Молекулалық биология дәрістер жиынтығы Кіріспе
жүктеу/скачать 0,87 Mb.
|
molekulalyk biologiya alpamysova gulzhayna
| Дәріс жоспары:
Молекулалық биология пәнінің мақсаты мен міндеттері. Молекулалық биологияның зерттеу әдістері және объектілері. Молекулалық биологияның тарихы және даму этаптары. Молекулалық биологияның биология ғылымдары арасындағы ролі мен орны. 1. Молекулалық биология-тіршілік белгілері мен олардың негізгі қасиеттерін молекулалық деңгейде зерттейді. Молекулалық биологияның негізгі зерттеу бағыттары- 1) клеткалардың генетикалық аппараттарының құрылымдық-функционалдық ұйымдасуы мен тұқым қуалау информациясының жүзеге асу механизмдерін (молекулалық генетика) вирустардың клеткалармен өзара әсерлесуінің молекулалық механизмдерін (молекулалық вирусология), ағзаның иммундық реакцияларының заңдылықтарын зерттеу (молекулалық иммунология), ағзаның жеке дамуындағы әр түрлі сапалы клеткалар мен маманданған клеткалардың пайда болуын (дамудың молекулалық биологиясы) зерттейді. Молекулалық биологияның практикалық маңызы-ауыл шаруашылығында (бағытталған және бақыланатын жануарлар мен өсімдіктердің тұқым қуалау аппараттарындағы өзгерістер, жоғарғы өнімді сорттарды, үйтұқымдарды шығару), микробиологиялық өндірісте (биологиялық белсенді компоненттер мен ақуыздардың бактериалды синтезі), молекулалық биология медицинаның көптеген бөлімдерінің теориялық негізі болып табылады (вирусология, иммунология және т.б. Молекулалық биологияның алдында тұрған міндеттері- қатерлі ісіктердің молекулалық негіздерін анықтау мәселесі, тұқым қуалайтын аурулардың алдын-алу, катализдің, гормондардың, улы және дәрілік заттардың молекулалық әсерін анықтау, естің механизмдерін, жүйке процесстерінің табиғатын тану. Жануарлардығ генетикалық аппаратын бағытталған түрде өзгертуге мүмкіндік беретін гендік инженерияның дамуының маңызы зор. Молекулалық биология биохимия, юиофизика, биоорганикалық химиямен бірігіп әдетте-физико-химиялық биология бағытын құрайды. Молекулалық биологияның негізгі зерттеу объектілері-вирустар, соның ішінде бактериофагтар, клеткалар және субклеткалық структуралар (ядролар, митохондриялар, рибосомалар, хромосомалар, клеткалық мембраналар), сонымен қатар макромолекулалар (ақуыздар, нуклеин қышқылдары) болып табылады. Молекулалық биологияның маңызды жетістіктеріне-кейбір ақуыздардың құрылымын анықтау және олардың құрлысы мен қызметінің байланысын тағайындау, нуклеин қышқылдары мен рибосомалардың құрылымы мен биологиялық механизмін анықтау, генетикалық кодты Ашу, кері транскрипциясының ашылуы мен нуклеин қышқылының биосинитезінің негізгі кезеңдерінің механизмдерін зерттеу, вирустардың құрылысын және олардың репликациясының механизмдерін Ашу, генетикалық инженерияның және геннің синтезінің әдістерін Ашу, орыс ғалымдары биополимерлердің матрицалық синтезінің принциптерін анықтау, жоғары сатыдағы өсімдіктерде ДНҚ-ның болатындығы дәлелдеуі 2. Клеткаларды зерттеу үшін көптеген микроскопия әдістерін қолдануға болады. Фазалық-контрастық, интерференциялық, қара негізді, оптикаларды қолдана отырып жарық микроскоптарының көмегімен тірі клеткаларды бақылауға болады. Өлген клткаларды әр түрлі бояулармен және клетканың белгілі бір компоненттерімен байланысатын арнайы реактивтрмен бояп зерттеуге болады. Жарық өткізетін электрондық микроскоп клеткаларды одан да жоғары деңгейде зерттеуге мүмкіндік береді: клетка органллаларының мембраналардың, ақуыз филаменттерінің орналасуын бақылауға болады. Клеткада немесе клетка бетінде арнайы макромолекулаларды жинақтау үшін электронды тығыз белгі енгізетін реактивтерді пайдалануға болады. Клетка мембранасының ішкі құрылысын анықтау үшін мұздатып-қатыру әдісін, ал клетка бетінің контурын үш өлшемді кеңістікте зерттеу үшін сканерлі микроскоптар қолданылады. Жарық өткізетін электрондық микроскопты сондай-ақ ауыр металдармен боялған жеке макромолекулалардың пішінің зертту үшін де қолдануға болады. Бірақ молекуладағы әрбір атомның орналасуын тек молекулалар ірі кристалдар түзгенде ғана анықтауға болады. Бұл жағдайда рентген сәулелерін шоғы кристалл арқылы өтеді де алынған рентгеннограмманың негізінде кристалда түзген молкулалардағы атомдардың үш кеңістікті өлшемде орналасуы есептеледі. Өсімдіктер мен жануарлардың көптеген клеткалары белгілі бір құрамда қоректік орта болғанда табақшада өсуге, дамуға қабілетті. Клеткалардың әр түрлі типтері әр түрлі қоректік заттарды, соның ішінде бірнеше ақуыздық өсу факторларын қажет етеді. Жануар клеткаларының көпшілігі белгілі бір шекті бөлінудн соң тіршілігін жояды, бірақ кейде клетка дақылында спонтанды түрде шексіз ұзақ уақыт бөлінуге қабілетті клетка варианттары пайда болады. Олардан- бір бастапқы клеткадан пайда болған клондарды алуға болады. Осылай бір ақуыз бойынша мутанттық клеткаларды бөліп алуға болады. Клеткалардың әр түрлі екі типінің қосылуынан гетерокариондар (2 ядросы бар клетка) алуға болды, ал одан ең соңында гибридтік клетка (ядролары бірігіп кеткен клеткалар) түзіледі. Гибридтік клеткаларды екі әр түрлі клеткалардың компоненттері арасындағы өзара әсерін зерттеуде қолдануға болады. Сонымен қатар бұл әдіс белгілі бір геннің нақты қай хромосомада орналасқаның анықтауға да мүмкіндік береді. Микроскоп клеткалар мен ұлпалардағы органеллалар мен макромолекулалар агрегаттарырының өзара орналасуын анықтауға мүмкіндік береді. Арнайы бояу әдістерін қолдана отырып клеткада белгілі бір молекулларды шоғырландыруға болады. Бірақ молекулалық деңгейд зерттеу үшін биохимиялық анализ жасау керек. Ал бұл үшін клетканы бұзу керек. әдетте белгілі бір типті клеткаларды бөліп алатын бастапқы материал ретінде эмбоирондық ұлпа не жанадан туылған жануарлар ұлпаларының клеткалары алынады. Осындай тазартылған клеткалар немесе гомогенді клетка дақылдарын ультрацентрифугалау арқылы клетканың құрам бөліктерін бөліп алып, биохимиялық анализде қолданады. Фракцияланған клеткалық экстракттарды күрделі клетка ішілік процестерді зерттеуде клеткасыз жүйе ретінде пайдаланылады. Бағаналы хроматография жолымен клеткалық экстракттарды көптеген белоктарды тазартуға болады. Бағаналы хроматографияда қолданылатын матрикстер зерттеліп отырған ақуыздардың биологиялық белсенділігіне сақтай отырып олардың молекулалық массасы, заряды бойынша бөліп алуға мүмкіндік береді.мұнда алдымен ақуызды кіші пептидтерге ыдыратып, кейін сезімтал автоматтандырылған әдістердің көмегімен пептидтердегі амин қышқылдарының кезектесуін анықтайды. Клетка ішілік макромолекулаларды зерттеу үшін молекулалардың барлық қасиеттерін –физикалық, химиялық, биологиялық пайдалануға болады. Биологиялық қасиеттерінде олардың оптикалық қасиеттері сонымен қатар биохимиялық белсенділігі бойынша анықтайды. Клеткадағы молекулаларды зерттеуің 2 әдісі бар: 1-радиоактивті изотоптарды қолдану әдісі: 2-антиденелерді қолдану әдісі. Екі әдісті де күрделі қоспадағы егілі бір молекуланы анықтауда қолдануға болады. Клеткадағы кез-келген молекуланы белгілеуге болады. Оларға бір немесе бірнеше радиоактивті атомдар енгізеді. Тұрақсыз радиоктивті атомдар ыдырай отырып сәуле шығарады. Бұл зерттеліп отырған молекулалардың тағдырын бақылауға мүмкіндік береді. Антиденелер-блгілі бір биологиялық макромолкулаларды шоғырландырудың қолайлы және сезімтал әдісі болып табылады. Омыртқалы жапуарлардың денесінде миллиондаған әр түрлі антиднелер түзіледі. Гибрид әдісінің көмегімен моноклональды антиденелер алуға болады. Клеткадағы кез-келген макромолекулаға қарсы моноклональды антиденелер алуға болады. Рекомбинанттық ДНҚ технологиясы клетканы зерттеуде төңкеріс жасады. Қазіргі кезде рестрриктуалаушы нуклеазаларды пайдалана отырып, клетка ДНҚ-ның кез-келген бөлігін кесп алуға клондауға және осы гентикалық материалды шексіз мөлшерде алуға модан соң оның кезектесуін күніне бірнеше жүздеген нуклеотидке дейін анықтауға болады. Нуклеин қышқылдарының гибридизациясы әдісін қолдана отырып клеткасыз жүйеде клондалған ДНҚ-молекулаларына сәйкес и-РНҚ молекулаларын анықтауға, бөліп алуға және трансляциялауға болады. Рекомбинантты ДНҚ технологясының мүмкіндіктері жоғары. Шексіз мөлшерде тсүт қоректілердің ақуыз синтездейтін бактериялар немесе ашытқылар жасалуы мүмкін. Бұл ақуыздың структурасы мен функциясын анализдеуге немесе медициналық мақсатта қолданылатын ақуыздар алуға мүмкіндік береді. ДНҚ клондау табиғаты кез-келгн ДНҚ фрагментін плазмидаға немесе бактериофагке енгізіп, осы генетикалық элементің бактерия немесе ашытқы клеткаларында көбейтуге мүмкіндік беретін әдіс. Клон қажетті клеткалардың үлкен популяциясы; плазмида-клондау векторы. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы көптеген әдістердің жиынтығы. Ескі, жаңа басқа пәндерден алынған әдістер микроорганизмдер генетикасынан алынған әдістер. Ең негізгі әдістер: ДНҚ-ны арнайы рестриктуралаушы нуклеазалармен ыдырату. Нуклин қышқылдарының гибридизациясы. Ол нуклеин қышқылының өзара комплементарлы бөліктерге байланыса отырып жоғары дәлдікпен ДНҚ мен РНҚ-ның нуклеотидтік кезектесуін анықтауға мүмкіндік береді. Белгілі бір ДНҚ фрагменттерін жылдам реакцияланатын генетикалық элементтерге (плазмида, вирустар) енгізу үшін қолданылатын ДНҚ-ны клондау. Клонданатын ДНҚ фрагментіндегі нуклеотидтердің кезектесуін анықтау. Гендік инженерия- ие клеткасында көбейіп, зат алмасудың соңғы өнімдерін синтездеуге қабілетті генетикалық материалдың жаңа комбинацияларын бағытталған түрде жасаумен айналысатын молекулалық генетиканың бөлімі. Гендік инженерия 1972 жылы, П. Берг лабораториясында алғаш рет рекомбинантты ДНҚ алынғаннан бастап пайда болды. Рек ДНҚ-ның селекциясының 3 жолы бар: генетикалық (маркерлар бойынша, таңдамалы орталардың көмегімен) иммунохимиялық және таңбаланған ДНҚ немесе РНҚ-лы гибридизациялық. Гендік инженерия әдістерінің жедел дамуының нәтижесінде рибосомалық, транспорттық, гистондар, тышқан, қоян, адамның глобиндері, коллаген, овальдбумин, адам инсулины, т .б пптидтік гормондары, адамның интерфероны гендердің клондары алынған. Гендік инженерия негізінде қазіргі биотехнологияның бір бағыты болып табылады. «ДНҚ индустриясы» деп аталатын фармацевтиканың саласы пайда болды. Барлық ағзалар мен оларды құрайтын клеткалардың барлығы эволюциялық жолмен ортақ ата-тек болып табылатын бір клеткадан таралған деп есептеледі. Эволюцияның екі негізгі процесі бұл: ағзаның өзінің ұрпақтарына беретін генетикалық ақпаратының кездейсоқ вариациялары тіршілігін сақтау мен көбеюді қамтамасыз ететін генетикалық ақпараттың сұрыпталуы Эволюциялық теория биолоияның негізгі принципі болып табылады. Тірі клеткалар жер бетінде 3,5 млрд жыл бұрын молекулалардың спонтанды агрегациясы нәтижесінде пайда болды. Біздің қазіргі кездегі ағзалар мен олардың молекулаларының құрамы, бірінші клетканың пайда болуының төмендегідей 3 алғы шарты болды деп есептеуге мүмкіндік берді: комплементарлық негіздердің жұптасу жолымен өздігінен репликациялануға қабілетті полимерлер пайда болады. соның көмегімен РНК ақуыз синтезін бағыттайтын механизм түзілуі керек. өздігінен репликациялануға қабілетті РНК мен ақуыз молекулаларының қоспасын шектелген кеңістікте тұйықтаған липидтік мембрана түзілуі қажет еді. Эволюциялық процестің кейінгі сатыларының бірінде тұқым қуалау заты ретінде РНҚ-ны ДНҚ ауыстырды. Жердің пайда болуының бірінші миллиард жылында атмосфра болды ма жоқ па, озон қабаты болды ма, оттегі болды ма жоқ па қандай мөлшерде атмосферада метан мен аммиак болды ма? Амин қышқылдары немесе нуклотидтер түріндегі жай органикалық молекулалар үлкен полимерлер түзе отырып асоциациялануы мүмкін. Полипептидтер-белоктар Полинуклеотидтер-РНҚ және ДНҚ Комплементарлық нуклеотидтердің маманданған жұптасуы тіршіліктің пайда болуында шешуші роль атқарады. Нуклеотидтер кезектесуі-генотип Кеңістікте орналасуы фенотип, яғни генотиптің көрінісі.барлық қазіргі кездегі клеткалар осфолпидтер мен ақуыздардың тұратын, плазмалық мембранамен қоршалған. Мембрналар қалыңдығы 7 мм жуық үшқабатты структурасы бар жапырақша түрінде болады. 3. Тұқым қуалау процестерін молекулалық деңгейде түсіну-зат алмасуға байланысты ауруларды зерттеу нәтижесінде алынған мәліметтердің басталды. 1908 ж. ағылшын дәрігері алкантонурияның тұқым қуалайтының байқады. Яғни зат алмасу процесстерінің де басқа да қазір белгілі фенотиптік белгілер тәрізді тұқым қуалайтыны анықталды. Билл, Татум 1941, 1948 жылдары бір ген-бір фермент гипотезасын ұсынды. Сөйтіп генетика мен биохимияның арасындағы байланыс табылды. Молекулалық биология мен қазіргі биохимия макромолекулаларды зерттеумен айналысады. Олардың қызметін түсіну үшін «әлсіз» байланыстарды білу керек. Бұл байланыстардың көмегімен клеткалар мен молекула үстілік комплекстердің компоненттерін біріктіріп ұстап тұрады және олардың өзіндік ерекшелігі макромолекулалардың матрицалық қызметі үшін жауапты. Молкулалық генетика бірнеше даму сатысын өтіп, жинақталған көптеген ғылыми нәтижелер қазір классикалық болып табылады. 1950-60 жылдарда гендік материалдың құрылысы белгілі болды. Генетикалық ақпараттың ДНҚ-ның сызықтық нуклеотидтік кезектесуінде екендігі дәлелденді. Уотсон мен Криктің моделі ДНҚ-ның репликациясы қалай жүзеге асатынын көрсетті. Информацияның ДНҚ-дан РНҚ-ға- одан әрі ақуызға қарай жүретіні анықталды., генетикалық код табылды. Молекулалық генетиканың даму нәтижесінде молекулалық биология мен клеткалық биология пайда болды. Эмбрионалдық дамуды молекулалық деңгейде зерттеу басталды. Бөліну негізінде әр түрлі гендердің кезектесіп қосылатыны көрсетілді. Осыған байланысты қазіргі уақытта да қанағаттанарлық шешімі әлі табылмаған сұрақ туды: гендердің белсенділігі қалай реттеледі. Бақылау сұрақтары: Молекулалық биология пәнінің мақсаттары мен міндеттері қандай? Молекулалық биологияның зерттеу әдістері және объектілері? Молекулалық биологияның даму тарихы және даму этаптары? Фазалық контрастық зерттеу әдістері? Молекулалық биологияның биология ғылымдары арасындағы рөлі қандай? жүктеу/скачать 0,87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|