Умкд. 042-18-22 10/03-2015 2015 ж. №2 басылым
Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар
жүктеу/скачать 6,15 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Әдебиеттер
- Нуклеин қышқылдарының ерекшеліктері
- Нуклеин қышқылдарының маңызы
- Рибонуклеин қышқылы (РНҚ)
- Ақпараттық РНҚ – ң биологиялық рөлі
- РНҚ-ның ДНҚ-дан айырмашылығы.
- Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар
- Трансляцияның 2-ші кезеңі
- Трансляцияның 3-ші кезеңі
- Трансляцияның 4-ші кезеңі
- Трансляцияның 5-ші кезеңі
- Белоктар синтезінің реттелуі.
- Барлық ферменттік белоктардың синтезін реттеуді үш топқа бөлуге болады
- .Белоктардың синтезін тежеу немесе репресибилді жүйелер
- 3. Конституитивті немесе синтезделу жылдамдықтары тұрақты болатын белоктар
- ДНҚ репликациясының барысындағы қателерді түзету (коррекциялау).
- Пайдаланатын құралдар
- Эукариоттарда РНҚ синтезін үш түрлі РНҚ-полимеразалар іске асырады.
- Келесі суреттегі:инициация, элонгация және терминацияның жүру жолы Инициация.
Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар: Нуклеин қышкылдарына сипатама берініз ДНК қандай қызмет атқарады? ДНҚ-ның екі еселенуі (репликациясы) дегеніміз не? Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.7 (негізгі), 7.2.8- 7.2.16 (қосымша) 2 Модуль Нуклеин қышқылдары № 6 дәріс тақырыбы. Нуклеин қышқылдары. РНҚ – ның құрылымы және қызметі, РНҚ – ның тұқымқуалаушылық ақпараттарын тасымалдаудағы рөлі. Дәріс жоспары: РНҚ-ға жалпы мінездеме. РНҚ-ның негізгі класстарының-ақпараттық, рибосомалық және тасымалдаушы, құрылысы мен құрамы. РНҚ қызметі және олардың тұқым қуалаушылық ақпаратын жүзеге асырудағы мәні, физико-химиялық құрамы. Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар Нуклеин қышқылдары тірі клетка ядросының маңызды құрам бөлігі. Табиғатта өте көп тараған. Барлық тірі организмдерде нуклеин қышқылдарынын, дезокси-рибонуклеин (ДНК) және рибонуклеин (РНК) қышқылы деп аталатын екі түрі болады. Олардың химиялық құрамы, структурасы, клеткада орналасуы мен биологиялық ролі жөнінде бір-бірінен айырмашылығы бар. Нуклеин қышқылдарының ерекшеліктері: Белоктар сияқты нуклеин қышқылдары әртүрлі болады. Олардың организмдегі функциясы да әр алуан. Нуклеин қышқылдарының да белоктар сияқты әр түрлі құрылымдары болады. Нуклеин қышқылының бірінші құрылымында мононуклеотидтер белгілі тәртіппен орналасады. Нуклеин қышқылының екінші құрылымы макромолекулалардың кеңістікте қос шиыршық болып орналасуын көрсетеді. Бұл кезде молекулалар арасында және молекула ішінде сутектік байланыс арқылы әрекеттесу болады. Нуклеин қышқылдарының маңызы: Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын клетканың (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары белок биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен дитоплазмада кездеседі. Рибонуклеин қышқылы (РНҚ) — жоғары молекулалық байланыс; нуклеин қышқылдарының типі. Табиғатта кеңінен таралған. РНҚ-ның көмірсу бөлігінде рибоза қанты, ал азотты негіздері ретінде аденин, гуанин, цитозин және урацил болады. Рибонуклеин қышқылдары рибосомалық (рРНҚ), ақпараттық (аРНҚ) және тасымалдаушы (тРНҚ) болып бөлінеді. Рибонуклеин қышқылы тізбегі бірнеше ондаған нуклеотидтерден бірнеше мыңдаған нуклеотидтерге дейін созылатын біржіпшелі полинуклеотидтерден тұрады. Организмде РНҚ белоктармен кешенді байланысқан рибонуклеотидтер түрінде болады. РНҚ генетикалық ақпараттың жүзеге асуы мен белок синтезіне қатысып, барлық тірі организмдерде аса маңызды биологиялық рөл атқарады. Көптеген вирустарда РНҚ-н жалғыз нуклеинді компонент (құраушы) құрайды. Осындай РНҚ вирустарда РНҚ биосинтезімен қатар ДНҚ биосинтезінде де матрица рөлін атқара алады (кері транскриптаза). Бактериялар, өсімдіктер және жануарлар клеткаларында құрылымы, метаболизмі және биол. қызметтері әртүрлі РНҚ типтері кездеседі. Мысалы, рРНҚ рибосоманың құрамына еніп, клеткадағы РНҚ-ның негізгі массасын құрайды және көлемі, құрылымы түрлі организмдерде әр түрлі болады. Клеткада негізінен рРНҚ-да белоктың биосинтезі жүреді; тРНҚ клеткада амин қышқылдары қалдықтарын жалғастырып алып, оны белок синтезі өтіп жатқан жерге тасымалдайды. Әрбір амин қышқылының өзіне сай арнайы тРНҚ (әдетте бірнеше) болады. Барлық тРНҚ жоңышқа жапырағына ұқсас макромолекулалы құрылымға ие. Олардың рибосомаға және аРНҚ-на жабысатын, үш нуклеотидтен тұратын (антикодон) және амин қышқылы қалдығын жалғастыратын аймақтары бар. РНҚ-ның барлық түрлері клеткада ДНІ матрицасында синтезделеді, соның нәтижесінде ДНҚ-ндағы дезоксирибонуклеотидтер тізбегінде комплементарлы рибонуклеотидтер тізбегі құрастырылады, мұны транскрипция процесі деп атайды. Клетка ядросында матриц. РНҚ-ның (мРНҚ) бастамасы болып келетін алып молекулалар табылған, олардың көп бөлігі ядрода ыдырайды да, аз бөлігі цитоплазмаға өтіп, нағыз мРНҚ-ын құрайды. РНҚ-ның сипаттамасы:
Ақпараттық РНҚ – ң биологиялық рөлі. аРНҚ ДНҚ жасаушысының нақты аумағындағы көшірмесі бола тұрып, бір белоктың алғашқы құрылымының ақпаратын сақтайды. 3 нуклеотидтың кезектестігі аРНҚ молекулаларында аминқышқылының нақты түрін кодтайды. Бұл ақпаратты аРНҚ-ның кішігірім жасушасы ядродан ядролық саңылау арқылы өтіп белок синтезделетін орын – рибосомаға жеркізеді. Сондықтан аРНҚ-ны кейде материалдық деп атайды. Генетикалық код 1965-1967жж. Х. Г. Коронмен ашылған. Сол үшін ол Нобель сыйлығының иегері атанған. Тасымалдаушы РНҚ. Белок синтезінде аминқышқылдарын рибосомаға жеткізетін РНҚ-ны тасымалдаушы деп атайды. Бұл кішігірім жасушалар 3 нуклеотидтік кезектестікті – антикодондарды өз шыңында тасымалдайды. Олардың көмегімен тРНҚ комплементарлық принциптері бойынша аРНҚ-ның кодондарына жалғасады. тРНҚ жасушасының қарама – қарсы ұшы аминқышқылдарына жалғасады. Бұнда тек бір нақты, оның антикодондарына сай түрі ғана қатысады. Рибосомалық РНҚ. Рибосомалық РНҚ негізінен ядрошықта синтезделіп, РНҚ жасушаларының 85-90% тұрады. Белоктар комплекісінде олар рибосома құрамына кіреді және белок биосинтезінде аминқышқылдар арасындағы пептидтік байланыс синтезін жүзеге асырады. Басқаша айтқанда, рибосома – бұл мәтіндерді ДНҚ мен РНҚ-ның нуклеотидтік тілінен белоктардың аминқышқылдық тіліне аударатын молекулалық машина. РНҚ-ның ДНҚ-дан айырмашылығы. Мұның құрамында көмірсулы кұрамдас белік ретінде - рибоза, ал азотты негіздер ретінде аденин, гуанин, урацил, цитозин болады (тимин болмайды). РНҚ молекуласының ДНҚ молекуласынан айырмашылығы, оның әрбір молекуласы бір желілі болып келеді. РНҚ жасушалардың ядросында емес, жасуша цитоплазмасында болады. Әрбір тізбек кәдімгі полинуклеотид болып саналады, онда нуклеотидтер фосфор қышқылының қалдықтары арқылы өзара байланысқан. Сол себептен қос тізбекті спиральдың ішінде азот негіздері орналасады. Углевод пен фосфат топтары спиральдың сыртына орналасады.Тізбектер комплементарлы болып келетіндіктен, тізбектердің біріндегі негіздердің орналасу реті әр түрлі болуы мүмкін, бірақ екінші тізбектегі негіздердің орналасу реті бірінші тізбектегі негіздердің орналасу ретіне сәйкес келуі тиіс. Бір тізбектегі аденин екінші тізбектегі тиминмен, гуанин цитозинмен байланысады. Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар: Нуклеин қышкылдары қандай қызмет атқарады? РНК қандай түрлері болады? РНҚ-ның ДНҚ-дан қандай айырмашылығы болады? Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.7 (негізгі), 7.2.8- 7.2.16 (қосымша) 3 Модуль Ақуыз биосинтезі №7 дәріс тақырыбы. Ақуыз биосинтезі. Генетикалық код. Генетикалық кодтың негізгі құрылымы. Кадондар құрылысы. Дәріс жоспары: Трансляция, ақуыздардың жиналуы, модификация. Генетикалық код. Генетикалық кодтың негізгі құрылымы. Кадондар құрылысы. Трансляция аппараты. Тасымалдаушы РНҚ. тРНҚ-ның біріншілік, екіншілік, үшіншілік құрылымы.тРНҚ-ның аминоацил-тРНҚ синтетазаларымен әрекетттесуі. Транскрипция мен трансляция ингибиторлары. Ақуыздардың трансмембраналық тасымалдануы. Трансляцияның жасушадан тыс жүйесі және оларды ақуыз синтезіне қолдану перспективалары.
Белок синтезі - өте күрделі процесс. Белок синтезінің негізінде жатқан молекулалық процестер өте күрделі. Олардың көпшілігі жазылып суреттелгенмен толық мазмұнын, айталық транскрипция, репарация және ДНҚ-ның репликациясы тәрізді түсіндіру әзір мүмкін емес. Мысалы, белок синтезінде РНҚ молекулаларының кез келген бір класы емес, үш класы (иРНҚ, тРНҚ және рРНҚ) қатысады, бірақ неге бұлай болатыны айқын түсінікті емес. Сондықтан белок синтезінің егжей-тегжей негізінен, әліде белгілі бір теорияда жалпыланбаған жалаң факты ретінде қабылдауымыз керек. Белок синтезінің процесінде басты агент ролін тРНҚ молекулалары атқарады. Оларға полимеризацияланбай тұрып, яғни полипептидтерге бірікпей тұрып, амин қышқылдары жалғасады. тРНҚ-ның молекуласына карбоксилдік ұшымен қосыла отырып, амин қышқылдары белсенді түрде энергияға бай түрге айнала ды, ол өз бетімен пептидтік байланыс түзе алады, сөйтіп полипептидтерді синтездеуге мүмкіндік туады. Бұл белсенділік процесі - белок синтезіне қажетті кезең, себебі бос амин қышқылдары полипептидтік тізбекке тікелей жалғаса алмайды. Өсіп келе жатқан полипептидтік тізбекке дәл сол амин қышқылы қосылуы керектігі амин қышқылына байланысты емес, оны тіркеп алған тРНҚ молекуласына тәуелді. Мұны бір ерекше әсем тәжірибенің көмегімен анықтауға мүмкін болды, онда ерекше тРНҚ-ға жалғанған амин қышқылын химиялық әдіспен басқа амин қышқылына (цистеинді аланинге) айналдырған. Кейін мұндай будан молекулалар клеткасыз жүйеде жұмыс істегенде, дұрыс емес амин қышқылы белок тізбегіне сол тРНҚ "қызмет" жасағанда үнемі қосылып отырған. Белоктардың синтезделуі негізінен екі кезеңнен тұрады:
Сонымен бірге онда белоктардың үшінші, төртінші реттік құрылысының кеңістікте орын алуы және олардың клетка метаболизміне тікелей қатынасуына мүмкіндік туады. Осы айтылған әрбір кезеңге қажет өзінің ферменттері, факторлары, индукторларымен тежеушілері болады. Клеткасыз жүйелер тіршілігін зерттеу осы факторларды ашуға мүмкіндік туғызды. Бұл қандай факторлар? 1.Белоктардың синтезі рибосомада жүреді; 2. Белоктардың синтезі үшін қажет энергия АТФ және ГТФ арқылы қамтамасыз етіледі, айта кету керек, бір пептидтік байланыс түзілу үшін 4 макроэргтік қосылыс қажет; 3.20-ға жуық амин қышқылдары; 4.20-дан астам аминоацил - т-РНҚ синтетаза ферменті; 5.20-ға жуық т-РНҚ; 6.Мg2+ ионы, конц 5-8 тМ қажет. Сонымен барлығы 200-ге жуық макромолекулалар, белоктық факторлар қажет: Трансляция - цитоплазмада жүретін кезең. Бұл кезең кезінде тек қана 4 әріптік нуклеотидтік тілдің 20 әріптік аминқьшқылының тілге аударылуы ғана жүріп қоймайды, сонымен қатар аминқышқылдарының белоктық тізбектегі өз орнын табу мәселесі шешіледі. Трансляцияның өзі 5 кезеңнен тұрады.[2] Трансляцияның І-ші кезеңі: амин қышқылдарының активтелуі. Бұл кезеңге қажетті заттар: 20 амин қышқылы, АТФ, Мg2+, 20т-РНҚ, 20 аминоацил -т-РНҚ - синтетаза ферменті. Бұл кезең жиырмадан астам аминоацил - т-РНҚ-синтетаза ферментінің қатысуымен өтеді. Бұлар айрықша талғамдылық көрсететін ферменттер, атап айтқанда осы ферменттің көмегімен амин қышқылы өзіне тән т-РНҚ таныса, т-РНҚ өзіне тән амин қышқылдарын таба алады. Сондықтан бұл ферментті "адаптор" деп те атайды. Аминоацил-т-РНҚ-синтетаза ферменттерінің осындай айрықша қасиет көрсетуіне т-РНҚ-ның құрылысының өзгешілігі жағдай жасайды. Трансляцияның 2-ші кезеңі - полипептидтік тізбектің инициациясы. Бұл кезеңге қажетті компоненттер: и-РНҚ; белок синтезін бастаушы кодон /АУГ/. Бұл кодон барлық жағдайда метионинге немесе формилметионинге тән болады; N -формилметиониннің т-РНҚ-сы; үлкен және кіші суббірліктер; ГТФ; Мg2+-иондары; белок синтезін бастаушы белоктық факторлар, оларды Ғ1, Ғ2, Ғ3 деп белгілейді. Бұл кезеңде белок синтезінің ядролық кезеңінде түзілген, белгілі бір полипептидтің, амин қышқылдың құрамы туралы информациясы бар и-РНҚ рибосоманың кіші суббірлігімен қосылады. Сонан соң бұл и-РНҚ + кіші суббірлік комплексі белок синтезін бастаушы амин қышқылы метионинді тіркеген т-РНҚ мен қосылады. Енді бұл түзілген комплекс рибосоманың үлкен суббірлігімен қосылып, активті, белок синтезін жүргізуге дайын рибосоманы құрайды. Осы активті рибосоманың түзілуіне Ғ1, Ғ2, Ғ3 белоктық факторлар да өз үлесін қосады. Рибосоманың кіші суббірлігі 21 белоктан және 1600 нуклеотид тізбегінен тұратын бір р-РНҚ-нан тұрса, үлкен суббірлік 34 белоктан және 3200 және 120 нуклеотидтік тізбектерден тұратын екі р-РНҚ-дан тұрады. Осы жоғарыда түзілген комплекстердің нәтижесінде үлкен суббірлікте екі центр пайда болады. Оларды: пептидилді, амино-ацилді центрлер деп атайды. Пептидилдік центрде синтезделетін пептид тізбегі орналасса, аминоацилді центрде осы пептидтік тізбектің өсуіне қатысатын аминоацил-т-РНҚ орналасады. Кез келген белоктың синтезі прокариоттарда М- формилметиониннен басталса, эукариоттарда метиониннен басталады. Метиониннің активтелуі де басқа амин қышқылдарының активтелуі сияқты АТФ пен т-РНҚ-ның және метионил - т-РНҚ - синтетаза ферментінің қатысуымен жүреді. Кесте түрінде: Метионин + т - РНҚ + АТФ Е метионил - т-РНҚ + АМФ + Рн Рп Е - метионил - т-РНҚ - синтетаза. Ал прокариоттарда әрі қарай формил тобының қосылу реакциясы жүріп, N -Формилметионин түзеді: Метионил - т-РНҚ+ N10- формил – ТГФҚ___ТГФ + формилметионин - т-РНҚ. Трансляцияның 3-ші кезеңі: элонгация деген атпен белгілі. Бұл кезеңге қажетті заттар: екінші кезеңде түзілген активті рибосома; и-РНҚ-дағы кодондарға сәйкес келетін аминоацил - т-РНҚ; Мg2+; белоктық факторлар; ГТФ; пептидилтрансфераза; транслоказа. Бұл кезеңде амин қышқылдарының біртіндеп бірінен кейін бірінің пептидтік байланыс арқылы орналасуы нәтижесінде полипептидтік тізбектің өсуі байқалады. Рибосоманың и-РНҚ-ның бойымен бір кодонга жылжуы үшін, аминоацил т-РНҚ-ның кодонына сәйкес келіп комплементарлы түрде байланысуы үшін 2 молекула ГТФ-тың гидролизі кезінде бөлінетін энергия жұмсалады. Аминоацил - т-РНҚ и-РНҚ кодонына сәйкес байланысуы. Трансляцияның 4-ші кезеңі - Терминация яғни синтездің бітуі, аяқталу кезеңі, керектізаттар: 1/АТФ; 2/ белок синтезінің біткенін білдіруші и-РНҚ-дағы кодондар; 3/ полипептидтің рибосомадан босап шығуына қажет белоктық факторлар, и-РНҚ-да соңғы амин қышқылын көрсететін кодон біткен соң, мағынасыз, мәнсіз кодондар басталады. Олардың саны үшеу: УАА, УАГ, УГА. Міне осы кодондардың басталуы, полипептидттің синтезінің біткенін хабарлайды. Сонан соң, синтезді бітіруші факторлар /Ғ1, Ғ2/ өздерінің әрекетін бастайды. Бұл факторлар: I/ полипептидтің соңғы т-РНҚ-дан гидролиздік жолмен ыдырап шығуын және т-РНҚ-ның босауын; 2/ соңғы т-РНҚ-ның пептидилдік бөлімнің "бос" күйінде бөлінуін; 3/ рибосоманың 305 жане 505 суббірліктерге диссоциациялануын қамтамасыз етеді. Трансляцияның 5-ші кезеңі - кеңістіктегі полипептидтік тізбектің орналасуы және процессинг. Бұл кезеңде полипептид өзінің кеңістіктегі екінші- , үшінші - реттік құрылысын түзіп, биологиялық активті түріне көшеді. Сонымен қатар бұл кезеңде бірінші амин қышқылы метиониннен және кейбір керек емес амин қышқылдарынан ажырап, кейбір аминқышқылдарының қалдықтары өзіне фосфат, - метил - , карбоксил - , ацетил топтарын қосып алуы мүмкін. Ал кейде белоктар өзіне олигосахаридтер мен коферменттерді қосып, өзінің биологиялық қызметін атқаруға дайын болады. Белоктардың синтезі бір рибосомада өтуі мүмкін немесе бір уақытта бірнеше рибосомада /полисомада/ жүруі мүмкін. Полисома бір и-РНҚ бойында бола алатын рибосомалар тобы /80-ге жуық рибосома/ болуы мүмкін. Мұндай бір и-РНҚ-ның бойындағы информацияны бір уақытта бірнеше рибосоманың көмегімен белок синтезіне қолдану синтездің тез және тиімді өтуіне мүмкіндік тудырады. Бактерияларда транскрипция және трансляция бірімен-бірі ілесіп жүреді, яғни ДНҚ-на тәуелді РНҚ-полимераза и-РНҚ-ның синтезін жүргізіп жатқан кезде, и-РНҚ-ның бір шетінде белок синтезі де басталып жатады. Бактериялардың екінші бір ерекшелігі и-РНҚ-ның тіршілік ету уақыты бірнеше минут қана, сонан соң олар тез нуклеаза ферментінің әсерімен ыдырап кетеді. Белоктардың синтезі көптеген антибиотиктер әсерінен тежеуге ұшырауы мүмкін. Кейбір микроорганизмдер үшін қорғаныш антибиотиктер, басқа организмдер үшін өте улы болып табылады. Мысалы: пурамицин - элонгация кезеңінде әсер етсе, тетрациклин аминоацил - т-РНҚ-ның рибосомадағы аминоацилдік центрімен байланысуына кедергі жасайды; стрептомицин - рибосоманың кіші суббірлігімен қосылып оның қызметін нашарлатады; дифтерия токсині-элонгация факторын тежейді; левомицетин - пептидилтрансфераза ферментінің активтілігін нашарлатады; эритромицин - үлкен суббірлікпен қосылып, транслоказа ферментінің жұмысын тежейді. Белоктар синтезінің реттелуі. Белок синтезінің реттелуі и-РНҚ-ның синтезі және трансляция /яғни белок синтезі/ кезеңінде жүреді. Бұл бағытта аса көп жұмыс істеген француз ғалымдары Жакоб және Моно болды. Бұл ғалымдар осы жұмысы үшін Нобель сыйлығына ие болды. Олар белоктарды синтездеу теориясын оперон теориясы деп атады. Бұл ғалымдардың пікірі бойынша бактерияларда ең кемінде геннің үш түрі болады: I/ оператор гені /0-ген/; 2/ реттеуші ген / R -ген/; 3/ белоктардың бірінші реттік құрылысын анықтайтын құрылымдық ген / S - ген/. ДНҚ молекуласының осы үш ген орналасқан бөлімін оперон деп атайды да, бірімен-бірі тығыз байланысты болады. Реттеуші ген оператор геніне репрессор арқылы әсер етіп отырса, оператор гені құрылымдық генге әсер етеді Барлық ферменттік белоктардың синтезін реттеуді үш топқа бөлуге болады: I/репрессибилді, яғни белоктардың синтезін тежеу; 2/индуцибелді, белок синтезінің жылдамдығын арттыру; 3/ конституитивті немесе кейбір белоктар синтезінің жылдамдығының тұрақты болуы. 1.Белоктардың синтезін тежеу немесе репресибилді жүйелер кебінесе анаболизм реакцияларына қатысатын ферменттердің синтезінде қолданылады. Мұндай жүйелерде құрылымдық гендер / S - гендер/ тұрақты жұмыс істеп тұрады. Реттеуші геннің қатысуымен активсіз белок - репрессор синтезделеді. Енді осы белок - репрессорды активті күйге көшіру үшін корепрессор қажет. Корепресеордың қызметін кейбір кіші молекулалы заттар, реакция нәтижесінде түзілген немесе реакция аралық заттар, гормондар атқара алады. 2. Белок синтезінің жылдамдығын арттыру немесе индуцибелді жүйелер. Бұл жүйе түрінде реттеу катаболизм реакцияларына тән. Мұндай жүйелерде құрылымдық гендер сыртқы орта туғызған жағдайларға тәуелді, яғни клеткаға катаболизм реакцияларына қатысатын ферменттер қажет болғанда ғана жұмыс істейді. Бұл жүйелерде реттеуші геннің қатысуымен синтезделетін белок - репрессор активті болады да, ол оператор генімен комплекс түзеді. Сондықтан оператор гені құрылымдық гендердің жұмысын қамтамасыз етпейді. Бірақ активті белок - репрессордың сыртқы ортадағы клеткаға түскен төменгі молекулалы заттармен қосылыс түзіп активсіз күйге көшетін қасиеті бар. Ол кезде оператор гені белок-репрессордан босап, құрылымдық гендердің жұмысы басталады, яғни и-РНҚ құрылымдық гендердегі сол клеткаға түскен заттардың катаболизмін қамтамасыз ететін ферменттердің бірінші реттік құрылысын жазып алады. Белок синтезінің осы индуцибелді жолмен реттелуі Е. colire жүргізілген тәжірибелер арқылы дәлелденген. Е. coli әдетте тек глюкозамен ғана қоректенеді. Ал егер осы ортаға лактозаны қоссақ, оны галактоза мен глюкозаға ыдырататын лактаза / β - галактоэидаза/ ферменті синтезделгенше, микроорганизмдердің өсуі біраз уақытқа тоқтайды. Клеткаға түскен лактоза /индуктор қызметін атқарады/ активті белок репрессормен қосылып оператор генінің балок - репрессормен қосылуына кедергі жасайды. Соның арқасында оператор гені мен құрылымдық гендер қажетті и-РНҚ түзілуіне, ал ол рибосомада лактозаны ыдыратуға қажет β -галактозидаза ферментінің синтезін қамтамасыз етеді. 3. Конституитивті немесе синтезделу жылдамдықтары тұрақты болатын белоктар. Мұндай белок - ферменттерінің құрьшымдық гендері тұрақты жұмыс істейді де, басқа геңдердің ықпалы әсер етпейді. Бұл ферменттердің қатарына гликолиз, үш карбон қышқылдарының цикліне қатысатын ферменттер жатады. Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар: Белоктың қандай түрлері болады? Белок синтезі қалай жүреді? Трансляция дегеніміз не? Транскрипция дегеніміз не? Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.7 (негізгі), 7.2.8- 7.2.16 (қосымша) 3 Модуль Ақуыз биосинтезі №8 дәріс тақырыбы. ДНҚ репликациясы. Репликацияның молекулалық механизмі. Дәріс жоспары: Репликацияның молекулярлық механизмі. Тұқым қуалаушылықтағы ДНҚ рөлі. Генетикалық аппаратты іске қосу. Репликация бастамасы және олардың құрылымы. Прокариоттардың ДНҚ-полимеразасының құрылысы мен қызметі. Эукариоттардың ДНҚ-полимеразасының жіктелуі және қызметі. ДНҚ-ның жаңа қатар түзуінің инициациясы. Эукариоты хромосоманың репликациясы. Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар Кез келген клетка бөлінер алдында оның ДНҚ молекуласы екі еселенеді және соның нәтижесінде ұрпақ клеткалары алғашқы аналық клеткадағыдай ДНҚ молекуласына ие болады. Олай болса, бөлінетін клетканың ДНҚ-сы дәл өзіне ұқсас тағы бір ДНҚ молекуласын қалай жасайды? 1940 жылы Л. Полинг пен М. Дельбрюк ген (ДНҚ) өзінше бір бейненің қалыбы секілді, ол қалыпқа саз балшық құйып, оның формасын алуға, содан кейін осы формадан қалып етіп пайдаланған алғашқы форманы қайтадан жасауға болады деген пікір айтқан. Яғни, бұл геннің алғашқы құрылымына комплементарлы ДНҚ құрылымы жасалады, одан алғашқы құрылымға сәйкес ДНҚ пайда болады деген сөз. Шынында да ДНҚ-ның бір тізбегін бір бейне десек, оған комплементарлы екінші тізбек оның кері бейнесі болып табылады. Демек, Уотсон мен Крик көрсеткен ДНҚ-ның еселенуінің немесе репликациясының жүру жолы шын мәнінде Полинг пен Дельбрюктің болжамын қайталау десе де болғандай. Сонымен, ДНҚ мынадай жолмен екі еселенеді. Алғаш спиральдың екі тізбегі бір нүктеден бастап ажырай бастайды. Сонан кейін бір-бірінен алшақтап ажыраған әрбір тізбектердің бойына, оларға сәйкес жаңа тізбек синтезделіп, жаңа тізбек жасалу барысында ажыраған екі тізбекпен өзінің азоттық негіздері арқылы байланысып, онымен өз алдына жаңа спираль құрай бастайды. Сөйтіп алғашқы ДНҚ-ның екі тізбегі толық ажырап болғанда, екі жаңа спираль да жасалып бітеді. Алғашқы ДНҚ тізбегі ажырамай тұрғанындағы екінші ескі тізбегіне толық ұқсас болады Әрине, бұл процесті де клеткадағы ферменттер жүргізеді. ДНҚ тізбектерінің бағыттары қарама-қарсы екені белгілі. Жұмысына өте мұқият ферменттер жаңа тізбекті тек бір бағытта, яғни 5'—>3' бағытында ғана жасайды. Олай болса, ферменттер ажыраған тізбектердің біреуінің бойымен жаңа тізбекті жоғарыдан төмен қарай, ал екіншісінің бойымен төменнен жоғары қарай синтездейді. Ең қызығы жаңа тізбектер үздіксіз жасалмайды, ескі тізбектің бойында бірінен кейін бірі шағын ДНҚ фрагменттері пайда болып отырады. Ондай фрагменттердің ұзындығы қарапайым бактерияларда 200 нуклеотидтен тұрса, күрделі организмдерде ол 2000-ға жуық. Осындай фрагменттерді алғаш байқаған жапон ғалымы Р. Оказаки, сондықтан оларды оказаки фрагменттері деп атайды. 1953 жылы Дж. Уотсон және Ф. Крик ұсынған ДНҚ құрылымының үлгісі (моделі) генетикалық хабардың кодын (шартты қысқарту), мутациялық өзгергіштіктің және гендердің көшірмесінің (ДНҚ молекуласының бөліктері) алынуын түсінуге мүмкіншілік берді. 1957 жылы М. Мезельсон мен Ф. Сталь, Дж. Уотсон және Ф. Криктің бактериялық клеткадағы ДНҚ-ның жартылай консервативті түрде екі еселенуі (репликация) жөніндегі көзқарасын дәлелдеді.
М. Мезельсон мен Ф. Стальдың зерттеулері осы үшеуінің ішінен ДНҚ-ның жартылай консервативті екі еселену түрін таңдап алуға көмектесті. ДНҚ екі еселенуінің жартылай консервативті жолмен жүруін дәлелдеу Дж. Уотсон мен Ф. Криктің жасаған ДНҚ молекуласының үлгісінің дұрыстығының айғағы болды. Сонымен, ДНҚ-ның еселенуі оның тізбектерінің ажырауынан басталады дедік. Ол тізбектерді геликаза (хеликс - спираль) - дезоксирибонуклеаза ферменттері - ДНҚ молекуласының бойымен екі бағытта жоғары және төмен ажыратады. Нуклеотидтер жұптарымен ДНҚ-ның шиыршықты тізбегінің арасындағы сутегінің байланыстары молекуланың бір жақ шетінде бірте-бірте үзіле бастайды және (ДНҚ) тізбектердің екеуі де бірінен бірі босай отырып, жазылады. Осылайша жазылған тізбек, өзінің қосылыстарын оське тік "қоя" отырып, дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдықтары арасында байланыстар арқылы ұсталып тұрады. Қоршаған ортадан клеткада жинақталған бос нуклеотидтер бар, олар ДНҚ-ның жазылған тізбегінің бос қосылыстарымен реакцияға түсе алады. Бірақ әр қосылысқа бір жұп, "толықтыра түсетін" нуклеотид қана жуықтап, жалғаса алады. Бұл жазылған тізбекке басқа, ДНҚ-ның жетіспейтін тізбегі жалғаса бастайды деген сөз. Осы процестердің нәтижесінде ДНҚ-ның екі молекуласы пайда болады. Олардың әрқайсысында қайтадан жинақталған молекуламен толықтырылған аналық молекуланың жартысы болады. Сонымен туынды молекулалар ДНҚ-ның аналық молекуласына мейлінше ұқсас келеді. Мұнда генетикалық материалдың құрамы да сақталады. Тізбектердің ажырауы мен қосылуы ферменттердің ықпалымен жүреді. Ажыраған тізбектерде оказаки фрагменттері жасала бастайды. Әр фрагмент он шақты нуклеотидтен тұратын РНҚ тізбегінен басталады. ДНҚ тізбегінің бойымен РНҚ түріндегі Тізбекті бастаған РНҚ бөлшегінен ары қарай "ДНҚ - полимераза-3" деген фермент ажыраған ДНҚ бөлігіне сәйкес етіп оказаки фрагменттерін синтездейді. Содан кейін басқа "ДНҚ - полимераза - 1" ферменті фрагменттердің бастаушысы болған әлгі РНҚ тізбегін ыдыратып жібереді. Енді кезек "ДНҚ - лигаза" деген ферментке келеді. Ол оказаки фрагменттерінің арасын ескі ажыраған тізбекке сәйкес етіп иуклеотидтермен толтырады. Ең соңында "ДНҚ полимераза-2" ферменті көптеген ферменттердің бірігуінен пайда болған жаңа тізбектің нуклеотидтерінің ескі тізбегімен сәйкес келетіндігін тексерді. Егер кандай да бір нуклеотид өз орнында тұрмаса соңғы аталған фермент оны кесіп алып тастап, оның орнына тиісті нуклеотидті қояды. Осындай әр түрлі қызмет атқаратын ферменттердің үйлесімді жұмыс жасауы тұқымдық белгінің ДНҚ арқылы ұрпақтарға дұрыс өсірілуін қамтамасыз етеді. Міне, геннің еселенуі немесе репликация дегеніміз осы. ДНҚ репликациясының барысындағы қателерді түзету (коррекциялау). Тірі организмдердің генетикалық материалының көлемі үлкен және жоғарғы дәлдікпен репликацияланады. Сүтқоректілердің геномы еселенгенде 3 млрд. жұп нуклеотидтен тұратын ДНҚ-да орташа үштен артық қате кетпейді. Сонымен қатар ДНҚ өте тез синтезделеді (оның полимерлену жылдамдығы бактерияларда секундына 500 нуклеотидтер, сүтқоректілерде 50 нуклеотидтерге дейін болады). Репликацияның жоғарғы дәлдігін, оның жылдамдығын, қатесін түзейтін арнаулы механизм қадағалайды. Коррекциялау механизмінің сыры - ДНҚ-полимеразаның әрбір нуклеотидтің матрицаға сәйкестігін екі мәрте тексеруінде: бірінші рет өсіп келе жатқан тізбектің құрамына кірмей тұрып, екінші рет келесі нуклеотидті қосардың алдында. Кезекті фосодиэфирлік байланыс өсіп келе жатқан ДНҚ тізбегінің ақырғы нуклеотиді, матрицаның сәйкес нуклеотидімен дұрыс уотсон-криктік жұп түзгеннен кейін ғана синтезделеді. Репликация дербес жүреді. Репликация жеке акт регінде жүретін ДНҚ-ның ұзындық бірлігін репликон деп атайды. Репликонда репликацияға қажетті реттеуші элементтер болады. Онда репликация басталатын ориджин болады және репликация терминаторы болуы мүмкін. Прокариоттық клетканың геномы бір репликонды құрайды, сондықтан бактериялық хромосома ең үлкен репликон болып табылады. Сондай-ақ плазмидада жеке репликон болады. ДНҚ репликациясы кезіндегі молекулалық- биологиялық процестер эукариоттар мен прокариоттарда негізінен бірдей. Дегенмен өзгешеліктері де бар. Біріншіден, эукариоттарда ДНҚ репликациясы клетка циклының белгілі бір кезеңінде өтеді. Екіншіден, егер бактериялық хромосома репликация бірлігі -репликон түрінде болса, эукариоттық хромосомадағы ДНҚ репликациясы көптеген жеке репликондармен жүзеге асады. Эукариоттық хромосоманың бойымен әр уақытта бір біріне тәуелсіз көптеген реп-ликациялық ашалар жүруі мүмкін. Ашаның жылжуы тек басқа ашамен қарама-қарсы соқтығысқанда, немесе хромосоманың ұшына жеткенде тоқтайды. Нәтижесінде хромосоманың түгел ДНҚ-сы қысқа уақыттың ішінде репликацияланады. Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар: Репликация дегеніміз не? ДНК- ның репликациясы қандай жолмен жүреді? Репликацияның қандай түрлері болады? Әдебиеттер: 7.1.1-7.1.7 (негізгі), 7.2.8- 7.2.16 (қосымша) 3 Модуль Ақуыз биосинтезі № 9 дәріс тақырыбы. ДНҚ транскрипциясының РНҚ түзілу процесі Дәріс жоспары: ДНҚ транскрипциясының РНҚ түзілу процесі. РНҚ-дағы ДНҚ транскрипциясының ұстанымдары мен механизмі. Транскрипцияның инициация, элонгация және терминациясы. Транскрипция коды-ақпараттық РНҚ синтезі Пайдаланатын құралдар: проектор, слайдтар Транскрипция (лат. transcrіptіo – қайта көшіріп жазу) – тірі клеткалардағы рибонуклеин қышқылының биосинтез процесі. Ол дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) матрицасында жүреді. Транскрипция аденин, гуанин, тимин және цитозиннің қайталанбалы тізбегінен тұратын ДНҚ молекуласындағы генетикалық ақпараттың іске асуының бірінші кезеңі. Транскрипция арнайы ДНҚ және РНҚ полимераза ферменті арқылы жүреді. Транскрипция нәтижесінде РНҚ молекуласының полимерлі тізбегі түзіледі. Бұл тізбек ДНҚ молекуласының көшірілген бөлігіне комплементарлы болады. Транскрипция процесін үш этпқа бөлуге болады. Бірінші этап-транскрипцияның инициациясы – РНҚ жіптерінің синтезделу бастамасы, нуклеотидтер арасында бірінші байланыс түзіледі. Одан кейін жіптердің ұзаруы жүреді, оның ұзаруы – элонгация, синтез аяқталған соң - терминация, синтезделген РНҚ-ның босап шығуы жүреді. Ол бірнеше белокты субъбірліктерден тұрады: екі α-субъбірліктері (бұлар кішкентай субъбірліктер), β- және β΄-субъбірліктері (үлкен субъбірліктер) және ω-субъбірліктері. Бұлардың барлығы бірігіп минимальды фермент немесе кор-фермент түзеді. Бұл кор-ферментке σ-субъбірлігі қосылады. σ-субъбірлік РНҚ синтезінің басталуына, транскрипция инициациясына қажет. Элонгационды комплекс тұрақты, себебі ол үлкен жұмыс атқаруы тиіс. Ол ДНҚ-да секундына 50 нуклеотид жылдамдығымен қозғала алады. Бұл процесс орын ауыстыру (немесе транслокация) деп аталады. ДНҚ-ның РНҚ-полимеразасымен (кор-ферментпен) қатынасы, σ-субъбірлігімен салыстырғанда, ДНҚ-ның кезектесіп келуіне қарамайды. Және кор-фермент терминацияның белгілі бір сигналдарынан өткен кезінде ДНҚ-ның синтезін аяқтайды. Кор-ферменттің молекулярлық құрылысын толығырақ қарастырайық. Жоғарыда айтқандай кор-фермент α- және β-субъбірліктерінен тұрады. Олар бір-бірімен байланысып «шетіне» немесе «шымшуыр» түзеді. α-субъбірліктері осы «шымшуырдың» негізінде орналасып, құрылымдық функцияны орындайды. Олар ДНҚ, РНҚ-мен еш байланыспайды. ω-субъбірлік – құрылымдық функцияны орындайтын кішігірім белок. Жұмыстың негізгі бөлігі β- және β΄-субъбірліктері орындайды. Суретте β΄-субъбірлігі жоғарыда, ал β-субъбірлігі – төменде орналасқан. РНҚ-полимераза молекулярлық машина тәрізді жұмыс жасайды, онда әрқайсысы өз қызметін атқаратын әр түрлі детальдар бар. Мысалы, «шымшуырдың» үстіндегі β΄- субъбірліктерінің бөлігі алдыңғы ДНҚ-дуплексті ұстап тұрады. Бұл бөлік «қалқалағыш» деп аталады. ДНҚ-мен байланысқан соң қалқалағыш 30 ангстрем жол жүріп, төмен түседі де, транскрипция процесі кезінде түсіп қалмас үшін ДНҚ-ны қысып ұстайды. РНҚ-полимеразадан шыққан ДНҚ-РНҚ гибрид өрі ліп, байланысып қалады. Бұнда «тікен» атаулы құрылым әрекеттеседі. Эукариоттарда РНҚ синтезін үш түрлі РНҚ-полимеразалар іске асырады. Эукариоттардағы РНҚ-полимеразалардың тек біреуі ғана, атап айтқанда РНҚ-полимераза ІІ, белокқа трансляцияланатын гендерді транскрипциялайды. Қалған екі полимераза РНҚ-ның әр түрлі типтерінің ұйымдасуын катализдейді. Олар белок синтездеуші аппараттың бөлшегін құрайды: РНҚ-полимераза І жоғарғы молекуланың РНҚ-ны синтездейді, ал РНҚ-полимераза ІІІ- әртүрлі төменгі молекулалы тұрақты РНҚ-ларды, оның ішінде тРНҚ және рибосомалық 5S РНҚ-да бар. ДНҚ-дағы ақпаратты РНҚ түрінде РНҚ-ролимераза жазып алады. ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтердің бірізділігін РНҚ-көшірмесінің синтезделуі РНҚ-полимераза ферментімен катализденеді. РНК-полимераза молекулярлық машиналардың таныстырушысы болып табылады. Сонымен қатар, ДНҚ синтезінің басында қалқалағыш төмен түсіп, РНК-синтазының басқа бөліктерінің конформациясы ауысады, РНҚ байламының өсуі кезінде циклдық өзгерістер болады. Басында қалқалағыш 30 Ǻ төмен түседі, ал ДНҚ-ферментінің әр қадамынан кейін бір нуклеотидке созылады. ДНҚ-да қозғалысы кезінде РНҚ-полимеразасының элементі Ғ-спиралі қатысады. Бөл кезде F-спираль иіліп, РНҚ-ДНҚ комплексімен бірге қозғалады, олардан босап шығып қайта қалпына келеді. F-спираль 3,4 Ǻ-ға бір қадам ауысады. РНҚ-полимеразада да дәл осындай қадаммен жүреді. Инициация - σ-субъбірліктерінің қатысуымен жүзеге асады. Ол ДНҚ құрылымымен әрекеттеседі. Бұл құрылым промотор деп аталады. Инициация нүктесіне дейінгі он нуклеотидте ТАТА-бокс орналасқан. Дәл бұндай кезектесу міндетті емес, алайда, ол σ-субъбірлігімен қатынасу үшін таптырмас жол. Осы кезектегі жекеленген нуклеотидтердің ауысуы транскрипция инициациясының күшін төмендетеді. Келесі суреттегі:инициация, элонгация және терминацияның жүру жолы Инициация. 1. Стартты кадонды тануы (AUG),тРНҚ-ның аминоацильденген метионинмен (М) жалғасуымен және рибосоманың үлкен және кіші субъбірліктерден жиналуымен жүреді. Элонгация. 2. Ағымдағы кадонның өзіне сай аминоацил-тРНҚ-ны тануы. 3. Өсіп келе жатқан полипептидті байламның соңында тРНҚ әкелген аминқышқылдарының байланысуы. 4. Рибосоманың матрица маңайында қозғалуы тРНҚ-ның жасушаларының босап шығуымен жүреді. 5. Босап шыққан тРНҚ жасушаларының өзіне сай аминоацил тРНҚ-синтетазасымен аминоацилденуі. 6.Аминоацил тРНҚ-ның басқа да аналогиялық стадияда байланысуы (2). 7.Рибосоманың аРНҚ жасушаларында стоп-кадонға дейін қозғалысы. Терминация. Рибосоманың стоп-кадонды тануы (8) синтезделмеген белоктардың бөлінуі және кей жағдайда (9) рибосома диссоциациясы арқылы жүзеге асады. 
жүктеу/скачать 6,15 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|