Іі тарау бойынша өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар мен тапсырмалар.
Жасушалық инженерия ғылымының зерттеу аясы не?
Денелік жасушаларын гибридизациялаудың үдерістері қандай кезеңдерден тұрады?
Денелік жасушаларын гибридизациялау үдерісін пайдалану адамдарға қандай мүмкіндіктер береді?
Хайуандар жасушаларын өсірудің негізгі бағыттары қандай? Олардың мәнін түсіндіріңіз.
Жасанды ортада өсіру үшін қандай жасушаларды таңдап алған дұрыс деп ойлайсыз?
«Өлмейтін» қабілетке қандай ұлпаларынан алынған жасушалар ие болады? Денелік және ұрықтық жасушаларының басты ерекшеліктері қандай?
Эмбриональдық діңгек жасушаларының басты ерекшеліктері мен артықшылықтары қандай?
Гематопоэтикалық жасушалар дегеніміз не және олардың қолданылу мүмкіндіктері қандай?
Плюрипотентті діңгек жасушалары дегеніміз не? Олардың қолдану мүмкіндігінің болашағы қандай деп ойлайсыз?
Ересек діңгек жасушалары қандай ағзадан алынады, олардың басты ерекшеліктері және қандай мақсатта қолдануға болады?
Ересек діңгек жасушаларының басқа ағзаға қабылданбай қоюының басты себебі неде?
Эмбрионалдық діңгек жасушалары қандай ағзалардан алынады?
Эмбрионалдық жасушаларының басты артықшылықтыры және медицинада қолданылу мүмкіндігінің болашағы қандай?
Медицинада тәжірибелерге қажетті эмбриональдық діңгек жасушалары қалай алынады?
Эмбриональдық діңгек жасушаларының желісін дайындауда, қандай сатыға дейін өсіріп қадағалайды?
Жасуша желілері не үшін ауық-ауық жаңа жасушалармен ауыстырылып тұру қажет?
Жасушаларды клондау жұмыстарының практикалық маңызы қандай?
Жасушаларды клондау жұмыстары қалай жүзеге асырылады?
Жасушаларды клондау жұмыстарын адамдарға қолдануға бола ма?
Биотехнологияда адам және жануарлар клеткаларын пайдалану қай жылдан басталады?
Гибридомды әдіс дегеніміз не? Қазіргі кезде моноклональді антительдерді қандай мақсатта қолданады?
22. Моноклональді антиденелерді қолданудың практикалық маңыздылығы мен болашағы қандай?
23. Биоэлектрониканың болашағы мен мүмкіндіктері қандай деп ойлайсыз?
Биосенсорлардың қанша түрлері бар?
Биологиялық және ақуыздық микрочиптер дегеніміз не және олардың қолданылу аймағы мен болашағы қандай?
ІІІ тарау
Ақуыздық инженерия немесе протеомика негіздері Ақуыздар құрылымы
Биотехнологиядағы масштабты зерттеулер қатарына жататын «Адам геномы» басталар алдында, ғалымдар алда 100 мың шамасындағы гендердің нуклеотидтік тізбегін анықтау керек болатын шығар деп топшылаған болатын. Олар адамдардағы 100 мың жасуша ақуызының әрқайсысына тиісті өз гендері бар деп ойлаған еді. Осы зерттеулерді жүргізу барысында тек қана 25-30 мың геннің ғана анықталуы, әрбір геннің бірнеше ақуыз синтезіне жауап беретініне көз жеткізді.
1838 жылы голландия ғалымы Мульдер алғаш рет барлық тірі ағзаларда кездесетін күрделі органикалық затты белгілеу үшін «протеин» (ақуыз) терминін қолданған болатын. Тірі ағзаның құрамына кіретін ақуыздар немесе протеиндер (грекшеден protos – бірінші, алғашқы) органикалық қосылыстардың 50-85%-ын құрайды.
1871 жылы орыс химигі Н.Н.Любавин ақуыздардың амин қышқылдарынан тұратынын анықтады.
Қазіргі кезде көптеген аурулардың шығу себебі, ақуыз метаболизмінің бұзылуынан туындайтыны белгілі болып отыр. Сондықтан, ақуыздар мен олардың жұретін зат алмасу ерекшеліктерінің терең зерттелуі, денсаулық сақтау саласында гендерді зерттеудегіден де артық жетістіктеріне алып келуі мүмкін деген пікірлер жасалынуда.
Ғылымдағы ақуыздар түзілуі мен олардағы метаболизм үдерісінің жүруін зерттейтін бағыт – протеомика деп атала бастады.
Ақуыздардың құрылымына тоқталу үшін, олар жөніндегі бірнеше маңызды мәселелерді еске түсіруге тура келеді. Ақуыздардың амин қышқылдарынан тұратыны белгілі. Амин қышқылдарының шеткі жақ үзіктері (цепь), кейбір жағдайларда циклдық құрылым түзетін көмірсутекті үзіктерінен құрылады. Амин қышқылдары өз кезегінде, аминдік топтарынан (–NH2) және карбоксилді топтарынан (–СООН) тұратыны бізге белгілі. Амин қышқылдары бір-бірімен пептидтік байланыс арқылы жалғаса келе, полимер түзеді.
Пептидтік байланыс – бір амин қышқылының аминдік тобы мен екінші амин қышқылының карбоксильді тобы жалғасуы арқылы жүзеге асады (сурет -9).
9-сурет. Пептидтік байланыстың түзілуі
Көптеген ақуыздардағы тиесілі атқарылатын жұмыстардың дұрыс жүруі, олардың пішіні мен құрылымына байланысты болады. Құрамына бірдей амин қышқылдарының түрлері кіргенімен, өздерінің молекуласында амин қышқылдарының орналасуы бойынша айырмашылықтары байқалған ақуыздардың пішіндері әр қилы келеді және соған сәйкес атқаратын қызметтері де өзгеше болады. Сонымен бірге, бір-біріне өте ұқсас ақуыздар бірдей қызметтерді атқаруы да, атқара алмауы да мүмкін.
Ақуыздардың құрылымының төрт түрі белгілі:
-бірінші реттік құрылымы – амин қышқылдары қалдықтарының бір-бірімен пептидтік байланыс арқылы тізбектеле жалғасуы (сурет-10). Ақуыздың бұл түрі рибосомада қалыптасады.
10-сурет. Ақуыздың бірінші реттік құрылымы
-екінші реттік құрылымы – радикалдар арасындағы сутектік байланысының пайда болуы себепті, ақуыз молекуласының жекелеген бөліктері спираль тәрізденіп бұрала бастайды, немесе қыртысты қабаттар түзеді (сурет-11).
11-сурет. Ақуыздың екінші реттік құрылымы
-үшінші реттік құрылымы – мұндағы пайда болатын қосымша байланыстар нәтижесінде көрініс табады (сурет-12).
12-сурет. Ақуыздың үшінші реттік құрылымы
-Төртінші реттік құрылымы – көптеген ақуыздарда (бірақ барлығында емес) кездесетін, үшіншілік құрылымы бар бірнеше ақуыз молекуласының, бір-бірімен амин қышқылдарының радикалдары арқылы байланысқа түсуі нәтижесінде пайда болады. Мұның нәтижесінде шар тәрізді молекулалы (глобулярлы ақуыздары) немесе жіпшумақ тәрізденген (фибриллярлы) ақуыздыр қалыптасады. Ферменттік белсенділік көрсету қабілетіне ие ақуыздар – көбінесе глобулярлы (сурет-13), ал құрылымдық ақуыздары – фибриллярлы тобына жатады (мысалы шаш немесе бұлшық еттері құрамына кіретіндер).
13-сурет. Ақуыздың төртінші реттік құрылымы
Радикалдар арасындағы өзара әрекеттер байланыстардың бірнеше түрлері арқылы жүзеге асырылады. Олар бір-біріне жай ғана тартылуы арқылы (гидрофобты әрекеттер), не болмаса сутектік байланыс түзуі нәтижесінде бір атомда пайда болатын бөлімдік теріс зарядының екінші атомда көрініс беретін оң зарядқа тартылуы барысында жүзеге асырылуы мүмкін. Көп таралатын байланыстар түріне дисульфидті байланыс жатады.
Дисульфидті байланыс деп – күкірттің екі атомы арасында пайда болатын ковалентті байланыс айтылады. Цистеин амин қышқылы құрамына кіретіндіктен, көптеген ақуыздар сульфидтік топтарына ие болады.
Коваленттік байланыс – электрондардың жалпыландырылуы, ортақ электрондық жұптарының түзілуі екендігін еске түсіре кетейік.
Дисульфидтік байланыс эукариот жасушаларының цитоплазмаларында пайда болады. Прокариот жасушаларында болса, мұндай байланыс түрінің пайда болуына алып келетін жағдайлар қалыптаса алмайды. Егерде, сіздер, құрылымы үшін дисульфидтік байланысы өте қажет болатын ақуызды бактерия жасушасында синтездегіңіз келсе, онда мұндай ақуыздың соңғы конформациясының қалыптаса қоймайтынын есепке алуыңыз керек болады. Сонымен, сіздер жасуша метаболизмін оған жат болып келетін ақуыз синтезіне бағыттағыңыз келетін болса, төмендегі келтірілген аспектілерді білуіңіз керек болады:
– көптеген онжылдықтар бойынша генетиктерде қалыптасқан «бір ген – бір ақуыз» сөз тіркесінің, қазіргі кезде ағат пікір екендігін есіңізде ұстаңыз. Белгілі бір гендер бірнеше ақуызын коделей (кодтай) алады;
– ақуыздың атқаратын қызметтері, олардың молекуласы қабылдайтын пішінге (конформация) байланысты болады;
ақуыздың соңғы пішіні, күкірттің екі атомдары арасында болатын дисульфидті байланыстың қалыптасауына байланысты тұрақтанады. Мұндай байланыс түрі бактериялды жасушаларында қалыптаса алмайды;
ақуыздың пішіні тек қана оның химиялық құрамы ғана емес, сонымен бірге жасушада кездесетін басқа да молекулаларының әсеріне байланысты қалыптасады. Мұндай молекулалар ақуыздың дұрыс конформация түзуіне жәрдемдеседі;
ақуыздың пішіні өзгеріп тұруы мүмкін. Басқаша айтқанда, ақуыз жасушаның қажеттілігіне орай «ұйып» немесе қайтадан «жазылып» тұру қасиетіне ие;
қоршаған ортада қалыптасқан жағдайға байланысты, жасушаның құрамындағы ақуыздардың типі мен саны әрдайым өзгеріп тұрады.
Қазіргі кезде биоинженерлер, жасуша ішіндік ортасы өзгертілген мутантты бактерияларын пайдалану немесе жартылай пайда болған ақуызды алып, оның құрылымының ақырғы қалыптасуын жасушадан тыс жағдайда жүргізу мүмкіндіктеріне ие болды.