73. Нуклеин қышқылдары: днқ, рнқ. Олардың жалпы сипаттамасы.

Нуклеин қышқылдарының проблемасымен 1868 ж швейцарлық физик Ф. Мишер шұғылданған болатын. Ірің клеткаларынан алынған ядро бөлшегін зерттеп, құрамына көміртегі, азот және фосфор кіретін бұрын белгісіз органикалық қосылыс түрін ашты. Ашқан қосылысын ядродан бөліп алғандықтан нуклеин деп атады. Нуклеин қышқылдары пуриндік және пиримидиндік гетероциклдер кіреді. Мишердің шәкірттері Коссель мен Асколи тағы төрт түрлі негіздерді – аденин, тимин, цитозин және урацилді ашты. Нуклеиннің ертіндісі қышқылдық қасиет көрсететін болғандықтан Ф. Альтман 1889 ж оған нуклеин қышқылы деген ат берді. Нуклеин қышқылының құрамына кіретін көмірсу бес көміртегінен тұрады.

1940 жылдың аяғында америкалық биохимик Э.Чаргафф (1905 ж.т.) әр түрлі организмдердің ДНҚ молекуласына талдау жасап, оның құрамындағы А мен Т, Г мен Ц негіздерінің молярлық мөлшері тең екенін көрсетті (бұны Чаргафф ережесі деп атайды). ‎ 1952 ж. ағылшын биофизигі М.Уилкинс (1916 ж.т.) және т.б. ғалымдар рентгендік талдау арқылы ДНҚ молекуласы құрылымының спираль бойынша оң жақ оралымын (В – ДНҚ), америкалық ғалым А.Рич (1929 ж.т.) молекула құрылымының сол жақ оралымын (Z – ДНҚ) ашты.Вилькенс және Р. Франклин тапқан ДНК молекуласының рент-генограммасы оның спиральды структурасын дәлелдеді,

ДНК қос тізбегінің бір бөлігі маңызын алғаш рет 1944 жылы Эвери, Мак-Карти және Мак-Леод ашып көрсетті.

ДНҚ молекуласының екiншi реттiк құрылымын 1953 ж. Уотсон мен Крик анықтады. ДНҚ құрылымының анықталуы ХХ ғасырдағы биологияның ең маңызды жаңалығы деп саналады. Уотсон мен Крик теориясы бойынша екi полинуклеотид тiзбегiнен құралған ДНҚ-ның молекуласы кеңiстiкте оң қос қабат спираль болып табылады.

1959 жылы Северо Очоа РНҚ синтезінің механизмін ашқаны үшін медицинада Нобель сыйлығын алды. S. Cerevisiae дрожжасындағы тРНҚ- дағы 77 нуклеотидтің бірізділігі 1965 жылы Роберт Холлидің зертханасында анықталып, оған 1968 жылы медицинада Нобель сыйлығы берілді.

1967 жылы Карл Вёзе РНҚ-ның катализдік қасиеті бар деп болжады. Ол әлем РНҚ-сы деген гипотезасын ұсынды,онда протоорганиздер РНҚсы ақпаратты сақтау молекуласы (қазіргі кезде бұл рөлді көбіне ДНҚ атқарады) және метаболизм реакциясында катализдік қызмет атқарушы молекула ретінде (қазіргі кезде бұны көбіне ферменттер атқарады)қызмет атқарады делінген.

1976 жылы Уолтер Фаэрс пен оның тобы Гент Университінде (Голландия) бактериофаг MS2-ның бірінші РНҚ геномының бірізділігін анықтады. 1990 жылдардың басында өсімдіктер геномына бөтен гендерді еңгізу өсімдіктердің аналогтық гендерінің айқын білінуін тежейтіні анықталды.

Нуклеин қышқылдарының құрамы мен құрылысы Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі.Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (монометрлері). Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді.. Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді.

Белоктар сияқты нуклеин қышқылдары әр түрлі 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.НҚ-ның макромолекуласы екі полинуклеотидті тізбектен құралады. Олар кеңістікте қос оралма түзеді. Оралманы фосфор қышқылының полиэфирі түзеді, пиримидин және пурин туындыларының жазық молекуласы оралманың ішінде болады.Нуклеин қышқылының макромолекуласындағы бірінің ішінде бірі жатқан ширатылған екі оралмада, пиримидин және пурин қалдықтары өзара сутектік байланыс арқылы байланыскан. Сутектік байланыс белгілі бір жұп пиримидин және пурин туындыларының арасында түзіледі. Оларды комплементарлы жұптар деп атайды. Ондай жұптар: тимин (Т) — аденин (А) және цитозин (С) — гуанин (G).ДНҚ-ның қос оралмалы сызбанұсқасында таспамен көрсетілгендері фосфор қышқылымен көмірсулардың полиэфирінің макромолекуласы. Бұларды қосып жатқан түзулер пиримидин және пурин туындылары, олар комплементарлы жұптар.Нуклеин қышқылының үшіншілік оралымы — ДНҚ мен РНҚ-ның кеңістікте шумақталып орналасуы

Нуклеин қышқылдарының биологиялық маңызы: Нуклеин қышқылдары қамтамасыз етеді: 1) тұқым қуалаушылық ақпараттарын генетикалық код ретінде сақтайды; 2) оның көбеюі кезіндегі аналық организммен берілуін; 3) оның, маңызды процесс – белок биосинтезіне қатысуы түрінде, ағзаның өсуі мен дамуы кезінде іске асуы.

ДНҚ сипаттамасы: ДНК жануарлардың, өсімдіктер мен микро-организмдердің барлық клеткаларының ядросында болады. Гистон белогымен бірге ол нуклеогистон комплексін түзеді де, хроматиннің негізгі массасын құрайды. ДНК ядроларда кездесуімен қатар өсімдіктер митохондриясы мен пластидтерінен де табылған.

ДНҚ құрылымы: ДНҚ – ұзын макромолекула, оның негізгі құрылыс мүшелері дезоксирибонуклеотидтер болып табылады. Нуклеотид үш құрылымды элементтен: органикалық қосылыстан, көмірсутегінен және фосфор қышқылынан құралған. ДНҚ – да дезоксирибоза деп аталатын көмірсутегімен фосфор қышқылы барлық нуклеотидтерде бірдей. Нуклеотидтерде органикалық қосылыстар бірнешеу: аденин, тимин, гуанин және цитозин. ДНҚ молекуласы ширатылған қос тізбекті спираль тәрізді иірілген. Әр тізбектің нуклеотидтерінің бір – бірімен кезектесіп жалғасқан көмірсутегімен фосфоттардың қатары осы спиральдың қаңқасы болып табылады.

Шиыршықтың ішкі кеңістігінде бір тізбектің азоттық негіздері екінші тізбекке сәйкес негіздермен сутегілік байланыстар құрап, бір – бірімен берік ұстасып тұрады. Азоттық негіздердің химиялық құрылыстарының ерекшеліктері бір тізбектің аденині екі сутегілік байланыс нәтижесінде екінші тізбектің тек цитозинмен ғана біріге алатынын көрсетеді. Яғни, бір тізбектің бойындағы азоттық негіздердің қандай кезекпен орналасқаны белгілі болса, онда ол тізбекпен бірігіп тұрған екінші тізбектің бойындағы азоттық негіздердің орналасу тәртібін де өте оңай анықтауға болады. Осындай бірімен – бірі сәйкес келетін тізбектерді бір – біріне комплементарлы деп атайды. ДНҚ тізбектерінің бағыты бір – біріне қарама – қарсы.

Көп уақытқа дейін ДНҚ-ның құрылымының үш түрлі қалыпы белгілі болған, олар қолайлы жағдайларда өзара өзгеру арқылы құбылып отырған. Осы үлгілердің жалпы қасиетттері төмендегі кестеде жинақталған.

ДНҚ қызметі: ДНҚ организмдердің басым көпшілігінде тұқым қуудың материалдық негізі болып табылады. Ол адамның және барлық басқа организмнің клеткаларында болады. Организмдегі барлық клетка ядроларында ДНҚ саны әрдайым бірдей болады.Уотсон мен Крик ДНҚ молекуласының моделі бойынша ДНҚ молекуласы бір оське бағытталған спираль тәрізді айнала оралған екі комплементарлық тізбек болып табылады. Әрбір тізбек кәдімгі полинуклеотид болып саналады, онда нуклеотидтер фосфор қышқылының қалдықтары арқылы өзара байланысқан. Спиральдағы полинуклеотидтердің екі тізбегі бір – біріне азот негіздері жағынан бағытталған. Сол себептен қос тізбекті спиральдың ішінде азот негіздері орналасады. Углевод пен фосфат топтары спиральдың сыртына орналасады. Бұл жағдайда бір тізбектің негіздері жоғарыда айтылғандай сутектік байланыстар арқылы екінші тізбектің негіздерімен байланысқан.

ДНҚ-ның екі еселенуі (репликациясы). Кез келген клетка бөлінер алдында оның ДНҚ молекуласы екі еселенеді және соның нәтижесінде ұрпақ клеткалары алғашқы аналық клеткадағыдай ДНҚ молекуласына ие болады. 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. Г. Стент ДНҚ-ның екі еселенуінің үш түрін ұсынды: консервативтік, жартылай консервтаивтік, дисперсиялық.

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 әр түрлі 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.

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.

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.