Кіріспе

РНК негіздері жұптары – Уотсон-Крик негіздері жұптары ережелерін сақтамайтын РНК молекулаларындағы екі нуклеотидтің жұптасуы. Төрт негізгі тербелісті негіз жұптары: гуанин-урацил (G-U), гипоксантин-урацил (I-U), гипоксантин-аденин (I-A) және гипоксантин-цитозин (I-C). Нуклеин қышқылы номенклатурасының дәйектілігін сақтау үшін, гипоксантин инозиннің нуклеобазасы болғандықтан, "I" гипоксантин үшін қолданылады; номенклатура басқа жағдайларда нуклеобазалар мен оларға сәйкес нуклеозидтердің атауларын ұстанады (мысалы, "G" гуанин және гуанозин үшін, сондай-ақ дезоксигуанозин үшін). Тербелісті негіз жұбының термодинамикалық тұрақтылығы Уотсон-Крик негіз жұбының тұрақтылығымен салыстыруға болады. Тербелісті негіз жұптары РНК-ның екінші құрылымында маңызды рөл атқарады және генетикалық кодтың дұрыс аудармасы үшін өте қажет.

Қысқаша тарихы

Генетикалық кодта 64 мүмкін кодон (3 нуклеотидтік тізбек) бар. Трансляция үшін осы кодондардың әрқайсысына тұрақты толықтыра алатын антикодонды тРНК молекуласы қажет. Егер әр тРНК молекуласы өз толықтырғыш мРНК кодонымен канондық Уотсон-Крик базалық жұптасу арқылы жұптасқанда, 64 түрлі тРНК молекуласы қажет болар еді. Стандартты генетикалық кодта осы 64 мРНК кодонының үшеуі (UAA, UAG және UGA) тоқтату кодоны болып табылады. Олар тРНК молекулаларының орнына босату факторларымен байланысып, трансляцияны тоқтату арқылы жұмыс істейді, сондықтан канондық жұптасу үшін 61 түрлі тРНК қажет болады. Көптеген организмдерде 45-тен аз түрлі тРНК болғандықтан, кейбір тРНК түрлері бірнеше, синонимді кодондармен жұптаса алады, олардың барлығы бірдей аминқышқылын кодтайды. 1966 жылы Фрэнсис Крик осыны түсіндіру үшін «Тербеліс гипотезасын» (Wobble Hypothesis) ұсынды. Ол антикодонның 5'-базасы, мРНК-дағы 3'-базамен байланысатын, қалған екі база сияқты кеңістікте шектелмегенін және осылайша стандартты емес базалық жұптасуға қабілетті екенін болжады. Крик оны үшінші кодон позициясында болатын шағын «қимыл» немесе тербеліс деп атады. 5' антикодон позициясындағы базаның қозғалысы (тербелісі) тРНК антикодондарының жалпы жұптасу геометриясына әсер ететін шағын конформациялық түзетулер үшін қажет. Мысалы, ашытқының tRNAPhe антикодоны 5' GmAA 3' және 5' UUC 3' және 5' UUU 3' кодондарын тани алады. Сондықтан үшінші кодон позициясында, яғни мРНК кодонының 3' нуклеотиді мен тРНК антикодонының 5' нуклеотидінде Уотсон-Крик емес базалық жұптасу мүмкін.

Дәрмендеу гипотезасы

Бұл түсініктер Фрэнсис Крикке осы табиғи қасиеттерді түсіндіретін төрт қатынастың жиынтығы – тербеліс гипотезасын жасауға әкелді. Кодонның алғашқы екі негізі кодтау ерекшелігін анықтайды, себебі олар берік Уотсон-Крик негіздері жұптарын құрайды және тРНК-ның антикодонымен мықты байланысады. 5'-ден 3'-ге оқығанда антикодонның бірінші нуклеотиді (тРНК-да және мРНК-дағы кодонның соңғы нуклеотидімен жұптасады) тРНК қанша нуклеотидті ажырататынын анықтайды. Егер антикодонның алғашқы нуклеотиді С немесе А болса, жұптасу ерекше болады және бастапқы Уотсон-Крик жұптасуын мойындайды, яғни: тек бір ғана кодон осы тРНК-мен жұптаса алады. Егер бірінші нуклеотид U немесе G болса, жұптасу ерекшелігі төмендейді және іс жүзінде екі негіз тРНК үшін бір-бірін алмастыра алады. Инозин тербелістің нағыз қасиеттерін көрсетеді, егер ол антикодонның бірінші нуклеотиді болса, бастапқы кодонның үш негізінің кез келгені тРНК-мен сәйкес келе алады. Кодонның алғашқы екі нуклеотидінің ерекшелігіне байланысты, егер бір аминқышқылы бірнеше антикодонмен кодталса және бұл антикодондар екінші немесе үшінші позицияда (кодондағы бірінші немесе екінші позиция) өзгеше болса, онда сол антикодон үшін басқа тРНК қажет. Барлық мүмкін кодондарды қанағаттандыру үшін ең төменгі талап (үш тоқтау кодонын қоспағанда 61) – 32 тРНК. Яғни, 31 тРНК аминқышқылдар үшін және бір бастапқы кодон.

Биологиялық маңызы

Дәрмендеудің қажеттілігінен басқа, біздің жасушаларымызда шектеулі мөлшерде тРНК бар, ал дәрмендеу икемділікті арттырады. Дәрмендеу негіздері жұптары көптеген биологиялық функцияларды жеңілдетеді, бұл ең анық түрде Эшерихия коли бактериясында, модельдік организмде көрсетілген. Шындығында, E. coli-дің аланиндік тРНК-сын зерттеуде, тРНК аминоацилдене ме, жоқ па, дегенді анықтайтын дәрмендеу негіздері жұбы бар. ТРНК аминоацил ТРНК синтетазасына жеткенде, синтетазаның міндеті – Т пішіндес РНК-ны тиісті аминқышқылымен қосу. Бұл аминоацилденген тРНК-лар мРНК транскриптісін аударуға қатысады және аминқышқылының кодонымен байланысатын негізгі элементтер болып табылады. Аминоацил ТРНК синтетазасы және E. coli тРНК геномдары туралы толық ақпаратты сыртқы сілтемелерде, Аминоацил тРНК синтетазалары туралы ақпарат және Геномдық тРНК деректер қорында табуға болады.