Молекулалық биология дәрістер жиынтығы Кіріспе
Дәріс 12. Вирустар-молекулалық биологияның негізгі зрттеу объектісі
жүктеу/скачать 0,87 Mb.
|
molekulalyk biologiya alpamysova gulzhayna
| Дәріс 12. Вирустар-молекулалық биологияның негізгі зрттеу объектісі
Дәріс жоспары: ДНҚ бар вирустар геномының репликациясы және трансляциясы РНҚ бар вирустар геномының репликациясы және трансляциясы Бактериялардың мобильді генетикалық элементтері және плазмидтер Нонобиология жетістіктері Адамның көзі ең алғаш бактерияларды көргеннен бері үш ғасыр өтті. Ал микробиологияның өз алдына дербес ғылым болып бөлінуі үшін тағы екі жүз жыл қажет болды. Аса ұсақ тіршілік иелеріне биохимия, биофизика, микробиологиямен қатар, генетика да ерекше көңіл бөліп отыр. Молекулалық биология молекулалардың өзара қарым-қатынасын зерттеу үшін вирустар мен бактериялардың өте жақсы модель болып табылатынын анықталды. Кейбір вирусардан және бактериофагтардан басқа барлық микробтар бір клеткалы организмдер болып табылады. Егер жануарлар мен өсімдіктердің басым көпшілігі көп клеткалы организмдер болса микробтар әлемі әдетте бір клткалы болып келеді. Бактериялар, ашытқылар кейбір микросаңырауқұлақтар қарапайым организмдер және көптегенбалдырлар-осылардың бәрі микроорганизмдер әлемінің бір клеткалы өкілі- прокариоттар деп аталады. Олардың клеткасының дамуы ең қарапайым эукариоттардан да жоғары сатыдағылар төмен ұйымдасқан. Микроорганизмдерде митоз да мейоз да болмайды, ал клетка құрылысында ешқандай құбылысы жоқ. Электрондық микрофотографияларда прокариоттар клеткасының екі түрлі құрылымдық бөліктен тұратынын көруге болады. Олар цитоплазма, нуклеоплазма немесе нуклеоид. Цитоплазмамен нуклеоплазма арасында мембрана болмайды. Бактерияла өт тез көбейеді. Мысалы, оның аналық клеткасы әр 20 минут сайын екі жас клеткаға бөлінеді. №аз уақыттың ішінде олардан миллиондаған ұрпақ алуға болады. Сонымен қатар хромосомалар жиынтығы, гаплоидты түрде болғандықтан олар әрі гаметаның әр дербес организм міндетін қоса атқарады. Міне, осының бәрі вирустар мен бактерияларды геннің нәзік құрылымын зерттеуде табылмайтын генетикалық объект ретінде қодануға мүмкіндік береді. Генетикалық зерттеулерді қолданылатын классикалық объектілерге бактериялардан ішек таяқшасы туыстас бактериялар, нейроспора, ал вирустардың ішінде осы аталған бактерияларды зақымдандыратын, бактериофагтар мен темекі теңбілінің вирусы. Бұлардың қызметін генетиктер 40-жылдардан ғана бастап пайдаланды. 1944 жылдан 1952 жылға дейін бактерияларда генетикалық материалдың қосылуын және рекомбинациясын тудыратын үш маңызды процестер ашылды, олар трансформация, конъюгация және трансдукция. Бактериялар мен вирустардың генетикалық ерекшелігі, құрылысы және өсіп-өнуі Кейбір вирустардан және бактериофагтардан басқа барлық микробтар бір клеткалы жорганизмдр №болып табылады. Сөйтіп, микробтар жайында да олардың аталық-аналығы, ұрпағы жөнінде айтуға болады. Өсімдіктер, жануарлар және микроорганизмдердің бәріне бірдей ортақ өте маңызды белгі-олардың клеткалық құрылысы. Клетка дгеніміз тірі материяның ең ұсақ және өзіне лайықты белгілі орта жағдайында өз бетімен тіршілік ете алатын бөлігі. Микробтар әлемінде жеке клеткалардың қозғалыс, зат алмасу, көбею, сыртқы әсерге жауп беру сияқты негізгі тіршілік әрекеттерін дрбес түрде атқара алу қабілеті бар екендігі жайлы көптеген фактілерді кездестіруге болады. Орташа бактериялар клеткасының ұзындығы миллиметрдің мыңнан бір бөлігіндей ғана болады. Сондықтан олар үшін өлшем бірлігінің өте ұсақ түрін: микрометр (мкм) немесе миллиметрдің мыңнан бір бөлігін, нанометрді (нм) миллиметрдің миллиондық бөлігін пайдаланады. Ал электрондық микроскоппен жұмыс істеген кезде бұлардан да ұсақ өлшемді ангстрем (А) немесе миллиметрдің он миллиондық бөлігін қолданады. Бұларда барлық басқа клеткалар сияқты протоплазмасы бар, ол цитоплазма мен ядродан құралған. Цитоплазманың өзі цитоплазмалық мембранамен қоршаулы болады, мембрананың сырт жағы клетка қабығымен түйіседі, клетка пішіні осы клетка қабығына байланысты болады. Бактерия клеткасына пенициллинмен әсер еткен кезде әдетте оның клетка қабығының құрылысы өзгереді де цитоплазмалық жұқа мембрана ғана қалады. Клетка қабығының қорғаныш қызмет атқаратыны 1-ші тараудан №белгілі, сонымен бірге ол әр түрлі бактериялардың өздеріне ғана тән тұрақты пішін береді. Егер бактерия таяқшасының қабығынан оның ішіндегі затын бөліп ажыратса, онда протопласт таяқша пішінінен айырылады да шар пішіндес болып қалады. Бұл бірақ өзінің барлық тіршілік қызметін сақтап қалады. Вирустар мен фагтар бактерияларда, өсімдіктер мен жануарларда паразиттік тіршілік ететін клеткасыз формалар болып табылады. Оларда хромосомалық рөлін ДНҚ немесе РНҚ молекуласы атқарады. Бактериялар аралық орын алады. Вирустарға қарағанда бактериялар едәуір күрделі құрылымды келеді, бірақ олардың ядросы цитоплазмадан бөлінбеген, ал хромосоманың қызметін мұнда да ДНҚ жіпшелері атқарады. Клетка ұршық түзбестен бөлінеді. Алайда микроорганизмдерде молекулалық генетиканың объектісі болатын жалпы ерекшеліктері бар. Тіршілік циклінің қысқалығы негізгі ерекшелігі болып табылады. Мысалы, көптеген бактериофагтарда, вирустар мен бактерияларда бір бөлінуден екінші бөлінуг дейінгі уақыт 20-30 минут, саңырауқұлақтарда 1-2 сағат, ал хлорелла балдырында 1 тәулік болады. Олардың мұндай ерекшелігі қысқа мерзім ішінде орасан көп ұрпақ алуды қамтамасыз етеді. Микроорганизмдердің келесі ерекшелігі - өте жылдам көбейетіндігі – бір мезгілде орсан көп мөлшерде особьтар алуға болады. Бұл миллионға біреу және одан сирек кездесетін генетикалық құбылыстарды (мутацияларды) табуға мүмкіндік береді. Көптеген микроорганизмдерде көбеюдің екі әдісінің болуы-үшінші ерекшелік. Бұл жынысты жолмен көбею барысында рекомбинациялар алуға, ал жыныссыз көбеюде мейоздан соң гаплофазада тікелей рекомбинация өнімдерін зерттеуге мүмкіндік туғызады. Мұнын бәрі генетикалық талдаудың шешуші қабілетін айтарлықтай арттырады. Вирустардың сипаттамасы. Өзінің көлеміне қарай вирустың бөлшектері ең кішкене тірі клткалар мен химиялық қосылысардың ірі молекулалары арасынан орын алады. Бактериофагтар формасының ерекшелігімен көзге түседі. Клеткаға шабуыл жасағанда өзінің құйрық тәрізді қосалқысымен жанасады. Вирустардың белок пен нуклеин қышқылының тұратыны дәлелденген. Нуклеин қышқылдарының екі типі табылды. Бірқатар вирустарда тек қана РНҚ басқа біреулерінде тек қана ДНҚ. Тіршілік құбылысы қандай деген сұраққа биологтар былай жауап қайтарады. Әрбір тірі организмнің өзіне тән формасы, шамасы, ішкі және сыртқы қасиеті болады. Органдардың бейімделуі осыларға байланысты. Тірі организмге қозғалыс, сыртқы тітіркеніске әсерлену, өсу, зат алмасу процесі, өсіп-көбею қабілеттілігі сияқты аса маңызды ерекшелік тән. Өсіп-көбею арқылы тұқым қуалау өзгерісі болады. Осы тұрғыдан вирустарды алып қарап бұл жәндіктердің тірі, не тірі еместігін түсінуге әрекет жасап көрелік. Химиктерде олар кристалға айналуға қабілетті ірі молекулалар. Олардың тірі организмдрге тән белгілер бар, өсіп-көбейе алады және соңғы уақытта дәлелденгендей тұқым қуалау өзгерістеріне ұшырайды. Вирустардың тек қана белгілі бір формасы мен мөлшері ғана емесе, сонымен бірге белок пен нуклеин қышқылының белгілі бір құрылысын байқатататын ішкі қасиеті де болады. Дегенмен клеткалармен салыстырғанда ол анағұрлым қарапайым. Сондай-ақ ең ірі вирустар мен ең ұсақ бактериялардың арасында көлемі жағынан бірқатар айырмашылық бар. Сонымен вирустар жанды зат па, әлде жансыз ба? Америка биохимигі У.М.Стэнли бұл сұраққа былай деп жауап қайтарды: Олар жанды ма, не жансыз ба-бұл жөнінд қойылған сұраққа шын мәнінде қанағаттанарлық жауап ала алмастан шексіз таласуға болады. Бір жағынан алғанда вирустар тірі организмдерге, екінші жағынан-әдеттегі химиялық молекулаларға ұқсас, бірақ біріншіден де сондай-ақ екіншіден де айырмашылығы бар. Олардың екі жақтылық бейнесі жән біздің толық зерттеуімізге боларлық бір сыдырғы қарапайым құрылымы, бізге бір жағынан өсіп-көбеюге қабілетті химиялық молекулалар тұрғысынан қарастыруға мүмкіндік береді. Сөйтіп біз басқа да барлық тірі организмдерде өтіп жататын өсіп-көбею процесінің химиялық мәнін түсінуге жуықтап келеміз. Вирустардың аса ірі молекулаларының сонымен қабат тірі материяның ең кішкене формасының бір ғана жалпы ерекшелік белгісі бар: олардың бәрі де тірі организмдер клеткаларында тіршілік ететін жәндік болып табылады. Вирустардың, бактериялар паразиттерінің ішінен бактериофагтардың бірнеше типтері белгілі. Темекі теңбілінің вирусы өзге вирустардан гөрі мұқият зерттелген. Бактериофагтың әрекеті. Вирустың клеткаға қалай өтетіні және онда бүлдіру өзгерістерін қалай жүргізетіні жөніндегі мәліметтер алғаш рет бактерифагтарға-ішек бактериясының жауларына бақылау жүргізілген кезде алынды. Электрондық микроскоппен бактериофагының сыртқы құрылымының сырын ашуға жәрдем тигізді. Фаг бөлшегінің басы болады, ол екі жағнан қақпақшалары бар алты қырлы призма тәрізді. Басынан ұзынша келгн құйрық қосалқысы кетеді, оның ұшында жіп тәрізді бірнеше аяқшалар бар. Қосалқысының каналы оны баспен жалғастырады және сол каналда ДНҚ-ң макромолекуласы болады. Фаг қабығының қалған бөлігі белоктық жаратылысқа жатады. Бірқатар жағдайларда бактериофагтар микроб клеткасында пайда болғанда, клетканың құрып кетуі міндет емес, фагтың ДНҚ-сы клеткаға енеді, бірақ ешнәрсе болмағандай, клтка бұрынғысынша тіршілік ете береді. Зақымданған бактерия былай қарағанда ешбір кедергісіз өс беріп, қолайлы жағдайларда екі жаңа клеткаға бөлінежді. Бірақ оның қасиеттерінде өзгерістер болады. Бактерия белгілі бір типтегі фагтарға төзімділік көрсетеді. Осының өзі оның клеткасында фаг ДНҚ-ның болатындығында бірдн бір куә болып табылады. Өзінің хромосома құрамында профаг кіретін бактерия клеткаларын лизогенді, ал бактерия мен профаг ДНҚ-ның бірігіп тіршілік етуін лизогения деп атайды. Лизогенді деп аталатыны себебі, белгілі бір кезеңде белгісіз себептен миллиард клткадан 2-3 клетка өзінің меймандотық көрсеткені үшін күтпеген жерден жазасын тартып құрып кетеді. Кейбір клеткалар бактериофагтардың шабуылына шыдайды. Бірақ алғашқы соққыға төзген бұл «талапқорлар» өзгеріп, жаңа қасиеттерге ие болады және олардың келесі ұрпақтарға ауыстырылады. Бұл құбылысты алғашқы рт 1952 жылы байқаған Дж. Ледеберг оны былай түсіндірді: Фагтың ДНҚ-сы лизогенді бактерияға енгеннен кейін фагтар әдттегідей өсіп-көбеймейді және клеткалар да құрылмайды. Бұл жағдайда фагтың ДНҚ-сы клетканың хромосомасындағы бактериялық ДНҚ-ға жалғасады. Осы клетка кі туынды клеткаға бөліне бастағанда, хромосома бөлініп, фагтың саны екі есе көбейеді және оның жартысы жаңа хромосомалардың әрқайсысына түседі. Сөйтіп, клеткалар одан әрі бөлінген сайын фагтың ДНҚ-сы әрбір туындының ішінде фагтың ДНҚ-сы хромосомадан босап, қарқынды күйде өсіп-көбейетіндері де болады. Ал клетка құрып кетеді. Олардың кейбіреулеріндегі фагтың ДНҚ-сы клеткалы хромосомасының бір бөлшегін өзінен бірге алып кетіп, фагтың жаңадан пайда болған бөлшектерінде өз ДНҚ-нан басқа бактериялық хромосоманың «кішкене бір кесегі» болады. Мұндай фаг басқа да бейімделгіш клеткамен кездескенде, фагтың ДНҚ-мен бірге оған бактериялық ДНҚ-ның бөлшегі түседі және олар бірлесіп жаңа клетка иенің формасына жалғасады. Бөтен хромосоманың фрагменті осы клетканың хромосомасымен араласып соңғы жаңа гендермен толығады. Сырттай қарағанда бұл клетканың әйтеуір бір жаңадан қасиетке ие болғаны байқалады. Айталық, бөтен ген бұған дейін «толыққан» клетка түзе алмаған заттың жинақталуын анықтаса, онда бұл қабылеттілікті оның өзі ғана емес, сонымен бірге оның ұрпағы да алады. Тұқым қуалаушылық өзгерістің мұндай формасын Ледеберг трансдукция деп атады. Бақылау сұрақтары: ДНҚ бар вирустар геномының репликациясы және трансляциясы қандай? РНҚ бар вирустар геномының репликациясы және трансляциясы қандай? Бактериялардың мобильді генетикалық элементтері және плазмидтер қандай? Нонобиология жетістіктері қандай? жүктеу/скачать 0,87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|