Molekulyar biologiya

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.