2 Дәріс Тақырыбы: Нуклеин қышқылдары. ДНҚ репликациясы

Жоспары: 1. Нуклеин қышқылдары, түрлері, қызметтері, химиялық құрамы. 2. Нуклеотид құрылысы. Полинулеотидтік тізбектің құрылуы. Нуклеотидтік тізбектердің бағыты. 3. ДНҚ-наң нуклеотидтік құрамы. Түрлік ерекшелігі. Чаргаффа ережесі. Биологиялық маңызы. 4. РНҚ. РНҚ түрлері. а) а-РНҚ. Нуклеотидтік ретінің және құрылысынаң ерекшелігі. Қызметтері. б) р-РНҚ. Қызметі мен құрылысы. в) т-РНҚ. Нуклеотидтік ретінің және құрылысынаң ерекшелігі. Қызметтері.

ІІ Нуклеин қышқылдары (НҚ) барлық тiрi ағзалардың жасушаларындағы генетикалық ақпараттың тасымалдаушысы болып сана лады. Олар молекулалық салмағы жоғары, күрделi биополимерлер. НҚ мономерлерi - нуклеотидер, соған байланасты НҚ полинуклеотидтiк тiзбек деп атауға болады. Әр нуклеотид үш компоненте тұрады: -бескөмiртектiк моносахарид (пентоза) ; - фосфорр қышқылынаң қалдығы ; 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.

Нуклеотидтің құрылысы Фосфор қышқылы Қант Азоттық негіз Фосфор қышқылынаң қалдығы пентозамен 5- көміртегі арқылы, ал азоттық негіз 1-көміртегі арқылы байланасады.

Нуклеотидтер тізбегінің түзілуі Бiрiншi нуклеотидтiң фосфорр чтобы мен келесi нуклеотидтiң құрамындағы қанттың арасында пайда болатын коваленттiк байланас арқылы нуклеотид тер бiрi бiрiне жалғасып тiзбек құрайды. Әр бір келесі нуклеотид алдынғы нуклеотидттің 3- бұрышына жалғасады. 3 Нуклеин қышқылдарынаң екi түрiн ажыратады - ДНҚ және РНҚ. Олардың құрылымдық және функциональдық сипаттамалары келесі кестеде көрсетiлген.

СиптатарыДНҚРНҚ 1. Молекулалық құрылымы Комплементарлық принцип бойынша А мен Т; Г мен Ц арасында пайда болатын сутоктiк байланастар арқылы қосылған екi қарама-қарсы бағыталған полинуклеотидтiк тiзбектен тұратын биспираль. (А=Т, Г=Ц; А+Г=Ц+Т ара- қатынасы тең - Чаргафф ережесi) Бiр полинуклеотидтiк тiзбек 2. Нуклеотидтер құрамы 1.азоттық негiздердiн түрлерi - А,Т,Г,Ц 2.моносахаридтiң түрi – дезоксирибоза 3. Фосфор қышқылынаң қалдығы 1.азоттық негiздердiн түрлерi - У, А, Г,Ц 2.моносахаридтiң түрi – рибоза 3. Фосфор қышқылынаң қалдығы 3. Қасиеттерi 1.Авторепродукцияға (екi селену) қабілеттiлiгi бар. Ескi ДНҚ-наң әр тiзбегi жаңа тiзбектiң синтезделуiнде қалып (матрица) ретiнде қолданалады (репликация процессi) 2.ДНҚ-наң нуклеотидтiк құрамына түрлiк ерекшелiк тән, бiрақ әр ағзанаң барлық жасушаларындағы ДНҚ бiрдей болады. 1.Авторепродукцияға қабілеттiлiгi жоқ. РНҚ- наң барлық түрлерi ДНҚ молекуласынаң бiр тiзбегiн қалып ретiнде колдуна отырып синтезделедi (транскрипция процессi)* 2.РНҚ-наң нуклеотидтiк құрамында түрлiк ерекше-лiк жоқ, және бiр организмнiң әр жасуша-сында РНҚ түрлерi айрықша болуы мүмкiн (әсiресе ақпараттық РНҚ) 4. Қызметтерi1.ДНҚ - ақпараттық қалып - өйткенi онаң бойында барлық тұқым қуалайтын ақпарат жазылған 2.ДНҚ тұқым қуалау ақпаратын жасушанаң ұрпақ қатарында өзгермей берiлуiн қамтамасыз етедi - Тұқым қуалау ақпаратын жүзеге асыру қызметi. РНҚ қызметiне қарай үш түрге бөлiнедi 1.аРНҚ - ақпаратты ДНҚ молекуласынан көшiрiп алып цитоплазмаға белок синтезделетiн жерге жеткiзедi 2.тРНҚ - аминқышқылдардың арнайы тасымалдаушысы, трансляция кезiнде адаптер ретiнде кодхондарды тану процессiн қамтамасыз етедi 3.рРНҚ - рибосоманаң құрылымдық бөлiгi, рибосоманаң аРНҚ-на танап байланасуын қамтамасыз етедi

ДНҚ молекуласынаң құрылысы

ДНҚ-наң құрылысы ДНК - биополимер, онаң мономері нуклеотид тер. Нуклеотидтердің 4 түpi болады: Аденин, Гуанин, Тимин, Цитозин. Әр нуклеотид үш компоненте тұрады: 1. фосфорр қышқылынаң қалдығы 2. моносахарид (дезоксирибоза C 5 H 10 O 4 ) 3. азоттық негіздер, пуриндік (А-Г), пиримидиндік (Ц-Т). ДНҚ-наң құрылым ерекшелігі: 1. ДНҚ екі полинуклеотидті тізбектен тұрады, онаң 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 байланасады. 3. ДНҚ-наң рентген құрылысын талдау барысында онаң 2 спираль дан тұратына, өз осьінің маңында оңға қарай оралып спираль түзетіні анақталды. Спиральдің диаметрі 2 нм, әр қадамы 3,4 нм, әр бұрылымына 10 жуп нуклеотид кіреді.

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

ДНҚ-наң биологиялык функциясы: 1. Генетикалық информацияна сақтау 2. Өзін-өзі eкi еселеуі 3. Ұрпақтан-ұрпаққа генетикалық материалды беру. Әр түрге жататын ағзалардың ДНҚ молекуласы тұрақтылығымен және түрлік ерекшеліктерімен ажыратылады. Жоғарыда айтылғандай ДНҚ 6ip-6ipiнe комплементарны eкi тізбектен тұрады. Сондықтан, хондағы А сана Т, Г сана Ц тең және А +Г ара қатынасы 1- ге тең, она Чаргафф ережесі деп атайды Т+Ц (1949 ж). Ал, А +Т ара катынасы 1- ге тең емс, ce6e6i Г + Ц кейбір түрлерде А + Т жұптары көбірек бокса Ц + Г азырақ болады, кейбіреуінде кepicінше. Мысалы; кейбір бактерияларда А + Т =0,42, ал Г+Ц адама А + Т =1,53 болады. Г+Ц Совет биохимии А.Н.Белозерскидің анақтауы бойынша азоттық негіздер жұбынаң ара қатынасы түрлік белгіні анақтайды.

РНҚ-наң түрлері, онаң құрылысы мен функциясы Нуклеин қышқылынаң екінші түpi РНҚ. РНҚ 6ip тізбектен тұрады, онаң мономерлері де нуклеотид тер. Олар А, У, Г, Ц. Егер ДНҚ мөлшері жасуша құрамында тұрақты бокса, ал РНҚ-наң мөлшері ауытқып отрады (лабилді). РНҚ ақуыз синтезі қарқынды жүретін жасушаларда көп. РНҚ-наң 3 түpi бар: 1. рибосомалді - РНҚ (р-РНҚ) 2. ақпаратты - РНҚ (а-РНҚ) 3. тасымалдаушы - РНҚ (т-РНҚ)

А- КЭП Б – 5 ТЖБ В – Иниц. кодон Г – Инфор. алынады Д – Тер. Кодон Е - 3 ТЖБ Ж – поли А -фрагмент 5 3 А – қалпақша (КЭП) модификацияланған 4 нуклетидтің біреуінен тұрады. Бірінші 7-метилгуанилат тұрады. Кейінгі бірнеше нуклеотид тер рибозанаң 2 – бұрышында метилденген. Бұл ерекше құрылым мРНҚ 5 ұшын экзонуклеазадан қорғайды. Б – КЭП-тен кейін 5 транскрипция жүрмейтін бөлік (ТЖБ) орналасқан. Бұл бөлік оншақты нуклеотиден тұрады, рибосоманаң кіші бөлігінің құрамына кіретін р-РНҚ кодонана комплементарны. М-РНҚ-наң рибосомамен алғашқы байланасын қамтамасыз етеді. В – м-РНҚ –дан трансляция инициациялық кодона басталады. Барлық м-РНҚ-да инициация АУГ (метионин) кодонанан басталады. Г – инициациялық кодона кейін белок құрамындағы амин қышқылдарынаң орналасуы жайлы информация жазылған. Эукариоттарда пісіп жетілген м-РНҚ моноцистронды, бір ғана белок жайлы информация бар. Бактерияларда м-РНҚ полицистронды. Д – информациялық бөліктен кейін терминациялық кодон орналасқан. Ол мағанасыз кодхондардың біреуі (УАА, УГА, УАГ). Е – терминациялық кодона кейін 3 транскрипция жүрмейтін бөлік (ТЖБ) орналасады. Ж – эукариоттардың барлық м-РНҚ-наң (гистонды м-РНҚ басқалары) 3 – ұшында аденилді нуклеотиден тұратын поли А -фрагменттері бар. Соңғы екеуі (е, ж) м-РНҚ-наң тіршілік ұзақтығын реттеуге қатысады. Себебі м-РНҚ-наң ыдырауы 3-ұшында экзонуклеазалардың әсерінен іс жүзіне асырылады.

П Д

Т-РНҚ-наң құрамындағы нуклетидтер сана жүзден аспайды. Бір ерекшелігі: онаң ішінде минорлы немсе модификацияланған нуклетидтер сана жоғары мөлшерде кездеседі. Мысалы, аланиннің т-РНҚ-да хондай нуклеотид тер 13% (дигидроуридин, псевдоуридин, инозин, метилинозин, метилуридин). Екінші ерекшелігі: т-РНҚ-наң тізбегі бірнеше бұрылымдар жасап, пішіні жоңышқа жапырағына ұқсас болады. Бұл құрылымда 4 екі тізбекті, 5 бір тізбекті бөлік бар. Минорлы нуклетидтер комплементарнық қасиетке ие болмағандықтан, бір тізбекті бөліктің құрамында кездеседі. Сондықтан бір тізбекті бөліктердің арнайы татары бар: Акцепторлық бұтақ – 3 – ұшында орналасқан, 4 нуклеотиден тұрады, ең соңғысына (А) ковалентті байланаспен амин қышқылы байданасады. Антикодонды бұтақ - 7 нуклеотиден тұратын тізбектің ортаңғы бөлігі. Онаң 3 антикодоннаң рөлін атқарады. Ол м-РНҚ тізбегіндегі сәйкес кодхондармен комплементарны әсерлеседі. Дегидроуридилді, псевдоуридилді және қосымша бұтақтар берілген т-РНҚ-наң арнайы үшінші реттік құрылымын қалыптастырады. П Д

р-РНК - молекуласы өте алкен, оған дейін нуклеотид тер кіреді. Жасушадағы жалпы РНҚ-наң 90 % р-РНҚ, ол рибосоманаң құрамына кіріп, қабырғасын құрайды және ақуыз синтезінің инициация сына, терминация сына, ақуыз молекуласынаң рибосома дан бөлініп кету процесін қамтамасыз етеді. а-РНК - белгілі 6ip ақуыздың ақпараты жазылған, сондықтан матрицалық РНҚ деп аталады. М-РНҚ-дағы информацияға сайтт, полипептидтік тізбек түзіледі. Ал, РНҚ молекуласында информация триплеттерден тұрады. Әр аминқышқылын өзіне тән триплет анақтайды. а-РНҚ молекуласында дейін нуклеотид тер болады, жалпы РНҚ-наң 0,5-1 % құрайды. А-РНҚ-наң 2 түpi болады: 1. nicin жетілген РНҚ; 2. nicin жетілмеген РНҚ немсе про-а-РНҚ. Т-РНҚ - басқаларына қарағанда кiшi, онаң құрамына нуклеотид кіреді. Ол цитоплазма да болады. Жалпы РНҚ-наң полар 10% құрайды. Әр т-РНҚ - жоңышқа жапырағы тәрiздi иiлген полинуклеотидтiк тiзбек. Онаң қызметі аминкышқылын рибосомаға тасымалдау, т-РНҚ-наң 6ip ұшында азоттық негіздер триплеті орналасады, она антикодон деп атайды, екінші ұшында соған сәйкес аминкышқылы орналасады. Т-РНҚ- наң өзiне сайтт аминқышқылын танап байланас түзу процесi – рекогниция деп аталады. Егер т-РНҚ-наң антикодона а-РНҚ- наң триплетіне сейкес колес, хонда т-РНҚ-дағы аминкышқылы ақуыз молекуласында белгілі 6ip орынға орналасады. РНҚ-наң функциясы акуыздың синтезімен немсе тұқым қуалау информациясынаң ic жузіне асырылуымен байланасты.

Репликация - ДНҚ-наң екi селену процессi - көбiнесе жасушанаң бөлiну алдында жүрiп, жасушанаң бірқатар ұрпақтарында хромосомалар сананаң тұрақтылығын қамтамасыз етедi. Репликация - көптеген ферментердiң қатысуымен жүзеге асырылатын күрделi процесс. Репликациянаң негiзгi ферменттерi: 1. Геликаза - ДНҚ тiзбектерiн ажыратады 2. SSB-белоктар - ДНҚ-наң ажыраған тiзбектерiн тұрақтандырады 3. ДНҚ-полимераза - тiзбектi синтездейдi 4. топоизомераза – репликативтiк айырдың алдындағы ДНҚ-наң 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 репликациясынаң схемасы.

Эукариоттардағы ДНҚ репликациясынаң ерекшелiктерi: 1. Репликация жартылай консервативтi әдiспен жүредi. Ескi ДНҚ-наң әр тiзбегiн қалып ретiнде пайдаланап, ДНҚ–полимераза ферментi комплементарнық принцип бойынша бос нуклеотид терден екiншi тiзбектi түзедi. Ол үшін тiзбектер арасындағы сутоктiк байланастар үзіліп, ДНҚ-наң екi тiзбегі бiр бiрiнен ажырап, босаңсып, репликация айырын түзедi. 2. ДНҚ молекуласынаң аса ұзын болуына байланасты репликация бiрден бiрнеше жерден басталып (полирепликонды түрде), екi бағытта келесiрепликативтiк айырмен кездескенше жүредi. Репликациянаң басталатын нүктелері нуклеотидердiң арнайы ретiмен анақталып инициация нүктесi деп аталады. Олардың сана әр хромосоманаң ДНҚ-да нақты белгілі болады. Репликациянаң басталу нүктесiнен келесi репликация айырымен кездесетiн жерге дейiнгi ДНҚ-наң бөлiгi репликон деп аталады - бұл репликация бiрлiгi. Прокариоттар мен органоидтардағы (митохондриялар мен пластидтер) ДНҚ молекуласынаң хромосомалық ДНҚ-нан айырмашылығы - поларда тек бiринициация нүктесi болады, сондықтан полар бiр репликон деп сана лады.

3. Жасушадағы ДНҚ-наң репликациясы жасушалық циклдың S-кезеңiнде жүредi. Бiрақ, репликхондардың 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-наң репликациясы көбiнесе жасушанаң әрбір бөлiнуі алдында, G 2 -кезеңiнде, болып кетедi. Ал бөлiнбейтiн жасушаларда (мысалы бауыр жасушалары) митохондириялық ДНҚ-наң репликациясы физиологиялық ескіруге байланасты митоздық циклдың фазаларына тәуелсiз жүреді. 4. НҚ синтезі тек 5 -3 бағытта жүретiн, ал ДНҚ тiзбектерiнiң қарама қарсы (антипаралельді) болғандықтан, ДНҚ-наң 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 байланасқан, ол онаң деспираль дануын тежейді, репликациясын баяулатады.

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

1975 жылы РНҚ-лы вирустарда кері транскрипция процесi анақталған (Дульбеко Р., Тимин Г., Балтимор Д.). Алдымен арнайы фермент ревертаза арқылы РНҚ-да комплементарны принцип бойынша ДНҚ-наң 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 анақталып, тiрi жасушаларда әлi байқалмаған.