Нуклейн қышқылы биосинтезі

 

 

 

• Тақырыбы: «Нуклеин қышқылдарының биосинтезі. ДНҚ репликациясы».

• Дәрістің жоспары:

1. Репликация механизмі.

2. Репликон, репликациялық вилка  (аша)  туралы түсінік.

3. Ферментті комплекстің компоненттері.

4. Жетекші тізбектің және  Оказаки фрагменттерінің синтезі.

5. Теломерлер және теломердің  қызметі.

6. Репарацияға түсінік. 

 

• 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 нуклеоплаз-

мадағы 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 процесінің 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 жасушасында Оказаки фрагменттері 1000-2000 нуклеотидтерден, ал эукариотта 100-200 нуклеотидтерден тұрады.
• Әрбір осындай фрагменттің синтезделуі кезінде ұзындығы шамамен 10 нуклеотидтен тұратын бастаушы РНҚ -пайда болады.

• 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:

• 1. Ата-аналық ДНҚ-ны репликацияға дайындайтын ақуыздар
•  Арнаулы танитын ақуыздар, негізде

(жиі А-Т) ерекше  бірізділікпен  байланысады. 

 Бұл репликацияның басталу нүктесі. Бұндай

ақуыздар, ДНҚ-ны репликациялаушы  комплекс 

құрамында ДНҚ-мен көшіріледі. Бұл топтың

алғашқы ферменті геликаза – ол  репликативті

вилка (аша) аумағында екі спиральді  ДНҚ-ң 

тарқатылуын қамтамасыз етеді.

• Бірақ,  спиральдің тарқатылуы бұл 

бөлік алдында супершиыршықтың 

пайда болуына алып келеді, яғни 

ДНҚ кейбір жерлерде ядролы 

матриксте жазылып қойылған  және 

еркін айнала алмайды.

Сондықтан, бұл бөліктерде 

суперорамдардың пайда болуын 

ескертетін топоизомераза ферменті

жұмыс істейді.

• 2. Полимеризация ферменттері.
•  Арнайы ақуыз, праймазалар активатор қызметін атқарады, содан соң праймаза ДНҚ- бөлігінде қысқа РНҚ – бастаушы немесе праймерді синтездейді.
• ДНҚ – полимеразалар нуклеотидтердің жаңа ДНҚ тізбегінде қосылу бірізділігін, ата-аналық тізбектегі нуклеотидтерге комплементарлы болуын жүзеге асырады.

• 3. ДНҚ – репликациясын аяқтайтын ферменттер.
• Жоғарыда айтылған ферменттердің  әсері нәтижесінде, әрбір жаңа синтезделінген тізбектер бір-біріне жанасатын бөліктерден тұрады. Көршілес бөліктерді тұтастырып тігуге лигаза (Л) қатысады, ол нуклеотидтер аралығында фосфодиэфирлі байланыстың пайда болуына қатысады.
• Сонымен, ДНҚ репликациясы аяқталды (оның  соңы немесе теломерлік бөліктер репликациясынан басқа).

• ДНҚ репликациясы процессіне қатысушы, ақуыздар.
• ДНҚ –геликаза- полинуклеотидтік тізбекті айырып, ДНҚ-ның екі спиральін тарқатады.
• Дестабилизирлеуші (тұрақтылықты бұзушы) ақуыздар- ДНҚ тізбегіндегі бөлікті түзетеді (жазады).
• ДНҚ-топоизомераза- ДНҚ - полинуклеотидті тізбектегі спиральдің тарқатылуынан болатын күшті алып тастай отырып, фосфодиэфирлі байланыстың біреуін үзеді.
• РНҚ – праймаза – жаңадан пайда болған тізбек үшін немесе Оказаки фрагменттері үшін, бастаушы-РНҚ немесе праймерді синтездейді.

• ДНҚ –полимераза – жетекші тізбектегі үздіксіз синтезді және кешеулдейтін тізбектегі Оказаки фрагменттерінің синтезделуін қамтамасыз етеді.
• ДНҚ-лигаза –бастаушы-РНҚ-ны алып тастағаннан кейін, Оказаки фрагменттерін тігеді.
• !!! ДНҚ –полимераза басынан «нольден» бастай алмайды (ол ДНҚ-синтезіне жауап береді), ал РНҚ – полимераза бұндай ерекшелікке ие, сондықтанда ол РНҚ-ң бір ізділігі бойынша ДНҚ – фрагменттерін жасай бастайды.

 

• Қаралған репликация механизмі ДНҚ құрылымының көшіруі жоғарғы дәлме-дәлділігімен өзгешеленеді. ДНҚ –екі еселенуі кезінде комлементарлық негіздер жұбында орташа 1∙106 жиілікті қателер пайда болады.

• Репликацияның жоғарғы дәлділігін ұстап тұрушы ролін ДНҚ –полимера атқарады, ол ядро шырынында  болатын  қажетті нуклеотидтерді сұрптайды, және де ДНҚ –матрицалық тізбегіне олардың дәл қосылуын және жаңадан құрылған өсуші тізбекке қосуды қамтамасыз етеді.

 

• Репарация механизмі ДНҚ молекуласындағы екі комплементарлық тізбектердің болуына негізделген. Нуклеотидтердің бір ізділігінің бұзылуы ферменттермен анықталынып, бұл бөлік қиылып алынады, ДНҚ-ң екінші комплементарлы тізбегіндегі жаңа синтезделген фрагментпен ауыстырылады.

• Бақылау сұрақтары:

1. Репликация процессінің маңызы.

2. Ата-аналық ДНҚ репликацияға  дайындайтын ақуыздар.

3. Полимеризация ферменттері.

4. ДНҚ репликациясын аяқтайтын  ферменттер.

5. Қартаюдың теломерлік теориясы.