Molekulyar biologiya

O`ZBEKISTON RESPUBLIKASIOLIY VA O`RTA

MAXSUS TA`LIM VAZIRLIGI

NIZOMIY NOMIDAGI TOSHKENT DAVLAT

PEDAGOGIKA UNIVERSITETI
“BOTANIKA” KAFEDRASI
Professor, b.f.d. P.Mirxamidovaning
“MOLEKULYAR BIOLOGIYA” fanidan

“Translyatsiya haqida umumiy tushuncha”

mavzusidagi ochiq darsi

Тoshkent – 2017

9-мавзу.

Трансляция ҳақида умумий тушнча.

9.1.Таълим бериш технологиясининг модели

Машғулот вақти-2 соат	Талабалар сони: 20 – 60 гача
Машғулот шакли	Визуал маъруза
Маъруза режаси	Трансляция ҳақида умумий тушунча. Трансляцияни амалга оширувчи омиллар. Аминокислоталарнинг фаолланиши Трансляция инициацияси.
Ўқув машғулотининг мақсади: мураккаб углеводлар, уларнинг вакиллари ва организмда тутган ўрни ҳақида билим ва кўникмаларни шакллантиришдан иборат.
Педагогик вазифалар: Трансляция ҳақида умумий тушунча бериш; Трансляцияни амалга оширувчи омилларни кўрсатиб бериш; Аминокислоталарнинг фаолланиши ҳақида тушунча бериш; Трансляция инициациясининг аҳамиятини маълумотларга таянган ҳолда кўрсатиб бериш.		Ўқув фаолияти натижалари (талаба): Трансляция ҳақида умумий тушунчага эга бўлади; Трансляцияни амалга оширувчи омилларни аниқлай билади; Аминокислоталарнинг фаолланиш механизмини ўрганади; Трансляция инициациясининг аҳамиятини маълумотларга таянган ҳолда кўрсатиб бериш имкониятига эга бўлади.
Таълим бериш усуллари		Кўргазмали, маълумотли, ақлий ҳужум, бумеранг, жамоада ишлаш.
Таълим бериш шакллари		Оммавий, жамоавий, жуфтликда ишлаш.
Таълим бериш воситалари		Ўқув қўлланма, тарқатма материаллар, проектор, доска, график органайзерлар.
Таълим бериш шароити		Ҳамкорликда ишлаш ва тақдимотларни амалга ошириш имконига эга бўлган аудитория.
Мониторинг ва баҳолаш		Оғзаки назорат: савол-жавоб

9.2. “Трансляция ҳақида умумий тушнча. Трансляция инициацияси”

маъруза машғулотининг технологик харитаси

Иш босқичла-ри ва вақти	Фаолият мазмуни
	Таълим берувчи	Таълим олувчилар
Тайёргар лик босқичи	1. Мавзу бўйича ўқув материалларни, яъни тақдимот ва тарқатма материалларни тайёрлаш. 2. Талабаларни жонлантириш учун мавзу доирасида саволларни, кўргазмали схемаларни яратиш. 3. Талабалар ўқув фаолиятини баҳолаш мезонларини ишлаб чиқиш. 4. Ўқув курсини ўрганишда фойдаланиладиган адабиётлар рўйхатини тартиблаштириш.
1-босқич. Мавзуга кириш (15 дақиқа)	1.1. Мавзунинг номини экранга чиқаради ва мазкур мавзуни ёритишдан кутилаётган асосий натижалар тўғрисида ахборот беради. 1.2. Бугунги ўтилиши кутилаётган дарс машғулоти кўргазмали маъруза тарзида бўлиши таъкидланади. 1.3. Мавзуни ёритиш бўйича тузилган режа саволларини намойишга узатади (1-илова). 1.4. “Ақлий ҳужум” методи орқали талабаларни фаоллаштиради. Берилган саволга ўйлаб жавоб беришни таклиф қилади (жавоблар 2-3 сўздан иборат бўлиши кераклигини эслатади): Трансляция босқичларини санаб ўтинг ? Бир талабага жавобларни доскада ёзиб боришни таклиф қилади. Бунинг учун 10 минутча вақт ажратилади. Белгиланган вақт тугагандан сўнг, фикр билдиришлар тўхтатилади ва жавоблар таҳлил қилинади.	Тинглайдилар Кўчириб оладилар. Тинглайдилар Жуфтликларга бўлинадилар, ўйлайдилар, муҳокама қиладилар ва саволларга жавоб берадилар. Фаол қатнашиб, жавоб вариантларини кетма-кет айтиб борадилар
2. Асосий босқич (55 дақиқа)	2.1. Рower Point дастури асосида кўргазмали материаллар бўйича маъруза ўқийди. Маъруза давомида Трансляцияга доир маълумотларни беради (2,3-илова).Талабаларнинг ёзиб олишларини таъкидлайди. 2.2. Аминокислоталарнинг фаолланиши ҳақида тушунча беради.(4-илова). 2.3. Трансляция инициацияси ҳақида маълумот беради (5,6,7, -иловалар). 2.4. Талабалар билимларини фаоллаштириш ва мустаҳкамлаш мақсадида саволлар билан мурожаат қилади: 1. Трансляцияга таъриф беринг. 2. Трансляция неча босыичдан иборат? 3. Аминокислоталарнинг фаолланиш механизмини тушунтиринг. 5. Трансляция инициациясида иштирок этувчи омилларни изоҳланг.	Тинглайдилар, ёзадилар. Талабалар саволларга жавоб берадилар.
3. Якуний босқич (10 дақиқа)	3.1. Мавзуни умумлаштиради ва умумий хулосалар ясайди. Талабалар диққатини мавзунинг асосий томонларига қаратади. 3.2. Мустақил ишлашлари учун “Трансляция” сўзига кластер методи асосида материал тайёрлаб келиш вазифасини беради.	Тинглайдилар. Вазифани ёзиб оладилар.

1-илова

РЕЖА:

• 
  Трансляция ҳақида умумий тушунча.
  
• 
  Трансляцияни амалга оширувчи омиллар.
  
• 
  Аминокислоталарнинг фаолланиши
  
• 
  Трансляция инициацияси.
  

2-илова

Оқсил биосинтези ўта мураккаб ва кўп босқичли жараён бўлиб, бунда хилма-хил ферментлар, системалар ва ҳар хил РНК лар иштирок этади. Оқсил биосинтези рибосомаларда боради. Бунда и-РНК даги нуклеотидлар ёрдамида ифодаланган информация полипептид занжиридаги аминокислоталарнинг кетма-кетлиги сифатида номоён бўлади, яъни оқсил синтези тўғрисида информация нуклеотидлар «тилидан» аминокислоталар «тилига» таржима (трансляция) қилинади.Оқсил биосинтезининг умумий механизми барча тирик организмлар учун бир хил бўлиб, қуйидаги асосий босқичлардан иборат:

1) аминокислоталарнинг фаолланиши;

2) инициация- полипептид занжири синтезининг бошланиши;

3) элонгация – ҳосил бўлаётган полипептид занжирининг узайиши;

4) терминация – полипептид занжири ҳосил бўлишининг тугаши.

1. Аминокислоталарнинг фаолланиши. Аминокислоталар молекулалари кимёвий жиҳатдан фаол бўлмаганлиги учун улар оқсиллар биосинтезида бевосита иштирок эта олмайди. Оқсил биосинтезида иштирок этадиган аминокислоталар аввал фаол ҳолатга ўтиши керак.

Аминокислоталар АТФ ёрдамида фаолланиши мураккаб жараён бўлиб, бунда ҳар бир аминокислота тегишли транспорт РНК га кўчирилиши махсус ферментлар – аминоацил – т- РНК синтетазалар таъсирида боради. Бу босқичда аминоацил – т – РНК лар ҳосил бўлади.

3–илова



4-илова

Инициация. Полипептид занжирининг инициацияси жуда мураккаб ва жуда муҳим босқич бўлиб, яъни оқсил биосинтезини бошлаб берувчи реакциядир. Бу босқичда инциация комплекси ҳосил бўлади. Оқсил биосинтези инциация комплекси ёрдамида амалга ошади. Бу комплекс рибосоманинг 30 s – кичик бўлакчаси ва унига бириккан и-РНК ҳамда аминоаци – т – РНК ва бошқа оқсил факторлардан иборат. Бу комплекс ГТФ иштирокида рибосоманинг 50 s – бўлакчаси билан бириккандан сўнг, полипептид занжир синтезлана бошлайди. Оқсил синтезида иштирок этаётган и-РНК нинг полинуклеотидли занжиридаги 5¹ томони занжирининг бошланишининг, 3¹ томони эса занжирнинг тугалланишини ифодалайди. Ҳар қандай полипептид занжирнинг синтезланишида унинг N – томони сифатида махсус бирикма-метионин аминокислотасининг формилли ( - СНО) ҳосиласи иштирок этади. Бу ҳосила АУГ кодони ёрдамида ифодаланади ва шунинг учун ҳар бир и-РНК ана шу кодон билан боғланиши керак. Метиониндаги формил гуруҳнинг вазифаси аминокислотанинг N-NН₂ гуруҳини ёпишдан иборат бўлиб, бунда полипептид занжирнинг ўсиши эркин – СООН томонга йўналган бўлади, яъни кейинги аминокислота полипептид занжиридаги -СООН гуруҳ билан реакцияга киришади. Шу сабабли АУГ кодони полипептид занжирининг бошланиши тўғрисидаги ахборотни билдиради, кейинчалик формил гуруҳи махсус гидролаза ферменти таъсирида полипептид занжиридан ажралади.

5-илова



6-илова

Оқсил синтези учун старт белгиси бўлиб тРНКда жойлашган AUG кодони ҳисобланади.

AUG-метионин Met кодлайди. Баъзан эса старт белгиси бўлиб Валин кодловчи GUC кодони бўлиши мумкин. Ўсувчи полипептид занжирда биринчи аминокислота қолдиғи бўлиб Met ёки Val бўлиши мумкин. Савол туғиладики, демак, Ушбу ҳолатда ҳужайра занжир ўртасида жойлашган GUC ёки AUG сигналини қандай ажратади.

Ушбу мусалани тРНКни махсус инициацияловчи Met ёки Val модификацияланган формалари ёрдамида ҳал қилиш мумкин.

Met модификация қилинган формаси бўлиб, форметионин (fMet)ҳисобланади. У Metни полипептид занжирга бириктирувчи тРНК met дан фарқли ўлароқ, тРНКf молекуласига бирикади. тРНК met ҳам, тРНКf ҳам

AUG кодонини ажрата олишади, Леин бошловчи (стартовый) AUG ва фақат тРНКf гина бирика олади. Оқсил синтези инициацияси 30S cуббирлик сатҳида инициацияловчи комплекс ҳосил бўлиши Билан бошланади. Бу комплекс мРНК, fMet боғлаган аминоацил тРНКf Р соҳага бириккан ҳолда ва рибосоманинг 30S суббирлигидан иборат бўлади. кейинги қадам юқоридаги комплексга 50S суббирлиги қўшилиши Билан ўтади. Натижада 70S-инициацияловчи комплекс ҳосил бўлади. оқсил синтези инициацияси учун энергия манбаи бўлиб ГТФ гидролизи натижасида ажралувчи энергия ҳисобланади. Ушбу этапда бир неча оқсиллар керак бўлади, яъни инициация оқсиллари (JF₁, JF₂ ва JF₃).

7-илова



OQSILLAR BIOSINTEZI (TRANSLYATSIYA)

Zamonaviy tabiatshunoslik fanining ikkita muhim muammolaridan biri-tirik hujayrada oqsillar biosintezidir. Ikkinchisi esa noorganik tabiatda insoniyat uchun kelgusida energiya ajratish elementar zarralarning fizikaviy tadqiqoti asosida amalga oshishi mumkin. Tirik tabiatda hayotiy jarayonlarni boshqarish oqsillarni o’rganish asnosida sodir bo’ladi.

Organizmning tiriklik belgisi muayyan oqsil yoki oqsillar kompleksi orqali namoyon bo’ladi. Jonzotlarning biologik belgilari quyidagi generatsiya asosida amalga oshadi:

DNK  RNK  OQSIL  BELGI

Ma’lumki, sochimiz va terimizning rangi melonin degan pigmentga bog’liq bo’lib, albinoslarda u bo’lmaydi. Melonin sintezi oqsil – ferment tirozinazaga bog’liq. Mazkur oqsilning mutatsiyasi yoki inaktivatsiyasi albinoslarning paydo bo’lishiga sababchi bo’ladi. Oqsillarga bog’liq bunday jarayonlarni organizmda juda ko’p kuzatish mumkin.

Oqsillar biosintezini to’liq aniqlash irsiyat qonunlarini tadqiq qilish, organizmlarni o’sish va rivojlanishini boshqarish, turli xil irsiy kasalliklar sabablarini aniqlash, davolash va boshqa bir qator muammolarni hal qilishga imkon yaratadi.

Oqsillar sintezi organizmda intensiv ravishda amalga oshadi. Odam jigarida 10 kun davomida oqsillarning yarmi yangilanadi. Qon zardobida 20-30 kunda oqsillar almashinadi. Har kun inson tanasida 100 g oqsil sintezlanishi lozim. Bir kunda odam qonida 8 g gemoglobin, 23 g jigar oqsili va 32 g mushak oqsillari sintezlanib turadi.

Hujayrada oqsillarning sintezi xuddi nuklein kislotalardek, matritsa (qolip) asosida amalga oshadi. Mazkur jarayon murakkab va bir necha bosqichlardan iborat. Oqsillarning biosintezi oqsil sintezlovchi muayyan tizim bo’lib, uning tarkibiga quyidagi strukturalar kiradi:

• 
  ribosomalar-nukleoprotein zarralari bo’lib, tarkibida 60% ribosom RNK va 40% oqsil mavjud. Uzunligi 160Å, diametri 250Å, molekulyar massasi 4 mln. Bir qancha ribosomlar to’plami poliribosoma yoki polisomalar deb ataladi;
  
• 
  matritsa RNK;
  
• 
  transport RNK;
  
• 
  oqsil sintezidagi bosqichlar bo’lmish initsiatsiya, elongatsiya, terminatsiya va translyatsiya jarayonlarini amalga oshiruvchi oqsillar va fermentlar;
  
• 
  proteinogenli aminokislotalar;
  
• 
  aminoatsil-t-RNKlarni hosil qiluvchi aminoatsil-t-RNK-sintetaza fermentlari;
  
• 
  makroergli nukleozidtrifosfatlar ATF va GTF;
  
• 
  Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺, NH₄⁺ ionlari.
  

Oqsil biosintezida 200 dan ortiq makromolekulalar ishtirok etadi. Bular oqsillar va nuklein kislotalari bo’lib, faqat aminokislotalarni faollashtirish va tashilishi uchun 100 ta makromolekulalar zarurligi aniqlangan. Ribosoma 60 xil makromolekuladan tashkil topib, translyatsiyada 10 dan ortiq oqsil turlari ishtirok etadi.

Aynan ribosomalarda jonsiz molekula bo’lgan nuklein kislota jonli oqsillarga aylanadi. Demak, ribosomalarda kimyo biologiyaga shakllanadi.

7.1. Aminokislotalarning faollashuvi va rekognitsiyasi

Hujayra sitoplazmasida aminokislotalar puli erkin holatda bo’lmay, balki aminoatsil-t-RNK ko’rinishida bo’ladi. Aminokislotalarning bu holati ularni metabolitik jarayonlardan saqlanishini va oqsil sintezini boshlab berishga qaratilgan. Aminokislota-t-RNK kompleksi aminokislotani faollantirishga va uni maxsus t-RNK ni topib, birlashishini (rekognitsiya) ta’minlaydi. Mazkur jarayon aminoatsil-t-RNK-sintetaza (ARS-aza) fermenti ishtirokida sodir bo’ladi. Bu fermentlarda ikkita faol markaz bo’lib, biri maxsus t-RNK uchun bo’lsa, ikkinchisi esa muayyan aminokislotaga mo’ljallangan bo’ladi. Shunday qilib, hujayrada 20 dan kam bo’lmagan ARS-azalar borligi aniqlangan. Aminokislotalar ribosomaga borib, peptidlar hosil qilguncha bir necha bosqichlardan o’tishi zarur:

Formuladan ma’lumki, aminoatsiladenilat aminokislotaning angidridi, fosfor kislotasining qoldig’i adenozin-5-fosfatdan iborat. Angidrid bog’ini hosil qilishda kislorodning donori sifatida aminokislotani karboksil guruhi xizmat qiladi. Angidrid holatdagi aminoatsiladenilatlar juda osonlik bilan keyingi reaksiyalarga kirishadi. Har bir aminokislotaning o’ziga xos ARS-azalari borligi yuqorida ta’kidlangan edi. Ushbu reaksiyada yana pirofosfat ham hosil bo’ladi. Hujayra suyuqligida pirofosfataza fermenti borligi tufayli pirofosfat tezda gidrolizga uchraydi. Shuning uchun, aminoatsiladenilatning hosil bo’lishi qaytalama bo’lmasdan, bir tomonlama reaksiyadir.

Aminokislotaning keyingi bosqichida aminoatsiladenilatdagi qoldig’i t-RNK ning oxirgi qatoridagi adeninga tegishli ribozadagi 3^I-uglerod atomiga bog’lanadi.

Uzoq vaqtlar davomida aminoatsil guruhi faqat adenindagi ribozaning 3^I- uglerod atomiga bog’lanadi, deb kelar edik. Keyinchalik ma’lum bo’lishicha, shunday vazifani ribozadagi 2^I-uglerod atomi ham bajarishi mumkin ekanligi aniqlandi. Jumladan, fenilalanin, leysin va izoleysinlar qoldiqlari ribozaning 2^I-uglerod atomidagi gidroksil guruhiga ARS-aza orqali bog’lanadi. Serin va treonin aminokislotalari ribozaning 3^I-uglerod atomiga bog’lanadilar. Tirozin va sisteinlar esa ribozaning 2^I-va 3^I-uglerod atomidagi gidroksilga ulanadilar. Aminoatsil-t-RNK ribozaning 2^I-uglerod atomidan 3^I-uglerod atomiga va teskari tomonga ko’chirilishi mumkin.

Hosil bo’lgan aminoatsil-t-RNK o’z aminokislotasini ribosomaga yetkazib, u yerda peptidlanish jarayoni ketadi. Hujayrada oqsilning sitoplazmatik sintezi aminokislotaning faollashishi, transport RNK bilan bog’lanishi va ribosomaga ko’chirilishidan iborat(38-rasm):



38-rasm. Aminokislotaning oqsil tarkibiga kirguncha bosib o’tishi.

Oqsillarning biosintezi oqsil sintezlovchi mikrofabrika bo’lmish ribosomalarda sodir bo’ladi. Ribosomalar - ko’p komponentli oqsil sintezlovchi tizimni o’zida qamrab, genetik informatsiyani to’liq o’qilishi va realizatsiyasini bexato amalga oshiradi. Ribosomalar katalitik xususiyatga ega bo’lib, peptid bog’larini hosil qilib, peptidil-t-RNKni mexanik ravishda ko’chirilishini ham ta’minlaydi. Ular o’zlarining asosiy vazifalari oqsillarni sintezlashdan tashqari, ribosomalar xususiy biogenezlarini ham amalga oshiradi.

Hujayrada oddiy holatda ribosomalar faol bo’lmay, subbirliklari birga assotsiatsiya holatida bo’lmay, ajralgan ko’rinishda bo’ladilar. Transkripsiya jarayonida hosil bo’lgan i-RNK ribosomaga bog’langandan so’ng u faol holatiga o’tadi. Ribosomalar faol holatda oqsillarni genetik kod asosida sintezlaydi.

Sintezlanadigan oqsil molekulasidagi aminokislotalarning joylanish tartibi to’g’risidagi informatsiya DNK molekulasidagi 4 xil mononukleotidlar yordamida ifodalanishiga genetik kod deb ataladi.

DNK molekulasidagi nukleotidlar soni faqat 4 ta bo’lganligi uchun bitta nukleotid yagona aminokislotani ifoda eta olmasligi ma’lum. Xuddi shunga o’xshash, ikkita nukleotiddan tashkil topgan juft to’plami ham (dupletli) 20 ta aminokislotani ifodalash uchun kifoya qilmaydi. Shuning uchun G.Gamov (AQSh) genetik kod 3 ta nukleotid to’plamidan (tripletli koddan) tashkil topgan bo’lishi kerak degan g’oyani ilgari suradi. Ingliz olimi F.Krik kod hosil bo’lishida 3 ta nukleotid qatnashishi mumkinligini nazariy hisoblab, triplet kodini kodon deb atashni taklif etgan. 1961 yilda M.Nirenberg o’z shogirdlari bilan birgalikda sintetik polinukleotid matritsa-poliuridin kislotadan foydalanib, triplet kodini tasdiqlagan. Bunday matritsa e.coli hujayra shirasi yordamida faqat polifenilalaninni sintezlashi kuzatilgan. Polisitidil esa poliprolinni, poliadenil esa polilizinni sintezlar ekan. Shu sababli UUU tripleti finilalaninni, SSS prolinni, AAA lizinni kodlashini aniqlangan.

Tajribalar tufayli, oqsil tarkibida uchraydigan barcha aminokislotalarni ifodalovchi tripletlar aniqlandi. Keyinchalik F.Krik ularni juftlab, shu asosda genetik kod lug’atini tuzdi (3-jadval). Jadvalda keltirilgan 64 ta tripletlar oqsil sintezini boshlovchi va tugallanishini ta’minlovchi tripletlar borligi aniqlandi. Bir aminokislotani ifodalovchi tripletlar bir-biriga o’xshash bo’ladi. Masalan, valin aminokislotasini ifodalovchi tripletlarning barchasi GU dupleti bilan boshlangan. Bunday hollarda kod tripletlar yordamida ifodalansa ham, lekin aminokislotalarning ifodalovchi informatsiya faqat boshlang’ich ikkita nukleotidda mujassamlashtirilgan bo’ladi.

Kodon bilan antikodon bog’lanishining diqqatga sazovor tomonlari borligi aniqlangan. Jumladan, kodondagi birinchi va ikkinchi azot asoslari antikodondagi nukleotidlar bilan komplementar azot asoslari o’rtasida mustahkam bog’lar orqali bog’lanadi. Kodondagi uchinchi azot asoslari esa antikodondagi azot asoslari o’rtasida bog’ mustahkam bo’lmaydi va ularning o’zaro komplementar bo’lishi ham shart emasligi aniqlangan. Shunday jarayonni ma’noga ega bo’lmagan moslashuv mexanizmi yoki azot asoslari o’rtasidagi tebranish fenomeni deyiladi. Shunday yuritmaga asosan, antikodondagi uratsil kodondagi faqat adenin bilan bog’lanmasdan, guanin orqali ham kimyoviy bog’lanadi. Antikodondagi guanin kodondagi sitozin va uratsil bilan ham bog’lanishi mumkin. Bunday hodisa shuni ko’rsatadiki, bir necha kodonlar bitta aminokislotani ifodalashni bildiradi. 4-jadvaldan bilish mumkinki, bir necha aminokislotalar ikkita va undan ko’proq antikodonlar bilan ifodalanishi mumkin. Faqat ikkita aminokislota-metionin va triptofanlar bitta kodonlar orqali kodlanadi. Qolgan aminokislotalar uchun kodonlar soni ikkitadan (arginin va sistein uchun) oltitagacha (leysin va serin uchun) bo’lishi mumkin.

Bitta aminokislotaning bir necha triplet yordamida ifodalanishini genetik kodning “aslidan chekinishi, ayniganligi” (вырожденность) hodisasi deb ataladi. Mazkur hodisaning biologik ma’nosi shundan iboratki, oqsil sintezini yengillashtirishda t-RNKni i-RNKdan tez ajralishini va mutatsiyaning zarar yetkazuvchi ta’siriga turg’unlikni oshirishni ta’minlaydi

Genetik kod jadvali

3-jadval

Aminokislotalar	Kodlovchi tripletlar-kodonlar
Alanin	GSU GSS GSA GSG
Arginin	SGU SGS SGA SGG AGA AGG
Asparagin	AAU AAS
Asparagin kislota	GAU GAS
Valin	GUU GUS GUA GUG
Gistidin	SAU SAS
Glitsin	GGU GGS GGA GGG
Glyutamin	SAA SAG
Glyutamin kislota	GAA GAG
Izoleysin	AUU AUS AUA
Leysin	SUU SUS SUA SUG UUA UUG
Lizin	AAA AAG
Metionin	AUG
Prolin	SSU SSS SSA SSG
Serin	USU USS USA USG AGU AGS
Tirozin	UAG UAS
Treonin	ASU ASS ASA ASG
Triptofan	UGG
Fenilalanin	UUU UUS
Sistin	UGU UGS
Tinish belgilari	UGA UAG UAA

Jadvalda keltirilgan 64 ta tripletdan 61 tasi 20 xil aminokislotani kodlaydi, qolganlari esa oqsil sintezining initsiatsiyasi va terminatsiyalarida tinish belgilari sifatida xizmat qiladilar.

Ma’lum bo’lishicha, barcha tirik organizmlarda mikroorganizmlardan tortib, odamlargacha genetik kodning faoliyati bir xil, universal ekanligi aniqlangan. Yuqoridagi ma’lumotlarga asosan genetik kodning asosiy xususiyatlarini quyidagicha ifodalash mumkin:

genetik kod triplet bo’lib, bitta aminokislotani uchta nukleotid kodlaydi;

triplet kodlari faqat bitta aminokislotani ifodalaydigan o’ziga xos, spetsifik xususiyatga ega;

bitta aminokislota bir nechta tripletlar orqali kodlanadigan “aslidan chekinish” xususiyatiga ega;

genetik kod barcha tirik organizmlar uchun bir xil - universaldir.

barcha organizmlarda kod chiziqli, bir tomonlama va bir-birini qoplamaydi. Genetik informatsiyaning boshlanishi va oxirgi nuqtalariga ega;

genetik kodning asosiy qismi tinish belgilariga ega emas. Triplet kodlar o’rtasida ularni bir-biridan ajratuvchi nuqta, vergul, tirelar bo’lmaydi.
7.3. Translyatsiyaning initsiatsiyasi

Oqsil sintezlovchi mikrofabrika bo’lmish ribosomlar DNKdan genetik axborot i-RNK (kod) va oqsil sifatidagi omillarni qabul qilgandan so’ng, murakkab jarayon bo’lgan oqsil sintezini boshlang’ich bosqichi boshlanadi.

To’liq ribosoma hosil bo’lganda uning tarkibida ikkita translyatsiya markazlari-donorli (peptidil, P-markaz) va akseptorli (aminoatsil, A-markaz) markaz shakllanadi (39-rasm).

Oqsil sintezining initsiatsiyasi kichik initsirlovchi komplekslarning hosil bo’lishidan boshlanadi. Shakllangan kichik kompleks katta initsirlovchi kompleks bilan bog’lanadi. Ularning tarkibi quyidagicha: ribosomlar, i-RNK, aminoatsil-t-RNK, initsirlovchi oqsil omillari (IF₁, IF₂, IF₃) va GTF lardan iborat.

Eukariot hujayralarda initsirlovchi aminokislota metionin bo’lib, u t-RNK bilan bog’langan bo’ladi. Prokariotlarda bunday vazifani formilmetionin bajarib, u fMet-t-RNK^fMet kompleks holatida bo’ladi. Shuningdek, i-RNK molekulasida maxsus initsirlovchi kodonlar borligi aniqlangan.

Prokariotlarda initsirlovchi kodonlar sifatida AUG, GUG, ayrim vaqtlarda UUG lar bo’lib, ular translyatsiyaning initsiatsiyasida t-RNK dagi 3ⁱ-UATS antikodon bilan bog’lanadi.

Translyatsiyaning initsiatsiyasi oqsil sintezining asosiy yo’nalishi bo’lib, aminokislotalarni birin-ketin bog’lanishlari i-RNKdagi reja asosida sodir bo’ladi. Prokariotlarda initsirlash kompleksini hosil bo’lishi quyidagi navbat bo’yicha ketadi:

• 
  30S ribosoma IF₃ bilan bog’lanadi;
  
• 
  30S-IF₃ kompleksiga initsiatsiya faktori IF₁ bog’lanib, kichik initsiatsiya kompleksi shakllanadi;
  
• 
  bir vaqtning o’zida fMet-t-RNK^fMet, GTF va IF₂ lar bilan assotsiatsiya hosil qilishi, ikkinchi kichik initsiatsiya kompleksining shakllanishiga sababchi bo’ladi;
  
• 
  30S-IF₁-IF₃ kompleksi i-RNK ning 5^I tomonidagi initsiatsiya kodoni bilan bog’lanadi. Hosil bo’lgan 30S-IF₁-IF₃-i-RNK kompleksi keyinchalik P-markazga aylanadi.
  
• 
  ikkita kichik initsirlovchi komplekslarning o’zaro qo’shilishidan quyidagi katta struktura shakllanadi: 30S-IF₁-IF₂-IF₃-i-RNK-fMet-RNK^fMet-GTF. Mazkur kompleks 50S ribosom bilan bog’lanib, faol oqsil sintezlovchi tizimni shakllantiradi. Ribosoma tarkibiga kiruvchi 30S va 50S subbirliklar o’zaro bog’langandan so’ng, peptidil va aminoatsil markazlar to’liq shakllanadi. Shunday holatda P-markazda i-RNK ning initsirlovchi kodonida komplementar bog’langan fMet-t-RNK^fMet bo’lib, aminoatsil markazda esa navbatdagi aminokislotaning kodoni to’g’ri keladi.
  

39-rasm. To’liq ribosoma va translyatsiya initsiatsiyasining tarkibi.
Polipeptid zanjirining initsiatsiyasi

Kerakli tarkibiy qismlar:

1. 
   i-RNK;
   
2. 
   initsirlovchi aminoatsil – t-RNK (N-formilmetionil – t-RNK);
   
3. 
   initsirlovchi kodon i-RNK (AUG);
   
4. 
   30S va 50S ribosom subbirliklari;
   
5. 
   GTF;
   
6. 
   Mg²⁺;
   
7. 
   initsirlovchi oqsilli omillar (IF,IF-2,IF-3).
   

Initsiatsiya bosqichida i-RNKning oxiri 5'-tomoni bilan ribosomaga joylashib, initsirlovchi kodoni formilmetionin – t-RNKning antikodoni bilan bog’lanishi lozim. Mazkur jarayon bir necha xil reaksiyalarni o’z ichiga oladi:

Ribosomaning 30S subbirligi initsiatsiya omillari IF-1 va IF-3 bog’lanadilar. Oqsilli omil IF-3 30S va 50S subbirliklarining birlashishiga to’sqinlik qiladi. Ribosomaning kichik subbirligiga i-RNK bog’lanadi (39-rasm).

Initsirlovchi kodonni (5'-) AUG i-RNKdagi maxsus nukleotidlar belgilaydi. Bunday nukleotid qatori purin azot asoslaridan iborat bo’lib, initsirlovchi kodondan 8-13 nukleotid masofada joylashadi. Mazkur nukleotidlar pirimidin azot asoslari bilan komplementar vodorod bog’larini hosil qilib, 30S subbirlikdagi ribosomaning 16S r-RNKning 3'-tomonidan shakllanadi. Ribosom RNK bilan i-RNKning o’zaro joylanish tartibi i-RNKdagi initsirlovchi kodoni bilgilaydi. Ribosomning 30S subbirlikdagi kopleksi IF-3, i-RNK qismlari GTF- IF-2 va initsirlovchi N-formilmetionil – t-RNK bilan bog’lanadi. Initsirlovchi kodon bilan t-RNKdagi antikodon o’rtasida vodorod bog’lari hosil bo’ladi. Shakllangan kompleks 50S subbirlik bilan magniy ionlari orqali birlashadi.

Eukariotlardagi oqsillarning translyatsiyasi bakteriyalarnikiga o’xshasa ham, asosiy farq ularning initsiatsiya jarayonida ko’zga tashlanadi. Eukariotlarning informatsiya RNKlari maxsus fermentlar bilan bog’langan kompleks holda ribosomalar bilan birlashadilar. Ayrim i-RNK ribosoma bilan 3'- yoki 5'- oxiridagi tomonlari bilan bog’lanadilar. Informatsiya RNKning so’nggi tomonidagi 3'- uchi poli A-bog’lovchi oqsil (poli (A) binding protein, PAB) bilan birlashadi. Eukariot hujayralarda to’qqiz xildan kam bo’lmagan initsirlovchi oqsil omillari bor ekanligi aniqlangan. Oqsilli eF4F, kompleksi tarkibida eF4E, eF4G va eF4Alardan iborat bo’lib, eIF4E vositachiligida i-RNKning 5'-tomonidagi “kep” qismi bilan bog’lanadilar. Oqsil eF4G ikki xil eF4E va RAV omillari bilan birlashadi (40-rasm).

40-rasm. Eukariot organizmlardagi oqsil sintezining initsiatsiyasida ishtirok etuvchi omillar (Nelson, Kox, Chirkin)

Oqsil eF4A RNK-xelikazali faollikka ega. eF4F kompleksi eIF3 va ribosomaning 40S subbirligi bilan bog’lanadi. Translyatsiyaning samaradorligi kompleks holda bo’lgan i-RNK va oqsillarning bir nechta xususiyatlariga bog’liq. Bu jarayonda poli A ning 3'- tomonidagi nukleotid qatorining masofasi ham ahamiyatli ekanligi aniqlangan. Informatsiya RNKdagi 3'- va 5'- tomonlarining o’zaro ta’sirlari ham genlarning ekspressiyasidagi boshqarilishini yengillashtiradi.

Yuqorida ko’rsatilgandek i-RNKning ichki qismida initsirlovchi 5'- AUG tripleti joylashgan. Oqsilli kompleks eF4F i-RNKni ribosomada to’g’ri joylanishi va strukturasini funksional holatda saqlanishiga yordam beradi. Mazkur jarayonda oqsilli omil eF4A xelikaza faolligiga ega bo’lganligi uchun i-RNKda paydo bo’ladigan ikkilamchi strukturani birlamchi holatga keltirib turadi. Informatsiya RNKni skanirlashda eF4V oqsili ham ishtirok etadi. Eukariotlardagi oqsil sintezining initsiatsiyasida ishtirok etuvchi omillarning roli va ro’yxati quyidagi 4-jadvalda keltirilgan.

4-jadval

Eukariotlardagi initsirlovchi omillar va ularning roli

Omillar	Funksiyalari
eF2	Initsirlovchi formilmetionin–t-RNKni ribosomaning kichik subbirligiga bog’lanishda ishtirok etadi.
eF2, eIF3	Birinchi omillar bo’lib, 40S subbirlikka birikib, keyingi jarayonlarda ham ijobiy rol o’ynaydilar.
eF4A	RNK-xelikazalik faollikka ega bo’lib, i-RNKda ikkilamchi strukturani buzib, kichik subbirlik bilan informatsiya RNKni bog’lanishida qatnashadi va o’zi esa eF4E oqsilining tarkibiga kiradi
eF-4V	I-RNK bilan bog’lanib, AUG kodonini aniqlashda ishtrok etadi.
eF4E	Informatsiya RNKning 5'- “kep” qismi bilan bog’lanadi. eF4F oqsil kompleksni tarkibida uchraydi.
eF4G	eF4E va poli-A-bilan bog’lanuvchi oqsillar bilan birlashadi. Oqsilni o’zi eF4F kompleksini bir qismi
eF5	40S ribosomning tarkibida bo’lgan initsirlovchi omillarni dissotsiatsiyasida qatnashib, to’liq ribosomaning shakllanishini yengillashtiradi.
eF6	Faol bo’lmagan 80S ribosomani 40S va 60S subbirliklarga dissotsiatsiya qiladi.

Eslatma: Oldi qo’shimchadagi “e” eukariotli omillar degan ma’noni bildiradi.

7.4. Polipeptid zanjirining elongatsiyasi

Elongatsiya uchun zarur bo’lgan tarkibiy qismlar:

1. 
   Initsator bo’lgan kompleks, avvalgi bosqichda hosil bo’lgan majmua;
   
2. 
   Bor bo’lgan aminoatsil-t-RNKlarning to’plami;
   
3. 
   Mg²⁺;
   
4. 
   Elongatsiya uchun zarur bo’lgan oqsilli omillar
   

(EF-Tu, YeF-Ts va YeF-G bakteriyalar uchun);

5. 
   Ferment peptidiltransferaza;
   
6. 
   GTF.
   

Elongatsiya jarayoni uchta bosqichni o’z ichiga oladi:

1. 
   aminoatsil-t-RNKning bog’lanishi;
   
2. 
   peptid bog’ini hosil bo’lishi;
   
3. 
   translokatsiya.
   

Birinchi bosqich – aminoatsil-t-RNK bog’lanishi (41-rasm). Elongatsiya omili bo’lgan eF-Tu GTF bilan kompleks hosil qilib sitoplazmada aminoatsil-t-RNKni o’ziga bog’laydi. Uch qismdan iborat bo’lgan kompleks-aminoatsil-t-RNK-EF-Tu-GTFlardagi antikodon bilan i-RNKdagi kodon A-markazda komplementarlik tizimi asosida ulanadilar. Elongatsiya omili bo’lgan eF-Tu GTF–aza faolligiga ega bo’lganligi uchun GTFni gidrolizlaydi. To’liq ribosomadan eF-Tu-GDF chetlatilib A-markazda aminoatsil-t-RNK qoladi. Keyinchalik eF-Tu-GDF, eF-Ts va GTF orqali qayta tiklanadi.

Ikkinchi bosqich – peptid bog’ining hosil bo’lishi (42-rasm). Ribosomaning A- va P-markazlarida t-RNKlardagi aminokislotalar o’rtasida peptid bog’i hosil bo’ladi. A-markazda aminokislotaning amino guruhi tomoniga initsirlovchi N-formilmetionining karboksil qismi orqali bog’lanib, boshlang’ich dipeptil-t-RNK hosil bo’ladi. Deatsilirlangan t-RNK P-markazda qoladi.

41-rasm. Elongatsiyaning birinchi bosqichi (bakteriyalarda) ikkinchi aminoatsil-t-RNK ning ribosoma bog’lanishi (Nelson, Kox, Chirkin)


42-rasm. Peptid bog’ining hosil bo’lishi (ikkinchi bosqich) va translokatsiya (uchinchi bosqich) (Nelson, Kox, Chirkin)
Peptid bog’ining hosil bo’lishi ferment peptidiltransferaza ishtirokida amalga oshadi. Mazkur ferment ribosomadagi 50S subbirlikning tarkibiy qismidir.

Uchinchi bosqich–translokatsiya. Oqsilli omil bo’lgan eF-G (translokaza) va GTFdan ajralgan energiya hisobiga translokatsiya jarayoni bo’ladi. Mazkur tizimda ribosoma i-RNKdagi 5'-→3'- yo’nalishi bo’yicha bitta kodonga siljiydi. A-markazdagi peptidil–t-RNK P-markazga ko’chiriladi. P-markazdagi t-RNK esa e-markazga o’tkazilib, keyinchalik sitozolga chiqariladi. Translokatsiya tufayli A-markazga i-RNKning navbatdagi kodoni keladi. Aynan shu kodonga komplementarlik tizimi asosida yangi aminoatsil-t-RNK bog’lanadi. P-markazdagi dipeptid bilan A-markazdagi aminokislota o’rtasida navbatdagi peptid bog’i hosil bo’ladi. Shakllangan tripeptid A-markazdan P-markazga translotsirlanadi. Bo’sh qolgan A-markazga i-RNKning navbatdagi kodoni keladi. Mazkur jarayon davriy ravishda qaytarilib, P-markazga terminirlovchi kodon kelsa peptidlanish to’xtaydi.

Eukariotlardagi elongatsiya prokariotlarga o’xshaydi. Eukariotlardagi elongatsiya omillari eΕF1α, eΕFIβγ va eΕF2 prokariotlardagi ΕF-Τu, ΕF-Τs, ΕF-Glarga o’xshash funksiyalarni bajaradilar. Eukariot ribosomalarda e-markaz bo’lmaydi. Aminokislotasi bo’lmagan t-RNK P-markazdan to’g’ridan-to’g’ri chetlatiladi. Ribosomalarda oqsilning to’g’ri sintezlanishi, oqsil omili ΕF-Τu ning bakteriya hujayrasidagi elongatsiyaning birinchi bosqichida GTF-aza faolligi biosintetik jarayonning tezligi va aniqligini belgilaydi. Komplekslar bo’lmish ΕF-Τu–GTF va ΕF-Τu–GDFning turg’unligi va dissotsiatsiyasi bir necha millisekundlar orasida bo’ladi. Elongatsiyaning ikkita bosqichi kodon-antikodonlarning o’zaro bog’lanishi uchun zarurdir. Agar aminoatsil–t-RNK noto’g’ri bo’lsa A-markazda tezda dissotsirlanadi.

Oqsillarning ribosomada sintezi maqsadga muvofiq, tezligi yuqori darajada, xatosiz aniq sodir bo’ladi.

Terminatsiya

Terminatsiya uchun zarur bo’lgan moddalar:

1. 
   ATF;
   
2. 
   Terminirlovchi (nonsens) kodon;
   
3. 
   Terminatsiyada qatnashuvchi oqsilli omillar (relizin-omillar)–RF₁, RF₂, RF₃;
   
4. 
   Ferment peptidiltransferaza.
   

Elongatsiyaning bir nechta davriy qaytarilishida oqsillarning polipeptid zanjiri hosil bo’ladi. Ma’lum vaqtdan so’ng, A-markazda terminirlovchi yoki nonsens kodon (UAA, UAG, UGA) kirib kelishi bilan oqsil sintezi to’xtaydi (43-rasm).

1. 
   Oddiy holda nonsens kodonlarni biluvchi t-RNKlar bo’lmaydi. Terminatsiya omillaridan RF, UAA, UAG kodonlarini, RF₂ esa UAA va UGA kodonlarini biladi.
   
2. 
   A-markazda terminirlovchi kodonga relizing-omilni bog’lanishi bilan peptidil transferaza fermentining faolligi oshib, P-markazdagi polipeptid bilan t–RNK o’rtasidagi bog’ gidrolizlanadi. Gidroliz natijasida sintezlangan polipeptid va t-RNKlar ribosomadan ajraladi. Ribosoma o’zi esa dissotsirlanib, kichik va katta subbirliklar hosil bo’ladi.
   

Oqsilli omil RF₃ning funksiyasi aniq bo’lmasa ham, taxminlarga qaraganda mazkur oqsil ribosomalarning dissotsiatsiyasida qatnashadi.

Eukariotlarda faqat bitta oqsil eRF omili uchta kodonning terminatsiyasida ishtirok etishi aniqlangan. Terminirlovchi kodonlarning ketidan purinli nukleotidlar ketma-ket bo’lsa translyatsiyani nihoyasi tez va samarador bo’ladi.

43-rasm. Bakteriyalarda oqsil sintezining terminatsiyasi

(Nelson, Kox, Chirkin)

7.5 Oqsil sintezi uchun sarflanadigan energiya miqdori

1. 
   Har bir aminoatsil–t-RNKning hosil bo’lishi uchun ikkita makroergli fosforli birikma zarur.
   
2. 
   Bir aminokislota noto’g’ri faollansa, uni aminoatsil–t-RNK sintetaza gidroliz qilishi uchun ATF sarflanadi.
   
3. 
   Elongatsiyaning birinchi bosqichida va translokatsiyada GTF ishtirok etadi.
   

Shunday qilib, har bitta peptid bog’i uchun to’rtta makroergli fosforli birikma sarf bo’ladi.

Prokariot va eukariotlardagi oqsil sintezining umumiyligi va ular o’rtasidagi farqlar

Eukariot organizmlardagi oqsillarning biosintezi prokariotlardagi jarayonlarga o’xshasa ham lekin, ayrim farqlar mavjudligi aniqlangan. Ular quyidagilardan iborat:

1. 
   Ribosomalar. Eukariotlarning ribosomalari (80S) prokariotlarga (70S) nisbatan katta. Eukariot ribosomalarning molekula massasi 4200 kDa bo’lsa, prokariotlarniki esa 2700 kDa ga teng.
   
2. 
   Initsirlovchi aa-tRNK. Eukariot hujayralarda t-RNK bilan birinchi bog’lanuvchi initsirlovchi aminokislota metionin bo’lib, prokariotlarda esa formilmetionin t-RNK hisoblanadi.
   
3. 
   Initsiatsiya. Eukariot organizmlarning tarkibidagi i-RNK ning kodoni har vaqt AUG bo’lib keladi. Eukariotlar prokariotlardan farqli, ular i-RNK molekulasidagi purinlar bilan boyitilgan qismlardagi AUG kodonlaridan foydalanmaydilar. Lekin shunday i-RNK bo’limlaridan eukariotlarda translyatsiya boshlanadi. Ribosomaning kichik birligi (40S) i-RNKdagi 5' oxiridagi KEP bilan bog’lanib AUG kodon tomonga harakatda bo’ladi. Mazkur jarayon eukariot hujayralarda ATF ishtirokida (xelikaza) katalizlanadi. Aksariyat, eukariot i-RNK molekulalarida faqat bitta start nuqtalaridan yagona polipeptid zanjiri shakllanadi. Prokariot i-RNK zanjirining bir nechta nuqtalaridan oqsil sintezi boshlanadi. Initsiatsiya jarayonida eukariot hujayralarda prokariotlarga nisbatan oqsil omillari ko’p miqdorda qatnashadi. Eukariot va prokariot hujayralardagi oqsil sintezidagi asosiy farqlardan yana biri initsiatsiyadagi i-RNKning protsessingidir. Prokariotlarda transkripsiyada sintezlanadigan i-RNK to’g’ridan-to’g’ri ribosoma bilan bog’lanib translyatsiya boshlanadi. Eukariotlarda esa sintezlanayotgan i-RNK bir necha bosqichli shakllanish jarayonlaridan jumladan, splaysing, KEP va poli-A larning hosil bo’lganidan so’ng sitozolga transport qilinadi.
   
4. 
   Elongatsiya va terminatsiya. Eukariotlardagi oqsil omillari ΕFIα va ΕFIβγ prokariotlardagi ΕFΤu, ΕF-Τs larga o’xshashdir. Eukariotlardagi GTF-ΕFIα kompleksi ribosomadagi A markazga aa-t-RNK ni yetkazilishida ishtirok etadi. ΕFIβγ oqsil omili esa GTFni GDFgacha gidroliz qiladi. Eukariotik omil ΕF2 va prokariotlardagi ΕF–G oqsillari GTF bog’liq translokatsiyada ishtirok etadilar. Eukariotlardagi terminatsiyani RFI omili bajaradi, prokariotlarda ikkita oqsil bajaradi. Eukariotlardagi oqsil eIF3 prokariotlardagi omil IF3lar ribosomalardagi subbirliklarning oqsil sintezidan so’ng, qaytadan reassotsiatsiyasiga to’sqinlik qiladilar.
   

Oqsillarning prosessingi va transporti

Ribosomada qimmatli oqsillar hamma vaqt ham to’liq sintezlanmay, nativ strukturaga ega bo’lmaydi. Ribosomadan ajralgan oqsillar shakllanib, to’liq qimmatli bo’lish jarayonini ularning yetilishi yoki prosessingi deb ataladi.

Oqsillar ribosomani o’zida qisman ikkilamchi strukturaga aylana boshlaydi. Oqsillar tarkibida aminokislotalar soni 25-30 ga yetganda polipeptid ribosomaning N-tarafidan ajralib, uning zanjir shakliga o’ralishi sitoplazmada davom etadi. Polipeptid zanjirining o’ralishi, turli xil strukturaga aylanishida hujayra suyuqligidagi maxsus oqsillar-shapironlar ishtirok etadi. Membrana va sekretor oqsillari sintezlanganda polipeptidning N-tomonida 10-30 aminokislotali qoldiq signalli qator bo’lib, ular gidrofob aminokislotalardan tashkil topgan.

Hujayrada erkin va membrana bilan bog’langan ribosomalar bo’lib, ularning endoplazmatik retikulum (ER) bilan bog’lanishi polipeptidning signal qatori orqali amalga oshadi. ER membranasida ikkita glikoprotein kompleksi bo’lib, ularni riboforinlar deyiladi. Ular polipeptidning signalli qatori bilan bog’langan holda bo’ladilar. Sitoplazmada signalni aniqlovchi strukturalar mavjud bo’lib, u 11S ribonukleoproteindan tashkil topgan. Ular polipeptidning signal qatori bilan bog’langanida elongatsiya vaqtincha to’xtaydi. Sintezlanayotgan polipeptid signal aniqlovchi struktura bilan ER membranasidagi riboforinlar bilan bog’langanida mazkur kompleks asosida membranada kanal hosil bo’lib, uni translokon deb ataladi. Shu vaqtdan boshlab elongatsiya yana qaytadan takrorlanib, sintezlanayotgan polipeptid ER membranasidan ajraladi. Ferment proteaza (signalaza) ta’sirida polipeptid zanjiri sintezlangandan so’ng, signalli qator undan uziladi, yangi sintezlangan oqsil esa postranslyatsiyali modifikatsiyaga yoki prosessing jarayoniga uchraydi. Yangi sintezlangan sekretor va membranali oqsillar prosessingga hujayraning muayyan kompartmentlariga transport qilinadi.

Polipeptid zanjirining hosil bo’lishida yoki sintez tugashida qandaydir vaziyatda oqsil uning aminokislotalar tarkibini belgilaydigan nativ konformatsiyaga ega bo’ladi, ya’ni matritsa RNKdagi bir o’lchamli genetik axborot yangi sintezlangan polipeptidning o’ziga xos uch o’lchamli strukturaga aylantiradi. Turli xil oqsillarda bu jarayon bir xil ketmasa ham, ulardagi umumiylikni quyidagicha ta’riflash mumkin:

polipeptid zanjirining turli xil yerlardagi sistein qoldiqlari orasidagi disulfid bog’larining hosil bo’lishi;

sintezlangan polipeptid zanjiridagi maxsus peptid bog’larining uzilishi natijasida ulardan bir qismi parchalanib, qolgan bo’lagi esa haqiqiy oqsilga aylanadi;

sintezlangan oqsilga prostetik guruhlarining (uglevodlar, lipidlar, kofermentlar va boshqalar) bog’lanishi natijasida murakkab oqsillar va fermentlar hosil bo’ladi;

oqsillarning ayrim qismlaridagi aminokislotalarning radikallari kimyoviy modifikatsiyaga uchraydi (fosforlanish, metillanish, gidroksillanish, karboksillanish, yodlanish va boshqalar);

oqsillarning to’rtlamchi strukturasini hosil qilish uchun polipeptid subbirliklari o’zaro assotsiatsiyalanishi lozim;

Golji apparati to’liq qimmatli va deffektli oqsillarni bir-birlaridan saralovchi depo hisoblanadi. Deffektli oqsillar lizosomalarga ko’chirilib, u yerda aminokislotalargacha gidrolizlanadi. Normal oqsillar sekretor granulalarga tushib, Golji apparatidan ajralib, sitoplazmatik membranaga diffundirlanadi. Ekzositos usuli orqali oqsillar hujayraaro bo’shliqlarga ham yetkaziladi;

yangi sintezlangan oqsillar aksariyat, muayyan manzilli bo’ladi. Ayrimlari sitoplazmada, yana bir xillari membranalarga, hujayraaro suyuqliklarga va bo’lak kompartmentlarga ko’chiriladi.

7.6 Folding va polipeptid zanjirining buzilishi

Oqsil sintezini umumiy tavsifini ichak tayoqchasida (e.coli) kuzatish mumkin. Hujayralarning ikki marta ko’payishi uchun 40 minutda taxminan 1000 dona polipeptid zarur bo’lib, har sekundda molekulyar massasi 40 kDa oqsil sintezlanadi. Ko’rsatilgan polipeptidlar sitoplazmaning juda kichik hajmini (1 mkm³ dan ham kichik) tashkil qiladi. E.coli hujayrasida makromolekulalarning konsentratsiyasi 340 g/l to’g’ri keladi. (Odam qonining zardobida esa oqsilning miqdori 85 g/l dan oshmaydi). Hujayra proteolitik fermentlar bor sharoitda oqsillar va bo’lak makromolekulalar bilan to’yingan holatga keladi. Shunday sharoitda polipeptidlar uch xil negativ holatga duch kelishi mumkin:

1. 
   Proteolitik ferment ta’sirida parchalanishi;
   
2. 
   Oqsillar eruvchanligining pasayishi bilan bo’ladigan presipitatsiya reaksiyalari;
   
3. 
   Oqsil molekulasini noto’g’ri taxlanishi va shakllanishi mumkin. Shunday muhitda oqsillarni to’g’ri shakllantirish quyidagi mexanizmlar ishga tushadi:
   

1. 
   Uchlamchi strukturali (nativ) oqsillarni to’g’ri shakllantirish;
   
2. 
   Noto’g’ri konformatsiyali polipeptidlarni gidrolizlash.
   

Shunday mexanizmlarni amalga oshirishda issiqlik shokiga kiruvchi (hsp 60, hsp 70, hsp 90, hsp 100) oqsillar bo’lmish shaperonlardan foydalaniladi. Bunday oqsillarning shaperonlar deb atalishiga sabab harorat ko’tarilganda va noqulay muhitda ularning sintezi faollashadi. Shaperonlar bir vaqtda yana oqsillarni denaturatsiyadan himoya qiladi. Umuman ular uch xil jarayonda ishtirok etadilar: 1. hsp 60, hsp 70, hsp 90 shaperon oqsillari ATF ishtirokida polipeptid zanjirini uchlamchi strukturaga shakllantirishda, 2. hsp 70, hsp 100 shaperonlar oqsillarni agregatsiya – dezagregatsiya jarayonlarida qatnashadi, 3. hsp 70 oqsili proteasomalarda noto’g’ri shakllangan oqsillarni parchalaydi.

Oqsillarning parchalanishi hujayrada aminokislotalar fondini bir me’yorda ushlab turishda asosiy rol o’ynaydi. Eukariot oqsillarining yarim parchalanish davri 30 sekunddan bir necha kunlargacha boradi. Ko’pchilik oqsillar hujayralarning hayot davrida tez suratlarda yangilanib-sintezlanib turadi. Tezda parchalanadigan oqsillarga defektli, noto’g’ri shakllangan, katalitik ta’siri yo’qolgan polipeptidlar kiradi. Ularning parchalanishi hujayradagi ATF ga bog’liq sitozolli oqsillar bajaradi.

Lizosomalarning yana bir funksiyasi shundan iboratki, ular membranalardagi va hujayra tashqarisidagi oqsillar uchun aminokislotalar yetkazib turadi.

Eukariotik hujayralarda oqsillarning parchalanishi ubikvitin oqsillarning ishtirokida davom etadi. Eukariotlardagi ATF-bog’liq proteolitik tizim katta kompleks (mol.massa 1·10⁶ Da) bo’lib, proteasoma deb ataladi.

7.7 Oqsil sintezining boshqarilishi

Tirik hujayralarda har qanday oqsil sintezining boshqarilishi rejalashtirilgan bo’lib, metabolizmning qaysi bosqichida ancha miqdorda oqsil zarurligi, qanday maqsadlarda ishlatilishi, qaysi makon va zamonda to’xtatilishi oliy darajada amalga oshiriladi.

Hujayrada oqsil sintezining miqdori va uning boshqarilishi yettita jarayon orqali regulyatsiya qilinadi:

1. 
   Birlamchi RNK transkriptining sintezi;
   
2. 
   Posttranskripsiyali prosessing;
   
3. 
   Informatsion RNKning parchalanishi;
   
4. 
   Oqsil sintezi (translyatsiya);
   
5. 
   Oqsilning posttranslyatsiyali modifikatsiyasi;
   
6. 
   Oqsillarning parchalanishi;
   
7. 
   Oqsillarning transporti.
   

Oqsil sintezining asosiy boshqarilishi transkripsiyaning initsiatsiyasi hisoblanadi.

Organizmda har doim kerak bo’ladigan oqsillarning genlari hujayralarda bir maqomda, to’xtovsiz ekspressiyasi davom etadi. Asosiy metabolitik jarayonlarni (jumladan, ikki-uch karbon kislotalar sikli) amalga oshiruvchi fermentlarning sintezi yuqoridagi jarayonlarga misol bo’lib, ularni konstitutivli genlar deb ataladi. Genlarning to’xtovsiz ekspressiyasi jarayonini ularning konstitutivli ekspressiyaga misol bo’ladi. Hujayra ichida ayrim oqsillarning miqdori biror ta’sir natijasida ko’payadi yoki kamayishi mumkin. Oqsilning miqdori hujayrada ko’paysa indusibellik deb, genlarning ekspressiyasi yuqori bo’lsa unday holatni induksiya atamasi bilan nomlanadi. Misol uchun, DNK molekulasi jarohatga uchrasa reparatsiya qiluvchi fermentlarning genlari indusirlanadi. Oqsilning miqdori hujayrada biror omil ta’sirida kamaysa repressibelli jarayon bo’lib, genlarning faoliyatini pasayishiga ularning repressiyasi deb ataladi. Hujayrada triptofanning miqdori ko’p bo’lsa, mazkur aminokislotani sintezlovchi fermentning geni repressiyaga uchraydi. Oqsillarning sintezlanish miqdori va tezligi aminokislotalarning soniga ham bog’liq.

Genlarning ekspressiyasiga ta’sir qiluvchi omilardan yana biri RNK-polimeraza fermentining promotor bilan bog’lanishidir. Ularning o’zaro ta’siriga promotorning nukleotid qatori rol o’ynaydi. Agar hujayrada regulyatorli oqsillar bo’lmasa ikkita promotorning nukleotid qatori har xil bo’lsa, genlarning ekspressiyasi bir necha yuz barobar o’zgaradi. Jumladan, e.coli ning promotori qat’iy nukleotid qatoriga ega. Promotordan keyingi qatordagi genlarning mutatsiyasi promotor faoliyatini pasaytiradi.

Transkripsiyaning initsiatsiyasida qatnashuvchi konstitutivli genlar faoliyatini regulyatorli oqsillar orqali nazorat qiladi. Mazkur oqsillar RNK-polimeraza bilan promotor o’rtasidagi o’zaro bog’liqni kuchaytiradi yoki pasaytiradi. Eukariotlardagi promotorning nukleotid qatori prokariotlarga nisbatan variabellik xususiyatiga ega. Eukariot va prokariotlardagi promotorning nukleotid qatori RNK-polimerazaning funksiyasiga va transkripsiya jarayonining omillariga bevosita ta’sir qilishi aniqlangan. Transkripsiyaning initsiatsiyasi uch turdagi oqsillar orqali boshqariladi:

1. 
   Promotor bilan bog’lanadigan RNK-polimerazani o’ziga xosligini o’zgartiruvchi oqsilli omillar;
   
2. 
   RNK-polimerazani promotor bilan bog’lanishga to’sqinlik qiluvchi repressor oqsillar;
   
3. 
   RNK-polimerazani promotor bilan bog’lanishni mustahkamlovchi oqsil aktivatorlar.
   

RNK-polimerazaning (e.coli) maxsus 6-subbirligi ta’sirida ferment promotorni topishi va u bilan bog’lanishni ta’minlaydi. RNK-polimerazani nukleotid qatori har xil bo’lgan promotorga bog’lanishi bilan genlarning ekspressiyasi boshqarilib turadi. Eukariotlarda shunday maxsus omillarga TATA-bog’lovchi oqsillar misol bo’ladi.

F.Jakob va J.Monolarning nazariyalariga asosan, bakteriyalardagi oqsillarning sintezida boshqaruvchi omillar sifatida strukturali genlar, gen-operator, gen-regulyatorlar ishtirok etadilar. Oqsillarning birlamchi strukturalarini strukturali genlar belgilaydi. Strukturali genlarning faoliyatini gen-operator orqali nazorat qilinadi. Transkripsiya jarayoni promotordan boshlanadi. Operonlarning faoliyatini DNK molekulasining boshqa qismida joylashgan gen-regulyator orqali boshqariladi. Strukturali genlar va gen-regulyator maxsus oqsil repressor bilan bog’lanadi. Repressorning sintezi ribosomada i-RNK matritsa asosida amalga oshiriladi. Repressor gen-operator bilan ikki tomonlama kompleks holda bog’lanadi. Agar repressor gen-operator bilan bog’langan bo’lsa, RNK-polimeraza fermentining promotor bilan munosabati va uning DNK bo’ylab harakati to’xtaydi. Natijada i-RNK ning sintezi va oqsilning hosil bo’lishiga imkoniyat bo’lmaydi. Agar gen-operator bog’langan bo’lmasa, transkripsiya davom etib strukturali genlardan oqsil sintezida foydalanish davom etaveradi. Transkripsiyaning oqsilli reprossorlar orqali boshqarilish jarayoniga salbiy regulyatsiya deb ataladi.

Reprossorlarning gen-operatorlaridan ozod bo’lishi ularni maxsus kichik molekulali induktor yoki effektor deb ataluvchi moddalarni bog’lashi bilan amalga oshadi. Induktor sifatida reaksiyalarning substratlari xizmat qiladi.

Oqsil sintezini boshqarishning navbatdagi usuli - oqsil biosintezining to’xtatilishi oxirgi mahsulot ishtirokida amalga oshiriladi. Mazkur jarayonda oxirgi maxsulot kompressor sifatida repressor bilan birlashmasdan ingibitor sifatida to’g’ridan-to’g’ri oqsil sintezining dastlabki bosqichlarida qatnashuvchi birinchi ferment bilan bog’lanib, uning faolligini yo’qotadi, natijada keyingi fermentlar ham ishlamasdan keyingi reaksiyalar bir zumda to’xtaydi. Oxirgi mahsulot ferment bilan bog’langandan keyin ferment faolligini yo’qotadi va boshlang’ich mahsulot hisoblangan (A) ni uning keyingi holati (B) ga aylantira olmaydi. Oqsil sintezida qatnashuvchi dastlabki enzimlarning faolligini oxirgi maxsulot bilan susaytirish juda tez amalga oshadi va keyingi bosqich mahsulotlari hosil bo’lmaydi.

Faollantiruvchi – aktivatorlar repressorlarga nisbatan aksincha ta’sir qilib, ular DNK bilan bog’lanib, RNK-polimeraza fermentining ta’sir kuchini tezlashtiradilar. Mazkur jarayon ijobiy boshqarilish-regulyatsiyasi deb ataladi. Ta’kidlash lozimki, oqsil biosintezining induksiya bo’yicha boshqarilishida repressorlarning o’zi operon bilan bog’lanib sintez jarayonini to’xtatadi. Repressiya bilan biosintez boshqarilishida esa repressor oxirgi mahsulot bilan birlashib, keyingi operonga bog’lanadi.

Oqsil sintezining boshqarilishi eukariotlarda prokariotlarga nisbatan murakkab hisoblanadi. Substratli oqsil sintezini boshqarilishi eukariotlarga xos emas. Eukariotlardagi operonlarning (transkriptonlar) boshqarilishi bitta bo’lmasdan butun genom bo’yicha tarqalgan holda bo’lishi mumkin. Strukturali genlar eukariotlarda genomning bir necha qismlarida joylashadi. Differensirlangan hujayralarning yadrolarida ko’pchilik genlar repressiyalangan holda bo’ladi. Eukariot hujayralardagi aktivatorlar promotordan ma’lum masofada joylashgan DNKdagi saytlari bilan bog’lanadilar. Ayrim faollantiruvchilar oddiy sharoitda DNK bilan bog’lanib, transkripsiyani tezlashtiradi. Mazkur jarayon hujayralardagi signalli (xabarli) molekulalar DNK dagi bog’langan aktivatorni ajratishi bilan to’xtaydi. Aksariyat hollarda signalli molekulalar aktivatorlarnigina tabiatiga qarab, transkripsiyani faollantirishi yoki mazkur jarayonni pasaytirishi mumkin. Eukariot organizmlarda oqsil sintezining boshqarilishi chuqur tadqiq qilinmagan. Chunki, sitoplazmada alohida yadroning bo’lishi, xromosomaning murakkab tuzilganligi, hujayra turining har xilligi va ularning shakllanishida gormonlarning ishtiroki va hokazolar gen orqali boshqarilishini o’rganishda hozircha ayrim noqulayliklarga duch kelinmoqda.

Yuqoridagi fikrlarni qisman quyidagi rasmda ifodalash mumkin:



44-rasm. Lac. Operonning tuzilishi.