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

Եթե գտնվում ես վեբ զտիչի հետևում, խնդրում ենք համոզվել, որ *.kastatic.org և *.kasandbox.org տիրույթները հանված են արգելափակումից։

Հիմնական նյութ

Տրանսլյացիայի փուլերը

Ուսումնասիրություն, թե ինչպես են պոլիպեպտիդները (սպիտակուցներ) ձևավորվում։ Ինիցիացիա, էլոնգացիա և տերմինացիա։

Ներածություն

Երբևէ մտածե՞լ ես այն մասին, թե հակաբիոտիկներն ինչպես են սպանում բակտերիաներին, երբ սինուսային վարակ ունես։ Տարբեր հակաբիոտիկները գործում են տարբեր ձևերով, բայց ոմանք հարձակվում են բակտերիաների բջիջներում տեղի ունեցող հիմնական գործընթացի վրա։
Մի փոքր մոլեկուլային կենսաբանության բառապաշար օգտագործելով նշենք, որ այս հակաբիոտիկները արգելափակում են տրանսլյացիան: Տրանսլյացիայի գործընթացում բջիջը կարդում է տեղեկատու ՌՆԹ-ի (տՌՆԹ) մոլեկուլից ստացված տեղեկությունը և այդ տեղեկությունն օգտագործում է սպիտակուց կառուցելու համար: Տրանսլյացիան անընդհատ տեղի է ունենում բակտերիայի բջիջում, ինչպես քո մարմնի բջիջների մեծ մասում, և դա կարևոր է, որ ապրես (նաև քո բակտերիա «այցելուները»)։
Երբ որոշակի հակաբիոտիկներ ես օգտագործում (օրինակ՝ էրիթրոմիցին), հակաբիոտիկի մոլեկուլը կողպվում է բակտերիայի բջիջների ներսում գտնվող տրանսլյացիայի հիմնական մոլեկուլների վրա և, ըստ էության, «դադարեցնում է» դրանց աշխատանքը: Սպիտակուցներ պատրաստելու ոչ մի եղանակով չունենալով բակտերիան կդադարի գործել և, ի վերջո, կմահանա: Այդ պատճառով վարակները մաքրվում են, երբ դրանք բուժվում են հակաբիոտիկով:1,2
Բջիջները կենդանի մնալու համար տրանսլյացիա պետք է իրականացնեն, և եթե գիտենք, թե դա ինչպես է տեղի ունենում (որպեսզի կարողանանք դադարեցնել այն հակաբիոտիկներով), կարող եբք փրկել մեզ բակտերիալ վարակներից: Եկ ավելի մոտիկից ուսումնասիրենք, թե ինչպես է տեղի ունենում տրանսլյացիան՝ առաջին քայլից մինչև վերջնական արտադրանք:

Տրանսլյացիա․ Մեծ պատկերը

Տրանսլյացիան ներառում է տեղեկատու ՌՆԹ-ի (տՌՆԹ) «վերծանումը» և դրա պարունակած տեղեկության հիման վրա պոլիպեպտիդ կամ ամինաթթուների շղթա կառուցելը: Պոլիպեպտիդը հիմնականում սպիտակուց է (տեխնիկական տարբերությամբ, որ որոշ մեծ սպիտակուցներ կազմված են մի քանի պոլիպեպտիդային շղթաներից):

Գենետիկ կոդ

տՌՆԹ-ի հիման վրա պոլիպեպտիդ կառուցելու ցուցումները գալիս են երեք նուկլեոտիդների խմբերով, որոնք կոչվում են կոդոններ: Ահա կոդոնների մի քանի հիմնական հատկություն, որոնք պետք է հիշել․
  • Գոյություն ունի 61 տարբեր կոդոն
  • Երեք «ստոպ» կոդոններն ազդարարում են պոլիպեպտիդի ավարտը
  • Կոդոններից մեկը՝ ԱՈւԳ-ն, ազդարարում էտրանսլյացիայի սկիզբը և կոչվում է «ստարտ» կոդոն (այն նաև պայմանավորում է մեթիոնին ամինաթթուն)
տՌՆԹ-ի և ամինաթթուների այս փոխհարաբերությունը հայտնի է որպես գենետիկ կոդ (որի մասին ավելին կարող ես իմանալ գենետիկ կոդ հոդվածում)։

Կոդոններից ամինաթթուներ

Փոխադրող ռՆԹ-ների՝ փՌՆԹ-ների մոլեկուլները տրանսլյացիայի ժամանակ տՌՆԹ-ի կոդոնները կարդացվում են որոշակի հաջորդականությամբ (5' ծայրից դեպի 3' ծայրը)։
Յուրաքանչյուր փՌՆԹ ունի անտիկոդոն՝ նուկլեոտիդների եռյակ, որը կոմպլեմենտարության սկզբունքով միանում է տՌՆԹ-ի համապատասխան կոդոնին։ փՌՆԹ-ի մյուս ծայրին ամրացած է ամինաթթու, որը կոդավորվում է տվյալ կոդոնով։
Ռիբոսոմի վրա է տեղի ունենում տՌՆԹ-ի և ամինաթթուներ բերող փՌՆԹ-ի փոխազդեցությունը։ Ռիբոսոմի վրա կա երեք տեղամաս, որտեղ միանում է փՌՆԹ-ն։ Դրանք կոչվում են A, P և E տեղամասեր։ A տեղամասն ընդունում է ամինաթթու բերող փՌՆԹ-ին, P տեղամասը պահում է այն փՌՆԹ-ին, որը կրում է երկարող պոլիպեպտիդը (ավելացվող առաջին ամինաթթուն մեթիոնինն է (Մեթ)), իսկ E-ն այն տեղամասն է, ուր տեղափոխվում է փՌՆԹ-ն այն բանից հետո, երբ իր բերած ամինաթթուն արդեն փոխանցել է մեկ այլ փՌՆԹ-ի (որն այդ պահին գտնվում է P տեղամասում)։ Տրամագրի վրա փՌՆԹ-ն արդեն լքել է E տեղամասը և ցուցադրված չէ։
Փոփոխված նկարի աղբյուրը՝ Translation: Figure 3՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի (CC BY 4.0)։
փՌՆԹ-ն միանում է տՌՆԹ սպիտակուցից ՌՆԹ-ից կազմված մի կառուցվածքի մեջ, որը կոչվում է ռիբոսոմ: Երբ փՌՆԹ-ները մտնում են ռիբոսոմի մեջ և միանում են կոդոններին, նրանց բերած ամինաթթուներն քիմիական ռեակցիայի շնորհիվ ավելացվում են աճող պոլիպեպտիդային շղթային: Արդյունքում առաջանում է պոլիպեպտիդ, որի ամինաթթվային հաջորդականությունն արտացոլում է տՌՆԹ-ի կոդոնների հաջորդականությունը:
տՌՆԹ-ի հաջորդականությունն է՝
5'-ԱՈւԳԱՈւՑՈւՑԳՈւԱԱ-5'
Տրանսլյացիայի ընթացքում տՌՆԹ-ի հաջորդականությունը ընթերցվում է եռյակներով՝ կոդոններով, որոնցից յուրաքանչյուրը որոշակի սպիտակուց է պայմանավորում (կամ դադարի ազդանշան է տալիս, որը ցույց է տալիս, որ տրանսլյացիան ավարտված է)։
3'-ԱՈւԳ ԱՈւՑ ՈւՑԳ ՈւԱԱ-5'
ԱՈւԳ Մեթիոնին ԱՈւՑ Իզոլեյցին ՈւՑԳ Սերին ՈւԱԱ «Դադար»
Պոլիպեպտիդի հաջորդականությունը․ (N-ծայր) Մեթիոնին-Իզոլեյցին-Սերին (C-ծայր)
Սա տրանսլյացիայի մեծ պատկերն է: Բայց ինչպե՞ս է սկսվում, ընթանում և ավարտվում տրանսլյացիանը: Եկ տեսնենք։

Տրանսլյացիա․ Սկիզբը, ընթացքը և ավարտը

Գիրքը կամ ֆիլմը երեք հիմնական մասից են բաղկացած՝ սկիզբ, ընթավք և ավարտ։ Տրանսլյացիան նույնպես երեք հիմնական մաս ունի, որոնք կոչվում են ինիցիացիա, էլոնգացիա և տերմինացիա։
  • Ինիցիացիա («սկիզբ»)․ Այս փուլում ռիբոսմոը միանում է տՌՆԹ-ին և առաջին փՌՆԹ-ին և տրանսլյացիան սկսվում է։
  • Էլոնգացիա («երկարում»)․ Այս փուլում փՌՆԹ-ները ռիբոսոմ են բերում ամինաթթուներ, որոնք իրար միանալով առաջացնում են շղթա։
  • Տերմինացիա («ավարտ»). Այս վերջին փուլում ավարտուն պոլիպեպտիդը անջատվում է և պատրաստ է բջջում կատարել իր աշխատանքը։
Եկ ավելի մանրամասն ծանոթանանք այս փուլերին։

Ինիցիացիա

Որպեսզի տրանսլյացիան սկսվի, մի քանի բաղադրիչներ են անհրաժեշտ։ Դրանք են․
  • Ռիբոսոմը (որը կազմված է մեծ և փոքր ենթամիավորներից)
  • տՌՆԹ-ն, որը կրում է տեղեկություն ստեղծվելիք սպիտակուցի մասին
  • «Նախաձեռնող» փՌՆԹ-ն, որը բերում է սպիտակուցի առաջին ամինաթթուն, որը մշտապես մեթիոնինն է (Մեթ)
Ինիցիացիայի ընթացքում այս բաղադրիչները որոշակի կերպով համախմբվում են՝ առաջացնելով ինիցիացիայի համալիր, այսինքն, մոլեկուլների ամբողջականություն, որն անհրաժեշտ է նոր սպիտակուց սինթեզելու համար։
Քո բջիջներում (ինչպես նաև կորիզավոր այլ բջիջներում) տրանսլյացիայի ինիցիացիան տեղի է ունենում հետևյալ կերպ․ նախ մեթիոնին բերող փՌՆԹ-ն միանում է ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորին, որոնք այնուհետև միասին միանում են տՌՆԹ-ի 5' ծայրին՝ ճանաչելով 5' ծայրում գտնվող ԳԵՖ-ային գլուխը (վերջինս ավելանում է կորիզում ՌՆԹ-ի մշակման ընթացքում)։ Այնուհետև, նրանք «քայլում են» տՌՆԹ-ի երկայնքով 3' ուղղությամբ՝ դադարեցնելով գործընթացը այն ժամանակ, երբ հասնում են ստարտ կոդոնին (հաճախ, բայց ոչ միշտ դա ԱՈւԳ-ն է)։6
Տրանսլյացիայի ինիցիացիան կորիզավորներում․
  1. Ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորից և փՌՆԹ-ից (որը կրում է մեթիոնին) կազմված համալիրը միանում է տՌՆԹ-ի 5' գլխին։
  2. Այդ համալիրը սկանավորում է 5' ծայրից 3' ծայրը, որպեսզի գտնի ստարտ կոդոնը (ԱՈւԳ)։
  3. փՌՆԹ-ն միանում է ստարտ կոդոնին։
  4. Ռիբոսոմի մեծ ենթամիավորը համախմբվում է տՌՆԹ-ի, փՌՆԹ-ի և ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորի հետ՝ առաջացնելով ինիցիացիայի համալիր։ փՌՆԹ-ն գտնվում է հավաքված ռիբոսոմի P տեղամասում։
Այս քայլերի իրականացմանն օգնում են ինիցիացիայի գործոնները (տրամագրում ցուցադրված չեն)։
Հիմնվելով Berg-ի և այլոց համանման դիագրամի վրա:1
Բակտերիաներում սա մի փոքր տարբեր է։ Այստեղ ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը չի շարժվում տՌՆԹ-ի 5'-ից 3' ուղղությամբ: Փոխարենը, այն միանում է տՌՆԹ-ի որոշակի հաջորդականության։ Շայն-Դալգարնոյի այս հաջորդականությունը գտնվում է ստարտ կոդոններից անմիջապես առաջ և «մատնանշում է դրանք» ռիբոսոմին։
Տրանսլյացիայի ինիցիացիան բակտերիաներում․
Բակտերիայի տՌՆԹ-ում Գ/Ա-ով հարուստ հաջորդականությունը, որը կոչվում է Շայն-Դալգարնոյի հաջորդականություն, գտնվում է 5' ծայրում ստարտ կոդոնից (ԱՈւԳ) մի փոքր վերև։ Ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը ճանաչում և միանում է Շայն-Դալգարնոյի հաջորդականությանը։ Ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը նաև միանում է ֆՄեթ բերող փՌՆԹ-ին, որը կոմպլեմենտարության սկզբունքով միանում է ստարտ կոդոնին։ Ինչպես նշվել է տեստում, ռիբոսոմի փոքր ենթամիավորը երբեմն կարող է նախ միանալ տՌՆԹ-ին (ապա նոր փՌՆԹ-ին), իսկ երբեմն էլ հակառակն է տեղի ունենում (սկզբում միանում է փՌՆԹ-ին, հետո նոր տՌՆԹ-ին)։ Ենթադրվում է, որ այս իրադարձությունների հաջորդականությունը կարող է պատահական լինել:
Այս բաղադրիչները միավորվելուց հետո ռիբոսոմի մեծ ենթամիավորը նույնպես միանում է: Հավաքված ռիբոսոմը տՌՆԹ-ի և միացած փՌՆԹ-ի հետ միասին կազմում է ինիցիացիայի համալիրը: փՌՆԹ-ն գտնվում է հավաքված ռիբոսոմի P տեղամասում։
Բակտերիաներում առաջին ամինաթթուն ֆՄեթ-ն է (ֆորմիլ մեթիոնին՝ քիմիապես ձևափոխված մեթիոնին)։
Ինչո՞ւ օգտագործել Շայն-Դալգարնոյի հաջորդականությունը։ Բակտերիաների գեները հաճախ տրանսկրիպցիայի են ենթարկվում խմբերով (որոնք կոչվում են օպերոններ), հետևաբար, բակտերիայի մեկ տՌՆԹ-ն կարող է պարունակել մի քանի գենի կոդավորող հաջորդականություն։ Շայն-Դալգարնոյի հաջորդականությունը մատնանշում է կոդավորող յուրաքանչյուր հաջորդականության սկիզբը, որի շնորհիվ ռիբոսոմը գտնում է յուրաքանչյուր գենի ստարտ կոդոնը։
Կորիզավոր բջիջ․
  • ԴՆԹ-ն տրանսկրիպցիայի է ենթարկվում կորիզում՝ առաջացնելով ՌՆԹ։ Առաջացած ՌՆԹ-ն, նախքան ցիտոպլազմա անցնելը, մշակվում է՝ վերածվելով հասուն տՌՆԹ-ի։
  • տՌՆԹ-ն պարունակում է միայն մեկ կոդավորող հաջորդականություն (կոդավորելով մեկ պոլիպեպտիդ)։
Բակտերիայի բջիջ․
  • ԴՆԹ-ն ցիտոպլազմայում տրանսկրիպցիայի է ենթարկվում՝ առաջացնելով տՌՆԹ։ Ռիբոսոմները կարող են տրանսլյացիան սկսել անգամ այն ժամանակ, երբ տրանսկրիպցիան դեռ ավարտված չէ։ Հետտրանսլյացիոն մշակման քայլեր անհրաժեշտ չեն։
  • տՌՆԹ-ն պարունակում է երեք տարբեր գենի կոդավորող երեք հաջորդականություն, որոնցից յուրաքանչյուրը կոդավորում է իր պոլիպեպտիդը։

Էլոնգացիա

Հիշենք, թե ինչ է տեղի ունենում տրանսլյացիայի այս «միջին» փուլում. elongation՝ երկարումն այն փուլն է, երբ պոլիպեպտիդային շղթան երկարում է՝ դառնում է longer։
Սակայն ինչպե՞ս է շղթան իրականում երկարում։ Սա հասկանալու համար եկ ուսումնասիրենք էլոնգացիայի առաջին փուլը, երբ առաջացել է ինիցիացիայի համալիրը, սակայն որևէ ամինաթթու դեռ չի միացել։
Առաջին փՌՆԹ-ն, որը բերում է մեթիոնին, սկսում է իր աշխատանքը ռիբոսոմի կենտրոնական P տեղամասում։ Դրա կողքին հաջորդ կոդոնը ներկայացվում է A տեղամասին: A տեղամասը կլինի հաջորդ փՌՆԹ-ի «վայրէջքի» տեղը, որի անտիկոդոնը կատարյալ (կոմպլեմենտարության սկզբունքով) համընկնում է բացված կոդոնի հետ։
Էլոնգացիայի առաջին փուլում մուտքային ամինաթթուն կցվում է ռիբոսոմի P տեղամասում արդեն առկա մեթիոնինին: Այս գործողության արդյունքում պոլիպեպտիդը երկարում է: Երկարացման այս առաջին փուլի երեք քայլերը նկարագրված են ստորև․
1) Կոդոնի ճանաչում․ այն փՌՆԹ-ի անտիկոդոնը, որը կոմպլեմենտար է տՌՆԹ-ի A տեղամասում գտնվող կոդոնին, միանում է այդ կոդոնին։ ԳԵՖ-ի էներգիան ծախսվում է կոդոնի ճանաչման արդյունավետությունը բարձրացնելու համար։
2) Պեպտիդային կապի առաջացում․ պեպտիդային կապ առաջանում է նոր բերվող ամինաթթվի (որը բերում է A տեղամասում գտնվող փՌՆԹ-ն) և մեթիոնինի (մեթիոնին բերող փՌՆԹ-ն գտնվում է P տեղամասում ինիցիացիայի ժամանակ) միջև։ Պոլիպեպտիդը (իրար միացած երկու ամինաթթուները) P տեղամասում գտնվող փՌՆԹ-ից տեղափոխվում է A տեղամասում գտնվող փՌՆԹ-ի վրա։ P տեղամասում հայտնված փՌՆԹ-ն այժմ «դատարկ» է, քանի պոլիպեպտիդ չի կրում։
3) Տրանսլոկացիա․ռիբոսոմը մեկ կոդոնով վեր է բարձրանում տՌՆԹ-ով 3' ուղղությամբ։ Դրա հետևանքով A տեղամասում գտնվող փՌՆԹ-ն անցնում է P տեղամաս, իսկ P տեղամասում գտնվող փՌՆԹ-ն՝ E տեղամաս։ E տեղամասում գտնվող փՌՆԹ-ն այնուհետև դուրս է գալիս ռիբոսոմից։
Երբ համապատասխան փՌՆԹ-ն հայտնվի A տեղամասում, ուրեմն գործողության ժամանակն է. այսինքն՝ պեպտիդային կապի առաջացման ժամանակն է, որը մեկ ամինաթթուն միացնում է մյուսին: Այս քայլով մեթիոնինը առաջին փՌՆԹ-ից փոխանցվում է A տեղամասում գտնվող երկրորդ փՌՆԹ-ի բերած ամինաթթվի վրա:
Այժմ մենք ունենք երկու ամինաթթու՝ (շատ փոքր) պոլիպեպտիդ։ Մեթիոնինը կազմում է պոլիպեպտիդի N ծայրը, իսկ մյուս ամինաթթուն՝ C ծայրը։
Բայց ... հավանականությունն այն է, որ մենք կարող ենք ավելի երկար պոլիպեպտիդ ունենալ, քան երկու ամինաթթվից կազմվածը: Ինչպե՞ս է շղթան շարունակում աճել: Երբ պեպտիդային կապը ձևավորվում է, տՌՆԹ-ն ռիբոսոմի միջոցով ձգվում է դեպի առաջ՝ ճիշտ մեկ կոդոնով: Այս հերթափոխը թույլ է տալիս առաջին, իր ամինաթթուն արդեն տված փՌՆԹ-ին դուրս գալ E («ելք») տեղամասի միջով: Այն նաև բացում է նոր կոդոնը A տեղամասում, այնպես որ ամբողջ ցիկլը կարող է կրկնվել:
Եվ այն կրկնվում է մի քանի անգամից մինչև 33,000 անգամ։ Քո մկաններում գտնվող տիտին սպիտակուցը հայտնի ամենաերկար պոլիպեպտիդն է , որը կարող է պարունակել մինչև 33,000 ամինաթթու8,9։

Տերմինացիա

Պոլիպեպտիդները, ինչպես բոլոր լավ բաները, ի վերջո պետք է ավարտվեն։ Տրանսլյացիայի ավարտը կոչվում է տերմինացիա։ Տերմինացիան տեղի է ունենում այն ժամանակ, երբ տՌՆԹ-ի ստոպ կոդոնը (ՈւԱԱ, ՈւԱԳ կամ ՈւԳԱ) մտնում է A տեղամաս։
Ստոպ կոդոնները ճանաչվում են սպիտակուցներով, որոնք կոչվում են ազատման գործոններ, որոնք կոկիկ տեղավորվում են P տեղամասում (չնայած դրանք փՌՆԹ չեն): Ազատման գործոնները խառնվում են ֆերմենտի հետ, որը սովորաբար մասնակցում է պեպտիդային կապերի առաջացմանը․ դրա պատճառով շղթայի վերջին ամինաթթվին ջրի մոլեկուլ է ավելացվում: Այս ռեակցիան առանձնացնում է շղթան փՌՆԹ-ից և նոր պատրաստված սպիտակուցն ազատվում է:
Ի՞նչ է տեղի ունենում հետո։ Բարեբախտաբար, տրանսլյացիայի «սարքավորումները» բազմակի անգամ կարող են օգտագործվել: տՌՆԹ-ից անջատվելուց հետո ռիբոսոմների՝ իրարից առանձնացված մեծ ու փոքր ենթամիավորները կարող են (և սովորաբար արագորեն մասնակցում են) տրանսլյացիայի մեկ այլ փուլի:

Վերջաբան․ Մշակում

Մեր պոլիպեպտիդն այժմ պարունակում է իր բոլոր ամինաթթուները։ Արդյո՞ք դա նշանակում է, որ այն պատրաստ է բջջում իրականացնել իր աշխատանքը։
Պարտադիր չէ։ Պոլիպեպտիդներին հաճախ անհրաժեշտ են որոշ «խմբագրումներ»: Տրանսլյացիայի ընթացքում և դրանից հետո ամինաթթուները կարող են քիմիապես փոփոխվել կամ հեռացվել: Նոր պոլիպեպտիդը նույնպես ծալվելու է հստակ եռաչափ կառուցվածքի մեջ և կարող է միանալ այլ պոլիպեպտիդների հետ՝ կազմելով մի քանի ենթամիավորներից կազմված սպիտակուց:
Շատ սպիտակուցներ կարող են ինքնուրույն փաթեթավորվել, բայց երբեմն նրանք օգնականների («շապերոնների») կարիք ունեն, որպեսզի փաթեթավորվելու բարդ գործընթացքում սխալներ տեղի չունենան։
Որոշ սպիտակուցներ նաև պարունակում են որոշակի ամինաթթվային հաջորդականություններ, որոնց շնորհիվ ուղղվում են դեպի բջջի որոշակի վայրը։ Այս հաջորդականությունները, որոնք սովորաբար գտնվում են N կամ C ծայրի մոտ, կարող են համարվել սպիտակուցի «գնացքի տոմսը» դեպի իր վերջնական ուղղություն։ Այս մասին ավելի մանրամասն կարող ես իմանալ սպիտակուցի թիրախավորում հոդվածում։

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Առայժմ հրապարակումներ չկան։
Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: