ არის ნუკლეოტიდების ერთი ჯაჭვი.
რა ტიპის რნმ იცით?
i-RNA, t-RNA, r-RNA.
i-RNA - სინთეზირებულია ბირთვში დნმ-ის შაბლონზე, არის ცილის სინთეზის საფუძველი.
tRNA არის ამინომჟავების ტრანსპორტირება ცილის სინთეზის ადგილზე - რიბოზომებში.
სად იქმნება რიბოსომის ქვედანაყოფები?
rRNA - სინთეზირებულია ბირთვის ბირთვებში და ქმნის თავად უჯრედის რიბოზომებს.
რა ფუნქცია აქვს რიბოზომებს უჯრედში?
ცილის ბიოსინთეზი - ცილის მოლეკულის შეკრება
გადახედეთ კითხვებს და დავალებებს
1. გაიხსენეთ „სიცოცხლის“ ცნების სრული განმარტება.
ფ. ენგელსი „სიცოცხლე არის ცილოვანი სხეულების არსებობის გზა, რომლის არსებითი წერტილი არის ნივთიერებების მუდმივი გაცვლა მათ გარშემო არსებულ გარე ბუნებასთან და ამ მეტაბოლიზმის შეწყვეტასთან ერთად სიცოცხლეც ჩერდება, რაც იწვევს ცილების დაშლას. და არაორგანულ სხეულებში შეიძლება მოხდეს ნივთიერებების მსგავსი გაცვლა, რაც ყველგან ხდება დროთა განმავლობაში, ვინაიდან ქიმიური მოქმედებები ყველგან ხდება, თუნდაც ძალიან ნელა. მაგრამ განსხვავება მდგომარეობს იმაში, რომ არაორგანული სხეულების შემთხვევაში მეტაბოლიზმი ანადგურებს მათ, ხოლო ორგანული სხეულების შემთხვევაში ეს მათი არსებობის აუცილებელი პირობაა.
2. დაასახელეთ გენეტიკური კოდის ძირითადი თვისებები და განმარტეთ მათი მნიშვნელობა.
კოდი არის სამმაგი და ზედმეტი - 4 ნუკლეოტიდიდან შეგიძლიათ შექმნათ 64 სხვადასხვა სამეული, ე.ი. კოდი 64 ამინომჟავისთვის, მაგრამ მხოლოდ 20 გამოიყენება ცოცხალში.
კოდი ცალსახაა - თითოეული ტრიპლეტი მხოლოდ ერთ ამინომჟავას შიფრავს.
გენებს შორის არის სასვენი ნიშნები - ნიშნები აუცილებელია ნუკლეოტიდების ერთფეროვანი თანმიმდევრობის სამეულებად სწორი დაჯგუფებისთვის, ვინაიდან სამეულებს შორის გაყოფის ნიშნები არ არის. გენის მარკირების როლს ასრულებს სამი ტრიპლეტი, რომლებიც არ კოდებენ არცერთ ამინომჟავას - UAA, UAG, UGA. ისინი აღნიშნავენ ცილის მოლეკულის დასასრულს, როგორც წერტილი წინადადებაში.
გენის შიგნით არ არის სასვენი ნიშნები – რადგან გენოკოდი ენას ჰგავს; მოდით შევხედოთ ამ თვისებას მაგალითის სახით ფრაზით:
კატა მშვიდი იყო, ის კატა ჩემთვის საყვარელი იყო
გენი ინახება ასე:
ZHILBYLKOTTIKHBYLSERMILMNETOTKOT
მნიშვნელობა აღდგება, თუ სამეულები სწორად არის დაჯგუფებული, თუნდაც არ იყოს სასვენი ნიშნები. თუ დაჯგუფებას დავიწყებთ მეორე ასოდან (მეორე ნუკლეოტიდი), მივიღებთ შემდეგ თანმიმდევრობას:
ILB YLK OTT IHB YLS ERM ILM NO OTK FROM
ამ თანმიმდევრობას ბიოლოგიური მნიშვნელობა აღარ აქვს და თუ ის განხორციელდება, მაშინ ამ ორგანიზმისთვის უცხო ნივთიერება მიიღება. მაშასადამე, დნმ-ის ჯაჭვში გენს აქვს წაკითხვისა და დასრულების მკაცრად ფიქსირებული დასაწყისი.
კოდი უნივერსალურია - ის ერთნაირია დედამიწაზე მცხოვრები ყველა არსებისთვის: ბაქტერიებში, სოკოებში, ადამიანებში ერთი და იგივე ტრიპლეტები ერთნაირ ამინომჟავებს კოდირებენ.
3. რა პროცესები უდევს საფუძვლად მემკვიდრეობითი ინფორმაციის გადაცემას თაობიდან თაობას და ბირთვიდან ციტოპლაზმამდე, ცილის სინთეზის ადგილზე?
მეიოზი არის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის თაობიდან თაობას გადაცემის საფუძველი. ტრანსკრიფცია (ლათინური ტრანსკრიფციიდან - გადაწერა). ცილების სტრუქტურის შესახებ ინფორმაცია ინახება დნმ-ის სახით უჯრედის ბირთვში და ციტოპლაზმის რიბოსომებზე ხდება ცილის სინთეზი. მესინჯერი რნმ მოქმედებს როგორც შუამავალი, რომელიც გადასცემს ინფორმაციას გარკვეული ცილის მოლეკულის სტრუქტურის შესახებ მისი სინთეზის ადგილზე. მაუწყებლობა (ლათ. თარგმანი - გადაცემა). mRNA მოლეკულები ბირთვული ფორების მეშვეობით გამოდიან ციტოპლაზმაში, სადაც იწყება მემკვიდრეობითი ინფორმაციის განხორციელების მეორე ეტაპი - ინფორმაციის ტრანსლაცია რნმ-ის "ენიდან" ცილის "ენაზე".
4. სად სინთეზირდება ყველა სახის რიბონუკლეინის მჟავა?
ყველა ტიპის რნმ სინთეზირებულია დნმ-ის შაბლონზე.
5. უთხარით, სად ხდება ცილის სინთეზი და როგორ ხორციელდება იგი.
ცილის ბიოსინთეზის ეტაპები:
– ტრანსკრიფცია (ლათინური გადაწერიდან): i-RNA სინთეზის პროცესი დნმ-ის შაბლონზე, ეს არის გენეტიკური ინფორმაციის გადატანა დნმ-დან რნმ-ში, ტრანსკრიფცია კატალიზირებულია ფერმენტ RNA პოლიმერაზას მიერ. 1) რნმ პოლიმერაზას მოძრაობები - დნმ-ის ორმაგი სპირალის გადახვევა და აღდგენა, 2) ინფორმაცია დნმ-ის გენიდან - i-რნმ-მდე კომპლემენტარობის პრინციპით.
– ამინომჟავების შეერთება ტ-რნმ-თან: ტ-რნმ-ის სტრუქტურა: 1) ამინომჟავა კოვალენტურად არის მიმაგრებული ტ-რნმ-ზე ფერმენტის ტ-რნმ სინთეტაზას გამოყენებით, რომელიც შეესაბამება ანტიკოდონს, 2) გარკვეული ამინომჟავა ერთვის. ტ-რნმ-ის ფოთლის ფოთოლამდე
– თარგმანი: რიბოსომული ცილის სინთეზი ამინომჟავებიდან mRNA-მდე, რომელიც ხდება ციტოპლაზმაში. 1) ინიციაცია - სინთეზის დასაწყისი. 2) დრეკადობა - ფაქტობრივი ცილის სინთეზი. 3) შეწყვეტა - სტოპ კოდონის ამოცნობა - სინთეზის დასასრული.
6. განვიხილოთ ნახ. 45. დაადგინეთ, რომელი მიმართულებით - მარჯვნიდან მარცხნივ თუ მარცხნიდან მარჯვნივ - მოძრაობს ნახატზე ნაჩვენები რიბოსომა mRNA-სთან შედარებით. დაამტკიცე შენი აზრი.
i-RNA მოძრაობს მარჯვნივ, რიბოსომა ყოველთვის მოძრაობს საპირისპირო მიმართულებით, რათა არ ჩაერიოს პროცესებში, ვინაიდან რამდენიმე რიბოსომა (პოლისომა) შეიძლება ერთდროულად იჯდეს i-RNA-ს ერთ ჯაჭვზე. ის ასევე აჩვენებს, თუ რომელი მიმართულებით მოძრაობენ tRNA-ები - მარჯვნიდან მარცხნივ, ისევე როგორც რიბოსომა.
დაფიქრდი! გახსოვდეს!
1. რატომ ვერ ასრულებენ ნახშირწყლები ინფორმაციის შენახვის ფუნქციას?
ნახშირწყლებში არ არსებობს კომპლემენტარობის პრინციპი, შეუძლებელია გენეტიკური ასლების შექმნა.
2. როგორ ხდება უჯრედში სინთეზირებული არაცილოვანი მოლეკულების აგებულებისა და ფუნქციების შესახებ მემკვიდრეობითი ინფორმაცია?
უჯრედებში სხვა ორგანული მოლეკულების, როგორიცაა ცხიმები, ნახშირწყლები, ვიტამინები და ა.შ. წარმოქმნა დაკავშირებულია კატალიზური ცილების (ფერმენტების) მოქმედებასთან. მაგალითად, ფერმენტები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ცხიმების სინთეზს ადამიანში, „აწარმოებენ“ ადამიანის ლიპიდებს, ხოლო მზესუმზირის მსგავს კატალიზატორებს – მზესუმზირის ზეთს. ცხოველებში ნახშირწყლების მეტაბოლიზმის ფერმენტები ქმნიან სარეზერვო ნივთიერებას გლიკოგენს, ხოლო მცენარეებში გლუკოზის ჭარბი რაოდენობით სინთეზირდება სახამებელი.
3. რა სტრუქტურულ მდგომარეობაში შეიძლება იყოს დნმ-ის მოლეკულები გენეტიკური ინფორმაციის წყარო?
სპირალიზაციის მდგომარეობაში, რადგან ამ მდგომარეობაში დნმ არის ქრომოსომების ნაწილი.
4. რნმ-ის მოლეკულების რა სტრუქტურული თავისებურებები უზრუნველყოფს მათ ფუნქციას ცილის სტრუქტურის შესახებ ინფორმაციის გადაცემის ქრომოსომებიდან მისი სინთეზის ადგილზე?
i-RNA - სინთეზირებულია ბირთვში დნმ-ის შაბლონზე, არის ცილის სინთეზის საფუძველი. რნმ-ის შემადგენლობა - ნუკლეოტიდები, რომლებიც ავსებენ დნმ-ს ნუკლეოტიდებს, დნმ-თან შედარებით მცირე ზომის (რომელიც უზრუნველყოფს გასასვლელს ბირთვული ფორებიდან).
5. ახსენით, რატომ ვერ აშენდა დნმ-ის მოლეკულა სამი ტიპის ნუკლეოტიდისგან.
კოდი არის სამმაგი და ზედმეტი - 4 ნუკლეოტიდიდან შეგიძლიათ შექმნათ 64 სხვადასხვა სამეული (43), ე.ი. კოდირებს 64 ამინომჟავას, მაგრამ ცოცხალ არსებებში გამოიყენება მხოლოდ 20. ეს აუცილებელია ნებისმიერი ნუკლეოტიდის ჩასანაცვლებლად, თუ მოულოდნელად ის არ არის უჯრედში, მაშინ ნუკლეოტიდი ავტომატურად შეიცვლება მსგავსით, რომელიც აკოდირებს იგივე ამინომჟავას. სამი ნუკლეოტიდი რომ იყოს, მაშინ 33 იქნება მხოლოდ 9 ამინომჟავა, რაც შეუძლებელია, ვინაიდან 20 ამინომჟავა საჭიროა ნებისმიერი ორგანიზმისთვის.
6. მოიყვანეთ მატრიცის სინთეზზე დამყარებული ტექნოლოგიური პროცესების მაგალითები.
მატრიქსის პრინტერი,
ნანოტექნოლოგია,
კამერის მატრიცა
ლეპტოპის ეკრანის მატრიცა
LCD მატრიცა
7. წარმოიდგინეთ, რომ ზოგიერთი ექსპერიმენტის დროს ცილის სინთეზისთვის მიიღეს tRNA ნიანგის უჯრედებიდან, მაიმუნის ამინომჟავები, შაშვი ATP, პოლარული დათვის mRNA, ხის ბაყაყის არსებითი ფერმენტები და პიკის რიბოზომები. ვისი ცილა მოხდა საბოლოოდ სინთეზირებული? ახსენით თქვენი თვალსაზრისი.
გენეტიკური კოდი დაშიფრულია i-RNA-ში, რაც ნიშნავს - პოლარული დათვი.
