Дәріс №3. Тақырыбы: Бейорганикалық және органикалық заттар. Көмірсулар, майлар, нәруыздар және нуклейн қышқылдары. Жоспар
жүктеу/скачать 44,19 Kb.
|
| Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - тірі организмдердегі генетикалық ақпараттың ұрпақтан-ұрпаққа берілуін, сақталуын, дамуы мен қызметін қамтамасыз етуіне жауапты нуклеин қышқылының екі түрінің бірі. ДНҚ-ның жасушадағы басты қызметі - ұзақ мерзімге РНҚ мен ақуызға қажетті ақпаратты сақтау.
ДНҚ-ның ерекшелiгi. Бiр организмнiң барлық жасушарындағы ДНҚ молекуласының құрамы, құрылымы бiрдей болады да, жасына, ортадағы жағдайына тәуелдi емес. ДНҚ молекуласының нуклеотидтiк құрамы, құрылымы, тiзбегiндегi нуклеотидтердiң реттелiп орналасуы организмнiң ерекше қасиетiн анықтайды. ДНҚ молекуласының полинуклеотид тiзбегiндегi нуклеотидтердiң ретi – ұрпақтан-ұрпаққа берiлетiн генетикалық мәлiмет. Полинуклеотид тiзбегiндегi нуклеотидтердiң реттелiп орналасуы ДНҚ молекуласының бiрiншi реттiк құрылымы деп аталады. ДНҚ молекуласының екiншi реттiк құрылымын 1953 ж. Уотсон мен Крик анықтады. ДНҚ құрылымының анықталуы ХХ ғасырдағы биологияның ең маңызды жаңалығы деп саналады. Уотсон мен Крик теориясы бойынша екi полинуклеотид тiзбегiнен құралған ДНҚ-ның молекуласы кеңiстiкте оң қос қабат спираль болып табылады. Қос қабат спиральдағы екi тiзбектiң жолдамасы – антипараллель, бiр тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 3'5'-бағыттағы қалдықтардан түзiледi, екiншi тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 5'3' бағыттағы қалдықтардан түзiледi. Екi полинуклеотидтi тiзбек өзара бұранда сияқты жалғасып, азоттық негiз арқылы байланысады. Гидрофобты азоттық негiздер спиральдiң iшiне орналасқан, ал гидрофильдi пентозды-фосфорлы қалдықтар ДНҚ молекуласының сыртқы жағына қарай бағытталған. Спиральдiң бiр айналымына азоттық негiздiң 10 жұбы келедi. Спиральдiң диаметрi 2 нм болады. Қос қабат спиральдегі азоттық негiздердің қабысуы өте ерекше. Бiр тiзбектегi аденинге – екiншi тiзбектегi тимин, ал гуанинге цитозин қарсы тұрады. Бұл – ДНҚ молекуласының құрылымының өте ерекше маңызды қасиетi. Спиральдағы азоттық негiздердiң осылай орналасуы ДНҚ тiзбегiндегi сәйкестiк-үйлесiмдiлiк (комплементарлық) деп аталады. Қос қабат спиральдi азоттық негiздердiң арасындағы сутектiк байланыс және гидрофобты әрекеттесулер бiрiктiрiп ұстап тұрады. Мұнда аденин мен тиминнiң арасында екi сутектiк байланыс түзiледi, ал гуанин мен цитозиннiң арасында үш сутектiк байланыс түзiледi. Қосақтың әрқайсысында азоттық негiздердiң пентозды-фосфорлы керегесiмен қосатын гликозидтік байланыстарының арасындағы қашықтығы бiрдей – 1,085 нм. ДНҚ молекуласы қосширатпалы болып келеді (Ф. Крик, Д.ж. Уотсон). Оның алғашқы, екінші реттік, үшінші реттік құрылыстары белгілі. ДНҚмолекуласының алғашқы құрылысы-бір жіпшеде нуклеотидгердің (А, Г, Ц, Т) бірізділікпен тізбектеліп орналасуы болып табылады. ДНҚ алғашқы құрылысы фосфодиэфирлік байланыс арқылы тұрақтанады, яғни бір жіпшедегі нуклеотидтер бір-бірімен фосфаттық топ және қанттың гидроксил тобы арқылы байланысқан. ДНҚ молекуласының екінші реттік кұрылысы оның екі жіпшесіндегі азоттық негіздердің бір-бірімен сутектік байланыс арқылы комплиментарлы байланысуы (А-Т; Г-Ц) болып табылады. ДНҚ жіпшелері полярлы болады, яғни оның 5' және З1 ұштары белгілі. ДНҚ молекуласының қосширатпасы (тізбектері) бір-біріне антипараллель орналасқан; (51) ... АТТГАЦГГЦ ......(З1) (З1) ... ТААЦТГЦЦГ.......(51) Қос ширатпаның бір оралымында 10 жұп нуклеотидтер кездеседі, ал оралымның ұзындығы 3,4 нм тең. Сонымен қатар, А-Т арасында 2 сутектік байланыс болса, Г-Ц арасында 3 сутектік байланыс болады, сондықтан-да Г-Ц байланысы, А-Т байланысына қарағанда әлде қайда мықтылау болып келеді. ДНҚ молекуласының 3 реттік құрылысы ретінде оның ақуыздармен (гистондық ақуыздармен) байланысын айтуға болады. Хромосома ақуыздарының 60-80 пайызын негіздік және гидрофобтық аминқышқылдар (аргинин, лизин, валин, т.б.) көптеп кездесетін гистондық ақуыздар құрайды. Гистондық ақуыздар ДНҚ-мен негіздік радикалдар көмегі-мен, ал өзара гидрофобтық радикалдар арқылы әрекеттеседі. Хромосомаларда ДНҚ молекуласы гистондық ақуыздармен байланысып нуклеогистон құрайды, ол хроматин жіпшесі ретінде белгілі. Хроматин жіпшесінің тірегін нуклеосома денешіктері құрайды. Ол 4 түрлі гистондық ақуыздардың-гистон Н2А, гистон Н2в, гистон 3, гистон 4-(Н2а, Н,в, Н,, Н4) қос молекуласынан құрылған. Осындай әр бір денешікті ДНҚ молекуласы екі рет ширатылып оралады және оның ұзындығы 140 н.ж. тең. Нуклеосома денешіктері бір-бірімен тығыз жабысып орналаспай біршама алшақтау орналасқан. Нуклеосома денешіктерінің араларындағы ДНҚ учаскелерін линкерлік (жалғаушы) учаске деп атайды, ал әрбір линкерлік учаскемен гистондық ақуыздың 5-ші түрі - HI байланысқан. Хроматин жіпшесінде ДНҚ өте көп, 600.000-ға жуық, нуклеосома денешіктерін түзеді. Үзындығы 190 см жететін ДНҚ молекуласының өлшемі жағынан микроскопиялық, бірнеше микрометрге -180 мкм.тең, 46 хромосомаларда тығыздалып, ширатылып орналасуына нуклеосома денешіктері мүмкіндік береді. Жасуша ядросынын барлық хромосомаларында орналасқан ДНҚ, ұзындығы 190 см. тең, ал нуклеосома жіпшенің ұзындығы ДНҚ ұзындығынан 6,2 есе кем. Нуклеосома жіпшелері әрі қарай ширатылып хроматин жіпшелеріне айналады. Хроматин жіпшелерінін ұзындығы нуклеосома жіпшелерінің ұзындығынан 18 есе кем, ал ДНҚ молекуласының ұзындығынан 6,2x18=100 есеге кем. Хроматин жіпшелері митоз кезінде әрі карай ширатылып, қатпарланып, тығыздалып митоздық хромосомаларды туғызады. Митоздық хромосомаларда хроматин жіпшелері хромосоманын ұзына бойына көптеген рет қатпарлар пайда етеді (кейбір деректер бойынша 100 ретке дейін), осының нәтижесінде барлык хромосомалардың ұзындығы (180 мкм) ДНҚ молекуласының үзындығынан 100.000 есеге кем болады. Сонымен қатар нуклеосомалар күрылымдық (хроматин тірегі), реттеуші қызметтерді де атқарады. ДНҚ молекуласының бойында тұкым қуалаушылық ақпарат жазылған, ол негізінен (95%) ядрода, ал 5% цитоплазмада-митохондрияларда, хлоропласттарда шоғырланған. ДНҚ-ның екіеселену ерекшеліктері, оның тұқымқуалаушылықты сақтаудағы рөлі Матрицалық үдерістер, олардың жалпы сипаттамасы. Тірі жүйеде (жасушаларда және ағзаларда) заттардың түзілуі жалпы биозинтез деп аталады. Сендер ағзалық заттардың тым қарапайым құрамдас бөліктердерден: глицерин және карбон қышқылдарынан майлар, глюкозадан гликоген, аминқышқылдардан нәруыздар, нуклеотидтерден нуклейн қышқылдары түзілетінін бұрыннан білесіңдер. Бұл соңғы үшеуі үшін полимерлену реакциясы, яғни мономерлік буындарының нәтижесінде түзіледі. Нәуыздар аминқышқылдардың полимерлену нәтижесі, мұнда да су бөлінеді. Алайда нәруыздар және нуклейн қышқылдарының биосинтезі мамтрицалық қағида бойынша жүзеге асады. Жалпы матрица дегеніміз – кез келген мөлшерде көшірме алуға болатын зерзат. Матрица сөзі (лат.matrix – жатын) бастапқыда полиграфияда қолданылды. Мәтіннің шығыңқы әріптері бар метал тақша матрица деп аталады. Оған баяу жағып, үстіне қағаз парағын жауып, біліктерге қысқанда көп мөлшерде көшірме беттер алында. Кітап басу ісінде мұндай амал бірнеше ғасырлар бо йы табысты қолданылды және кейбір түрлендірумен көптеген типографияларда қазірге дейін пайдалануда. Бәлкім, сендер құлыпқа арналған кілт көшірмесіне тапсырыс берген боларсыңдар. Көшірме істеген кілттің өзін де матрица деуге болады. Сондай-ақ үй-жайды безендіруге арналған арзанқолды ғаныштан жасалған оймабедерді көрген боларсындар. Олардың барлығы матрицалық амалмен дайындалады. Қатқыл негізге – метан немесе пластикалық тұғырға бейнесуретін дайындап, бұдан соң осы қалыпқа ғаныш құяды. Содан кейін ғаныштағы бейнесурет қалыпты, яғни матрицаны дәлме-дәл көшіреді, көшірмені бірнеше рет шексіз шығарып, пайдалануға болады. Сөйтіп, әрқашан ғаныштағы бейнесуреті металдағы бейнесуреттің дәлме-дәл көшірмесі болып шығады. Сайып келгенде, вафель пісіруге арналған металл қалып матрица қызметін атқаруға мысал бола алады, тек қана көшірме қамырдан алынатын болады. Қазір матрицаға синоним ретінде «ксерокс» сөзі алынуда. Ксерокөшірмелеу кезінде қағаз парағындағы бейне (мәтін) матрица болып есептеледі. Сонымен үдеріс матрица болып аталу үшін матрица – көшіру үдерісін жүзеге асыратын негіз болуы қажет. Репликация (көшірмелеу). Матрицалық синтез реакциялары мысалдарының бірі – репликация үдерісі – өздігінен көшірмелеу немесе ДНҚ-ның екіеселенуі. ДНҚ-ның жаңа молекулаларының синтезі кезінде ескі «аналық» молекулалар қызмет атқарады. Сендер жыныстық жасушалардан басқа адам жасушаларының барлығында 46 хромосома болатынын бұрыннан білесіндер. Жасушалардың барлығына дерлігі бөліну жолымен көбейе алады. Ми жасушалары – нейрондар, бұлшықет жасушалары – миоциттер және қан жасушалары адамдағы ерекшелік болып табылады. Түптеп келгенде кез келген көп жасушалы ағзаның өсуі оны құрайтын жасушаларының көбею арқылы қамтамасыз етіледі. Әрине, жасушасыз заттар да ағзада жиі болады, оған қан сарысуы мысал бола алады. Дегенмен біз негізінде жасушалардан тұрамыз және осы жасушалар санының артуы есебінде өсеміз. Жаңадан түзілетін жасушаларда – еншілес жасушаларда да 46 хромосомалар қатысады. Олар қайдан пайда болады? – деген сұрақ туындайды. Өйткені адам ағзасы хромосомаларды бір-ақ рет – аталықтың сперматозоиды аналықтың жұмыртқажасушасын ұрықтандырғанда алады. Сол кезде ұрықтың алғашқы жасушасы –зигота – 23 аталық хромосомалар және 23 аналық хромосомаларды алады. Ал бұдан кейін барлық келесі жасушалар құрамында аталық және аналық хромосомалардың көшірмесі болады. Бұл – репликация нәтижесі. Хромосомалар жасушалары бөліне бастағаннан көп бұрын өздігінен екі еселенеді. ДНҚ-ның екі еселену үдерісі молекулаларда химиялық байланыстың әр түрлі типтерінің болуына байланысты. Егер ДНҚ молекуласы қыздырса, онда ең алдымен сутектік байланыс бұзылады. Сөйтіп молекула екі жеке тізбекке бөлінеді, яғни бірін-бірі толықтыратын тізбектердің әр қайсысы екінші тізбекпен байланыспай, еркін болып шығады. Егер ДНҚ-ның 100°С-ге дейін қыздырса, бұл жағдайда оңай балқуға болады. Сонда сынауықтағы сұйықтықтың (ДНҚ) кисель тәріздес бола бастағаны (қойылануы) байқалады. Ғалымдар: «ДНҚ балқуда» дейді. Ал егер температураны жоғарлатпаса, онда ковалентті полярлық байланыс сақталып, осы сынауықтаға ДНҚ-ның барлығы жалғызданған тізбектерден тұратын болады. Сонымен бірге құрамында тимин және аденині көп ДНҚ тезірек балқиды, өйткені оларды қос сутектік байланыс байланыстырады. Ал олардың беріктігі үштік сутектік байланыстан кемірек. Егер бұдан соң температураны төмендетсе, онда ДНҚ-ның ренатурациясы жүреді. Сутектік байланыстар қалпына келеді де, молекула қайтадан екі тізбекті болады. Химиялық жолмен жалғыздаған нуклеотидтерді бұзуға қарағанда, уақытша бір желілі ДНҚ жасау әлдеқайда оңа й. Егер ДНҚ-ның химиялық байланыстары туралы естеріңде болса, реплиция үдерісінің тетігі де сендерге түсінікті болады. Репликация үдеріс құрамында аденин және тимині көп. ДНҚ қосшиыршықты молекуласының бір шағын үлескісіндегі өрінің тарқатылуынан басталады. Бірін-бірі толықтыратын нуклеотидтер арасындағы сутектік байланыстар ферменттер әсерінен үзіледі. Біртіндеп сутектік байланыстармен байланыспаған, ДНҚ-ның жалғызданған тізбектерінен тұратын шағын үлескі түзіледі. Осы кезде іле-шала екі «еркін» бір желімді тізбекке репликацияның негізгі ферменті – ДНҚ – полимераза қосылады. Бұл фермент нуклеотидтердің жаңа «еншілес» тізбек қосылсын өршіткілейді, яғни полимеризация реакциясын жүзеге асырады. Мономерлер құрылысы топтамаларында кемістік жоқ. Жасуша алдын ала ядролық шырында нуклеотидтерді жинақтайды, олардан ДНҚ-ның еншілес молекулалары құралады. Енді бірін-бірі толықтыру қағидасы туралы еске түсірейік. А қарсысында – тек қана Т, ал Г қарсысында тек қана С тұра алатыны айқын екенін ескерсек, еншілес тізбектің бірін-бірі толықтыратын аналық тізбектің дәлме-дәл көшірмелей алатын болады. Қосшиыршықты өрімді тарқата бастаған ферменттер ДНҚ молекуласын бойлай, одан әрі жылжиды да оның соңынан жаңа тізбек синтездеп ДНҚ – полимераза жылжиды. Бұл үдеріс шындығында өте күрделі және оған өте көп ферменттер қатысады, алайда мектептік оқыту жүйесінде ол егжей-тегжейлі талқыланбайды. Репликация соңына қарай барлық хромосомалар (ДНҚ молекулалары) бірін-бірі дәлме-дәл көшірмелеп, екі данада жасуша ядросында болады. Бұл үдерісте ДНҚ-ның «аналық» немесе «ескі» тізбегі матрица болып табылады. Ал оның көшірмесі «жаңа» немесе «еншілес» тізбек. Сонымен жасуша бөлінген соң түзілген жасушалардың әрқайсысы ДНҚ молекуласының бір тізбегі «ескі», екіншісі «жаңа» және келесі бөлінуге дейін осылай бола беретін хромосома алады. Репликацияның (көшірмелеудің) бұл амалы полуконсервативті, яғни қазақша аударғанда «жартылай сақталу» көшірмелеу деп аталады. Табиғатта көшірмелеудің басқа амалы болмайды. Яғни барлық жасушалардың ДНҚ жасушаларының бәрі жартылай ескі амалымен екі еселенеді. Алайда бұл ғалымдарға тек қана ХХ ғасырдың екінші жартысында белгілі бола бастады. жүктеу/скачать 44,19 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|