Белоктардың және нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметтері.

ҚММУ 4/3-04/02

ҚММУ БЕ 4/02

2007 ж. 14  маусымдағы

ҚазММА жанындағы

ОӘК №6 НХ

 

 

Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

Молекулярлық биология және медициналық генетика кафедрасы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дәріс

Тақырыбы: МОЛЕКУЛЯРЛЫҚ БИОЛОГИЯ ЖӘНЕ ГЕНЕТИКАҒА КІРІСПЕ. Белоктардың және нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметтері.

 

Мамандығы: 5В110300 «Фармация»

Курс: 1

Уақыты: 50 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қарағанды 2013

 

Кафедра мәжілісінде талқыланып және бекітілген

02.09.2013 ж №1 хаттама

 

Кафедра меңгерушісі ______________ Құлтанов Б.Ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дәрістің құрылымы

 

Тақырыбы: МОЛЕКУЛЯРЛЫҚ БИОЛОГИЯ ЖӘНЕ ГЕНЕТИКАҒА КІРІСПЕ. Белоктардың және нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметтері.

Мақсаты: Қазіргі  молекулярлық биология және медициналық генетика пәнін оқып білу, осы аймақтағы жаңа мәселелердің ашылуы және оқып білу.

Ақуыздың құрылысы және қызметін, ақуыз фолдингі туралы жалпы түсініктемені оқып білу. : Нуклеин қышқылдары, олардың құрылысы, түрлері оқып білу.

Дәріс жоспары:

1. Соңғы жылдары жинақталған молекулярлық биология білімі аймағы.
2. «Геном» проектісінің аяқталуы және оның қазіргі жағдайдағы маңызы.
3. Молекулярлық биологияның фундаментальді сұрақтары.
4. Адам үшін медициналық генетиканың маңызы.
5. Медициналық генетиканың қазіргі жағдайдағы негізгі мәселелері.
6. Ақуыздың құрылымдық ұйымы деңгейлері.
7. Аминқышқылдардың жіктелуі.
8. Ақуыздың алғашқы құрылымына сипаттама.
9. Ақуыздың екінші құрылымы және оның ерекшеліктері.
10. Ақуыздың үшінші құрылымы, оның пайда болу ерекшеліктері.
11. Шаперондар және олардың қызметі
12. Нуклеин қышқылдарының ашылу тарихы.
13. Нуклеотидтің құрылымдық компоненттері.
14. ДНҚ үшөлшемді моделі.
15. ДНҚ молекуласының құрылымдық ұйымы.
16. ДНҚ шынжырының функциональді ролі.
17. РНҚ, түрлері.

 

Дәріс тезистері

Молекулярлық биология  - жаңа ғылым, 50 жылда білімнің және фактілердің жинақталған қоры, бірақ жаңа мәселелерді оқытады және дамуы жалғасуда.

Әсіресе, 20 жыл аралығында молекулярлық және клеткалық биологияда келесі білімдер алынды:

1. Клетка қалай жұмыс атқарады, оның химиялық құрамы қандай, яғни, ақуыз, нуклеин қышқылдарының, липидтердің, көмірсулардың макромолекулаларының құрылысы.

2. Клетка органеллаларының  құрамдық бөліктері оқылды.

3. «Геном» проектісі аяқталды, ол адам геномын құрайтын, ДНҚ нуклеотидтерінің толық бірізділігін анықтады.

Бұл көптеген кодтайтын ақуыздарды, ферменттерді, гендерді оқуға мүмкіндік берді. Тіршіліктегі процесстерді түсінуге, олардың бұзылуын, көптеген аурулардың патогенезін, әсіресе тұқымқуалайтын, гендер мутациясымен байланысты патологиялық өзгерістерге әкелетінін және клиникалық симптомдардың шақырылуын оқытты.

Генетика, медицина үшін әсіресе денсаулық және патология үшін тұқымқуалаушылықтың ролін түсінуде маңызды ғылым болып табылады.

Тұқымқуалаушылық барлық тіршілік жағдайының негізгісі болып саналады.

Медициналық генетика оқытады:

1. Адам патологиясындағы тұқымқуалаушылықты.

2. Тұқым қуалайтын ауруларды  ұрпақтан ұрпаққа берілу заңдылығын;

3. Тұқымқуалайтын патологияны,  сонымен бірге тұқымқуалауға  бейімділікті қоса  диагностикалау, емдеу және алдын-алу әдістерін өңдеуді.

4. Медициналық генетика  адамның патологиясындағы биологиялық  және орта факторлардың қарым-қатынастарын  анықтайды.

Адам мутациялық процесс деңгейін жоғарылататын жаңа орта факторларымен (ақпараттың, стресстің, атмосфераның ластануы) кездеседі.

 

     Ақуыздар – бұл полимерлер, олардың мономерлері болып амин қышқылдары саналады. Ақуыз құрамына 20 аминқышқылдары кіреді, олар клетка цитоплазмасында болады.

Аминқышқылдардың жіктелуі:

1. Алмасатын  (эссенциальды).

Адам ағзасында синтезделінбейді (оларға амин қышқылының 8- түрі жатады). Міндетті түрде адам ағзасына тағаммен енеді: (метионин, трионин, лизин, лейцин, изолейцин, валин, триптофан, фенилаланин,), ал жарым-жартылай алмасатындарға амин қышқылының 2 түрі жатады: - аргинин, гистидин.

2. Алмаспайтын – амин қышқылының бұл түрі адам ағзасында синтезделінеді. Олардың 10 түрі белгілі:
1. Глутамин қышқылы.
2. Глутамин.
3. Промин.
4. Аспарагин қышқылы.
5. Тирозин
6. Цистеин.
7. Серин.
8. Глицин.
9. Аланин.
10. Аспарагин.

Ақуыз  құрылысының бірнеше деңгейлі құрылымы бар. Олар келесі түрге бөлінеді:

1. Алғашқы; 2. Екінші; 3. Үшінші; 4. Төртінші.

   

Алғашқы құрылымы – бұл бір-бірімен полипептидті байланысқан аминқышқылды қалдықтар байланысқан бір ізділігі.

    Нақ осы құрылым  РНҚ – дағы кодондардың бір  ізділігімен  тіке кодталады және  трансляция кезінде көшірмесін алады.

    Табиғаттағы  ақуыздарда кездесетін барлық 20 аминқышқыл қалдықтарының құрылысы  ұқсас, (лейцин, глицин, изолейцин, лизин, аспарагин, трипторан және т.б.).  Олар үш мүшелі негізден тұрады, орташа (альфа – көміртекті атомымен байланысқан радикалдар -R). Аминқышқылдар  қалдықтарының нақ радикалдармен айырмашылығы бар.

                                                                R

                                                             

                  -NH – C H – C           (NH2 – CH2 - COOH)

                                             ║

                                              O

 

NH2 -  C H – COOH + NH2 – C H –COOH --- NH2 – C H – CJ – NH – C H – COOH

Дипептидтің пайда болуында – пептидті байланыс алынады.

 

Амин қышқылының радикалдары

           Лей               Асн                 Иле               Арг                Глу

 

-NH-CH-C – NH – CH – C - - NH – CH – C – NH – CH – C – NH – CH – C -

 

                O                      O                        O                       O                       O

 

Амин қышқыл қалдықтары.

 

1. – СО – NH – пептидті байланыста - шырқ айналу мүмкін емес.
2. Қалған екі байланыста: - NH – CH – және C H – CO - шырқ айналуы мүмкін.

Бір-бірімен өзара пептидті қосылып, қалдықтар тірегі пептидті шынжырда үздіксіз негізді құрастырады, онда үш типті байланыс кездеседі. Пептидті байланыстың айналасында (-СО- NH) шиыршық тәрізді айналу жүрмейді. Ал қалған екі байланыстарда  (-NH-CH- және C H- CО) шырқ тәрізді айналу жүреді және пептидті байланыстың бүгілуіне мүмкіндік береді, және де екінші, үшінші құрылымдардың пайда болуына алып келеді.

   Ақуыздың пайда болуының келесі этапы – фолдинг,  яғни, дұрыс үш өлшемді құрылысқа пептидті тізбекті орау.

 

 Ақуыздың екінші құрылымы.

     Көптеген пептидті тізбектердің фрагменттері қалануға ие болады: альфа – спиральді немесе бета – құрылымды. Бұл деңгейдегі кеңістік ұйымы екіншілік құрылымды деп аталады.

   Альфа спираль. Пептидті шынжыр негізгі тірегі, спиральге бұралған, аминқышқыл радикалдары спиральдан сыртқа қарай айналады.  Бұл құрылым кезінде аминқышқыл негіздері сутекті байланыспен қосылады (бір спиарльді орамға 3,6 аминқышқыл қалдықтары қатысады).

  Бета – құрылым.  Бұл жерде пептидті тізбектердің негіздері иректелген конфигурацияны немесе бүктелген жапырақ тәрізді болып келеді.

  Бұл құрылым сутекті байланыспен байланысқан. Ақуыздың екінші құрылымы оның алғашқы құрылымымен анықталынады. Жанама радикалдар анықтайды, пептидті тізбектердің қалай бүрілетінін және жалпы алғанда ол бүгіле алады ма соны анықтайды, егер радикалдар біртекті жасалған және бір-біріне жақын орналасса, онда альфа – спираль  түзілмейді.

Үшінші құрылым.  Ақуызды глобулалар  конформациясы, яғни спиральдік, бета құрылымды және құрылымсыз пептидті тізбектер бөліктерінің кеңістіктегі қалануы деп түсінеміз.

Үшінші құрылым – аминқышқыл радикалдары аралығында пайда болған байланыстар арқасында ұсталынады және пайда болады. Байланыстың өзгешілігі радикалдар табиғатына байланысты болады.

    Радикалдар аралығындағы  байланыстардың түрлері.

1 – ковалентті –  дисульфидті байланыс,   цистеин  қалдықтары аралығында кездеседі.

2 – ковалентсіз (әлсіз  байланыс)

• ионды - әр тектес зарядталған радикалдар аралығында;
• сутекті – полярлы (зарядталған және зарядталмаған радикалдар аралығында);
• гидрофобты және ван-дер Ваальсовты гидрофобты радикалдар аралғындағы өзара қатынас байланыс.

  Толып жатқан көп радикалдар арасындағы байланыстар тұрақты конфигурацияның пайда болуына алып келеді, яғни ақуыздың үшінші құрылымы. Үшінші құрылымының қалыптасуы ақуыздың функцианальді белсенділікке ие болуында үлкен үлес қосады. Осы деңгейде, ақуызда белсенді орталықтар пайда болады – бұл радикалдар топтары, белгілі лигандалармен өзара қатынасқа қабілетті болады. Бұл радикалдар топтары тек фольдинг процессі кезінде жақындасады. Үшінші құрылым, белгілі жылжымалыққа иелі.

 

Глобуланың конформациясында келесі факторлар көрінеді:

1. жылылық тербелу немесе ауытқу (флюктуация).- біресе байланыс  ажырайды, біресе қайта жалғасады.
2. заттар – реттеушілер.
3. ақуыздың химиялық модификациясы (Мысалы фосфорлену)
4. оның қызметін ақуыздар орындайды.

Ақуыздар конформациясының өзгеруі клеткадағы әртүрлі процесстерді реттеу үшін, олардың биологиялық белсенділігін өзгерту үшін қажет.

 

 Төртініші құрылым.  Төртінші құрылым, бірнеше суббірліктен тұратын, яғни ақуыздар үшін тән (мысалы, гемоглабин – 4 молекуладан тұрады).

Суббірліктер сыртта орналасқан радикалдар бойынша байланыстырылады, сондықтан төртінші құрылым, тек үшінші құрылымнан кейін ғана пайда болады.

Сонымен, ақуыздың алғашқы құрылымы толығымен екінші және үшінші құрылымдарды анықтайды (барлық хабар, пептидті тізбектегі амин қышқылдарының бірізділігінің болуында).

  Фолдинг және фолдинг факторлары.

Фолдинг факторларын келесі екі топқа бөлуге болады:

1 топ – катализдік  белсенділікті ақуыздар, яғни фолдинг ферменттері – фолдазалар

2 топ – молекулалық  шаперондар, бұл ақуыз әрекеті  әртүрлі механизмді, бірақ олар  фолдингтің соңғы өнімдері құрамына  кірмейді (олар фолдинг процесіне  мүмкіндік береді) және пептидті  тізбектегі дұрыс емес әрекеттестікті ескертеді. Шаперондар дегеніміз – қосымша белоктар.

      Шаперондарда  – рефолдингті бақылау жүреді. Рефолдинг – қайтадан құрылу деген мағынаны білдіреді. 

Ақуыздар әр түрлі себептердің әсерінен (қызып кету, сәулелену, оксиданттардың әсері) өзінің нативті конформациясын жоғалтуы мүмкін, яғни жарым жартылай немесе толығымен денатурацияланады. Денатурация – белоктың табиғи құрылымының бұзылуы.

Бұндай ақуыздар шаперондардың белсенді көмегі кезінде рефолдингке немесе ренатурацияға ұшырауы мүмкін. Егер клетка ұзақ стрессті жағдайда болса, шаперондардың синтезі артады.

      Ақуыздарды, клетка ішілік тасымалдауының  кейбір түрлеріне шаперондар  қатысады (лизосомаларда, митохондрияда). Лизосомаларға, өзінің мезгілін  өтеген және рефолдингке берілмейтін ақуыздар түседі. Митохондрияларға жаңадан синтезделген ақуыздар апарылады. Фолдинг - фолдаз және шаперондардың қатысуымен жүреді, және де энергетикалы және функциональді  жағынан ең оптимальді пептидті тізбекті қалыптастырады.

Мысалы, кейбір ауыр жүйке ауруларында  фолдинг өз қызметін дұрыс атқармайды.

Мида конформациясы дұрыс емес прионды ақуыздар бар, бірақ кейбір ауруларда оның конформациясы өзгереді және бұл ақуыз – прион немесе ақуызды жұқпалы бөлшек деп аталады. Приондар, конформациясын өзгертуге мәжбүр етеді және басқа ақуыздар, яғни антишаперондар ролін атқарады және фолдингті керісінше өткізеді.

Нәтижесінде, бірнеше жылдан соң адамды немесе жануарды өлімге әкелетін ауру жетіледі.

1. Қуысты (кеуекті) энцефалопатия - немесе сиырдың құтыруы. Сиыр етін жегенде  -Крейнцфельда-Якобв ауруын шақырады.
2. Жаңа Гвинееда –Куру ауруы бар. –бұл ауру кезінде адамның бетінде бет-аузын қисайтушылық (тыжырайтушылық) –пайда болады. Бұл каннибализмнің нәтижесінде ауруды беру.