Нуклеин қышқылдары- тұқым қуалау негіздері

Нуклеин қышқылдарыныңалуантүрлілігіолардыңқұрамынакіретіннуклеотидтердіңмөлшері  мен сапасынабайланысты.Академик А. Н. Белозерскийдің лабораториясындажоғарыжәнетөменгісатыдағыәртүрліөсімдіктердің, жануарлар мен микроорганизмдердін, клеткаларынаналынған ДНК мен РНК-ныңқұрамызерттелді.

Ақуыз молекуласы сияқты, ДНҚ  молекуласы да биологиялық полимер. ДНҚ-ның молекулалық салмағы 10 млн. болады, кейбір жағдайда (ақуыздың биосинтезіне байланысты) 50-100 млн-ғы дейін жетеді. ДНҚ полимерлері мен мономерлерінің ролін комплементтік негізіне сәйкес бірінене кейін бірі орналасатын нуклеотидтер атқарады.Нуклеин қышқылдарының 2 түрі бар: дезоксирибонуклеин «ДНҚ» және рибонуклеин «РНҚ».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3.Дезоксирибонуклейн қышқылы

ДНҚ-ң құрылымын зерттеген  көптеген тәжірибелердің нәтижесінде, 40–жылдардың аяғында төмендегідей мәліметтер белгілі болды:

1. ДНҚ 4 нуклейдтен (аденин, гуанин, цитозин, тимин) тұрады. Олардың алдыңғы екеуі екі, ал қалғандары бір сақинадан құралған. әр нуклеотид бесбұрышты қантпен коваленттік байланыс арқылы қосылған фосфат тобымен азоттық негізден тұрады.

2. нуклеотидтер бір-бірімен  қант және фосфор тобымен ковалентті  байланыс арқылы қосылған. Осы  фосфор тобымен қанттың қалдығына  тұратын ұзын шиыршықты молекуланы  қант-фосфорлы тұлғасы дейді.

3. Э.Чаргафф анықтаған  ДНҚ-ның барлық молекуласындағы  адениннің (А) саны тиминмен (Т)  бірдей, ал гуанындікі (Г) цитозынмен (Ц) тең; оны қысқаша былай  белгілейді А=Т, Г=Ц

Аденин мен тимин екі  сутектің байланыспен, ал гуанин мен  цитозин үш сутектік байланыс арқылы қосылыс түзеді.

4. ДНҚ-ның молекуласы шиыршық  (оралма) болып оралған. Оның негіздері  шиыршыққа тік бұрыгпен орналасады. Оны ең алғаш Р.Франклин түсірген  рентгенограммадан көруге болады. Рентгеннограмманың көмегімен қант-фосфорлы  тұлғаның шиыршықтың сыртқы жағында,  ал негізі іште екенін және  шиыршықтың бір орамында он  нуклеотид болатыны анықталды.

Р.Франклин ашқан деректердің  ДНҚ-ның құрамын анықтауда маңызы зор болды, бірақ екі сұрақ  жауапсыз қалды: ДНҚ-ның молекуласы қанша жіпшеден тұратынын зерттеп,негізін салған 1953 ж Ж.Уотсон мен Ф.Крик ұсынған ДНҚ-ның құрылымы еді. Олар ұсынған құрылымды ДНҚ молекуласы 2 жіпшеден немесе тізбектен тұрады. Бұл жердегі жіпшелердің орнында осы тізбектердің қант-фосфатты тұлғасы тұрады да ал баспалдақтың рөлін негіздер атқарады. әрбір баспалдақ 2 негізден тұрса олардың екі, ал екіншісі бір сақинадан тұрады.ДНҚ-ның қосарлы сақинасының былай түзеледі. Мұнда бір тізбектің азотты негіздері екінші тізбектің азотты негіздерімен сутектік байланыс арқылы өзара жақын орналасқан.Сутектік байланыстың түзулуінің өзі азотты негіздердің өте жақын түйісунің нәтижесі деп түсінген дұрыс.Түйісетін нуклеотидтер белгілі бір заңдылықта бағынады атап айтқанда бір тізбекте А орналасса, екінші тізбекте оның қарсысында Т орналасады, яғни А-ға Т комплементті, ал Г-ге Ц комплементті болып орналасады. Нуклеотидтердің осылай комлементке сай орналасуының нәтижесінде, біріншіден, қосарлы

сақинаның бүкіл ұзына  бойындағы тізбектердің ара қашықтығы  бірдей болады, екіншіден, қарама-қарсы  орналасқан негіздердің арасы сутектік байланыстар арқылы қосылады. Мәселен, Г мен Ц 3 сутектік байланыс, ал А  мен Т арасындағы 2 сутектік байланыс түзіледі. Неғұрлым сутектік байланыс көп болса, ДНҚ жіпшелері дерт болады және оның молекуласы тұрақты  болып, қозғалғыштығы сақталатындығы дәлелденді.

 Қорыта келе, Ж.Уотсон  мен Ф.Крик ашқан ДНҚ молекуласы  құрылымының дұрыстығы экперимент  жүзінде толық дәлелденіп молекулалық  биология мен генетиканың дамуына  зор ықпалын тигізді.

Әр клетканы 2 бөліктен цитоплазма мен ядродан тұратыны белгілі  Клетка ядросының ішінде ұзын да жіп-жіңішке, тыныштық күйде әрең-әрең көрінетін  заттар- хроматин жіпшелері кішкентай  таяқшаларға- хромосомаға айналады Хромасомалардың саны, пішіні,мөлшері  ағзаның әр түрі үшін тұрақты.

Хромасома- ДНҚ мен белоктан құралған күрделі жүйе Хромасома  белоктары гистондар мен гистон емес қышқыл белок болып келеді Бұл  белоктар хромасома құрылымын қалыпта  ұстап тұру үшін қажет Хромосомалардың  дәлірек айтқанда, ДНҚ құрамында  гендер бар 

Гендер ағзаның өзіне  ғана тән тұқым қуалайтын белгілерін анықтайды Еркектің сперматазоиды  клеткасы мен ұрғашының аналық клеткасы қосылып ұрықтанған клеткада, яғни зиготада ата мен анадан келген ген  саны бірдей және жаңа ағзаның одан әрі дамып-жетілуі осы генге  байланысты.  Көптеген эксперименттік деректерге қарағанда ДНҚ мен РНҚ молекулалары біртұтас ұзын тізбектен тұратындығы анықталды.  ДНҚ жіп тәрізді ирек-ирек болып құралған 2 талшықтан тұрады Ол ядро хромасомасының ішінде орналасады. Ал РНҚ жіп тәрізді ирек-ирек болып құралған бір ғана талшықтан тұрады. Олардың кішкенелігі сонша тек электрон микроскопы арқылы көрінеді.

ДНҚ нағыз ядролық қышқылдар  дегенмен оны ғалымдар кейін жылдары  өсімдіктердің пластидтерінен және жануарлардың митохондриясынан тапты. Бірақ ДНҚ негізінде ядроларда ғана көптеп кездеседі. ДНҚ құрылымы жағынан химиядағы белгілі қосылыстардың бірде –біріне ұқсамайды. Химиялық тұрғыдан қарағанда ДНҚ-ның әрбір тізбегі полимер Оның мономерлері нулеотид деп аталатын заттар Ал РНҚ болса клетканың цитоплазмасының кез келген бөліктерінде кездесе береді.

ДНҚ құрамында азоттық  негіздер аденин,гуанин,цитозин,тимин 

кіреді. Бұлардан өзге ДНҚ құрамында шағын мөлшерде 5 метилцитозин және басқа да минорлы негіздер кіреді. Азоттықнегіздер дезоксирибоза және фосфор қышқылы үшеуі 4 дезоксирибо нуклеотид түзеді. Олар ДНҚ-ның мономерлі тізбегі болып табылады. Осы арада жануарлардағы және өсімдіктердегі ДНҚ құрамы бірдей ме Чаргафф тыңғылықты  негізде жүргізген зерттеулері мынаны көрсетті: жануарлар мен микроорганизмдердің әр түрінің ДНҚ құрамындағы пурин мен пиримидин негіздерінің саны әр түрлі екен. Бұл жағдай ДНҚ құрамының әр түрдің өзіне тән ерекшелігі болатынын көрсетті. Әр түрлі ағзалардағы органдар мен ұлпалардағы ДНҚ-ның химиялық құрамын зерттеу кезінде мынандай маңызды жағдайды анықтайды: барлық ДНҚ молекуласында А=Т,Ц=Г,А:Т=1,Ц:Г=1, А+Г=Т+Ц. Қандай ағза болса да кез-келген ДНҚ құрамына кіретін пурин негіздерінің қосындысы, пиримидин негіздерінің қосындысына тең.

Чаргафф жүргізген тамаша зерттеулер ДНҚ молекуласының құрылымының  ғылыми теориясын жасауға негіз  болды. ДНҚ құрамындағы азоттық негіздердің мольі тең екендігін Чаргаффтан кейінгі ғалымдар да дәлелдеді.

Молекулалық массасы.

Бактериялар, фагтар және вирустардың  ДНҚ-ң молекулалық массасы 10-10Д  аралығында.ДНҚ молекуласының құрылымы ДНҚ құрамына негізінен 6 түрлі зат кіргенімен, оның 4-уі азоттық негіз,дезоксирибоза,фосфор қышқылы.Оның молекулалық құрылымы өте күрделі.Бір нуклеотидтің дезоксирибозасы және 2 нуклеотидтің фосфаты көмегімен нуклеотидтер өзара байланысып жалғасады, ол ұзын полинуклеотидтік тізбек түзеді. Осындай тізбектегі нуклеотидтердің орналасу тәртібін ДНҚ-ң бірінші реттік құрылымы деп атайды.Нуклеотидтер арасында фосфо,диэфирлік байланыстар түзуге пентоза қалдығының гидроксил топтары жатады.ДНҚ молекуласы — үш құрылымды. ДНҚ-ның бірінші реттік құрылымына — оның молекуласындағы нуклеотид қалдықтарының белгілі тәртіппен кезектесіп қайталануы жатады. ДНҚ-ның екінші реттік құрылымы — оның шиыршықты, яғни көптеген дезоксирибонуклеотид тізбектерінің оралым түрінде болуы. Әр тізбектің орамы 10 қос нуклеотидтен тұрады, бір орамның ұзындығы 3,4 нм болады. Нуклеотидтердің ара қашықтығы 0,34 нм-ге тең. Олардың диаметрі — 1,7 нм.ДНҚ-ның үшінші реттік құрылымында оралым кеңістікте бүктеліп орналасады.Нуклеин

қышқылдары екіге бөлінеді: дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) және рибонуклеин (РНҚ) қышқылы. Олардың  бұлай аталу себебі — нуклеотид  молекуласының құрамына кіретін  пентозаның түріне байланысты. Егер молекуласының  құрамына дезоксирибоза кірсе —  ДНҚ, ал рибоза кірсе — РНҚ деп  аталады.

 ДНҚ қос тізбегінің бір бөлігі маңызын алғаш рет 1944 жылы Эвери, Мак-Карти және Мак-Леод ашып көрсетті. 1953 жылы Уотсон мен Крик рентгендік анализ жасау және басқа да мәліметтер негізінде ДНК молекуласының моделін құрастырды, Олардың моделі бойынша ДНК 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. 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.

Вилькенс және Р. Франклин тапқан ДНК молекуласының рент-генограммасы оның спиральды структурасын дәлелдеді.ДНК-ның  молекулалық салмағы жөнінде  қорытынды жасап, пікір айту қиын, өйткені ДНК-ны жоғары сатыдағы өсімдіктерден  бөліп алу процесінде оның молекулалары жеке бөлшектерге ыдырап кетеді. Бидай  клеткаларынан бөліп алған ДНҚ  бөлшектерінің құрамында нуклеотидтердің  саны 108-ге жетеді.

1956 жылы Шрамм мен Френкель-Конрат  лабораторияларында бір мезгілде  РНК-ның белок синтезіндегі маңызы  ашып көрсетілді. Олар тұңғыш  рет темекі мозаика вирусын  РНК мен белокқа бөлді және  РНК-ны темекінің өсіп тұрған  сау жапырағына енгізді. Енгізілген  РНК жапырақта ауру туғызды.  Бұл жағдай енгізілген РНК-ның  негізінде жапырақта вирус белогы  синтезделгенін дәлел-деді. РНК-ның  матрица екендігі көрсетілді. Матрица  деген сөз баспа тәжірибесінен  алынған. Белгілі бір басылымды  шығарудан бұрын оныңформасын  шрифт теру арқылы салады. Оны 

матрица дейді. Соған ұқсас, белок түрін жасаудан бұрын оның тұлғасы РНҚ арқылы қаланады деп түсінеді. РНҚ-ның белок синтезіндегі матрицалық ролі туралы жорамал осылайша пайда болды. Бұлжорамалдысоңғы 10 жылдакөптегенжаңафактілеррастапшықты. Белок синтезіөтекүрделіболыпкеледі, оғаналуантүрліферменттіксистемалар мен әртүрлі РНҚ қатысады. РНҚ-ныңбірнешетүрлерібелгілі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4.Рибонуклеин  қышқылы

РНҚ биосинтезі РНҚ-ның барлық түрі ядро ішінде, ДНҚ молекуласында  синтезделеді. Бұл процесс транскрипция деп аталады және оны РНҚ-полимераза ферменті катализдейді. Транскрипция кезінде РНҚ- полимераза ДНҚ-мен қосылады да,қосқабат спиральді ажыратып жазады. ДНҚ-ның осы учаскесінде ,матрицадағыдай,тиісті РНҚ-синтезделеді,ол үшін нуклеотидтік тізбек 5>3 бағытында біртіндеп өседі. Мұндай синтез үшін төрт рибонуклеозидтрифосфаттың бәрі қатысуы тиіс. Синтезделу барысында бұлардан пирофосфаттар бөлініп шығады.Транскрипция процесі үшін ДНҚ-ның екі тізбегі де қажет РНҚ түзілу үшінматрица ретінде бір тізбек қана қызмет етеді, сол тізбектен көшірме түсіріледі. РНҚ синтезі кезінде екінші тізбектің қандай қызмет атқаратыны белгісіз.Транскрипция үйлесімді сәйкестік принципі бойынша іске асады: ДНҚ-ның тиісті учаскесінде азоттық негіздердің реттілігін РНҚ молекуласы толық көрсетеді. ДНҚ құрамында тимин бар жерде РНҚаденин қалдығын ұстайды, ДНҚ-да гуанин болса, онда цитозин қалдығы, ДНҚ-да цитозин бар болса, онда гуанин, ДНҚ-да аденин бар болса, онда урацил қалдығы болады.

Үш түрлі РНҚ синтезделеді. Олар:рибосомдық РНҚ,информациялық немесе матрицалық РНҚ,транспорттық РНҚ.

Алғашында барлық РНҚ ұзын алғы зат ретінде түзіледі,кейіннен олар қысқа молекулаға айналады. Мұндай айналып өзгеру бірнеше кезеңді басынан өткізеді және ‘’процессинг’’(пісіп жетілу) деп аталады. Алғы заттар және процессингтің аралық өнімдері пре-РНҚ деп аталады.

Процессинг кезінде ферменттердің  әсер етуімен алғы заттан нуклеотидтер үзіліп бөлінеді және одан кейін қайта  қосылады, өйткені ДНҚ құрамындағы  ген бүкіл молекула бойына бөлек-бөлек  болып шашырай орналасады. Бұл процесс кезінде де азотты негіздер метилденеді немесе гидрленеді.“Пісіп жетілген” РНҚ молекуласы ғана өзінің тікелей міндетін атқара алады.Тұқым қуалау мәліметін беруде және белоктар биосинтезі кезінде әр РНҚ белгілі бір қызметті атқарады.

РНҚ-ның химиялық құрамы және қасиеттері.

РНҚ химиялық құрамы жағынан  ДНҚ-ға ұқсайды, тек РНҚ молекуласында  дезоксирибоза орнында рибоза болады, ал тимин урацилмен алмастырылған. Сонымен РНҚ құрамында азотты негіздерден аденин, гуанин, цитозин және урацил кіреді, сло сияқты минорлы негіздерден инозин, псевдоурацил, метилинозин кіреді. ДНҚ құрамындағы сияқты мұнда да фосфор қышқылы болады.ДНҚ-дан айырмасы- РНҚ түрлерінің бәрі әдетте бір тізбек түрінде тіршілік етеді. Өзінің түрлеріне байланысты РНҚ шамасы және молекулалық массасы әр түрлі болады.

Рибосомдық РНҚ және рибосома құрылымы.

РНҚ түрлерінің ішіндегі сан жағынан ең көбі рРНҚ. Бұл рРНҚ-рибосоманың басқа түрлерімен салыстырғанда, оның молекулалық массасы ең үлкен. Эукароиттық клеткалардан төрт типті рРНҚ табылған,олар белоктармен қосылып, м м 4,5× 10⁶ шамасына жететін рибосома түзеді.Рибосомаларды молекулалық машиналар деп санайды, мұнда ДНҚ-дан иРНҚ алып келген бағдарлама бойынша белок синтезделеді.

Рибосомалар дегеніміз- клетка цитоплазмасының глобулярлы бөлігі, сүтқоректі жануарларда рибосомалардың диаметрі 20-30нм. Олардың құрылымы күрделі, үлкендігі, пішіні және химиялық құрамы әр түрлі екі суббөліктен құралады. Рибосомалардың суббөліктерге бөлшектенуі және олардың тұтас рибосома болып бірігуі, белок синтезінің белгілі кезеңінде клеткада жүзеге асады. Ультрацентрифугаланғанда эукариот рибосомасы 80Sкезінде тұнбаға шөгеді. Мұндағы S-Сведберг өлшемі, ол седиментация (шөктіру) коэффициенті деп аталады. Эукариоттың тұтас рибосомасы 80S деп белгіленеді, ал оның суббөліктері 60S (үлкен суббөлік), 40S (кіші суббөлік) түрінде белгіленеді.

 

Информациялық РНҚ.

Информациялық РНҚ көп  жағдайда матрицалық РНҚ деп аталады, өйткені информациялық РНҚ-да матрицадағыдай, полипептид синтезделеді. иРНҚ молекуласы тиісті гені бар ДНҚ-ның белгілі учаскесінде синтезделеді де және сол геннің көшірмесін дәл түсіріп алады. Осыдан кейін иРНҚ ядродан цитоплазмаға шығады да, рибосомалармен қосылады, белок синтезі осылайша басталады. Жануарлар клетаксындағы иРНҚ тіршілігі бірнеше сағатқа, тіпті бірнеше күнге созылуы мүмкін. Осы мезгіл аралығында белоктің жүздеген, тіпті одан да көп молекулалары