1-дәріс. Генетика тұқымқуалаушылық және өзгергіштік ғылымы
жүктеу/скачать 3,92 Mb.
|
darister
Enzyme worksheet
| Транскрипция
2. Нуклеин қышқылдарыының құрылымы және биологиялық ролі Нуклеин қышқылдарын 1868 жылы швейцарлық биолог Ф.Мишер клетканың ядросын зерттегенде ашты. Ашқан қосылысын ядродан бөліп алғандықтан нуклеин деп атады(латынша“нуклеис”-ядро). Осы ғасырдың басында жүгізген зерттеулерінің нәтижесінде П. Левен нуклеин қышқылының құрамына азоттық негіз бен фосфордан басқа шағын углеводтардың ерекше тобын кіретінін анықтады(қант). Нуклеин қышқылының құрамына кіретін углевод бес көміртегінен тұрады. Левен нуклеин қышқылының бір тобына кіретін углеводтағы оттегінің саны бір атомға кем екенін анықтады. Оттегі атомдары толықтарын рибоза деп, бір оттегі атомы кемді – дезоксирибоза (“дезокси”- оттексіз) деп атады. Сонымен, оттегінің бір аттомының санындағы айырмашылық негізінде нуклеин қышқылының рибонуклеин қышқылы деп дезоксирибонуклеин қышқылы деп екі түрге бөлді. Оның біріншісі қысқартылып РНҚ деп, екіншісі ДНҚ деп айтылады. Сонымен қатар Левен негіз, углевод және фосфор бірігіп комплекс (жинақ) құрайтынын және олардың нуклеин қышқылдарының “кірпіштері” болып табылатынын анықтады. Нуклеин қышқылдарын құрайтын бұл “кірпіштерді” нуклеотид деп атады. 50-жылдарының басында Э. Чаргафф өте маңызды жаңалық ашты. Бұл белоктар тәрізді нуклеин қышқылдарының да әр түрге тән екенән анықтау еді. Э.Чаргафф өте таза ДНҚ молекуласын бөліп алып, мұқият түрде химиялық талдау жасап, кез келген организмнен бөлініп алынған ДНҚ- ның құрамындағы адениннің мөлшері тиминдікімен (А=Т), ал гуаниннің мөлшері цитозиндікімен (Г=Ц) бірдей болатынын анықтады. _А+Г_ _ I Г+Ц ¯ Осы ережеге сәйкес әр түрлі организмдердің нуклеотидтік құрамы тек қана олардың арақатынасының өзгеруіне, мөлшеріне байланысты. 1952 жылы Р.Фраклин және М. Уилкинс ДНҚ- ның жоғарғы сапалы рентгенограммасын түсірді. Осы рентгенструктуралық талдаудың және ДНҚ- ның химиялық құрамын біле отырып, 1953 жылы Д.Уотсон және Ф.Крик оның молекулалық моделін құрастырды. Бұл биология тарихындағы ең үлкен жаңалықтың бірі болып табылады. Ол аденин мен тиминнің, гуанин мен цитозиннің бір-біріне байланысы химияның заңдылығына еш қайшы келмейтінін анықтады. Мұндай модель Чаргаффтың заңдылығына сай келді. ДНҚ- ұзын макромолекула, оның негізгі құрылыс мүшелері дезоксирибонуклеотидтер болып табылады. Нуклеотид үш құрылымды элементтен: органикалық қосылыстан, углеводтан және фосфор қышқылынан құралған. ДНҚ-да дезоксирибоза деп аталатын углевод пен фосфор қышқылы барлық нуклеотидтерде бірдей; нуклеотидтерде органикалық қосылыстар бірнешеу: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) және цитозин (Ц). ДНҚ молекуласы ширатылған қос тізбекті спираль (латынша “спиралис”- шиыршықсым) тәрізді иірілген. Әр тізбектің нуклеотидтердің бір-бірімен кезектесіп жалғасқан углевод пен фосфаттардың қатары осы спиральдың қанқасы болып табылады. Шиыршықтың ішкі кеңістігінде бір тізбектің азоттық негіздері екінші тізбекке сәйкес негіздермен сутегілік байланыстар құрап, бір-бірімен берік ұстасып тұрады. Азоттық негіздердің химиялық құрылыстарының ерекшеліктерң бір тізбектің аденині (А) екі сутегілік байланыс нәтижесінде екінші тізбектін тек тиминімен (Т) ғана, ал гуанин (Г) үш байланыс арқылы тек цитозинмен (Ц) ғана біріге алатынын көрсетеді. Яғни, бір тізбектің бойындағы азоттық негіздердің қандай кезекпен орналасқаны белгілі болса, онда ол тізбекпен бірігіп тұрған екінші тізбектің бойындағы азотық негіздердің орналасу тәртібін де өте оңай анықтауға болады. Осындай бірімен бірі сәйкес келетін тізбектерді бір- біріне комплементарлы (комплементарлы- сәйкес, толықтырушы) деп атайды. ДНҚ-ның шиыршық қаңқасы үнемі қайталанып отыратын углевод-фосфат тобы болса, оның ішкі кеңістігінде біріккен азоттық негіздердің жұбы бірінен кейін бірі спиральдың бойында әр түрлі кезекпен орналасады. ДНҚ тізбектерінің бағыты бір-біріне қарама- қарсы. Спиральдің бір ұшына бір тізбек углеводтың 3'- көміртегінің гидроксил тобымен бітсе, екінші тізбек 5'-көміртегімен байланысқан фосфатпен аяқталады. Ал спиральдың ол тізбектерінің екінші ұштары керісінше аяқталған, сондықтан ол тізбектердің бағытын былай өрнектейді: 3'-5' және 5'-3', яғни олардың бағыты қарама-қарсы деген сөз. ДНҚ молекуласы шиыршығының формасы (сырт пішіні) сағат бағыты бойымен оңға қарай ширатылған, ол бұралған баспалдаққа ұқсайды. Екі жіпшенің арасындағы жұптасқан А-Т және Г-Ц топтары ол баспалдақтың басқыштары секілді. Шынында да ДНҚ молекуласында ол “басқыштар” бір-біріне параллель, ал спиральдың ұзына бойы осіне перпендикуляр орналасқан. ДНҚ молекуласы неліктен спираль формалы? Бір тізбектегі азоттық негіздердің барлығы дерлік екінші тізбектің барлық негіздерімен толық жақындасып байланысуы үшін ол тізбектер бір-біріне оралып спираль болып айналуы шарт екен. Сонымен қатар спираль ішіндегі параллель орналасқан жұп азоттық негіздердің арасында гидрофобтық (грекше “гидро”- су, “фобос”-қорқу), жіне дисперсиялық (латынша “дисперсус”-шашылу, ыдырау) күштердің әсерімен қосымша байланысты – стэкинг байланысы деп атайды. Мұндай байланыс пуринді азоттық негіздердің арасында күштірек. ДНҚ – молекуласын спираль күйінде ұстап тұратын осы байланыстар. ДНҚ-ның екі тізбегін бір-бірімен ажыратуға болады. Ерітіндідегі ДНҚ молекуласын 100°С температурада қайнатса оның тізбектері бір-бірінен ажырайды, яғни олардың арасындағы сутегілік байланыстар үзіледі. Мұны денатурация деп атайды (денатурацияның- табиғи формасын жоғалту). Құрамында ДНҚ бар ерітінді қайнатып, кейін тез суытса, ажырасқан екі тізбектер жеке-жеке күйінде қалып қояды. Ал оны өте баяу суытса, ол тізбектер қайтадан бір-бірімен жұптасып, бастапқы қос тізбекті спираль түріне келеді. Жайлап суытқан кезде тізбектерге сәйкес негіздер бірін-бірі біртіндеп тауып, қайтадан сутегілік байланыс құрай бастайды, ал тез суытқанда олар байланысып үлгере алмай қалады. Әр түрлі ДНҚ молекулаларының тізбектерінің қаншалықты оңай денатурацияланатыны құрамындағы А-Т мен Г-Ц жұптарының мөлшеріне байланысты. Жоғарыда айтып кеткендей бір тізбектегі гуанин екінші тізбектегі цитозинмен үш сутегілік байланыс, ал аденин мен тимин екі сутегілік байланыс құрайды. Яғни, Г мен Ц-нің арасындағы байланыс А мен Т-ның арасындағы байланысқа қарағандла әлдеқайда берік. Егер ДНҚ тізбектерінде Г мен Ц-нің мөлшері көп болса,ондай молекуланың тізбектері тез ажырамай қоймайды, ол үшін температураны неғұрлым жоғарлату керек, ал А мен Т жұбы көп болса, оның тізбектері төмеңгі температурада ажырай бастайды. Мысалы, өте ыстық ортада өмір сүре алатын термофильдік микроорганизмдердің ДНҚ молекуласында Г- Ц жұбының мөлшері өте жоғары болады. Әр түрлі организмдерден алынған ДНҚ-лардың бір-бірімен қаншалықты ұқсас екенін, немесе бір организмнен бөлініп алынған ДНҚ фрагментіне (мысалы, геннің ) ұқсас ДНҚ бөлігі басқа организмде бар-жоғын молекулалық гибридация әдісі арқылы зерттеуге болады. Ол жаңағы айтылған ДНҚ-ның денатурациялануына негізделген. Мысалы, өсімдіктен аса маңызды ДНҚ фрагментін (айталық генді) бөліп алып делік. Енді сондай фрагменттің (үзіндінің) жануар ДНҚ-сында бар-жоғын тексеруге болады. Ол үшін өсімдікке құрамында родиактивті атомы бар қоректік зат береді. Содан соң ол өсімдіктің ДНҚ-сынан қажетті фрагментті бөліп алады. Ал жануардан кәдімгі түрдегі (радиактивті емес) ДНҚ-сын бөліп алып, оны шағын фрагментерге дейін арнаулы ферментермен үзіп, жеке тізбектерге бөледі. Осындай жануар ДНҚ-сының фрагментерін түгелдей арнайы матрицаларға (қалыптарға) жалғастырады. Содан соң матрица түйіршіктері арқылы өсімдіктің радиоактивті фрагметін өткізеді. Егер жануардың матрицаға біріккен фрагменттерінің ішінде құрамы өсімдіктікімен толық ұқсас болса онда ол өсімдік ДНҚ-сының фрагметімен қоса тізбек құрып бірігеді. Яғни, радиоактивті фрагмент матрицада қалып қояды, ал сәйкес келетін фрагмент жануар ДНҚ-сында болмағаны. Осылай әр түрлі организмнен алынған ұқсас ДНҚ бөлшектерінің бір-бірімен қос тізбек құруын молекулалық гидризация деп атайды. Осы жолмен ДНҚ мен РНҚ тізбектеріндегі ұқсас бөліктерінде анықтауға болады. Рибонуклеин қышқылдары (РНҚ). ДНҚ секілді РНҚ-да түрлі нуклеотидтерден құралған. Оның ДНҚ-дан айырмашылығы мынадай: РНҚ нуклеотидтерінің құрамындағы углевод тек рибоза (оның барлық көміртегі атомдары гидроксил топтармен байланысқан) түрінде болады. Сонымен қатар РНҚ-ның құрамына тиминнің орнына урацил азоттық негізі кіреді, ал қалған үш негіз ДНҚ-ның құрамындағыдай. РНҚ төрт түрлі топқа бөлінеді: 1) хабаршы (информациялық) РНҚ - оны қысқаша иРНҚ деп белгілейді; 2) ұзындығы әр түрлі ядролық РНҚ (гетерогенді ядролық) – гя РНҚ; 3) Рибосомалық – рРНҚ; 4) тасымалдаушы- тРНҚ Информациялық иРНҚ геннің дәл көшірмесін ДНҚ-дан ақуыз заводы – рибосомаға әкеледі. гяРНҚ-ның қызметі қазір әлі толық анықталмаған. Дегенмен оны нуклеотидтерді сақтаушы деп есептейді. Себебі клетка тіршілігіне керек нуклеотидтер бос жүрсе клетка ішінде молекулалардың көбеюінен осмостық қысым күшейеді, клетка ішінде заттардың молекулалары неғұрлым көп болса, осмостық қысымның нәтижесінде, клетка сыртқы ортадан суды соғұрлым көп сіңіреді – ол клетканың жарылуына әкеп соғуы мүмкін. рРНҚ рибосоманың құрамына құрылыс материалы болып кіреді, сонымен қатар ол рибосома құрамында иРНҚ мен әрекеттеседі. тРНҚ өте жақсы зерттелген. Молекуласы құрамының 10% сирек кездесетін нуклеотидтер екені дәлелденіп отыр. Оның тізбегі бірнеше жерінен күрт иіліп, бөліктері бір- бірімен жанасқан кезде төрт жерден қос тізбекті спираль түзеді. Сонын нәтижесінде тРНҚ молекуласы жоңышқа жапырағы тәрізденеді. тРНҚ белок синтезі кезіңде рибосомаға жеке амин қышқылдарын тасушы болып табылады. Клетка ішіндегі ең басты үрдіс - ақуыз синтезі десек иРНҚ, рРНҚ және тРНҚ сол үрдіске тікелей қатысатын маңызды молекулалар. жүктеу/скачать 3,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|