§3. Транскрипция
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: транскрипцияны – нәруыз биосинтезі үдерісінің бірінші кезеңін сипаттау.
ДНҚ-ның рөлі қандай? ДНҚ қандай құрылымда болады және жасушада қайда орналасқан? Репликация дегеніміз не? ДНҚ және РНҚ құрылысының ерекшелігі мен рөлінде қандай айырмашылықтар бар? РНҚ-ның жаңа молекулалары қалай түзіледі? «Тұқымқуалаушылық ақпарат» ағзадағы барлық нәруыздағы аминқышқылдарының ретінің жазбасы деген дұрыс па? Жасушаның қандай құрылымдары нәруызды тікелей синтездейді?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 10-сыныпқа арналған оқулықтың 7-, 9-, 10- және 12-параграфтарын қайталау керек.
Тұқымқуалаушылық ақпарат – ДНҚ-да сақталатын аминқышқылдар ретінің жазбасы. Эукариоттарда ДНҚ жасуша хромосомасында (олар ДНҚ қосылысының хроматинінен және арнайы нәруыздардан тұрады) болатыны естеріңде болар. Хромосомалар цитоплазмадан қосмембрана арқылы бөлінген ядро ішінде болады. Прокариоттарда негізгі генетикалық материал цитоплазмада ДНҚ-ның сақина тәрізді молекуласы түрінде болады. Прокариот жасушада нуклеоидтан басқа плазмида¹ деп аталатын ДНҚ-ның ұсақ сақина тәрізді молекуласы жиі кездеседі.
ДНҚ-да «тұқымқуалаушылық ақпарат» – ағза және жасушаның барлық нәруызының аминқышқылдарының реті жазылады. Ал цитоплазмада не ЭПТ-да болатын рибосомалар нәруыздарды тікелей синтездейді, яғни байланыстырады.
Осыған байланысты мынадай сұрақ туындайды: ДНҚ-дан рибосомаларға ақпаратты қалай жеткізу керек? Бұл мәселені РНҚ-ның бір түрі шешеді. Оны ақпараттық немесе матрицалық – аРНҚ не мРНҚ деп атайды. Матрица дегеніміз – типографиялық термин, металл әріптерден теріліп, бояу жағылатын мәтінді білдіреді. Содан кейін оған қағаз парақтары салынып, көптеген көшірмелер басылып шығарылады. Демек, матрица дегеніміз – көшірмелердің шексіз санын алуға болатын қандай да бір құрылым.
Транскрипция ДНҚ-дан цитоплазмаға көшірілген ақпаратты рибосомаға тасымалдау үшін қажет. Сонымен, бұл кезде ДНҚ молекуласының зақымдалуына жол бермеу керек. ДНҚ-да тұқымқуалаушылық ақпарат екі ядро мембранасы қорғауында қатаң сақталады. Жағымсыз әсерге тұрақты, қосшиыршықты ДНҚ сенімді тасымалдаушы болып табылады. Осы күйінде көбею кезінде ақпаратты жасушадан жасушаға (ағзадан ағзаға) тасымалдайды. Егер ДНҚ бұзылса, жасуша жойылады. Сондықтан хромосомалар (ДНҚ молекуласы) ядроны тастамайды. Нәруыз биосинтезі және ДНҚ-да болатын тұқымқуалаушылық ақпарат жүзеге асуы үшін ядродан цитоплазмадағы рибосомаларға өтетін «делдал» керек. Тасымалдаушы рөлін бұл жағдайда аРНҚ (мРНҚ) атқарады.
Транскрипция – ДНҚ матрицасы бойынша аРНҚ синтезінің үдерісі (3-сурет). Бұл – нәруыз биосинтезінің бірінші кезеңі. Транскрипция үдерісі репликация үдерісіне ұқсас. Ол да ДНҚ-ның белгілі бір үлескісінде сутектік байланыстың үзіліп, молекуланың кішкентай бөлігінің (баржоғы ондаған нуклеотид) уақытша бір тізбекті болуынан басталады. Осы бір тізбекті ДНҚ-ның бос тізбегіне РНҚ-полимераза ферменті немесе транскриптаза қосылады. Фермент молекуласы ДНҚ-ның бір тізбегіне «орналасып», өз қызметін атқара бастайды. Ал ДНҚ-ның комплементарлы тізбегі бос күйінде қалады. Фермент жылжитын тізбекті транскрипцияланатын деп атайды. Ал үдеріске тікелей қатыспайтын фермент транскрипцияланбайтын деп аталады.
3-сурет. Транскрипциялану үдерiсi – аРНҚ синтезi хромосомалардың ДНҚ матрицасымен ядрода таралады
Фермент аРНҚ-ның өсіп жатқан тізбегіне жаңа нуклеотидтердің қосылуын катализдейді. Нуклеотидтер комплементарлық қағидасы бойынша қосылады. Яғни егер ДНҚ-да азотты негіз – цитозин болса, онда РНҚ-да оған комплементарлы гуанин орналасады да, олардың арасында үш сутектік байланыс пайда болады. Осылай түзілетін аРНҚ транскрипцияланбайтын – ДНҚ-ның комплементарлы тізбегін толық көшіреді, тек тиминнің орнына урацил болады.
Біртіндеп ұзарып, аРНҚ тізбегі ферментке байланысты өзіне барлық жаңа нуклеотидтерді қосып алады. мРНҚ қажетті ұзындыққа жеткен кезде оның және ДНҚ-ның транскрипцияланатын тізбегі арасындағы сутектік байланыс үзіледі. Себебі ДНҚ – РНҚ-ға қарағанда ДНҚ – ДНҚ молекуласының химиялық ұқсастығы жоғары. Осылай комплементарлы транскрипцияланбайтын ДНҚ тізбегі қостізбекті молекула ішіндегі сутектік байланысты қалпына келтіріп, аРНҚ-ны ығыстырады.
Әрине, транскрипция үдерісі өте күрделі. Оған белгілі бір ген алдында болатын және транскрипцияны белсенді ететін, ДНҚ-дағы ерекше реттілікті танитын көптеген ферменттер кіреді. Прокариоттарда аРНҚ-ға қызметі жағынан байланысқан бірден бірнеше ген² кіруі мүмкін. Эукариоттарда аРНҚ-ның бір молекуласы әрдайым тек бір генге сәйкес келеді, яғни тек бір нәруыз ақпаратын кодтайды.
Прокариоттарда транскрипция уақыт және кеңістік жағынан трансляциямен сәйкес келуі мүмкін. Ал эукариоттарда сәйкес келмейді. Яғни бактерияның рибосомадағы нәруыз биосинтезі әлі аяқталмаған аРНҚ молекуласы бойынша жүруі мүмкін. Бұл екі үдеріс те жасуша цитоплазмасында жүреді, себебі бактерияларда мембранамен шектелген ядро болмайды.
Транскрипция нәтижесі – бұл ДНҚ-дан ақпарат жазылған аРНҚ-ның дайын молекулалары. Олар болашақ құрылыстың «бас жоспар – жобаның» көшіргіш рөлін атқарады. «Бас жоспардың» түпнұсқасы – ДНҚ молекуласы «сенімді сейфте» – ядрода қалады. Ал оның «көшірмесі» – аРНҚ «құрылыс алаңына» рибосомаларға жеткізіледі. Осындай күрделі үдеріс жасушаға не үшін керек? Егер құрылыс алаңында «көшіргіш» зақымдалса, әрдайым жаңа көшірме жасауға болады.
Транскрипция, РНҚ-полимераза немесе транскриптаза, матрица, комплементарлық, транскрипцияланатын тізбек, транскрипцияланбайтын тізбек.
Білу және түсіну:
1. «Тұқымқуалаушылық ақпарат», «ген», «хромосома», «комплементарлық» деген терминдердің мағынасын түсіндіріңдер.
2. Матрица дегеніміз не? Қалай түсінесіңдер?
Қолдану:
1. Транскрипцияны жүргізетін себептерді атаңдар.
2. Құрылымдар мен белгілер арасындағы байланысты анықтап, кестені толтырыңдар:
1) ядрода болады; 2) цитоплазмада болады; 3) транскрипция нәтижесі; 4) репликация нәтижесі; 5) хромосома заты; 6) рибосомаға керек; 7) ақпаратты ядродан цитоплазмаға тасымалдайды; 8) ақпаратты жасушадан жасушаға тасымалдайды; 9) ақпаратты жасуша мен ағза ұрпақтары арасында тасымалдайды; 10) нәруыз биосинтезі барысында тұқымқуалаушылық ақпаратты жүзеге асырады.
Талдау:
1. Транскрипция үдерісін: аРНҚ, ДНҚ-ның транскрипцияланатын тізбегін, ДНҚ-ның транскрипцияланбайтын тізбегін, бос РНҚ нуклеотидтері, транскриптаза ферменті, ядро (ядро шырыны), цитоплазма, рибосоманы түрлі түспен көрсетіп, сызба түрінде бейнелеңдер.
2. Эукариот транскрипциясы кезеңдерінің дұрыс ретін анықтаңдар. Үдеріс нөмірлерін ретпен жазыңдар.
Синтез:
1. Неліктен транскрипция үдерісінде прокариоттар мен эукариоттар арасында айырмашылық пайда болды?
2. Талқылаңдар: аРНҚ-дағы, ДНҚ-ның транскрипцияланбайтын тізбегіндегі нуклеотидтердің ретін анықтаңдар. ДНҚ транскрипцияланатын тізбегінде нуклеотидтер мынадай ретпен орналасқан:
а) ГАА ЦГЦ ТТТ ААГ;
ә) ЦЦЦ ГТА АТГ ТЦТ;
б) ТГТ ААГ АГА ЦГА.
Бағалау:
1. Қазақстанда молекулалық биологияның негізін қалаған, транскрипция үдерісін зерттеуге маманданған М.Ә. Айтқожиннің қызметі туралы реферат жазыңдар.
2. Жасуша эволюциясында транскрипция үдерісі жүрмейтін ықтималдылықты бағалаңдар. Мұндай жүйенің қандай артықшылықтары мен кемшіліктері болуы мүмкін? Неліктен олар шынайы тіршілікте жоқ?
¹ Плазмидалар – кейде бактериялар, саңырауқұлақтар және кейбір өсімдіктердің жасушаларында кездесетін ДНҚ-ның «басты емес» ұсақ сақина тәрізді молекулалары.
² Өзара байланысқан бірнеше геннен тұратын, аРНҚ-ның бір молекуласының орнына транскрипцияланатын бактерия ДНҚ-сындағы құрылым оперон деп аталады.