4. Транскрипция- мРнк (ақпараттық рнк) синтезі

Бұл үрдіс ДНК молекуласындағы ақпараттың мРНК-ға жазылуы. Үрдіс жасуша ядросында жүреді. мРНК синтезі бірнеше ерекшеліктері бар.

Біріншіден - синтезделген мРНК , бастапқы (қалып болып саналатын) ДНК-мен ұзақ байланыста болмайды, ақпаратты көшіріп алған соң ажырап кетеді.

Екіншіден синтезделген мРНК, ДНК мен салыстырғанда әлдеқайда қысқа және ДНК-ның белгілі бір бөлігінің көшірмесі болып табылады.

Транскрипция үрдісі 3 кезеңнен тұрады.

Бірінші кезең-инициация- синтездің басталуы.

мРНК синтезі РНК-полмераза ферментімен катализденеді. Алдымен фермент РНК полимераза ДНК-ның бір тізбегінің белгілі бір бөлігіне барып жалғанады, бұл жер промотор деп аталады. Бұл бөлік нуклеотидтердің белгілі ретінен тұрады және старт-сигнал болып саналады.Осы жерден бастап мРНК синтезі басталады.Алдымен фермент геликаза ДНК-ның қос тізбегіннің арасындағы сутектік байланысты үзеді.Ажыратылған тізбектің біреуі РНК синтезі үшін матрица болып табылады.

Екінші кезең- элонгация-реакцияның негізгі сатысы. ДНК –ның бір тізбегіне комплементарлық принципке сәйкес нуклеотидтер жалғана бастайды. РНК полимераза ферменті, ДНК тізбегі бойымен жылжи отырып, нуклеотидтерді бір бірімен жалғай бастайды. Нәтижесінде РНК көшірме синтезделеді.

Мысалы:

Ц А Г Г Е Ц Т А Ц- ДНК тізбегінің бөлігі

Г У Ц Ц А Г А У Г- мРНК тізбегі

мРНК тізбегінің өсуі стоп-сигнал болып саналатын, үш стоп-кадонның (УАА, УАГ, УГА ) біріне жолыққанша жүреді.

Үшінші кезең- терминация. Бұл кезең синтездің аяқталуы.

Алдымен РНК полимераза ферменті ДНК-ның тізбегінен ажырайды. Осы уақытта синтезделген РНК көшірме де ажырайды, ал ДНК-ның қос шиыршығы қайтадан қосылып қос тізбек қалпына келеді.

Сурет 5. Тарнскрпиция кезеңдері

ДНК –ның әр бөлігінде бір уақытта әр түрлі РНК: тРНК, рРНК, мРНК синтезі жүріп жатады. Ескеретіні РНК синтезі ДНК-ның бір тізбегінде жүреді, және ол екі тізбектің қайсысы матрица болатынын промотор анықтап, РНК полимераза ферментін сол тізбекке бағыттайды. Эукариоттарда мРНК синтезделіп болған соң өзгеріске ұшырайды.Ал прокариоттарда мРНК өзгеріске ұшырамайды. Эукариот жасушаларындағы мРНК-ның өзгеруі, жоғарыда сөз болған ДНК- дағы экзон және интронның болуына байланысты.Кейігігі кезде ғалымдар көпжасушалы ағзалардың кейбір гендерінің құрылысын және оған сәйкес келетін мРНК мен аслыстырып зерттеу арқылы гендердің ішінде көптеген артық ДНК бөліктерінің бар екендігін анықтаған, олар интрондар. Осы нуклеотидтерден ДНК-ның ақпараты бойынша геннің ұзындығына сәйкес келетін мРНК синтезеделеді. Оны ізашар РНК (про-РНК) деп атайды.Ізашар мРНК дан арнаулы ферменттердің көмегімен нуклеотид тізбектерінің артық бөлігі бөлініп қалады да, қалған бөліктері бір бірімен жалғанады.Бұл процесс споайсинг деп аталады. Осындай принциппен мРНК молекуласы түзіледі.Соңғы кездерде мРНК ешбір арнайы ферменттердің көмегінсіз өзіне сплайсинг жүргізе алатындығы дәлелденді, осындай өзіне-өзі ферменттік катализ жүргізетін ізашар мРНК-ға рибоим деген ат берілді. Геннен мРНК ойдағыдай транскрипцияланғанымен, ол ядродан цитоплазмаға шыға алмайды, ал сплайсинг мРНК-ның ядро жарғақшасынан шығуына мүмкіндік береді. Яғни сплайсинг мРНК –ның ядроның жарғақшасынан шығуына «руқсат беретін» өзгеріс деген сөз.

Сурет 6. Сплайсинг механизмі

Жоғарғы сатыдағы ағзалардың мРНҚ-сындағы тағы бір ерекшелігі, олардың мРНК –ның ұшында транскрипциядан кейін ерекше «қалпақ» кигізіледі. «Қалпақ » қызметін атқаратын -7 көміртегі атомына метил тобы жалғасқан гуанозин. Қалпақтың негізгі қызметі мРНК-ны сол ұшынан бастап ыдырататын ферменттерден қорғайды. Сонымен қатар тек адениннен тұратын тізбек «құйрық» болады. Осы адениннен тұратын тізбек транскрипциядан кейін ізашар мРНК-ның ұшына поли-А-синтетаза деген фермент арқылы жалғасады. «Құйрықтың» мөлшері мРНК-ның түріне қарай әр түрлі болып келеді: ол 20-дан 250-ге дейін «А» нуклеотидтерінен тұрады.Сонымен қатар мРНҚ-ның «құйрығына» ядроның ішіндегі арнайы ақуызбен байланысып, информосома деп аталатын жиынтық жалғанатыны дәлелденді. Информосоманы ашқан-Қазақстан ғылым акадеимясының академигі М.Ә.Айтхожин болды.Сонымен мРНК ядродағы ДНК-дан синтезделуге тиісті нәруыз құрамындағы аминқышқылдар реттілігі туралы ақпаратты нуклеотидтер реті ретінде көшіріп жазып алды.Осындай комплементарлық принциппен жазылудың нәтижесінде мРНК тізбекшесі ДНК –ның бір тізбегінің көшірмесі болып табылады. Осы көшірме яғни мРНК ядродан шығып, нәруыз синтезделетін орын рибосомаға келеді.

Рибосомалар барлық тірі ағзаларға тән органоид. Рибосома-пішіні саңырауқұлаққа ұқсайтын дене. Рибосома екі суббірліктен тұрады: үлкен және кіші. Әр суббірлік рРНК мен нәруыздан тұрады. Центрифугалау арқылы жасушадан рибосоманы бөліп алғанда, олардың тұнбаға түсуі (седиментация) екі түрлі болатыны анықталды. Олар 80S (ірі) және 70S (кіші). 70S-рибосомалары прокариот жасушасында, 80S эукариот жасушасында болады. Зерттеулер көрсеткендей митохондриялар мен хлоропластарда да 70S рибосомалар бар. Бұл олардың эндосимбиоз жолымен пайда болғандығын, прокариот жасушалармен шығу тегінің бір екендігінің дәлелі. Рибосомалардың екі түрлі болуы олардың седиментация (тұнбаға түсу) жылдамдығымен анықталады. Седиментация жылдамдығын Сведберг бірлігімен өлшейді, қысқаша S белгілейді.Неғұрлым массасы көп болса, сол ғұрлым седиментация жылдамдығы жоғары болады.

Сурет 7. Рибосоманың құрылысы

Рибосомалар әдетте диссоцияланған күйде болады, яғни рибосоманың үлкен және кіші бөлігі бір бірімен бірікпеген. Нәруыз синтезі кезінде рибосоманың екі суббірлігі бір бірімен, аРНК-мен қосылып, тұтас кешен түзеді. Рибосомалардың кебірі түйіршікті эндоплазмалық торда болады да синтезделген нәруыз ЭПТ-дың каналдарына түсіп тасымалданады. Келесі біреулері цитоплазмада болып, цитоплазманың нәруызын синтездеуге қатысады. Нәруыз синтезі кезінде мРНК-ға бірнеше рибосома бірігіп –полисома түзе алады. Бұл бір уақытта нәруыздың бірнеше молекуласының түзілуіне мүмкіндік береді.

Сурет 8. мРНК және оған байланысқан полисомалар

Рибосоманың үлкен суббірлігі үш молекула рРНК (28S, 5S, 5,8S) және қырық нәруыздан түзілген, ал кіші бірлігі бір молекула рРНК (18S) және 33 нәруыздан құралған. Эукариоттарда рРНК және нәруыздың қатынасы 1:1 қатынасына тең.

Рибосоманың суббірліктерінің жиналуы үшін эквимолярлық қатынаста 4 түрлі рРНК және барлық рибосомалық нәруздар қажет.

Эукариоттардың рибосомасымен прокариот рибосомасын салыстыратын болсақ, прокариот рибосомасы - бұл рибонуклеопротеидті органелла, мөлшері 15-20 нм. рРНК/нәруыз қатынасы 2/1 – 1,5:1. Прокариот рибосомасы да екі суббірліктен құралған: 30S и 50S. Кіші бірлігі 1 молекула 16 S рРНК және 21 нәруыз молекуласынан тұрады.Үлкен бірлігі 2 молекула рРНК: 5S и 23S және 34 нәруыз молекуласынан тұрады.Рибосомалық РНК – жасушаның ең консервативті құрылымы, ондағы нуклеотидтердің реттілігі барлық ағзаларда прокариоттардан бастап, жануарларға дейін бірдей.