25 Билеттің 21-сі

1. ДНҚ биосинтезі (репликация). Репликация ферменттері

Репликация – дегеніміз ядроішілік маңызды процесс. Бұл өзін-өзі көшіруге қабылетті, днқ санының екі еселенуіне алып келеді. Репликация екі комплементарлық тізбектен тұратын, днқ молекуласының химиялық ұйымы ерекшелігінің нәтижесінде болады. Репликация процессінде аналық днқ молекуласының әрбір полинуклеотидті тізбегінде оған комплементарлы тізбек синтезделінеді. Нәтижесінде, екі спиральді днқ-ң біреуінен, екі ұқсас қос спираль пайда болады. Бұндай екіеселену жолындағы әрбір – жаңа молекула бір аналық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады.

Репликация механизмі

тізбекте репликация жүзеге асырылу үшін, бастапқы днқ тізбектері бір-бірінен ажыратылады және матрицаға айналады. Әрбір матрицаға жаңа тізбектің комплементарлы синтезделінуі жүреді.

днқ спиралінің тарқатылуы, жеке аймақтарда геликаза ферментінің көмегімен жүреді. Құрастырылған біртізбектік бөліктер арнайы тұрақтылықты бұзушы (дестабилизирлеуші) ақуыздармен байланысады. Бұл ақуыздар молекулалары, азотты негізді нуклеоплазмадағы орналасқан комплементарлы нуклеодиттермен байланысуына себебін тигізеді. Репликациядағы полипептидті тізбектің ажырау аймағы репликациялық вилка (аша) деп аталады. Синтезделу процессінде репликациялық вилка барлық жаңа аймақты қоршай, аналық тізбектің бойымен жылжиды. Нәтижесінде, репликация процессінің соңында, днқ-ң екі молекуласы пайда болады. Оның нуклеотидті бір ізділігі бастапқы екі спиральмен бірдей.

прокариот және әукариоттарда репликацияның бір ізділігінің болуы ұқсас, бірақ днқ-ң синтезделу жылдамдылығы прокариоттарда жоғары (1000 нуклеотидтер /сек), ал эукариоттарда төмен (100 нуклеотидтер /сек).

репликацияның жоғарғы жылдамдылығының болуы ферменттер жүйесінің қатысуымен жүреді: геликазалар, топоизомеразалар, тұрақтылықты бұзушы (дестабилизирлеуші) ақуыздар, днқ-полимеразалар және т.с.с.

репликацияның басталу нүктесінен оның біткенге дейінгі днқ бөлігі – репликон деп аталады. Прокариоттағы сақиналы днқ жеке репликоннан тұрады. Сондықтан днқ-молекуласының екіеселенуі эукариоттарда бірнеше нуктелерден басталады. Әрбір репликондарда екіеселену әртүрлі уақытта немесе біруақытта болуы мүмкін.

днқ тізбегінің ұзаруы - немесе оның жеке фрагменті (үзіндісі), әрқашан 5 ^/ соңынан 3 ^/ соңы бағытында жүреді, яғни нуклеотидтер өсуші тізбектің 3^/ соңына қосылады. Өйткені днқ молекуласындағы комплементарлық тізбектер антипараллельді, сосын өсуші тізбекте матрицалыққа антипараллельді, 3 ^/ → 5 ^/ соңына қарай оқылады. Фрагменттік комплекстердің функциялануы келесі түрде жүреді: екі синтезделетін тізбектің біреуі басқасымен салыстырғанда алдына оза шығып өседі, сондықтан алғашқы тізбек – жетекші деп, ал екіншісі кешеулдейтін тізбек деп аталады.

жетекші тізбек ұзын үздіксіз фрагмент түрінде болады, (сперматогоний үшін – бұл 1млн. 600 мың нуклеотидтер).

кешеулдейтін тізбек қысқа фрагмент түрінде болады (1500 мың нуклеотидтерге дейін). Бұл оказаки фрагменттері.

Прокариот клеткасында оказаки фрагменттері 1000-2000 нуклеотидтерден, ал эукариотта 100-200 нуклеотидтерден тұрады.

Әрбір осындай фрагменттің синтезделу кезінде ұзындығы шамамен 10 нуклеотидтен тұратын бастаушы рнқ-пайда болады.

Жаңадан пайда болған фрагмент. Днқ-лигазалар ферменті көмегімен алдында болып өткен оның бастаушы-рнқ-ны алып тастағаннан кейінгі (бастаушы-рнқ, днқ-полимеразаның днқ-ны синтездейтін негізгі ферменттерінің жұмысы үшін қажет).

Ферментті комплекстің компоненттері

Репликация процессіне 15-20 ақуыздар қатысады. Барлық бұл ақуыздарды 3 топқа бөлеміз:

ДНҚ репликациясы процессіне қатысушы, ақуыздар.

1. ДНҚ –геликаза- полинуклеотидтік тізбекті айырып, ДНҚ-ның екі спиральін тарқатады.

2. Дестабилизирлеуші (тұрақтылықты бұзушы) ақуыздар- ДНҚ тізбегіндегі бөлікті түзетеді (жазады).

3. ДНҚ-топоизомераза- ДНҚ - полинуклеотидті тізбектегі спиральдің тарқатылуынан болатын күшті алып тастай отырып, фосфодиэфирлі байланыстың біреуін үзеді.

4. РНҚ – праймаза – жаңадан пайда болған тізбек үшін немесе Оказаки фрагменттері үшін, бастаушы-РНҚ немесе праймерді синтездейді.

5. ДНҚ –полимераза – жетекші тізбектегі үздіксіз синтезді және кешеулдейтін тізбектегі Оказаки фрагменттерінің синтезделуін қамтамасыз етеді.

6. ДНҚ-лигаза –бастаушы-РНҚ-ны алып тастағаннан кейін, Оказаки фрагменттерін тігеді.

2. Биологиялық макромолекулалар: нуклеин қышқылдары. Тұқым қуалайтын ақпараттың берілуінің негізгі жолдары.

1869жылы Ф.Мишер іріңді клетканы зерттеген кезде нуклеин қышқылдарының бар екенін тапты. 1914 жылы Щепотьев нуклеин қышқылдары тұқымқуалау ақпаратын тасымалдауға қатысады деген болжау айтты. Бірақ, 1944 жылы Эйвери және оның әріптестері, Бактериядағы трансформация бойынша Грифитса тәжірибесі негізінде, ДНҚ- тұқымқуалау ақпаратын беретіні және сақталатыны дәлелденді.

Нуклеин қышқылдары – мономерлерден, нуклеотидтерден тұратын полимерлер, 3 компоненттен тұрады:

1. Пентоза қанты

2. Фосфат

3. Азотты негізден (пурин немесе пиримидин).

Пуриндер – аденин және гуанин

Пиримидиндер – цитозин және тимин

Шынжыр негізі пентоза қалдықтарынан- дезоксирибоза және фосфоттан тұрады.

ШЫНЖЫРДАҒЫ НУКЛЕОТИДТЕРДІҢ ҚОСЫЛУЫ

ДНҚ – фосфодиэфирлі байланысты (бір нуклеотидтің фосфаты және басқа нуклеотидтің гидроксилі), нәтижесінде полинуклеотидті тізбек пайда болады.

Тізбекті құрастыру полимераза ферментінің қатысумен жүреді. Алдымен шынжырда әрқашан фосфат 5 ^/ жағдайында, ал соңғы тізбек бос гидроксил (ОН) 3 ^/ жағдайында болады.

ДНҚ ұйымының құрылымдық ерекшелігі, ол екі полинуклеотидті тізбектен тұрады.

ДНҚ-ң үш бөлімді моделі, 1953 жылы американ биофизигі Дж. Уотсон мен ағылшын генетигі Ф.Крик ұсынған бойыынша, тізбектер бір-бірімен сутекті байланысты, олардың азотты негздері комплементарлы (толықтырушы, сәйкес) принцип бойынша қосылады.

Аденин – бір тізбегі тиминмен, екіншісі екі сутекті байланыспен қосылады. Гуанин және цитозин үш сутекті байланысты. Келесі ерекшелігі, ДНҚ-ның екі полинуклеотидтік тізбегінің қосылуы, оның антипараллельділігі:

Бір тізбектің 5 ^/ соңы, екінші тізбектің 3 ^/ соңымен қосылады, және керісінше.

5 ^/ _________ 3 ^/

3 ^/ _________ 5 ^/

Рентгенқұрылымдық мәліметтер анализінің көрсетуі бойынша, ДНҚ молекула – екі тізбекті спиральден тұрады, өз білігінің (ось) айналасында сағат тілінің бағыты бойымен оңға қарай ширатылған, бұралған баспалдаққа ұқсайды. Спиральдің диаметрі 2 нм, ұзындығ – 3,4 нм, әрбір орамда 10 нуклеотидтен болады.

Сонымен, құрылымды кеңістіктегі ДНҚ молекуласы 3 құрылымнан тұрады:

1. Алғашқы құрылысы – полинуклеотидті тізбек.

2. Екінші құрылысы – бір-біріне, екі комплементарлы және антипараллельді нуклеотидті тізбектер, сутекті байланыспен қосылады.

3. Үшінші құрылысы –үш өлшемді спираль, кеңістіктегі сипаттамасы жоғарыда көрсетілгендей.

Адам клеткасының ядросындағы ДНҚ-ның жалпы ұзындығы 46 молекуладан, шамамен 190 см, бір молекуланың орташа ұзындығы 4 см тұрады.

РНҚ, ОНЫҢ ТҮРЛЕРІ ЖӘНЕ ҚЫЗМЕТІ

Генетикалық кодтың көмегімен жазылған тұқым қуалауақпараты ДНҚ молекуласында сақталынады. ДНҚ-дағы сақталынған ақпаратты көшіруші рибонуклеин қышқылы-РНҚ болып саналады.

РНҚ – бір полинуклеотидті тізбектен,4әртүрлі нуклеотидтерден: құрамы қант – рибозадан, фосфаттан және 4-азотты негізден –аденин,гуанин,цитозин және урацилден тұрады.

РНҚ –ы ДНҚ –молекулаларында РНҚ, РНҚ-полимераза ферментінің көмегімен, комплементарлы және антипараллельді принципті сақтай отырып синтезделінеді. ДНҚ –дағы аденинге РНҚ-дағы урацил комплементарлы.

Клеткадағы барлық РНҚ 3 түрге бөлінеді:

1. Матрицалы немесе ақпаратты РНҚ(м-РНҚ, немесе а-РНҚ).

Транскрипция – бұл м-РНҚ-ның синтезделу процесі (ДНҚ-ның белгілі бөліктерінде, айқын нуклеотидті бір ізділікті).

2. Тасымалдаушы РНҚ (т-РНҚ). Трансляция.

Аса маңызды роль тасымалдаушы РНҚ (т-РНҚ) атқарады. Олар пептидті тізбектің жиналатын жеріне қажетті аминқышқылдарды әкеледі, яғни трансляция аралық звено ролін атқарады (генетикалық ақпаратты х-РНҚ тілінен белоктағы амин қышқылы тіліне аударады, яғни синтезделінеді).т-РНҚ құрылысы, клевер жапырағының пішіні секілді (бұл екінші құрылысы). Бір бұтағында үш нуклетид – (антикодон) рналасады, л амин қышқылын м-РНҚ кодонына кмплементарлы және акцепторлы сңына қосылды. Цитплазмада шамамен 40 түрлі т-РНҚ әртүрлі млекуласы кездеседі. Бұл, 20 амин қышқылын белоктың жинақталу орнына тасымалдауға жеткілікті. т-РНҚ-ның өз амин қышқылымен ерекше қсылуы аминоацил –т-РНҚ –ның пайда болуына алып келеді.

Қорытындылай келе келесі түсініктемені береміз: ДНҚ-молекуласында жазылған және м-РНҚ-да көшіріліп алынған тұқым қуалайтын ақпараттар, трансляция кезінде екі процесстердің нәтижесінде түсіндіріледі.

1. Амино-ацил-т-РНҚ-синтетаза ферменті т-РНҚ-ның амин қышқылымен қосылуын қамтамасз етеді.

2. Содан кейін, амино-ацил-т-РНҚ-ы м-РНҚ антикодон және кодон қарым-қатынасы арқасында комплементарлы қосылады.

т-РНҚ жүйесінің көмегімен, м-РНҚ-ның нуклеотидті тізбектер тілі, пептидтің амин қышқыл бір ізділігіне трансляцияланады.

РИБОСОМАЛЬДІ РНҚ (р-РНҚ)

Ақпаратты нуклеотидтер тілінен, амин қышқыл тіліне трансляциялау процесі рибосомаларда жүзеге асады.

Рибосомалар –бұл, р-РНҚ-ң және әртүрлі белоктардың күрделі комплексі. Рибосомалы РНҚ, рибосоманың құрлымды компоненті ғана емес, ол олардың м-РНҚ белгілі нуклеотидті бір ізділіктігін қамтамасыз етеді.

3. Ген туралы түсінік. Геннің қасиеттері.Гендердің жіктелуі.

Ген - тұқымқуалаушылықтың элементарлы бірлігі (нақты белгілердің дамуын анықтайтын ДНҚ-бөлігі), белгілі нуклеотидтер бір ізділігі болып табылады (Слайд 1).

Эукариот генінің қазіргі кездегі жіктелуі (Слайд 2).

1. Құрылымды гендер:

   1. Ақуыздарды кодтайтын гендер:

а) Уникальді гендер (геномдағы жалғыз көшірмелер); көптеген ферменттердің, тасымалдау және құрылымды ақуыздар гендері және т.б.

б) Қайталанатын –гендер: рибосомальді ақуыздар, гистондар, апоақуыздар (апоптозды), протоонкогендер және т.б. гендері.

2. т-РНҚ, р-РНҚ кодтайтын гендер (300-1600 рет қайталанған).

II. Реттеуші гендер - Басқа гендердің қызметін реттейді.

3. Миграцияланатын генетикалық элементтер - Көрші (жақын жатқан) гендердің белсенділігіне әсер етеді.

4. Псевдогендер – Транскрибленбейтін уникальді құрылымдық гендерге ұқсас, оларда интрондар болмайды.

Құрылымды гендер ақуыз, гистон және әртүрлі РНҚ- түрлеріндегі нуклеотидтердің тізбектелуі туралы ақпаратты сақтайды.

Функциональді ген (немесе тізбектелу)- құрылымдық гендердің жұмысын реттейді.

Эукариот гендері адам геномында қайталану дәрежесі және олардың қызметі бойынша жіктелінеді.

Гендер белгілі қасиеттермен сипатталынады: спецификалық, дискретті және тұтас, тұрақты, плейотропты, экспресивті және пенетрантты.

1. Спецификалық ген — құрылымдық генде нуклеотидтердің орналасуы нақты және белгілі полипептидтер р-РНҚ және т-РНҚ синтездері детерминирленеді.

2. Тұтас ген – полипептид синтезінің бағдарламасы, бөлінбейтін бірлік өзгеріс, полипептид молекуласын өзгертеді.

3. Дискреттілік субьбірлікті анықтайды. Геннің минимальді құрылымды субьбірлігі дегеніміз нуклеотидтердің комплементарлы жұптары, минимальді функциональді бірлігі – кодон.

4. Плейотропты (көптеген) әсер дегеніміз бір ген бірнеше белгінің түзілуіне жауап береді.

5. Экспрессивті қасиет дегеніміз белгілі геннің фенотипті байқалу дәрежесі, ол сыртқы орта факторына және басқа гендер әсеріне тәуелді болады.

6. Гендердің байқалу немесе көріну жиілігі пенетранттық деп аталады.

7. Фнукциональді ген (немесе тізбектелу) құрылымды геннің жұмысын реттейді, ал оның кезеңі геннің уақытша әсер етуі деп аталады.

8. Құрылымды гендер ақуыз, гистон және әртүрлі РНҚ- түрлеріндегі нуклеотидтердің тізбектелуі туралы бойында сақтайды.

Хромосомада гендердің орналасу орыны -локус деп аталады.