1. Днқ және рнқ-ның ерекшеліктері.

РНҚ химиялық құрамы жағынан ДНҚ-ға ұқсайды, тек РНҚ молекуласында дезоксирибоза орнында рибоза болады, ал тимин урацилмен алмастырылған.

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 жасушада РНҚ-ның үш түрі бар, олар: ақпараттық (аРНҚ), рибосомалық (рРНҚ) және тасымал (тРНҚ) болып келеді.

2. Ферменттердің индукциясы. Әдетте химиялық реакциялардың жүру жылдамдығын шапшаңдататын заттарды катализаторлар деп атайтыны белгілі. Ал ферменттер — өсімдіктер мен жануарлар және микроорганизмдер клеткаларынан бөлінетін белок тектес, ағзадағы биохимиялық реакцияларды сан мың есе шапшаңдататын қабілеті бар зат. Мұның қатысуынсыз қоректік заттардың ағзада сіңуі мүмкін емес. Осыған сәйкес ферменттерді биологиялық катализаторлар деп атайды, өйткені, олар тірі ағзада өтетін зат алмасу процесіне тікелей ат салысады. Фермент (латынның тілінде fermentum — ашу деген мағына береді) деген терминмен қатар әдебиетте энзим (грек тілінде — епаут, еп — ішкі, zyrne — ашытқы деген мағына береді) деген сөз де қолданылады.

Химиялық құрамы жағынан 2 классқа бөлінеді:

Қарапайым фермент- дегеніміз қарапайым белоктар, олар гидролиз кезінде амин қышқылына ғана бөлінеді.

Күрделі ферм-деген күрделі белоктар 2 белоктан тұрады: белокты, белоктық емес.

Белокты бөлігі- апофермент

Белокты емес бөлігі кофактор

Апофермент -кофакторсыз активті бола алмайды, күрделі белоктардың кофакторы ретінде белокты немесе металл иондары жатады. Металл иондары - активаторлар деп аталады. Активаторға: цинк, кобальт, магний, марганец, никель т.б

Қазіргі кезде 180-нен астам ферментте металл иондары активатор рөлін атқарады.

Кофактор- активаторсыз зат болғандықтан, кофермент дет аталады. ДНҚ биосинтезіне қатысушы ең басты фермент ДНҚ- поилмераза деп аталады. Е.coli клеткасынан бөліп алған, одан кейін осы бактерия клеткасынан алған. ДНҚ полимераза 1 және 2 бөлініп алады. Эукариоттар клеткасында кем дегенде 3 полимераза ἀ,ß,ð. ἀДНҚ полимераза хромосома репликациясының түзілуіндегі ең маңызды фермент ß полимераза. ἀ, ß ДНҚ полимеразалар ядрода, ал ð ДНҚ полимераза митохондрияда болады.

3.Нуклеин қышқылының химиялық құрамы Нуклеин қышқылдары (НҚ) дегеніміз нуклеотид қалдықтарынан тұратын жоғары молекулалы органикалық қышқылдар. Нуклеотидтер (мононуклеотидтер) пуриндік және пиримидиндік негізден, пентоза көмірсуынан (Д-рибоза немесе Д — дезоксирибозадан) және фосфор қыш-қылынан құралады. Нуклеин қышқылының құрамына кіретін пурин негіздерінің ішінде әсіресе аденин (А) мен гуанин (О), пиримидин негіздерінің ішіндегі әсіресе маныздысы-урацил (1-1),  тимин (Т)  және цитозин (Ц). Нуклеотидтер құрамына енетін қанттар бір-бірінен рибозада 2-ші көміртегіндегі гидроксил (-ОН) тобының орнына, дезоксирибозада тек сутегі атомы алмастырылған болады. Пентозалардың (рибоза мен дезоксирибозаның) ашық (альдегидті) және циклды (р - фуранозаның) формаларын жазып көрсетейік. Нуклеин қышқылдарының кұрамындағы мононуклеотидтердің молекулалары бір мононуклеотидтегі пентозаның З-ші көміртегі атомындағы гидроксил (—ОН) тобы мен көршілес жатқан нуклеотидтің фосфор қышқылының гидроксилдері есебінен бір-бірімен оттекті көпірлер арқылы жалғасады. Сонымен ДНҚ-ға басқа да азотты негіздермен бірге тимин енсе, ал РНҚ-ға тиминнің орнына урацил кіреді. Мононуклеотидтер фосфор кышқылынын бір және екі қалдығын қосып алады да, тиісінше нуклеозиддифосфаттар (АДР, GДР, UДР, СДР және ТДР) мен нуклеозид-трифосфаттар (АТР, GТР, UТР, СТР және ТТР) түзеді. Бұл жағдайды төмендегі жазылған формулалар мен суреттерден көріп-білудің кисыны бар: А. РНҚ-ның барлық түрлері синтезделетін төрт ри-бонуклеозидтрифосфаттар. Б. ДНҚ молекуласын түзуге қатысатын төрт дезокси-рибонуклеозидтрифосфаттар. Мұнда пентозаның 2-ші көміртегі атомында гидроксил тобы жок, онда сутегі атомы ғана болғандықтан, ол квадратпен қоршалған. Құрамында рибоза бар нуклеотидтерді рибонуклеотидтер деп, ал құрамында дезоксирибоза барын — дезокси-рибонуклеотидтер деп атайды. Мыңдаған мононуклеотидтер (мономерлер) полимерленеді де, нуклеин қышқылынын макромолекуласын (полимер) түзеді, оларды полинуклеотидтер дейді. Нуклеотидтер құрамына кіретін қанттың табиғатына сәйкес нуклеин қышқылдарының химиялық және биологиялық қасиеттері жөнінде бірінен-бірінің үлкен айырмашылығы болады. Дезоксирибонуклеотидтерден тұратын нуклеин қышқылдарын дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) деп, егер ондай қышқыл рибонуклеотидтерден құралса, онда рибонуклеин қышқылы (РНҚ) деп аталады. ДНҚ мен РНҚ-ның құрамына аса маңызды бес азотты негіздермен қатар, басқада минорлы пуриндік және пиримидиндік негіздер де кіреді. Жануарлар мен жоғары сатыдағы есімдіктер ДНҚ-да 5—метилцитозин кездессе, ал бактериялар ДНҚ-да – N6-метиладенин және 5-гид-роксиметилцитозин. Тасымалдаушы РНҚ-да мынадай минорлы негіздер кездеседі: гипоксантин, псевдоурацил, 7-метилгуанин, 4-тиоурацил, дигидроурацил,  V негіз. Азотты негіздер (пуриндік және пиримидиндік негіздер), пентоза мен фосфор қышқылы үшеуі өзара қосылысып, мононуклеотид молекуласын түзеді. Олардың өзара жалғасып, қосылу реті әрқашан тұрақты. Төменде ДНҚ құрамына кіретін төрт аса маңызды дезоксирибоиуклеотидтер мен РНҚ молекуласын түзетін терт негізгі рибонуклеотидтердің құрылым формулала-рын өрнектеп,  жазуға болады: Сонымен азот негіздері, рибоза немесе дезоксирибозамен қосылып, нуклеозид түзеді. Құрамына азотты негіз, рибоза немесе дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіретін қосылыс нуклеотид деп аталады. Нуклеин қышқылдары, жоғарыда айткандай клетканың ядросы хромосомдарының ішінде орналасады. Олардың молекулалықсалмағы өте жоғары 6-дан 12миллионға дейін жетеді.

№46 емтихан билеті

1. ДНҚ молекуласының Уотсон, Крик теориясы бойынша құрылымы. Полинуклеотид тiзбегiндегi нуклеотидтердiң реттелiп орналасуы ДНҚ молекуласының бiрiншi реттiк құрылымы деп аталады. 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. Қос қабат спиральдағы екi тiзбектiң жолдамасы – антипараллель, бiр тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 3'5'-бағыттағы қалдықтардан түзiледi, екiншi тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 5'3' бағыттағы қалдықтардан түзiледi. Екi полинуклеотидтi тiзбек өзара бұранда сияқты жалғасып, азоттық негiз арқылы байланысады. Гидрофобты азоттық негiздер спиральдiң iшiне орналасқан, ал гидрофильдi пентозды-фосфорлы қалдықтар ДНҚ молекуласының сыртқы жағына қарай бағытталған. Спиральдiң бiр айналымынаазоттық негiздiң 10 жұбы келедi. Спиральдiң диаметрi 2 нм болады. Қос қабат спиральдегі азоттық негiздердің қабысуы өте ерекше. Бiр тiзбектегi аденинге – екiншi тiзбектегi тимин, ал гуанинге цитозин қарсы тұрады. Бұл – ДНҚ молекуласының құрылымының өте ерекше маңызды қасиетi. Спиральдағы азоттық негiздердiң осылай орналасуы ДНҚ тiзбегiндегi сәйкестiк-үйлесiмдiлiк (комплементарлық) деп аталады. Қос қабат спиральдi азоттық негiздердiң арасындағы сутектiк байланыс және гидрофобты әрекеттесулер бiрiктiрiп ұстап тұрады. Мұнда аденин мен тиминнiң арасында екi сутектiк байланыс түзiледi, ал гуанин мен цитозиннiң арасында үш сутектiк байланыс түзiледi . Қосақтың әрқайсысында азоттық негiздердiң пентозды-фосфорлы керегесiмен қосатын гликозидтік байланыстарының арасындағы қашықтығы бiрдей – 1,085 нм

2. Прокариоттардағы ДНҚ биосинтезінің реттелу жолдары. Мұнда ДНҚ, РНҚ,АТФ және ақуыздардың қызметі бірігеді. ДНҚ-да жазылған тұқым қуалау акпараты РНҚ-ның ақпараттык (аРНҚ) молекулаларымен цитоплазмаға беріліп, арнайы органоидтар — рибосомалардың жәрдемімен ақуыз синтезделеді. Бүған тРНҚ қажетті аминқышқылдарды жеткізіп, аРНҚ-да жазылған тапсырыс жүйесінде сапқа тұрғызады. рРНҚ-дан тұратын рибосома пептидтік байланыс түзе отырып, осы аминқышқылдарды жалғастырып қосады. Қажетті тәртіпте және мөлшерде қосылған осы аминқышқылдар ақуыз деп есептеледі. Осы үдерістердің барлығына АТФ энергиясы жұмсалады. Реакциялардың барлығына қажетті ақуыз - ферменттер қатысады, онсыз биосинтездің жүруі мүмкін емес. Ақуыз биосинтезінің үдерісі тұқым қуалау ақпаратын жүзегеасыру үдерісі деп те аталады. Оны мына сызбанұска мен белгілеуге болады: ДНҚ РНҚ ақуыз. Көбінесе былай деп те айтады: «РНҚ ДНҚ-ға жазылған ақпаратты ақуызда нақтылы көрсетіп, іске асырады»

3. Гендердің нәзік құрылымына сипаттама. Генде жасушаның құрылымы мен қызметін анықтайтын генетикалық ақпарат болады. Бір организмнің Гендер жиынтығы оның генотипін құрайды.Ген терминін алғаш рет 1909 жылы Дания ғалымы В.Йогансен енгізді. Барлық Гендер ДНҚ-дан тұрады және әрбір жеке жасушадағы мыңдаған осындай Гендер жеке ДНҚ молекуларының үзіндісі түрінде емес, хромосома деп аталатын, ірі құрылымдық бірлік құрамында болады. Жасушаның бөлінуі кезінде бұл хромосомалар екі еселенеді және жаңа түзілген жас жасушаалар осындай ата-аналық Гендер жиынтығының көшірмесін алады. Соның нәтижесінде жасушааның барлық белгілері (қасиеттері) ұрпақтан ұрпаққа беріледі, яғни тұқым қуалайды. Әртүрлі органимздердегі Геннің орташа ұзындығы 1000 нуклеотид негіздерінің жұбынан құралады деп есептеуге болады. Мыс., жануарларда кездесетін SV-40 вирусындағы ДНҚ-ның ұзындығы 5000 нуклеотид, яғни ол 5 геннен; Т4 бактериофагы — 200, ішек бактериясы — 4600, ал адамның гаплоидты жасушасы 100000 — 500000 Гендерден тұрады. 1865 жылы чех ғалымы Г. Мендел организм белгілерінің жеке тұқым қуалайтынын және шағылысу (будандастыру) кезінде ұрпақтарында жоғалмай сақталатынын анықтады.

ДНҚ-да “жазылған” (кодталған) тұқым қуалау туралы генетикалық ақпарат РНҚ молекуласына беріледі де, ақуыз биосинтезі (трансляция) нәтижесінде ақуыз молекулалары құрылымынан көрініс табады. Генетикалық ақпараттың ДНҚ-дан РНҚ арқылы полипептидтер мен ақуыздарға тасымалдануы экспрессия немесе Гендердің көрінуі деп аталады. ДНҚ-ның басқа Гендердің белсенділігін реттейтін бөліктерін реттеуші Гендер деп атайды. Реттеуші Гендер басқа молекулалармен әрекеттесе отырып, сол жасушадағы ақуыз синтезіне әсер етеді. Геннің маңызды қасиеттерінің бірі — олардың жоғары тұрақтылығының (ұрпақтар бойында өзгермеушілігі) тұқым қуалағыш өзгерістерге — мутацияға ұшырау қабілеттілігімен үйлесімділігі. Бұл қасиет табиғи сұрыпталудың, оның нәтижесінде организмдер өзгергіштігінің негізі болып табылады.

№47 емтихан билеті

1. Молекулалық биология пәнінің ғылым ретінде дамуы, оған үлес қосқан ғалымдардың еңбектері. Молекулалық биологияның қалыптасуына клаcсикалық генетиканың, микробиологияның,вирусологияның идеялары мен әдістері, нақты ғылымдар: физика, химия, математика, кристалография(әсіресе рентген құрылымдық анализ)жетістіктерін пайдалану үлкен роль атқарды Молекулалық биологияның жетістіктеріне мыналар жатады. А) кейбір белоктардың құрылымын анықтап, оны атқаратын қызметімен байланыстыру.(М.Перутц.Дж Кендрю, Ф.Сенгер,К.Анфинсен). Б) Нуклеин қышқылдары мен рибосомалардың құрылымы мен биологиялық қызметін анықтау(Дж Уотсон.Ф.Крик,Р.Холли т.б.) В) Генетикалық кодтың шифрын анықтау (М.Ниренберг,С. Очоа) Г) Кері транскриптазаның ашылуы(Х.Темин, Д.Балтимор) . Д) Белок және нуклеин қышқылы молекулаларының биосинтезі механизмдерінің негізгі кезеңдерін анықтау.( Ф.Жакоб,Ж.Моно, А.Корнберг). Е) Вирустардың құрылымын және репликация механизмдерін анықтау, генетикалық инженерия әдістерін жасақтау ( П.Берг,В. Арбер,Г.О.Смит, Д. Натонс). Ж) Ген синтезі (Х.Корона). Кеңес одағы ғалымдары молекулалық биологияға сүбелі үлес қосты. Мысалы Н.К. Кольцов биополимерлердің матрицалық синтезі принциптерін негіздеді. В.А.Энгельгард биоэнергетика мен механохимияның негіздерін қалады. А.А Зильбер қатерлі ісіктің туындауын вирусогенетикалық теориясын тұжырымдады А.А Баев РНК дағы нуклеотидтер кезектілігін анықтады.А.С. Спирин информосомаларды ашып зерттесе оның шәкірті қазақ ғалымы Айтқожин өсімдіктердегі информосаларды ашты. Молекулалық биологияның практикалық және теориялық маңызы өте үлкен . Тұқым қуалауда ДНҚ-ның басты роль атқаратынын 1952 ж. А. Херши мен М. Чейз бұлтартпай дәлелдеп берді. Олар тәжірибені Т2 бактериофагына жүргізді. Бұл вирус ДНҚ-дан және белок қабығынан тұрады. Фагтың белокты қабығы радиоактивті күкіртпен (S35), ал ДНҚ-сы радиоактивті фосформен (Р32) белгіленді. Бактерияны радиоактивті элементтермен белгіленген фагтармен жұқтырғанда фосфордың клеткаға енгені, ал күкірт оның сыртында қалғаны байқалды. Бактерия клеткаларыпда көптеген жаңа, пісіп жетілген фагтар пайда болды Бұдан бактерияға фаг ДНҚ-сы өтеді, жаңадан түзілгеп фагтардың барлық қасиеттері ДНҚ-ның бақылауында болады деген қорытынды жасауға болады. Сол кездерде бұл құпияны — ДНҚ құрылымын шешу — ғалымдар арасында қызу бәсеке тудырды. Алайда ДНҚ құрылымының кеңістіктегі моделін бірінші болып 1953 ж. Дж. Уотсон мен Ф. Крик ұсынды. 1952 жылы Р. Франклин және М. Уилкинс ДНҚ-ның жоғарғы сапалы рентгенограммасын түсірді. 1953 жылы Д. Уотсон және Ф. Крик ДНҚ-ның молекулалық моделін құрастырды.

2. Белок синтезінің реттелуі. Ағзаның қоршаған ортаның әртүрлі әсерлеріне бейімделуі (адаптация) гендердің экспрессиясының (активтілігінің) өзгеруі жолы арқылы жүзеге асады. Бұл процесс бактерия мен вирус жасушаларында жақсы зерттелген. Ол ДНҚ-дағы транскрипцияның старттық бөлігіне жақын аралықта тікелей әсерлесетін спецификалық белоктарды өзара байланысуынан тұрады. Эукариот жасушалары да осы принциппен жұмыс істейді, бірақ гендер экспрессиясының реттелуінде кейбір басқа механизмдер де жүргенмен де. Прокариоттарда белгілі бір белоктар оперонның реттегіш бөліктерімен байланысады және РНҚ-полимеразаның промотормен байланысуын болдырмайды немесе күшейтеді. Бұл келесі екі жүйе бойынша атқарылады: 1. индуцибилді жүйе, 2. репрессибелді жүйе. Индуцибилді реттелу механизмі бойынша оперонның реттелуінде, мысалы, лактоздық оперон, егер индуктор болмаған болса, онда белок репрессор оператормен байланысқан болады. Операторлар мен промоторлардың бөліктері жабылғандықтан, репрессордың операторға қосылуы РНҚ-полимеразаның промотормен байланысуын болдырмайды, сондықтан, оперондағы құрылымдық гендернің транскрипциясы жүрмейді. Егер индуктор қоршаған ортада пайда болса, ол белок-репрессормен байланысып, оның конформациясын өзгертіп, операторға туыстығын төмендетеді. Оперон ашылғандықтан, РНҚ-полимераза промотормен байланысады және құрылымдық гендерді ингибирлейді. Репрессибелді реттелу механизмі бойынша оперонның реттелуінде (мысалы, гистидиндік немесе триптофаннық оперондар) белок-репрессорлар оперондармен байланыспайды. Белок-репрессорға кіші молекула – корепрессор (гистидин немесе триптофан) байланысқанда, белок молекуласында өтетін конформация өзгерісі нәтижесінде белок-репрессор-корепрессор комплексі операторға туыстық жоғарлап онымен байланысады да транскрипцияны тоқтатады. Эукариоттардың жасушаларында белок биосинтезінің реттелуінің 2 түрі болады: 1) қысқа мерзімді, ағзаның қоршаған орта өзгерісіне бейімделуін қамтамасыз етеді, 2) ұзақ мерзімді, тұрақты, бұл жасушалардың дифференциалдығын және мүшелердің әртүрлі белоктық құрамын қамтамасыз етеді. Әртүрлі мүшелер және ұлпалардың хромотиндерінде өте үлкен транскрипциялық активсіз немесе тұрақты репрессияланған аймақтардың болуымен бірге активті немесе активтілікке потенциалды аймақтары болады. Ағзаның әрбір жасушасының құрамында (тек лимфациттер ғана емес) бірдей гендік жиын болады. Арнайы маманданған мүшелер мен ұлпаларлың болуы гендердің дифференциалды экспрессиясына тәуелді, бұл әртүрлі ұлпалардың дифференцирленген (маманданған) жасушалары хроматиннің әртүрлі бөліктерінде транскрибирленетіндігін байқатады.

3. ДНҚ құрылысы және құрылымы. Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) – барлық тірі клеткалардың негізгі генетикалық материалы болып табылатын күрделі биополимер. ДНҚ-ның негізгі құрылымдық бірлігі – үш бөліктен құралған нуклеотид. Бірінші бөлігі – дезоксирибоза (бескөміртекті қант); екіншісі – пуриндік негіздер: аденин (А) мен гуанин (Г) және пиримидиндік негіздер: тимин (Т) мен цитозин (Ц); үшіншісі – фосфор қышқылының қалдығы. Нуклеин қышқылдарында мономерлік қалдықтар (нуклеотидтер) өзара фосфодиэфирлік байланыспен байланысқан. ДНҚ барлық тірі организмдердің болашақ ұрпағының құрылысы, дамуы және жеке белгілері туралы биол. мәліметті сақтап, оларды жаңадан пайда болатын клеткаларға бұлжытпай «жазу» жүйесінің негізі болып табылады. ‎ 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), ал 1979 ж. америкалық ғалым А.Рич (1929 ж.т.) молекула құрылымының сол жақ оралымын (Z – ДНҚ) ашты. Азотты негіздер спираль осіне перпендикуляр түрінде орналасады. ДНҚ-ның үш сатылы құрылымының кеңістіктік моделін алғаш рет 1953 ж. америкалық ғалым Д.Уотсон (1928 ж.т.) мен ағылшын биологы Фрэнсис КрикФ.Крик (1916 ж.т.) жасады. ‎ Модель бойынша ДНҚ молекуласы қос тізбектен құрылған. Қос тізбек бір-бірімен азотты негіздер арасында пайда болатын сутекті байланыстар арқылы жалғасады. ‎ Бұл қос тізбекті негіздерге комплементарлық (ұқсас) принцип тән, яғни аденинге әдетте тимин, ал гуанинге цитозин сәйкес келеді. ДНҚ-ның бір-біріне қарама-қарсы бағытталған екі спиральді полинуклеотидті тізбегі бір осьті айнала оралып жатады. Уотсон мен Крик моделінің көмегімен ДНҚ-ның өздігінен екі еселену (репликация) қасиеті ашылды. Осы жаңалықтары үшін Уотсонға, Крикке және Уилкинске Нобель сыйлығы берілді (1962). Екі еселену кезінде комплементарлы орналасқан азотты негіздердің сутекті байланысы үзіліп, ДНҚ жіпшелері екіге ажырайды да, екі ұқсас спиральді ДНҚ тізбегі пайда болады. ДНҚ-ның екі еселенуінің мұндай процесі жартылай консервативтік деп аталады, себебі жаңа түзілген ДНҚ молекуласында бір тізбек бұрынғы болады да, екінші тізбек жаңадан түзіледі. Осының нәтижесінде организмнің барлық клеткаларындағы генетик. материал өзгеріссіз қалады. Бұл ғыл. жетістіктер тірі организмнің тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігін молек. деңгейде түсіндіруге жол ашты.

№48 емтихан билеті