თარგმანი (ბიოლოგია): განმარტება, ნაბიჯები, დიაგრამა

დნმ(დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა) არის ყველა ცნობილი ცხოვრების გენეტიკური მასალა, უმარტივესი ერთუჯრედიანი ბაქტერიიდან დაწყებული ყველაზე ბრწყინვალე ხუთტონიანი სპილოთი აფრიკის ვაკეზე. "გენეტიკური მასალა" ნიშნავს მოლეკულებს, რომლებიც შეიცავს ორ მნიშვნელოვან მითითებას: ერთი ცილების დამზადებას უჯრედის ამჟამინდელი საჭიროებებისათვის და სხვა ქმნიან ასლებს, ან ტირაჟირება, ისე, რომ ზუსტად იგივე გენეტიკური კოდი გამოიყენონ უჯრედების მომავალი თაობების მიერ.

უჯრედის შენარჩუნებისთვის საკმარისად დიდხანს გასამრავლებლად საჭიროა ამ ცილის მრავალი პროდუქტი, რომელსაც დნმ უბრძანებს mRNA (მესინჯერი რიბონუკლეინის მჟავა) ის ქმნის რიბოსომის დესპანად, სადაც სინამდვილეში სინთეზირდება ცილები.

დნმ-ის მიერ გენეტიკური ინფორმაციის კოდირებას მესენჯერი RNA– ში ეწოდება ტრანსკრიფცია, ხოლო mRNA– დან მიმართულებების საფუძველზე ცილების დამზადებას ეწოდება თარგმანი

თარგმანი გულისხმობს cobbling ერთად ცილები პეპტიდური ობლიგაციების საშუალებით ქმნიან გრძელ ჯაჭვებს ამინომჟავების ან ამ სქემაში არსებული მონომერები. 20 ამინომჟავა არსებობს და ადამიანის სხეულს გადარჩენისთვის სჭირდება თითოეული მათგანი.

ცილის სინთეზი თარგმანში მოიცავს სხვა მოთამაშეთა შორის mRNA, aminoacyl-tRNA კომპლექსებისა და წყვილი რიბოსომული ქვედანაყოფების კოორდინირებულ შეხვედრას.

ნუკლეინის მჟავები შედგება განმეორებითი ქვედანაყოფებისაგან, ან მონომერებისგან, ე.წ. ნუკლეოტიდები. თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება სამი განსხვავებული კომპონენტისგან: ა რიბოზა (ხუთ ნახშირბადოვანი) შაქარი, ერთიდან სამამდე ფოსფატების ჯგუფები და აზოტოვანი ფუძე.

თითოეულ ნუკლეინის მჟავას აქვს ერთი ოთხი შესაძლო ბაზა თითოეულ ნუკლეოტიდში, რომელთაგან ორი პურინია და ორი პირიმიდინი. ბაზებში არსებული განსხვავება ნუკლეოტიდებს შორის არის ის, რაც სხვადასხვა ნუკლეოტიდებს ანიჭებს მათ არსებით ხასიათს.

ნუკლეოტიდები შეიძლება არსებობდეს ნუკლეინის მჟავების გარეთ და სინამდვილეში, ამ ნუკლეოტიდების ნაწილი ცენტრალურია ყველა მეტაბოლიზმისთვის. ნუკლეოტიდები ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) და ადენოზინტრიფოსფატი (ATP) განტოლებების ცენტრშია, რომელშიც უჯრედული ენერგიის ენერგია მიიღება საკვები ნივთიერებების ქიმიური ბმებიდან.

ნუკლეოტიდები ნუკლეინის მჟავაამასთან, მხოლოდ ერთი ფოსფატი აქვს, რომელიც ნუკლეინის მჟავას სტრიქონში გაზიარებულია შემდეგ ნუკლეოტიდთან.

მოლეკულურ დონეზე, დნმ განსხვავდება რნმ-ისგან ორი გზით. ერთია, რომ დნმ-ში შაქარი არის დეოქსირიბოზა, ხოლო RNA– ში ის არის რიბოზა (აქედან მოდის მათი შესაბამისი სახელები). დეოქსირიბოზა განსხვავდება რიბოზასგან იმით, რომ ნაცვლად იმისა, რომ ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფი იყოს -2 ნომერი ნახშირბადის პოზიციაზე, მას აქვს წყალბადის ატომი (-H). ამრიგად, დეოქსირიბოზა არის ერთი ჟანგბადის ატომი, რომელიც ნაკლებია რიბოზას, შესაბამისად, „დეოქსია“.

მეორე სტრუქტურული განსხვავება ნუკლეინის მჟავებს შორის მდგომარეობს მათი შემადგენლობაში აზოტოვანი ფუძეები. დნმ და რნმ ორივე შეიცავს პურინის ორ ფუძეს ადენინს (A) და გუანინს (G), ასევე პირიმიდინის ფუძის ციტოზინს (C). მიუხედავად იმისა, რომ დნმ-ში პირიმიდინის მეორე ფუძეა თიმინი (T) რნმ-ში, ეს ფუძე არის ურაცილი (U).

როგორც ეს ხდება, ნუკლეინის მჟავებში, A უკავშირდება და მხოლოდ T (ან U, თუ მოლეკულა RNA არის) და C უკავშირდება და მხოლოდ G- ს. ეს სპეციფიკური და უნიკალურია ბაზის დამატებითი დაწყვილება შეთანხმება საჭიროა დნმ ინფორმაციის სწორად გადასაცემად mRNA ინფორმაციაზე ტრანსკრიფციაში და mRNA ინფორმაცია tRNA ინფორმაციაზე თარგმნის დროს.

უფრო მაკრო დონეზე, დნმ არის ორჯაჭვიანი, ხოლო RNA ერთჯაჭვიანი. კერძოდ, დნმ იღებს ორმაგი სპირალის ფორმას, რომელიც ჰგავს ორივე ბოლოში სხვადასხვა მიმართულებით გადახვეულ კიბეს.

ძაფები შეერთებულია თითოეულ ნუკლეოტიდში მათი შესაბამისი აზოტოვანი ბაზებით. ეს ნიშნავს, რომ "A" - ის მატარებელ ნუკლეოტიდს შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ "T" მატარებელი ნუკლეოტიდი თავის "პარტნიორ" ნუკლეოტიდზე. ეს ნიშნავს, რომ ჯამურად, დნმ – ის ორი ძაფია კომპლემენტარული ერთმანეთს.

დნმ-ის მოლეკულები შეიძლება იყოს ათასობით ფუძე (ან უფრო სწორად, ფუძის წყვილი) გრძელი. სინამდვილეში, ადამიანი ქრომოსომა სხვა არაფერია, თუ არა დნმ – ის ერთი ძალიან გრძელი ძაფი, რომელსაც თან ახლავს ბევრი ცილა. მეორეს მხრივ, ყველა სახის რნმ მოლეკულები შედარებით მცირეა.

ასევე, დნმ გვხვდება ძირითადად ეუკარიოტების ბირთვებში, არამედ მიტოქონდრიებსა და ქლოროპლასტებში. მეორეს მხრივ, RNA– ს უმეტესობა გვხვდება ბირთვსა და ციტოპლაზმაში. ასევე, როგორც მალე ნახავთ, RNA გამოდის სხვადასხვა ტიპის.

RNA გამოდის სამი ძირითადი ტიპისა. პირველი არის mRNA, რომელიც მზადდება დნმ შაბლონისგან ბირთვში ტრანსკრიფციის დროს. დასრულების შემდეგ, mRNA ძაფი ბირთვული ფორების მეშვეობით ფორების საშუალებით გამოდის ბირთვიდან და გადადის შოუს რიბოზომზე, ადგილზე ცილის თარგმანი.

რნმ-ის მეორე ტიპია გადასცეს RNA (tRNA). ეს არის ნუკლეინის მჟავის პატარა მოლეკულა და გვხვდება 20 ქვეტიპი, თითო ამინომჟავისთვის. მისი მიზანია მისი "მინიჭებული" ამინომჟავის გადატანა რიბოსომის თარგმნის ადგილას ისე, რომ მას დაემატოს მზარდი პოლიპეპტიდის (მცირე ცილა, ხშირად მიმდინარე) ჯაჭვი.

მესამე ტიპის RNA არის რიბოსომული რნმ (rRNA). ამ ტიპის რნმ წარმოადგენს რიბოსომების მასის მნიშვნელოვან ნაწილს რიბოზომებისთვის დამახასიათებელი ცილებით, რომლებიც დანარჩენი მასაა.

მოლეკულური ბიოლოგიის ხშირად ციტირებული "ცენტრალური დოგმაა" დნმ რნმ-მდე ცილად. ფრაზა კიდევ უფრო ლაკონურად არის ნათქვამი ტრანსკრიფცია თარგმანზე. ტრანსკრიფცია არის პირველი საბოლოო ნაბიჯი ცილების სინთეზისკენ და ნებისმიერი უჯრედის ერთ – ერთი მიმდინარე აუცილებლობაა.

ეს პროცესი იწყება დნმ-ის მოლეკულის ერთ ბოჭკოებად მოშორებით ისე, რომ ტრანსკრიპციაში მონაწილე ფერმენტებს და ნუკლეოტიდებს სცენა აქვთ ადგილზე გადასვლისთვის.

შემდეგ, დნმ-ის ერთ-ერთი სტრიქონის გასწვრივ, mRNA- ის სტრიქონი იკრიბება ფერმენტ RNA პოლიმერაზას დახმარებით. ამ mRNA ძაფს აქვს ფუძის მიმდევრობის დამატებითი მიმდევრობა, გარდა იმ ფაქტისა, რომ U ჩნდება იქ, სადაც T გამოჩნდება დნმ-ში.

• მაგალითად, თუ დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელსაც ტრანსკრიფცია გადის, არის ATTCGCGGGTATGTC, მაშინ mRNA- ს შედეგად მიღებული სიმებიანი იქნება თანმიმდევრობა UAAGCGCCAUACAG.

როდესაც mRNA ძაფის სინთეზირება ხდება, დნმ – ის გარკვეული სიგრძე, რომელსაც ინტრონებს უწოდებენ, საბოლოოდ იშლება mRNA– ს თანმიმდევრობიდან, რადგან ისინი არ ახდენენ რაიმე ცილის პროდუქტის კოდს. მხოლოდ დნმ – ის სტრიქონის ის ნაწილები, რომლებიც სინამდვილეში კოდს ახდენს რაიმეს, ეგზონებს უწოდებენ, ხელს უწყობენ mRNA– ს საბოლოო მოლეკულას.

წარმატებული თარგმანისთვის ცილების სინთეზის ადგილზე სხვადასხვა სტრუქტურაა საჭირო.

რიბოსომა: თითოეული რიბოსომა მზადდება მცირე რიბოსომული ქვედანაყოფისა და დიდი რიბოსომული ქვედანაყოფისაგან. თარგმანი მხოლოდ წყვილის სახით არსებობს მას შემდეგ, რაც თარგმანი იწყება. ისინი შეიცავს დიდი რაოდენობით rRNA- ს, ისევე როგორც ცილებს. ეს არის ერთერთი იმ უჯრედული კომპონენტებიდან, რომლებიც არსებობს როგორც პროკარიოტებში, ასევე ეუკარიოტებში.

mRNA: ეს მოლეკულა ახორციელებს უშუალოდ მითითებებს უჯრედის დნმ – დან, კონკრეტული პროტეინის წარმოებისათვის. თუ დნმ-ი მთელი ორგანიზმის გეგმად შეიძლება მივიჩნიოთ, mRNA- ის სტრიქონი შეიცავს საკმარის ინფორმაციას ამ ორგანიზმის ერთი გადამწყვეტი კომპონენტის შესაქმნელად.

tRNA: ეს ნუკლეინის მჟავა ქმნის კავშირებს ამინომჟავებთან ერთიდან ერთზე და ქმნის ამინოაცილ- tRNA კომპლექსებს. ეს უბრალოდ ნიშნავს, რომ ტაქსი (tRNA) ამჟამად ახორციელებს დანიშნულ და ერთადერთ სახის მგზავრს (სპეციფიკურ ამინომჟავას) ახლომახლო მდებარე 20 "ტიპის" ადამიანიდან.

Ამინომჟავების: ეს არის მცირე მჟავები ამინოთი (-NH)₂) ჯგუფი, კარბოქსილის მჟავას (-COOH) ჯგუფი და გვერდითი ჯაჭვი, რომელიც დაკავშირებულია ნახშირბადის ატომთან ერთად ნახშირბადის ცენტრალურ ატომთან. მნიშვნელოვანია, რომ 20 ამინომჟავებიდან თითოეულის კოდები ხორციელდება mRNA– ს სამი ფუძის ჯგუფებად სამმაგი კოდონები.

თარგმანი ეფუძნება შედარებით მარტივ სამმაგი კოდს. გაითვალისწინეთ, რომ ნებისმიერი ზედიზედ სამი ფუძისგან შემდგარი ნებისმიერი ჯგუფი შეიძლება შეიცავდეს 64 შესაძლო კომბინაციიდან ერთს (მაგალითად, AAG, CGU და ა.შ.), რადგან მესამე ხარისხში აყვანილი ოთხია 64

ეს ნიშნავს, რომ საკმარისზე მეტი კომბინაციაა 20 ამინომჟავის წარმოქმნისთვის. სინამდვილეში, ერთზე მეტ კოდონში იქნებოდა იგივე ამინომჟავის კოდირება.

სინამდვილეში ეს ასეა. ზოგიერთი ამინომჟავა სინთეზირებულია ერთზე მეტი კოდონისგან. მაგალითად, ლეიცინი ასოცირდება კოდონის ექვს განსხვავებულ თანმიმდევრობასთან. სამეული კოდი არის ეს "დეგენერატი".

მნიშვნელოვანია, მაგრამ ეს ასე არ არის ზედმეტი. ანუ იგივე mRNA კოდონი ვერ კოდი ერთზე მეტი ამინომჟავის.

თარგმანის ფიზიკური საიტია ყველა ორგანიზმში რიბოსომა. რიბოსომის ზოგიერთ ნაწილს აქვს ფერმენტული თვისებებიც.

პროკარიოტებში თარგმანი იწყება ამით ინიცირება კოდონის საინიციაციო ფაქტორის სიგნალის საშუალებით, რომელსაც სათანადოდ უწოდებენ START კოდონს. ეს არ არსებობს ეუკარიოტებში და ამის ნაცვლად, პირველი ამინომჟავა შეირჩევა მეთიონინს, რომლის კოდირებასაც AUG ახდენს, რომელიც ფუნქციონირებს, როგორც START კოდონი.

იმის გამო, რომ mRNA– ს თითოეული დამატებითი სამსეგმენტიანი ზოლი გამოდის ribosome– ის ზედაპირზე, tRNA, რომელსაც ეწოდება ამინომჟავა, დახეტიალობს ადგილზე და ჩამოვარდება მისი მგზავრი. ამ სავალდებულო ადგილს რიბოსომის "A" ადგილს უწოდებენ.

ეს ურთიერთქმედება ხდება მოლეკულურ დონეზე, რადგან ამ tRNA– ს მოლეკულებს გააჩნიათ ფუძის მიმდევრობა, რომელიც ავსებს შემომავალ mRNA– ს და, შესაბამისად, ადვილად უკავშირდება mRNA– ს.

იმ დრეკადობა თარგმნის ფაზა, რიბოსომა მოძრაობს სამი ფუძით, პროცესს, რომელსაც თარგმანი ეწოდება. ეს ახდენს "A" საიტის ახლებურად გამოვლენას და იწვევს პოლიპეპტიდს, რაც არ უნდა იყოს მისი სიგრძე ამ აზრის ექსპერიმენტში, გადატანილ იქნეს "P" საიტზე.

როდესაც ახალი ამინოაცილ-tRNA კომპლექსი მოვა "A" ადგილზე, მთელი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი ამოღებულია "P" საიტი და თან ერთვის ამინომჟავას, რომელიც ახლახან იქნა დეპონირებული "A" ადგილზე, პეპტიდის საშუალებით ობლიგაცია. ამრიგად, როდესაც ribosome– ის ტრანსლაცია mRNA– ს მოლეკულის "ბილიკზე" კვლავ მოხდება, ციკლი დასრულდება, ხოლო მზარდი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი ახლა უფრო გრძელია ერთი ამინომჟავის მიერ.

იმ შეწყვეტა ფაზაში, რიბოსომს ექმნება სამიდან სამი დამთავრებული კოდონი, ან STOP კოდონი, რომლებიც ჩართულია mRNA– ში (UAG, UGA და UAA). ეს იწვევს არა tRNA– ს, არამედ ნივთიერებებს, რომელსაც ეწოდება გათავისუფლების ფაქტორები, და ეს იწვევს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის გათავისუფლებას. რიბოსომები გამოიყოფა მათ შემადგენელ ქვედანაყოფებად და თარგმანი დასრულებულია.

თარგმნის პროცესი ქმნის პოლიპეპტიდურ ჯაჭვს, რომელიც ჯერ კიდევ საჭიროა მოდიფიცირება, სანამ ის ახალ ცილად მუშაობს. პირველადი სტრუქტურა ა ცილა, მისი ამინომჟავების თანმიმდევრობა წარმოადგენს მისი საბოლოო ფუნქციის მხოლოდ მცირე ნაწილს.

ცილის შეცვლა ხდება თარგმნის შემდეგ, სპეციფიკურ ფორმებში დასაკეცი გზით, რაც ხშირად ხდება სპონტანურად განპირობებულია ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედებით ამინომჟავებს შორის არა მეზობელ ლაქებში პოლიპეპტიდური ჯაჭვი.

რიბოსომები შესანიშნავი მუშაკები არიან, მაგრამ ისინი არ არიან ხარისხის კონტროლის ინჟინრები. მათ მხოლოდ mRNA თარგიდან შეუძლიათ შექმნან ცილები. მათ არ შეუძლიათ აღმოაჩინონ შეცდომები ამ შაბლონში. ამიტომ, თარგმანში შეცდომები გარდაუვალი იქნებოდა მშვენივრად მოქმედი რიბოსომების სამყაროშიც კი.

მუტაციები ამან ერთი ამინოს შეცვლა შეიძლება გამოიწვიოს ცილის ფუნქციის დარღვევა, მაგალითად მუტაცია, რომელიც იწვევს ნამჯენი უჯრედულ ანემიას. მუტაციებს, რომლებიც დაამატებენ ან წაშლიან ბაზის წყვილს, შეიძლება გადააგდონ მთელი სამმაგი კოდი ისე, რომ ამინომჟავების უმეტესობა ან ყველა ასევე არასწორი იყოს.

მუტაციამ შეიძლება შექმნას ადრეული STOP კოდონი, რაც ნიშნავს, რომ ცილის მხოლოდ ნაწილი სინთეზირდება. ყველა ეს პირობა სხვადასხვა ხარისხით შეიძლება დასუსტდეს და თანდაყოლილი შეცდომების დაპყრობის მცდელობა წარმოადგენს სამედიცინო მკვლევარების მუდმივ და რთულ გამოწვევას.