1. Рибосомалардың морфологиясы, құрылымы, құрылысы жэне құрамы.

2.Рибосомалардың қызметтері.

3.Ақуыз молекулаларының конформациясын зерттеудің химиялық тәсілдері

Белок синтезінің реакциялары рибосомада жүреді. Белок синтезінің реакциялары жүру үшін күрделі катализдік ақпарат кажет. Өсіп келе жатқан полипептидтік тізбек иРНҚ молекуласына жақындасуы керек, ол иРНҚ-дағы келесі кодондар тРНҚ-ның молекуласымен қосылуы үшін қажет. Бұл дегеніміз, полипептидтің өсіп келе жатқан ұшы, әрбір жаңа амин қышқылы қосылған сайын, иРНҚ-ның тізбегінің бойымен дәл үш нуклеотидке жылжиды деген сөз. Белок синтезінің осы және басқа кезеңдері синтездің белок молекуласынан және РНҚ-дан құралған ірі мультиферменттік комплекс рибосомада жүретініне байланысты.

Құрылымы және қызметі жағынан эукариоттар мен прокариоттардың рибосомалары өте ұқсас. Олардың әрқайсысы - үлкен және кіші екі суббірліктен тұрады. Эукариоттық рибосомаларда, массасының жартысына жуығы РНҚ-дан (рРНҚ) тұрады; кіші суббірлігі рибосомалық РНҚ-ның (рРНҚ) бір молекуласы мөлшермен 33 әртүрлі рибосомалық белоктармен, ал үлкені 40-тан аса әртүрлі рибосомалық белоктармен, рРНҚ-ның үш молекуласымен байланысқан. Прокариоттық рибосомалар кішірек, және компоненттерінің (құрамы) саны аз болады. Екі типтегі рибосомаларда да өсіп келе жатқан полипептидтік тізбекті және иРНҚ молекуласын ұстап тұратын өзекшелер бар. Өзекшелердің біріншісінің ұзындығына 30 амин қышқылы, ал екіншісіне РНҚ-ның 35 жуық нуклеотидтері сияды. Рибосома адымдап иРНҚ-ның тізбегімен жылжиды. Рибосомада тРНҚ молекуласын байланыстыратын екі әртүрлі учаске бар. Біреуі тРНҚ молекуласын, өсіп келе жатқан полипептидтік тізбек бойында, сондықтан оны пептидил-тРНҚ байланыстырушы учаскесі немесе Р-учаскесі деп атайды. Екіншісі амин қышқылымен жүктелген, жаңадан келген тРНҚ молекуласын ұстау үшін жұмыс жасайды; осы аминоацил-тРНҚ-ны байланыстырушы учаскесі немесе А-учаскесі деп атайды. Екі учаскеге де тРНҚ молекуласы қатты бекуі, тек оның антикодоны иРНҚ-дағы оған комплементарлы кодонмен жұптасқанда мүмкін болады. А- және Р учаскелері бір біріне өте жақын орналасқан, сондықтан олармен байланықан екі тРНҚ молекуласы иРНҚ молекуласында екі көршілес кодондармен жұптасады.

Рибосомада полипептидтік тізбектің өсу (элонгация) процесін үш түрлі жеке сатылардан тұратын цикл ретінде қарауға болады. Бірінші сатыда аминоацил-тРНҚ молекуласы рибосоманың бос А-учаскесімен байланысады, ол бос емес Р-учаскесіне жанасқан; байланыс антикодонның нуклеотидтерінің А-учаскесінде орналасқан иРНҚ-ның үш нуклеотидімен жұптасуы арқылы жүреді. Екінші сатыда полипептидтік тізбектің карбоксилдік ұшы Р-учаскесінде тРНҚ-дан бөлініп, А-учаскесіндегі тРНҚ молекуласына қосылған амин қышқылымен пептидтік байланыс пептидилтрансфераза ферментімен катализденеді. Үшінші сатыда жаңа пептидил-тРНҚ рибосоманың Р-учаскесіне көшеді, ол кезде рибосома иРНҚ молекуласының бойымен дәл үш нуклеотидке жылжиды. Бұл кезең энергияны көп қажет етеді; оның козғаушы күші бір катар конформациялық өзгерістер, олар рибосомалық молекулалардың бірінде, онымен байланысты GTP молекуласының гидролизімен индукцияланады.

Транслокация (орын ауыстыру) процесі - 3-сатыны құрайды, сондықтан 3-ші саты біткесін бос тұрған А-учаскесі кезекте амин қышқылы бар жаңа тРНҚ молекуласын қабылдайды, яғни цикл қайтадан басталады. Бактериялық клеткада полипептидтік тізбектің элонгациясының бір циклы, қалыпты жағдайда 1/20 с, сондықтан көлемі 400 амин қышқылынан тұратын орташа белоктың синтезі мөлшермен 20 с жүреді.

Клетканың көп бөлігінде барлық биосинтетикалық процестермен салыстырғанда - белок синтезі ең энергияны көп қажет ететін. Жаңа пептидтік байланыстардың әрқайсысы түзілгенде төрт жоғары энергетикалық фосфаттық байланыстар ыдырайды. Олардың екеуі тРНҚ-ға амин қышқылын жалғауға, ал екеуі - рибосомада өтетін екі циклдегі реакцияларға жұмсалады; циклдың 1 сатысында аминоацил-тРНҚ-ны байланыстыру және 3-сатыда рибосоманың транслокациялануында пайдаланылады

Дәріс №7

Геннің нәзік құрылысы. Гендер қызметінің реттелуі. Геннің нәзік құрылысына талдау жасау. Ген құрылымы жайлы қазіргі көзқарастар. Аллельдер аралық комплементация. Ген қызметтері реттелуінің, молекулалық механизмдері. Оперон жүйесі. Эукариоттардағы генетикалық құрылым. Гендер экспрессиясының молекулалық механизмдері

1. Ген қызметінің реттелуі.

2. Гендердің күрделі құрылысы туралы қазіргі көзқарастар.

3. Аллель аралық комплементация құбылысы.

4. Ген қызметтері реттелуі

5. Оперон моделі. Эукариоттардағы генетикалық құрылым.

Ген қызметінің реттелуі. Қазіргі тұрғыдан алғанда ген-белок молекуласының бір полипептидті тізбегіндегі амин қышқылдарының орналасу ретін бақылайтын ДНҚ молекуласының бір бөлігі. Ол организмнің дамуында өзіндік әсері бар хромосоманың бір локусы (бөлімі) болып есеп теледі. Ген – түрлі бөліктерге бөлінетін, күрделі молекулалы – биологиялық құрылым. Ол төменгі бірліктер – нуклеотидтерден тұрды. Олардың саны мен орналасу реті әрбір жеке геннің ерекшелігін сипаттайды. Кез келген геннің өзіне тән молекулалық массасы және нуклеотидтердің саны болады. Геннің мөлшері оның өзі синтездейтін белоктың мөлшеріне байланысты. Көпшілік белоктың құрамында шамамен 300-500 амин қышқылы енеді, егер нуклеотидтердің бір жұбының молекулалық массасы 660-қа тең екенін ескерсек, ал орташа ген 1500 нуклеотид жұбынан тұрады десек, онда геннің молекулалық массасы 1000000 шамсында болып шығады. Есептеулер бойынша шамамен пішен таяқшасында 10³, дрозофилада 10⁵, ал адамда 10⁷ ген бар. Тұқым қуалаушылықтың элементі ретінде ген хромасомасының құрамына енеді. Әрбір ген тек біртұтас генотип жүйесінде ғана қызмет атқара алады. Гендер организмдегі биохимиялық және морфологиялық жіктелу процестерін анықтайды.

Нуклин қышқылдарының құрылымы мен қызметін зеріттеудегі және генетикалық эксперименттің техникасын жетілдірудегі қол жеткен табыстар гендерді таза күйінде бөліп алуға , сол сияқты оларды химиялық жолмен қолдан синтездеуге мүмкіндік туғызады.

Геномның құрамындағы жүздеген, мыңдаған геннің ішінен бір генді бөліп алу өте күрделі нәрсе. Оны тұңғыш рет 1969 жылы Америка оқымыстысы Дж. Бэкивит жүзеге асырды. Мұнда фагтың бактерия хромосомасына өту қабілеті пайдаланылды. Екі туыстас фаг – лямда (λ) мен (q) 80. Е. Coli бактериясы хромасомасының екі нүктесінде орналасқан. Соларға көршілес нүктеге фермент – β – галактозидазаны бақылайтын ген апарылған. Содан кейін арнайы ферменттің көмегімен ол ген, яғни ұзындығы 1,4 мкм-дей ДНҚ бөлшегі бөлініп алынған.

Аллельаралық комплементация құбылысы. Ген ДНҚ – ның әрбір нүктесінде төрт түрлі нағыз аллельдің АТ, ТА,GC және CG болуы мүмкін. Бұл аллельдер ешқашанда бір – бірімен рекомбинацияланбайды (олардың біреун жабайы түр ретінде қабылдауға болады). Егер геннің ішіндегі әртүрлі нуклеотид жұптар мутациямен қамтылған болса, онда геннің екі түрі де гетероаллельдер (немесе псевдоаллелдер) деп аталады. Гетероаллельдер жаңа рекомбинантты аллельдер түзіп бір-бірімен рекомбинацияалана алады (соның ішінде жабайы түрді анықтайтын аллель де бар). Гетероаллельдерді бір-бірінен рекомбинациялық талдау арқылы ажыратуға болады. Кейбір жағдайларда шығу тегі тәуелсіз жабайы түрге қарағанда рецессивті екі түрлі аллелдерді бір гибридте біріктіргенде қайта бұрынғы қалыпқа келетіндігі, яғни жабайы түрдің белгісін байқауға болады. Мұнда фенотиптік белсенділік те біршама қайта қалыпқа келеді. Жабайы фенотиптің қайта қалпына келуі өте ерекше жағдайда – тек аллельдердің кейбір комбинацияларында ғана жүзеге асады. Гендердің өзара әрекеттесунен осындай түрі аллельаралық комплементация деп аталады. Мұндай құбылыс біршама кең тараған: Аллельаралық комплементация кезінде екі мутантты аллель бірігіп қалыпты қызмет атқаратын өнім түзе алады, ал жеке-жеке келгенде оның ешқайсысының да ондай қабілеті болмайды. Аллельаралық комплементацияның бір ерекшелігі белок молекуласының құбылысына байланысты. Аллельдер осындай жолмен әрекеттесетін барлық генде біріңғай суббірліктерден құрылған ферменттердің құрлымын бақылайды, яғни ондағы қайсібір полипептидтегі тізбек бірнеше рет қайталанады. Көптеген ферменттер екі немесе бірнеше полипептидтен тұрады, олар өзара әрекеттесіп төртінші құрылымды құрайды. Бір ферментті түзетін полипептидтер ұқсас болып келуі мүмкін бұл жағдайда ол бір ғана геннің өнімі болып табылады немесе ұқсас болмауы да мүмкін, онда олар әртүрлі гендермен кодталады.

Ген қызметінің реттелуі. Фенотип пен генотиптің арасындағы айырмашылық кез келген клеткадағы полипептидтер, белоктар, рРНҚ және тРНҚ – ның құрлымдарын кодтайтын гендер қызметінің реттелу механизміне байланысты. Ондай гендерді құрлымдық (структуралық) гендер деп аталады. Көп клеткалы организмнің генотиптерінің ұқсастығына қарамастан, құрлысы мен қызметі жағынан бір-бірінен өзгеше болатындығы сол құрлымдық гендердің активтілігінің реттелуімен түсіндіріледі. Қандай болсын дамудың негізінде (залалданған клеткадағы вирустардың репродукциясы, бактериялардың өсуі мен спора түзуі, эмбриондардың дамуы немесе тканьдардың жіктелуі) синтездің бір белоктан екінші белокқа ауысуы жатады. Бұл процестердің әрбір кезеңінде арнайы белоктар синтезделіп отырады.

Оперон моделі. E. Coli бактерисында сүт қанты лактозаның түзілуін бақылайтын гендердің реттелу механизмдерін зеріттеудің негізінде 1961 жылы француз ғалымдары Ф. Жакоб пен Ж. Моно құрлымдық гендер қызметінің жүйелі түрде бақылану моделін ұсынды, ол оперон моделі деп аталды. Бұл модел бойынша полипептидтерді кодтайтын, қызметі жағынан бір-бірімен тығыз байланысты құрлымдық гендер тобының транскрипциясы екі бақылаушы элементтер – реттеуші және оператор гендер арқылы реттелді. Оператор - реттелетін құрлымдық гендерге жалғасатын нуклеотидтердің тізбегінен тұрады. Егер реттеуші генннің өнімі белок репрессор болып келсе, ол оператормен қолсылып, құрлымдық гендердің транскрипциясына тосқауыл жасайды, анығырақ айтқанда, РНҚ – полимераза ферментінің арнайы бөліміне – промоторға барып қосылуына кедергі келтіреді. Егер бұған керісінше, реттеуші белок қызметін активті апоиндуктор атқарса, ол операторға барып қосылып, транскрипцияның жүруіне мүмкіндік туғызады. Оператор көбінесе промотор мен құрлымдық гендердің аралығында орналасады. Бір-бірімен тығыз байланысты құрлымдық гендер мен оператор және промотордан тұратын генетикалық реттеу бірлігін құрайтын ДНҚ тізбегін оперон деп атайды. Реттеуші ген оперонмен қатарласа немесе одан алысырақ орналасуы мүмкін. Оперондардың қызметін реттеуге сонымен бірге төменгі молекулалы заттар – эфекторлар да қатысады. Олар оперонның құрамына енетін құрлымдық гендердің индукторлары ретінде болады. Эукариоттардағы генетикалық құрылым. Эукариотты организмдердің гендері белгілі бір ретпен кезектесіп келетін, кодталатын бөлімдер – экзондар және кодталмайтын – кірме тізбектер немесе интрондардан тұрады. Гендегі инторндар саны 2-ден бірнеше ондықтарға дейін болады. Кейде геннің жалпы ұзындығының 40%-дейін интрондардың үлесіне тиеді.

Гендер экспрессиясының реттелуі. Гендер экспрессиясының дифференциалды реттелуін жүзеге асыру қабілеті прокариоттар мен эукариоттардың негізгі қасиеті болып есептеледі. Қандай гендердің экспрессиялануы керек, қайсыларына керегі жоқ екендігіне бақылау жасай отырып, сол сияқты түрлі гендер экспрессиясының деңгейін реттей келе клеткалар өз фенотипін белгілі бір сыртқы және ішкі орта жағдайларына бейімдей алады. ДНҚ-дан белокқа алып баратын жолда мұндай бақылау кез-келген кезінде жүзеге аса алады.

Гендер экспрессисының реттелуі мынандай деңгейлерде жүруі мүмкін:

• Транскрипция деңгейіндегі бақылау (геннің транскипциялану уақыты мен сипаты).

• Процессинг деңгейіндегі бақылау (алғашқы транскрипт процессингінің сипаты).

• Транспорт деңгейіндегі бақылау (цитоплазмадағы тасмалдауғалға арналған ядродағы жетілген мРНҚ-ны сұрыптау)

• Трансляция деңгейіндегі бақылау (рибосомалардағы трансляция үшін қажетті цитоплазмадағы мРНҚ-ны сұрыптау).

• мРНҚ деградациясыдеңгейдегі сұрыптау (цитоплазмадағы мРНҚ-ның белгілі бір түрлерін таңдап тұрақтандыру)

Транскрипция процесінде РНҚ құрамын реттеу генетикалық экспрессияны реттеудің аса маңызды және тиімді жолы болып табылады. Транскрипция деңгейіндегі бақылау әсіресе біршама тұрақсыз мРНҚ жағдайында аса қажет. Өз кезегінде посттранскипциялық құбылыстар да реттеліп отырады және клеткада РНҚ – ның функционалдық молекулаларының болуы да соған байланысты. Ген өнімдері экспрессиясының трансляциялық реттелуі рибосомаларда трансляцияланатын мРНҚ-ның сұрыпталуын қамтамасыз етеді. Ген әрекеттерін бақылау функионалдық деңгейде полипептидтердің посттрансляциялық модификациясы және ферменттер активтілігін аллостерикалық реттеу жолдарымен жүзеге асады. Эукариоттарда транскипция трансляциямен тікелей қатынаста болмайтындықтан цитоплазмадағы мРНҚ-ның белгілі бір түрлерінің деградациясы мен таңдамалы тұрақтануы деңейіндегі гендер экспрессиясының цитоплазмалық бақылану жүзеге асады.

Дәріс №8

Генетикалық код. Амин қышқылдарының кодалануы. Цистон. Кодтың негізгі қасиеттері. Жекеленген кодондардың құрылымы. Кодтың бұзылуы және оның ерекшеліктері. Кодтың биологиялық мәні. Кодтың универсалдылығы. Генетикалық кодтың пайда болуы мен транскрипциясы.