ძირითადი მასალა
კურსი: ბიოლოგია > თემა 15
გაკვეთილი 3: პარალელური გადატანატრანსლაციის ეტაპები
პოლიპეპტიდების (ცილების) აწყობის სიღრმისეული განხილვა. ინიციაცია, ელონგაცია და ტერმინაცია.
შესავალი
ოდესმე დაინტერესებულხართ, როგორ კლავს ბაქტერიებს ანტიბიოტიკები, მაგ. სინუსიტის დროს რომ გინიშნავთ ექიმი, ისინი? სხვადასხვა ანტიბიოტიკი სხვადასხვანაირად მოქმედებს, მაგრამ ზოგი მათგანი ბაქტერიული უჯრედების ძირითად პროცესებს არღვევს: ისინი ბაქტერიებს ცილების სინთეზის საშუალებას აღარ აძლევენ.
უფრო მოლეკულური ბიოლოგიის ტერმინოლოგიით რომ ვთქვათ, ეს ანტიბიოტიკები ტრანსლაციას თრგუნავენ. ტრანსლაციის დროს უჯრედი საინფორმაციო რნმ-ის (ი-რნმ) მოლეკულაში ჩაწერილ ინფორმაციას ამოიკითხავს და მას ცილის ასაწყობად იყენებს. ტრანსლაცია ნორმაში მუდმივად მიმდინარეობს ბაქტერიულ უჯრედში, ისევე, როგორც თქვენი სხეულის უჯრედების უმრავლესობაში და სწორედ მისი წყალობით ხართ თქვენ (და თქვენი ბაქტერია-სტუმრები) ცოცხალი.
ზოგი ანტიბიოტიკის (მაგ. ერითრომიცინის) მიღებისას ამ წამლის მოლეკულები ბაქტერიების ტრანსლაციის მთავარ მონაწილეებს უკავშირდებიან და ხელს უშლიან მათ ფუნქციის შესრულებაში. ბაქტერია ცილებს ვეღარ წარმოქმნის, უჯრედში სასიცოცხლო პროცესები წყდება და საბოლოოდ იგი იღუპება. სწორედ ამიტომ იკურნება ინფექციაც ანტიბიოტიკებით მკურნალობისას.
უჯრედებისთვის ტრანსლაცია სასიცოცხლოდ აუცილებელია და იმის ცოდნა, თუ როგორ მიმდინარეობს ეს პროცესი (და შედეგად, მისი დათრგუნვა ანტიბიოტიკებით) ბაქტერიული ინფექციებისგან გვიხსნის. მოდით, დეტალურად განვიხილოთ ტრანსლაცია, მისი პირველი საფეხურიდან საბოლოო პროდუქტამდე.
ტრანსლაცია მთლიანობაში
ტრანსლაცია მოიცავს საინფორმაციო რნმ-ის (ი-რნმ) გაშიფვრას და მასში ჩაწერილი ინფორმაციის გამოყენებას პოლიპეპტიდის, ანუ ამინომჟავური ჯაჭვის, ასაწყობად. უმეტეს შემთხვევაში პოლიპეპტიდი იგივე ცილაა (თუმცაღა, ზოგი დიდი ცილა რამდენიმე პოლიპეპტიდური ჯაჭვისგან შედგება).
გენეტიკური კოდი
ი-რნმ-ში პოლიპეპტიდის ასაწყობი ინსტრუქცია ნუკლეოტიდების სამეულებში, ანუ კოდონებში, წერია. სანამ გავაგრძელებდეთ, კოდონების რამდენიმე თავისებურება დაიმახსოვრეთ:
- ამინომჟავებს სულ
სხვადასხვა კოდონი აკოდირებს - 61-დან სამს „სტოპ" კოდონი ეწოდება, რადგან ისინი პოლიპეპტიდის დასასრულს აღნიშნავენ.
- ერთი კოდონი, AUG, ტრანსლაციის დაწყების სიგნალია (და ამავდროულად, ამინომჟავა მეთიონინს აკოდირებს)
ი-რნმ-ის კოდონებსა და ამინომჟავებს შორის ურთიერთდამოკიდებულებას გენეტიკური კოდი ჰქვია (მეტი ინფორმაციისთვის წაიკითხეთ სტატია გენეტიკური კოდი).
კოდონებიდან ამინომჟავებამდე
ტრანსლაციის დროს ი-რნმ-ის კოდონები თანმიმდევრობით (5' ბოლოდან 3' ბოლოსკენ) ამოიკითხება სპეციალური მოლეკულების, სატრანსპორტო რნმ-ების, ანუ ტ-რნმ-ების, მიერ.
თითოეულ ტ-რნმ-ს აქვს ანტიკოდონი, სამი ნუკლეოტიდის წყვილი, რომელიც შესაბამის ი-რნმ-ს კოდონს უკავშირდება ფუძეთა შეწყვილებით. ტ-რნმ-ს მეორე ბოლოში ამინომჟავაა, რომელსაც კოდონი განსაზღვრავს.
ტ-რნმ-ები ი-რნმ-ს მოლეკულას უკავშირდებიან რიბოსომაში, ანუ ცილებისა და რნმ-ისგან შემდგარ სტრუქტურაში. ტ-რნმ რიბოსომის საიტზე ჯდება და კოდონს უკავშირდება, მის მიერ მოტანილი ამინომჟავა კი მზარდ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს უკავშირდება ქიმიური რეაქციით. საბოლოოდ მიიღება პოლიპეპტიდი, რომელშიც ამინომჟავები ი-რნმ-ის კოდონების შესაბამისი თანმიმდევრობითაა განლაგებული.
ტრანსლაცია ზოგადად უნდა მიმოვიხილეთ. მაგრამ პატარ-პატარა დეტალები მისი დასაწყისის, მიმდინარეობისა და დასასრულის შესახებ? მოდით, ამაზეც ვისაუბროთ.
ტრანსლაცია: დასაწყისი, შუა და ბოლო
წიგნებსა და ფილმებს სამი ნაწილი აქვთ: დასაწყისი, შუა და ბოლო. ტრანსლაციაც ამავე ნაწილებისგან შედგება, მაგრამ მათ უფრო განსაკუთრებული სახელები აქვთ: ინიციაცია, ელონგაცია და ტერმინაცია.
- ინიციაცია („დასაწყისი"): ამ საფეხურზე რიბოსომა ი-რნმ-სა და პირველ ტ-რნმ-ს უკავშირდება, რათა ტრანსლაციის მექანიზმი ჩაირთოს.
- ელონგაცია („შუა ნაწილი"): ამ საფეხურზე ტ-რნმ-ების მიერ რიბოსომამდე მიტანილი ამინომჟავები ერთმანეთს უკავშირდება და ჯაჭვს წარმოქმნის.
- ტერმინაცია („ბოლო): ბოლო საფეხურზე დასრულებული პოლიპეპტიდი რიბოსომას შორდება და თავისი ფუნქციის შესასრულებლად იგზავნება უჯრედში.
უფრო ვრცლად ვნახოთ, რა ხდება თითოეულ ეტაპზე.
ინიციაცია
ტრანსლაციის დასაწყებად რამდენიმე მთავარი კომპონენტია საჭირო. ესენია:
- რიბოსომა (რომელიც ორი ნაწილისგან, დიდი და პატარა სუბერთეულებისგან შედგება)
- ი-რნმ რომელშიც ასაწყობი ცილის ინსტრუქციაა ჩაწერილი
- „ინიციატორი" ტ-რნმ, რომელსაც მოაქვს ცილის პირველი ამინომჟავა, თითქმის ყოველთვის მეთიონინი (Met)
ინიციაციის საფეხურზე ეს კომპონენტები ერთმანეთს სწორად უნდა დაუკავშირდეს. ისინი ერთად ინიციაციის კომპლექსს ქმნიან, მოლეკულურ მექანიზმს, რომელიც ცილის სინთეზის დასაწყებადაა საჭირო.
თქვენი (და სხვა ეუკარიოტების) უჯრედებში ტრანსლაციის ინიციაცია ასე მიმდინარეობს: ჯერ მეთიონინით დატვირთული ტ-რნმ რიბოსომის პატარა სუბერთეულს უკავშირდება. ისინი ერთად ი-რნმ-ის 5' ბოლოს უკავშირდებიან მისი 5'-გტფ კეპის ამოცნობის გზით (ეს კეპი მოლეკულას ბირთვში ემატება გადამუშავების პროცესში). შემდეგ მცირე სუბერთეული და ტ-რნმ ერთად მიცოცავენ ი-რნმ-ზე 3' მიმართულებით, და მაშინღა ჩერდებიან, როცა სტარტ კოდონს მიაღწევენ (ხშირად, მაგრამ არა ყოველთვის, ეს კოდონია AUG).
ბაქტერიებში ყველაფერი ცოტა სხვანაირადაა. აქ რიბოსომის მცირე სუბერთეული ი-რნმის 5' ბოლოდან არ იწყებს ცოცვას 3' ბოლოსკენ. იგი პირდაპირ ი-რნმ-ის განსაზღვრულ თანმიმდევრობებს უკავშირდება. მათ შაინ-დელგარნოს თანმიმდევრობები ეწოდება და ზუსტად სტარტ-კოდონის წინ მდებარეობს, რათა რიბოსომას იგი „თვალში მოხვდეს".
რა საჭიროა შაინ-დელგარნოს თანმიმდევრობები? ბაქტერიული გენები ხშირად ჯგუფებად (ოპერონებად) ტრანსკრიბირდება, შესაბამისად, ერთ ბაქტერიულ ი-რნმ-ში რამდენიმე გენი შეიძლება იყოს გადაწერილი. შაინ-დელგარნოს თანმიმდევრობა თითოეული მაკოდირებელი უბნის წინ მდებარეობს და საშუალებას აძლევს რიბოსომას, თითოეული გენის სტარტ-კოდონი სწორად იპოვოს.
ელონგაცია
ტრანსლაციის „შუა" საფეხურზე რა ხდება, მისი სახელწოდებით ვიხსენებ ხოლმე: ელონგ აცია პოლიპეპტიდური ჯაჭვის დაგრძელებას ნიშნავს (long - ინგ. გრძელი).
მაგრამ მართლა როგორ იზრდება ჯაჭვი? ამის გასაგებად, მოდით, ელონგაციის პირველი ნაბიჯები განვიხილოთ, როცა ინიციაციის კომპლექსი უკვე წარმოქმნილია, მაგრამ ჯაჭვზე ახალი ამინომჟავები არ დამატებულა.
ჩვენი პირველი, მეთიონინით დატვირთული ტ-რნმ რიბოსომის შუა, P საიტზეა მოთავსებული. მის გვერდზე ახალი კოდონია თავისუფალი, მარჯვენა, A საიტზე. A საიტი „დაჯდომის ადგილია" შემდეგი ტ-რნმ-ისთვის, რომლის ანტოკოდონიც ზუსტი (კომპლემენტარული) შესაბამისი უნდა იყოს თავისუფალი კოდონისა.
მეორე, კომპლემენტარული ტ-რნმ-ის A საიტზე განთავსების შემდეგ მოქმედების დრო დგება: ორი ამინომჟავას დამკავშირებელი პეპტიდური ბმა უნდა წარმოიქმნას. ამ საფეხურზე პირველი ტ-რნმ-ის მეთიონინი მეორე, A საიტზე მდებარე ტ-რნმ-ის ამინომჟავაზე გადაიტანება.
არც ისე ცუდია - ახლა უკვე ორი ამინომჟავას შემცველი (პაწაწინა) პოლიპეპტიდი გვაქვს! პირველი მეთიონინი მის N-ბოლოს ქმნის, მეორე ამინომჟავა კი - C-ბოლოს.
მაგრამ უჯრედს, სავარაუდოდ, ორზე მეტი ამინომჟავას შემცველი პოლიპეპტიდი ესაჭიროება. როგორ გრძელდება ჯაჭვი? პეპტიდური ბმის წარმოქმნის შემდეგ ი-რნმ ზუსტად ერთი კოდონით წინ გადაინაცვლებს რიბოსომაში. ამის შედეგად ცარიელი ტ-რნმ E („გასასვლელ") საიტზე გადავა და რიბოსომას დატოვებს. A საიტზე მდებარე კოდონი თავისუფლდება და ციკლი თავიდან შეიძლება, დაიწყოს.
და ასეც ხდება...სულ რამდენიმეჯერ ან ტვინის ამრევად მრავალგზის - -ჯერ! ცილა ტიტინი, რომელიც თქვენს კუნთებში გვხვდება და დღესდღეობით ყველაზე გრძელი პოლიპეპტიდია, -მდე ამინომჟავისგან შედგება .
ტერმინაცია
პოლიპეპტიდებსაც „აქვთ დასასრული", როგორც ყველაფერ კარგს. ტრანსლაცია ტერმინაციის პროცესით სრულდება. ტერმინაციის სიგნალია ი-რნმ-ის სტოპ-კოდონის (UAA, UAG, UGA) მოხვედრა A საიტზე.
სტოპ-კოდონებს სპეციალური ცილები, განმათავისუფლებელი, ანუ რელიზ-ფაქტორები, ამოიცნობენ, რომლებიც P საიტზე „სხედან" (თუმცაღა ისინი ტ-რნმ-ები არ არიან). რილიზ-ფაქტორები ხელს უშლიან ფერმენტს, რომელიც პეპტიდურ ბმებს წარმოქმნის: ისინი მას აიძულებენ, ჯაჭვის ბოლო ამინომჟავას წყლის მოლეკულა დაამატოს და დაასრულოს ტრანსლაცია. ამ რეაქციის შედეგად ჯაჭვი ტ-რნმ-ს შორდება და ახლადწარმოქმნილი ცილა თავისუფლდება.
შემდეგ რაღა ხდება? საბედნიეროდ, ტრანსლაციის აღჭურვილობა ხელახლა გამოყენებადია. რიბოსომის დიდი და მცირე სუბერთეულები ი-რნმ-ს ჩამოშორდება, ერთმანეთისგანაც განცალკევდება და ისინი ხელახლა (და საკმაოდ სწრაფად) ერთვება შემდეგი ცილის ტრანსლაციაში.
ეპილოგი: გადამუშავება
ჩვენს პოლიპეპტიდს უკვე ყველა ამინომჟავა აქვს - ანუ უკვე მზადაა უჯრედში ფუნქციის შესასრულებლად?
არა. პოლიპეპტიდებს ხშირად „ჩასწორება" ესაჭიროებათ. ტრანსლაციის დროს და შემდეგ ამინომჟავები ქიმიურად იცვლება ან ეჭრება ცილას. ახალი პოლიპეპტიდი თავის დამახასიათებელ სამგანზომილებიან სტრუქტურას იღებს და შესაძლოა, სხვა პოლიპეპტიდს დაუკავშირდეს, რათა ახალი, მრავალნაწილიანი ცილა წარმოქმნას.
ბევრ ცილას „ეხერხება" თავისით დაკეცვა, ზოგს კი დამხმარეები სჭირდება („კომპანიონები"), რათა დახვევის პროცესში არასწორი ფორმა არ მიიღოს.
ზოგი ცილა სპეციალურ ამინომჟავურ თანიმდევრობას შეიცავს, რომელიც მას უჯრედის რომელიმე ნაწილისკენ მიმართავს. ეს თანმიმდევრობები ხშირად N ან C-ბოლოსთან მდებარეობს და ერთგვარად ცილის „ბილეთია" საბოლოო ადგილმდებარეობისკენ. ამის შესახებ მეტის გასაგებად, იხილეთ სტატია ცილების გადამისამართება.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.