| II Oqsillar biosintezi
Oqsillar biosintezi mexanizmlarini aniqlab olish uchun hujayrasiz sistemalardan foydalanish (50-yillardan boshlab) muhim ahamiyatga ega bo’ldi. To’qimalar gomogenatlarini loaqal bittasi nishonlangan, aminokislotalar aralashmasi bilan inkubasiya qilinsa, u holda nishonning oqsilga o’tishiga qarab oqsillar biosintezini qayd qilib borish mumkin. Gomogenat turli fraksiyalarini ana shunday metod bilan tekshirish natijasida oqsillar biosintezi uchun quyidagi tarkibiy qismlar zarurligi aniqlanadi: aminokislotalar
Transport RNK lar
Amenoasil-m RNK-sintezalar
Matritsa RNKsi
Ribosomalar
Inisiasiya, elongasiya, terminasiya omillari
ATF
Mg2+ ionlari.
Sintezlanayotgan oqsilning birlamchi strukturasi sistemaga qo’shilgan mRNK birlamchi bilan belgilanadi. Hujayrasiz sistema globin mRNK sidan tuzilgan bo’lsa (buni retikulositlardan ajratib olish mumkin), globin (L- va β-globin zanjirlari) sintezlanadi; sistema gepatositlardan ajratib olingan albumin mRNK si bilan tuzilgan bo’lsa, qon skbumini sintezlanadi va hokazo.
Biologik kod.
Oqsillar biosintezi (translatsiyasi) boshqa tipdagi matritsali biosintezlar replikatsiya va transkripsiyadan ikkita prinsipial xususiyatlari bilan farq qiladi:
Matritsa va replikasiya mahsulotida ishoralar (monomerlar) soni o’rtasida muvofiqlik bo’lmaydi (mRNK da 4 ta har xil nukleotid, oqsilda 20 ta har xil aminokislota bo’ladi);
Ribonukleotidlar (matrisa monomerlari) bilan aminokislotalar (mahsulot monomerlari) ning strukturasi shundayki, bular o’rtasida F…T yoki G…S juftlari hosil bo’lishiga o’zaro ta’sir qilish hodidadi bo’lishi mukin emas, boshqacha aytganda mRNK (matritsa) va oqsil peptid zanjiri (mahsulot) o’rtasida komplementarlik yo’q. Bunday oqsillar biosintezida matritsadan foydalanish mexanizmi DNK yoki RNK sintezi misolidagidan ko’ra boshqacha bo’lishi kerak, degan xulosa kelib chiqadi. Replikasiya bilan trankripsiyani shunchaki tekstni ko’chirib yozishga qiyos qilish mumkin bo’lsa, translyatsiya nukleotidlar tartibi yordamida yozilgan (kodlangan) aminokislotalar tartibi to’g’risidagi axborotni mag’zini chaqish aniqlab olishdir.
Oqsillar birlamchi strukturasi to’g’risidagi axborotning nuklein kislotalarda shirflanishi usuli biologik kod deb ataladigan bo’ldi (buni genetik, nukleotid, aminokislota kodi ham deb aytiladi). Biologik kod strukturasini aniqlash mahalida tug’iladigan dasnlabki masalalardan biri, bu kod soni to’g’risidagi, ya’ni oqsilga bitta aminokislota qo’shilishinu kodlovchi nukleotid qoldiqlarining soni to’g’risidagi masaladir. Ravshanki, kod soni birga tenh bo’lishi mumkin emas, chunki bu holda 4 ta nukleotid yordamida faqat to’rtta aminokislotani kodlash mumkin bo’lar edi, xolos. Kod soni 2 ga teng bo’lganida turli nurleotid juftlarining soni 2 tadan bo’lgan to’rtta elementdan hosil bo’luvchi kombinasiyalar soniga teng, ya’ni 42=16 ga teng lbo’ladiki, bu ham barcha aminokislotalarni kodlash uchun kifoya qilmaydi. Uchta uchtadan bo’lib birlashgan har xil nukleotidlar kombinasiyalarining soni 43=64 ga teng. U 20ta aminokislotani kodlash uchun zarur bo’lgan eng kichik sondan uch baravardan ko’ra ko’proq ortiqdir. Biologik kodda kod soni uchga teng ekanligi tajriba yo’li bilan isbotlangan: uchta:uchtadan bo’lib, bitta aminokislota qo’shilishini kodlovchi nukleotid qoldiqlari (triolet) kodon deyiladi. Kodon ma’nosini bilib olish, ya’ni kodonlardan har biri qaysi bir aminokislotaga mos keladi, degan masalani aniqlan olish uchun oqsillar sintezining hujayrasiz sistemalaridan foydalanildi. Bunday sistemada nukleotidlar tartibi ma’lum bo’lgan sistetik ribonuklein kislotalar, masalan, poli (U) matritsa bo’lib xizmat qilishi mumkin. Shu RNK da faqat bir tipdagi –UUU tripletlar bo’ladi: U-U-U-U-U-U-U-U-U-U-U-U-
Matritsa tariqasidagi poli (U) bo’lgan hujayrasiz sistemada poli fenilalanin sintezlanadi. Bundan UUU tripleti fenilalanin kodoni bo’lib, xizmat qiladi degan ma’no kelib chiqadi. Matritsa tariqasida poli (S) dan foydalaniladigan bo’lsa, bu holda poliprolin sintezlanadi; demak SSS tripleti prolin aminokislotasini kodlaydi. Boshqa kodonlarning ma’nosini bilib olish uchun tripletlari ma’lum bo’lgan sintetik aralash ribonukleotidlar polimerlari qo’llanildi. Bunday tajribalar kod sonining uchga teng ekanligini isbot etuvchi dalil bo’lib xizmat qildi. 64 ta tripletning 61 tasidan aminokislotalarni kodlash uchun foydalanilsa, uchta triplet –UAA, UAG va UGA tripletlari matrisaning oxirgi uchini bildiradi: shu tripletlarga kelganda peptid zanjiri endi yana o’smay qo’yadi-terminasiyalovchi tripletlar deb shularga aytiladi.
Har bir tripletning qanday bo’lmasin faqat bitta aminokislotani kodlab berishini aytib o’tamiz. Kodning mana shu xossasini spesifikligi yoki bir zaylligi deyiladi. Ikkinchi tomondan, bitta aminokislota ikkita va bundan ko’ra ko’proq (oltitagacha) bo’ladigan har xil tripletlar bilan kodlanishi, ya’ni kod aynagan bo’lishi mumkin.
Hozir viruslar bilan bakteriyalardan tortib to oliy darajadagi hayvonlargacha bo’lgan ko’pdan ko’p turli-tuman organizmlarda biologik kod o’rganib chiqilgan. Hamma hollarda ham u bir xil bo’lib chiqdi. Kodning shu tariqa universal bo’lishi yerdagi barcha hayot shakllarining yagona bir manbadan kelib chiqqanligini yana bir manbadan kelib chiqqanligini yana bir karra isbot etadigan dalildir.
RNK ning adaptor funksiyasi.
Aminokislotalar bilan nukleotidlar (yoki nukleotidlar tripletlari) o’rtasida A…T (yoki A…U) da G-S nukleotid juftlari hosi lbo’lishiga o’xshash spesmorik, komplementar o’zaro ta’sirlar bo’lishi mumkin emas. Shu munosabat bilan har biri, bir tomondan, ma’lum kodon bilan va 2-tomondan, ma’lum aminokislota bilan o’zaro ta’sir qila oladigan adaptor-molekulalar bor deb taxmin qilindi. 1957 yili ana shunday molekulalar topildi, bular mRNK lar bo’lib chiqdi.
Ravshanki, 20 ta har xil aminokislotani ularga mos keladigan kodonlarga adaptatsiyalash uchun kamida 20 ta har xil tRNK; har bir aminokislotaga o’ziga yarasha mRNK kerak bo’ladi. bunday tRNKlar quyidagicha belgilanadi:
mRNKAla, mRNKHis, mRNKVal… va hokazo (alanin mRNK si, gistidin mRNK va hokazo). Biroq kod aynagan bo’lganligidan turli mRNK lar soni 20 tadan ko’ra ko’proq bo’ladi (ma’nodor kodonlar sonidan, ya’ni 61 dan kam bo’lmaydi). mRNK ning aminokislotalar bilan o’zaro ta’siri aminokislota bilan mRNK o’rtasida, konalent bog’ hosil bo’lishiga olib keladigan fermentativ protsesdir. Bu xildagi birikmalar amiknoasil mRNK (aa-mRNK) deyiladi. Aminokislota mRNK nukleotid zanjirining 3I-oxiriga (barcha mRNKlar uchun umumiy bo’lgan A-S-U tartibi bor joyiga) kelib birikadi; ayni vaqtda aminokislota karboksil gruppasi bilan mRNK dagi adelat kislota uchki qoldig’ining gidroksil gruppasi hisobiga murakkab efir bog’i hosil bo’ladi.
Bu bog’lar tabiatan yuqori energetik bog’dir, shunga ko’ra aa-mRNK hosil bo’lishini aminokislotaning aktivlanishi deb qarash mumkin. Aminokislotalarning mRNK bilan yuzaga chiqadigan reaksiyalari energiyaga muhtoj bo’ladi (ATF saralanib boradi) va aminoasil mRNK sintetazalar yordamida katalizlanib boradi.
Aminokislota +mRNK+ATF aa-mRNK+AMF+H4P2O7.
Kamida yigirmata har xil aminoasil mRNK sintetazalar bor, bular substratga xosligi, spesifikligi jihatidan bir-biridan farq qiladi: mana shu fermanrlarning har biri 20 ta aminokislotaning shu aminokislotaga to’g’ri keladigan mRNK bilan yuzaga chiqadigan faqat bitta reaksiyani katalizlaydi. Masalan, alanin mRNK sintezida alanin mRNK si reaksiyasini katalizlaydi:
Alanin+mRNKAla+ATF Ala+mRNKAla+AMF+ H4P2O7.
Shunday qilib, aminoasil mRNK sintetazalarning aktiv aminokislotalardan biriga komplementar bo’lgan joy va mRNK lardan biri molekulasining qandaydir bir qismiga komplementar bo’lgan joyi bo’lishi kerak. Subsratga ana shunday xos bo’lganligi tufayli har bir aminoasiya mRNK sintezida 20 ta aminokislota va necha o’nlab mRNK lar aralashmasidan va necha o’nlab mRNKlar aralashmasidan ma’lum bi juftni tegishli aminokislota bilan unga tog’ri keladigan mRNK ni “tanib”, “tanlab oladi” va bir juftni birlashtiradi.
aa-mRNK ning mRNK koodon bilan o’zaro ta’siri shu bilan ta’minlanadiki, mRNK molekulalari qovuzloqning birida qanday bo’lmasin biror kodonga komplementar keladigan nukleotidlar tripleti bo’ladi. ana shunday tripletni antikodon deyiladi. Aa-mRNK hosil bo’lishini, masalan, Morze alifbosi belgilarini harflardan iborat alifbo belgilariga aylantirish uchun qo’llaniladigan qo’shaloq shrift tayyorlashga o’xshatishsa bo’ladi.
matrisa RNK sining roli.
Qo’shaloq shriftga ega bo’linsa, Morze alifbosi bilan yozilgan tekstni o’qib chiqish oson. Shriftni telegraf lentasiga Morze alifbosi belgilariga mos keladigan qilib qo’yib chiqilsa bas. mRNK ning translyatsiyadagi roli mana shu misoldagi telegraf lentasi roliga o’xshab ketadi: mRNK ninf tegishli kodonlariga aa-mRNK antikodonlari bilan birikadi, shuning natijasida aminokislota qoldiqlari mRNKda kodonlar qanday tartib bilan joylashgan bo’lsa. Xuddi shunday tartibda joy olib qoladi. Endi birlamchi strukturasi ma’lum tuzilishda bo’lgan peptid zanjirini (oqsilni) hosil qilish uchun aminokislota qoldiqlarini peptid bog’i bilan biriktiribgina qoladi, xolos. Shunday qilib, mRNK kodonlarining tartibi tegishli oqsildagi aminokislota qoldiqlarining tartibiga kollineardir. Bu sxema nukleotid tartibini (aniqrog’i, kodonlar tartibini) aminokislotalar tartibiga aylantirishning prinsipial mexanizmini aks ettiradi xolos.
Ribosomalarning ishlashi.
Oqsillar sintezi protsessi haqiqatda ribosomalar va bir qancha boshqa omillar ishtirokida yuzaga chiqadi. Ribosomalarda mRNK bilan aa-mRNK o’rtasidagi o’zaro ta’sirini, peptid bog’i hosil bo’lishi va tayyor oqsil ajralib chiqishini ta’minlaydigan fermentlar va boshqa oqsillar bo’ladi. Peptid zanjiri hosil bo’lishi protssesining hammasini uchta bosqichga ajratish mumkin: initsiatsiya, elongatsiya va terminatsiya.
Initsiatsiya.
Oqsil sintezi boshlab beruvchi, ya’ni initsiyalvchi kompleks hosil bo’lishidan boshlanadi. Yadrodan sitoplazmaga o’tgan mRNK ribosomaning kichik (40S) subbirligi va initsiatsiyalovchi aa-mRNK rolini Met-mRNKmet bajaradi. So’ngra shu kompleksga ribosomalarning katta (60S) subbirligi kelib birikadi. Met-mRNK metf o’z antikodoni bilan mRNK dagi AUG yoki TUG kodonlari bilan o’zaro ta’sir qiladi; bu kodonlar initsiatsiyalovchi kodonlar deyiladi.
Har qanday oqsil sintezi shularning bittasidan boshlanadi (lekin bu kodonlar mRNK ning bosh tomoni bo’lmasa, ular oqsilga tegishlicha metionin yoki valin qo’shilishini kodlaydi). Bundan tashqari, Met-mRNKmet ribosoma zarrasi turli qasmlaridagi ribosoma oqsillari bilan ham o’zaro ta’sir qiladi; oson bo’lishi uchun mana shu joylarning hammasini peptidil markaz deb belgilaymiz. Initsiatsiyalovchi kompleks hosil bo’lishida ribosomalardan tashqaridagi oqsillar initsiatsiya omillari (sakkizga yaqin har xil oqsillar) qatnashadi; kompleks hosil bo’lganidan keyin bu oqsillar yana sitoplazmaga o’tib ketadi.
Elongatsiya. Bu murakkab protsessni undan, alohida fazalarni ajratib turib, ko’rib chiqish osonroq bo’ladi.
aa-mRNK ni –biriktirib olish. (initsiatsiyalovchi kodondan keyingi) mRNK ga to’g’ri keladigan aa-mRNK kodoni kelib birikadi. Bu tRNK mRNK bilan ham (o’zining antikodoni bilan), ribosomaning ma’lum joylari bilan ham bu joylarni biriktirish markazlari deb ataylik – o’zaro ta’sirlashadi.
aa-mRNK ni biriktirish energiya sarflanib borishi bilan bog’liq bo’ladi – bitta GTF molekulasi sarflanadi. Bu reaksiyada ribosomadan tashqaridagi oqsil – elongasiya omili EFI ishtirok etadi.
Peptid bog’i hosil bo’lishi. Metionin qon tomir Met-metf dan aa-mRNK dagi aminokislota qoldig’ining aminogruppasiga o’tkaziladi. Ayni vaqtda bir kodon bilan va biriktirish markazi bilan bog’langan dipeptidil mRNK+ hosil bo’ladi.
Translokatsiya – ribosomaning mRNK bilan dipeptidil mRNK nisbatan so’rilishi. Ana shunday so’rilish natijasida dipeptidil –mRNK1 ribosoma peptidil markazi sohasiga kelib qoladi. Lekin avvalgidek mRNK ning birinchi kodoni bilan bog’langan bo’ladi. ayni vaqtda mRNKmetf kompleksdan ajralib chiqadi. Translokatsiya mahalida energiya sarflanadi. Bu energiya manbai GTF (2 molekula)dir. Bu o’rinda ham ribosomadan tashqaridagi oqsil – elongatsiya omili EF2ishtirok etadi.
Peptid zanjiri endi shu fazalarning takrorlanib borishi yo’li bilan uziladi, lekin bu safar mRNK ning ikkinchi kodoniga mos keladigan aa-mRNK2kelib birikadi. So’ngra peptidil qoldig’i m-RNK1dan m-RNK2bilan birikkan aminokislotaga o’tkaziladi, ya’ni 2-peptid bog’i hosil bo’ladi (tripeptid vujudga keladi) va hokazo. Elongatsiya tezligi ancha katta: 100 ta aminokislotadan iborat peptidning sintezi taxminan 2 minut o’tadi.
Initsiatsiya ishtirok etadigan va o’sib borayotgan ppeptid zanjirida N-uchki holatni egallaydigan metionin qoldig’i spesifik peptidgidrolaza ishtirokida elongasiya paytidayoq ajralib chiqadi (lekin ba’zi oqsillarda saqlanib qoladi). Terminatsiya. Peptid zanjirining uzayib borishi ribosoma yo’lida RNKning terminatsiyalovchi tripletlaridan bittasi –UAA, UAG uchramaguncha davom etaveradi. Ana shu triplet sohasida ribosomadan tashqaridagi oqsillar – terminatsiya omillari ishtirokida peptid bilan oxirgi mRNK o’rtasidagi bog’ gidrolitik tarzda parchalanadi va tayyor oqsil ajralib chiqadi.
Har bir aminokislotaning oqsilga qo’shilishi uchun to’rtta yuqori energetik bog’ energiyasi sarflanadi: bitta ATF molekulasi (aa-mRNK sintezi bosqichida) va uchta GTF molekulasidan foydalaniladi (aa-mRNK ning birikishi va translokasiya bosqichlarida).
Initsiatsiyalovchi kompleks hosil bo’lishida ribosoma mRNK ning 5-uchiga kelib birikadi va translyatsiya davomida, 3I-uchiga tomon surilib boradi. 5I-uchi bo’shagan sayin mRNK ga yangi ribosomalar birikib, ularda ham peptid zanjiri o’sib boradi. Har bir ribosoma RNK ning uzunligi taxminan 30 kodonga boradigan qismini egallaydi. mRNK molekulasida bir nechta ribosoma jo bo’lishi mumkin, bunday strukturalar poliribosomalar deb ataladi. Kodlanayotgan oqsilning peptid zanjiri nechog’li uzun bo’lsa, RNK molekulasi ham shuncha uzun va poliribosomadagi ribosomalar soni shuncha ko’p bo’ladi. Ba’zi mRNK lar bir nechta oqsillar to’g’risida axborotni o’ziga jo qilgan polisistron mRNK lar deb shularni aytiladi. Oqsillarning har biri mRNK ning alohida bir joyida o’zining initsiatsiyalovchi va terminatsiyalovchi kodonlari bo’ladigan sistronga kodlangandir.
Oqsillarning ikkilamchi va uchlamchi strukturalari peptid zanjir uzayib borgan sayin translyatsiya protsessida shakllanib boradi. Bizga ma’lumki, peptid zanjirining konformatsiyasi birlamchi strukturaga bog’liq bo’ladi. Ikkinchi tomondan, ikkilamchi va uchlamchi atrukturalar shakllanishi natijasida oqsillarning aktiv markazlari hosil bo’ladi. Demak, genlarda oqsillar aktib markazlarining tuzilishi to’g’risidagi axborot kodlangan bo’ladi, deb aytish mumkin.
| 