Молекулалық биология ғылымы. Анықтамасы. Міндеттері
1.Молекулалық биология ғылымы. Анықтамасы. Міндеттері. Даму тарихы. Молекулалық-генетикалық зерттеулердің модельді нысаналары.
Жасушаның молекулалық биологиясы цитология, биохимия және биофизиканың тоғысуында пайда болып, қарқынды дамып жатқан білім аймағы болып табылады. Оның тез дамуы биологияға физика мен химияның, әсіресе, электронды және жарықтық микроскопияның, жасуша құрылымы мен макромолекулаларды бөлу және тазалау әдістерінің енуіне, нәруыздардың, полисахаридтер мен полимерлі макромолекулалы нуклеин қышқылдары мономерлерінің реттілігін, липидтердің нәзік құрылымын анықтауға айтарлықтай байланысты.
Молекулалык биология - тіршілікті молекулалык деңгейде зерттейтін кешенді биология ғылымының маңызды саласының бірі. Молекулалық биология ғылымының негізгі зерттеу объекттері -- жасушаның ақпараттық макромолекулалары-акуыз және нуклеин қышқылдары болып саналады. Ол ақпараттық макромолекулалардың құрылысын, қызметтерін, таралуын зерттейді. Қазіргі таңда молекулалық биология жедел дамып келе жатқан ғылым ретінде теориялық және колданбалы биология, генетика, медицина, ауылшаруашылығы т.б. ғылымдардың дамуында маңызды рөл атқарады. XXI ғасырды молекулалык биология ғасыры деп атауда.
Молекулалық биологияның ортақ мәселелеріне - тұқым қуалаушылықтың материалдық негіздері, гендер табиғаты және ұрпақтан-ұрпаққа тұқым қуалаушылық белгілері мен олардың берілу механизмдерін анықтау жатады. Ал молекулалық биологияның негізгі міндеттері - қатерлі ісіктердің молекулалық негіздерін анықтау мәселесі, тұқым қуалайтын аурулардың алдын алу, гормондардың, ұлы және дәрілік заттардың молекулалық өсерін анықтау, естің механизмдерін, жүйке процестерінің табиғатын тану.Организмнің иммундық реакцияларының заңдылықтарын, дамудың молекулалық биологиясы мен вирустардың жасушамен өзара әрекеттесудің молекулалық механизмдерін зерттейді , Жануарлардың генетикалық аппаратын бағытталған түрде өзгертуге мүмкіндік беретін гендік инженерияның дамуының маңызы зор. Молекулалық биология биохимия, биофизика, биоорганикалық химиямен бірігіп әдетте-физико-химиялық биология бағытын құрайды.
Молекулалык биология ғылымы бірнеше бөлімдерге бөлінеді:
:: геномика -- тұкым қуалаушылықтың материалдық негіздері - ДНҚ, РНҚ молекулаларының кұрылыстарын, қызметтерін зерттейді;
:: протеомика -- жасуша ақуыздарының құрылысын, қызметтерін зерттейтін бөлім.
Молекулалық - генетикалық заңдылықты білу сау және науқас адамның организмінде өтіп жатқан көптеген үдерістерді терең түсінуге, тұқым қуалайтын ауруларды зерттеуге, медицинада маңызды болып табылатын микробиология, вирусология, эндокринология, иммунология, фармакология сияқты ғылымдардың әрі қарай дамуына негіз болды. Молекулалық генетиканы зерттеу негізінде жоғары әсер көрсететін жаңа дәрілік заттар құруға мүмкіндіктер туды.
Молекулалық биология нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметін, тұқым қуалайтын ақпараттың таралу механизмі мен қағидаларын, сондай-ақ, жасушаның функциясы мен құрылымының молекулалық негізін, өсу, даму, бөліну, ісіктік трансформация және жасушаның өлуін зерттейді.
Молекулалық биологияның міндеттеріне:
1. Жасушаның генетикалық аппаратының құрылымдықфункционалдық ұйымдасуы;
2. Тұқым қуалайтын ақпараттың таралу механизмі (молекулалық генетика);
3. Вирустардың жасушамен өзара әрекеттесулерінің молекулалық механизмдері (молекулалық вирусология);
4. Организмнің иммундық реакцияларының заңдылықтары (молекулалық иммунология);
5. Организмдердің жеке дамуы кезінде мамандануы әртүрлі жасушалардың пайда болуы (дамудың молекулалық биологиясы).
Даму тарихы
Молекулалық биология ғылымының дербес ғылым ретінде қалыптасуы 1953 жылдан кейін басталды, себебі осы жылы Ф.Крик және Дж. Уотсон дезоксирибонуклеотид қышкылының (ДНҚ) қос ширатпалы құрылысын анықтап, оның моделін құрастырған.
Соңғы 50-55 жыл ішінде молекулалық биология ғылымы тіршіліктің сырларын зерттеуде көптеген маңызды жетістіктерге кол жеткізді.
XX ғасырдың 40-50 жылдары ғалымдардың зерттеулері нәтижесінде тұқым куалаушылықтың материалдық негізі нуклеин қышкылдары екендігі белгілі болды.
Молекулалық биологияның дамуына көптеген орыс және қазақ ғалымдары ат салысты, олардың арасынан А.А.Баев, А.Н.Белозерский, А.С.Спирин, В.А.Энгельгард, А.П.Георгиев, Т.Дарханбаев, М.А.Айтхожин, Х.Жуматов т.б. есімдерін атауға болады.
Молекулалық-генетикалық зерттеулердің модельді нысаналары
Молекулалық-генетикалық зерттеулердің модельді нысаналары - моделдік организмдер - тірі табиғаттың қандай да болмасын қасиеттерін, үдерістерін немесе құбылыстарын зерттеу үшін үлгі ретінде қолданылатын организмдер. Моделдік организмдер қарқынды зерттелуде, мұның себептерінің бірі оларды зерттеу кезінде ашылған заңдылықтардың азды-көпті ұқсас организмдерге, соның ішінде, адамға да тән болу мүмкіндігі. Жиі моделдік организмдер техникалық немесе этикалық себептерге байланысты адамға сәйкес зерттеу жүргізу мүмкін болмаған жағдайларда қолданылады. Моделдік организмдерді қолдану барлық тірі органимздердің шығу тегінің бір екендігіне және метаболизмде, тұқым қуалау ақпаратын сақтау және тарату механизмдерінде көп ұқсастық болуына негізделген.
2. Жасушаның молекулалық биологиясы. Эукариотты жасуша органеллаларының молекулалық құрылысы мен қызметтері.
Жасушаның молекулалық биологиясы цитология, биохимия және биофизиканың тоғысуында пайда болып, қарқынды дамып жатқан білім аймағы болып табылады. Оның тез дамуы биологияға физика мен химияның, әсіресе, электронды және жарықтық микроскопияның, жасуша құрылымы мен макромолекулаларды бөлу және тазалау әдістерінің енуіне, нәруыздардың, полисахаридтер мен полимерлі макромолекулалы нуклеин қышқылдары мономерлерінің реттілігін, липидтердің нәзік құрылымын анықтауға айтарлықтай байланысты. Молекулалық биология нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметін, тұқым қуалайтын ақпараттың таралу механизмі мен қағидаларын, сондай-ақ, жасушаның функциясы мен құрылымының молекулалық негізін, өсу, даму, бөліну, ісіктік трансформация және жасушаның өлуін зерттейді.
Жасуша -- тірі организмдердің құрылымының ең қарапайым бөлігі, құрылысы мен тіршілігінің негізгі жүйесі болып табылады. Жасуша өз алдына жеке организм ретінде (бактерияда, қарапайымдарда, кейбір балдырлар мен саңырауқұлақтарда) немесе көп жасушалы жануарлар, өсімдіктер және саңырауқұлақтардың тіндері мен ұлпаларының құрамында кездеседі. Жасуша терминін ғылымға ең алғаш 1665 жылы ағылшын жаратылыстанушысы Р.Гук (1635 - 1703) енгізген.
Жасуша - барлық тірі формалардың - бір жасушалылардың, көп жасушалылардың, тіпті жасушасыздардың құрылысының, тіршілік әрекетінің және дамуының негізін құрайды. Жасуша өзінде бар механизмдер нәтижесінде зат алмасуын, биологиялық қолдануды, көбеюді, тұқым қуалау және өзгергіштік ақпаратты қасиеттерін қамтамасыз ете отырып, органикалық әлемге тән бірлік пен түрлілік сапасын негіздейді.
Қазіргі жасушалық теориялардың негізгі қағидалары
1.Жасуша -- бұл барлық тірі құрылымның қарапайым, функционалдық бірлігі.
2.Жасуша -- бірегей жүйе, заңдылықтармен байланысқан, оның құрамына өзара көптеген бүтін құрылым түзетін және байланысқан қызметтік бірлік - органоидтардан тұратын элементтер кіреді.
3. Барлық организмдердің жасушалары гомологты.
4. Жасуша тек аналық жасушаның бөлінуі арқылы түзіледі.
Қазіргі кездегі тұжырым бойынша тіршіліктің 2 формасы белгілі:
1) Тіршіліктіц жасушасыз формасы -- оған вирустар жатады. Вирустар -- өте кішкентай, тіпті жай микроскоп арқылы көрінбейтін, денелер. Олар нуклеин кышқылдарынан және ақуыздан түрады. Олардың тіршілігі тек жасушаға енгеннен кейін ғана байқалды, ал, өз беттерінше оларда тіршілік құбылыстары байқалмайды. Вирустарды 1892 жылы орыс ғалымы Д. И. Ивановский ашкан.
2) Тіршіліктің жасушалы формасы. Оның 2 түрі белгілі:
а) прокариотты жасушалар (бактериялар, көкжасыл балдырлар) цитоплазмасы қос қабатты липидтік мембранамен қоршалған, ядросы болмайды, түқым қуалайтын материал сақина тэрізді ДНҚ молекуласынан түрады; рибосомадан баска органоидтары болмайды, мөлшері жағынан өте ұсақ болып келеді 0,1 -- 0,5 мкм, митоз кездеспейді.
б)Эукариотты жасушалар -- цитоплазмасы қос қабатты липидтік мембранамен қоршалған, ядросы болады; тұқым қуалайтын материалы хромосомаларда орналасады, барлық органоидтары болады; жасуша мөлшері біршама ірі болып келеді -- 15 -- 65 мкм., митоз жолымен бөлінеді.
Эукариотты жасушадардың мембранасы аққуыз-липидті мембраналармен қапталған. -Жасушада заттар бір органелладан екінші органеллаға көпіршіктер арқылы өтіп, озғалып отырады.Заттардың тасымалдануы және миграциясы, аққуыз ағыны не веззикула ағыны негізінде жүзеге асады. -Жасуша органеллалары-динамикалық құрылымдар, олар өсіп, ыдырап жойылып не жаңадан түзіліп отырады. -Органеллалар қалай болса солай ретсіз орналаспайды, олар атқаратын қызметіне сай орналасады. - Органеллалар қалай болса солай ретсіз орналаспайды, олар атқаратын қызметіне сай орналасады.
- Рибосомалар - нәруыздарды синтездейді;
- Жасуша орталығы - микротүтікшелерден тұратын және хромосомаларды жас жасушаларға бөлетін бөліну ұршығын түзеді;
- Эндоплазмалық тор - жасуша ішінде заттарды тасымалдайды, нәруыздарды, майлар мен көмірсуларды синтездейді;
- Гольджи кешені - липидтер мен көмірсуларды синтездейді;
- Лизосомалар - асқорыту вакуольдері;
- Митохондриялар - энергия көзі;
- Пластидтер - хлоропласттар, хромопласттар, лейкопласттар;
- Ядро - көптеген жасушалардың міндетті бөлігі.
Жасушалық ұйымдасудың эукариоттық типі.
1. Эукариотты жасушалардың мөлшері үлкен және морфологиялық оқшауланған ядросы бар.
2. Ядроның негізі хроматин болып табылады.
3. Ядро жасушаның ортасында орналасқан.
4. Эукариоттық жасушалардың өмірлік циклі тұқым қуалайтын аппараттың күрделі қайта құрылуымен қатар жүреді.
:: Эукариотты жасушалардың негізгі компоненттері: плазмолемма, цитоплазма, ядро.
:: Эукариотты жасушалардың цитоплазмасы химиялық және құрылымдық жағынан күрделі. Цитоплазманың негізгі компоненттері: гиалоплазма, цитоскелет, қосындылар және оргоноидтар.
Плазмолемма - жасушаны қоршап жатады. Жасушалық мембрана - жасуша цитоплазмасын сыртқы ортадан немесе жасуша қабықшасынан бөліп тұратын органоиды. Оның қалыңдығы 7 - 10 нм. Негізінен жасуша мен оны қоршаған сыртқы орта арасындағы метаболизмге зат алмасуға қатысады, сондай-ақ, жасушаның қозғалуы мен бір-біріне жалғануында үлкен рөл атқарады. Жасушаның жалпы құрылысы жануарларға да, өсімдіктерге де тән. Плазмолемманың негізі - сыртынан қалыңдығы 10 - 20 нм болатын гликокаликс қабатымен жабылған биологиялық мембрана. Плазмолемманың құрылысы:
1. Липидті қосқабат (гидрофилді басы және гидрофобты құйрығы);
2. Нəруыздар: интегралды, шеткі;
3. Гликокаликс - гликокаликстің негізгі құраушылары полисахаридтердің нәруыздармен (гликопротеиндер) және майлармен (гликолипидтер) кешендері болып табылады.
Плазмолемманың қызметтері: шектеуші (тосқауылдық) заттардың таңдамалы өткізгіштігін реттеу және қамтамасыз ету, гидрофильді және гидрофобты фазалар арасындағы бөлу, ферментті кешендердің болуы, рецепторлардың болуы.
Плазмолемманың қасиеттері: тұйықтығы, латералды қозғалғыштығы, асимметриялығы жатады.
Цитоплазма (гр. kytos -- жасуша және гр. плазма -- қалыптасқан) -- жасуша жарғақшасы мен ядро арасын толтырып тұратын қоймалжың сұйықтық. Клетка Цитоплазмасының сырты плазмолеммамен қапталған. Цитоплазмада негізгі зат (матрица, гиалоплазма), цитоскелет, қосындылар жəне органеллалар болады. . Цитоплазманың негізгі заты плазмалемма, ядролық мембрана және басқа жасушаішілік құрылымдар арасындағы кеңістік.
Гиалоплазманың нәруыздық құрамы әр түрлі. Ең маңызды нәруыздар гликолиз ферменттерімен, қант алмасуымен, азотты негіздермен, амин қышқылдары мен липидтермен белгілі. Гиалоплазмадағы бірқатар нәруыздар микротүтікшелер сияқтықұрылымдар жиналатын суббірліктер ретінде қызмет етеді.
Цитоплазманың негізгі заты жасуша ішіндегі барлық құрылымдардыбіріктіретін және олардың бір-бірімен өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететін жасушаның шынайы ішкі ортасын құрайды. Матрица бойынша біріктіруші, тіректік қызметінің орындалуы 2-3 нм фибриллалардан түзілген және бүкіл цитоплазмаға енетін микротрабикулярлы тордың болуымен байланысты болуы мүмкін.
Қосындылар - цитоплазманың тұрақты емес компоненттері, олар қоректік заттар (май, гликоген), жасушадан шығарылатын өнімдер (секреция түйіршіктері) балласты заттарымен (кейбір пигменттер) қызмет етеді.
Ядро - организмдегі ақуыздық алмасуды реттеу арқылы тұқым қуалаушылық қасиеттерді ұрпақтан ұрпаққа жеткізетін жасушаның негізгі бөлігі.
Ядро компоненттері: ядро қабықшасы, хроматин; ядрошық, ядро шырыны жатады.
Ядро қабықшасы: генетикалық материалды ерекшелейді, екі мембрана мен перинуклеарлы кеңістіктен және диаметрі 80-90 нм саңылаулардан тұрады. Генетикалық ақпараттың негізі ядролық матрикстегі хроматин жіпшесінде орналасқан.
Ядрошық - тығыз дөңгелек денешік, өлшемі 1-10 мкм. Ядрошық дегеніміз рРНҚ-ның синтезі жүретін, ядроның ішіндегі айқын морфологиялық құрылымды айтады.
Ядро шырыны - ядро қабықшасының астында орналасқан жартылай сұйық зат және ол ядроның ішкі ортасын құрайды. Ядро шырынының құрамына түрлі нәруыздар, ферменттер, рибосомалық нәруыздар, хромосомалар, нуклеотидтер, аминқышқылдары және басқа цитоплазмаға тасымалданатын да ядродан нуклеин қышқылдары мен рибосомалардың суббірліктерінің синтезін қамтамасыз ететін заттар кіреді.
Эндоплазмалық тор - цитоплазмадағы көпіршіктердің, жалпақ қапшықтардың және түтікше құрылымдардың торлы жүйесі. Бұл әртүрлі иондарды, қоректік заттарды тасымалдайды, липидтер мен көмірсулардың (полисахаридтер) алмасуына және улы заттарды залалсыздандыруға қатысады. Ядроның айналасында орналасады, мембраналардан түзіледі, қуыстар мен өзектердің тармақталған торы.
Эндоплазмалық тордың 2 түрі бар:
::1) тегіс ЭПТ көміртекті және майлы алмасуға қатысады;
::2)Түйіршікті ЭПТ рибосомалар көмегімен нәруыз синтезін қамтамасыз етеді.
Түйіршікті ЭПТ құрылысының ерекшелігі оның мембраналарына полисоманың бекуі. Осының нәтижесінде ол белгілі категориясының, нәруыздардың негізінен жасушадан алынып тасталатын, мысалы, без жасушаларымен секреттелетін нәруыздардың синтезі қызметін атқарады.
Рибосома - жасушадағы ақуыздың түзілуін қамтамасыз етеді. Оның диаметрі 20 - 30 нм. Рибосомалар - сферикалық бөлшектер цитоплазмада еркін орналасады немесе ЭПТ мембраналарына бекиді. Рибосома цитоплазмада бос күйінде де, жалғасқан түрде де, сондай-ақ барлық тірі организмдердің жасушасында кездеседі.
Гольджи жиынтығы- бір-бірімен қабаттаса тығыз орналасқан жалпақ жарғақты 5 - 10 цистернадан және олардың шетіндегі ұсақ көпіршіктерден құралған күрделі құрылымның кешені болып табылады. Мұнда ақуыздар мен липидтердің биохимиялық модификациясы, протеинликандарды жинау, өнімдердің жинақталуы және бөлінуі жүзеге асады. Гольджи кешенінде заттардың биохимиялық модификациясы жүзеге асырылады: ақуыздар мен липидтердің гликозилденуі; гликозилдеу және протеогликандарды жинау; манноз 6-фосфатты қосу; заттарды әрі қарай тасымалдау үшін сұрыптау жүзеге асырылады. Гольджи жиынтығында ЭПТда синтезделген заттарды орамдау, сақтау және шығару жүреді.
Лизосома - қабырғасы мембранамен шектелген, қуысында ас қорыту ферменттері (протеиназа, нуклеаза, глюкозида, фосфатаза, липаза, тағы басқа) бар ұсақ көпіршіктер. Көпіршіктердің диаметрі 0,2 - 0,8 мкм. Лизосома ферменттерінің (20-дан астам) көмегімен жасуша ішіндегі ас қорытуға және жасуша құрамындағы жарамсыз құрылымдарды ыдыратуға қатысады. Лизосомалар Гольджи жиынтығының құрылымынан түзіледі. Біріншілік лизосомалар (100 нм) - белсенді емес органеллалар; Екіншілік (біріншіліктен түзілген) - қорыту үдерісі жүретін органеллалар.
Митохондрия - Жасушаның тыныс алу процесін қамтамасыз ететін органоид. Митохондриялар - екі мембраналы органоид, ішкі мембранада өскіндер кристалар болады, ішінде нәруыздар биосинтезінің меншікті генетикалық аппараты орналасады. Митохондриялардың негізгі қызметі - тотықтандыр заттардан жолымен энергияны нақты (АҮФ химиялық синтезі) ферментативті алу. Энергия әртүрлі механикалық, химиялық, осмостық жұмыстарға жұмсалады. Жануар жасушасында митохондрия саны шамамен 150-1500 аралығында. Митохондрияның ұзындығы 10 мкм-дей, диаметрі 0,2 - 1 мкм болады. Жасушадағы негізгі энергия тасушы зат - аденозин үш фосфор қышқылы.
Центросома немесе жасуша орталығы - бөлінуге қабілетті барлық жасушаларда кездеседі. Жасуша орталығы екі центриолден тұрады: жаңадан түзілген және аналық, олар бір-біріне перпендикуляр орналасып, диплосома құрайды. Центриолилердің тек біреуінде ғана, яғни, аналығында көптеген қосымша құрылымдар болады. Олардың біреуі сатиллиттер, олардың саны тұрақты емес және центриолдың барлық ұзына бойына орналасады. Диплосоманың аналық бөлігі микротүтікшелер жасаудың көзі болып табылады. Центириолдар ұзындығы 0,3 мкм, диаметрі 0,1 мкм цилиндр тәрізді.
Центириолдардың қабырғалары ақуыз микротүтікшелерінің тоғыз тобынан тұрады. Центриолалар қабырғасы Митохондриялар жасуша ішінде орын алмастыруға қабілетті. Сондай-ақ, өздігінен екі еселенуге қабілетті, яғни бөліну арқылы көбейеді.
3.Жасушалық ұйымдасудың прокариоттық түрі. Прокариот жасушаларының құрылымдық ерекшелігі. Бактериялар.
Эволюция барысында пайда болған жасушалар 2 типке бөлінеді: прокариоттар және эукариоттар. Жасушалардың прокариоттық типіне бактериялар және көк жасыл балдырлар жатады. Прокариоттардың мөлшері өте кішкентай, ұзындығы 1 -- 10 мкм. Прокариоттардың эукариоттардан айырмашылығы -- олардың айқындалған органоидтері, яғни эндоплазмалық торы, Гольджи жиынтығы, митохондриялары болмайды. Жануарлардың және өсімдіктердің жасушаларында жақсы айқындалған түйіршіктер болады. Олар -- нәруыз, май және гликоген сияқты қор заттарынан тұрады. Прокариоттың эукариоттан негізгі айырмашылығы -- онда қалыптасқан ядросы және хромосомалары болмайды. Прокариот ДНҚ-сының эукариот ДНҚ-сынан айырмашылығы -- мұнда ДНҚ-ның сыртын нәруыздар қаптап тұрмайды және пішіні сақина тәріздес болып келеді. Бір сақиналы ДНҚ молекуласы тікелей цитоплазмада болады және эукариот жасушасындағы сияқты ядро екі мембрана арқылы бөлінбейді. Ал қозғалу мүшесінің қызметін бір немесе бірнеше талшықтары атқаруы мүмкін. Прокариот жасушаларында мембрана құрылымы болады, олар микроорганизмдердің энергетикалық процестеріне қатысады. Мысалы, көк-жасыл балдырлардың мембрана құрылымында хлорофилл болады және олар фотосинтез процесін жүзеге асырады.
Жасушалық ұйымдасудың прокариоттық типі (бактериялар): көлемдері кіші (0,5-3мкн), жекелеген ядросы болмайды, сондықтан ДНҚ түріндегі генетикалық материал цитоплазмадан қабық арқылы шектелмеген. Мембрана жүйесі дамымаған, органоидтар болмайды, тек нәруыз синтезін жүзеге асыратын рибосомалар ғана болады. Генетикалық аппараты гистон нәруыздары болмайтын жалғыз сақиналы хромосомадан тұрады, ДНҚ-ның кішігірім молекулалары - плазмидалар болады, олар физикалық жағынан геномды хромосомалардан бөлек және дербес репликациялануға қабілетті. Прокариоттық жасушаларда жасушалық орталық болмайды, цитоплазма жасушаішілік орын алмастыруы мен амебоидты қозғалыс типті емес.
Бактерия - бір жасушалы организм, көбісі таяқша пішінді болып келеді. Бактерия негізінен түссіз тек кейбіреулерінде ғана аздап бояғыш заттар кездеседі. Фотосинтез құбылысы жүретін көк-жасыл қызыл түсті өкілдерін цианобактериялар деп атайды. Ядросы, митахондриясы, пластидтері қалыптаспаған өте кішкентай біржасушалы организмдер.
Бактериялар - табиғатта ең көп тараған, негізінен бір жасушадан тұратын, оқшауланған ядросы жоқ, қарапайымдылар. Алғаш рет бактерияларды ХVII ғасырда голланд ғалымы, микроскопты жасаған - Антони ван Левенгук байқаған.XIX ғасырда бактериялардың құрылысы мен табиғаттағы рөлін француз ғалымы Луи Пастер, неміс ғалымы Роберт Кох және ағылшын ғалымы Джозеф Листер зерттеді. Бактериялардың жасуша құрамында тұрақты жасуша қабаты, цитоплазмалық мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосома болады. Ядроның қызметін дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) атқарады. Бактериялар ядросы мембрана қабығымен оқшауланбаған және онда хромотин жіптері түзілмейді. Бактериялар қарапайым бөліну арқылы көбейеді. Мысалы, 1 г қара топырақта 2 - 3 млрд. бактериялар, 1 г құмды топырақта 150 мың бактериялар, адам көп жиналған бөлме ауасының 1 м3-інде он мыңдай бактериялар тіршілік етеді. Олардың пішіндері әртүрлі: шар тәрізділерін - кокк, қосарланғандарын - диплококк, таяқша тәрізділерін - бациллалар, үтір тәрізділерін - вибриондар, таға тәрізділерін терроидтар, жүзім тәрізді шоғырланғандарын - стафилококтар деп атайды. Бактериялардың ұзындығы 1 - 20 мкм, ені 0,1 - 10 мкм, ал жіп тәрізділерінің ұзындығы 50 - 100 мкм-ге жетеді. Қолайсыз жағдай туғанда сырты қалың қабықпен қапталып спора түзеді. Бактериялардың көпшілігі зиянсыз, ал зиянды түрлері көптеген жұқпалы аурулар (туберкулез, тырысқақ, көкжөтел, т.б.) тудырады. Бактериялар жасушасында өсімдіктер мен жануарлардың жасушасында болатын элементтердің барлығы кездеседі. Бактериялардың тіршілігінде ферменттердің атқаратын рөлі зор. Олардың бір бөлігі (эндоферменттер) бактерияларда синтез, тыныс алу процесін реттесе, ал екіншілері (экзоферменттер) бактериялар арқылы қоршаған ортаға бөлініп шығады. Бактериялар топырақ құнарлылығын қалыптастыруға, химиялық элементтердің геохимиялық жолмен алмасуына қатысады, антибиотиктерді, амин қышқылдарын, витаминдер мен ферменттерді, т.б. қосылыстарды түзеді. Бактериялар тамақ және жеңіл өнеркәсіптерінде (сүт тағамдарын әзірлеу, зығырды жібіту, т.б.) кеңінен пайдаланылады.
4.Нуклеин қышқылдарының құрылысы, қ ызметі, жіктелуі. ДНҚ құрылысы.
Нуклеин қышқылдары жасушаның ең маңызды макромолекулаларының бірі болып саналады. Нуклеин қышқылының молекуласы XIX - ғасырдың аяғында 1868 ж. Швейцария ғалымы Ф.Мишер ашқан.Нуклеин қышқылдарының 2 түрі белгілі: ДНҚ және РНҚ. Нуклеин қышқылдары - полимер, мономері болып нуклеотидтер саналады. Нуклеотидтер өз кезегінде 3 бөліктен: азоттық негіздер, қант және фосфор қалдығынан тұрады. Нуклеотидтер молекуласында азоттық негіздердің пуриндік- Аденин(А), Гуанин(Г) немесе пиримидиндік - Цитозин(Ц), Тимин(Т), Урацил(У) деген түрлері, қант ретінде - дезоксирибоза не рибоза, 1 фосфор қышқылының қалдығы кездеседі.
Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын жасушаның (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары ақуыз биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен цитоплазмада кездеседі.
Нуклейн қышқылдарының қызметі:
1)Генетикалық ақпаратты тасымалдайды(сақтайды).
2)Белок синтезіне қатысады.
3)Организмдер көбейген кезде немесе клеткалар бөлінген уақытта генетикалық ақпаратты тасымалдайды.
Олар жасушаның қай бөлігінде шоғырланса, соған байланысты қызмет атқарады. ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болып табылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ); тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады.
ДНҚ
Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - тірі организмдердегі генетикалық ақпараттың ұрпақтан-ұрпаққа берілуін,сақталуын,дамуы мен қызметін қамтамасыз етуіне жауапты нуклеин қышқылының бірі. ДНҚ-ның клеткадағы басты қызметі - ұзақ мерзімге РНҚ мен белокқа қажетті ақпаратты сақтау.Жасушада ДНҚ ядрода, митохондрияда және хлоропластта орналасады. ДНҚ молекуласының бойында тұқым қуалаушылық ақпарат жазылған, ол негізінен (95%) ядрода, ал 5% цитоплазмада- митохоидрияларда, хлоропласттарда шоғырланған.
Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - барлық тірі клеткалардың негізгі генетикалық материалы болып табылатын күрделі биополимер. ДНҚ-ның негізгі құрылымдық бірлігі - үш бөліктен құралған нуклеотид. Бірінші бөлігі - дезоксирибоза (бескөміртекті қант); екіншісі - пуриндік негіздер: аденин (А) мен гуанин (Г) және пиримидиндік : тимин (Т) мен цитозин (Ц); үшіншісі - фосфор қышқылының қалдығы. ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) нуклеотидтері- дезоксирибозадан, азоттық негіздерден, 1 фосфаттан (монофосфат) құрылған, оларды-д АМФ, д ГМФ, д ЦМФ, д ТМФ деп атайды.
ДНҚ-ның үш сатылы құрылымының кеңістіктік моделін алғаш рет 1953 ж. америкалық ғалым Д.Уотсон мен ағылшын биологы Фрэнсис Крик жасады. . ДНҚ молекуласы қосширатпалы болып келеді . Қос тізбек бір-бірімен азотты негіздер арасында пайда болатын сутекті байланыстар арқылы жалғасады. Бұл қос тізбекті негіздерге комплементарлық (ұқсас) принцип тән, яғни аденинге әдетте тимин, ал гуанинге цитозин сәйкес келеді. Уотсон мен Крик теориясы бойынша екi полинуклеотид тiзбегiнен құралған ДНҚ-ның молекуласы кеңiстiкте қос спираль бір-біріне антипараллель, бiр тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 3'--5'-бағыттағы қалдықтардан түзiледi, екiншi тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 5'--3' бағыттағы қалдықтардан түзiледi. Бiр тiзбектегi аденинге екiншi тiзбектегi тимин, ал гуанинге цитозин қарсы тұрады. Мұнда аденин мен тиминнiң арасында екi сутектiк байланыс түзiледi, ал гуанин мен цитозиннiң арасында үш сутектiк байланыс түзiледi. Бұл - ДНҚ молекуласының құрылымының өте ерекше маңызды қасиетi. Осы жаңалықтары үшін Уотсон мен Крикке Нобель сыйлығы берілді. ДНҚ құрылымының анықталуы ХХ ғасырдағы биологияның ең маңызды жаңалығы деп саналады.
5.ДНҚ - ның кеңістікте ұйымдасу ерекшеліктері. ДНҚ қасиеттері және қызметі.
Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - барлық тірі клеткалардың негізгі генетикалық материалы болып табылатын күрделі биополимер. ДНҚ-ның негізгі құрылымдық бірлігі - үш бөліктен құралған нуклеотид. Бірінші бөлігі - дезоксирибоза (бескөміртекті қант); екіншісі - пуриндік негіздер: аденин (А) мен гуанин (Г) және пиримидиндік : тимин (Т) мен цитозин (Ц); үшіншісі - фосфор қышқылының қалдығы. ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) нуклеотидтерідезоксирибозадан, азоттық негіздерден, 1 фосфаттан (монофосфат) құрылған, оларды-д АМФ, д ГМФ, д ЦМФ, д ТМФ деп атайды. ДНҚ молекуласы қосширатпалыболып келеді (Ф. Крик, Д.ж. Уотсон). Оның алғашқы, екінші реттік, үшінші реттік құрылыстары белгілі.
1)ДНҚ молекуласының алғашқы (бірінші реттік) құрылысы - бір жіпшеде нуклеотидтердің (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.
2) ДНҚ молекуласының екінші реттік құрылысы 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 3' ұштары белгілі. ДНҚ молекуласының қосширатпасы (тізбектері) бір біріне антипаралель орналасқан; 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.
3) 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, көмегімен 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, Н2в, Н3,Н4) қос молекуласынан құрылған. ДНҚ молекуласы осындай әр бір денешікті екі рет ширатылып оралады және оның ұзындығы 140 н.ж. тең. Нуклеосома денешіктері бір бірімен тығыз жабысып орналаспай біршама алшақтау орналасқан.
ДНҚ қызметі:
1. Тұқым қуалау ақпаратын сақтау;
2. Тұқым қуалаушылық ақпаратын ұрпақтан - ұрпаққа жеткізу;
3. Ақуыз биосинтезі процессінде тұқым қуалау ақпаратын жүзеге асыру.
Қасиеттері:
1. Репарация - тірі ағзалардың мутагендік факторлар әрекетіне байланысты ДНК молекуласында пайда болған бұзылуларды қайта қалпына келтіру қасиеті. Репарация құбылысы тек ДНК құрылысындағы мутациялық бұзылуларды жөндеуде емес, сонымен қатар тұқым қуалайтын аурулардың қалыптасуында, ерте қартаю процесінде, жасушалардың ісіктік трансформациясында (канцерогенез) т.б. маңызды рөл атқарады. Жалпы, мутациялық өзгергіштік гендер мен хромосомалардағы тұрақты өзгерістер нәтижесінде қалыптасады да, генетикалық материалдың геномдық, хромосомалық және гендік (ДНК молекуласы) деңгейлеріндегі кез келген сандық және құрылыстық бұзылуларға әкеледі. Осыған байланысты, яғни бұзылуларды қайта қалпына келтіру үшін ДНК репарациясы жұмыс істейді.
2. Репликацияға - ДНҚ молекуласының өздігінен екі еселену қасиеті. Жасуша бөлінер алдында ДНҚ екі еселенеді, яғни жаңа жасушадағы генетикалық ақпарат ескімен бірдей болады. Қос тізбектегі негіздер бірдей болғандықтан, кез-келген жұп өзінің қарсы жағының қалыптасуына ақпарат береді. Мысалы, бір тізбек А - Т - А - Т - Ц - А болса, оның қарсысында Т - А - Т - Ц - Г - Т. Олар нуклеотидтердің комплементтік негізіне сәйкес келеді. ДНҚ-ның екі еселенуінің жолын 1953 ж М.Н.Мезельсон мен Ф.Сталь дәлелдеді.
6.ДНҚ репликациясы. Репликациялық комплекстің пайда болуы. Механизмі.
Ағзалар жасушалардың бөлінуі нәтижесінде өсіп, жетіледі. Микроспекирометрия әдісімен зерттегенде жасуша бөлігіндегі ДНҚ молекуласында екі есе көбейетіндігі дәлелденеді. ДНҚ екі еселену процесін репликация деп атайды. ДНҚ молекуласының ен манызды қасиеттерінің бірі - оның өздігінен екі еселенуі (репликациялануы) болып саналады. ДНҚ репликациялануы салдарынан тұқым қуалаушылық ақпарат ұрпақтан-ұрпаққа өзгеріссіз тепе-тең мөлшерде беріліп, ұрпақтардың жалғасуы қамтамасыз етіледі. ДНҚ репликациясы жасуша циклінің S - синтетикалық кезеңінде жүзеге асады.
:: Репликация процесінде ДНҚ молекуласының әрбір полинуклеотидті тізбегінде комплементарлы тізбек синтезделінеді.
:: Нәтижесінде, екі спиралды ДНҚ-ның біреуінен, екі ұқсас қос спирал пайда болады. Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді.
ДНҚ молекуласынын репликациялану қасиеті 1953ж. Дж. Уотсон және Ф.Криктің ДНҚ молекуласынын құрылысының қос ширатпалы болатындығын анықтағаннан кейін белгілі болды.
Теория күйінде ДНҚ репликациясыньщ 3 түрлі әдісі болжамдалган:
1) консервативті (тұрақты); 2) жартылай консерватнвті; 3) дисперсті.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНК молекуласынын репликациялануы жартылай консервативті жолмен жүретіндігі дәлелденді. Оны алғашкылардын бірі болып 1958ж. М.Мезельсон және Ф.Сталь ашқан.
Қазіргі таңда ДНҚ молекуласының сырт пішінінің 3 түрі белгілі: тұрақты сақиналы (бактериофакторда); құбылмалы сақиналы (бактериофактарда); сызыкты (прокариотгар және эукариоттарда).
Осыған сәйкес ДНҚ молекуласынын жартылай консервативті репликациялануының 3 түрі белгілі: I) тета репликация; 2) сигма репликация; 3) У-тәрізді репликация.;
Кейбір прокариоттардың және барлық эукариоттардың ДНҚ молекуласы сызықша тәрізді болып келеді және олардың репликациялануы белгілі бір нүктеден, репликативтік ісінуден пайда болуынан басталып, хромосоманың қарама-қарсы жағына қарай бағытталады. Эукариоттардың ірі хромосомаларында бір мезгілде жүздеген репликациялық ісінулер пайда болады және олар бірбірімен қосылып У-тәрізді аралық құрылым пайда болады. Мұны Утәрізді жартылай консервативті репликациялану деп атайды.
Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Жартылай консервативті - ДНҚ-ның бастапқы тізбектерінің әрқайсысы жаңа тізбек түзілу үшін матрица (қалып) болып табылады.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді ДНҚ-ның ширатылған тізбектері тарқатылып репликация басталатын учаскеде "репликациялық аша" деп аталатын арнайы құрылым түзеді.
:: Репликация үдерісі 15-20 ақуыздардан тұратын күрделі ферменттік жүйенің қатынасуымен жүзеге асады. ДНҚ молекуласының тізбектері бір-біріне антипаралель болғандықтан және ДНҚ синтезі тек 5'- 3' , бағытында жүретіндіктен, репликативтік ашада аналық ДНҚ-ның бір тізбегі негізінде жаңа ДНҚ тізбегі үзіліссіз синтезделсе, екіншісі негізінде үзіліп-үзіліп синтезделінеді. Біріншісін лидерлік тізбек, ал екіншісін артта қалушы (кешігуші) тізбек деп атайды. Артта қалушы (кешігуші) тізбек негізінде қысқа, 1500 нуклеотидтерден тұратын ДНҚ фрагменттері синтезделінеді. Оларды Оказаки фрагменттері деп атайды.
ДНҚ синтезі басталу үшін міндетті түрде 10-15 нуклеотидтерден тұратын "РНҚ-ұйтқы"-праймер қажет, себебі ДНҚ синтезін жүргізетін фермент ДНҚ-полимераза өз бетінше ДНҚ синтезін бастай алмайды.
ДНҚ репликациясы 3 кезеңнен тұрады:
1) Инициация
2) Полимерезация
3) Терминация
1) Иниациация кезеңі. Аналық ДНҚ молекуласын репликациялауға дайындайтын ақуыздар:
а) ДНҚ молекуласындағы репликацияның басталу (иницияция) нүктелері А-Т нуклеотидтер жұптарына бай бірізділіктерге ие. Ерекше танып-білуші ақуыз (А), әрбір осындай нуклеотидтер бірізділігіне бай учаскеге, ДНҚ репликациялаушы кешенді байланыстырады да өзі әрі қарай, кешенмен бірге жылжымайды.
б) Полимеразалық кешеннің ең алғашқы іске кірісетін ферменті геликаза. Ол аналық ДНҚ молекуласының қос ширатпасының ашылып, жіпшелердің бірбірінен ажырасуын қамтамасыз етеді.
в) Ширатпаның ашылып жазылуы әрі қарай үлкенді-кішілі түйіндердің (суперализация) пайда болуына алып келеді, бұл ширатпалары ашылған ДНҚ молекуласының еркін айналуына мүмкіндік бермейді, сондықтан да түйіндер пайда болады. Бұл мәселе топоизомераза ферментінің қатынасуы арқылы шешіледі.
г) Сонымен, геликаза, топоизомераза ферменттері аналық ДНҚ молекуласының қос ширатпасын жеке-жеке екі тізбекке ажыратады. Ажырасқан әрбір тізбекпен ерекше SSB-ақуыздар байланысады, олардың қызметі бір-бірінен ажырасқан жіпшелерді керіп, күні бұрын жанасып, қос ширатпаның түзілуін болдырмау болып табылады.
2) ДНҚ тізбегінің полимеризациясы
Ерекше ақуыз - праймаза активаторы қызметін атқарады. Осыдан кейін активтенген праймаза, бір жіпшелі ДНҚ-ның тиесілі учаскесін матрица (қалып) ретінде пайдаланып қысқа "РНҚ-ұйтқыны" (праймер) синтездейді. Әрі қарай ДНҚ синтезін ДНҚ полимераза жүргізеді. Эукариоттарда 5 түрлі ДНҚ полимеразалар белгілі: β және ε полимеразалар ДНҚ репарациясына қатынасады; γ - полимераза - митохондрия ДНҚсының репликациясын жүзеге асырады; ал α және δ - полимеразалар - ядролық ДНҚ репликациясына қатынасады. α ДНҚ полимераза праймазамен де, δполимеразамен де байланысады, ал соңғысы PCNA деп аталатын ақуызбен байланысқан. PCNA ақуыз - полимераза кешенін ДНҚ-ның репликацияланушы тізбегіне бекіндіріп "қыстырғыш" ролін атқарады. PCNA ақуыз "қыстырылған" күйінде сақина сияқты ДНҚ тізбегін қоршап тұрады және полимеразалардың ДНҚ тізбегінен күні бұрын диссоцияциялануын (ажырауын) болдырмайды, яғни ДНҚ синтезінің жүруіне, жалғасуына мүмкіндік жасайды. Жаңадан синтезделген кез-келген ДНҚ фрагменттері (ұзын лидерлік не Оказаки фрагменттері) праймерлерден ("РНК-ұйытқыдан") басталады. Осыдан кейін ДНҚ полимераза-I іске кіріседі. Ол өсіп келе жатқан ДНҚ фрагментінің 3` ұшына жалғанады және 3 белсенділікке ие болады. Біріншіден ол "алдыңғы" немесе 3` - 5' экзонуклеозалық белсенділікке ие болады, яғни ол бұрынғы ДНҚ тізбегінің "РНҚұйытқысының" (праймер) 5' ұшынан бір-бірлеп нуклеотидтерді алып тастап отырады, ал босаған жерге өз фрагментінің 3' ұшына дезоксинуклеотидтерді жалғайды (ДНҚполимеразалық белсенділік). :: Сонымен қатар, ДНҚполимераза-III сияқты "артқы" 3`-5' - экзонуклеозалық белсенділік арқылы өз жұмысын қадағалауды да ұмытпайды. :: ДНҚ полимераза-I өсіп келе жатқан ДНҚ фрагментінің бұрынғы ДНҚ фрагменттерінің дезоксинуклеотидетерімен түйіскеннен кейін аяқталады. Эукариоттарда ДНҚ-полимераза-III қызметін α және δ-ДНҚ полимераза кешені атқарады; бұл жерде 3`-5' экзонуклеозалық белсенділік δ-ДНҚ полимаразаға тиесілі болса, ДНҚ-полимераза - I қызметін 5`-3' - экзонуклеозалық қызметті ерекше фермент - нуклеаза атқарады, ДНҚполимеразалық белсенділік (босаған жерді толтыру) - β - ДНҚ полимеразаға тиесілі болады.
3) Репликацияның терминациясы.ДНҚ репликациясын аяктаушы ферменттер
Жоғарыда аталған ферменттер кешені қызметтері нәтижесінде жаңадан синтезделген әрбір тізбектер бір-бірімен тығыз жанасқан көптеген фрагменттерден тұрады. Көршілес фрагменттерден бір-біріне жалғануы ДНҚ-лигаза ферменттері арқылы жүзеге асады. ДНҚ-полимераза ферменттері сияқты ДНҚ-лигазалар да нуклеотидтерді фосфоэфирлік байланыс арқылы байланыстырады. Осылайша ДНҚ молекуласының негізгі бөлігі репликацияланады, ал оның ұштары, яғни теломерлік учаскелері, ерекше жолмен репликацияланады. Бұл үдеріске ерекше ферменттер теломеразалар қатынасады. ДНҚ молекуласының толық репликацияланбайтындығын, яғни теломерлік бөлімдерінің репликацияланбайтындығын, алғаш рет 1971 ж. Олевников айтқан болатын. Мұның мәні мынада: жоғарыда сипатталған ДНҚ полимеразалық жүйе аналық ДНҚ молекуласының жіпшелерінің 3‟ ұшын толық репликацияламайды, яғни жаңадан синтезделген ДНҚ тізбектері 5„ ұшы жағынан қысқа болады. Себебі әрбір жаңа ДНҚ тізбегі қысқа РНҚ - ұйтқыдан (праймер) басталады. Кейін ол ерекше нуклеазалар арқылы алынып тасталады, бірақ босаған учаске дезоксинуклеотидтермен толтырыла алмайды, себебі ДНҚ полимеразалар өз бетінше РНҚ-ұйтқысыз ДНҚ синтезін бастай алмайды. Ол тек полинуклеотидті 3‟ ұшынан ұзартады. Бұл жерде ондай учаске жоқ, сондықтан жаңа тізбек матрицадан қысқа болады. ДНҚ молекуласының мұндай ұшын (біз тізбегі ұзын, екіншісі қысқа) - үшкір ұшы немесе оверханга деп атайды. Бұл жағдай эукариоттарға тән сызықтық ДНҚ молекуласының репликациясы кезінде артта қалған тізбектің синтезделуі нәтижесінде байқалады. ДНҚ-ның үшкір ұшы тұрақсыз болады, себебі экзонуклеазалар ұзын ұшындағы артық нуклеотидтерді бір-бірлеп алып тастап, ДНҚ ұшын тұйықтайды. Артта қалған тізбектің репликациясының толық жүрмеуі хромосомалардың теломералары аймағында байқалады. Теломераларда гендер болмайды, сондықтан да толық емес репликация геномның тұқым қуалаушылығына әсер етпейді. Теломералардың болуы ДНҚ-ның тұқым қуалау ақпараты жазылған учаскелердің репликацияланбай қалуынан сақтайды. Жасушаның әр бөлінуі сайын түзілген жас жасушалардағы хромосомалардағы теломерлік учаскелердің қысқаруы, ең соңында олардың толық жойылып, бірте-бірте ақпараты бар гендердің толық репликацияланбай қалуына себеп болуы мүмкін. Мұндай жағдайда жасуша тіршілігін жойған болуы мүмкін. Бірақ эукариоттарда бұл мәселе теломераза ферментінің көмегімен шешіледі. Теломераза репликация аяқталардан бұрын ДНҚ-ның жаңа синтезделген тізбектерінің толық репликацияланбаған 5' - ұштарын қысқалау келген, қайталанатын нуклеотидтер жүйесімен немесе теломералармен жалғап ұзартады. Қалай болғанда да, егер жасушада теломераза болмаса, оның әрбір бөлінуінен кейін хромосома (ДНҚ) қысқарып отырады. Теломерлік қайталануларда ешқандай генетикалық ақпарат болмайды, сондықтан теломерасыз олардың біршама бөлігі түсіп қалған күннің өзінде де геном бірқалыпты қызмет ете береді.
7.ДНҚ репликация кезеңдері. Кешігуші және бастаушы тізбектің синтезінің ерекшеліктері. (6суракта бар)
Ағзалар жасушалардың бөлінуі нәтижесінде өсіп, жетіледі. Микроспекирометрия әдісімен зерттегенде жасуша бөлігіндегі ДНҚ молекуласында екі есе көбейетіндігі дәлелденеді. ДНҚ екі еселену процесін репликация деп атайды. ДНҚ молекуласының ен манызды қасиеттерінің бірі - оның өздігінен екі еселенуі (репликациялануы) болып саналады. ДНҚ репликациялануы салдарынан тұқым қуалаушылық ақпарат ұрпақтан-ұрпаққа өзгеріссіз тепе-тең мөлшерде беріліп, ұрпақтардың жалғасуы қамтамасыз етіледі. ДНҚ репликациясы жасуша циклінің S - синтетикалық кезеңінде жүзеге асады.
:: Репликация процесінде ДНҚ молекуласының әрбір полинуклеотидті тізбегінде комплементарлы тізбек синтезделінеді.
:: Нәтижесінде, екі спиралды ДНҚ-ның біреуінен, екі ұқсас қос спирал пайда болады. Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді.
ДНҚ молекуласынын репликациялану қасиеті 1953ж. Дж. Уотсон және Ф.Криктің ДНҚ молекуласынын құрылысының қос ширатпалы болатындығын анықтағаннан кейін белгілі болды.
Теория күйінде ДНҚ репликациясыньщ 3 түрлі әдісі болжамдалган:
1) консервативті (тұрақты); 2) жартылай консерватнвті; 3) дисперсті.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНК молекуласынын репликациялануы жартылай консервативті жолмен жүретіндігі дәлелденді. Оны алғашкылардын бірі болып 1958ж. М.Мезельсон және Ф.Сталь ашқан.
Қазіргі таңда ДНҚ молекуласының сырт пішінінің 3 түрі белгілі: тұрақты сақиналы (бактериофакторда); құбылмалы сақиналы (бактериофактарда); сызыкты (прокариотгар және эукариоттарда).
Осыған сәйкес ДНҚ молекуласынын жартылай консервативті репликациялануының 3 түрі белгілі: I) тета репликация; 2) сигма репликация; 3) У-тәрізді репликация.;
Кейбір прокариоттардың және барлық эукариоттардың ДНҚ молекуласы сызықша тәрізді болып келеді және олардың репликациялануы белгілі бір нүктеден, репликативтік ісінуден пайда болуынан басталып, хромосоманың қарама-қарсы жағына қарай бағытталады. Эукариоттардың ірі хромосомаларында бір мезгілде жүздеген репликациялық ісінулер пайда болады және олар бірбірімен қосылып У-тәрізді аралық құрылым пайда болады. Мұны Утәрізді жартылай консервативті репликациялану деп атайды.
Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Жартылай консервативті - ДНҚ-ның бастапқы тізбектерінің әрқайсысы жаңа тізбек түзілу үшін матрица (қалып) болып табылады.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді ДНҚ-ның ширатылған тізбектері тарқатылып репликация басталатын учаскеде "репликациялық аша" деп аталатын арнайы құрылым түзеді.
:: Репликация үдерісі 15-20 ақуыздардан тұратын күрделі ферменттік жүйенің қатынасуымен жүзеге асады. ДНҚ молекуласының тізбектері бір-біріне антипаралель болғандықтан және ДНҚ синтезі тек 5'- 3' , бағытында жүретіндіктен, репликативтік ашада аналық ДНҚ-ның бір тізбегі негізінде жаңа ДНҚ тізбегі үзіліссіз синтезделсе, екіншісі негізінде үзіліп-үзіліп синтезделінеді. Біріншісін лидерлік тізбек, ал екіншісін артта қалушы (кешігуші) тізбек деп атайды. Артта қалушы (кешігуші) тізбек негізінде қысқа, 1500 нуклеотидтерден тұратын ДНҚ фрагменттері синтезделінеді. Оларды Оказаки фрагменттері деп атайды.
ДНҚ синтезі басталу үшін міндетті түрде 10-15 нуклеотидтерден тұратын "РНҚ-ұйтқы"-праймер қажет, себебі ДНҚ синтезін жүргізетін фермент ДНҚ-полимераза өз бетінше ДНҚ синтезін бастай алмайды.
ДНҚ репликациясы 3 кезеңнен тұрады:
1) Инициация
2) Полимерезация
3) Терминация
1) Иниациация кезеңі. Аналық ДНҚ молекуласын репликациялауға дайындайтын ақуыздар:
а) ДНҚ молекуласындағы репликацияның басталу (иницияция) нүктелері А-Т нуклеотидтер жұптарына бай бірізділіктерге ие. Ерекше танып-білуші ақуыз (А), әрбір осындай нуклеотидтер бірізділігіне бай учаскеге, ДНҚ репликациялаушы кешенді байланыстырады да өзі әрі қарай, кешенмен бірге жылжымайды.
б) Полимеразалық кешеннің ең алғашқы іске кірісетін ферменті геликаза. Ол аналық ДНҚ молекуласының қос ширатпасының ашылып, жіпшелердің бірбірінен ажырасуын қамтамасыз етеді.
в) Ширатпаның ашылып жазылуы әрі қарай үлкенді-кішілі түйіндердің (суперализация) пайда болуына алып келеді, бұл ширатпалары ашылған ДНҚ молекуласының еркін айналуына мүмкіндік бермейді, сондықтан да түйіндер пайда болады. Бұл мәселе топоизомераза ферментінің ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Жасушаның молекулалық биологиясы цитология, биохимия және биофизиканың тоғысуында пайда болып, қарқынды дамып жатқан білім аймағы болып табылады. Оның тез дамуы биологияға физика мен химияның, әсіресе, электронды және жарықтық микроскопияның, жасуша құрылымы мен макромолекулаларды бөлу және тазалау әдістерінің енуіне, нәруыздардың, полисахаридтер мен полимерлі макромолекулалы нуклеин қышқылдары мономерлерінің реттілігін, липидтердің нәзік құрылымын анықтауға айтарлықтай байланысты.
Молекулалык биология - тіршілікті молекулалык деңгейде зерттейтін кешенді биология ғылымының маңызды саласының бірі. Молекулалық биология ғылымының негізгі зерттеу объекттері -- жасушаның ақпараттық макромолекулалары-акуыз және нуклеин қышқылдары болып саналады. Ол ақпараттық макромолекулалардың құрылысын, қызметтерін, таралуын зерттейді. Қазіргі таңда молекулалық биология жедел дамып келе жатқан ғылым ретінде теориялық және колданбалы биология, генетика, медицина, ауылшаруашылығы т.б. ғылымдардың дамуында маңызды рөл атқарады. XXI ғасырды молекулалык биология ғасыры деп атауда.
Молекулалық биологияның ортақ мәселелеріне - тұқым қуалаушылықтың материалдық негіздері, гендер табиғаты және ұрпақтан-ұрпаққа тұқым қуалаушылық белгілері мен олардың берілу механизмдерін анықтау жатады. Ал молекулалық биологияның негізгі міндеттері - қатерлі ісіктердің молекулалық негіздерін анықтау мәселесі, тұқым қуалайтын аурулардың алдын алу, гормондардың, ұлы және дәрілік заттардың молекулалық өсерін анықтау, естің механизмдерін, жүйке процестерінің табиғатын тану.Организмнің иммундық реакцияларының заңдылықтарын, дамудың молекулалық биологиясы мен вирустардың жасушамен өзара әрекеттесудің молекулалық механизмдерін зерттейді , Жануарлардың генетикалық аппаратын бағытталған түрде өзгертуге мүмкіндік беретін гендік инженерияның дамуының маңызы зор. Молекулалық биология биохимия, биофизика, биоорганикалық химиямен бірігіп әдетте-физико-химиялық биология бағытын құрайды.
Молекулалык биология ғылымы бірнеше бөлімдерге бөлінеді:
:: геномика -- тұкым қуалаушылықтың материалдық негіздері - ДНҚ, РНҚ молекулаларының кұрылыстарын, қызметтерін зерттейді;
:: протеомика -- жасуша ақуыздарының құрылысын, қызметтерін зерттейтін бөлім.
Молекулалық - генетикалық заңдылықты білу сау және науқас адамның организмінде өтіп жатқан көптеген үдерістерді терең түсінуге, тұқым қуалайтын ауруларды зерттеуге, медицинада маңызды болып табылатын микробиология, вирусология, эндокринология, иммунология, фармакология сияқты ғылымдардың әрі қарай дамуына негіз болды. Молекулалық генетиканы зерттеу негізінде жоғары әсер көрсететін жаңа дәрілік заттар құруға мүмкіндіктер туды.
Молекулалық биология нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметін, тұқым қуалайтын ақпараттың таралу механизмі мен қағидаларын, сондай-ақ, жасушаның функциясы мен құрылымының молекулалық негізін, өсу, даму, бөліну, ісіктік трансформация және жасушаның өлуін зерттейді.
Молекулалық биологияның міндеттеріне:
1. Жасушаның генетикалық аппаратының құрылымдықфункционалдық ұйымдасуы;
2. Тұқым қуалайтын ақпараттың таралу механизмі (молекулалық генетика);
3. Вирустардың жасушамен өзара әрекеттесулерінің молекулалық механизмдері (молекулалық вирусология);
4. Организмнің иммундық реакцияларының заңдылықтары (молекулалық иммунология);
5. Организмдердің жеке дамуы кезінде мамандануы әртүрлі жасушалардың пайда болуы (дамудың молекулалық биологиясы).
Даму тарихы
Молекулалық биология ғылымының дербес ғылым ретінде қалыптасуы 1953 жылдан кейін басталды, себебі осы жылы Ф.Крик және Дж. Уотсон дезоксирибонуклеотид қышкылының (ДНҚ) қос ширатпалы құрылысын анықтап, оның моделін құрастырған.
Соңғы 50-55 жыл ішінде молекулалық биология ғылымы тіршіліктің сырларын зерттеуде көптеген маңызды жетістіктерге кол жеткізді.
XX ғасырдың 40-50 жылдары ғалымдардың зерттеулері нәтижесінде тұқым куалаушылықтың материалдық негізі нуклеин қышкылдары екендігі белгілі болды.
Молекулалық биологияның дамуына көптеген орыс және қазақ ғалымдары ат салысты, олардың арасынан А.А.Баев, А.Н.Белозерский, А.С.Спирин, В.А.Энгельгард, А.П.Георгиев, Т.Дарханбаев, М.А.Айтхожин, Х.Жуматов т.б. есімдерін атауға болады.
Молекулалық-генетикалық зерттеулердің модельді нысаналары
Молекулалық-генетикалық зерттеулердің модельді нысаналары - моделдік организмдер - тірі табиғаттың қандай да болмасын қасиеттерін, үдерістерін немесе құбылыстарын зерттеу үшін үлгі ретінде қолданылатын организмдер. Моделдік организмдер қарқынды зерттелуде, мұның себептерінің бірі оларды зерттеу кезінде ашылған заңдылықтардың азды-көпті ұқсас организмдерге, соның ішінде, адамға да тән болу мүмкіндігі. Жиі моделдік организмдер техникалық немесе этикалық себептерге байланысты адамға сәйкес зерттеу жүргізу мүмкін болмаған жағдайларда қолданылады. Моделдік организмдерді қолдану барлық тірі органимздердің шығу тегінің бір екендігіне және метаболизмде, тұқым қуалау ақпаратын сақтау және тарату механизмдерінде көп ұқсастық болуына негізделген.
2. Жасушаның молекулалық биологиясы. Эукариотты жасуша органеллаларының молекулалық құрылысы мен қызметтері.
Жасушаның молекулалық биологиясы цитология, биохимия және биофизиканың тоғысуында пайда болып, қарқынды дамып жатқан білім аймағы болып табылады. Оның тез дамуы биологияға физика мен химияның, әсіресе, электронды және жарықтық микроскопияның, жасуша құрылымы мен макромолекулаларды бөлу және тазалау әдістерінің енуіне, нәруыздардың, полисахаридтер мен полимерлі макромолекулалы нуклеин қышқылдары мономерлерінің реттілігін, липидтердің нәзік құрылымын анықтауға айтарлықтай байланысты. Молекулалық биология нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметін, тұқым қуалайтын ақпараттың таралу механизмі мен қағидаларын, сондай-ақ, жасушаның функциясы мен құрылымының молекулалық негізін, өсу, даму, бөліну, ісіктік трансформация және жасушаның өлуін зерттейді.
Жасуша -- тірі организмдердің құрылымының ең қарапайым бөлігі, құрылысы мен тіршілігінің негізгі жүйесі болып табылады. Жасуша өз алдына жеке организм ретінде (бактерияда, қарапайымдарда, кейбір балдырлар мен саңырауқұлақтарда) немесе көп жасушалы жануарлар, өсімдіктер және саңырауқұлақтардың тіндері мен ұлпаларының құрамында кездеседі. Жасуша терминін ғылымға ең алғаш 1665 жылы ағылшын жаратылыстанушысы Р.Гук (1635 - 1703) енгізген.
Жасуша - барлық тірі формалардың - бір жасушалылардың, көп жасушалылардың, тіпті жасушасыздардың құрылысының, тіршілік әрекетінің және дамуының негізін құрайды. Жасуша өзінде бар механизмдер нәтижесінде зат алмасуын, биологиялық қолдануды, көбеюді, тұқым қуалау және өзгергіштік ақпаратты қасиеттерін қамтамасыз ете отырып, органикалық әлемге тән бірлік пен түрлілік сапасын негіздейді.
Қазіргі жасушалық теориялардың негізгі қағидалары
1.Жасуша -- бұл барлық тірі құрылымның қарапайым, функционалдық бірлігі.
2.Жасуша -- бірегей жүйе, заңдылықтармен байланысқан, оның құрамына өзара көптеген бүтін құрылым түзетін және байланысқан қызметтік бірлік - органоидтардан тұратын элементтер кіреді.
3. Барлық организмдердің жасушалары гомологты.
4. Жасуша тек аналық жасушаның бөлінуі арқылы түзіледі.
Қазіргі кездегі тұжырым бойынша тіршіліктің 2 формасы белгілі:
1) Тіршіліктіц жасушасыз формасы -- оған вирустар жатады. Вирустар -- өте кішкентай, тіпті жай микроскоп арқылы көрінбейтін, денелер. Олар нуклеин кышқылдарынан және ақуыздан түрады. Олардың тіршілігі тек жасушаға енгеннен кейін ғана байқалды, ал, өз беттерінше оларда тіршілік құбылыстары байқалмайды. Вирустарды 1892 жылы орыс ғалымы Д. И. Ивановский ашкан.
2) Тіршіліктің жасушалы формасы. Оның 2 түрі белгілі:
а) прокариотты жасушалар (бактериялар, көкжасыл балдырлар) цитоплазмасы қос қабатты липидтік мембранамен қоршалған, ядросы болмайды, түқым қуалайтын материал сақина тэрізді ДНҚ молекуласынан түрады; рибосомадан баска органоидтары болмайды, мөлшері жағынан өте ұсақ болып келеді 0,1 -- 0,5 мкм, митоз кездеспейді.
б)Эукариотты жасушалар -- цитоплазмасы қос қабатты липидтік мембранамен қоршалған, ядросы болады; тұқым қуалайтын материалы хромосомаларда орналасады, барлық органоидтары болады; жасуша мөлшері біршама ірі болып келеді -- 15 -- 65 мкм., митоз жолымен бөлінеді.
Эукариотты жасушадардың мембранасы аққуыз-липидті мембраналармен қапталған. -Жасушада заттар бір органелладан екінші органеллаға көпіршіктер арқылы өтіп, озғалып отырады.Заттардың тасымалдануы және миграциясы, аққуыз ағыны не веззикула ағыны негізінде жүзеге асады. -Жасуша органеллалары-динамикалық құрылымдар, олар өсіп, ыдырап жойылып не жаңадан түзіліп отырады. -Органеллалар қалай болса солай ретсіз орналаспайды, олар атқаратын қызметіне сай орналасады. - Органеллалар қалай болса солай ретсіз орналаспайды, олар атқаратын қызметіне сай орналасады.
- Рибосомалар - нәруыздарды синтездейді;
- Жасуша орталығы - микротүтікшелерден тұратын және хромосомаларды жас жасушаларға бөлетін бөліну ұршығын түзеді;
- Эндоплазмалық тор - жасуша ішінде заттарды тасымалдайды, нәруыздарды, майлар мен көмірсуларды синтездейді;
- Гольджи кешені - липидтер мен көмірсуларды синтездейді;
- Лизосомалар - асқорыту вакуольдері;
- Митохондриялар - энергия көзі;
- Пластидтер - хлоропласттар, хромопласттар, лейкопласттар;
- Ядро - көптеген жасушалардың міндетті бөлігі.
Жасушалық ұйымдасудың эукариоттық типі.
1. Эукариотты жасушалардың мөлшері үлкен және морфологиялық оқшауланған ядросы бар.
2. Ядроның негізі хроматин болып табылады.
3. Ядро жасушаның ортасында орналасқан.
4. Эукариоттық жасушалардың өмірлік циклі тұқым қуалайтын аппараттың күрделі қайта құрылуымен қатар жүреді.
:: Эукариотты жасушалардың негізгі компоненттері: плазмолемма, цитоплазма, ядро.
:: Эукариотты жасушалардың цитоплазмасы химиялық және құрылымдық жағынан күрделі. Цитоплазманың негізгі компоненттері: гиалоплазма, цитоскелет, қосындылар және оргоноидтар.
Плазмолемма - жасушаны қоршап жатады. Жасушалық мембрана - жасуша цитоплазмасын сыртқы ортадан немесе жасуша қабықшасынан бөліп тұратын органоиды. Оның қалыңдығы 7 - 10 нм. Негізінен жасуша мен оны қоршаған сыртқы орта арасындағы метаболизмге зат алмасуға қатысады, сондай-ақ, жасушаның қозғалуы мен бір-біріне жалғануында үлкен рөл атқарады. Жасушаның жалпы құрылысы жануарларға да, өсімдіктерге де тән. Плазмолемманың негізі - сыртынан қалыңдығы 10 - 20 нм болатын гликокаликс қабатымен жабылған биологиялық мембрана. Плазмолемманың құрылысы:
1. Липидті қосқабат (гидрофилді басы және гидрофобты құйрығы);
2. Нəруыздар: интегралды, шеткі;
3. Гликокаликс - гликокаликстің негізгі құраушылары полисахаридтердің нәруыздармен (гликопротеиндер) және майлармен (гликолипидтер) кешендері болып табылады.
Плазмолемманың қызметтері: шектеуші (тосқауылдық) заттардың таңдамалы өткізгіштігін реттеу және қамтамасыз ету, гидрофильді және гидрофобты фазалар арасындағы бөлу, ферментті кешендердің болуы, рецепторлардың болуы.
Плазмолемманың қасиеттері: тұйықтығы, латералды қозғалғыштығы, асимметриялығы жатады.
Цитоплазма (гр. kytos -- жасуша және гр. плазма -- қалыптасқан) -- жасуша жарғақшасы мен ядро арасын толтырып тұратын қоймалжың сұйықтық. Клетка Цитоплазмасының сырты плазмолеммамен қапталған. Цитоплазмада негізгі зат (матрица, гиалоплазма), цитоскелет, қосындылар жəне органеллалар болады. . Цитоплазманың негізгі заты плазмалемма, ядролық мембрана және басқа жасушаішілік құрылымдар арасындағы кеңістік.
Гиалоплазманың нәруыздық құрамы әр түрлі. Ең маңызды нәруыздар гликолиз ферменттерімен, қант алмасуымен, азотты негіздермен, амин қышқылдары мен липидтермен белгілі. Гиалоплазмадағы бірқатар нәруыздар микротүтікшелер сияқтықұрылымдар жиналатын суббірліктер ретінде қызмет етеді.
Цитоплазманың негізгі заты жасуша ішіндегі барлық құрылымдардыбіріктіретін және олардың бір-бірімен өзара әрекеттесуін қамтамасыз ететін жасушаның шынайы ішкі ортасын құрайды. Матрица бойынша біріктіруші, тіректік қызметінің орындалуы 2-3 нм фибриллалардан түзілген және бүкіл цитоплазмаға енетін микротрабикулярлы тордың болуымен байланысты болуы мүмкін.
Қосындылар - цитоплазманың тұрақты емес компоненттері, олар қоректік заттар (май, гликоген), жасушадан шығарылатын өнімдер (секреция түйіршіктері) балласты заттарымен (кейбір пигменттер) қызмет етеді.
Ядро - организмдегі ақуыздық алмасуды реттеу арқылы тұқым қуалаушылық қасиеттерді ұрпақтан ұрпаққа жеткізетін жасушаның негізгі бөлігі.
Ядро компоненттері: ядро қабықшасы, хроматин; ядрошық, ядро шырыны жатады.
Ядро қабықшасы: генетикалық материалды ерекшелейді, екі мембрана мен перинуклеарлы кеңістіктен және диаметрі 80-90 нм саңылаулардан тұрады. Генетикалық ақпараттың негізі ядролық матрикстегі хроматин жіпшесінде орналасқан.
Ядрошық - тығыз дөңгелек денешік, өлшемі 1-10 мкм. Ядрошық дегеніміз рРНҚ-ның синтезі жүретін, ядроның ішіндегі айқын морфологиялық құрылымды айтады.
Ядро шырыны - ядро қабықшасының астында орналасқан жартылай сұйық зат және ол ядроның ішкі ортасын құрайды. Ядро шырынының құрамына түрлі нәруыздар, ферменттер, рибосомалық нәруыздар, хромосомалар, нуклеотидтер, аминқышқылдары және басқа цитоплазмаға тасымалданатын да ядродан нуклеин қышқылдары мен рибосомалардың суббірліктерінің синтезін қамтамасыз ететін заттар кіреді.
Эндоплазмалық тор - цитоплазмадағы көпіршіктердің, жалпақ қапшықтардың және түтікше құрылымдардың торлы жүйесі. Бұл әртүрлі иондарды, қоректік заттарды тасымалдайды, липидтер мен көмірсулардың (полисахаридтер) алмасуына және улы заттарды залалсыздандыруға қатысады. Ядроның айналасында орналасады, мембраналардан түзіледі, қуыстар мен өзектердің тармақталған торы.
Эндоплазмалық тордың 2 түрі бар:
::1) тегіс ЭПТ көміртекті және майлы алмасуға қатысады;
::2)Түйіршікті ЭПТ рибосомалар көмегімен нәруыз синтезін қамтамасыз етеді.
Түйіршікті ЭПТ құрылысының ерекшелігі оның мембраналарына полисоманың бекуі. Осының нәтижесінде ол белгілі категориясының, нәруыздардың негізінен жасушадан алынып тасталатын, мысалы, без жасушаларымен секреттелетін нәруыздардың синтезі қызметін атқарады.
Рибосома - жасушадағы ақуыздың түзілуін қамтамасыз етеді. Оның диаметрі 20 - 30 нм. Рибосомалар - сферикалық бөлшектер цитоплазмада еркін орналасады немесе ЭПТ мембраналарына бекиді. Рибосома цитоплазмада бос күйінде де, жалғасқан түрде де, сондай-ақ барлық тірі организмдердің жасушасында кездеседі.
Гольджи жиынтығы- бір-бірімен қабаттаса тығыз орналасқан жалпақ жарғақты 5 - 10 цистернадан және олардың шетіндегі ұсақ көпіршіктерден құралған күрделі құрылымның кешені болып табылады. Мұнда ақуыздар мен липидтердің биохимиялық модификациясы, протеинликандарды жинау, өнімдердің жинақталуы және бөлінуі жүзеге асады. Гольджи кешенінде заттардың биохимиялық модификациясы жүзеге асырылады: ақуыздар мен липидтердің гликозилденуі; гликозилдеу және протеогликандарды жинау; манноз 6-фосфатты қосу; заттарды әрі қарай тасымалдау үшін сұрыптау жүзеге асырылады. Гольджи жиынтығында ЭПТда синтезделген заттарды орамдау, сақтау және шығару жүреді.
Лизосома - қабырғасы мембранамен шектелген, қуысында ас қорыту ферменттері (протеиназа, нуклеаза, глюкозида, фосфатаза, липаза, тағы басқа) бар ұсақ көпіршіктер. Көпіршіктердің диаметрі 0,2 - 0,8 мкм. Лизосома ферменттерінің (20-дан астам) көмегімен жасуша ішіндегі ас қорытуға және жасуша құрамындағы жарамсыз құрылымдарды ыдыратуға қатысады. Лизосомалар Гольджи жиынтығының құрылымынан түзіледі. Біріншілік лизосомалар (100 нм) - белсенді емес органеллалар; Екіншілік (біріншіліктен түзілген) - қорыту үдерісі жүретін органеллалар.
Митохондрия - Жасушаның тыныс алу процесін қамтамасыз ететін органоид. Митохондриялар - екі мембраналы органоид, ішкі мембранада өскіндер кристалар болады, ішінде нәруыздар биосинтезінің меншікті генетикалық аппараты орналасады. Митохондриялардың негізгі қызметі - тотықтандыр заттардан жолымен энергияны нақты (АҮФ химиялық синтезі) ферментативті алу. Энергия әртүрлі механикалық, химиялық, осмостық жұмыстарға жұмсалады. Жануар жасушасында митохондрия саны шамамен 150-1500 аралығында. Митохондрияның ұзындығы 10 мкм-дей, диаметрі 0,2 - 1 мкм болады. Жасушадағы негізгі энергия тасушы зат - аденозин үш фосфор қышқылы.
Центросома немесе жасуша орталығы - бөлінуге қабілетті барлық жасушаларда кездеседі. Жасуша орталығы екі центриолден тұрады: жаңадан түзілген және аналық, олар бір-біріне перпендикуляр орналасып, диплосома құрайды. Центриолилердің тек біреуінде ғана, яғни, аналығында көптеген қосымша құрылымдар болады. Олардың біреуі сатиллиттер, олардың саны тұрақты емес және центриолдың барлық ұзына бойына орналасады. Диплосоманың аналық бөлігі микротүтікшелер жасаудың көзі болып табылады. Центириолдар ұзындығы 0,3 мкм, диаметрі 0,1 мкм цилиндр тәрізді.
Центириолдардың қабырғалары ақуыз микротүтікшелерінің тоғыз тобынан тұрады. Центриолалар қабырғасы Митохондриялар жасуша ішінде орын алмастыруға қабілетті. Сондай-ақ, өздігінен екі еселенуге қабілетті, яғни бөліну арқылы көбейеді.
3.Жасушалық ұйымдасудың прокариоттық түрі. Прокариот жасушаларының құрылымдық ерекшелігі. Бактериялар.
Эволюция барысында пайда болған жасушалар 2 типке бөлінеді: прокариоттар және эукариоттар. Жасушалардың прокариоттық типіне бактериялар және көк жасыл балдырлар жатады. Прокариоттардың мөлшері өте кішкентай, ұзындығы 1 -- 10 мкм. Прокариоттардың эукариоттардан айырмашылығы -- олардың айқындалған органоидтері, яғни эндоплазмалық торы, Гольджи жиынтығы, митохондриялары болмайды. Жануарлардың және өсімдіктердің жасушаларында жақсы айқындалған түйіршіктер болады. Олар -- нәруыз, май және гликоген сияқты қор заттарынан тұрады. Прокариоттың эукариоттан негізгі айырмашылығы -- онда қалыптасқан ядросы және хромосомалары болмайды. Прокариот ДНҚ-сының эукариот ДНҚ-сынан айырмашылығы -- мұнда ДНҚ-ның сыртын нәруыздар қаптап тұрмайды және пішіні сақина тәріздес болып келеді. Бір сақиналы ДНҚ молекуласы тікелей цитоплазмада болады және эукариот жасушасындағы сияқты ядро екі мембрана арқылы бөлінбейді. Ал қозғалу мүшесінің қызметін бір немесе бірнеше талшықтары атқаруы мүмкін. Прокариот жасушаларында мембрана құрылымы болады, олар микроорганизмдердің энергетикалық процестеріне қатысады. Мысалы, көк-жасыл балдырлардың мембрана құрылымында хлорофилл болады және олар фотосинтез процесін жүзеге асырады.
Жасушалық ұйымдасудың прокариоттық типі (бактериялар): көлемдері кіші (0,5-3мкн), жекелеген ядросы болмайды, сондықтан ДНҚ түріндегі генетикалық материал цитоплазмадан қабық арқылы шектелмеген. Мембрана жүйесі дамымаған, органоидтар болмайды, тек нәруыз синтезін жүзеге асыратын рибосомалар ғана болады. Генетикалық аппараты гистон нәруыздары болмайтын жалғыз сақиналы хромосомадан тұрады, ДНҚ-ның кішігірім молекулалары - плазмидалар болады, олар физикалық жағынан геномды хромосомалардан бөлек және дербес репликациялануға қабілетті. Прокариоттық жасушаларда жасушалық орталық болмайды, цитоплазма жасушаішілік орын алмастыруы мен амебоидты қозғалыс типті емес.
Бактерия - бір жасушалы организм, көбісі таяқша пішінді болып келеді. Бактерия негізінен түссіз тек кейбіреулерінде ғана аздап бояғыш заттар кездеседі. Фотосинтез құбылысы жүретін көк-жасыл қызыл түсті өкілдерін цианобактериялар деп атайды. Ядросы, митахондриясы, пластидтері қалыптаспаған өте кішкентай біржасушалы организмдер.
Бактериялар - табиғатта ең көп тараған, негізінен бір жасушадан тұратын, оқшауланған ядросы жоқ, қарапайымдылар. Алғаш рет бактерияларды ХVII ғасырда голланд ғалымы, микроскопты жасаған - Антони ван Левенгук байқаған.XIX ғасырда бактериялардың құрылысы мен табиғаттағы рөлін француз ғалымы Луи Пастер, неміс ғалымы Роберт Кох және ағылшын ғалымы Джозеф Листер зерттеді. Бактериялардың жасуша құрамында тұрақты жасуша қабаты, цитоплазмалық мембрана, цитоплазма, нуклеоид, рибосома болады. Ядроның қызметін дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) атқарады. Бактериялар ядросы мембрана қабығымен оқшауланбаған және онда хромотин жіптері түзілмейді. Бактериялар қарапайым бөліну арқылы көбейеді. Мысалы, 1 г қара топырақта 2 - 3 млрд. бактериялар, 1 г құмды топырақта 150 мың бактериялар, адам көп жиналған бөлме ауасының 1 м3-інде он мыңдай бактериялар тіршілік етеді. Олардың пішіндері әртүрлі: шар тәрізділерін - кокк, қосарланғандарын - диплококк, таяқша тәрізділерін - бациллалар, үтір тәрізділерін - вибриондар, таға тәрізділерін терроидтар, жүзім тәрізді шоғырланғандарын - стафилококтар деп атайды. Бактериялардың ұзындығы 1 - 20 мкм, ені 0,1 - 10 мкм, ал жіп тәрізділерінің ұзындығы 50 - 100 мкм-ге жетеді. Қолайсыз жағдай туғанда сырты қалың қабықпен қапталып спора түзеді. Бактериялардың көпшілігі зиянсыз, ал зиянды түрлері көптеген жұқпалы аурулар (туберкулез, тырысқақ, көкжөтел, т.б.) тудырады. Бактериялар жасушасында өсімдіктер мен жануарлардың жасушасында болатын элементтердің барлығы кездеседі. Бактериялардың тіршілігінде ферменттердің атқаратын рөлі зор. Олардың бір бөлігі (эндоферменттер) бактерияларда синтез, тыныс алу процесін реттесе, ал екіншілері (экзоферменттер) бактериялар арқылы қоршаған ортаға бөлініп шығады. Бактериялар топырақ құнарлылығын қалыптастыруға, химиялық элементтердің геохимиялық жолмен алмасуына қатысады, антибиотиктерді, амин қышқылдарын, витаминдер мен ферменттерді, т.б. қосылыстарды түзеді. Бактериялар тамақ және жеңіл өнеркәсіптерінде (сүт тағамдарын әзірлеу, зығырды жібіту, т.б.) кеңінен пайдаланылады.
4.Нуклеин қышқылдарының құрылысы, қ ызметі, жіктелуі. ДНҚ құрылысы.
Нуклеин қышқылдары жасушаның ең маңызды макромолекулаларының бірі болып саналады. Нуклеин қышқылының молекуласы XIX - ғасырдың аяғында 1868 ж. Швейцария ғалымы Ф.Мишер ашқан.Нуклеин қышқылдарының 2 түрі белгілі: ДНҚ және РНҚ. Нуклеин қышқылдары - полимер, мономері болып нуклеотидтер саналады. Нуклеотидтер өз кезегінде 3 бөліктен: азоттық негіздер, қант және фосфор қалдығынан тұрады. Нуклеотидтер молекуласында азоттық негіздердің пуриндік- Аденин(А), Гуанин(Г) немесе пиримидиндік - Цитозин(Ц), Тимин(Т), Урацил(У) деген түрлері, қант ретінде - дезоксирибоза не рибоза, 1 фосфор қышқылының қалдығы кездеседі.
Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын жасушаның (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары ақуыз биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен цитоплазмада кездеседі.
Нуклейн қышқылдарының қызметі:
1)Генетикалық ақпаратты тасымалдайды(сақтайды).
2)Белок синтезіне қатысады.
3)Организмдер көбейген кезде немесе клеткалар бөлінген уақытта генетикалық ақпаратты тасымалдайды.
Олар жасушаның қай бөлігінде шоғырланса, соған байланысты қызмет атқарады. ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болып табылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ); тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады.
ДНҚ
Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - тірі организмдердегі генетикалық ақпараттың ұрпақтан-ұрпаққа берілуін,сақталуын,дамуы мен қызметін қамтамасыз етуіне жауапты нуклеин қышқылының бірі. ДНҚ-ның клеткадағы басты қызметі - ұзақ мерзімге РНҚ мен белокқа қажетті ақпаратты сақтау.Жасушада ДНҚ ядрода, митохондрияда және хлоропластта орналасады. ДНҚ молекуласының бойында тұқым қуалаушылық ақпарат жазылған, ол негізінен (95%) ядрода, ал 5% цитоплазмада- митохоидрияларда, хлоропласттарда шоғырланған.
Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - барлық тірі клеткалардың негізгі генетикалық материалы болып табылатын күрделі биополимер. ДНҚ-ның негізгі құрылымдық бірлігі - үш бөліктен құралған нуклеотид. Бірінші бөлігі - дезоксирибоза (бескөміртекті қант); екіншісі - пуриндік негіздер: аденин (А) мен гуанин (Г) және пиримидиндік : тимин (Т) мен цитозин (Ц); үшіншісі - фосфор қышқылының қалдығы. ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) нуклеотидтері- дезоксирибозадан, азоттық негіздерден, 1 фосфаттан (монофосфат) құрылған, оларды-д АМФ, д ГМФ, д ЦМФ, д ТМФ деп атайды.
ДНҚ-ның үш сатылы құрылымының кеңістіктік моделін алғаш рет 1953 ж. америкалық ғалым Д.Уотсон мен ағылшын биологы Фрэнсис Крик жасады. . ДНҚ молекуласы қосширатпалы болып келеді . Қос тізбек бір-бірімен азотты негіздер арасында пайда болатын сутекті байланыстар арқылы жалғасады. Бұл қос тізбекті негіздерге комплементарлық (ұқсас) принцип тән, яғни аденинге әдетте тимин, ал гуанинге цитозин сәйкес келеді. Уотсон мен Крик теориясы бойынша екi полинуклеотид тiзбегiнен құралған ДНҚ-ның молекуласы кеңiстiкте қос спираль бір-біріне антипараллель, бiр тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 3'--5'-бағыттағы қалдықтардан түзiледi, екiншi тiзбектегi нуклеотидтер арасындағы байланыс 5'--3' бағыттағы қалдықтардан түзiледi. Бiр тiзбектегi аденинге екiншi тiзбектегi тимин, ал гуанинге цитозин қарсы тұрады. Мұнда аденин мен тиминнiң арасында екi сутектiк байланыс түзiледi, ал гуанин мен цитозиннiң арасында үш сутектiк байланыс түзiледi. Бұл - ДНҚ молекуласының құрылымының өте ерекше маңызды қасиетi. Осы жаңалықтары үшін Уотсон мен Крикке Нобель сыйлығы берілді. ДНҚ құрылымының анықталуы ХХ ғасырдағы биологияның ең маңызды жаңалығы деп саналады.
5.ДНҚ - ның кеңістікте ұйымдасу ерекшеліктері. ДНҚ қасиеттері және қызметі.
Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - барлық тірі клеткалардың негізгі генетикалық материалы болып табылатын күрделі биополимер. ДНҚ-ның негізгі құрылымдық бірлігі - үш бөліктен құралған нуклеотид. Бірінші бөлігі - дезоксирибоза (бескөміртекті қант); екіншісі - пуриндік негіздер: аденин (А) мен гуанин (Г) және пиримидиндік : тимин (Т) мен цитозин (Ц); үшіншісі - фосфор қышқылының қалдығы. ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) нуклеотидтерідезоксирибозадан, азоттық негіздерден, 1 фосфаттан (монофосфат) құрылған, оларды-д АМФ, д ГМФ, д ЦМФ, д ТМФ деп атайды. ДНҚ молекуласы қосширатпалыболып келеді (Ф. Крик, Д.ж. Уотсон). Оның алғашқы, екінші реттік, үшінші реттік құрылыстары белгілі.
1)ДНҚ молекуласының алғашқы (бірінші реттік) құрылысы - бір жіпшеде нуклеотидтердің (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.
2) ДНҚ молекуласының екінші реттік құрылысы 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 3' ұштары белгілі. ДНҚ молекуласының қосширатпасы (тізбектері) бір біріне антипаралель орналасқан; 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.
3) 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, көмегімен 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, Н2в, Н3,Н4) қос молекуласынан құрылған. ДНҚ молекуласы осындай әр бір денешікті екі рет ширатылып оралады және оның ұзындығы 140 н.ж. тең. Нуклеосома денешіктері бір бірімен тығыз жабысып орналаспай біршама алшақтау орналасқан.
ДНҚ қызметі:
1. Тұқым қуалау ақпаратын сақтау;
2. Тұқым қуалаушылық ақпаратын ұрпақтан - ұрпаққа жеткізу;
3. Ақуыз биосинтезі процессінде тұқым қуалау ақпаратын жүзеге асыру.
Қасиеттері:
1. Репарация - тірі ағзалардың мутагендік факторлар әрекетіне байланысты ДНК молекуласында пайда болған бұзылуларды қайта қалпына келтіру қасиеті. Репарация құбылысы тек ДНК құрылысындағы мутациялық бұзылуларды жөндеуде емес, сонымен қатар тұқым қуалайтын аурулардың қалыптасуында, ерте қартаю процесінде, жасушалардың ісіктік трансформациясында (канцерогенез) т.б. маңызды рөл атқарады. Жалпы, мутациялық өзгергіштік гендер мен хромосомалардағы тұрақты өзгерістер нәтижесінде қалыптасады да, генетикалық материалдың геномдық, хромосомалық және гендік (ДНК молекуласы) деңгейлеріндегі кез келген сандық және құрылыстық бұзылуларға әкеледі. Осыған байланысты, яғни бұзылуларды қайта қалпына келтіру үшін ДНК репарациясы жұмыс істейді.
2. Репликацияға - ДНҚ молекуласының өздігінен екі еселену қасиеті. Жасуша бөлінер алдында ДНҚ екі еселенеді, яғни жаңа жасушадағы генетикалық ақпарат ескімен бірдей болады. Қос тізбектегі негіздер бірдей болғандықтан, кез-келген жұп өзінің қарсы жағының қалыптасуына ақпарат береді. Мысалы, бір тізбек А - Т - А - Т - Ц - А болса, оның қарсысында Т - А - Т - Ц - Г - Т. Олар нуклеотидтердің комплементтік негізіне сәйкес келеді. ДНҚ-ның екі еселенуінің жолын 1953 ж М.Н.Мезельсон мен Ф.Сталь дәлелдеді.
6.ДНҚ репликациясы. Репликациялық комплекстің пайда болуы. Механизмі.
Ағзалар жасушалардың бөлінуі нәтижесінде өсіп, жетіледі. Микроспекирометрия әдісімен зерттегенде жасуша бөлігіндегі ДНҚ молекуласында екі есе көбейетіндігі дәлелденеді. ДНҚ екі еселену процесін репликация деп атайды. ДНҚ молекуласының ен манызды қасиеттерінің бірі - оның өздігінен екі еселенуі (репликациялануы) болып саналады. ДНҚ репликациялануы салдарынан тұқым қуалаушылық ақпарат ұрпақтан-ұрпаққа өзгеріссіз тепе-тең мөлшерде беріліп, ұрпақтардың жалғасуы қамтамасыз етіледі. ДНҚ репликациясы жасуша циклінің S - синтетикалық кезеңінде жүзеге асады.
:: Репликация процесінде ДНҚ молекуласының әрбір полинуклеотидті тізбегінде комплементарлы тізбек синтезделінеді.
:: Нәтижесінде, екі спиралды ДНҚ-ның біреуінен, екі ұқсас қос спирал пайда болады. Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді.
ДНҚ молекуласынын репликациялану қасиеті 1953ж. Дж. Уотсон және Ф.Криктің ДНҚ молекуласынын құрылысының қос ширатпалы болатындығын анықтағаннан кейін белгілі болды.
Теория күйінде ДНҚ репликациясыньщ 3 түрлі әдісі болжамдалган:
1) консервативті (тұрақты); 2) жартылай консерватнвті; 3) дисперсті.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНК молекуласынын репликациялануы жартылай консервативті жолмен жүретіндігі дәлелденді. Оны алғашкылардын бірі болып 1958ж. М.Мезельсон және Ф.Сталь ашқан.
Қазіргі таңда ДНҚ молекуласының сырт пішінінің 3 түрі белгілі: тұрақты сақиналы (бактериофакторда); құбылмалы сақиналы (бактериофактарда); сызыкты (прокариотгар және эукариоттарда).
Осыған сәйкес ДНҚ молекуласынын жартылай консервативті репликациялануының 3 түрі белгілі: I) тета репликация; 2) сигма репликация; 3) У-тәрізді репликация.;
Кейбір прокариоттардың және барлық эукариоттардың ДНҚ молекуласы сызықша тәрізді болып келеді және олардың репликациялануы белгілі бір нүктеден, репликативтік ісінуден пайда болуынан басталып, хромосоманың қарама-қарсы жағына қарай бағытталады. Эукариоттардың ірі хромосомаларында бір мезгілде жүздеген репликациялық ісінулер пайда болады және олар бірбірімен қосылып У-тәрізді аралық құрылым пайда болады. Мұны Утәрізді жартылай консервативті репликациялану деп атайды.
Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Жартылай консервативті - ДНҚ-ның бастапқы тізбектерінің әрқайсысы жаңа тізбек түзілу үшін матрица (қалып) болып табылады.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді ДНҚ-ның ширатылған тізбектері тарқатылып репликация басталатын учаскеде "репликациялық аша" деп аталатын арнайы құрылым түзеді.
:: Репликация үдерісі 15-20 ақуыздардан тұратын күрделі ферменттік жүйенің қатынасуымен жүзеге асады. ДНҚ молекуласының тізбектері бір-біріне антипаралель болғандықтан және ДНҚ синтезі тек 5'- 3' , бағытында жүретіндіктен, репликативтік ашада аналық ДНҚ-ның бір тізбегі негізінде жаңа ДНҚ тізбегі үзіліссіз синтезделсе, екіншісі негізінде үзіліп-үзіліп синтезделінеді. Біріншісін лидерлік тізбек, ал екіншісін артта қалушы (кешігуші) тізбек деп атайды. Артта қалушы (кешігуші) тізбек негізінде қысқа, 1500 нуклеотидтерден тұратын ДНҚ фрагменттері синтезделінеді. Оларды Оказаки фрагменттері деп атайды.
ДНҚ синтезі басталу үшін міндетті түрде 10-15 нуклеотидтерден тұратын "РНҚ-ұйтқы"-праймер қажет, себебі ДНҚ синтезін жүргізетін фермент ДНҚ-полимераза өз бетінше ДНҚ синтезін бастай алмайды.
ДНҚ репликациясы 3 кезеңнен тұрады:
1) Инициация
2) Полимерезация
3) Терминация
1) Иниациация кезеңі. Аналық ДНҚ молекуласын репликациялауға дайындайтын ақуыздар:
а) ДНҚ молекуласындағы репликацияның басталу (иницияция) нүктелері А-Т нуклеотидтер жұптарына бай бірізділіктерге ие. Ерекше танып-білуші ақуыз (А), әрбір осындай нуклеотидтер бірізділігіне бай учаскеге, ДНҚ репликациялаушы кешенді байланыстырады да өзі әрі қарай, кешенмен бірге жылжымайды.
б) Полимеразалық кешеннің ең алғашқы іске кірісетін ферменті геликаза. Ол аналық ДНҚ молекуласының қос ширатпасының ашылып, жіпшелердің бірбірінен ажырасуын қамтамасыз етеді.
в) Ширатпаның ашылып жазылуы әрі қарай үлкенді-кішілі түйіндердің (суперализация) пайда болуына алып келеді, бұл ширатпалары ашылған ДНҚ молекуласының еркін айналуына мүмкіндік бермейді, сондықтан да түйіндер пайда болады. Бұл мәселе топоизомераза ферментінің қатынасуы арқылы шешіледі.
г) Сонымен, геликаза, топоизомераза ферменттері аналық ДНҚ молекуласының қос ширатпасын жеке-жеке екі тізбекке ажыратады. Ажырасқан әрбір тізбекпен ерекше SSB-ақуыздар байланысады, олардың қызметі бір-бірінен ажырасқан жіпшелерді керіп, күні бұрын жанасып, қос ширатпаның түзілуін болдырмау болып табылады.
2) ДНҚ тізбегінің полимеризациясы
Ерекше ақуыз - праймаза активаторы қызметін атқарады. Осыдан кейін активтенген праймаза, бір жіпшелі ДНҚ-ның тиесілі учаскесін матрица (қалып) ретінде пайдаланып қысқа "РНҚ-ұйтқыны" (праймер) синтездейді. Әрі қарай ДНҚ синтезін ДНҚ полимераза жүргізеді. Эукариоттарда 5 түрлі ДНҚ полимеразалар белгілі: β және ε полимеразалар ДНҚ репарациясына қатынасады; γ - полимераза - митохондрия ДНҚсының репликациясын жүзеге асырады; ал α және δ - полимеразалар - ядролық ДНҚ репликациясына қатынасады. α ДНҚ полимераза праймазамен де, δполимеразамен де байланысады, ал соңғысы PCNA деп аталатын ақуызбен байланысқан. PCNA ақуыз - полимераза кешенін ДНҚ-ның репликацияланушы тізбегіне бекіндіріп "қыстырғыш" ролін атқарады. PCNA ақуыз "қыстырылған" күйінде сақина сияқты ДНҚ тізбегін қоршап тұрады және полимеразалардың ДНҚ тізбегінен күні бұрын диссоцияциялануын (ажырауын) болдырмайды, яғни ДНҚ синтезінің жүруіне, жалғасуына мүмкіндік жасайды. Жаңадан синтезделген кез-келген ДНҚ фрагменттері (ұзын лидерлік не Оказаки фрагменттері) праймерлерден ("РНК-ұйытқыдан") басталады. Осыдан кейін ДНҚ полимераза-I іске кіріседі. Ол өсіп келе жатқан ДНҚ фрагментінің 3` ұшына жалғанады және 3 белсенділікке ие болады. Біріншіден ол "алдыңғы" немесе 3` - 5' экзонуклеозалық белсенділікке ие болады, яғни ол бұрынғы ДНҚ тізбегінің "РНҚұйытқысының" (праймер) 5' ұшынан бір-бірлеп нуклеотидтерді алып тастап отырады, ал босаған жерге өз фрагментінің 3' ұшына дезоксинуклеотидтерді жалғайды (ДНҚполимеразалық белсенділік). :: Сонымен қатар, ДНҚполимераза-III сияқты "артқы" 3`-5' - экзонуклеозалық белсенділік арқылы өз жұмысын қадағалауды да ұмытпайды. :: ДНҚ полимераза-I өсіп келе жатқан ДНҚ фрагментінің бұрынғы ДНҚ фрагменттерінің дезоксинуклеотидетерімен түйіскеннен кейін аяқталады. Эукариоттарда ДНҚ-полимераза-III қызметін α және δ-ДНҚ полимераза кешені атқарады; бұл жерде 3`-5' экзонуклеозалық белсенділік δ-ДНҚ полимаразаға тиесілі болса, ДНҚ-полимераза - I қызметін 5`-3' - экзонуклеозалық қызметті ерекше фермент - нуклеаза атқарады, ДНҚполимеразалық белсенділік (босаған жерді толтыру) - β - ДНҚ полимеразаға тиесілі болады.
3) Репликацияның терминациясы.ДНҚ репликациясын аяктаушы ферменттер
Жоғарыда аталған ферменттер кешені қызметтері нәтижесінде жаңадан синтезделген әрбір тізбектер бір-бірімен тығыз жанасқан көптеген фрагменттерден тұрады. Көршілес фрагменттерден бір-біріне жалғануы ДНҚ-лигаза ферменттері арқылы жүзеге асады. ДНҚ-полимераза ферменттері сияқты ДНҚ-лигазалар да нуклеотидтерді фосфоэфирлік байланыс арқылы байланыстырады. Осылайша ДНҚ молекуласының негізгі бөлігі репликацияланады, ал оның ұштары, яғни теломерлік учаскелері, ерекше жолмен репликацияланады. Бұл үдеріске ерекше ферменттер теломеразалар қатынасады. ДНҚ молекуласының толық репликацияланбайтындығын, яғни теломерлік бөлімдерінің репликацияланбайтындығын, алғаш рет 1971 ж. Олевников айтқан болатын. Мұның мәні мынада: жоғарыда сипатталған ДНҚ полимеразалық жүйе аналық ДНҚ молекуласының жіпшелерінің 3‟ ұшын толық репликацияламайды, яғни жаңадан синтезделген ДНҚ тізбектері 5„ ұшы жағынан қысқа болады. Себебі әрбір жаңа ДНҚ тізбегі қысқа РНҚ - ұйтқыдан (праймер) басталады. Кейін ол ерекше нуклеазалар арқылы алынып тасталады, бірақ босаған учаске дезоксинуклеотидтермен толтырыла алмайды, себебі ДНҚ полимеразалар өз бетінше РНҚ-ұйтқысыз ДНҚ синтезін бастай алмайды. Ол тек полинуклеотидті 3‟ ұшынан ұзартады. Бұл жерде ондай учаске жоқ, сондықтан жаңа тізбек матрицадан қысқа болады. ДНҚ молекуласының мұндай ұшын (біз тізбегі ұзын, екіншісі қысқа) - үшкір ұшы немесе оверханга деп атайды. Бұл жағдай эукариоттарға тән сызықтық ДНҚ молекуласының репликациясы кезінде артта қалған тізбектің синтезделуі нәтижесінде байқалады. ДНҚ-ның үшкір ұшы тұрақсыз болады, себебі экзонуклеазалар ұзын ұшындағы артық нуклеотидтерді бір-бірлеп алып тастап, ДНҚ ұшын тұйықтайды. Артта қалған тізбектің репликациясының толық жүрмеуі хромосомалардың теломералары аймағында байқалады. Теломераларда гендер болмайды, сондықтан да толық емес репликация геномның тұқым қуалаушылығына әсер етпейді. Теломералардың болуы ДНҚ-ның тұқым қуалау ақпараты жазылған учаскелердің репликацияланбай қалуынан сақтайды. Жасушаның әр бөлінуі сайын түзілген жас жасушалардағы хромосомалардағы теломерлік учаскелердің қысқаруы, ең соңында олардың толық жойылып, бірте-бірте ақпараты бар гендердің толық репликацияланбай қалуына себеп болуы мүмкін. Мұндай жағдайда жасуша тіршілігін жойған болуы мүмкін. Бірақ эукариоттарда бұл мәселе теломераза ферментінің көмегімен шешіледі. Теломераза репликация аяқталардан бұрын ДНҚ-ның жаңа синтезделген тізбектерінің толық репликацияланбаған 5' - ұштарын қысқалау келген, қайталанатын нуклеотидтер жүйесімен немесе теломералармен жалғап ұзартады. Қалай болғанда да, егер жасушада теломераза болмаса, оның әрбір бөлінуінен кейін хромосома (ДНҚ) қысқарып отырады. Теломерлік қайталануларда ешқандай генетикалық ақпарат болмайды, сондықтан теломерасыз олардың біршама бөлігі түсіп қалған күннің өзінде де геном бірқалыпты қызмет ете береді.
7.ДНҚ репликация кезеңдері. Кешігуші және бастаушы тізбектің синтезінің ерекшеліктері. (6суракта бар)
Ағзалар жасушалардың бөлінуі нәтижесінде өсіп, жетіледі. Микроспекирометрия әдісімен зерттегенде жасуша бөлігіндегі ДНҚ молекуласында екі есе көбейетіндігі дәлелденеді. ДНҚ екі еселену процесін репликация деп атайды. ДНҚ молекуласының ен манызды қасиеттерінің бірі - оның өздігінен екі еселенуі (репликациялануы) болып саналады. ДНҚ репликациялануы салдарынан тұқым қуалаушылық ақпарат ұрпақтан-ұрпаққа өзгеріссіз тепе-тең мөлшерде беріліп, ұрпақтардың жалғасуы қамтамасыз етіледі. ДНҚ репликациясы жасуша циклінің S - синтетикалық кезеңінде жүзеге асады.
:: Репликация процесінде ДНҚ молекуласының әрбір полинуклеотидті тізбегінде комплементарлы тізбек синтезделінеді.
:: Нәтижесінде, екі спиралды ДНҚ-ның біреуінен, екі ұқсас қос спирал пайда болады. Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді.
ДНҚ молекуласынын репликациялану қасиеті 1953ж. Дж. Уотсон және Ф.Криктің ДНҚ молекуласынын құрылысының қос ширатпалы болатындығын анықтағаннан кейін белгілі болды.
Теория күйінде ДНҚ репликациясыньщ 3 түрлі әдісі болжамдалган:
1) консервативті (тұрақты); 2) жартылай консерватнвті; 3) дисперсті.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНК молекуласынын репликациялануы жартылай консервативті жолмен жүретіндігі дәлелденді. Оны алғашкылардын бірі болып 1958ж. М.Мезельсон және Ф.Сталь ашқан.
Қазіргі таңда ДНҚ молекуласының сырт пішінінің 3 түрі белгілі: тұрақты сақиналы (бактериофакторда); құбылмалы сақиналы (бактериофактарда); сызыкты (прокариотгар және эукариоттарда).
Осыған сәйкес ДНҚ молекуласынын жартылай консервативті репликациялануының 3 түрі белгілі: I) тета репликация; 2) сигма репликация; 3) У-тәрізді репликация.;
Кейбір прокариоттардың және барлық эукариоттардың ДНҚ молекуласы сызықша тәрізді болып келеді және олардың репликациялануы белгілі бір нүктеден, репликативтік ісінуден пайда болуынан басталып, хромосоманың қарама-қарсы жағына қарай бағытталады. Эукариоттардың ірі хромосомаларында бір мезгілде жүздеген репликациялық ісінулер пайда болады және олар бірбірімен қосылып У-тәрізді аралық құрылым пайда болады. Мұны Утәрізді жартылай консервативті репликациялану деп атайды.
Бұндай екі еселену жолындағы әрбір жаңа молекула бір матрицалық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады. Жартылай консервативті - ДНҚ-ның бастапқы тізбектерінің әрқайсысы жаңа тізбек түзілу үшін матрица (қалып) болып табылады.
Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативті жүретіндігі дәлелденді ДНҚ-ның ширатылған тізбектері тарқатылып репликация басталатын учаскеде "репликациялық аша" деп аталатын арнайы құрылым түзеді.
:: Репликация үдерісі 15-20 ақуыздардан тұратын күрделі ферменттік жүйенің қатынасуымен жүзеге асады. ДНҚ молекуласының тізбектері бір-біріне антипаралель болғандықтан және ДНҚ синтезі тек 5'- 3' , бағытында жүретіндіктен, репликативтік ашада аналық ДНҚ-ның бір тізбегі негізінде жаңа ДНҚ тізбегі үзіліссіз синтезделсе, екіншісі негізінде үзіліп-үзіліп синтезделінеді. Біріншісін лидерлік тізбек, ал екіншісін артта қалушы (кешігуші) тізбек деп атайды. Артта қалушы (кешігуші) тізбек негізінде қысқа, 1500 нуклеотидтерден тұратын ДНҚ фрагменттері синтезделінеді. Оларды Оказаки фрагменттері деп атайды.
ДНҚ синтезі басталу үшін міндетті түрде 10-15 нуклеотидтерден тұратын "РНҚ-ұйтқы"-праймер қажет, себебі ДНҚ синтезін жүргізетін фермент ДНҚ-полимераза өз бетінше ДНҚ синтезін бастай алмайды.
ДНҚ репликациясы 3 кезеңнен тұрады:
1) Инициация
2) Полимерезация
3) Терминация
1) Иниациация кезеңі. Аналық ДНҚ молекуласын репликациялауға дайындайтын ақуыздар:
а) ДНҚ молекуласындағы репликацияның басталу (иницияция) нүктелері А-Т нуклеотидтер жұптарына бай бірізділіктерге ие. Ерекше танып-білуші ақуыз (А), әрбір осындай нуклеотидтер бірізділігіне бай учаскеге, ДНҚ репликациялаушы кешенді байланыстырады да өзі әрі қарай, кешенмен бірге жылжымайды.
б) Полимеразалық кешеннің ең алғашқы іске кірісетін ферменті геликаза. Ол аналық ДНҚ молекуласының қос ширатпасының ашылып, жіпшелердің бірбірінен ажырасуын қамтамасыз етеді.
в) Ширатпаның ашылып жазылуы әрі қарай үлкенді-кішілі түйіндердің (суперализация) пайда болуына алып келеді, бұл ширатпалары ашылған ДНҚ молекуласының еркін айналуына мүмкіндік бермейді, сондықтан да түйіндер пайда болады. Бұл мәселе топоизомераза ферментінің ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz