1-дәріс. Генетика тұқымқуалаушылық және өзгергіштік ғылымы

2. Организнің бисексуалдығы. Жынысты анықтаудың баланстық (теңгерімдік) теориясы.

3. Жыныспен тіркескен белгілердің тұқым қуалауы.

4. Жыныспен шектеулі және жынысқа тәуелді белгілірдің тұқым қуалауы. Голандрлық тұқым қуалау.

5. Жынысты реттеу проблемасы. Жынысты ерте анықтау

1. 
   Жыныстың анықталуы және тұқым қуалауы. Жыныстар арақатынасы.
   

Жыныс детерминациясы үш түрге бөлінеді:

1. 
   эпигамдық - жыныс өсіп даму кезінде жіктеледі;
   
2. 
   прогамдық – ата-ана гаметогенезі кезінде;
   
3. 
   сингамдық – ата-ана гаметалары қосылғанда
   

Жануарларда хромосомалардың бір ғана жұбында айырмашылық байқалады, олар жыныс немесе гетерохромосомалар, кейде гоносомалар деп аталады. Ұрғашы және еркек жыныстардағы басқа бірдей хромосомалар аутосома деп аталады. ХХ – бірдей жыныс хромосомалары жыныс гомогаметалы деп аталады, өйткені ол гаметаның бір ғана сортын береді. ХУ – гетерогаметалы. Құста, көблекте және балықта ZZ – еркек, гетерогаметалы – ZW – ұрғашы жынысты болып келеді.

Гапло-диплоидты деп аталатын жынысты анықтаудың мүлде басқа механизмі ара мен құмырсқада кеңінен таралған. Бұл насекомдардың жыныс хромосомасы жоқ: ұрғашы (патша), және жұмысшы аралар – диплоидты дарақтар (2n = 32), ал еркек аралар (трутеньдер) – гаплоидты (n = 16). Аналық ара ұрықтанған жұмыртқалардан дамиды, ал ұрықтанбаған жұмыртқалардан жалқау ара – трутень дамиды (партенегенез). Сонымен трутеньдердің әкесі жоқ, дегенмен шешелері жағынан аталары бар. Ұрықтанған аналық жыныс клеткадан не көбеюге қабілетті ірі «аналық», не стерильді жұмысшы ара дамуы мүмкін (бұл личинканың әр түрлі қоректену жағдайына байланысты).

Сүт қоректілер Құстар, көбелектер

Р ♀ХХ х ♂ХУ Р ♀ ZW х ♂ ZZ

Гаметалар Х Х У Гаметалар Z W Z

F₁ ♀ХХ ♂ХУ F₁ ♀ ZW ♂ ZZ

Схемада көрсетілгендей аналық және аталық ұрпақтар сан жағынан бірдей (1:1) деуге болады. Шынында да жануарларда еркек: ұрғашы 1:1, бірақ бұл жағдай түрдің бір жынысы гомогаметалы, екіншіші гетерогаметалы болатын организмдерде кездеседі. Бал арасы мен оған жақын насекомдарда жыныстар арақатынасы тең емес.

Жыныстардың арақатынасы тең деп санағанмен, үй жануарларының басым көпшілігінде еркек жыныс байқалады. Бұны ғалымдар У сперматозоидтың Х қарағанда жеңіл, әрі тезірек қозғалғыш қасиетімен түсіндіреді.

Сүтқоректілердің ұрғашы жынысының тіршілік қабілеттілігі еркектермен салыстырғанда жоғары. Бұның нәтижесінде жыныстар арақатынасы ұрғашы жынысқа қарай ауытқиды. Ұрғашы жыныстың тіршілік қабілеттілігінің еркектен артықшылығының себебі толық белгісіз. Оның бірі болып жыныспен тіркескен гендердің зиянды әсері еркек жыныста жиі кездесуі саналады.

Адамдарда жыныстар арақатынасын талдау, оның әр түрлі себептермен өзгеретінің көрсетеді. Алғашқы тумалардың және егіздерге қарағанда жалғыз тумалардың арасында арақатынас ұл бала жағына ауытқиды.

Жыныс хромосоманың жынысты анықтау механизмін қарастырайық. Ұрықтың бастапқы даму стадиясында аналық та, аталық та емес көбею органдарының бастамалары – гонодалар пайда болады. Бұлардан не дамитыны жыныс хромосомаларға байланысты. Гетерогаметалы дарақ гонадаларының дифференциясы ерекше белок – НУ антигеннің әсерімен жүреді. Жыныс көптеген гендер әсері арқылы дамитын күрделі полигенді белгі.

Жыныс организмнің басқа белгілері сияқты, тек жыныс хромосомдарының гендерімен ғана емес, сонымен қатар аутосомдағы көптеген гендердің әсерімен анықталады және оның дамуы сыртқы ортаның әсеріне де байланысты. Осыған байланысты, көптеген ғылыми деректер организмнің бисексуальдық немесе қосжыныстылық қасиеті бар екендігін дәлелдеді.

1919 жылы К.Бриджес жынысты анықтаудың теңгерімдік (баланстық) теориясын ұсынды. Бұл теория бойынша жрозофиланың жынысы Х хромосома саны мен аутосома (А) жиынтығы арасындағы арақатынаспен анықталады (Х:А). Егер Х:А = 1 болса қалыпты ұрғашы, Х:А = 0,5 болса, қалыпты еркек дамиды. Егер бұл арақатынас өзгерсе, артынан ұрпақ қалдыра алмайтын организмдер дамиды (гермафратидтер, асқындар және т.б.).

Организмнің интерсексуалдығын ірі қарада кездесетін фримартинизм құбылысынан көруге болады. Егіз ұрғашы бұзаулардың 90-95% жыныс органдарының қалыпты дамуының бұзылуына байланысты өсе келе ұрпақ бермейді. Мұндай фримартин деп аталатын бұзауларда өз жынысының белгілерімен қатар, еркек жыныстың белгілері, яғни гермафрадитизм дамиды. Фримартинизм себебі:

1) гормондық теория – еркек бұзаудың гормоны – тестостерон ерте пайда болады да, шумен байланысқан егіздердің ортақ қан тамырлары арқылы (анастомоз) егіздердің ұрғашысына еніп, оның жыныстық дамуын бұзады;

2) клеткалы теория. Тамырлардың ортақ анастомозы арқылы ұрғашы бұзауға серігінің НУ клеткалары енеді де, ұрғашы бұзаудың әдеттегідей дамуы бұзылады.

Жыныс дифференциация үрдісі ішкі секреция жүйесінің қызметімен тығыз байланысты, сондықтан жыныстың даму жолы гормондардың әсерімен (әсіресе жыныс бездерінің) анықталады. Жалпы алғанда, гормондардың синтезделу дәрежесін гендер бақылайды. М.М.Завадовский жыныс безі жоқ тауық сыртқы белгілері жағынан әтешке айналады. Бұл үрдіс кері де бола алады. Кейбір жануарлар жынысының анықталуы сыртқы ортаға байланысты (Мысалы теңіз құрты бонелие)
3. Жыныспен тіркескен белгілердің тұқым қуалауы.

Х және У немесе Z және W жыныс хромосомдарында тек белгілі бір жыныстың дамуын бақылайтын гендер ғана емес, сондай-ақ организмнің көптеген басқа белгілерін де анықтайтын гендер бар. Гендері жыныс хромосомаларында орналасқан белгілер жыныспен тіркескен белгілер (ж.т.б.) деп аталады.

Т.Морган ж.т.б. тұқым қуалау құбылысын дрозофила шыбыны көз түсінің ұрпаққа тұқым қуалауын реципрокты будандастыру нәтижесін зерттеу барысында ашты. Реципрокты будандастыру дегеніміз генотипі әр түрлі дарақтарды екі бағытта шағылыстыру. Ақ көзді еркек дрозофиланы қызыл көзді гомозиготалы (жабайы тип) ұрғашылармен шағылыстырғанда F₁ түгелдей қызыл көзді болды, F₂ – 3 қызыл: 1 ақ (яғни Мендель заңы). Алайда F₂ - жынысы бойынша ұрғашылыры түгел қызыл, еркектері – жартысы қызыл, жартысы ақ көзді болды. Керісінше ақ көзді ұрғашыны қызыл көзді еркекпен шағылыстырғанда F₁ барлық еркек шыбындары ақ көзді, барлық ұрғашылары қызыл көзді болды. Мұнда шешесінің белгісі еркек ұрпаққа, әкесінікі ұрғашы ұрпаққа берілді. Белгілердің осылай беру әдісі айқас немесе крисс-кросс тұқым қуалау деп аталады. F₂ ұрпақтың жартысы ақ көзді, жартысы қызыл көзді және белгінің екі жынысқа таралуы бірдей болды.

Морган осы нәтижеге сүйене отырып:

1) көз түсінің гені Х хромосомада орналасады;

Аналық шыбынның Х хромосомасы келесі ұрпаққа кездейсоқ берілсе, аталық шыбынның Х хромосомасы тек ұрғашы ұрпаққа тұқым қуалайды. Сондықтан Х хромосомада орналасқан гендер анықтайтын белгілер айқас тұқым қуалайды. Хромосомдар диплоидты болғанымен гетерогаметалы еркек жыныста ген жалғыз күйде болады. Мұндай генотипі бар организм гемизиготалы деп аталады.

Ұрғашы Х хромосомасының екеуі де гетерохроматин бөліктерінен құралғандықтан олардың активтілігі еркектің жалғыз Х хромосомасының (негізінен эухроматин бөлігінен құралған) генетикалық активтілігімен шамалас болады. Сүтқореқтілерде дозалық компенсация клеткада Х хроматин түзілуі арқылы қамтамасыз етіледі. Қос Х хромосоманың бірі гетерохроматинді түзіліске айналып, Барр түйіршігін түзеді (кейін 2 Х хромосоманың біреуі генетикалық активтілігінен айырылып қалады).
4. Жыныспен шектеулі және жынысқа тәуелді белгілірдің тұқым қуалауы. Голандрлық тұқым қуалау.

Бір ғана жыныста дамитын белгілер жыныспен шектелген деп аталады. Мысалы, құстың жұмыртқалағыштығы мен сүтқоректі жануар сүттілігің гендері екі жыныста да болғанымен, аталған белгілер тек ұрғашыда байқалады. Осындай полигенді белгілердің гендері кез келген жұп хромосомада орналасуы мүмкін. Жыныспен шектелген гендердің белгілердің гендері көбінесе аутосомада орналасады, сондықтан олардың тұқым қуалауы Мендельдің заңына сәйкес келеді. Ата-аналық формалар мұндай белгілердің гендерін ұрпаққа тең дәрежеде береді. Мысалы, селекцияда бұқаның ұрғашы ұрпағының сүттілігіне, қораздың балапанының жұмыртқалағыштығына тигізетін әсерін бағалау бұрыннан жүргізіледі. Төлдегіштік – ұрғашыға тән қасиет, бірақ оның ұрпақта байқалуы және даму дәрежесі, шешесінен және әкесінен алған төлдегіштік гендерінің әсерлесуіне тікелей байланысты.

Аутосомада орналасқан кейбір гендердің фенотипте байқалуы жынысқа байланысты, олар жынысқа тәуелді белгілер деп аталады. Бұған мысал ретінде қойдың мүйізділігінің тұқым қуалауын алуға болады. Мүйізділік гені бойынша гетерозиготалы еркек қой – мүйізді, генотипі дәл осындай ұрғашы – мүйізсіз. Бұдан, белгілі бір геннің гетерозиготалық жағдайында еркекте доминантты, ал ұрғашыда рецессивті екенін көреміз. Айшир сиыр тұқымы жүнінің түсі де жынысқа тәуелді екені анықталды. Бірдей гетерозиготалы генотиптің фенотипте көрінуі жынысқа байланысты: ерке бұзаудың түсі қызыл-қоңыр, әрі ақ болса, ұрғашы бұзаудың түсі – қызыл-ақ.

У хромосома арқылы белгілердің әкесінен ұлына берілуі голандрлық тұқым қуалау деп аталады. Соңғы мәлеметтер бойынша еркек жыныстың дамуы У хромосомадағы гистосәйкестілік антигені НУ-генінің жұмысына байланысты. НУ- генінен басқа адамның У хромосомасында ең аз дегенде тағы да екі ген бар, олардың біреуі геннің дифференциациялануына қажет, ал екіншісі тіс көлеміне әсер етеді.

Мал шаруашылығында жыныс арақатынасын бір бағытта реттеу техникасын меңгерудуң үлкен практикалық мәні бар. Сүт өндіру үшін ұрғашы бұзаулардың, ет өндіруде еркек бұзаулардың көьірек туылғаны тиімді. Жұмыртқа құс шаруашылығында ұрғашы шөжелер, ал құс етін өндіруде еркек шөжелер алу пайдалы. Осыған байланысты көптеген ғалымдар мал түлектерінде жыныс арақатынасын қолдан реттеу проблемасымен шұғылдануда. Осы бағытта бірнеше тәжірибе жүргізілді, алайда олардың ешқайсысы белгілі кемшіліктерге байланысты әлі де практикада қолданылмай отыр.

Мал ұрпағының жынысы гетерогаметалы аталыққы байланысты болғандықтан, ғалымдар олардың сперматозоидтарын Х және У хромосомалы фракцияға бөлу әдістерін іздестіруде. Осы мақсатта әр түрлі әдістер қолданылуда: электрофорез, седментайиялау (тұндыру), центрифугалау, фильтрлеу (сүзу), иммунологиялық және т.б.

Жынысты қолдан ретеу проблемасын Б.Астауров тұт көбелегінде жасанды партеногенез әдісі арқылы толық шешті. Тұт көбелегінің ұрықтанбаған жұмыртқасына t^o әсер етіп, мейоздың редукциялық бөлінуі тоқтатылады: нәтижесінде ZW жыныс хромосомалы диплоидты жұмыртқалар түзіледі. Мұндай жұмыртқалар әрі қарай партеногенез арқылы дамып, тек ұрғашыға айналады. Бұл гиногенез әдісі деп аталады. Еркек жұлдызқұрт алу үшін андрогенез әдісі қолданылады. Мұнда қыздыру мен радиация әсерімен жұмыртқа ядросындағы ZW хромосома жойылады, ары қарай жұмыртқаға Z хромосомалы 2 сперматозоид енеді де, ZZ зигота дамиды.

Жынысты ерте анықтау.

Еркек алтын шашақ х ұрғашы күміс F₁ сары шібилер, ақшыл-жасыл қораздар. Англияда Пеннет тауықтың қамбар тұқымын шығарған. Бұл тұқымның балапандарының әтештері ақшыл, шібилері – қара.Жынысты ерте анықтаудың тағы бір генетикалық жолы – жыныспен тіркескен кейьір белгілердің тұқым қуалау ерекшеліктерін пайдалану. Ген Z хромосомада орналасқан жағдайда, доминантты гетерогаметалы еркек жынысты рецессивті гомогаметалы ұрғашымен шағылыстырғанда байқалатын белгілердің айқас тұқым қуалауы тауық балапандары мен тұт көьелегінің жұлдызқұрттарының жынысын ерте анықтау үшін практикада қолданылады. Мысалы, балапанның жынысы 1,5-2 айдан кейін ғана біліне бастайды. А.С.Серебровский балапанның жынысын ерте анықтау үшін хромосомада орналасқан қауырсандыру гендерін (А-кеш қауырсындану, а- ерте қауырсындану) пайдалануға болатындығын көрсетті. Кеш қауырсынданатын 8-еүндік балапанның құйрығында тек мамық қана, ал ерте қауырсынданатын балапанның құйрығында кішкене қауырсынды құйрық пайда болады. Кеш қауырсындандыру гені бойынша гемизиготалы тауық қауырсыны ерте дамыған балапаннан өрбіп өскен қоразбен шағылыстырғанда 8-күндік балапанның құйрығында тек мамық болса, оның ұрғашы болғаны, олай болмаса (құйрығы қауырсынды болса), мұндай балапан еркек жынысты деп есептелінеді. Балапандарды осылайша жынысына қарай бөлудің дәлдігі 95%-ға жетеді.

1. 
   Геннің құрылысы туралы теория. Геннің негізгі міндеттері.
   

Х.Резерфордтың атом құрылысын ашуы адамзатқа шексіз энергия көзін берсе, Уотсон-Криктің ДНҚ құрылысының ашуы организмге жаңа қасиет бере алатын ген инженериясының әдісін ашты.

Тiрi организмдер табиғи қасиеттерi мен белгілерін ұрпақтан ұрпаққа беріп отыратынын адам баласы ертеден байқаған. XXIII ғасырдың барысында немiс зоологы А.Вейсман жыныс клеткаларында болатын ерекше заттар-тұқым қуалаушылықтың негізі болуы керек деп,оның құпиясын клеткалардағы молекулалардан iздеу туралы дурыс ұсыныс жасаған едi. Генетика тұқым қуалаушылықтың материалдық негізі ең алдымен хромосомалар болатынын сенімді түрде көрсетіп берді. Құрамында гендері бар хромосомалар өз көшірмесін қалдыратын қатар түзеді.Тіршілікке тән үздіксіз көбею,өсіп-өну қасиет осы хромосомаларға байланысты.

Хромосомалардың өз көшірмесін қалдыратыны жөніндегі үлгіні 1928 жылы Н.К.Кольцов ұсынған. Ол “Omnis molecula e molecula”-әрбір молекула молекуладан деген жорамал айтқан. Бұл постулат бойынша клеткадағы макромалекулалар:белоктар және нуклеин қышқылдары матрицалық (көшірмелік) принциппен көбеюге тиіс. Хромосоманың құрылысы күрделі. Оның құрамына ақыздар (гистон тәрізді және гистон тәрізді емес), липидтер, екі валенті металдар катиондары т.с.с.кіреді. 1940 жылдың басына дейін хромосомалардың генетикалық қызметін көп зерттеушілер тек қана белокпен байланысты деп есептеген. Н.К.Кольцовтың айтуынша, “ДНҚ сияқты”қарапайым молекула“соншама күрделі қызмет атқарады” деп мойындау өте қиын еді. Бірақ кейініректе барлық өсімдіктерде, жануарларда, микроорганизмдерде, көпшілік вирустарда генетикалық материал – ДНҚ екені анықталды.

Ген – тұқым қуалаушылық фактор, оның негізгі өлшем бірлігі, арнаулы функциясы бар биологиялық жүйе. Жоғары сатыдағы организмдерде ДНҚ-ның белгілі бөлігі, вирустарда РНҚ бөлігі, хромосоманың белгілі локусында орналасады. Генотип – организмдегі барлық гендерінің жинағы. әр генде 1500-ге дейін нуклеотидтер болады және белгілі ақуыздың, ферменттің синтезіне жауапты болады. Олардың жасалуын бақылап гендер организмның барлық химиялық реакцияларын бақылап отырады. Осы себептен белгілердің пайда болуына әсер етеді.

Негізгі қасиеттері:

• 
  тұрақтылығы (ұрпақтар қатарында өзгермеуі);
  
• 
  мутациялар беруі (организмнің өзгергіштігінің негізі).
  

• 
  ген сыртқы және ішкі қозғаушы күштердің әсерінен өзгеріп, бірнеше
  

• 
  гендер хромосомның бойында тізбектеліп тиісті локустарға шоғырланған;
  
• 
  ген хромосомдағы ДНҚ-ның бойында өзіне тиісті тұрақты орынға орналасқан.
  

атқарады:

• 
  сыртқы және ішкі күштердің әсерлерінен өзгеріп мутацияға апарып соғады;
  
• 
  алмасу үрдістеріне қатысады. Осы орталықтар мутон, рекон, цистрон, сайт деп аталады. Мутон, рекон гендегі болатын мутацияның орны, сайт бір нуклеотидтің мутацияға ұшыраған орны.
  

Ген хромосомдағы ДНҚ нуклеотидтерінің тізбегінде тұрақты орынға ие, өзіне сәйкес ұзындығы, басы және соңы бар. Гендердің арасы арнаулы қоспалармен бөлінеді де жеке гендердің өз сапаларын сақтауға мүмкіндік жасайды.

Д. Уотсон клеткадағы ең басты үдерістің өрнегін былай жазып көрсеткен еді: ДНҚ – РНҚ – ақуыз. Ақуыз молекуларын өндіруге амин қышқылдары, а-РНҚ, т-РНҚ қажет. Ақуыз биосинтезі рибосомада өтеді.

Ген – ДНҚ-ның бөлігі –онда, белгілі бір жүйелікпен орналасқан амин қышқылдары, полипептидтік тізхбектерді синтездеуге арналған ақпараты болады, алайда ген қалыпты қызмет атқару үшін нуклеотидтердің белгілі бір жүйесі – промоторы және геннің аяқталуын білдіретін терминаторы болуы тиіс. Әр геннің алдында 40-50 нуклеотидтен тұратын тізбекті промотор деп атайды. Промотордың ішінде РНҚ-полимераза ферменті болады. Оның 1407 амин қышқылынан түратын ең үлкен глобуласы (формасы) және оған сәйкес геннің бірінші деңгейдегі құрылысы Ю.А. Овчинниковтың басшылығымен толық анықталды. РНҚ тізбегінің одан әрі өсуі ДНҚ-ның терминатор (стоп-сигнал) деп аталатын бөлігінде тоқтатылады. Ген тізбегінің соңында палиндром деген ДНҚ өсіндісі болады. Ол негізінен ГЦ жұбына өте бай.

Жоғары сатыдағы оргагизмдердің а-РНҚ басқа ерекшелігі оларға транскрипциядан кейін ерекше «қалпақ» кигізіледі. Қалпақ деп олтырғанымыз 7-ші көміртегі атомына метил тобы жалғасқан гуанозин. Қалпақ а-РНҚ ыдыратын ферменттерден қорғайды. Сонымен қатар құйрық деп аталатын тек адениннен тұратын тізбек а-РНҚ-ның ұшына поли-А-синтетаза деген ферментті байланысып информосома деген комплекс құрады. Информосоманы ашушылардың бірі Қазақ ССР ғылым академиясының президенті марқұм М.Ә. Айтхожин. Сол жаңалығы үшін ол бір топ ғалымдармен бірге Лениндік сыйлыққа ие болды.

Организмдегі барлық ДНҚ құрамын геном деп атайды. Бактерияның геномының 95% гендер болып табылады – оларда 3000 жуық ген болады. Ал қалған 5% сол гендердің жұмысын реттейтін ДНҚ бөліктерінің үлесі. Адамның геномының құрамында 30 -35 мың ген бар. Дегенмен сонша гендер адам геномының 15% жуығын ғана құрап тұр. Қалғандары интрондар, қайталанып отыратын әр түрлі ДНҚ тізбектері және т.б.

Т. Темин рак тудыратын вирустың өз РНҚ-на сәйкес етіп адам мен жануар клеткасы жаға ДНҚ тізбегін синтездейтіндігі дәлелденді. Жануар клеткасы оны өз геномының құрамына ендіреді. Соның нәтижесінде сау клетка ауру рак клеткасына айналады. Жаңа ДНҚ тізбегі болғандықтан рак клеткалары өз қасиеті мен белгісін қанша бөлінсе де сақтайды.

Басқа рак вирусының түрінен РНҚ-дан ДНҚ синтездейтін фермент табылды. Ол ферменті кері транскриптаза немесе ревертаза деп атайды. Ол фермент ген инженериясының басты құралдарының бірі.

Генетиктер арасында әрбір геннің хромосомада белгілі тұрақты орны болады деген түсінік қалыптасқан. Дегенмен, гендер хромосоманың бір бөлігінен екінші бөлігіне тіптен бір хромосомадан екінші хромосомаға да орын ауыстыра алады екен. Осындай көшпелі гендерді «транспозондар» немесе «мобильді генетикалық элементтер» (МГЭ) деп атайды. Көшпелі гендер сапалы генетикалық өзгерістерге әкеліп соғуы мүмкін. Сондықтан ол ген инженериясында қолданылады.

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.

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.