პროტეინის სინთეზი ძალიან მნიშვნელოვანი პროცესია. სწორედ ის ეხმარება ჩვენს სხეულს ზრდასა და განვითარებაში. იგი მოიცავს ბევრ უჯრედულ სტრუქტურას. ბოლოს და ბოლოს, ჯერ უნდა გესმოდეთ, რისი სინთეზს ვაპირებთ.
რა ცილა სჭირდება ამ მომენტში აშენებას - ამაზე პასუხისმგებელნი არიან ფერმენტები. ისინი იღებენ სიგნალებს უჯრედიდან კონკრეტული ცილის საჭიროების შესახებ, რის შემდეგაც იწყება მისი სინთეზი.
სად ხდება ცილის სინთეზი
ნებისმიერ უჯრედში ცილის ბიოსინთეზის მთავარი ადგილი არის რიბოსომა. ეს არის დიდი მაკრომოლეკულა რთული ასიმეტრიული სტრუქტურით. იგი შედგება რნმ (რიბონუკლეინის მჟავები) და ცილებისგან. რიბოსომები შეიძლება განთავსდეს ცალკე. მაგრამ ყველაზე ხშირად ისინი შერწყმულია EPS-თან, რაც ხელს უწყობს ცილების შემდგომ დახარისხებას და ტრანსპორტირებას.
თუ რიბოსომები ზის ენდოპლაზმურ რეტიკულუმზე, მას უწოდებენ უხეშ ER. როდესაც თარგმანი ინტენსიურია, რამდენიმე რიბოსომა შეიძლება ერთდროულად გადაადგილდეს ერთი შაბლონის გასწვრივ. ისინი მიჰყვებიან ერთმანეთს და საერთოდ არ ერევიან სხვა ორგანელებში.
რა არის საჭირო სინთეზისთვისციყვი
პროცესის გასაგრძელებლად აუცილებელია, რომ ცილის სინთეზის სისტემის ყველა ძირითადი კომპონენტი იყოს ადგილზე:
- პროგრამა, რომელიც ადგენს ჯაჭვში ამინომჟავების ნარჩენების რიგითობას, კერძოდ mRNA, რომელიც გადასცემს ამ ინფორმაციას დნმ-დან რიბოზომებში.
- ამინომჟავა მასალა, საიდანაც აშენდება ახალი მოლეკულა.
- tRNA, რომელიც გადასცემს თითოეულ ამინომჟავას რიბოსომას, მონაწილეობას მიიღებს გენეტიკური კოდის გაშიფვრაში.
- ამინოაცილ-tRNA სინთეზა.
- რიბოსომა არის ცილის ბიოსინთეზის მთავარი ადგილი.
- ენერგია.
- მაგნიუმის იონები.
- პროტეინის ფაქტორები (თითოეულ სტადიას აქვს საკუთარი).
ახლა განვიხილოთ თითოეული მათგანი უფრო დეტალურად და გავარკვიოთ როგორ იქმნება ცილები. ბიოსინთეზის მექანიზმი ძალიან საინტერესოა, ყველა კომპონენტი მოქმედებს უჩვეულოდ კოორდინირებულად.
სინთეზის პროგრამა, მატრიცული ძიება
ყველა ინფორმაცია იმის შესახებ, თუ რომელი პროტეინების შექმნა შეუძლია ჩვენს ორგანიზმს, შეიცავს დნმ-ში. დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა გამოიყენება გენეტიკური ინფორმაციის შესანახად. ის საიმედოდ არის შეფუთული ქრომოსომებში და განლაგებულია ბირთვის უჯრედში (თუ ვსაუბრობთ ევკარიოტებზე) ან ციტოპლაზმაში ცურავს (პროკარიოტებში).
დნმ-ის კვლევისა და მისი გენეტიკური როლის აღიარების შემდეგ, ცხადი გახდა, რომ ეს არ არის პირდაპირი თარგი თარგმანისთვის. დაკვირვებებმა გამოიწვია ვარაუდი, რომ რნმ ასოცირდება ცილის სინთეზთან. მეცნიერებმა გადაწყვიტეს, რომ ეს უნდა იყოს შუამავალი, გადასცეს ინფორმაცია დნმ-დან რიბოსომებში და ემსახურებოდეს როგორც მატრიცა.
ამავე დროს იყორიბოსომები ღიაა, მათი რნმ შეადგენს უჯრედული რიბონუკლეინის მჟავის დიდ უმრავლესობას. იმის შესამოწმებლად არის თუ არა ეს ცილის სინთეზის მატრიცა, A. N. Belozersky და A. S. Spirin 1956-1957 წლებში. ჩაატარა ნუკლეინის მჟავების შედგენილობის შედარებითი ანალიზი დიდი რაოდენობით მიკროორგანიზმებში.
ვარაუდობდნენ, რომ თუ "დნმ-rRNA-პროტეინის" სქემის იდეა სწორია, მაშინ მთლიანი რნმ-ის შემადგენლობა შეიცვლება ისევე, როგორც დნმ. მაგრამ, მიუხედავად დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავაში უზარმაზარი განსხვავებებისა სხვადასხვა სახეობებში, მთლიანი რიბონუკლეინის მჟავის შემადგენლობა ყველა განხილულ ბაქტერიაში მსგავსი იყო. აქედან მეცნიერებმა დაასკვნეს, რომ მთავარი უჯრედული რნმ (ანუ რიბოსომული) არ არის პირდაპირი შუამავალი გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელსა და ცილას შორის.
მრნმ-ის აღმოჩენა
მოგვიანებით გაირკვა, რომ რნმ-ის მცირე ნაწილი იმეორებს დნმ-ის შემადგენლობას და შეიძლება იყოს შუამავალი. 1956 წელს ე. ვოლკინმა და ფ. ასტრაჩანმა შეისწავლეს რნმ-ის სინთეზის პროცესი ბაქტერიებში, რომლებიც ინფიცირებულნი იყვნენ T2 ბაქტერიოფაგით. უჯრედში შესვლის შემდეგ ის გადადის ფაგის ცილების სინთეზზე. ამავდროულად, რნმ-ის ძირითადი ნაწილი არ შეცვლილა. მაგრამ უჯრედში დაიწყო მეტაბოლურად არასტაბილური რნმ-ის მცირე ფრაქციის სინთეზი, ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა, რომელშიც მსგავსი იყო ფაგის დნმ-ის შემადგენლობა.
1961 წელს რიბონუკლეინის მჟავის ეს მცირე ფრაქცია იზოლირებული იყო რნმ-ის მთლიანი მასისგან. მისი შუამავლის ფუნქციის მტკიცებულება მოპოვებულია ექსპერიმენტებიდან. უჯრედების T4 ფაგით ინფექციის შემდეგ წარმოიქმნა ახალი mRNA. იგი დაუკავშირდა ძველ ოსტატებსრიბოზომები (ინფექციის შემდეგ ახალი რიბოსომები არ არის ნაპოვნი), რომლებმაც დაიწყეს ფაგის ცილების სინთეზი. აღმოჩნდა, რომ ეს "დნმ-ის მსგავსი რნმ" ავსებს ფაგის დნმ-ის ერთ-ერთ ჯაჭვს.
1961 წელს ფ. ჯეიკობმა და ჯ. მონოდმა გამოთქვეს ვარაუდი, რომ ეს რნმ ატარებს ინფორმაციას გენებიდან რიბოსომებამდე და წარმოადგენს მატრიცას ამინომჟავების თანმიმდევრული განლაგებისთვის ცილების სინთეზის დროს.
ინფორმაციის გადატანა ცილის სინთეზის ადგილზე ხორციელდება mRNA-ს მიერ. დნმ-დან ინფორმაციის წაკითხვის და მესინჯერი რნმ-ის შექმნის პროცესს ტრანსკრიფცია ეწოდება. ამის შემდეგ, რნმ განიცდის დამატებით ცვლილებებს, ამას ეწოდება "დამუშავება". მისი მსვლელობისას შესაძლებელია რიბონუკლეინის მჟავას მატრიცის გარკვეული მონაკვეთების ამოჭრა. შემდეგ mRNA გადადის რიბოზომებში.
სამშენებლო მასალა ცილებისთვის: ამინომჟავები
სულ 20 ამინომჟავაა, ზოგიერთი მათგანი აუცილებელია, ანუ ორგანიზმს არ შეუძლია მათი სინთეზირება. თუ უჯრედში მჟავა არ არის საკმარისი, ამან შეიძლება გამოიწვიოს თარგმანის შენელება ან პროცესის სრული შეჩერებაც კი. თითოეული ამინომჟავის საკმარისი რაოდენობით არსებობა არის მთავარი მოთხოვნა ცილის ბიოსინთეზის სწორად წარმართვისთვის.
მეცნიერებმა მოიპოვეს ზოგადი ინფორმაცია ამინომჟავების შესახებ ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში. შემდეგ, 1820 წელს, პირველი ორი ამინომჟავა, გლიცინი და ლეიცინი, იზოლირებული იქნა.
ამ მონომერების თანმიმდევრობა ცილაში (ე.წ. პირველადი სტრუქტურა) მთლიანად განსაზღვრავს მის ორგანიზების შემდგომ დონეებს და, შესაბამისად, მის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს.
ამინომჟავების ტრანსპორტირება: tRNA და aa-tRNA სინთეტაზა
მაგრამ ამინომჟავები ვერ ქმნიან ცილოვან ჯაჭვს. იმისათვის, რომ ისინი მოხვდნენ ცილის ბიოსინთეზის ძირითად ადგილზე, საჭიროა გადასული რნმ.
თითოეული aa-tRNA სინთეზა ცნობს მხოლოდ საკუთარ ამინომჟავას და მხოლოდ tRNA, რომელსაც იგი უნდა მიმაგრდეს. გამოდის, რომ ფერმენტების ეს ოჯახი მოიცავს 20 სახეობის სინთეტაზას. რჩება მხოლოდ იმის თქმა, რომ ამინომჟავები მიმაგრებულია tRNA-ს, უფრო ზუსტად, მის ჰიდროქსილის მიმღებ „კუდს“. თითოეულ მჟავას უნდა ჰქონდეს თავისი გადამტანი რნმ. ამას აკონტროლებს ამინოაცილ-tRNA სინთეზაზა. ის არა მხოლოდ ადარებს ამინომჟავებს სწორ ტრანსპორტთან, ის ასევე არეგულირებს ესტერების შემაკავშირებელ რეაქციას.
წარმატებული მიმაგრების რეაქციის შემდეგ, tRNA მიდის ცილის სინთეზის ადგილზე. ამით მთავრდება მოსამზადებელი პროცესები და იწყება მაუწყებლობა. განვიხილოთ ცილის ბიოსინთეზის ძირითადი საფეხურები :
- ინიციაცია;
- დრეკადობა;
- შეწყვეტა.
სინთეზის საფეხურები: დაწყება
როგორ მიმდინარეობს ცილის ბიოსინთეზი და მისი რეგულირება? ამის გარკვევას მეცნიერები დიდი ხანია ცდილობდნენ. მრავალი ჰიპოთეზა წამოაყენეს, მაგრამ რაც უფრო თანამედროვე ხდებოდა აღჭურვილობა, მით უკეთ ვიწყებდით მაუწყებლობის პრინციპების გაგებას.
რიბოსომა, ცილის ბიოსინთეზის მთავარი ადგილი, იწყებს mRNA კითხვას იმ წერტილიდან, საიდანაც იწყება მისი ნაწილი, რომელიც აკოდირებს პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს. ეს წერტილი მდებარეობს გარკვეულშორს მესინჯერი რნმ-ის დასაწყისიდან. რიბოსომამ უნდა ამოიცნოს mRNA-ს წერტილი, საიდანაც იწყება კითხვა და დაუკავშირდეს მას.
ინიციაცია - ღონისძიებების ნაკრები, რომელიც უზრუნველყოფს მაუწყებლობის დაწყებას. მასში შედის პროტეინები (დაწყების ფაქტორები), ინიციატორი tRNA და სპეციალური ინიციატორი კოდონი. ამ ეტაპზე რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფი უკავშირდება საინიციაციო ცილებს. ისინი ხელს უშლიან მას დიდ ქვედანაყოფთან დაკავშირებას. მაგრამ ისინი საშუალებას გაძლევთ დაუკავშირდეთ ინიციატორი tRNA და GTP.
შემდეგ ეს კომპლექსი "ზის" mRNA-ზე, ზუსტად იმ ადგილზე, რომელიც აღიარებულია ერთ-ერთი დაწყების ფაქტორით. შეცდომა არ შეიძლება იყოს და რიბოსომა იწყებს მოგზაურობას მესინჯერ რნმ-ის მეშვეობით მისი კოდონების წაკითხვით.
როგორც კი კომპლექსი მიაღწევს საწყისი კოდონს (AUG), ქვედანაყოფი წყვეტს მოძრაობას და სხვა ცილოვანი ფაქტორების დახმარებით, უკავშირდება რიბოსომის დიდ ქვედანაყოფს.
სინთეზის საფეხურები: დრეკადობა
მრნმ-ის კითხვა მოიცავს პოლიპეპტიდის მიერ ცილოვანი ჯაჭვის თანმიმდევრულ სინთეზს. იგი მიმდინარეობს მშენებარე მოლეკულას ერთი ამინომჟავის ნარჩენების მიყოლებით.
თითოეული ახალი ამინომჟავის ნარჩენი ემატება პეპტიდის კარბოქსილის ბოლოს, C-ბოლო იზრდება.
სინთეზის საფეხურები: შეწყვეტა
როდესაც რიბოსომა აღწევს მესინჯერი რნმ-ის ტერმინალურ კოდონს, პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზი ჩერდება. მისი თანდასწრებით, ორგანელა არ შეუძლია მიიღოს ნებისმიერი tRNA. ამის ნაცვლად, შეწყვეტის ფაქტორები მოქმედებს. ისინი ათავისუფლებენ მზა ცილას გაჩერებული რიბოსომიდან.
შემდეგთარგმანის დასრულების შემდეგ, რიბოსომა შეიძლება დატოვოს mRNA ან განაგრძოს სრიალი მის გასწვრივ გადათარგმნის გარეშე.
რიბოსომის შეხვედრა ახალ საინიციაციო კოდონთან (იგივე ჯაჭვზე მოძრაობის გაგრძელებისას ან ახალ mRNA-ზე) გამოიწვევს ახალ დაწყებას.
მას შემდეგ, რაც მზა მოლეკულა ტოვებს ცილის ბიოსინთეზის ძირითად ადგილს, მას ეტიკეტდება და იგზავნება დანიშნულების ადგილზე. რა ფუნქციებს შეასრულებს ის დამოკიდებულია მის სტრუქტურაზე.
პროცესის კონტროლი
მოთხოვნილებებიდან გამომდინარე, უჯრედი დამოუკიდებლად გააკონტროლებს მაუწყებლობას. ცილის ბიოსინთეზის რეგულირება ძალიან მნიშვნელოვანი ფუნქციაა. ეს შეიძლება გაკეთდეს მრავალი გზით.
თუ უჯრედს არ სჭირდება რაიმე სახის ნაერთი, ის შეაჩერებს რნმ-ის ბიოსინთეზს - ცილების ბიოსინთეზიც შეწყდება. ყოველივე ამის შემდეგ, მატრიცის გარეშე, მთელი პროცესი არ დაიწყება. და ძველი mRNA-ები სწრაფად იშლება.
პროტეინის ბიოსინთეზის კიდევ ერთი რეგულირება არსებობს: უჯრედი ქმნის ფერმენტებს, რომლებიც აფერხებენ დაწყების ფაზას. ისინი ხელს უშლიან თარგმნას, მაშინაც კი, თუ კითხვის მატრიცა ხელმისაწვდომია.
მეორე მეთოდი აუცილებელია, როცა ცილის სინთეზი ახლავე უნდა გამორთოთ. პირველი მეთოდი გულისხმობს დუნე ტრანსლაციის გაგრძელებას mRNA სინთეზის შეწყვეტის შემდეგ გარკვეული დროის განმავლობაში.
უჯრედი არის ძალიან რთული სისტემა, რომელშიც ყველაფერი ინახება წონასწორობაში და თითოეული მოლეკულის ზუსტი მუშაობა. მნიშვნელოვანია იცოდეთ უჯრედში მიმდინარე თითოეული პროცესის პრინციპები. ასე რომ, ჩვენ შეგვიძლია უკეთ გავიგოთ რა ხდება ქსოვილებში და მთლიანად სხეულში.
