Молекулалық биология дәрістер жиынтығы Кіріспе
жүктеу/скачать 0,87 Mb.
|
molekulalyk biologiya alpamysova gulzhayna
| Нуклеопротеидтер
Әр клетканың екі бөліктен — цитоплазма мен ядродан тұратыны белгілі. Клетка ядросының ішінде ұзын да жіп-жіңішке, тыныштық күйде әрең-әрең көрінетін зат тар — хроматин жіпшелері кішкентай таяқшаларға —хромосомаларға айналады. Хромосомалардың саны, пішіні мен мөлшері ағзаның әр түрі үшін тұрақты. Хромосома - ДНҚ мен белоктан құралған күрделі жүйе, хромосома белоктары гистондар мен гистон емес қышқыл белок болып келеді. Бұл белоктар хромосома құрылымын қалыпта ұстап тұру үшін қажет. Хромосомаларда дәлірек айтқанда, ДНҚ құрамында гендер бар. Гендер ағзаның өзіне ғана тән тұқым қуалайтын белгілерін анықтайды. Еркектің сперматозоиды клеткасы мен ұрғашының аналық клеткасы қосылып ұрықтанған клеткада (зиготада) ата мен анадан келген ген саны бірдей және жаңа ағзаның одан әрі дамып-жетілуі осы генге байланысты. Көптеген эксперименттік деректерге қарағанда ДНҚ мен РНҚ молекулалары біртұтас ұзын тізбектерден тұратыңдығы анықталды. Дезоксирибонуклеин қышқылы жіп тәрізді ирек-ирек болып құралған екі талшықтан тұрады, ол ядро хромосомдарының ішінде орналасады. Ал рибонуклеин қышқылдары жіп тәрізді ирек-ирек болып құралған бір ғана талшықтан тұрады. Олардың кішкенелігі сонша тек электрон микроскопы арқылы ғана көрінеді. ДНҚ нағыз ядролық қышқылдар, дегенмен оны ғалымдар кейінгі жылдары өсімдіктердің пластидтерінен және жануарлардың митохондрияларынан да тапты, бірақ Д Н Қ негізінде ядроларда ғана көптеп кездеседі. Д Н Қ құрылымы жағынан химиядағы белгілі қосылыстардың бірде-біріне ұқсамайтын, өте бір ерекше зат. Химиялық тұрғыдан қарағанда ДНҚ-ның әрбір тізбегі — полимер, оның мономерлері нуклеотид деп аталатын заттар. РП Қ болса, клетканың цитоплазмасының кез-келген болік жерінде кездесе береді. Нуклеин қышкылдарынң молекуласы тізбектерінің кеңістіктегі орны мен түрін анықтаудың зор маңызы бар. Өйткені, кез-келген тірі клеткалардағы биологиялық процестерде басты рөлді атқаратын осы нуклеин қышқылдарының активтік әрекеті жөне молекулаларының кеңістіктегі орнына байланысты. Олай болса, нуклеин қышқылдары молекуласы тізбектерінің кеңістіктегі ор-наласу заңдылығын білу, тіршілік процестерінің механизмін (тетігін) ашуға сөзсіз көмектеседі. ДНҚ құрамына азоттық негіздер аденин, гуанин, цитозин және тимин кіреді. Бұлардан өзге ДНҚ құрамында шағын мөлшерде 5-метилцитозин жәнё т.б. минорлық негіздер бар. Азоттық негіздер, дезоксирибоза және фосфор қышқылы үшеуі 4 дезоксирибонуклеотид түзеді, бүлар ДНҚ-ның мономерлі тізбегі болып табылады. Осы арада жануарлардағы және өсімдіктердегі ДНҚ құрамы бірдей ме? деген занды сұрақ туады. Э.Чаргаффтың тыңғылықты негізде жүргізген зерттеулері мынаны көрсетті: жануарлар мен микроорганизмдердің әр түрінің ДНҚ құрамындағы пурин негіздері мен пиримидин негіздерінің саны әр түрлі екен. Бұл жағдай ДНҚ құрамының өр түрдің өзіне тән ерекшелігі болатынын көрсетеді. Әр түрлі ағзалардағы, органдар мен ұлпалардағы ДНҚ-ның химиялық құрамын зерттеу кезінде мынадай маңызды жағдайды анықтады: барлық ДНҚ молекуласында аденин молінің саны тимин молінің санына тең де, цитозин мөлшері гуанин мөлшеріне тең екен. Бұл айтылған мынадай өрнекпен беріледі: А=Т, Ц=Г немесе А:Т=І және Ц:Г=І. Осы айтылғандардан мынадай қорытынды шығады: қандай ағзанікі екеніне қарамай, кез-келген ДНҚ кұрамына кіретін пурин негіздерінің қосындысы пиримидин негіздерінің қосындысына тең: А+Г=Т+Ц Э. Чаргафф жүргізген тамаша зерттеулер ДНҚ молекуласы құрылымының ғылыми теориясын жасауға негіз болды. ДНҚ құрамындағы азоттық негіздердің молі тең екендігін Э. Чаргаффтан кейін іле-шала кеңес ғалымы академик А. Н. Белозерскийдің жөне оның шәкірті ака-демик А. С. Спириннің зерттеулері толық дәлелдеді. Бактериялар, фагтар жөне вирустардың ДНҚ-сының м.м. 106-109дальтон аралығында. Жануарлар мен жоғары сатыдағы өсімдіктер ядросындағы ДНҚ м.м. анағұрлым көп, 1010-1011. Клеткадағы ДНҚ саны үнемі тұрақты, сүтқоректі жануарлар клеткасындағы ДНҚ массасы 6 пг. ДНҚ құрамына негізінен алты түрлі зат қана кіргенімен \4 азоттық негіз, дезоксирибоза және фосфор қышқылы\, оның молекулалық құрылымы өте күрделі. Бір нуклеотидтің дезоксирибозасы және екінші нуклеотидтің фосфаты көмегімен нуклеотидтер өзара байланысып жалғасады да, ұзын полинуклеотидтік тізбек түзеді. Осындай тізбектегі нуклеотидтердің орналасу тәртібін ДНҚ-ның бірінші реттік құрылымы деп атайды. Нуклеотидтер арасында фосфодиэфирлік байланыстар түзілуге 3'-және 5'-жағдайдағы пентоза қалдығының гидроксил топтары қатысады. XX ғасырда биологияның (тек биологияның ғана емес) аса үздік жаңалығы ДНҚ құрылымының анықталуы еді. ДНҚ-ның құрылымын 1953 жылы жас биохимиктер Дж.Уотсон мен Ф.Крик анықтады. Олардың теориясы бойынша, ДНҚ молекуласы кецістікте параллель орналасқан қос қабат спиральға ұқсайды. Бұл ДНҚ молекуласының екінші реттік құрылымы. Екі полинуклеотид тізбек өзара бұранда сияқты жалғасып, азотты негіз арқылы байланысқан. Азотты негіздер спиральдің ішіне орналасқан, ал пентозды-фосфорлы қалдықтар ДНҚ молекуласының сыртқы жағына қарай бағытталған. Қосқабат спиральдағы азотты негіздер қабысуы өте ерекше екен: бір тізбектегі аденинге екінші тізбектегі тимин, ал гуанинге цитозин қарсы тұратындығы ерекше маңызы бар екенін атап айту керек. Спиральдағы азотты негіздердің былай орналасуы ДНҚ тізбегідегі сәйкестік-үйлесімділік (комплементарлық) деп аталады және ол тірі материяда генетикалық қасиеттердің сақталуында, ұрпақтан-ұрпаққа берілуінде ерекше маңызды қызмет атқарады (16-сурет). Қосқабат спиральді азотты негіздердің арасындағы сутектік байланыс және гидрофобтық әрекеттесулер біріктіріп, ұстап тұрады. Мұнда аденин мен екі сутектік байланыс түзеді, ал гуанин мен цитозин үш сутектік байланыс түзеді. Хромосомдағы ДНҚ-ның қосқабат спиралі белоктармен көбінесе иондық байланыс арқылы жалғасқан. Мұндай комплекстің үшінші реттік құрылымы бар. Хромосомадағы гистондар аргинин мен лизинге бай келеді. Гистондардың сілтілік қасиеті бар. Хромосомалардың гистон емес белоктарының қышқылдық қасиеті бар. Оңдай белоктар өте көп, жүзден асады. Хромосоманың құрылысын басқаратын актин мен миозин, РНҚ, ДНҚ синтезі үшін қажетті әртүрлі ферменттер осындай белоктарға жатады. А. ДНҚ-ның кеңістіктегі моделі. Атомдар негізі үлкен шар түрінде, дезоксирибофосфаттың атомдары жалда кішкентай шариктер сияқты көрсетілген. Мұндағы ең кішкентай шариктер-көміртегі атомдары, қара түстілері - оттегінің атомдары, ал ақ түсті шариктер - фосфор атомдары. Б. Қос ленталы спиралдардан пентозофосфатты тізбектерді, ал горизонтальді орналасқандарынан бір-бірімен сутекті байланыстармен ілініскен комплементарлық негіздерді байқауға болады. В. Қос спиральдің жоғарыдан көрінісі. Үлкен және кіші оралым иіндері көрсетілген. Дж.Уотсон мен Ф. Криктің моделі бойынша ДНҚ молекуласы бір оське бағытталған оралым тәрізді оңға қарай айнала оралған екі тізбек (қос оралым) болып келеді. Тізбектер түзілгенде, бір нуклеотидтің фосфор қышқылының қалдығы келесісінің дезоксирибозасымен ковалентті түрде байланысады, яғни фосфот көпіршесі арқылы. Екі тізбек азоттық негіздер арқылы қосақтала алады. Сол себептен қос тізбекті оралымның ішіне азот негіздері орналасады, ал көмірсу мен фосфат топтары оралымның сыртына орналасады. Бір тізбектің негіздері сутектік байланыстар арқылы екінші тізбектің негіздерімен байланысқан. Бұл сутектік байланыс бірін-бірі толықтырып тұратын комплементарлық принцип бойынша қалыптасады: А(А) тек Тиминмен (Т), ал Цитозин (С) тек Гуанинмен (О). Қосқабат спиральдің диаметрі 2 нм, көрші орналасқан негіздер жұбының арасы 0,34 нм. Мұнда спиральдің бір айналымына 10 негіз келеді, демек спиральдің бір қадамы 3,4 нм. ДНҚ молекуласының ұзындығы оның қандай ағзанікі екендігіне байланысты. Мысалы, вирустардың ДНҚ-сы бірнеше мың нуклеотидтерден, бактериялардікі бірнеше миллион нуклеотидтерден, жоғары сатыдағы ағзалардікі миллиардтаған нуклеотидтерден құралады. Жануарлардың тек бір клеткасындағы ДНҚ молекуласының ұзындығы бірнеше см.ДНҚ-ның орасан зор молекуласында 100000 жұп органикалық негіздер болып ұзындығы5,2—103см-гежетеді. А.Кернстің мәліметтері бойынша ішек таяқшасы бактериясындағы ДНҚ моле-куласының ұзындығы 1 мм-ге дерлік, оның молекулалық массасы 2—109-ға тең болған. Адам клеткасындағы ДНҚ молекулаларының жалпы ұзындығы 1—3 мм, тығыз түйіншек тәрізденіп ядрода орналаскан. Профессор Э.Чаргаффтың (1947,1952 ж.ж) жүргізген зерттеулері бойынша ДНҚ молекуласындағы пуриндік және пиримидиндік негіздердің арасында сандық сәйкестіліктің бар екенін аңғарамыз. Түйісетін нуклеотидтердің орналасуында маңызды заңдылық бар: ДНҚ молекулаларында адениннің мольдік мөлшері гуаниннің мольдік мөлшеріне тең — А:Г=1 ДНҚ молекулаларындағы гуаниннің мольдік мөлшері цитозиннің мольдық мөлшеріне тең — Г:Ц=1 Шыққан тегіне байланыссыз әр түрлі ДНҚ-ның молекуласындағы пурин негіздерінің қосындысы пиримидин негіздерінің қосындысына тең А+Г\Т+Ц=1 ДНҚ молекуласындағы пурин және пиримидин негіздеріндегі 6 амин тобының саны 6 кето тобының санына тең. 1962 ж. А.Н.Белозерский және А.С.Спирин нуклеотидтік құрамдардың айырмашылығын сипаттау үшін ерекшелік коэффициенті деген ұғымды енгізді. Бұл ерекшелік коэффициенті ДНҚ молекуласындағы Г+Ц/ А+Т ара қатысын бейнелейді. Мысалы, жануарларда және өсімдіктерде ДНҚ-ның АТ — типтік құрылысы басым болып келеді - Г+Ц/А+Т<1. Микробтарда бұл коэффициент күшті айқындалған (мәнерленген) АТ — типтен (Г+Ц/А+Т=0, 45) күшті айқындалған ГЦ — типке (Г+Ц/А+Т=2,57) өзгереді. ДНҚ-ның негізгі биологиялық қызметі белок синтезделгенде оның құрамын реттеу және тұқым қуалайтын белгілерді ұрпақтан-ұрпаққа жеткізу. Ағзалар клеткалардың бөлінуі нәтижесінде өсіп жетіледі. Клеткалардың бөлінуі кезінде ДНҚ молекуласы да қосарланады. Бұл кезде ДНҚ-ның қосқабат спиралі жазылып, сутектік байланыстардың үзілу нәтижесінде сәйкестік — үйлесімдік (комплементарлық) тізбек ажы-райды. Сөйтіп, жеке тізбектер пайда болады. Спираль жазылу дәрежесіне қарай әр жеке тізбектің айналасында өзіне сәйкес нуклеотидтерден бірінші тізбекке үйлесімді де, сәйкес екінші жаңа тізбек түзіледі. Бүл екеуі айнала бұралып, қайтадан қосқабат тізбек түзеді. Осылайша, алғашқы (аналық) ДНҚ молекуласы өзіндей екі молекула құрайды, ол молекулалардың, құрамы да, құрылымы да дәл алғашқы молекуланікіндей болады. Жаңадан пайда болған жас ДНҚ молекуласы нуклеотидтердің бір ескі тізбегінен және бір жаңа тізбегінен тұрады. ДНҚ молекуласының екі еселеніп өсуі репликация деп аталады. ДНҚ молекуласының осылай репликациялану механизмі арқасында бір ағзаның барлық клеткасының генетикалық мазмұны өзгеріссіз сақталады және гендер де біршама тұрақты. Бір клеткадан екінші клеткаға, бір ұрпақтан екінші ұрпаққа генетикалық қасиеттердің (информацияның) автоматты түрде дәл берілуіне репликация процесі негіз болады. In vivo тәжірибесі ДНҚ молекуласында жаңа тізбектің биосинтезі барлық дезоксирибонуклеозидтрифосфаттар (дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ) бар кезде және ДНҚ - полимераза, эндонуклеаза, ДНҚ — лигаза ферменттерінің қатысуымен жүретінін керсетті. Төменде ДНҚ молекуласының жаңа тізбегінің түзілуі жалпы түрде берілген (мұндағы ДНҚ-ның шағын мөлшері синтезді тездететін уыт қызметін атқарады): ДНҚ-ның екі тізбегін бір-бірінен ажыратуға болады. Ерітіндідегі ДНҚ молекуласын 1000 С температурада қайнатса оның тізбектері бір-бірінен ажыратады, яғни олардың арасындағы сутектік байланыстар үзеді. Мұны денатурация ( «денатурация» - табиғи формасын жоғалту) деп атайды. Құрамында ДНҚ бар ерініндіні қайтанып орырады. Ал оны баяу суытса , ол тізбектер қайтадан бір-бірімен жұптасып бастапқы қос тізбекті спираль түрінде келеді. Жайлап суытқан кезде тізбектерге сәйкес негіздері біәрін-бірі біртіндеп тауып, қайтадан сутектік 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 құрайды. Яғни, Г мен Ц –нің арасындағы байланыс А мен Т-нің арасындағы байланысқа қарағанда әлдеқайда берік. Егер ДНҚ тізбектерінде Гмен Ц-нің мөлшері көп болса ондай молекуланың тізбектері тез ажырай қоймайды, ол үшін температураны неғұрлым жоғарлату керек, ал А мен Тжұбы көп болса, оның тізбектері төменгі тмпературада ажырай бастады. Мысалы, өте ыстық ортада өмір сүр алатын термофильдік микроорганиздердің ДНҚ молекуласында Г-Ц жұбының мөлшері жоғары болады. Әр түрлі организмдерден алынған ДНҚ-лардың бір-бірімен қаншалықты ұқсас екенін неме се бір организнен бөлініп алынған ДНҚфрагментіне (мысалы ,геннің ) ұқсас ДНҚбөлігі басқа организмде бар жоғын молекулалық г ибридизация әдісі арқылы зертеуге болады. Ол жаңағы айтылған днқ-ның денатурациялануына негізделген. Мысалы, өсімдіктен аса маңызды ДНҚфрагментін (айталық генді) бөліп алдық делік. Енді сондай фрагментінің (үзіндінің) жануар ДНҚ-сынан қажетті фрагменті бөліп алады. Ал жануарлардан кәдімгі түрдегі ( радиоактивті емес) ДНҚ-сын бөліп алып, оны шағын фрагментерге дейін арнаулы фер менттермен үзіп, жеке тіізбектерге бөледі. Осындай жануар ДНҚ-сының фраг ментін түгелдей арнайы матрицалға (үлгілерге ) жалғастырады. Содан соң матрица түйіршіктері арқылы өсімдіктің радиактивті фрагментін өткізеді. Егер жануардың матрицаға біріккен фрагменттердің ішінде құрамы өсімдіктікімен толық ұқсас түрі болса, онда ол өсімдік ДНҚ-сының фрагментімен қоса тізбек құрып бірігеді. Яғни радиоактивті фрагмент матрицада қалып қояды, ал радиактивті өсімдік фрагменті матрицада қалмаса, оған сәйкес келетін фрагменттің жануар ДНҚ-сында болмағаны. Осылай әр түрлі организдерден алынған ұқсас ДНҚ бөлшктерінің бір-бірімен қос тізбек құруын молекулалық гибридизация деп атайды. Осы жолмен ДНҚ мен РНҚ тізбектерініңдегі ұқсас бөліктерін анықтауға болады. Бақылау сұрақтары: 1. ДНҚ-ның І-реттік құрылымы 2. Әртүрлі ағзалаардағы ДНҚ-ның құрамы 3. ДНҚ-ның қос спиральді құрылымының маңызы 4. ДНҚ полиморфизмі қандай? 5. ДНҚ А-, В- және Z – түрлері қандай? жүктеу/скачать 0,87 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|