If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

გენების ექსპრესიის შესავალი (ცენტრალური დოგმა)

როგორაა ჩაწერილი დნმ-ის გენებში ცილების ასაწყობი ინსტრუქცია. მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა: დნმ → რნმ → ცილა.

მიმოხილვა: გენთა ექსპრესია

დნმ დედამიწაზე არსებული ყველა ორგანიზმის გენეტიკური მასალაა. დნმ მშობლებისგან შვილს გადაეცემა და ის განსაზღვრავს შვილის გარკვეულ ნიშან-თვისებებს (მაგალითად, მათ თვალის ფერსა და თმის ფერს). როგორ ახდენს გავლენას დნმ-ის მოლეკულის თანმიმდევრობა ადამიანისა და სხვა ორგანიზმების ნიშან-თვისებებზე? მაგალითად, მენდელის ბარდის გენების ნუკლეოტიდური (A, T, C და G) თანმიმდევრობა როგორ განსაზღვრავს ყვავილების ფერს?

გენები ფუნქციურ პროდუქტებს (მაგ. ცილებს) აკოდირებენ

დნმ-ის მოლეკულა ნუკლეოტიდების გრძელი, მოსაწყენი ჯაჭვი სულაც არ არის. იგი ფუნციურ ერთეულებად, გენებადაა, დაყოფილი. თითოეული გენი ფუნქციურ პროდუქტს აკოდირებს, ანუ მოლეკულას, რომელიც უჯრედს რაიმე პროცესისთვის სჭირდება. ხშირად გენის ფუნქციური პროდუქტი ცილაა. მაგალითად, მენდელის ყვავილის ფერის გენი აკოდირებს ცილას, რომელიც ყვავილის ფურცლებში ფერად მოლეკულებს (პიგმენტებს) წარმოქმნის.
დიაგრამაზე ნაჩვენებია, როგორ შეიძლება გენმა განსაზღვროს ორგანიზმის ფენოტიპი (ხილული ნიშან-თვისება). მენდელის მიერ შესწავლილი ყვავილის ფერის გენი შედგება ქრომოსომაზე არსებული დნმ-ს ნაწილისგან. დნმ-ს კონკრეტული თანმიმდევრობა აქვს. ამ დიაგრამაზე ნაჩვენებია მისი ნაწილი — 5'-GTAAATCG-3' (ზედა ჯაჭვი), რომელიც დაკავშირებულია კომპლემენტარულ თანმიმდევრობასთან — 3'-CATTTAGC-5' (ქვედა ჯაჭვი). გენის დნმ-ი განსაზღვრავს იმ ცილის წარმოებას, რომელიც პიგმენტების შექმნაში იღებს მონაწილეობას. როცა ცილა არის და ფუნქციურია, იწარმოება პიგმენტი და ყვავილებს იისფერი ფერი აქვს.
სურათი დაფუძნებულია ჰელენსისა და კოლეგების ექსპერიმენტის მონაცემებსა1 და მსგავს ილუსტრაციაზე რისისა და კოლეგების ავტორობით2.
მრავალი გენის ფუნქციური პროდუქტი ცილაა ან, უფრო ზუსტად, პოლიპეპტიდი. პოლიპეპტიდი ამინომჟავების ჯაჭვს ეწოდება. ბევრი ცილა ერთი პოლიპეპტიდისგან შედგება, მაგრამ ზოგი - რამდენიმესგან. იმ გენებს, რომლებიც პოლიპეპტიდებს აკოდირებენ, ცილების მაკოდირებელი ეწოდება.
ყველა გენი პოლიპეპტიდს არ აკოდირებს. ზოგ მათგანში ფუნქციური რნმ-ის მოლეკულების აწყობის ინსტრუქცია წერია, მაგ. სატრანსპორტო რნმ-ისა და რიბოსომული რნმ-ის, რომლებიც ტრანსლაციისთვისაა საჭირო.

როგორაა კოდირებული გენის დნმ-თანმიმდევრობაში ცილა?

ბევრ გენში ჩაწერილია ინფორმაცია ცილის სტრუქტურის შესახებ. და მაინც როგორ განსაზღვრავს დნმ-ის თანმიმდევრობა ცილის ამინომჟავურ თანმიმდევრობას? პროცესი ორი მთავარი საფეხურისგან შედგება: ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია.
  • ტრანსკრიფციის ფროს გენის დნმ-თანმიმდევრობა რნმ-ის მოლეკულაზე გადაიწერება. ტრანსკრიფცია სწორედ გადაწერას ნიშნავს - დნმ-ის თანმიმდევრობისა მსგავსი „ანბანის" მქონე რნმ-თანმიმდევრობაზე. ეუკარიოტებში წარმოქმნილი რნმ-ის მოლეკულა ჯერ უნდა გადამუშავდეს, რათა საბოლოოდ მისგან მწიფე საინფორმაციო რნმ (ინფორმაციული, ანუ ი-რნმ) მივიღოთ.
  • ტრანსლაციის პროცესში ი-რნმ-ის თანმიმდევრობა გაიშიფრება და მის მიხედვით სპეციფიკური ამინომჟავური თანმიმდევრობის პოლიპეპტიდი აიწყობა. სიტყვა ტრანსლაცია თარგმნას ნიშნავს და ასეცაა: ი-რნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა სრულიად სხვა, ამინომჟავურ ენაზე უნდა „გადაითარგმნოს".
ცენტრალური დოგმის გამარტივებული სქემა, რომელზეც მოლეკულების თანმიმდევრობებიც ჩანს.
დნმ-ს ორ ჯაჭვს ასეთი თანმიმდევრობები აქვს:
5'-ATGATCTCGTAA-3' 3'-TACTAGAGCATT-5'
დნმ-ის ერთ-ერთი ჯაჭვის ტრანსკრიფციით მიიღება ი-რნმ, რომლის თანმიმდევრობაც თითქმის დნმ-ის მეორე ჯაჭვის იდენტურია, თუმცაღა ბიოქიმიური განსხვავებების გამო დნმ-სა და რნმ-ს შორის დნმ-ის თ-ებს ი-რნმ-ში უ-ები შეესაბამება. ი-რნმ-ის თანმიმდევრობაა:
5'-AUGAUCUCGUAA-5'
ტრანსლაცია გულისხმობს ი-რნმ-ის წაკითხვას სამ-სამ ნუკლეოტიდად. თითოეული სამეული რომელიმე ამინომჟავას შეესაბამება, ანუ აკოდირებს (ან ქმნის სტოპ სიგნალს, რომელიც ტრანსლაციის დასრულებას იწვევს).
3'-AUG AUC UCG UAA-5'
AUG მეთიონინი AUC იზოლეიცინი UCG სერინი UAA „სტოპ"
პოლიპეპტიდის თანმიმდევრობა: (N-ბოლო) მეთიონინი-იზოლეიცინი-სერინი (C-ბოლო)
შესაბამისად, ცილის მაკოდირებელი გენის ექსპრესიისას ინფორმაციის მიმართულებაა: დნმ დნმ ცილა. ამას მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა ეწოდება. არაცილისმაკოდირებელი (ანუ ფუნქციური რნმ-ის მაკოდირებელი) გენების ტრანსკრიფციისასაც რნმ წარმოიქმნება, მაგრამ იგი პოლიპეპტიდად აღარ ტრანსლირდება. ორივე სახის გენების შემთხვევაში დნმ-იდან ფუნქციური პროდუქტის მიღების პროცესს გენის ექსპრესია ეწოდება.

ტრანსკრიფცია

ტრანსკრიფციის დროს გენის შესაბამისი დნმ-ის ერთი ჯაჭვი, ე. წ. არამაკოდირებელი ჯაჭვი, ნიმუშად გამოიყენება მისი კომპლემენტარული რნმ-ის ასაწყობად, რასაც ფერმენტი რნმ-პოლიმერაზა ასრულებს. ამ რნმ-ს პირველადი ტრანსკრიპტი ეწოდება.
დნმ-ს ორ ჯაჭვს ასეთი თანმიმდევრობები აქვს:
5'-ATGATCTCGTAA-3' 3'-TACTAGAGCATT-5'
დნმ-ის სპირალი იხსნება და ბუშტი წარმოიქმნება. ქვედა ჯაჭვი ნიმუშად გამოიყენება კომპლემენტარული რნმ-ის წარმოსაქმნელად. ნიმუში, ანუ მატრიცა, ჯაჭვის ტრანსკრიფციით მიიღება თანმიმდევრობით მეორე (მაკოდირებელი) ჯაჭვის თითქმის იდენტური ი-რნმ, თუმცა დნმ-სა და რნმ-ს შორის ბიოქიმიური განსხვავებების გამო დნმ-ის თ-ები ი-რნმ-ში უ-ებითაა ჩანაცვლებული. ი-რნმ-ის თანმიმდევრობაა:
5'-AUGAUCUCGUAA-5'
პირველადი ტრანსკრიპტის თანმიმდევრობა იგივეა, რაც დნმ-ის მეორე, არატრანსკრიბირებული ჯაჭვის, რომელსაც ხშირად მაკოდირებელ ჯაჭვს უწოდებენ. თუმცაღა, ტრანსკრიპტი და მაკოდირებელი ჯაჭვი ზუსტად ერთნაირი არ არის, დნმ-სა და რნმ-ს შორის არსებული ბიოქიმიური განსხვავებების გამო. ერთი მნიშვნელოვანი განსხვავება ისაა, რომ რნმ-ის მოლეკულებში თიმინის (თ) ფუძე არ გვხვდება. მის ნაცვლად რნმ შეიცავს ფუძე ურაცილს (). თიმინის მსგავსად, ურაცილიც ადენინთან წყვილდება.

ტრანსკრიფცია და რნმ-ის გადამუშავება: ეუკარიოტები vs. ბაქტერიები

ბაქტერიებში რნმ-ის პირველადი ტრანსკრიპტი უკვე საინფორმაციო რნმ), ანუ ი-რნმ-ია. საინფორმაციო რნმ-ს ეს სახელი იმიტომ ჰქვია, რომ იგი შუამავალია, ინფორმაციის გადამტანი დნმ-სა და რიბოსომებს შორის. რიბოსომები რნმ-ისა და ცილებისგან შემდგარი სტრუქტურებია, რომლებიც ციტოზოლში მდებარეობს და სწორედ მათზე იწყობა ცილები.
ეუკარიოტებში (მაგ. ადამიანებში) პირველადი ტრანსკრიპტი კიდევ უნდა გადამუშავდეს, რათა მისგან მწიფე ი-რნმ წარმოიქმნას. გადამუშავების პროცესში რნმ-ის ბოლოებს კეპები, ანუ „თავსახურები", ემატება, ხოლო მისი ზოგი უბანი დიდი სიზუსტით ამოიჭრება, რასაც სპლაისინგი ეწოდება. ეს საფეხურები ბაქტერიებში არ გვხვდება.
ეუკარიოტული უჯრედი: ტრანსკრიფცია ბირთვში მიმდინარეობს. პირველადი ტრანსკრიპტი დამატებით გადამუშავდება ბირთვში, რათა მიწსგან მწიფე ი-რნმ წარმოიქმნას. ეს მოლეკულა შემდეგ ციტოზოლში გადაიტანება, სადაც რიბოსომას უკავშირდება და ტრანსლაციის პროცესში მის მიხედვით პოლიპეპტიდი აიწყობა.
ბაქტერია: ტრანსკრიფცია ციტოზოლში მიმდინარეობს. ამის გამო ი-რნმ-ს არ უწევს არსად გადასვლა რიბოსომაზე ტრანსლაციისთვის. მეტიც, რიბოსომაზე ი-რნმ-ის ტრანსლაცია ტრანსკრიფციის დასრულებამდეც შეიძლება დაიწყოს (ანუ, თან ტრანსკრიფცია მიმდინარეობდეს და თან ტრანსლაცია).
ეუკარიოტებსა და პროკარიოტებში ტრანსკრიფციის ადგილიც განსხვავებულია. ეუკარიოტებში ტრანკრიფცია ბირთვში მიმდინარეობს, იქ, სადაც დნმ ინახება, ხოლო ტრანსლაცია - ციტოზოლში. ამის გამო ეუკარიოტებში ი-რნმ ჯერ ბირთვიდან უნდა გამოვიდეს, სანამ პოლიპეპტიდის ტრანსლაცია დაიწყებოდეს. პროკარიოტულ უჯრედებს, მეორე მხრივ, ბირთვი არ აქვთ, ამიტომ ტრანსკრიფციაცა და ტრანსლაციაც ციტოზოლში მიმდინარეობს.

ტრანსლაცია

ტრანსკრიფციის (და ეუკარიოტებში დამატებითი გადამუშავების) შემდეგ ი-რნმ-ის მოლეკულა მზადაა, რომ ცილის სინთეზს „უხელმძღვანელოს". პროცესს, რომლის დროსაც ი-რნმ-ში ჩაწერილი ინფორმაცია პოლიპეპტიდის ასაწყობად გამოიყენება, ტრანსლაცია ეწოდება.

გენეტიკური კოდი

ტრანსლაციის დროს ი-რნმ-ის ნუკლოტიდური თანმიმდევრობა პოლიპეპტიდის ამინომჟავურ თანმიმდევრობად „ითარგმნება". ი-რნმ-ის ნუკლეოტიდები ამოიკითხება ტრიპლეტებად (სამ-სამად დაყოფილ ჯგუფებად), რომლებსაც კოდონები ჰქვია. ამინომჟავებს სულ 61 კოდონი აკოდირებს. დამატებით, არსებობს ერთი „სტარტ"-კოდონი, რომელიც აღნიშნავს ტრანსლაციის დაწყების ადგილს. სტარტ-კოდონი ამავდროულად ამინომჟავა მეთიონინს აკოდირებს, ანუ, პოლიპეპტიდების უმეტესობა სწორედ ამ ამინომჟავით იწყება. არსებობს კიდევ სამი „სტოპ"-კოდონი, რომლებიც პოლიპეპტიდის დასასრულს მიუთითებენ. კოდონებსა და ამინომჟავებს შორის არსებულ ამ დამოკიდებულებას გენეტიკური კოდი ჰქვია.
ი-რნმ-ს თანმიმდევრობა:
5'-AUGAUCUCGUAA-5'
ტრანსლაცია გულისხმობს ი-რნმ-ის წაკითხვას სამ-სამ ნუკლეოტიდად. თითოეული სამეული რომელიმე ამინომჟავას შეესაბამება, ანუ აკოდირებს (ან ქმნის სტოპ სიგნალს, რომელიც ტრანსლაციის დასრულებას იწვევს).
3'-AUG AUC UCG UAA-5'
AUG მეთიონინი AUC იზოლეიცინი UCG სერინი UAA „სტოპ"
პოლიპეპტიდის თანმიმდევრობა: (N-ბოლო) მეთიონინი-იზოლეიცინი-სერინი (C-ბოლო)

ტრანსლაციის ნაბიჯები

ტრანსლაცია სპეციალურ სტრუქტურებზე, რიბოსომებზე მიმდინარეობს. რიბოსომები მოლეკულური დაზგებია, რომელთაც პოლიპეპტიდის აწყობა ევალებათ. ი-რნმ-სთან დაკავშირებისა და სტარტ კოდონის მოძებნის შემდეგ, რიბოსომა სწრაფად ჩასრიალდება რნმ-ის მთელ სიგრძეზე და თითოეულ ჯერზე ერთ კოდონს კითხულობს. მოძრაობასთან ერთად იგი ამინომჟავების ჯაჭვსაც აწყობს, ზუსტად ი-რნმ-ის კოდონების შესაბამისი თანმიმდევრობით.
როგორ „ხვდება" რიბოსომა, კოდონის ამოკითხვისას რომელი ამინომჟავა უნდა დაუმატოს ჯაჭვს? როგორც აღმოჩნდა, ამას თავად რიბოსომა სულაც არ უზრუნველყოფს. იგი დამოკიდებულია რნმ-ის სპეციალური სახის მოლეკულებზე, სატრანსპორტო რნმ-ზე (ტ-რნმ). თითოეულ ტ-რნმ-ს ერთ ბოლოზე სამი ნუკლეოტიდი აქვს და ისინი რამდენიმე განსაზღვრულ კოდონს ამოიცნობენ (ანუ კომპლემენტარულად უკავშირდებიან). მეორე ბოლოზე ტ-რნმ-ს ამინომჟავა აქვს დაკავშირებული - უფრო ზუსტად, ამ კოდონებით კოდირებული ამინომჟავა.
ტრანსლაცია რიბოსომაზე მიმდინარეობს. ი-რნმ რიბოსომასთანაა დაკავშირებული და ტ-რნმ-ის მოლეკულებთან ურთიერთქმედებს.
ამ სურათზე ი-რნმ-ის თანმიმდევრობაა:
3'-...AUG UAC AUC UCG GAU...-5'
ტ-რნმ-ს, რომელიც მესამე კოდონთანაა (5'-AUC-3') დაკავშირებული, აქვს კომპლემენტარული თანმიმდევრობა 3'-UAG-5'. მას ასევე მიბმული აქვს პოლიპეპტიდური ჯაჭვი, რომელიც მეთიონინისა და იზოლეიცინისგან შედგება და ტ-რნმ-სან იზოლეიცინითაა დაკავშირებული. ამ ტ-რნმ-ის მარჯვნივ მეორე ტ-რნმ უკავშირდება შემდეგ კოდონს (5'-UCG-3'). ტ-რნმ-ს ამ კოდონის კომპლემენტარული თანმიმდევრობა (3'-AGC-5') აქვს და დატვირთულია ამინომჟავა სერინით, სწორედ იმ ამინომჟავით, რომელსაც ი-რნმ-ის კოდონი აკოდირებს. ტ-რნმ-ის მოტანილი სერინი მზარდ პოლლიპეპტიდურ ჯაჭვს დაემატება.
სხვა ამინომჟავებით დატვირთული ტ-რნმ-ებიც გარშემო ტივტივებს. ერთთან Glu-ია დაკავშირებული (გლუტამინის მჟავა) და ბოლოზე აქვს 3'-CUU-5' ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა. მეორეს Asp (ასპარაგინის მჟავა) აქვს მიბმული და ბოლოზე მისი ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობაა 3'-CUA-5'.
უჯრედში მრავალი ტ-რნმ-ა, მაგრამ იმ კოდონს, რომელსაც კონკეტულ მომენტში ამოიკითხავს რიბოსომა, მხოლოდ შესაბამისი (კომპლემენტარული) ტ-რნმ უკავშირდება, თავისი „ტვირთით" - ამინომჟავით. ტ-რნმ-ის კოდონთან მტკიცედ დაკავშირებისას რიბოსომაში მისი მოტანილი ამინომჟავა პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ბოლოზე გადაიტანება და ერთით აგრძელებს მას.
  1. კომპლემენტარული ტ-რნმ რიბოსომის უკიდურეს მარჯვენა საიტზე მდებარე კოდონს უკავშირდება.
  2. ამინომჟავების ჯაჭვი რიბოსომის შუა საიტზე მდებარე ტ-რნმ-იდან უკიდურეს მარჯვენა სლოტზე მჯდომზე გადაიტანება. ეს ამინომჟავური ჯაჭვის ბოლოზე ახალი ამინომჟავას (მარჯვენა ტ-რნმ-ის მოტანილის) დამატებას იწვევს.
  3. რიბოსომა ერთი კოდონით მარჯვნივ გადაიწევს. აქამდე შუა საიტზე მდებარე ტ-რნმ მარცხნივ აღმოჩნდება და სწყდება რიბოსომას. აქამდე მარჯვენა საიტზე მდებარე ტ-რნმ შუაში გადაინაცვლებს ზედ დაკავშირებული ამინომჟავური ჯაჭვით. რიბოსომის მარჯვენა საიტზე ახალი კოდონი გამოჩნდება ახალი ტ-რნმ-ის დასაკავშირებლად.
ეს პროცესი მრავალჯერ მეორდება რიბოსომის ი-რნმ-ზე მოძრაობისას და თითო ნაბიჯზე თითო კოდონის ამოკითხვისას. ამინომჟავურ ჯაჭვს თითო-თითო ამინომჟავა ემატება ზუსტად იმ თანმიმდევრობით, რაც ი-რნმ-ის კოდონებითაა ჩაწერილი. ტრანსლაცია წყდება მაშინ, როცა ტიბოსომა სტოპ კოდონს მიაღწევს და პოლიპეპტიდს გაათავისუფლებს.

შემდეგ რა ხდება?

პოლიპეპტიდის დასრულების შემდეგ იგი შეიძლება, გადამუშავდეს, დაუკავშირდეს სხვა პოლიპეპტიდებს ან უჯრედის შიგნით/გარეთ დანიშნულების ადგილას გაიგზავნოს. საბოლოოდ, იგი შეასრულებს იმ განსაზღვრულ ფუნქციას, რაც უჯრედს ან ორგანიზმს ესაჭიროება - იგი იქნება, მაგალითად, სასიგნალო მოლეკულა, სტრუქტურული ელემენტი ან ფერმენტი!

შეჯამება:

  • დნმ ფუნქციურ ერთეულებად, გენებადაა, დაყოფილი და გენები აკოდირებენ ან პოლიპეპტიდებს (ცილებსა და ცილების სუბერთეულებს) ან ფუნქციურ რნმ-ს (მაგ. ტ-რნმ-სა და რ-რნმ-ს).
  • გენში ჩაწერილი ინფორმაციის გამოყენებას ფუნქციური პროდუქტის წარმოსაქმნელად გენის ექსპრესია ეწოდება.
  • გენი, რომელიც პოლიპეპტიდს აკოდირებს, ორ ნაბიჯად ექსპრესირდება. ამ პროცესში ინფორმაციის ნაკადი შემდეგი მიმართულებით მიედინება დნმ რნმ ცილა. ამას მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა ეწოდება.
    • ტრანსკრიფცია: გენის დნმ-ის ერთი ჯაჭვი რნმ-ზე გადაიწერება. ეუკარიოტებში რნმ-ტრანსკრიპტი ჯერ დამატებით გადამუშავდება, რათა მისგან მწიფე საინფორმაციო რნმ (ი-რნმ) წარმოიქმნას.
  • ტრანსლაცია: ი-რნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა გაიშიფრება და პოლიპეპტიდის ამინომჟავურ თანმიმდევრობად „ითარგმნება". ეს პროცესი რიბოსომაზე მიმდინარეობს და საჭიროებს სპეციალურ, შუამავალ მოლეკულებს - ტ-რნმ-ებს.
  • ტრანსლაციის დროს ი-რნმ-ის ნუკლეოტიდები სამ-სამად, ანუ კოდონებად, იკითხება. თითოეული კოდონი რომელიმე ამინომჟავას ან სტოპ სიგნალს აკოდირებს. ამ დამოკიდებულებას გენეტიკური კოდი ეწოდება.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.