ДНҚ РЕПЛИКАЦИЯСЫ

Жоспары: 1. Нуклеин қышқылдары, түрлері, қызметтері, химиялық құрамы. 2. Нуклеотид құрылысы. Полинулеотидтік тізбектің құрылуы. Нуклеотидтік тізбектердің бағыты. 3. ДНҚ-ның нуклеотидтік құрамы. Түрлік ерекшелігі. Чаргаффа ережесі. Биологиялық маңызы.

Нуклеин қышқылдары (НҚ) барлық тiрi ағзалардың жасушаларындағы генетикалық ақпараттың тасымалдаушысы болып сана лады. Олар молекулалық салмағы жоғары, күрделi биополимерлер. НҚ мономерлерi - нуклеотидер, соған байланысты НҚ полинуклеотидтiк тiзбек деп атауға болады. Нуклеин қышқылдары (НҚ) барлық тiрi ағзалардың жасушаларындағы генетикалық ақпараттың тасымалдаушысы болып сана лады. Олар молекулалық салмағы жоғары, күрделi биополимерлер. НҚ мономерлерi - нуклеотидер, соған байланысты НҚ полинуклеотидтiк тiзбек деп атауға болады. Әр нуклеотид үш компоненте тұрады: Әр нуклеотид үш компоненте тұрады: -бескөмiртектiк моносахарид (пентоза) ; -бескөмiртектiк моносахарид (пентоза) ; - фосфоррр қышқылының қалдығы ; - фосфоррр қышқылының қалдығы ; азоттық негiздер: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) немсе урацил (У). азоттық негiздер: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) немсе урацил (У). Азоттық негiздерi А және Г - пуриндер классы на, Т,У және Ц - пиримидиндер классы на жатады. Азоттық негiздерi А және Г - пуриндер классы на, Т,У және Ц - пиримидиндер классы на жатады.

Фосфор қышқылының қалдығы пентозамен 5-көміртегі арқылы, ал азоттық негіз 1-көміртегі арқылы байланысады. Нуклеотид құрылысы

Бiрiншi нуклеотидтiң фосфоррр чтобы мен келесi нуклеотидтiң құрамындағы қанттың арасында пайда болатын коваленттiк байланыс арқылы нуклеотид тер бiрi бiрiне жалғасып тiзбек құрайды. Әр бір келесі нуклеотид алдынғы нуклеотидттің 3- бұрышына жалғасады.

ДНҚ молекуласының құрылысы ДНҚ молекуласының құрылысы

ДНҚ-ның құрылысы ДНК - биополимер, оның мономері нуклеотид тер. Нуклеотидтердің 4 түpi болады: Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин. Әр нуклеотид үш компоненте тұрады: 1. фосфоррр қышқылының қалдығы 2. моносахарид (дезоксирибоза C 5 H 10 O 4 ) 3. азоттық негіздер, пуриндік (А-Г), пиримидиндік (Ц-Т). ДНҚ-ның құрылым ерекшелігі: 1. ДНҚ екі полинуклеотидті тізбектен тұрады, оның моделін 1953 ж американ биофизигі Дж. Уотсон мен ағылшын биофизигі және генетигі Ф. Крик ұсынған. 2. Екі тізбек 6ip-6ipiнe антипараллелді, 6ip тізбектің 5 1 ұшы екінші тізбектің З 1 ұшымен байланысады. 3. ДНҚ-ның рентген құрылысын талдау барысында оның 2 спираль дан тұратыны, өз осьінің маңында оңға қарай оралып спираль түзетіні анықталды. Спиральдің диаметрі 2 нм, әр қадамы 3,4 нм, әр бұрылымына 10 жуп нуклеотид кіреді. ДНК - биополимер, оның мономері нуклеотид тер. Нуклеотидтердің 4 түpi болады: Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин. Әр нуклеотид үш компоненте тұрады: 1. фосфоррр қышқылының қалдығы 2. моносахарид (дезоксирибоза C 5 H 10 O 4 ) 3. азоттық негіздер, пуриндік (А-Г), пиримидиндік (Ц-Т). ДНҚ-ның құрылым ерекшелігі: 1. ДНҚ екі полинуклеотидті тізбектен тұрады, оның моделін 1953 ж американ биофизигі Дж. Уотсон мен ағылшын биофизигі және генетигі Ф. Крик ұсынған. 2. Екі тізбек 6ip-6ipiнe антипараллелді, 6ip тізбектің 5 1 ұшы екінші тізбектің З 1 ұшымен байланысады. 3. ДНҚ-ның рентген құрылысын талдау барысында оның 2 спираль дан тұратыны, өз осьінің маңында оңға қарай оралып спираль түзетіні анықталды. Спиральдің диаметрі 2 нм, әр қадамы 3,4 нм, әр бұрылымына 10 жуп нуклеотид кіреді.

Бip тізбектің бойында орналасқан нуклеотид тер 6ip-6ipiмен коваленттік (фосфорр-диэфирлік) байланыспен байланысады, ол 6ip нуклеотидтің дезоксирибозасы мен екінші нуклеотидтің фосфоррр қышқылының қалдығы арасындағы қосылыс. Бip тізбек бой на кез-келген нуклеотид тер орналаса береді және ол ДНҚ-ның әртүрлілігін қамтамасыз етеді. Азоттық негіздер дезоксирибоза мен байланысып, тізбектің бүйір жағында орналасады. ДНҚ-ның екі тізбегі 6ip-6ipiмен азоттық негіздер Аденин мен Тимин немсе Тимин мен Аденин екі, Цитозин мен Гуанин немсе Гуанин мен Цитозин үш суток көпіршесімен байланысады. Нуклеотидтердің қос тізбекте бip-бipiнe қатаң түрде сәйкес келуін (толықтыруын) комплементарлық деп атайды. Сонымен, ДНҚ екі спиралді тізбектен тұрады, егерьь бip тізбекте орналасқан азоттық негіздер белгілі бокса, екінші тізбектегі азоттық негіздерді комплементарлық принципе анықтауға болады. ДНҚ-ның өзін-өзі екі еселеуі осы құрылысына негізделген. Бip тізбектің бойында орналасқан нуклеотид тер 6ip-6ipiмен коваленттік (фосфорр-диэфирлік) байланыспен байланысады, ол 6ip нуклеотидтің дезоксирибозасы мен екінші нуклеотидтің фосфоррр қышқылының қалдығы арасындағы қосылыс. Бip тізбек бой на кез-келген нуклеотид тер орналаса береді және ол ДНҚ-ның әртүрлілігін қамтамасыз етеді. Азоттық негіздер дезоксирибоза мен байланысып, тізбектің бүйір жағында орналасады. ДНҚ-ның екі тізбегі 6ip-6ipiмен азоттық негіздер Аденин мен Тимин немсе Тимин мен Аденин екі, Цитозин мен Гуанин немсе Гуанин мен Цитозин үш суток көпіршесімен байланысады. Нуклеотидтердің қос тізбекте бip-бipiнe қатаң түрде сәйкес келуін (толықтыруын) комплементарлық деп атайды. Сонымен, ДНҚ екі спиралді тізбектен тұрады, егерьь бip тізбекте орналасқан азоттық негіздер белгілі бокса, екінші тізбектегі азоттық негіздерді комплементарлық принципе анықтауға болады. ДНҚ-ның өзін-өзі екі еселеуі осы құрылысына негізделген.

Репликация - ДНҚ-ның екi селену процессi - көбiнесе жасушаның бөлiну алдында жүрiп, жасушаның бірқатар ұрпақтарында хромосомалар санының тұрақтылығын қамтамасыз етедi. Репликация - көптеген ферментердiң қатысуымен жүзеге асырылатын күрделi процесс. Репликацияның негiзгi ферменттерi: 1. Геликаза - ДНҚ тiзбектерiн ажыратады 2. SSB-белоктар - ДНҚ-ның ажыраған тiзбектерiн тұрақтандырады 3. ДНҚ-полимераза - тiзбектi синтездейдi 4. топоизомераза – репликативтiк айырдың алдындағы ДНҚ-ның аса жоғары ширатылған жерлерiн босатады 5.РНҚ-праймаза - ДНҚ-полимеразаға керектi РНҚ- бастауыштарды (праймерлердi) синтездейдi 6. лигаза - ДНҚ фрагменттерiн жалғап қосады Репликация - ДНҚ-ның екi селену процессi - көбiнесе жасушаның бөлiну алдында жүрiп, жасушаның бірқатар ұрпақтарында хромосомалар санының тұрақтылығын қамтамасыз етедi. Репликация - көптеген ферментердiң қатысуымен жүзеге асырылатын күрделi процесс. Репликацияның негiзгi ферменттерi: 1. Геликаза - ДНҚ тiзбектерiн ажыратады 2. SSB-белоктар - ДНҚ-ның ажыраған тiзбектерiн тұрақтандырады 3. ДНҚ-полимераза - тiзбектi синтездейдi 4. топоизомераза – репликативтiк айырдың алдындағы ДНҚ-ның аса жоғары ширатылған жерлерiн босатады 5.РНҚ-праймаза - ДНҚ-полимеразаға керектi РНҚ- бастауыштарды (праймерлердi) синтездейдi 6. лигаза - ДНҚ фрагменттерiн жалғап қосады

Репликациялық айыр аймағындағы ДНҚ репликация сының схемасы Репликациялық айыр аймағындағы ДНҚ репликация сының схемасы

Эукариоттардағы ДНҚ репликация сының ерекшелiктерi: 1. Репликация жартылай консервативтi әдiспен жүредi. Ескi ДНҚ-ның әр тiзбегiн қалып ретiнде пайдаланып, ДНҚ–полимераза ферментi комплементарлық принцип бойынша бос нуклеотид терден екiншi тiзбектi түзедi. Ол үшін тiзбектер арасындағы сутоктiк байланыстар үзіліп, ДНҚ-ның екi тiзбегі бiр бiрiнен ажырап, босаңсып, репликация айырын түзедi. 2. ДНҚ молекуласының аса ұзын болуына байланысты репликация бiрден бiрнеше жердин басталып (полирепликонды түрде), екi бағытта келесi репликативтiк айырмен кездескенше жүредi. Репликацияның басталатын нүктелері нуклеотидердiң арнайы ретiмен анықталып инициация нүктесi деп аталады. Олардың саны әр хромосоманың ДНҚ-да нақты белгілі болады. Репликацияның басталу нүктесiнен келесi репликация айырымен кездесетiн жерге дейiнгi ДНҚ-ның бөлiгi репликон деп аталады - бұл репликация бiрлiгi. Прокариоттар мен органоидтардағы (митохондриялар мен пластид тер) ДНҚ молекуласының хромосомалық ДНҚ-нан айырмашылығы - оларда тек бiринициация нүктесi болады, сондықтан олар бiр репликон деп сана лады. Эукариоттардағы ДНҚ репликация сының ерекшелiктерi: 1. Репликация жартылай консервативтi әдiспен жүредi. Ескi ДНҚ-ның әр тiзбегiн қалып ретiнде пайдаланып, ДНҚ–полимераза ферментi комплементарлық принцип бойынша бос нуклеотид терден екiншi тiзбектi түзедi. Ол үшін тiзбектер арасындағы сутоктiк байланыстар үзіліп, ДНҚ-ның екi тiзбегі бiр бiрiнен ажырап, босаңсып, репликация айырын түзедi. 2. ДНҚ молекуласының аса ұзын болуына байланысты репликация бiрден бiрнеше жердин басталып (полирепликонды түрде), екi бағытта келесi репликативтiк айырмен кездескенше жүредi. Репликацияның басталатын нүктелері нуклеотидердiң арнайы ретiмен анықталып инициация нүктесi деп аталады. Олардың саны әр хромосоманың ДНҚ-да нақты белгілі болады. Репликацияның басталу нүктесiнен келесi репликация айырымен кездесетiн жерге дейiнгi ДНҚ-ның бөлiгi репликон деп аталады - бұл репликация бiрлiгi. Прокариоттар мен органоидтардағы (митохондриялар мен пластид тер) ДНҚ молекуласының хромосомалық ДНҚ-нан айырмашылығы - оларда тек бiринициация нүктесi болады, сондықтан олар бiр репликон деп сана лады.

3. Жасушадағы ДНҚ-ның репликациясы жасушалық циклдың S- кезеңiнде жүредi. Бiрақ, репликондардың репликациясы бiркелкi емс, асинхронды түрде жүредi. Мысалы, рРНҚ туралы ақпараты бар ДНҚ бөлiктерi S-кезеңiнiң басында екi еселенедi де, басқа бөлiктерi кейiн еселенедi. Митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы көбiнесе жасушаның әрбір бөлiнуі алдында, G 2 - кезеңiнде, болып кетедi. Ал бөлiнбейтiн жасушаларда (мысалы бауыр жасушалары) митохондириялық ДНҚ-ның репликациясы физиологиялық ескіруге байланысты митоздық циклдың фазаларына тәуелсiз жүреді. 4. НҚ синтезі тек 5 -3 бағытта жүретiн, ал ДНҚ тiзбектерiнiң қарама қарсы (антипаралельді) болғандықтан, ДНҚ-ның бiр тiзбегi үздiксiз түзiлiп, лидерлiк деп, екiншiсi соңынан бiр тiзбекке жалғанатын кішірек үзінділер (Оказаки фрагменттерi) түрiнде синтезделіп, iлесушi тізбек деп аталады. Жалпы ДНК репликациясы про - және эукариоттарда ұксас, 6ipaK эукариоттарда синтез жылдамдыгы бірқатар төмен (1 сек нуклеотид шамасында) болады, прокариоттарда (1 сек нуклеотид шамасында) жылдамырак жүреді. Ce6e6i, эукариоттың ДНҚ-сы акуызбен бepiK байланысқан, ол оның деспираль дануын тежейді, репликация сын баяулатады. 3. Жасушадағы ДНҚ-ның репликациясы жасушалық циклдың S- кезеңiнде жүредi. Бiрақ, репликондардың репликациясы бiркелкi емс, асинхронды түрде жүредi. Мысалы, рРНҚ туралы ақпараты бар ДНҚ бөлiктерi S-кезеңiнiң басында екi еселенедi де, басқа бөлiктерi кейiн еселенедi. Митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы көбiнесе жасушаның әрбір бөлiнуі алдында, G 2 - кезеңiнде, болып кетедi. Ал бөлiнбейтiн жасушаларда (мысалы бауыр жасушалары) митохондириялық ДНҚ-ның репликациясы физиологиялық ескіруге байланысты митоздық циклдың фазаларына тәуелсiз жүреді. 4. НҚ синтезі тек 5 -3 бағытта жүретiн, ал ДНҚ тiзбектерiнiң қарама қарсы (антипаралельді) болғандықтан, ДНҚ-ның бiр тiзбегi үздiксiз түзiлiп, лидерлiк деп, екiншiсi соңынан бiр тiзбекке жалғанатын кішірек үзінділер (Оказаки фрагменттерi) түрiнде синтезделіп, iлесушi тізбек деп аталады. Жалпы ДНК репликациясы про - және эукариоттарда ұксас, 6ipaK эукариоттарда синтез жылдамдыгы бірқатар төмен (1 сек нуклеотид шамасында) болады, прокариоттарда (1 сек нуклеотид шамасында) жылдамырак жүреді. Ce6e6i, эукариоттың ДНҚ-сы акуызбен бepiK байланысқан, ол оның деспираль дануын тежейді, репликация сын баяулатады.

Репликация, транскрипция және трансляция - прокариоттар мен эукариоттардың барлық жасушаларында жүретiн ақпарат ағымының негiзгi жолдары. Бұл процесстердiң негiзгi принциптерiн Ф.Крик ашып молекулалық биологияның орталық догмасы ретiнде келесi түрде ұсынған (1958 ж.). ДНҚ репликация ДНҚ транскрипция РНҚ трансляция белок Кейiнірек, тұқым қуалау ақпаратының басқа да (қосымша) жолдармен берiлетiні ашылған. Соған байланысты, қазіргi кезде бұл схема өзгерiп, мынадай түрде көрсетiледi. ДНҚ репликация ДНҚ а-РНҚ трансляция белок Репликация, транскрипция және трансляция - прокариоттар мен эукариоттардың барлық жасушаларында жүретiн ақпарат ағымының негiзгi жолдары. Бұл процесстердiң негiзгi принциптерiн Ф.Крик ашып молекулалық биологияның орталық догмасы ретiнде келесi түрде ұсынған (1958 ж.). ДНҚ репликация ДНҚ транскрипция РНҚ трансляция белок Кейiнірек, тұқым қуалау ақпаратының басқа да (қосымша) жолдармен берiлетiні ашылған. Соған байланысты, қазіргi кезде бұл схема өзгерiп, мынадай түрде көрсетiледi. ДНҚ репликация ДНҚ а-РНҚ трансляция белок

1975 жылы РНҚ-лы вирустарда кері транскрипция процесi анықталған (Дульбеко Р., Тимин Г., Балтимор Д.). Алдымен арнайы фермент ревертаза арқылы РНҚ-да комплементарлы принцип бойынша ДНҚ-ның бiр тiзбегi синтезделедi, содан кейiн ДНҚ-полимераза ферментінің көмегімен әдеттегідей екі еселенедi. Эукариоттардың кейбiр жасушаларында да (әсiресе ұрықтық жасушаларда) ревертаза кездеседі, бұл - ақпараттың РНҚ-дан ДНҚ-ға берiлу мүмкiндiгiн көрсетедi. Ақпараттың ДНҚ молекуласынан белок молекуласына берілу (тiкелей трансляция) құбылысы тек тәжірбие барысында анықталып, тiрi жасушаларда әлi байқалмаған.