Прокариот ДНҚ - ның репликациясы

Презентация қосу

Мезельсон-Сталь тәжірибесі,
прокариоттардың және
эукариоттардың ДНҚ
репликациясы, ДНҚ денатурациясы
және ренатурациясы

Орындағандар: Осмонали Б.Б., Хамза А., Кисимова Г.,
Дузелова З., Әбілдашева А., Абдығапарова Г., Бейбітова Н.,
Бекболатова Г., Жалел М., Қуан Л., Ниятхан А., Сейтжан
А., Оралова С.
Қабылдаған:Жунусбаева Ж. К.
Жоспар:
I. Мезельсон-Сталь тәжірибесі
II. Прокариот ДНҚ-ның репликациясы
1. Репликацияға қатысатын белоктар мен ферменттер
2. ДНҚ репликациясы
III. Эукариот ДНҚ-ның репликациясы
1. Эуариоттық ДНҚ-полимеразалар
2. Эукариоттық клеткалардағы ДНҚ репликациясының
ерекшеліктері
3. Эукариоттардағы ДНҚ репликациясы
IV. ДНҚ денатурациясы және ренатурациясы
1. ДНҚ-ДНҚ гибридизациясы
2. ДНҚ- РНҚ гибридизациясы
Мезельсон-Сталь тәжірибесі
• 1957 жылы Мэтью Мезелсон мен Франклин
Сталь ДНҚ-ның болжамды құрылысын
тексеру өте қисынды тәжірибе жүргізді.
• Олар ішек таяқшасы (Esherichia coli) бактериясын бірнеше
ұрпаққа дейін құрамында азоттың ауыр тұрақты изотопы
бар қоректік ортада өсірді. Азот көзі ретінде 15NH4Cl тұзын
пайдаланды. Бірнеше ұрпақ бойы осындай азотпен
қоректенгенде бактерия жасушасының ішіндегі құрамында
азот атомдары бар барлық биомолекулалардың, оның
ішінде ДНҚ-ның да салмағы кәдімгі азот 14N атомы бар
қоректік ортада өсірілген бактериянікінен ауыр болып
шығады. Әдетте, ауыр биомолекулалрдың молекулалық
салмағын анықтау үшін олардың дайындамаларын хлорлы
цезийдің тығыздығының градиенті арқылы үлкен
жылдамдықпен центрифугалайды. Молекула неғұрлым
ауыр болса – ол соғұрлым центрифуга ыдысының түбіне
қарай жылдам батады.
• Месельсон мен Сталь осындай ауыр азотта
өсірілген бактерияның ДНҚ-сын
центрифугалағанда ауыр молекулалы ДНҚ-ның
тек бір түрін анықтады. Одан кейін олар
бактерияны құрамында кәдімгі жеңіл 14N және
ауыр 15N азот атомдары бар ортада қысқалау
мерзім ішінде өсірді (алынған бактерияны
екінші ұрпақ деп атайық). Ондай бактериялардан
алынған ДНҚ-ны центрифугалағанда – бір ДНҚ
фракциясы алынды және ол таза 15N-ортада
өсірілген бактериянікінен жеңіл болып шықты.
• Құрамында 15N бар Құрамында 14N және 15N
Құрамында тек 14N бар (жоғарғы)
• бастапқы ДНҚ бар гибридтік ДНҚ және 14N
мен 15N бар (төменгі)
• (екінші ұрпақ) үшінші ұрпақтағы ДНҚ-лар
• Ақырында ғалымдар келесі үшінші ұрпақты
құрамында тек жеңіл 14N азот атомдары бар ортада
бөлек, және құрамында екі азот атомының 14N
және 15N түрлері бар ортада бөлек өсірді. Олардан
алынған үшінші ұрпақтың ДНҚ-сы өте жеңіл және
екінші ұрпақтағы секілді салмағы орташа екі түрлі
болып шықты. Месельсон мен Стальдің алған
нәтижелері бастапқы немесе аналық ДНҚ-ның әр
тізбегінің бойында оған комплементарлы жаңа
тізбектер синтезделетінін анық көрсетті. Сонымен,
еселенудің алдындағы ДНҚ тізбектерінің әрбірі
жаңа синтезделген тізбектер үшін матрица болып
табылады.
Прокариот ДНҚ-ның репликациясы
• Кейінгі зерттеулер ДНҚ-ның еселенуі бірден екі
бағытта жүретінін көрсетті. Сақиналы ДНҚ-ны
радиоактивті 3Н тритиймен белгілеп, уақыт барысында
өте жоғары шешімді электрондық микроскопты
пайдаланып, бақылағанда репликацияның бір нүктеден
басталатыны байқалды. Алғаш белгілі бір нүктеде
ДНҚ-ның қос тізбегі бір-бірінен ажырайды. Сол
нуктеден екі айыр пайда боладлы да, олар қарама-қарсы
бағытта қозғалады. Пайда болған айырды рапликация
айыры деп атайды. Жоғарыда ДНҚ-ның қос спиралын
құрап тұрған жеке тізбектер бір-біріне антипараллельді
деп айтылып кетті. Олай болса - әрбір тізбектің
бойында жаңа тізбектер 5’-бағытынан 3’-бағытына
қарай жүруі керек.
• Репликондар. Прокариоттар мен эукариоттарда ДНҚ
репликациясы дискреттілік бірліктер – репликондармен іске
асырылады. Олардың саны E.coli бактериясында – 1, ашытқы
саңырауқұлақтарында 500 дей болса, өсімдіктер мен
жануарларда бірнше мыңдаған болып кездеседі.

№ Репликондар Орташа Синтезделу
саны ұзындығы жылдамдығы
(жұп негіздер)
1 Бактериялар (E.coli) 1 4200 50000

2 Ашытқы 500 40 3600
саңырауқұлақтары
3 Дрозофила 3500 40 3600

4 Бақа 15000 200 500

5 Тышқан 25000 15 2200

6 Үрме бұршақ 35000 300 белгісіз
• Сонымен, ДНҚ-полмераза-1 ДНҚ-ның жаңа тізбектерінің
синтезін бастайтын қабілеті жоқ болып шықты. ДНҚ
репликациясының басталуына қатысатын ферменттердің бірі
– праймазадеп аталатын жасушаның арнайы РНҚ-
полимеразаферменті екен, ол праймер деп аталатын қысқа,
10-60 нуклеотидтерден тұратын олигорибонуклеотидтерді
синтездейді, тек содан кейін ғана ДНҚ-ның синтезі басталады.
Праймазалар құрылысы және арнайы қызметі бойынша бір-
бірінен өзгеше болып келеді. Праймасома ферменттің
каталитикалық қызметінде ерекше роль атқарады. Праймасома
әртүрлі 7 суббірліктердің жиынтығы болып табылады.
Арнайы n’ деген белоктың активтігінің нәтижесінде түзілген
АТФ-ты пайдаланып, праймосома қалушы (отстающая) ДНҚ
тізбегіне тез орын ауыстырады. Репликация айырына жақын
жерде праймаза танитындай ДНҚ-ның арнайы екінші
структурасының құрылуына қатысатын dna B және dna
C белок комплекстері де прайсоманың құрамына кіреді.
• Жаңадан пайда болған ДНҚ-ның синтезін
катализдайтын негізгі фермент ДНҚ-
полимераза-3 болып табылады (дәлірек
айтқанда, ол ДНҚ репликациясының ұзаруына
жауап береді). Ол - ДНҚ-полимеразаның
өзінің және басқа белоктардың мультимерлік
комплексі. Мысалы, ішек таяқшасының ДНҚ-
полимераза-3 ферментінің құрамына 10
суббірлік кіреді. Репликация кезінде ДНҚ-
полимераза-3-тің димерлік формасы жетекші
(ведущая) және қалушы тізбектерінің
бірлескен синтезін жүргізеді деген дәлелдер
бар.
• Репликация айырында қос спиралдың иірімін жазып, бір-бірінен
ажырататын арнайы фермент – хеликаза. Ол үшін хеликаза АТФ
энергиясын пайдалтанады. Осылай уақытша пайда болған ДНҚ
ажыраған бөлімдері репликация кезінде матрица қызметін
атқарады және ерекше белоктар ДНҚ-ның ажыраған бір
тізбектерімен байланысып, олардың қайта спираль құруын
болдырмай, ұстап тұрады. Осыған байланысты кейде оларды қос
тізбекті тұрақсыздандыратын белоктар деп те атайды.
• Сонымен қатар, аса қатты спиралданған ДНҚ-да репликация мен
транскрипцияның ойдағыдай жүруіне жағдай
жасайтын топоизмеразалар деген ферменттердің тағы да ерекше
түрлері бар. Олар ДНҚ-ның қос тізбегін аса қатты ширатып қана
қоймайды, сонымен қатар сондай спиралдың белгілі бір жерін үзіп
жіберіп, спиралға түскен күшті кернеуді жояды. Ақырында, ДНҚ-
дағы нуклеотидтер қатарын тексеріп, қате орналасқан
нуклеотидтерді тізбектен алып тастап, жөндеуші ферменттер де бар.
• Қазір ДНҚ-полимераза-1 бастаушы (затравка)
рибонуклеотидтік праймердің бөлініп кетуін
және сол босаған бөлікті
дезоксирибонуклеотидтермен толтыру
процестерін катализдейтіні дәл анықталған.
Ішек таяқшасы бактерияның ДНҚ-
полимераза-2 ферменті ДНҚ тізбегінің
бұзылған бөліктерін қалпына келтіріп,
«жөндеу» қызметін атқарады. Тағы да айта
кететін нәрсе – ДНҚ-полимераза-1 матрица
ретінде ДНҚ-ның бір тізбекті бөліктерін
пайдаланады, ал ДНҚ-полимераза-3 арасында
қысқа бір тізбекті қатарлар болатын ДНҚ-ның
қос тізбегін пайдаланады.
• ДНҚ-лигаза ерекше ферменті репликация немесе репарация
(жөндеу) кезінде қысқа ДНҚ-тізбектерін бір-бірімен
жалғастырады. Ол АТФ энергиясын пайдалана отырып, бір
фрагменттің дезоксирибозасының 3’-ОН тобы мен екінші
ДНҚ фрагментінің 5’-фосфат тобының арасындағы
фосфодиэфирлік байланыстың құрылуын катализдейді.
Прокариот ДНҚ-ның репликациясы
Қарапайым
Осы инициация
бактериядағы
-
• ДНҚ синтезінің терминациясы. Бұл соңғы кезең ДНҚ-
матрицаның белгілі бір бөлігіне жеткенде және трансферазалық
реакциялар тоқтаған кезде келеді. ДНҚ репликациясының
дәлдігі соншалықты – 1010 рет жүретін трансферазалық
реакциялардың бірі ғана қате болуы мүмкін, бірақ ондай қатені
түзеу репарация процестерінің барысында оңай іске асады.
Эуариоттық ДНҚ-полимеразалар
1. ДНҚ-полимераза α (альфа) цитоплазмалық немесе үлкен полимераза деп та
аталады, ол ядрода және цитоплазмада кездеседі.
2. ДНҚ-полимераза β (бета) – нуклеазалық полимераза немесе кіші
полимераза, тек омыртқалылырға тән фермент.
3. ДНҚ-полимераза γ(гамма) митохондриялық полимераза.
4. ДНҚ- полимераза δ (дельта) – сүқоректілердің жасушасынан табылған және
PCNA - белогына тәуелді; ол ДНҚ синтезінің жылдамдығы мен
қарқындылығын қамтамасыз етеді.
5. ДНҚ-полимераза ε (епсилон) – қызметі бойынша дельта ДНҚ –
полимеразаға ұқсас, ашытқы саңырауқұлақтары мен сүтқоректілердің
жаушаларында кездеседі.
ДНҚ молекуласындағы репликация басталатын нүктеде А-Т жұптары
көбірек, арнайы нуклеотиттер жүйесі орналасқан болады.
репликация процесі ДНҚ молекуласындағы осы арнайы
нуклеотидтержүйесі мен оларды танитын белоктар (прокариоттарда – ДНҚ
– А немесе А- белок) арасында байланыстың түзілуімен басталады.
Эукариоттық клеткалардағы ДНҚ
репликациясының ерекшеліктері
Эукариоттардың
Эукариоттардағы ДНҚ репликациясы
2. Элонгация;
1. Инициация;
Эукариоттардағы

Репликация басталғанға дейін, эукариоттарда алдымен
ашық ДНҚ кешені қалыптасып, іле-шала ДНҚ тізбектері
тарқатылады. Бұл пресинтетикалық кезең, оның ұзақтығы 8-
10 минут. Мұнда тазартылған тек үш белок: Т-антиген, RF-
A және топоизомераза І мен ІІ қатысады.
Т-антиген көптеген суббірліктерден тұратын кешен құрап,
ДНҚ-ның қосарланған тізбектерін локальді тарқатуға
жағдай жасайды.
• ДНҚ жіпшелерінің одан әрі тарқатылуы RF-A фактордың және
топоизомераза ферментінің, ДНҚ-геликаза-Т-ago компоненттері
арқылы ДНҚ-ға жалғануына байланысты жүреді.
Топоизомераза ДНҚ жіпшелерінің тарқатылуына мүмкіндік
жасайды. RF-A және SSB белоктары тарқатылған тізбектерді
бір-біріне байланыстырмай ұстап тұрады. Содан соң праймаза
ДНҚ-полимераза α-мен әрекеттесіп РНҚ-қоздырғыштың
синтезін бастайды. РНҚ-қоздырғыш, яғни РНҚ-праймер
синтезделгеннен кейін 5’ – 3’бағытында Оказаки франменттері
синтезделе батсайды (ДНҚ-полимераза α-ң қатысуымен).
Репликация факторы Cor RF-C циклинмен байланысып, ДНҚ-
полимераза α-ны ДНҚ-полимераза δ-ға ауысуын іске асырады.
ДНҚ-полимераза δ ДНҚ-ның бастаушы тізбегінің үздіксіз
синтезін қамтамасыз етеді. Соңында, артта қалған және
бастаушы тізбектердегі РНҚ-праймерлер босап, бөлініп кетеді.
Олардың бос қалған орындары прокариоттық ДНҚ-ғы сияқты
комплементарлы нуклеотидтермен толтырылады.
• Репликацияның терминация
Репликация геннің терминациялық сайттар
(ter-sites) деп аталатын бірнеше арнайы
нуклеотидтер жүйесінен тұратын
учаскесінде. Бұл сайттар қысқа, шамамен 23
жұп нуклеотидтен құралған жүйелер.
Репликация терминациясы tus генімен
бақыланады. Осы ген анықтайтын tus белогы
терминациялық сайтты танып, оынмен
байланысып, репликациялық айырдың ары
қарай жылжуына кедергі жасайды.
ДНҚ денатурациясы және ренатурациясы

• Қос спиральді
тұрақтандыратын сутектік
байланыстар және кеңістік
аралық әрекеттесулер
жеткілікті әлсіз болады,
және, салыстырмалы түрде
көп емес әрекеттесулерде
тізбектердің үзілуі жүреді,
бұл процесс – денатурация
немесе балқу процесі деп
аталады
• Қос тізбекті спиральді ДНҚ 1000С-қа жуық
температурағадейін қыздырғанды оңай ыдырап кетеді.
Денатурация, сол сияқты, ерітіндінің рН деңгейі
негіздердің арасындағы сутектік байланыстар
ажырайтындай жоғары болғанда жүреді. Көптеген
факторлар молекула тірегінің теріс зарядталған фосфатты
топтарын толығымен немесе жарым-жартылай
бейтараптандырып, денатурацияға әсер етеді. Тізбектер
ажырайтын температура немесе рН мәніндегі интервал
өте аз. АТ-жұптың екі сутектік байланысын ажырату
үшін қажет энергия GС-жұбының үш сутектік байланысы
ажырайтын энергияға қарағанда аз. Бұл жағдайда
денатурация ДНҚ-ның нуклеотидтік құрылысына тәуелді
жүреді.GС-жұптардың саны неғұрлым көп болған сайын,
соғұрлым Тт немесе рНт жоғары болады.
• Денатурация – қайтымды процесс, ДНҚ-ның қос тізбекті
құрылымы толық ажырап кетсе де, ол қайта қалпына келе алады.
Ренатурация немесе реассоциация деп аталатын қосылу процесі
температура немесе рН азайғанда жүреді. Егер температура
немесе рН біртіндеп азаятын болса, тізбектер дұрыс бірігеді,
бастапқы негіздердің жұптары қалпына келеді. Егер температура
немесе рН бірден азайса, комплементарлы тізбектердің қосылуы
тек локальді комплементарлы аймақтардың бір немесе бірнеше
тізбектер шегінде жұпталуынан қиындап кетеді. ДНҚ-ның
ерітіндідегі диссоциациясы және реассоциаци, шындығына
келгенде, түрлібиологиялық in vivo функцияларын іске
асырудағы, сонымен қатар спецификалық нуклеин қышқылдарын
бөліп алу, салыстыру және сәйкестендіру үшін қажет
процесстерді жасанды түрде жүргізу болып табылады.Нуклеин
қышқылының жалғыз комплементарлы тізбектердің
ассоциациясы арқылы қос спиральдар түзетін бірегей қасиеті
генетиканың түрлі салалары үшін өте зор мәнге ие.
• Ренатурация балқу температурасынан 200 0 С-қа
төмен болғанда жүреді. Ренатурация кезінде
алдымен ДНҚ-ның қайталанған учаскелері
байланысады, содан кейін ерекше, жаңа
учаскелермен байланысады.
ДНҚ-ДНҚ гибридизациясы.
• Егер түрлі түрлердің организмінен бөлініп алынған ДНҚ
ерітінділерін араластырып тастаса (мысалы, қоян мен
бақаныкін), осы қоспаны жылытса (ДНҚ-ны
денатурациялау), ал содан кейін біртіндеп суытса, қос
спиральді құрылымдар қайта түзіледі. Оған қоса,
бастапқы ДНҚ молекулаларына сәйкес молекулалардан
басқа, гибридті молекулалар да түзілуі мүмкін: бір
нуклеинді тізбек қоян ДНҚ-сы, екіншісі – бақа ДНҚ-мен.
Мұндай гибридті молекулалар жетілмеген болады –
спиральданған аймақтар спиральданбаған аймақтармен
кезектесе орналасады.ДНҚ-ДНҚ гибридтерінің
кемшілігін электронды микроскоппен анықтауға болады.
ДНҚ-ДНҚ гибридизациясын зерттеу биологтар үшін
маңызды келесі қорытындыларға әкелді:
Бір биологиялық
Түрлі
организмнің
биологиялық
ДНҚ-сы
түрге
түрге
жататын
барлық
жататынорганизмдерден
түрлі
мүшелер
организмдердің
мен ұлпаларында
алынған
ДНҚ-сы
ДНҚ
бірдей
сәйкес
– ұқсас
болып
келеді.
емес,
келеді;
Алайда
жетілм
ДНҚ-РНҚ гибридизациясы.
• Осындай жолмен ДНҚ-РНҚ гибридизациясы да
жүреді: бұл жағдайда гибридті молекула
құрамында бір дезоксирибонуклеотидті тізбек
және бір рибонуклеотидті тізбек болады. Бір
организмнен бөлініп алынған ДНҚ мен РНҚ
гибридизацияланғанда (біріншілік
транскрипттер), нағыз гибридтер түзіледі.
Басқаша айтқанда, организмнің бүкіл РНҚ-сы
оның ДНҚ-сына комплементарлы. Бұл дегеніміз,
түріне қарай ДНҚ-ныңиірімдерін бірдей деңгейде
РНҚ үшін де қолдануға болады.
Пайдаланылған әдебиеттер
• http://studopedia.org/14-73025.html
• http://studopedia.org/14-73026.html
• http://www.bioxplorer.ru/bilers-238-1.html
• http://humbio.ru/humbio/genexp/000ec928.htm
• http://biochemistry.ru/pub/book3.htm
• http://lib.znate.ru/docs/index-59718.html?page=20
• http://meduniver.com/Medical/Physiology/fluoresc
entnaia_gibridizacia.html
• http://studopedia.org/4-86379.html

Ұқсас жұмыстар

Мезельсон-Сталь тәжірибесі, прокариоттардың және эукариоттардың ДНҚ репликациясы, ДНҚ денатурациясы және ренатурациясы

ПРОКАРИОТТАРДАҒЫ ГЕНДЕР ЭКСПРЕССИЯСЫН РЕТТЕЛУ

ДНҚ - ның құрылысы

ДНҚ бірізділіктері: униальді және қайталанатын ( ДНҚ қайталанулар). Тандемді қайталанулар

Репликация принциптері

Нуклеотид құрылысы

ДНҚ репликация ДНҚ транскрипция РНҚ трансляция белок

ДНҚ биосинтезі

Прокариотты және эукариотты жасушалардың жалпы морфологиясы

ДНҚ полимераза

Пәндер