ინფორმაცია

რას ეძახით mRNA-ებს, რომლებიც ითარგმნება იმავე ცილად?

რას ეძახით mRNA-ებს, რომლებიც ითარგმნება იმავე ცილად?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

მაგალითად AUAACC და AUCACG განსხვავებულ mRNA-ებში შეიძლება ორივე ითარგმნოს ერთსა და იმავე დიპეპტიდზე Ile-Thr.


ეს არავითარ შემთხვევაში არ არის კონსენსუსი, მაგრამ 2000 წლის ეს ნაშრომი გვთავაზობს ა ახალი ვადა: იზოტრანსკრიპტი.

ავტორების აზრით:

დუბლირებული გენები ხშირად კოდირებენ განსხვავებულ პროტეინებს, რომლებიც განსხვავდებიან მხოლოდ რამდენიმე ამინომჟავით, როგორიცაა ძუძუმწოვრების ორი S27 იზოფორმა, S271 და S272, რომლებიც აქ დოკუმენტირებულია და ადრე იდენტიფიცირებული საფუარი და Arabidopsis S27 იზოფორმები. მეორეს მხრივ, ჩვენ აღმოვაჩინეთ, რომ სხვადასხვა S27 ტრანსკრიპტები კოდირებს 100% იდენტურ ცილებს. ეს ფენომენი ასევე ადრე იყო აღწერილი ჰისტონის ქვეტიპისთვის, H3.3, რომელშიც ორი განსხვავებული ტრანსკრიპტი კოდირებს იგივე H3.3 ამინომჟავების თანმიმდევრობას. ჩვენ შევარჩიეთ ტერმინოლოგია "იზოტრანსკრიპტები" ასეთი mRNA-ების აღსაწერად. (ხაზგასმა ჩემი)


წყარო: Thomas, E., Alvarez, C. and Sutcliffe, J. (2000). S27 რიბოსომური ცილების ევოლუციურად განსხვავებული კლასები დიფერენციალური mRNA ექსპრესიით ვირთხის ჰიპოთალამუსში. ჟურნალი ნეიროქიმია, 74 (6), გვ.2259-2267.


რას ეძახით mRNA-ებს, რომლებიც ითარგმნება იმავე ცილად? - ბიოლოგია

ერთი წუთით დაათვალიერეთ ხელები. ძვალი, კანი და კუნთი, რომელსაც ხედავთ, შედგება უჯრედებისგან. და თითოეული ეს უჯრედი შეიცავს მილიონობით ცილას. ფაქტიურად, ცილები არის მთავარი მოლეკულური “სამშენებლო ბლოკები” დედამიწის ყველა ორგანიზმისთვის!

როგორ წარმოიქმნება ეს ცილები უჯრედში? დასაწყისისთვის, ცილების მიღების ინსტრუქციები "იწერება" უჯრედის დნმ-ში გენების სახით. ძირითადად, გენი გამოიყენება ცილის შესაქმნელად ორსაფეხურიან პროცესში:

  • Ნაბიჯი 1: ტრანსკრიფცია (რაზეც ახლახან გავიგეთ)! აქ გენის დნმ-ის თანმიმდევრობა "#8220 გადაწერილია” რნმ-ის სახით. ევკარიოტებში, როგორიც მე და თქვენ ვართ, რნმ მუშავდება (და ხშირად რამდენიმე ბიტი ამოღებულია) საბოლოო პროდუქტის მისაღებად, რომელსაც ეწოდება მესინჯერი რნმ ან mRNA.
  • ნაბიჯი 2: თარგმანი! ამ ეტაპზე, mRNA არის "დაშიფრული"” ცილის (ან ცილის ნაწილის/ქვეერთეულის) შესაქმნელად, რომელიც შეიცავს ამინომჟავების სპეციფიკურ სერიას.

სწავლის შედეგები

  • აღწერეთ თარგმანისთვის საჭირო კომპონენტები
  • გენეტიკური კოდის კომპონენტების იდენტიფიცირება
  • ჩამოთვალეთ თარგმანის ძირითადი საფეხურები

mRNA-სა და ცილის „ანბანებში“ სხვადასხვა რაოდენობის „ასოების“ გათვალისწინებით, მეცნიერებმა დაადგინეს თეორია, რომ ნუკლეოტიდების კომბინაციები შეესაბამება ცალკეულ ამინომჟავებს. ნუკლეოტიდის ორმაგი არ იქნება საკმარისი თითოეული ამინომჟავის დასაზუსტებლად, რადგან არსებობს მხოლოდ 16 შესაძლო ორი ნუკლეოტიდის კომბინაცია (4 2). ამის საპირისპიროდ, არსებობს 64 შესაძლო ნუკლეოტიდის სამეული (4 3), რაც ბევრად აღემატება ამინომჟავების რაოდენობას. მეცნიერებმა დაადგინეს თეორია, რომ ამინომჟავები დაშიფრული იყო ნუკლეოტიდური სამეულით და რომ გენეტიკური კოდი იყო გადაგვარებული. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოცემული ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული ერთზე მეტი ნუკლეოტიდის სამეულით. ეს მოგვიანებით დადასტურდა ექსპერიმენტულად, ფრენსის კრიკმა და სიდნი ბრენერმა გამოიყენეს ქიმიური მუტაგენი პროფლავინი ვირუსის გენში ერთი, ორი ან სამი ნუკლეოტიდის ჩასართავად. როდესაც ერთი ან ორი ნუკლეოტიდი შეიყვანეს, ცილის სინთეზი მთლიანად გაუქმდა. როდესაც სამი ნუკლეოტიდი იყო ჩასმული, ცილა სინთეზირებული და ფუნქციონალური იყო. ამან აჩვენა, რომ სამი ნუკლეოტიდი განსაზღვრავს თითოეულ ამინომჟავას. ნუკლეოტიდის ამ სამეულს კოდონები ეწოდება. ერთი ან ორი ნუკლეოტიდის ჩასმამ მთლიანად შეცვალა ტრიპლეტის წაკითხვის ჩარჩო, რითაც შეცვალა შეტყობინება ყოველი მომდევნო ამინომჟავისთვის (სურათი 3). თუმცა სამი ნუკლეოტიდის ჩასმამ გამოიწვია დამატებითი ამინომჟავის ჩასმა ტრანსლაციის დროს, დანარჩენი ცილის მთლიანობა შენარჩუნებული იყო.

მეცნიერებმა გულმოდგინედ გადაჭრეს გენეტიკური კოდი სინთეზური mRNA-ების in vitro თარგმნით და მათ მიერ მითითებული ცილების თანმიმდევრობით (სურათი 3).

სურათი 3. ეს ფიგურა გვიჩვენებს გენეტიკურ კოდს mRNA-ში თითოეული ნუკლეოტიდის ტრიპლეტის ამინომჟავად ან შეწყვეტის სიგნალად გადაყვანისთვის ახალშობილ ცილაში. (კრედიტი: სამუშაოს მოდიფიკაცია NIH-ის მიერ)

პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში სპეციფიკური ამინომჟავის დამატების მითითების გარდა, 64 კოდონიდან სამი წყვეტს ცილის სინთეზს და ათავისუფლებს პოლიპეპტიდს მთარგმნელობითი აპარატიდან. ამ სამეულს უწოდებენ უაზრო კოდონებს, ან სტოპ კოდონებს. სხვა კოდონს, AUG-საც აქვს სპეციალური ფუნქცია. ამინომჟავის მეთიონინის მითითების გარდა, ის ასევე ემსახურება როგორც საწყისი კოდონი თარგმანის დასაწყებად. თარგმანის კითხვის ჩარჩო დაყენებულია AUG საწყისი კოდონით mRNA-ის 5′ ბოლოსთან.

გენეტიკური კოდი უნივერსალურია. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა, პრაქტიკულად ყველა სახეობა იყენებს ერთსა და იმავე გენეტიკურ კოდს ცილის სინთეზისთვის. კოდონების კონსერვაცია ნიშნავს, რომ გაწმენდილი mRNA, რომელიც აკოდირებს ცხენების გლობინის ცილას, შეიძლება გადავიდეს ტიტების უჯრედში და ტიტები ასინთეზებს ცხენის გლობინს. ის, რომ არსებობს მხოლოდ ერთი გენეტიკური კოდი, არის ძლიერი მტკიცებულება იმისა, რომ დედამიწაზე მთელი სიცოცხლე იზიარებს საერთო წარმომავლობას, განსაკუთრებით იმის გათვალისწინებით, რომ არსებობს 20 ამინომჟავისა და 64 სამმაგი კოდონის დაახლოებით 10 84 შესაძლო კომბინაცია.

ბმული სწავლასთან

სურათი 4. ორი ნუკლეოტიდის წაშლა ცვლის mRNA-ს კითხვის ჩარჩოს და ცვლის მთელ ცილის შეტყობინებას, ქმნის არაფუნქციონალურ ცილას ან საერთოდ წყვეტს ცილის სინთეზს.

ითვლება, რომ დეგენერაცია არის უჯრედული მექანიზმი შემთხვევითი მუტაციების უარყოფითი გავლენის შესამცირებლად. კოდონები, რომლებიც აკონკრეტებენ ერთსა და იმავე ამინომჟავას, ჩვეულებრივ განსხვავდება მხოლოდ ერთი ნუკლეოტიდით. გარდა ამისა, ქიმიურად მსგავსი გვერდითი ჯაჭვების მქონე ამინომჟავები დაშიფრულია მსგავსი კოდონებით. გენეტიკური კოდის ეს ნიუანსი უზრუნველყოფს, რომ ერთი ნუკლეოტიდის შემცვლელი მუტაცია შეიძლება მიუთითებდეს იმავე ამინომჟავას, მაგრამ არ ჰქონდეს ეფექტი, ან მიუთითოს მსგავსი ამინომჟავა, რაც ხელს უშლის ცილის სრულიად არაფუნქციონირებას.

სამეცნიერო მეთოდის კავშირი

რომელს აქვს მეტი დნმ: კივი თუ მარწყვი?

სურათი 5. როგორ ფიქრობთ, აქვს თუ არა კივის ან მარწყვის მეტი დნმ თითო ნაყოფზე? (კრედიტი "კივი": “Kelbv”/Flickr კრედიტი: "მარწყვი": Alisdair McDiarmid)

Კითხვა: დაახლოებით ერთნაირი ზომის კივის და მარწყვის (სურათი) ასევე დაახლოებით იგივე რაოდენობის დნმ-ს ექნება?

ფონი: გენები გადატანილია ქრომოსომებზე და შედგება დნმ-ისგან. ყველა ძუძუმწოვარი დიპლოიდურია, ანუ მათ აქვთ თითოეული ქრომოსომის ორი ასლი. თუმცა, ყველა მცენარე არ არის დიპლოიდური. ჩვეულებრივი მარწყვი არის ოქტოპლოიდური (8) და კულტივირებული კივი არის ჰექსაპლოიდური (6). გამოიკვლიეთ ქრომოსომების საერთო რაოდენობა თითოეული ამ ხილის უჯრედებში და დაფიქრდით იმაზე, თუ როგორ შეიძლება ეს შეესაბამებოდეს დნმ-ის რაოდენობას ამ ხილის უჯრედის ბირთვებში. წაიკითხეთ დნმ-ის იზოლაციის ტექნიკის შესახებ იმის გასაგებად, თუ როგორ ეხმარება იზოლაციის პროტოკოლის ყოველი ნაბიჯი დნმ-ის განთავისუფლებასა და დალექვას.

ჰიპოთეზა: გამოთქვით ჰიპოთეზა, შეძლებთ თუ არა აღმოაჩინოთ განსხვავება დნმ-ის რაოდენობაში მსგავსი ზომის მარწყვიდან და კივიდან. როგორ ფიქრობთ, რომელი ხილი გამოიმუშავებს მეტ დნმ-ს?

შეამოწმეთ თქვენი ჰიპოთეზა: გამოყავით დნმ მარწყვისა და კივის მსგავსი ზომისა. ჩაატარეთ ექსპერიმენტი მინიმუმ სამჯერ თითოეული ხილისთვის.

  1. მოამზადეთ დნმ-ის ექსტრაქციის ბუფერის ბოთლი 900 მლ წყალი, 50 მლ ჭურჭლის სარეცხი საშუალება და ორი ჩაის კოვზი სუფრის მარილი. აურიეთ შებრუნებით (დახურეთ თავსახური და რამდენიმეჯერ გადააბრუნეთ).
  2. მარწყვი და კივი ხელით გახეხეთ პლასტმასის ჩანთაში, ან ნაღმტყორცნებით, ან ლითონის თასით და ბლაგვი ინსტრუმენტის ბოლოებით. გახეხეთ თითო ხილზე მინიმუმ ორი წუთის განმავლობაში.
  3. თითოეულ ნაყოფს დაამატეთ 10 მლ დნმ-ის ექსტრაქციის ბუფერი და კარგად აურიეთ მინიმუმ ერთი წუთის განმავლობაში.
  4. ამოიღეთ უჯრედული ნამსხვრევები თითოეული ხილის ნარევის გაფილტვრით ყველით ან ფოროვანი ქსოვილით და ძაბრში მოთავსებულ სინჯარაში ან შესაბამის კონტეინერში.
  5. ჩაასხით ყინულივით ცივი ეთანოლი ან იზოპროპანოლი (სპირტი) სინჯარაში. თქვენ უნდა დააკვირდეთ თეთრ, ნალექიან დნმ-ს.
  6. შეაგროვეთ დნმ თითოეული ნაყოფისგან ცალკე მინის ღეროების გარშემო შემოხვევით.

ჩაწერეთ თქვენი დაკვირვებები: იმის გამო, რომ რაოდენობრივად არ გაზომავთ დნმ-ის მოცულობას, შეგიძლიათ ჩაწეროთ ყოველი ცდისთვის, აწარმოებდა თუ არა ორმა ნაყოფი დნმ-ის ერთსა და იმავე რაოდენობას, როგორც თვალით დაკვირვებით. თუ ერთი ან მეორე ხილი წარმოქმნის შესამჩნევად მეტ დნმ-ს, ჩაწერეთ ეს ასევე. დაადგინეთ შეესაბამება თუ არა თქვენი დაკვირვებები თითოეული ხილის რამდენიმე ნაჭერს.

გაანალიზეთ თქვენი მონაცემები: შენიშნეთ აშკარა განსხვავება დნმ-ის რაოდენობაში, რომელიც წარმოიქმნება თითოეული ხილის მიერ? იყო თქვენი შედეგები განმეორებადი?

გამოიტანე დასკვნა: იმის გათვალისწინებით, თუ რა იცით თითოეულ ნაყოფში ქრომოსომების რაოდენობის შესახებ, შეგიძლიათ დაასკვნათ, რომ ქრომოსომის რიცხვი აუცილებლად კორელაციაშია დნმ-ის რაოდენობასთან? შეგიძლიათ დაადგინოთ ამ პროცედურის რაიმე ნაკლი? თუ გქონდათ წვდომა ლაბორატორიაზე, როგორ შეგეძლოთ თქვენი შედარების სტანდარტიზება და უფრო რაოდენობრივი გახადოთ?


9.3 ტრანსკრიფცია

როგორც პროკარიოტებში, ასევე ევკარიოტებში, დნმ-ის მეორე ფუნქცია (პირველი იყო რეპლიკაცია) არის ინფორმაციის მიწოდება, რომელიც საჭიროა ცილების ასაშენებლად, რათა უჯრედმა შეძლოს ყველა მისი ფუნქციის შესრულება. ამისათვის დნმ „იკითხება“ ან გადაიწერება mRNA მოლეკულაში. შემდეგ mRNA უზრუნველყოფს კოდს ცილის წარმოქმნის პროცესით, რომელსაც ეწოდება ტრანსლაცია. ტრანსკრიფციისა და ტრანსლაციის პროცესების მეშვეობით, ცილა აგებულია ამინომჟავების სპეციფიკური თანმიმდევრობით, რომელიც თავდაპირველად იყო კოდირებული დნმ-ში. ეს მოდული განიხილავს ტრანსკრიფციის დეტალებს.

ცენტრალური დოგმა: დნმ აკოდირებს რნმ-ს რნმ კოდირებს პროტეინს

უჯრედებში გენეტიკური ინფორმაციის ნაკადი დნმ-დან mRNA-დან ცილამდე აღწერილია ცენტრალური დოგმათ (სურათი 9.14), რომელიც ამბობს, რომ გენები განსაზღვრავენ mRNA-ების თანმიმდევრობას, რაც თავის მხრივ განსაზღვრავს ცილების თანმიმდევრობას.

mRNA-ზე დნმ-ის კოპირება შედარებით მარტივია, დნმ-ის ჯაჭვში წაკითხული ყოველი დამატებითი ნუკლეოტიდისთვის ემატება ერთი ნუკლეოტიდი mRNA ჯაჭვში. ცილაში ტრანსლაცია უფრო რთულია, რადგან სამი mRNA ნუკლეოტიდის ჯგუფები შეესაბამება ცილის თანმიმდევრობის ერთ ამინომჟავას. თუმცა, როგორც მომდევნო მოდულში დავინახავთ, ცილაზე ტრანსლაცია ჯერ კიდევ სისტემატურია, ისე, რომ ნუკლეოტიდები 1-დან 3-მდე შეესაბამება ამინომჟავას 1-ს, ნუკლეოტიდებს 4-დან 6-მდე ამინომჟავას 2-ს და ა.შ.

ტრანსკრიფცია: დნმ-დან mRNA-მდე

ორივე პროკარიოტები და ევკარიოტები ასრულებენ ტრანსკრიფციის ფუნდამენტურად ერთსა და იმავე პროცესს, ევკარიოტებში მემბრანული ბირთვის მნიშვნელოვანი განსხვავებაა. ბირთვში შეკრული გენებით, ტრანსკრიფცია ხდება უჯრედის ბირთვში და mRNA ტრანსკრიპტი უნდა გადაიტანოს ციტოპლაზმაში. პროკარიოტებს, რომლებიც მოიცავს ბაქტერიებსა და არქეებს, არ აქვთ მემბრანასთან დაკავშირებული ბირთვები და სხვა ორგანელები, ხოლო ტრანსკრიფცია ხდება უჯრედის ციტოპლაზმაში. როგორც პროკარიოტებში, ასევე ევკარიოტებში ტრანსკრიფცია ხდება სამ ძირითად ეტაპად: დაწყება, გახანგრძლივება და დასრულება.

ინიციაცია

ტრანსკრიფცია მოითხოვს დნმ-ის ორმაგ სპირალს, რომ ნაწილობრივ განიხილოს mRNA სინთეზის რეგიონში. განტვირთვის რეგიონს ეწოდება ტრანსკრიპციის ბუშტი. დნმ-ის თანმიმდევრობას, რომელსაც ტრანსკრიფციაში მონაწილე ცილები და ფერმენტები უკავშირდება პროცესის დასაწყებად, პრომოტორი ეწოდება. უმეტეს შემთხვევაში, პრომოტორები არსებობენ იმ გენების ზემოთ, რომლებსაც ისინი არეგულირებენ. პრომოტორის სპეციფიკური თანმიმდევრობა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს, ხდება თუ არა შესაბამისი გენის ტრანსკრიბცია მუდმივად, ზოგიერთ დროს ან თითქმის საერთოდ (სურათი 9.15).

დრეკადობა

ტრანსკრიფცია ყოველთვის მიმდინარეობს დნმ-ის ორი ჯაჭვიდან ერთ-ერთიდან, რომელსაც შაბლონის ჯაჭვი ეწოდება. mRNA პროდუქტი ავსებს შაბლონის ჯაჭვს და თითქმის იდენტურია დნმ-ის სხვა ჯაჭვის, რომელსაც ეწოდება არათარგიანი ჯაჭვი, გარდა იმისა, რომ რნმ შეიცავს ურაცილს (U) დნმ-ში ნაპოვნი თიმინის (T) ნაცვლად. დრეკადობის დროს ფერმენტი, სახელად რნმ პოლიმერაზა, გადის დნმ-ის შაბლონის გასწვრივ და ამატებს ნუკლეოტიდებს დნმ-ის შაბლონთან ბაზის დაწყვილების გზით დნმ-ის რეპლიკაციის მსგავსი გზით, იმ განსხვავებით, რომ სინთეზირებულია რნმ-ის ჯაჭვი, რომელიც არ რჩება შეკრული დნმ-ის შაბლონთან. დრეკადობის გაგრძელებისას დნმ განუწყვეტლივ იხსნება ბირთვის ფერმენტის წინ და აბრუნებს მის უკან (სურათი 9.16).

შეწყვეტა

გენის ტრანსკრიბციის შემდეგ, პროკარიოტულ პოლიმერაზას უნდა მიეცეს ინსტრუქტაჟი, დაშორდეს დნმ-ის შაბლონს და გაათავისუფლოს ახლად შექმნილი mRNA. ტრანსკრიბირებული გენიდან გამომდინარე, არსებობს ორი სახის შეწყვეტის სიგნალი, მაგრამ ორივე მოიცავს განმეორებით ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობებს დნმ-ის შაბლონში, რაც იწვევს რნმ პოლიმერაზას გაჩერებას, დნმ-ის შაბლონის დატოვებას და mRNA ტრანსკრიპტის განთავისუფლებას.

შეწყვეტის შემდეგ, ტრანსკრიფციის პროცესი დასრულებულია. პროკარიოტულ უჯრედში, სანამ შეწყვეტა მოხდება, ტრანსკრიპტი უკვე გამოყენებული იქნებოდა კოდირებული ცილის მრავალი ასლის ნაწილობრივი სინთეზისთვის, რადგან ეს პროცესები შეიძლება ერთდროულად მოხდეს მრავალი რიბოსომის (პოლირიბოსომის) გამოყენებით (სურათი 9.17). ამის საპირისპიროდ, ევკარიოტულ უჯრედებში ბირთვის არსებობა გამორიცხავს ერთდროულ ტრანსკრიფციას და ტრანსლაციას.

ევკარიოტული რნმ-ის დამუშავება

ახლად ტრანსკრიბირებული ევკარიოტული mRNA-ები უნდა გაიარონ დამუშავების რამდენიმე ეტაპი, სანამ ისინი გადაიყვანენ ბირთვიდან ციტოპლაზმაში და გადაიქცევიან ცილად. ევკარიოტული mRNA მომწიფებაში ჩართული დამატებითი ნაბიჯები ქმნის მოლეკულას, რომელიც ბევრად უფრო სტაბილურია, ვიდრე პროკარიოტული mRNA. მაგალითად, ევკარიოტული mRNA გრძელდება რამდენიმე საათის განმავლობაში, ხოლო ტიპიური პროკარიოტული mRNA გრძელდება არაუმეტეს ხუთი წამისა.

mRNA ტრანსკრიპტი პირველად დაფარულია რნმ-ის სტაბილიზირებულ ცილებში, რათა თავიდან აიცილოს მისი დეგრადაცია დამუშავებისა და ბირთვიდან ექსპორტის დროს. ეს ხდება მაშინ, როდესაც პრე-მრნმ ჯერ კიდევ სინთეზირდება მზარდი ტრანსკრიპტის მე-5' ბოლოს სპეციალური ნუკლეოტიდური „ქუდის“ დამატებით. გარდა დეგრადაციის პრევენციისა, ცილის სინთეზში ჩართული ფაქტორები ცნობენ თავსახურს, რაც ხელს უწყობს რიბოზომების მიერ ტრანსლაციის დაწყებას.

დრეკადობის დასრულების შემდეგ, ფერმენტი ამატებს დაახლოებით 200 ადენინის ნარჩენების ზოლს 3' ბოლოში, რომელსაც ეწოდება პოლი-A კუდი. ეს მოდიფიკაცია შემდგომში იცავს პრე-მრნმ-ს დეგრადაციისგან და მიანიშნებს უჯრედულ ფაქტორებზე, რომ ტრანსკრიპტი ციტოპლაზმაში ექსპორტისთვის საჭიროა.

ევკარიოტული გენები შედგება ცილოვანი კოდირების თანმიმდევრობებისაგან, რომლებსაც ეგზონები ეწოდება.ყოფილი-on ნიშნავს, რომ ისინი არიან ყოფილიდაჭერით) და ინტშუალედური თანმიმდევრობა, რომელსაც ეწოდება ინტრონები (ინტ-ron აღნიშნავს მათ ინტსამსახურებრივი როლი). დამუშავებისას ინტრონები ამოღებულია პრე-მრნმ-დან. mRNA-ში ინტრონის თანმიმდევრობა არ აკოდირებს ფუნქციურ ცილებს. აუცილებელია, რომ პრე-მრნმ-ის ყველა ინტრონი მთლიანად და ზუსტად მოიხსნას ცილის სინთეზამდე, რათა ეგზონები გაერთიანდეს სწორი ამინომჟავების კოდირებისთვის. თუ პროცესი ცდება თუნდაც ერთი ნუკლეოტიდით, შეერთებული ეგზონების თანმიმდევრობა გადაინაცვლებს და შედეგად მიღებული ცილა იქნება არაფუნქციონალური. ინტრონების ამოღებისა და ეგზონების ხელახლა დაკავშირების პროცესს ეწოდება შერწყმა (სურათი 9.18). ინტრონები ამოღებულია და იშლება, სანამ პრე-მრნმ ჯერ კიდევ ბირთვშია.


თარგმანი და პროტეინის ბიოსინთეზი | გენეტიკა

mRNA შეიძლება ასოცირებული იყოს რამდენიმე რიბოზომასთან (პოლისომასთან) უჯრედში, რომელიც აქტიურად არის ჩართული ცილის სინთეზში. პროცესი ხდება 4 ძირითად ეტაპად, კერძოდ ამინომჟავების გააქტიურება, ჯაჭვის დაწყება, გახანგრძლივება და შეწყვეტა. თითოეული ნაბიჯი აკონტროლებს სპეციფიკურ ფერმენტებს და კოფაქტორებს.

ნაბიჯი # 1. ამინომჟავების გააქტიურება:

ამინომჟავები გააქტიურებულია ფერმენტების კლასით, რომლებიც ცნობილია როგორც ამინომჟავების გამააქტიურებელი ფერმენტები, ან კონკრეტულად ამინოაცილის რნმ სინთეზაზები, რომელთაგან ერთი სპეციფიკურია თითოეული ამინომჟავისთვის და მისი tRNA.

საერთო რეაქცია ასეთია:

გამააქტიურებელი ფერმენტები ან სინთეზაზები მოლეკულური მასით მერყეობს 100,000-დან 240,000-მდე, ზოგიერთს აქვს ერთი ჯაჭვი, ზოგს მრავალჯაჭვიანი ფერმენტები. ყველა მათგანს სჭირდება Mg ++ მათი აქტივობისთვის. შემდეგ ამინომჟავა მიმაგრებულია (ესტერიფიცირებულია) ადენოზინის ტერმინალურ ნარჩენზე მისი tRNA 3′ ბოლოში 2 საფეხურზე.

პირველში ამინომჟავა აქტიურდება, როდესაც ATP რეაგირებს ამინოაცილ სინთეტაზას მიერ კატალიზებულ ამინომჟავასთან, რათა წარმოიქმნას შუალედური ამინოაცილადენილის მჟავა-AMP-სინთეზაზას კომპლექსი და გამოიყოფა პიროფოსფატი. მეორე ეტაპზე ამინოაცილის ჯგუფი გადადის AMP კომპლექსიდან მისი tRNA 3′ ბოლოში. ამის შემდეგ გამოიყოფა ადენილის მჟავა და ამინოაცილ-tRNA.

ATP + ამინომჟავა ⇋ ამინოაცილ ადენილის მჟავა + პიროფოსფატი ამინოაცილ ადენილის მჟავა + tfRNA ამინოაცილ-tRNA + ადენილის მჟავა

ახლა ამინოაცილი ხდება მისი კარბოქსილის ჯგუფის მიერ ესტერიფიცირებული თავისუფალი ჰიდროქსილის ჯგუფში ტერმინალური ადენილის ნარჩენის მეორე პოზიციაზე tRNA-ს 3′ ბოლოში (C-C-A) (ნახ. 15.23).

ამინოაცილ-tRNA სინთეზაზები ძალიან სპეციფიკურია როგორც ამინომჟავისთვის, ასევე მისი tRNA-სთვის. შესაბამისად, ამ ფერმენტებს უნდა ჰქონდეთ მინიმუმ ორი დამაკავშირებელი ადგილი, ერთი ამინომჟავისთვის, მეორე კი მისი შესაბამისი tRNA მოლეკულისთვის. აშკარაა, რომ თითოეული ამინოაცილ-tRNA სინთეზა არის უაღრესად სპეციფიური ფერმენტი, რომელსაც შეუძლია აირჩიოს მხოლოდ ერთი ამინომჟავა 20-დან და შემდეგ ის ირჩევს სწორ tRNA-ს ამ კონკრეტული ამინომჟავისთვის და არა სხვა.

როგორ ცნობს ამინოაცილ-tRNA სინთეზა tRNA-ს? გენეტიკური და ბიოქიმიური მტკიცებულება მიუთითებს ზოგად მდგომარეობაზე, რომლის დროსაც tRNA და ამინოაცილ-tRNA სინთეზა ‘ შეესაბამება’ ერთმანეთს. გარდა ამისა, სინთეტაზას შეუძლია ამოიცნოს ორი ან სამი ბაზის რამდენიმე ამოცნობის წერტილი tRNA სტრუქტურაში.

მოვლენები რიბოსომაზე:

mRNA დნმ-ზე ფორმირების შემდეგ, მიგრირდება ბირთვიდან ციტოპლაზმაში, სადაც ის ასოცირდება რიბოსომის 30S ქვეერთეულთან. მათი ამინომჟავებით დატვირთული tRNA მოლეკულები (ე.წ. დამუხტული tRNA) ასევე აღწევს რიბოსომებს. რიბოსომის 50S ქვეერთეულს აქვს ორი შემაკავშირებელი ადგილი ორი tRNA მოლეკულისთვის, რომლებსაც უწოდებენ პეპტიდილს (P) და ამინოაცილს (A).

სწორედ აქ მოხდება ამინომჟავის მოლეკულების პოლიმერიზაცია პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. ბაქტერიებში დაახლოებით 10 ამინომჟავა ემატება ჯაჭვს წამში, ცხოველებში მხოლოდ 2 წამში. mRNA აკავშირებს 30S ქვეერთეულს რიბოსომა-დაკავშირების ადგილზე.

ამ ადგილზე არის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობები, რომლებიც უზრუნველყოფენ mRNA მოლეკულების სწორ დალაგებას რიბოსომურ ზედაპირზე. ამგვარად, ყველა mRNA მოლეკულას აქვს ერთი რიბოსომური შემაკავშირებელი ადგილი მისი დამოუკიდებლად სინთეზირებული პოლიპეპტიდური ჯაჭვისთვის (ნახ. 15.22a).

რიბოსომა შეიცავს მხოლოდ ერთ ახალშობილ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს, რომელიც დაკავშირებულია მის კარბოქსილის ბოლოში tRNA მოლეკულასთან, რომელიც მიმაგრებულია რიბოსომაზე მის სპეციფიკურ ადგილზე. როდესაც შემდეგი ამინომჟავა მოჰყავს მეორე tRNA-ს, რომელიც დაუკავშირდება ჯაჭვის კარბოქსილის ბოლოს პეპტიდური ბმის წარმოქმნით, პირველი tRNA გამოიყოფა. რიბოსომა მოძრაობს mRNA-ზე და ნუკლეოტიდების შემდეგი სამეული დგება შემდეგი ამინომჟავის პოზიციაზე (ნახ. 15.23).

ასეთი პოლისომის თანმიმდევრული რიბოსომები ატარებენ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვებს დასრულების თანმიმდევრულ ეტაპებზე (ნახ. 15.22C). mRNA-ის 5′ ბოლო არის პირველი, რომელიც მიმაგრებულია რიბოსომის 30S ქვეერთეულზე. პოლისომებში რიბოზომების რაოდენობა ცვალებადია.

შეიძლება იყოს 5 ან 6, როგორც ჰემოგლობინის თითოეული პოლიპეპტიდური ჯაჭვის შემთხვევაში, რომელიც შეიცავს დაახლოებით 150 ამინომჟავას. დაახლოებით 500 ამინომჟავისგან შემდგარი უფრო დიდი პოლიპეპტიდური ჯაჭვები შეიძლება ჰქონდეს 20 ან მეტი რიბოსომა პოლისომაში. E.coli-ში 40-მდე რიბოსომა დაფიქსირდა პოლისომაში.

როგორც პროკარიოტულ, ასევე ეუკარიოტულ უჯრედებში, ტრანსლაცია იწყება ამინომჟავა მეთიონინით, რომელიც კოდირებულია ნუკლეოტიდის ტრიპლეტით AUG. ბაქტერიებს შეუძლიათ თარგმნის დაწყება ალტერნატიული საინიციაციო კოდონების გამოყენებით, როგორიცაა GUG. როდესაც ის იმყოფება პოლიპეპტიდური ჯაჭვის დასაწყისში, GUG კოდირებს მეთიონინს. GUG ჩვეულებრივ კოდირებს ვალინს.

ბაქტერიებში პოლიპეპტიდის სინთეზი იწყება შეცვლილი მეთიონინით, ეს არის N-ფორმილმეთიონინი, ხოლო ევკარიოტებში უცვლელ მეთიონინს შეუძლია ცილის სინთეზის დაწყება. მიტოქონდრია და ქლოროპლასტები, რომელთა რიბოსომები მსგავსია პროკარიოტების რიბოსომებთან, იყენებენ ფორმილირებული მეთიონინს ტრანსლაციის დასაწყებად.

პროკარიოტებსა და ევკარიოტებს აქვთ სხვადასხვა სიგნალები, რომლებიც იდენტიფიცირებენ დაწყების კოდონებს. ბაქტერიულ mRNA-ში საინიციაციო კოდონებს წინ უსწრებს სპეციფიკური შაინ-დალგარნოს თანმიმდევრობა, რომელიც ასწორებს mRNA-ს რიბოსომაზე ტრანსლაციისთვის. გასწორება ხდება ბაზის დაწყვილების გზით დამატებითი თანმიმდევრობით 16S rRNA-ს 3′ ბოლოსთან რიბოსომის მცირე ქვეერთეულში.

ბაზის დაწყვილების მექანიზმი საშუალებას აძლევს ბაქტერიულ რიბოზომებს, დაიწყონ ტრანსკრიფცია არა მხოლოდ mRNA-ს 5′ ბოლოში, არამედ პოლიცისტრონული შეტყობინებების მრავალი შიდა დაწყების ადგილას. ევკარიოტებში საპირისპიროდ, რიბოსომები ცნობენ mRNA-ებს 7-მეთილგუანოზინის ქუდთან შეკავშირებით 5′ ბოლოში.

შემდეგ რიბოსომები კვეთენ m რნმ-ს 5′ ქუდის ქვემოთ, სანამ არ შეხვდებიან AUG დაწყების კოდონს. ევკარიოტული mRNA-ებს არ აქვთ შაინ-დალგარნოს თანმიმდევრობა და ტრანსლაცია იწყება ადგილზე, რომელიც განსაზღვრავს რიბოსომას, რომელიც კვეთს mRNA-ს 5′ ბოლოდან.

პირველი ნაბიჯი თარგმანში:

ბაქტერიებში ტრანსლაციის პირველი ნაბიჯი მოიცავს სამი საინიციაციო ფაქტორის, IF-1, IF-2 და IF-3 შეკავშირებას რიბოსომის 30S მცირე ქვედანაყოფთან (ნახ. 15.24, 15.25). mRNA და N-ფორმილ-მეთიონილის tRNA უერთდებიან კომპლექსს. IF-2 ცნობს ინიციატორი tRNA. გამოშვებულია IF-3, რომელიც საშუალებას აძლევს დიდ 50S რიბოსომურ ქვედანაყოფს დაუკავშირდეს კომპლექსს.

ასოციაცია იწვევს IF-1 და IF-2-ის გამოთავისუფლებას, რის შედეგადაც წარმოიქმნება 70S საინიციაციო კომპლექსი, რომელსაც აქვს mRNA და ინიციატორი tRNA დაკავშირებული რიბოსომასთან. კომპლექსი მზად არის პეპტიდური ბმის ფორმირების დასაწყებად. ევკარიოტებში ინიციაცია უფრო რთულია და მოითხოვს მინიმუმ 10 ცილას, რომლებიც მითითებულია eIF-1-დან elF-10-მდე (ევკარიოტული დაწყების ფაქტორები).

ნაბიჯი # 2. პოლიპეპტიდური ჯაჭვების დაწყება:

E.coli-ში და სხვა პროკარიოტებში პირველი ამინომჟავა პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში არის მეთიონინი ფორმილ ჯგუფით (CHO) მიმაგრებული თავისუფალ ამინოჯგუფთან. ამიტომ ცილის სინთეზის დასაწყებად საჭიროა N-ფორმილ-მეთიონილ-tRNA (მონიშნული fMet-tRNAf) და არა მეთიონილ-tRNA. ტრანსფორმილაცია ხდება მაშინ, როდესაც ფორმილ ჯგუფი გადადის N10-ფორმილ-ტეტრაჰიდროფოლატიდან მეთიონილ-tRNA-ის α-ამინო ჯგუფში.

ამრიგად, ამინომჟავას მეთიონინს E. coli-ში აქვს ორი განსხვავებული სახეობის tRNA-ები, რომელთაგან მხოლოდ ერთს შეუძლია ჯაჭვის სინთეზის დაწყება: მეთიონილის tRNA.შეხვდა და მეთიონილ-tRNAfშეხვდა. მხოლოდ მეორე სახეობის მეთიონილ-tRNA (tRNAfშეხვდა) შეუძლია მიიღოს N-ფორმილის ჯგუფი და გახდეს ფორმილირებული. tRNA-ს ორივე სახეობას აქვს იგივე ანტიკოდონური თანმიმდევრობა UAC, მაგრამ მცირე განსხვავებაა დარჩენილ ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობაში.

ფორმილაცია ხდება მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ამინომჟავა მიეერთება tRNA მოლეკულას და კატალიზდება ფერმენტ ტრანსფორმილაზას მიერ. რეაქცია არის N 10 -ფორმილ-ტეტრაჰიდროფოლატი + Met-tRNAf → ტეტრაჰიდროფოლატი + fMet + tRNAf. tRNAf-ის სხვა სახეობებიშეხვდა-tRNAშეხვდა არ შეიძლება იყოს ფორმილირებული და არ არის აღიარებული ტრანსფორმილაზას მიერ.

მეთიონინის საწყისი კოდონი AUG იკითხება ორივე tRNA-ს მიერfMet და tRNA-ს მიერშეხვდა. ტრიპლეტი GUG, რომელიც კოდირებს ვალინს, ასევე იკითხება tRNA-ს მიერfMet მაგრამ არა tRNAშეხვდა.

ამრიგად, ორივე AUG და GUG არის საწყისი კოდონები და შეიძლება გამოიწვიოს ფორმილმეთიონინის განთავსება პოლიპეპტიდური ჯაჭვის პირველ პოზიციაზე. როდესაც AUG იმყოფება mRNA-ში შიდა პოზიციაში, მეთიონინი ჩასმულია ჯაჭვში შიდა პოზიციაში, როდესაც GUG შინაგანად იმყოფება mRNA-ში, ის კოდებს ვალინს.

ახლა ჩანს, რომ არა მხოლოდ ბაქტერიებში, არამედ ევკარიოტული უჯრედების მიტოქონდრიებშიც, fMet-tRNAf იწყებს ცილის სინთეზს.

ნაბიჯი # 3. ჯაჭვის დრეკადობა:

გახანგრძლივება იწყება მაშინ, როდესაც ინიციატორი ამინოცილ-tRNA განლაგებულია პეპტიდილ ადგილზე (P) საწყისი კოდონის საპირისპიროდ mRNA-ზე და ამინოცილის ადგილი (A) თავისუფალია.

დრეკადობა მიიღწევა 3 ეტაპად შემდეგნაირად:

(ა) სავალდებულოა A საიტზე:

ამინოაცილ-ტრნმ, რომელიც შეესაბამება პირველ სამეულს თვალისმომჭრელი კოდონის შემდეგ, უკავშირდება ამინოაცილის ადგილს (A) შემდეგი გზით. ჯერ ამინოცილის tRNAx (x აღნიშნავს 20 ამინომჟავიდან რომელიმეს) აკავშირებს კონკრეტულ ცილას, დრეკადობის ფაქტორს (EF-T). სინამდვილეში EF-T შეიცავს 2 ქვედანაყოფს, კერძოდ EF-T8 და EF-Tu.

ახლა EF-T აერთიანებს GTP-ს და ქმნის EF-T-სu-GTP კომპლექსი და EF-T გამოშვებულია. EF-Tu-GTP კომპლექსი ახლა აკავშირებს ამინოაცილ-tRNAx-ს EF-T-ს წარმოქმნითu-GTP-ამოაცილ-tRNAx კომპლექსი.

ეს კომპლექსი ახლა ისე უერთდება რიბოსომას, რომ ამინოაცილ-tRNAx მოთავსებულია A ადგილზე, ხოლო ანტიკოდონის ტრიპლეტი წყალბადის ბმა ხდება მის სპეციფიკურ კოდონთან mRNA-ში. ევკარიოტებში დრეკადობის ფაქტორები აღინიშნება EF-1 და EF-2 და ისინი განსხვავებულად მოქმედებენ.

(ბ) პეპტიდური ბმის ფორმირება:

როდესაც P საიტი ოკუპირებულია მეტ-თრნმ და ამინოაცილ-tRNAx-ის A ადგილი, წარმოიქმნება პეპტიდური ბმა ამინოაცილ-tRNAx-ის ამინოჯგუფსა და კარბოქსილის ნახშირბადს შორის. მეტ-თრნმ.

ფერმენტი პეპტიდილ ტრანსფერაზა, რომელიც იმყოფება რიბოზომის 50S ქვეერთეულში, ახდენს ამ რეაქციის კატალიზებას (სურ. 15.26). შედეგი არის დიპეპტიდი, რომელიც მიმაგრებულია tRNAx-ზე A ადგილზე.

მიუხედავად იმისა, რომ დიპეპტიდის მატარებელი tRNA კვლავ დაკავშირებულია A ადგილზე ახლად დამატებული x ამინომჟავის mRNA კოდონის საპირისპიროდ, რიბოსომა გადადის mRNA-ის შემდეგ კოდონზე. ამავდროულად, tRNA დიპეპტიდთან ერთად გადადის A ადგილიდან P ადგილზე. ამ მოძრაობას ეწოდება ტრანსლოკაცია და მოითხოვს სპეციფიკურ ცილას, დრეკადობის ფაქტორს G(EF-G) და GTP.

GTP პირველად უკავშირდება EF-G-ს, რათა შექმნას კომპლექსი, რომელიც უკავშირდება რიბოსომას. GTP ჰიდროლიზდება GDP-ს და P-ის წარმოქმნით. ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება კონფორმაციული ცვლილებისთვის, რაც იწვევს რიბოსომას გადაადგილებას mRNA-ზე მომდევნო კოდონზე, რომელიც ატარებს ჯაჭვს A უბნიდან P ადგილზე.

ეს მოაქვს A ადგილს ახლა ახალი კოდონის საპირისპიროდ და ახლა მოვა ახალი ამინოაცილ-tRNA და დაიკავებს A ადგილს. გადატანის შემდეგ EF-G იშლება რიბოზომისგან.

ნაბიჯი # 4. ჯაჭვის შეწყვეტა:

ჯაჭვის ზრდის შეჩერების სიგნალი რომ არ ყოფილიყო, პოლიპეპტიდური ჯაჭვი განუსაზღვრელი ვადით გაგრძელდებოდა. ეს ასე არ არის. mRNA-ში (UAA, UAG, UGA) 3 სპეციალური შეწყვეტის კოდონიდან თითოეულს შეუძლია ჯაჭვის ზრდის შეწყვეტის სიგნალი. ეს კოდონები იკითხება სპეციფიური პროტეინებით, გამოშვების ფაქტორებით R1 (უპასუხა UAA-სა და UAG-ს) და რ2 (პასუხობს UAA-სა და UGA-ს).

როდესაც ტერმინალური კოდონი მიიღწევა, პოლიპეპტიდი კვლავ მიმაგრებულია tRNA-სთან, რომელიც მდებარეობს 50S ქვედანაყოფის A ადგილზე. ჯაჭვის tRNA-დან გასათავისუფლებლად საჭიროა გათავისუფლების ფაქტორები R 1 და R 2 (ნახ. 15.27). ისინი აკავშირებენ რიბოსომას და იწვევენ A ადგილზე tRNA გადაადგილებას P ადგილზე.

ფერმენტი პეპტიდილ ტრანსფერაზა ჰიდროლიზებს ეთერულ კავშირს ჯაჭვსა და თრნმ-ს შორის, რაც ხელს უწყობს შეკრული გათავისუფლების ფაქტორებს. როდესაც პოლიპეპტიდი გამოიყოფა, ბოლო tRNA და mRNA თავისუფლდება. შემდეგ ამას იმეორებს სხვა რიბოსომა, რომელიც ასოცირდება mRNA-სთან, როგორც კი საწყისი წერტილი თავისუფალი იქნება.


შეწყვეტა

გენის ტრანსკრიბციის შემდეგ, პროკარიოტულ პოლიმერაზას უნდა მიეცეს ინსტრუქტაჟი, დაშორდეს დნმ-ის შაბლონს და გაათავისუფლოს ახლად შექმნილი mRNA. ტრანსკრიბირებული გენიდან გამომდინარე, არსებობს ორი სახის შეწყვეტის სიგნალი, მაგრამ ორივე მოიცავს განმეორებით ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობებს დნმ-ის შაბლონში, რაც იწვევს რნმ პოლიმერაზას გაჩერებას, დნმ-ის შაბლონის დატოვებას და mRNA ტრანსკრიპტის განთავისუფლებას.

შეწყვეტის შემდეგ, ტრანსკრიფციის პროცესი დასრულებულია. პროკარიოტულ უჯრედში, შეწყვეტის დროისთვის, ტრანსკრიპტი უკვე გამოყენებული იქნებოდა კოდირებული ცილის მრავალი ასლის ნაწილობრივი სინთეზისთვის, რადგან ეს პროცესები შეიძლება ერთდროულად მოხდეს მრავალი რიბოსომის (პოლირიბოსომის) გამოყენებით ([სურათი 4]). ამის საპირისპიროდ, ევკარიოტულ უჯრედებში ბირთვის არსებობა გამორიცხავს ერთდროულ ტრანსკრიფციას და ტრანსლაციას.

სურათი 4: მრავალ პოლიმერაზას შეუძლია ერთი ბაქტერიული გენის ტრანსკრიფცია, ხოლო მრავალრიცხოვან რიბოსომას ერთდროულად გადააქვს mRNA ტრანსკრიპტები პოლიპეპტიდებად. ამ გზით, კონკრეტულ ცილას შეუძლია სწრაფად მიაღწიოს მაღალ კონცენტრაციას ბაქტერიულ უჯრედში.


გენეტიკური კოდი არის დეგენერატიული და უნივერსალური

mRNA-სა და ცილის „ანბანებში“ სხვადასხვა რაოდენობის „ასოების“ გათვალისწინებით, მეცნიერებმა დაადგინეს თეორია, რომ ნუკლეოტიდების კომბინაციები შეესაბამებოდა ცალკეულ ამინომჟავებს. ნუკლეოტიდის ორმაგი არ იქნება საკმარისი თითოეული ამინომჟავის დასაზუსტებლად, რადგან არსებობს მხოლოდ 16 შესაძლო ორი ნუკლეოტიდის კომბინაცია (4 2). ამის საპირისპიროდ, არსებობს 64 შესაძლო ნუკლეოტიდის სამეული (4 3), რაც ბევრად აღემატება ამინომჟავების რაოდენობას. მეცნიერებმა დაადგინეს თეორია, რომ ამინომჟავები დაშიფრული იყო ნუკლეოტიდური სამეულით და რომ გენეტიკური კოდი იყო გადაგვარებული. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მოცემული ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული ერთზე მეტი ნუკლეოტიდის სამეულით. ეს მოგვიანებით დადასტურდა ექსპერიმენტულად, ფრენსის კრიკმა და სიდნი ბრენერმა გამოიყენეს ქიმიური მუტაგენი პროფლავინი ვირუსის გენში ერთი, ორი ან სამი ნუკლეოტიდის ჩასართავად. როდესაც ერთი ან ორი ნუკლეოტიდი შეიყვანეს, ცილის სინთეზი მთლიანად გაუქმდა. როდესაც სამი ნუკლეოტიდი იყო ჩასმული, ცილა სინთეზირებული და ფუნქციონალური იყო. ამან აჩვენა, რომ სამი ნუკლეოტიდი განსაზღვრავს თითოეულ ამინომჟავას. ნუკლეოტიდის ამ სამეულს კოდონები ეწოდება. ერთი ან ორი ნუკლეოტიდის ჩასმამ მთლიანად შეცვალა სამეულის წაკითხვის ჩარჩო, რითაც შეცვალა შეტყობინება ყოველი მომდევნო ამინომჟავისთვის ([ბმული]). მიუხედავად იმისა, რომ სამი ნუკლეოტიდის შეყვანამ გამოიწვია დამატებითი ამინომჟავის ჩასმა ტრანსლაციის დროს, დანარჩენი ცილის მთლიანობა შენარჩუნებული იყო.

მეცნიერებმა გულმოდგინედ გადაჭრეს გენეტიკური კოდი სინთეზური mRNA-ების in vitro თარგმნით და მათ მიერ მითითებული ცილების თანმიმდევრობით ([ბმული]).

პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში სპეციფიკური ამინომჟავის დამატების მითითების გარდა, 64 კოდონიდან სამი წყვეტს ცილის სინთეზს და ათავისუფლებს პოლიპეპტიდს მთარგმნელობითი აპარატიდან. ამ სამეულს უწოდებენ უაზრო კოდონებს, ან გაჩერების კოდონებს. სხვა კოდონს, AUG-საც აქვს სპეციალური ფუნქცია. ამინომჟავის მეთიონინის მითითების გარდა, ის ასევე ემსახურება როგორც საწყისი კოდონი თარგმანის დასაწყებად. თარგმანის კითხვის ჩარჩო დაყენებულია AUG საწყისი კოდონით mRNA-ის 5′ ბოლოსთან.

გენეტიკური კოდი უნივერსალურია. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა, პრაქტიკულად ყველა სახეობა იყენებს ერთსა და იმავე გენეტიკურ კოდს ცილის სინთეზისთვის. კოდონების კონსერვაცია ნიშნავს, რომ გაწმენდილი mRNA, რომელიც აკოდირებს ცხენების გლობინის ცილას, შეიძლება გადავიდეს ტიტების უჯრედში და ტიტები ასინთეზებს ცხენის გლობინს. ის, რომ არსებობს მხოლოდ ერთი გენეტიკური კოდი, არის ძლიერი მტკიცებულება იმისა, რომ დედამიწაზე მთელი სიცოცხლე იზიარებს საერთო წარმომავლობას, განსაკუთრებით იმის გათვალისწინებით, რომ არსებობს 20 ამინომჟავისა და 64 სამმაგი კოდონის დაახლოებით 10 84 შესაძლო კომბინაცია.

გენის ტრანსკრიფცია და ცილად გადათარგმნა დამატებითი დაწყვილებისა და გენეტიკური კოდის გამოყენებით ამ საიტზე.

ითვლება, რომ დეგენერაცია არის უჯრედული მექანიზმი შემთხვევითი მუტაციების უარყოფითი გავლენის შესამცირებლად. კოდონები, რომლებიც აკონკრეტებენ ერთსა და იმავე ამინომჟავას, ჩვეულებრივ განსხვავდება მხოლოდ ერთი ნუკლეოტიდით. გარდა ამისა, ქიმიურად მსგავსი გვერდითი ჯაჭვების მქონე ამინომჟავები დაშიფრულია მსგავსი კოდონებით. გენეტიკური კოდის ეს ნიუანსი უზრუნველყოფს, რომ ერთი ნუკლეოტიდის შემცვლელი მუტაცია შეიძლება მიუთითებდეს იგივე ამინომჟავას, მაგრამ არ ჰქონდეს ეფექტი, ან მიუთითოს მსგავსი ამინომჟავა, რაც ხელს უშლის ცილის სრულიად არაფუნქციონირებას.

რომელს აქვს მეტი დნმ: კივი თუ მარწყვი?

Კითხვა: დაახლოებით იგივე ზომის კივის და მარწყვის ([ბმული]) დნმ-ის დაახლოებით იგივე რაოდენობა ექნება?

ფონი: გენები გადატანილია ქრომოსომებზე და შედგება დნმ-ისგან. ყველა ძუძუმწოვარი დიპლოიდურია, ანუ მათ აქვთ თითოეული ქრომოსომის ორი ასლი. თუმცა, ყველა მცენარე არ არის დიპლოიდური. ჩვეულებრივი მარწყვი არის ოქტოპლოიდური (8) და კულტივირებული კივი არის ჰექსაპლოიდური (6). გამოიკვლიეთ ქრომოსომების საერთო რაოდენობა თითოეული ამ ხილის უჯრედებში და იფიქრეთ იმაზე, თუ როგორ შეიძლება ეს შეესაბამებოდეს დნმ-ის რაოდენობას ამ ხილის უჯრედის ბირთვებში. წაიკითხეთ დნმ-ის იზოლაციის ტექნიკის შესახებ იმის გასაგებად, თუ როგორ ეხმარება იზოლაციის პროტოკოლის ყოველი ნაბიჯი დნმ-ის განთავისუფლებასა და დალექვას.

ჰიპოთეზა: გამოთქვით ჰიპოთეზა, შეძლებთ თუ არა აღმოაჩინოთ განსხვავება დნმ-ის რაოდენობაში მსგავსი ზომის მარწყვიდან და კივიდან. როგორ ფიქრობთ, რომელი ხილი გამოიმუშავებს მეტ დნმ-ს?

შეამოწმეთ თქვენი ჰიპოთეზა: გამოყავით დნმ მარწყვისა და კივის მსგავსი ზომისა. შეასრულეთ ექსპერიმენტი მინიმუმ სამჯერ თითოეული ხილისთვის.

  1. მოამზადეთ დნმ-ის ექსტრაქციის ბუფერის ბოთლი 900 მლ წყალი, 50 მლ ჭურჭლის სარეცხი საშუალება და ორი ჩაის კოვზი სუფრის მარილი. აურიეთ შებრუნებით (დახურეთ თავსახური და გადაატრიალეთ რამდენიმეჯერ).
  2. მარწყვი და კივი ხელით გახეხეთ პლასტმასის ჩანთაში, ან ნაღმტყორცნებით, ან ლითონის თასით და ბლაგვი ინსტრუმენტის ბოლოებით. გახეხეთ თითო ხილზე მინიმუმ ორი წუთის განმავლობაში.
  3. თითოეულ ნაყოფს დაამატეთ 10 მლ დნმ-ის ექსტრაქციის ბუფერი და კარგად აურიეთ მინიმუმ ერთი წუთის განმავლობაში.
  4. ამოიღეთ უჯრედული ნარჩენები თითოეული ხილის ნარევის გაფილტვრით ყველით ან ფოროვანი ქსოვილით და ძაბრში მოთავსებულ სინჯარაში ან შესაბამის კონტეინერში.
  5. ჩაასხით ყინულივით ცივი ეთანოლი ან იზოპროპანოლი (სპირტი) სინჯარაში. თქვენ უნდა დააკვირდეთ თეთრ, ნალექიან დნმ-ს.
  6. შეაგროვეთ დნმ თითოეული ნაყოფისგან ცალკე მინის ღეროების გარშემო შემოხვევით.

ჩაწერეთ თქვენი დაკვირვებები: იმის გამო, რომ რაოდენობრივად არ გაზომავთ დნმ-ის მოცულობას, შეგიძლიათ ჩაწეროთ ყოველი ცდისთვის, აწარმოებდა თუ არა ორმა ნაყოფი დნმ-ის ერთსა და იმავე რაოდენობას, როგორც თვალით დაკვირვებით. თუ ერთი ან მეორე ხილი წარმოქმნის შესამჩნევად მეტ დნმ-ს, ჩაწერეთ ეს ასევე. დაადგინეთ შეესაბამება თუ არა თქვენი დაკვირვებები თითოეული ხილის რამდენიმე ნაჭერს.

გაანალიზეთ თქვენი მონაცემები: შენიშნეთ თუ არა აშკარა განსხვავება თითოეული ხილის მიერ წარმოქმნილი დნმ-ის რაოდენობაში? იყო თქვენი შედეგები განმეორებადი?

გამოიტანე დასკვნა: იმის გათვალისწინებით, თუ რა იცით თითოეულ ნაყოფში ქრომოსომების რაოდენობის შესახებ, შეგიძლიათ დაასკვნათ, რომ ქრომოსომის რიცხვი აუცილებლად კორელაციაშია დნმ-ის რაოდენობასთან? შეგიძლიათ დაადგინოთ ამ პროცედურის რაიმე ნაკლი? ლაბორატორიაზე წვდომა რომ გქონდეთ, როგორ შეგეძლოთ თქვენი შედარების სტანდარტიზება და უფრო რაოდენობრივი გახადოთ?


თარგმანის დებულება

მიუხედავად იმისა, რომ ტრანსკრიფცია არის პირველადი დონე, რომელშიც გენის ექსპრესია კონტროლდება, mRNA-ების ტრანსლაცია ასევე რეგულირდება როგორც პროკარიოტულ, ასევე ეუკარიოტულ უჯრედებში. ტრანსლაციური რეგულირების ერთ-ერთი მექანიზმი არის რეპრესორული ცილების შეკავშირება, რომლებიც ბლოკავს ტრანსლაციას, სპეციფიკურ mRNA თანმიმდევრობებს. ამ მექანიზმის საუკეთესო გაგებული მაგალითი ევკარიოტულ უჯრედებში არის ფერიტინის სინთეზის რეგულირება, ცილის, რომელიც ინახავს რკინას უჯრედში. ფერიტინის mRNA-ს ტრანსლაცია რეგულირდება რკინის მიწოდებით: მეტი ფერიტინი სინთეზირდება, თუ რკინა უხვადაა (სურათი 7.15). ამ რეგულაციას შუამავლობს ცილა, რომელიც (რკინის არარსებობის შემთხვევაში) აკავშირებს მიმდევრობას (რკინის პასუხის ელემენტს, ან IRE) ფერიტინის mRNA-ს 5´ გადაუთარგმნელ რეგიონში, რაც ბლოკავს მის ტრანსლაციას. რკინის თანდასწრებით, რეპრესორი აღარ უკავშირდება IRE-ს და ფერიტინის ტრანსლაცია მიმდინარეობს.

სურათი 7.15

ფერიტინის ტრანსლაციური რეგულირება. mRNA შეიცავს რკინის საპასუხო ელემენტს (IRE) მის 5´ თავსახურთან. რკინის ადეკვატური მარაგების არსებობისას mRNA-ს ტრანსლაცია ნორმალურად მიმდინარეობს. თუ რკინა მწირია, მაშინ პროტეინი (ე.წ. (მეტი. )

საინტერესოა აღინიშნოს, რომ რკინით ფერიტინის mRNA-ს ტრანსლაციის რეგულირება მსგავსია ტრანსფერინის რეცეპტორის mRNA სტაბილურობის რეგულირებისა, რომელიც განხილული იყო წინა თავში (იხ. სურათი 6.48). კერძოდ, ტრანსფერინის რეცეპტორის mRNA სტაბილურობა რეგულირდება ცილებთან შეკავშირებით IRE-სთან მის 3´ გადაუთარგმნელ რეგიონში. ერთი და იგივე ცილა უკავშირდება ფერიტინის და ტრანსფერინის რეცეპტორების mRNA-ს IRE-ებს. თუმცა, ორ IRE-თან პროტეინის შეკავშირების შედეგები საკმაოდ განსხვავებულია. ტრანსფერინის IRE რეცეპტორთან დაკავშირებული ცილა იცავს mRNA-ს დეგრადაციისგან, ვიდრე აფერხებს მის ტრანსლაციას. ეს განსხვავებული ეფექტები, სავარაუდოდ, გამოწვეულია IRE-ის სხვადასხვა მდებარეობით ორ mRNA-ში. იმისათვის, რომ ფუნქციონირდეს, როგორც რეპრესორთან დამაკავშირებელი ადგილი, IRE უნდა განთავსდეს ფერიტინის mRNA-ის 5´ ქუდის 70 ნუკლეოტიდში, რაც ვარაუდობს, რომ პროტეინის მიერთება IRE-სთან ბლოკავს ტრანსლაციას 40S რიბოსომური ქვედანაყოფის ქუდის ამოცნობასა და შეკავშირებაში ჩარევით. ტრანსლაციის დათრგუნვის ნაცვლად, პროტეინის მიერთება იმავე თანმიმდევრობასთან ტრანსფერინის რეცეპტორის mRNA 3´ გადაუთარგმნელ რეგიონში იცავს mRNA-ს ნუკლეაზას დეგრადაციისგან. ამგვარად, ერთი და იგივე მარეგულირებელი ცილის დაკავშირება mRNA მოლეკულების სხვადასხვა უბნებთან შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ეფექტი გენის ექსპრესიაზე, ერთ შემთხვევაში აფერხებს ტრანსლაციას და მეორეში სტაბილიზებს mRNA-ს ცილის სინთეზის გაზრდის მიზნით.

ევკარიოტულ უჯრედებში მთარგმნელობითი რეგულირების კიდევ ერთი მექანიზმი, რაც იწვევს გლობალურ ეფექტს მთლიან მთარგმნელობით აქტივობაზე და არა კონკრეტული mRNA-ების ტრანსლაციაზე, მოიცავს საწყისი ფაქტორების აქტივობის მოდულაციას, განსაკუთრებით eIF-2. როგორც უკვე განვიხილეთ, eIF-2 (კომპლექსირებულია GTP-თან) აკავშირებს ინიციატორი მეთიონილის tRNA-ს, რითაც მიიყვანს მას რიბოსომამდე. eIF-2-ის შემდგომ გამოშვებას თან ახლავს GTP ჰიდროლიზი, რის გამოც eIF-2 ტოვებს არააქტიურ GDP კომპლექსს. დაწყების სხვა ციკლში მონაწილეობის მისაღებად, eIF-2/GTP კომპლექსი უნდა აღდგეს GTP-ზე შეკრული მშპ-ის გაცვლით. ამ გაცვლას შუამავლობს სხვა ფაქტორი, eIF-2B. ამდენად, eIF-2 აქტივობის კონტროლი GTP-ს შეერთებით და ჰიდროლიზით მსგავსია EF-Tu-ის (იხ. სურათი 7.12). თუმცა, eIF-2-ის რეგულირება უზრუნველყოფს კრიტიკულ საკონტროლო წერტილს სხვადასხვა ეუკარიოტულ უჯრედებში. კერძოდ, eIF-2 შეიძლება ფოსფორილირდეს მარეგულირებელი პროტეინ კინაზებით. ეს ფოსფორილირება ბლოკავს შეკრული მთლიანი შიდა პროდუქტის გაცვლას GTP-ზე, რითაც აფერხებს ტრანსლაციის დაწყებას. უჯრედის ერთ-ერთი ტიპი, რომელშიც ასეთი ფოსფორილირება ხდება, არის რეტიკულოციტი, რომელიც ეძღვნება ჰემოგლობინის სინთეზს (სურათი 7.16). გლობინის mRNA-ს ტრანსლაცია კონტროლდება ჰემის ხელმისაწვდომობით: mRNA ითარგმნება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ადეკვატური ჰემი ხელმისაწვდომია ფუნქციური ჰემოგლობინის მოლეკულების ფორმირებისთვის. ჰემის არარსებობის შემთხვევაში, პროტეინ კინაზა, რომელიც ფოსფორილირებს eIF-2-ს, გააქტიურებულია და შემდგომი ტრანსლაცია ინჰიბირდება. ნაპოვნია მსგავსი მექანიზმები ცილის სინთეზის კონტროლისთვის სხვა ტიპის უჯრედებში, განსაკუთრებით ვირუსით ინფიცირებულ უჯრედებში, რომლებშიც ვირუსული ცილის სინთეზი ინჰიბირებულია ინტერფერონის მიერ.

სურათი 7.16

ტრანსლაციის რეგულირება eIF-2-ის ფოსფორილირებით. რეტიკულოციტებში ტრანსლაცია (რომელიც ეძღვნება ჰემოგლობინის სინთეზს) კონტროლდება ჰემის მიწოდებით, რომელიც არეგულირებს eIF-2-ის აქტივობას. eIF-2-ის აქტიური ფორმა (კომპლექსური GTP) (მეტი. )

სხვა კვლევებმა აჩვენა eIF-4E, რომელიც აკავშირებს mRNA-ების 5´ თავსახურს, როგორც მთარგმნელობითი მარეგულირებელი ცილა. მაგალითად, ჰორმონი ინსულინი ასტიმულირებს ცილის სინთეზს ცხიმოვან უჯრედებში და კუნთოვან უჯრედებში. This effect of insulin is mediated, at least in part, by phosphorylation of proteins associated with eIF-4E, resulting in stimulation of eIF-4E activity and increased rates of translational initiation.

Translational regulation is particularly important during early development. As discussed in Chapter 6, a variety of mRNAs are stored in oocytes in an untranslated form the translation of these stored mRNAs is activated at fertilization or later stages of development. One mechanism of such translational regulation is the controlled polyadenylation of oocyte mRNAs. Many untranslated mRNAs are stored in oocytes with short poly-A tails (approximately 20 nucleotides). These stored mRNAs are subsequently recruited for translation at the appropriate stage of development by the lengthening of their poly-A tails to several hundred nucleotides. In addition, the translation of some mRNAs during development appears to be regulated by repressor proteins that bind to specific sequences in their 3´ untranslated regions. These regulatory proteins may also direct mRNAs to specific regions of eggs or embryos, allowing localized synthesis of the encoded proteins during embryonic development.


მადლიერებები

We thank Pandolfi laboratory members for critical discussions, in particular A. Carracedo for critical input S. Feng for technical assistance. We thank B. Vogelstein for DICER −/− cells T. Yuan for assistance with FACS analysis A. Tuccoli for assistance with miRNA RT–PCR I. Osman for support and suggestions. L.P. was supported by fellowships from the Istituto Toscano Tumori and the American Italian Cancer Foundation. ლ.ს. was supported by fellowships from the Human Frontier Science Program and the Canadian Institutes of Health Research. This work was supported by NIH grant R01 CA-82328-09 to P.P.P.


Exon Function

Exons are pieces of coding DNA that encode proteins. Different exons code for different domains of a protein. The domains may be encoded by a single exon or multiple exons spliced together. The presence of exons and introns allows for greater molecular evolution through the process of exon shuffling. Exon shuffling occurs when exons on sister chromosomes are exchanged during recombination. This allows for the formation of new genes.


The figure depicts possible alternative splicing mechanisms which can result in alternative proteins being translated.

ადამიანური slo გენი

An example of extreme alternative splicing is the human slo gene which encodes a transmembrane protein involved in regulation of potassium entry in the hair cells of the inner ear, resulting in frequency perception. The gene consists of 35 exons which can combine to form over 500 mRNAs through the excision of one to eight exons. The different mRNAs control which sound frequencies can be heard.

მაუსი alpha-amylase გენი

Თაგვი alpha-amylase gene encodes two different mRNAs – one in the salivary glands and one in the liver. Which of the mRNA transcripts is formed is controlled by different promoters specific to the tissue type. In this case the processed mRNA contains the same two exons, resulting in the same protein, but it is regulated by a tissue-specific promoter.

1. A protein is coded for by how many exons?
ა. 1
ბ. 2
C. 10
დ. Ყველა ზემოთხსენებული

2. How can new genes be formed?
ა. Alternative splicing
ბ. Exon shuffling
C. Splicing
დ. Ჩამოთვლილთაგან არც ერთი

3. What sequence is commonly found at the beginning of an exon?
ა. აუგ
ბ. UAG
C. UAA
დ. UGA


Უყურე ვიდეოს: Транскрипция қысқаша түсіндірілуі (აგვისტო 2022).