Генетикалық ақпарат - организмдердің ұрпаққа беретін қасиеттері жөніндегі ақпарат

Молекулалық Қоо биология - тіршілік құбылыстарының молекулалық негіздері туралы ғылым; генетика, биохимия және биофизика ғылымдарымен тығыз байланысты. Медицина (вирусология, иммунология, онкология, т. б. ), а. ш. (жануарлар мен өсімдіктердің тұқым қуалау қасиеттерін белгілі бағытта қадағалай отырып зерттеу) және биотехнология (гендік инженерия, клеткалық инженерия) салаларының теориялық негізі. Негізгі мақсаты - биологиялық ірі молекулалар (ақуыздар, нуклеин қышқылдары) құрылымын барлық деңгейде зерттеу. 1953 жылы ағылшын ғалымы Ф. Крик және АҚШ биологы Дж. Уотсон ДНҚ-ныңмакромолекуласының құрылымының кеңістіктік моделін жасауы - молекулалық биология ғылымының өз алдына жеке ғылым болып қалыптасуына негіз болды. Қазақстанда молекулалық биология саласындағы ғылыми зерттеулер XX ғасырдың 50-жылдарының аяғында Қазақстан Ғылым Академиясының Ботаника институтында басталды. Академик М. Айтхожинның басшылығымен рибосомалардың құрылымы зерттеліп, соның нәтижесінде рибосомалар мен (мысалы, вирустар) құрылымында айтарлықтай айырмашылықтар бар екені анықталды. Бұл жаңалық - жануарлар клеткасының цитоплазмасында информосома түрінде болатын ақпараттық РНҚ (аРНҚ) бар екенін көрсетті.

Молекулалық биология саласындағы зерттеулер, әсіресе, Қазақстан Ғылым Академиясының молекулалық биология және биохимия институты ашылғаннан кейін (1983) дами түсті. Өсімдік клеткасындағы информосомалар, яғни, бос цитоплазмалық, полисомды-байланысқан және ядролы ақуыздардың (РНҚ-ны қоса) және төменгі молекулалы РНҚ-ның физика-химиялық қасиеттері зерттеліп, олардың өсімдік эмбриогенезі мен дамуы кезінде белок биосинтезі мен биогенезін реттеуге қатысатыны анықталды. Соның нәтижесінде функционалды белсенді әркелкі (гетерогалды) будан рибосомалары құрастырылды. Бұрын белгісіз болып келген өсімдік клеткаларындағы (қалыпты және стресс жағдайында) зат алмасу процесінің маңызды бөліктеріндегі (азотты, көмір сулы, фенолды) ферментті кешендердің реттелу механизмі ашылды. Бұл техникалық және астық дақылдарының бағалы шаруашылық белгілерін қалыптастыру бағытының ғылыми негізін салуға мүмкіндік берді. Азот алмасу кезіндегі маңызды ферменті - НАДФ-ГДГ-ны (П) активациялаудың жаңа жолы анықталды. Қазақстан өсімдіктерінен жасалынған биологиялық активті заттардың биотехнологиясы жетілдірілді. Қазір республикада молекулалық биология саласы бойынша: геномды құрастыру, экспрессиясы және оның реттелуі, клетканың маңызды полимерлері белок пен нуклеин қышқылының құрылымы мен қызметі, өсімдіктердің гендік инженериясы, молекулалық иммунология мәселелері зерттелуде. [1]

Генетикалық ақпарат-организмдердің ұрпаққа беретін қасиеттері жөніндегі ақпарат. Генетикалық ақпарат нуклеин қышқылында оның негіздерінің кезегі түрінде жазылған. Ой жүзінде бұл әдіспен белок молекуласының шексіз көп түрінің кодын жазуға болады. Генетикалық ақпарат бір ұрпақтан екінші ұрпаққа нуклеин қышқылының транскрипциясы арқылы беріледі. Генетикалық ақпарат өзгерісті, не өзгеріссіз түзетіліп сақталуы мүмкін. Бұған репарация, рестрикция, рекомбинация т. б. қатынасады. [1] Генетикалық ақпаратты "Тұқымқуалау ақпараты" деп те атайды. Яғни мәлім ағзаның барлық нәруыздарындағы аминқышқылдардың ретін көрсету. Құрамында жүздеген аминқышқылдары бар нәруыздағы бір ғана аминқышқылдың өзгеруінен нәруыз қалыпты қызмет істей алмай қалады. Нәруыз молекуласының құрылысы және құрылымы аминқышқылдың құрылысына тәуелді. Тұқымқуалау ақпараты дегеніміз - бұл ДНҚ-дағы аминқышқылдар ретін жазу. Бір нәруыз аминқышқылдарының реті жазылған ДНҚ молекулаларының үлескісі ген деп аталады.

Биосинтез- тірі ағзаларда ферменттердің әсерімен қарапайым қосылыстардан (CO2, H2O, NH3) органикалық күрделі заттардың (ақуыз, нуклеин қышқылдары, полисахаридтер) синтезделуі; ағзалардағы биокатализаторлар, ферменттер әсерінен қарапайым заттардан күрделі органикалық қосылыстардың түзілуі. Биосинтез жүру үшін барлық (бактериялардан басқа) жасыл өсімдіктер мен цианобактерияларда фотосинтез процесі арқылы жиналатын Күн сәулесінің энергиясы қажет. Әрбір қарапайым ағза көп клеткалы ағзаның әрбір клеткасындағыдай өзіне қажетті затты синтездеп алады. Клеткадағы биосинтез жүру жағдайы оның генетикалық аппаратында сақталған тұқым қуалаушылық қасиетіне байланысты болады. Организмнен тысқары өтетін қатысуымен антибиотиктер, гормондар, витаминдер, амин қышқылдары және ақуыздаралудың өнеркәсіптік әдісі ретінде кеңінен қолданылады. Жер шарындағы барлық өсімдіктер жылына 580 млрд. т (оның ішінде мұхиттарда 270 млрд. т) органикалық заттар түзеді. Ол үшін өсімдіктер ауадан 650 млрд. т көмірқышқыл газын, топырақтан 5 млрд. т азот, 1 млрд. т фосфор және 10 - 15 млрд. т минералдық заттарды сіңіріп, атмосфераға 350 млрд. т оттекті бөліп шығарады. Өсімдіктер түзетін органик. заттардың арқасында жер бетіндегі тіршілік тоқтамай жүре береді.

Нәруызбиосинтезі. Бұл - өте маңызды үдеріс. Мұнда ДНҚ, РНҚ, АТФ және нәруыздардың қызметі бірігеді. ДНҚ-да жазылған тұқым қуалау акпаратыРНҚ-ныңақпараттык (аРНҚ) молекулаларымен цитоплазмағаберіліп, арнайы органоидтар -рибосомалардың жәрдемімен нәруыз синтезделеді. БүғантРНҚ қажетті аминқышқылдарды жеткізіп, аРНҚ-да жазылған тапсырыс жүйесінде сапқа тұрғызады. рРНҚ-дан тұратын рибосома пептидтік байланыс түзе отырып, осы аминқышқылдарды жалғастырып қосады. Қажетті тәртіпте және мөлшерде қосылған осы аминқышқылдарнәруыз деп есептеледі. Осы үдерістердің барлығына АТФ энергиясы жұмсалады. Реакциялардың барлығына қажетті нәруыз - ферменттер қатысады, онсыз биосинтездің жүруі мүмкін емес. Нәруызбиосинтезінің үдерісі тұқым қуалау ақпаратын жүзеге асыру үдерісі деп те аталады. Оны мына сызбанұсқамен белгілеуге болады: ДНҚ РНҚ нәруыз. Көбінесе былай деп те айтады: «РНҚ ДНҚ-ға жазылған ақпаратты нәруызда нақтылы көрсетіп, іске асырады»

Генетикалық ақпараттың жүзеге асудағы молекулалық механизмдері.

Генетикалық реактивация- генетикалық будандастырудың бір түрі. Өз беттерімен беттерімен инфекция туғыза алмайтын екі вирус бір торшаны аралас зақымдаса, онда будандасып, жаңа ұрпақ құрады. Буданда екі вирустың де қасиеті болады, өйткені зақымдалған геннің орнын екінші вирустың сау гені алады. Егерекі вирус та залалсызболса, ондагенетикалық реактивацияны көптеген реактивация» депатайды. Генетикалық рекомбинация - бір торшаны екі түрлі вируспен зақымдағанда болатын будандасу. Генетикалық рекомбинация нәтижесінде аналық вирустарда жоқ мәліметтер жинағы жазылған ұрпақ геном пайда болады. Вирустарда бұл байланыс екі түрлі әдіспен өтеді: молекулалар алмасуы және ген алмасуы. Молекула алмасуда нуклеин қышқылының бөлшектері алмасады, мұнда ковалентті байланыс үзілмейді (мысалы: грипп вирусындағы РНҚ үзінділерінің алмасуы) . Ген алмасуында нуклеин қышқылының ковалентті жалғаулары үзіліп қайта қосылады. Бұл жағдайда екі геном бірімен бірі араласып кетсе, жаңа ұрпақ геномы пайда болады. Мұндай жағдай екі түрлі вирус бір торшаға кірсе ғана туады. Ген араласу әдісімен үзік геномды вирустар ғана будандасады. Онда екі вирустың геном кесінділері бір бірімен алмасады

Генетикалық талдау - организмнің тұқым қуалаушылық қасиетін (оның генотипін) тексеретін әдістер жинағы. Қойылған мақсатқа және зерттейтін организмнің ерекшеліктеріне сай генетикалық талдау популяциялық, организмдік, торшалық, молекулалық дәрежелерде жүргізіледі. Генетикалық талдау негізгі құралдарына сұрыптау, будандастыру, цитогенетика, популяциялық, мутациялық және молекулалық-генетикалық әдістері жатады

Генетикалық талдау.

Анабализм. Биологиялық синтез реакцияларының жиынтығын пластикалық алмасу немесе анаболизм (грек тілінен anabole - көтерілу) деп аталады. Мұндай алмасу түрінің осылай аталуы оның мәнінін көрсетеді: клеткаға сырттан түсетін қарапайым заттардан, клетка заттарына ұқсас заттар түзіледі, яғни ассимиляция процесі жүреді. Клеткамен біртұтас организмдегі барлық метаболизм процестері тұқымқуалаушылық аппараттарының бақылауымен жүргізіледі. Осы процестердің барлығы клеткадағы генетикалық ақпарат тың жүзеге асырылуының нәтижесі.

Пластикалық алмасу кезіндегі тұқымқуалаушылық ақпараттың жүзеге асу процестерінің ішіндегі маңыздыларының бірі белок биосинтезі. Тұқымқуалаушылық ақпараттың жүзеге асырылуы -белоктар биосинтезі. Жоғарыда айтылғандай белок молекулалары қасиеттерінің алуан түрлілігі бірінші реттік құрылым, яғни амин қышқылдарының орналасу ретімен анықталады.

Белок синтезделу үшін оның бірінші реттік құрылымындағы барлық амин қышқылдары-ның орналасу реті туралы ақпарат рибосомаларға жеткілізілуі тиіс. Бұл процесс екі кезеңнен тұрады: транскрипция және трансляция.

Транскрипция

Ақпараттың транскрипциясы (латын сөзінен transcriptio - көшіру), яғни көшіру - РНК нуклеотидтерінің орналасу реті, матрицалық ДНК тізбегі нуклеотидтерінің орналасу ретіне сәйкес, бір тізбегі РНК молекуласы, ДНК молекулаларының полинуклеидтік бір тізбегінде синтезделуі арқылы жүзеге асады. Синтездің бастапқы нүктесін «танудың», ақпарат оқылатын ДНК тізбегін таңдауды, процестің аяқталуын анықтайтын арнайы механизмдер болады. Ақпараттық РНК осылайша түзіледі.

Трансляция -(латын сөзінен translation - аудару, беру) . Биосинтездің келесі кезеңі а-РНК молекуласындағы нуклеотидтердің орналасу реті туралы ақпаратты - амин қышқылдарының орналасу ретіне аудару процесі - трансляция болып табылады. Қалыптасқанядросыжоқ организмдер прокариоттарда- рибосомалар, жаңадан синтезделіп, ДНҚ молекуласынан бөлінген ақпараттықРНЌ - мен бірден байланыстырады немесе синтез толық аяқталғанға дейін қосылып үлгереді. Ал эукариоттарда а-РНЌ алдымен ядро қабықшасы арқылы цитоплазмаға жеткізілуі тиіс. а-РНЌ цитоплазмаға арнайы белоктармен жеткізіледі, бұл белоктар РНК молекуласымен комплекс түзеді. а-РНҚ-нырибосомаларға жеткізу қызметінен басқа, бұл белоктар а-РНҚ-ныцитоплазмалық ферменттердің бұзу әсерінен де сақтайды.

Рибосома а-РНҚ молекуласы бойымен жайлап жылжып жүрме йді, керісінше, алдымен, триплеттен триплетке секіріп қозғалады. Рибосоманың аРНҚ молекуласы бойымен қозғалуы кезінде полипепдтік тізбекке аминқышқылдары бірінен кейін - бірі а-РНҚ триплеттеріне сәйкес қатарласып, орналаса бастайды. Амин қыш қылының а-РНҚ триплетінің кодына тура сәйкес келуін транспорттық РНҚ (т-РНҚ), қамтамасыз етеді. Әр амин қышқылының өзінің жеке т-РНҚ-сы болады, бұл т-РНҚ-ның үш триплеттерінің біреуі- антикодон а-РНҚ-ның нақ-ты бір триплетіне комплементарлы болып келеді. Дәл осылай әрбір аминқышқылына оны т-РНҚ-ға байланыстыратын өзінің ферменті сәйкес келеді. Тұқым қуалау ақпаратының ДНҚ-дана-РНҚ-ға және белокқа берілу сызба нұсқасы. Полипептидтік тізбекбиосинтезінің процесі кезінде белок молекулаларының құрылысы турады тұқымқуалаушылық ақпараттың берілуінің жалпы принципібейнеленген. Синтезаяқталғаннан кейін полипептид тік тізбек матрица - а-РНК молекуласынан - бөлінеді, спиральға оралады, одан кейін белгіленген белокқа сай үшінші реттік құрылымға ие болады. а-РНК молекуласы рибосома сияқты полипептидтерінің синтезіне бірнеше рет қолданыла алады. Бұл параграфта трансляция мен транскрипцияғаөте қарапайым түрде сипаттама берілген. Есте сақтайтын жәйт, белоктардың биосинтезі көптеген ферметтердің қатысуымен және пептидтік байланыстарды түзетін энергиядан асып түсетін, орасан көп энергия мөлшерінің жұмсалуымен жүретін өте күрделі процесс.

Биосинтез жүйесінің керемет күрделілігі мен оның көп энергияны қажет етуі полипептидтер синтезінің өте жоғары дәлдікпен және нақты тәртіппен өтуін қамтамасыз етеді. Клеткадағы белокты емес молекулалардың синтезі үш кезеңнен тұрады. Алғашында ерекше белок - ферменттің құрылысы туралы ақпарат жүзеге асырылады, одан кейін бұл ферменттердің көмегімен белгілі бір көмірсудың немесе майдың молекуласы түзіледі. Осыған ұқсас жолмен басқа молекулалар: витаминдер, гормондар жєне т. б. түзіледі.

Ұқсас жұмыстар

ДНҚ биосинтезі

ГЕНЕТИКАЛЫҚ АҚПАРАТ

Жынысты көбею

Микроорганизмдер генетикасы

Хромосоманың жіктелуі. Адам хромосомасының картасы. Хромосомалардың морфологиясы және көлемі

Вирустардың генетикалық аппаратының ерекшеліктері. Құрамында ДНҚ, РНҚ бар вирустар

Тұтынушы құқығы

РНҚ - ның

ГЕНДІК ИНЖЕНЕРИЯНЫҢ ЖАНУАРЛАРҒА ҚОЛДАНЫЛУЫ

Экология және тұрақты даму туралы

Пәндер