Биологиялық зерттеулерде молекулалық маркерлерді пайдаланудың тиімділігі
Нормативтік сілтемелер
Анықтамалар, белгілеулер мен қысқартулар
Аннотация
Кіріспе
Негізгі бөлім
1 Генетикалық зерттеулердегі ДНҚ маркерлер: маркерлердің түрлерi, қасиеттері және қолдану аясы
1.1 Рестрикциялық полиморфизмнің талдауына негiзделген ДНҚ . маркерлер
1.1.1 Биохимиялық маркерлер
1.1.2 Ақуызды маркерлер
1.2 Амин қышқылдарынан белоктардың түзілу механизмі
1.3 Белок конформациясы
1.3.1 ДНҚ.ны құрайтын белок молекулалары
1.3.2 Рибосомада белок синтезінің реакцияларын жүруі
1.3.3 Белоктардың биосинтезі және оны реттеу
1.3.4 Белок құрамындағы амин қышқылдарының генетикалық ролі
2 ДНҚ полиморфизмін талдау әдістері
2.1 РФҰП негізіндегі молекуларлық маркерлер
2.2 Полимераздық тізбектік реакция әдісі көмегімен геном полиморфизміне талдау жасау
2.2.1 RAPD талдау
2.2.2 ISSR маркерлер
2.2.3 STS (Sequence Tagged Sites) маркерлер
2.2.4 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)
2.2.5 Сомаклондық өзгерістерге кешенді талдау
2.3 Өсiмдiктердiң геномын молекулалық.генетикалық деңгейде зерттеу үшiн ПТР әдісін қолдану
2.4 Микросателлиттер және оның түрлерi
2.4.1 Геномды микросателлитті кезектесулер көмегімен зерттеу әдістері
3 Зерттеу нысаны мен әдістері
3.1 Зерттеу нысаны
3.2 Зерттеу әдісі
4 Зерттеу нәтежелері мен талқылаулар
4.1 Цистанхенің әр алуан популяциясындағы ақуыздар мен ферменттердің құрамы
4.2 Өсімдіктердің ДНҚ полиморфизмін зерттеуде молекулалық маркерлердің қолданылуы
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Анықтамалар, белгілеулер мен қысқартулар
Аннотация
Кіріспе
Негізгі бөлім
1 Генетикалық зерттеулердегі ДНҚ маркерлер: маркерлердің түрлерi, қасиеттері және қолдану аясы
1.1 Рестрикциялық полиморфизмнің талдауына негiзделген ДНҚ . маркерлер
1.1.1 Биохимиялық маркерлер
1.1.2 Ақуызды маркерлер
1.2 Амин қышқылдарынан белоктардың түзілу механизмі
1.3 Белок конформациясы
1.3.1 ДНҚ.ны құрайтын белок молекулалары
1.3.2 Рибосомада белок синтезінің реакцияларын жүруі
1.3.3 Белоктардың биосинтезі және оны реттеу
1.3.4 Белок құрамындағы амин қышқылдарының генетикалық ролі
2 ДНҚ полиморфизмін талдау әдістері
2.1 РФҰП негізіндегі молекуларлық маркерлер
2.2 Полимераздық тізбектік реакция әдісі көмегімен геном полиморфизміне талдау жасау
2.2.1 RAPD талдау
2.2.2 ISSR маркерлер
2.2.3 STS (Sequence Tagged Sites) маркерлер
2.2.4 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism)
2.2.5 Сомаклондық өзгерістерге кешенді талдау
2.3 Өсiмдiктердiң геномын молекулалық.генетикалық деңгейде зерттеу үшiн ПТР әдісін қолдану
2.4 Микросателлиттер және оның түрлерi
2.4.1 Геномды микросателлитті кезектесулер көмегімен зерттеу әдістері
3 Зерттеу нысаны мен әдістері
3.1 Зерттеу нысаны
3.2 Зерттеу әдісі
4 Зерттеу нәтежелері мен талқылаулар
4.1 Цистанхенің әр алуан популяциясындағы ақуыздар мен ферменттердің құрамы
4.2 Өсімдіктердің ДНҚ полиморфизмін зерттеуде молекулалық маркерлердің қолданылуы
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
Ағзаның бойындағы пайдалы белгiлерiмен сабақтаса келетін, қандай да бір физиологиялық көрсеткіштерімен түзетілетін (мысалы, ферменттердің белсенділігі) жануарлардың, өсімдіктердің, бактериялар немесе саңырауқұлақтардың геномының құрылымдық ерекшеліктерін және зат алмасудың биохимиялық ерекшеліктерін молекулалық маркерлер деп атайды. Молекулалық-генетикалық маркерлерді қолдана отырып селекционер популяция ішінен белгілі аллельге ие жануарды, нақты өзіне қажетті генді үлкен дәлдікпен таңдап алады. Мысалы, сиырларда лейкозға төзімді гендi анықтай отырып ауруларға төзімді, генетикалық тұрғыдан сау және жоғары өнiмдiлікке ие табындар жасау мүмкіндіктері бар.
Маркерлік жүйелер ретінде ПТР негiзінде жасалған ДНҚ-ның полиморфты кезектесулерін қолдану геномдардың маркерлермен қанығу мәселесiн шешуге және ДНҚ-ның кез-келген бөлігін маркерлеуге мүмкiндiк берді. ДНҚ полиморфизмін саралаудың жоғары технологиялық әдiстерiнiң дамуы дербес топтар ретінде қарастырылатын (ПТР-РФҰП, SSCP, т. б.) ДНҚ маркерлерінің бөліктерін біріктіретін маркерлердің жаңа түрiнiң (SNPs) жасалуына жағдай жасады. Молекулалық маркерлердің әр түрлi уақыт (1966-2003 жылға дейiн) аралықтарындағы әр түрлi түрлерiнiң мәлiмдiлiктері қаралып, келешекке болжам ұсынылады. Қазіргі уақытта ғылыми зерттеулердiң әдiстемелiгi өзгеруде және жоғарғы технологиялар қолданыла отырып үлгiлерiдi жаппай скринингтелуге ауысуда.
Генетикалық зерттеулердiң дамуындағы жетiстiктер информациялық генетикалық маркерлердің болуына негізделген. Алғаш генетикалық маркерлер ретінде морфологиялық (фенотиптік) белгiлер қолданылды, мысалы, осы маркерлерді қолдану арқылы 1913 жылы бірінші генетикалық карта (Drosophilla melanogaster генеом картасы) құрастырылды. Бірақ, морфологиялық белгiлердің тұқымқуалаушылығы күрделі сипатта болуы мүмкін және сыртқы ортаның жағдайларына тәуелдi болады. Зерттеулердiң молекулалық әдiстерiнің дамуы генетикалық полиморфизмнің гендердің өнімдеріне (белокты немесе биохимиялық полиморфизм) дейін және жасушаның генетикалық материалдар (ДНҚ полиморфизмі) деңгейіне дейін талдау жасайтын жаңа тест жүйесін жасауға мүмкiндiк бердi.
Маркерлік жүйелер ретінде ПТР негiзінде жасалған ДНҚ-ның полиморфты кезектесулерін қолдану геномдардың маркерлермен қанығу мәселесiн шешуге және ДНҚ-ның кез-келген бөлігін маркерлеуге мүмкiндiк берді. ДНҚ полиморфизмін саралаудың жоғары технологиялық әдiстерiнiң дамуы дербес топтар ретінде қарастырылатын (ПТР-РФҰП, SSCP, т. б.) ДНҚ маркерлерінің бөліктерін біріктіретін маркерлердің жаңа түрiнiң (SNPs) жасалуына жағдай жасады. Молекулалық маркерлердің әр түрлi уақыт (1966-2003 жылға дейiн) аралықтарындағы әр түрлi түрлерiнiң мәлiмдiлiктері қаралып, келешекке болжам ұсынылады. Қазіргі уақытта ғылыми зерттеулердiң әдiстемелiгi өзгеруде және жоғарғы технологиялар қолданыла отырып үлгiлерiдi жаппай скринингтелуге ауысуда.
Генетикалық зерттеулердiң дамуындағы жетiстiктер информациялық генетикалық маркерлердің болуына негізделген. Алғаш генетикалық маркерлер ретінде морфологиялық (фенотиптік) белгiлер қолданылды, мысалы, осы маркерлерді қолдану арқылы 1913 жылы бірінші генетикалық карта (Drosophilla melanogaster генеом картасы) құрастырылды. Бірақ, морфологиялық белгiлердің тұқымқуалаушылығы күрделі сипатта болуы мүмкін және сыртқы ортаның жағдайларына тәуелдi болады. Зерттеулердiң молекулалық әдiстерiнің дамуы генетикалық полиморфизмнің гендердің өнімдеріне (белокты немесе биохимиялық полиморфизм) дейін және жасушаның генетикалық материалдар (ДНҚ полиморфизмі) деңгейіне дейін талдау жасайтын жаңа тест жүйесін жасауға мүмкiндiк бердi.
1. Флора Казахстана. - Алма-Ата: «Наука», 1956. - Т. I. - С. 76.
2. Иллюстрированный определитель растений Казахстана. Алма-Ата.,1969.Т.1 С.40-41.
3. Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР. М.,1980.С.334-335.
4. Губанов И А., Синицин Г.С. Биологические и экологические особенности эфедры хвощевой. Тр. Ин-та ботаники. АН КазССР.1966
5. Karp A., Edwards K.J. Molecular techniques in the analysis of the extent and distribution of genetic diversity\\ Analysis, Characterization and conservation of PGR, P. 11-22.
6. Bretting P.K., Widrlechner M.P. Genetic markers and plant genetic resource management \\ Plant Breed. Rev., 1995, 13: 11-86.
7. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD-анализа растительных геномов \\ Генетика, 1997, Т.33, с. 476-483.
8. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Наука, 1989. 328 с.
9. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А. // Генетика. 2002. Т. 98. № 9. С.1173.
10. Булат С.А., Мироненко Н.В. // Генетика. 1989. Т.25. №11. С.2059.
11. Булат С.А., Мироненко Н.В., Жолкевич Ю.Г. // Генетика. 1995. Т.31. № 3. С.315.
12. Гостимский С.А., Кокаева З.Г., Боброва В.К. // Генетика. 1999. Т.35. №11. С.1538.
13. Джинчарадзе А.Г., Иванов П.Л., Рысков А.П. // Докл. АН СССР. 1987. Т.295. С.230.
14. Забаровский Е.Р. // Молекулярная биология. 2001. Т. 35. № 2. С. 224.
15. Костюченко М.В., Удина И.Г., Зайцев А.М., Храброва Л.А., Сулимова Г.Е. //Сельскохоз. биология. 2001. №6. С.29.
16. Малышев С.В., Картель Н.А. // Молекуляр. Биология. 1997. Т.31. N.2. С.197.
17. Сулимова Г.Е. // Усп. Соврем. Генетики. 1993. Вып.18. С.3.
18. Сулимова Г.Е., Шайхаев Г.О., Захаров И.А., Шевченко В.Г. // Авторское свидетельство N.1659448 (на заявку No.4672018/30-13 (046112) от 31.03.1989). Бюл. N.24.
19. Сулимова Г.Е., Шайхаев Г.О., Берберов Э.М., Маркарян А.Ю., Кандалова Л.Г.// Генетика. 1991. Т.27. N.12. С.2053.
20. Сулимова Г.Е., Удина И.Г., Шайхаев Г.О., Захаров И.А. // Генетика. 1995. Т.31. N.9. С.1294.
21. Удина И.Г., Карамышева Е.Е., Туркова С.О., Орлова А.Р., Сулимова Г.Е. // Генетика. 2003. Т.39. N.3. С.383.
22. Klin - Lankhorst R.M., Vermunt A., Weide R. e.a. Isolation of molecular markers for tomato (L.esculentum) using random amplified polymorphic DNAs (RAPDs}. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992. 89: 1477-1481.
23. Гостимский С.А., Кокаева З.Г., Боброва В.К. Использование молекулярных маркеров для анализа генома растений \\ Генетика, 1994, Т.35, N11, с. 1538-1549.
24. Beaumont V. H., Mantet J., Rocheford T.R. e.a. Comparision of RAPD and ПДРФ markers for mapping F2 generations in maize (Zea mays L.). Theor. Appl. Genet., 1996, 93, 4: 606-612.
25. Л.С. Кожамжарова, К.Н. Сарсенбаев, Г.Т. Барамысова, Вестник КазНУ, сер. биолог., 1,7 Алматы, 2006.
26. G. T. Baramysova, K.N. Sarsenbaev, L.S. Kozhamzharova, B.Zh. Dzhiembaev, B.M. Butin, Abstracts of Internat.sym,Chemistry, Pharmacjlogy and biosynthesis of Alkaloids, Belek, Antalya, Turkeya, 2006,133 р
27. Л.С. Кожамжарова., К.Н.Сарсенбаев, Г.Т.Барамысова., Б.Ж.Джиембаев. III междунар. научно-практич. конф., Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2007, 9, 284 с
28. Л.С.Кожамжарова, К.Н.Сарсенбаев, Г.Т. Барамысова. Б.Ж. Джиембаев, М.П.Ирисметов, Табиий бирикмалар кимеси кафедрасининг 60 йиллигига багишланган илмий конференция, Узбекистанда табиий бирикмалар кимесининг ривожи ва келажаги», Ташкент,2007,153с.
29. Воробьев Д.П., Ворошилов В.Н., Горовой П.Г., Шретер А.И. Определитель растений Приморья и Приамурья. - М.- Л.: Наука, 1966. - 490 с.
30. Воробьев Д.П. Определитель сосудистых растений окрестностей Владивостока. - Л.: Наука, 1982. - 252 с.
31. Ворошилов В.Н. Флора Советского Дальнего Востока. - М.: Наука, 1966. - С.478
32. Жизнь растений. - М.: Просвещение, 1980. - Т. 5. – Ч. 1. – С.158-182; Ч. 2. - С. 318-436.
33. Комаров В.Л., Клобукова-Алисова Е.Н. Определитель растений Дальневосточного края. - Л.: Изд-во АН СССР, 1932. - Т. 1, 2. - 1174 с.
34. Сосудистые растения советского Дальнего Востока. - СПб.: Наука, 1991. - Т. 5. - С. 287-371; 1995. - Т. 7. – С. 250-284; 1996. -Т. 8. - С. 249-251.
35. Тарр С. Основы патологии растений. - М.: Мир, 1975. - 587 с.
36. Тахтаджян А.Л. Система и филогения цветковых растений. - М.-Л.: Наука, 1966. - 611 с.
37. Терехин. Э.C. Паразитные цветковые растения: эволюция онтогенеза и образа жизни. - Л.: Наука, 1977. - 220 с.
38. Флора СССР. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1936. -Т. 5. - С. 406-442; 1949. -Т. 15. - С. 670-671; 1953. - Т. 19. - С. 37-76; 1955. - Т. 22. - С. 117-205; 1958. - Т. 23. - С. 19-117; 1948 - Т.13. - С. 588.
39. Цвелев Н.Н. Определитель сосудистых растений Северо-Западной России (Ленинградская, Псковская, Новгородская области). - СПб.: Изд-во СПхФА, 2000. -781 с.
40. Черепанов С. К. Сосудистые растения СССР. - Л.: Наука, 1981. -509 с.
41. Kobayashi H., Karasawa H., Miyase T., Fukushima S. Studies on the constituents od cistanchis Herba II: Isolation and structures of new iridoids, cistanin and cistachlorin // Chemical and pharmaceutical bulletin. – 1984. – Vol. 32, № 5. – P. 1729-1734.
42. Haihui Xie, Toshio M., Hisashi Matsuda, Seikou Nakamura, Osamu Muraoka and Masayuki Yoshikawa, “Monoterpene Constituents from Cistanche tubulosa-Chemical Structures of Kankanosides A-E and Kankanol”. // Chem. Pharm. Bull. – 2006. – Vol. 54. – P. 669-675.
43. Jiang vY., S.P. Li, Y.T. Wang, X.J. Chen, P.F. Tu. X-r Differentiation of Herba Cistanches by fingerprint with high-performance liquid chromatography-diode array detection-mass spectrometry // Journal of Chromatography A. – 2009. – P. 2156-2162.
44. Yong Jiang and Peng-Fei Tu . Analysis of chemical constituents in Cistanche species // Journal of Chromatography A. – 2009. – P. 1970-1979.
45. Клышев Л. К., Алюкина Л.С. Биохимия эфедры / В кн.: Лекарственные растения Казахстана // Тр. Ин-та ботаники АН КазССР. – Алма-Ата, 1966. – Т. XXII. – С.33-72.
46. Клышев Л.К., Алюкина Л.С. Биолого-экологическая характеристика некоторых видов эфедры // Тр. Ин-та ботаники АН КазССР: материалы по физиологии и биохимии растений. – Алма-Ата, 1962. – Т. XII. – C. 192-218.
47. Горяев М.И. Перспективы изучения и использования растительного сырья Казахстана. / В кн.: Состояние и перспективы изучения растительных ресурсов СССР. – М.-Л.: Изд-во АН СССР. – 1958. – С.147-152.
48. Горяев М.И. Исследования в области химии природных соединений. // Изв. АН КазССР, сер. хим. – 1960. – Вып.2. – С.57-69.
49. Горяев М.И., Соколов Д.В. Работы отдела химии природных и синтетических биологически активных соединений. // Изв. АН КазССР, сер. хим. – 1970. – № 4. – С.47-56.
50. Никонов Г.К. Проблемы химических исследований и перспективы использования флоры Казахстана. // Проблемы рационального использования лекарственно – технических растений Казахстана. – Алма-Ата: Наука, 1986. – С. 28-47.
51. Джиембаев Б.Ж. Фундаментальные и прикладные исследования лаборатории химии природных соединений. // Химия природных и синтетических биологически активных соединений (строение, свойства и превращения): сб. науч. тр. ИХН им. А.Б. Бектурова МОН РК. – Алматы, 2001. – Т. 76. – С. 24-41.
52. Джиембаев Б.Ж., Ирисметов М.П., Барамысова Г.Т. Становление и разви-тие исследований в области химии при-родных соединений в ИХН МОН РК // Химический жур. Казахстана. – 2005. – № 4. – С. 240-267.
53. Ирисметов М.П., Джиембаев Б.Ж, Пралиев К.Д., Барамысова Г.Т. Разработка, создание и внедрение новых оригинальных лекарственных средств из синтетического и растительного сырья Казахстана // Химический журнал Казахстана. – Алматы, 2003. – № 1. – С.12-25.
54. Allikmets R., Kashuba V.I., Huebner K., LaForgia S., Kisselev L.L., Klein G., Dean M., Zabarovsky E.R. // Chromosome Research. 1996. V. 4. N.1. P. 33.
55. Arber W. // Science. 1979. V. 205. P.361.
56. Arguello J.R., Little A.-M., Pay A.L., Gallardo D., Rojas I., Marsh S.G.E., Goldman J.M., Madrigal J.A. // Nat. Genet. 1998. V.18. N.2. P.192.
57. Avise J.C. Molecular markers, natural history and evolution. Chapman and HALL: An International Thomson Publishing Company, 1994. 122 p.
58. Baker C.M., Manwell C. // Anim. Blood Groups and Biochem. Genet. 1980. V.11. P.127.
59. Beckmann J.S., Soller M. // Theoret. Appl. Genet. 1983. V.67. P.35.
60. Beckmann J.S., Soller M. // Euphitica. 1986. V.35. N.1. P.111.
61. Вotstein D., White R.L., Skolnick M., Davis R.V. // Amer. J. Hum. Genet. 1980. V.32. P.314.
62. Brookes A.J. // Gene. 1999. V.234. N.2. P.177.
63. Buard J., Vergnaud J.// EMBO J. 1994. V.13. N.13. P.3203.
64. Buntjer J.B., Otsen M., Nijman I.J., Kuiper M.T.R., Lenstra J.A. // Heredity. 2002. V.88. N.1. P.46.
65. Burr B., Evola S.V., Burr F.A., Beckmann J.S. // Genetic engineering: Principles and methods. 1983. V.5. P.45.
66. Caetano-Anolles G., Bassam B.J., Gresshoff P.M. // Biotechnology. 1991. V.9. N.6. P.553.
67. Chen J., Hebert P.D. // Nucleic Acids Res. 1998. V.26. N.6. P.1546.
68. Chen X., Sullivan P.F. //Pharmacogenomics J. 2003. V.3. N.2. P.77.
69. Cotton R.G. // Genet Anal. 1999. V.14. N.5-6. P.165.
70. Cronin M.T., Fucini F.V., Kim S.M., Masino R.S., Wepsi R.M., Miyada C.G. // Hum. Mutat. 1996. V.7. N.3. P.244.
71. Crow J.F. // Exp. Clin. Immunogenet. 1995. V.12. N.3. P.121.
72. Fang D.Q., Federici C.T., Roose M.L.// Genetics. 1998. V.150. N.2. P.883.
73. Fisher S.G., Lerman L.S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1983. V.80. P.1579.
74. Davіs B.Y. Dіsk electrophoresіs. Methods and applіcatіon to human serum proteіns. Ann. N.Y. Acad. Skі., 1964, V. 121, n.4, p.404-427.
75. Яаска В. Эволюционная изменчивость ферментов и филогенетические взаимосвязи в роде Secale L.-Известия АН. ЭССР, 1975 г., т.24, -3, стр. 179-198.
76. Яаска В. И Яаска В. Изоферменты эстеразы у дикорастущего и культурного ячменя. Известия АН ЭССР, 1977 г., т. 24, -4, стр. 292-301.
77. Show G.R.,Prasad J . Starch gel electrophoresis of enzymes. - A compilation of recipes //Biochemical genetics. – 1974. - Vol. 4 . – Р. 297-320.
78. Хавкин Э. А. Молекулярные маркеры в растениеводстве \\ Сельскохозяйственная биология, 1997, N5, с. 3-21.
79. Karp A., Edwards K.J. Molecular techniques in the analysis of the extent and distribution of genetic diversity\\ Analysis, Characterization and conservation of PGR, P. 11-22.
80. Bretting P.K., Widrlechner M.P. Genetic markers and plant genetic resource management \\ Plant Breed. Rev., 1995, 13: 11-86.
81. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD-анализа растительных геномов \\ Генетика, 1997, Т.33, с. 476-483.
82. Klin - Lankhorst R.M., Vermunt A., Weide R. e.a. Isolation of molecular markers for tomato (L.esculentum) using random amplified polymorphic DNAs (RAPDs}. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992. 89: 1477-1481.
83. Дорохов Д.Б., Лаптева М.Н. Быстрая технология RAPD-анализа генотипов луков \\ Сельскохозяйственная биология, 1997, N5, с. 22-31.
2. Иллюстрированный определитель растений Казахстана. Алма-Ата.,1969.Т.1 С.40-41.
3. Атлас ареалов и ресурсов лекарственных растений СССР. М.,1980.С.334-335.
4. Губанов И А., Синицин Г.С. Биологические и экологические особенности эфедры хвощевой. Тр. Ин-та ботаники. АН КазССР.1966
5. Karp A., Edwards K.J. Molecular techniques in the analysis of the extent and distribution of genetic diversity\\ Analysis, Characterization and conservation of PGR, P. 11-22.
6. Bretting P.K., Widrlechner M.P. Genetic markers and plant genetic resource management \\ Plant Breed. Rev., 1995, 13: 11-86.
7. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD-анализа растительных геномов \\ Генетика, 1997, Т.33, с. 476-483.
8. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Наука, 1989. 328 с.
9. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А. // Генетика. 2002. Т. 98. № 9. С.1173.
10. Булат С.А., Мироненко Н.В. // Генетика. 1989. Т.25. №11. С.2059.
11. Булат С.А., Мироненко Н.В., Жолкевич Ю.Г. // Генетика. 1995. Т.31. № 3. С.315.
12. Гостимский С.А., Кокаева З.Г., Боброва В.К. // Генетика. 1999. Т.35. №11. С.1538.
13. Джинчарадзе А.Г., Иванов П.Л., Рысков А.П. // Докл. АН СССР. 1987. Т.295. С.230.
14. Забаровский Е.Р. // Молекулярная биология. 2001. Т. 35. № 2. С. 224.
15. Костюченко М.В., Удина И.Г., Зайцев А.М., Храброва Л.А., Сулимова Г.Е. //Сельскохоз. биология. 2001. №6. С.29.
16. Малышев С.В., Картель Н.А. // Молекуляр. Биология. 1997. Т.31. N.2. С.197.
17. Сулимова Г.Е. // Усп. Соврем. Генетики. 1993. Вып.18. С.3.
18. Сулимова Г.Е., Шайхаев Г.О., Захаров И.А., Шевченко В.Г. // Авторское свидетельство N.1659448 (на заявку No.4672018/30-13 (046112) от 31.03.1989). Бюл. N.24.
19. Сулимова Г.Е., Шайхаев Г.О., Берберов Э.М., Маркарян А.Ю., Кандалова Л.Г.// Генетика. 1991. Т.27. N.12. С.2053.
20. Сулимова Г.Е., Удина И.Г., Шайхаев Г.О., Захаров И.А. // Генетика. 1995. Т.31. N.9. С.1294.
21. Удина И.Г., Карамышева Е.Е., Туркова С.О., Орлова А.Р., Сулимова Г.Е. // Генетика. 2003. Т.39. N.3. С.383.
22. Klin - Lankhorst R.M., Vermunt A., Weide R. e.a. Isolation of molecular markers for tomato (L.esculentum) using random amplified polymorphic DNAs (RAPDs}. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992. 89: 1477-1481.
23. Гостимский С.А., Кокаева З.Г., Боброва В.К. Использование молекулярных маркеров для анализа генома растений \\ Генетика, 1994, Т.35, N11, с. 1538-1549.
24. Beaumont V. H., Mantet J., Rocheford T.R. e.a. Comparision of RAPD and ПДРФ markers for mapping F2 generations in maize (Zea mays L.). Theor. Appl. Genet., 1996, 93, 4: 606-612.
25. Л.С. Кожамжарова, К.Н. Сарсенбаев, Г.Т. Барамысова, Вестник КазНУ, сер. биолог., 1,7 Алматы, 2006.
26. G. T. Baramysova, K.N. Sarsenbaev, L.S. Kozhamzharova, B.Zh. Dzhiembaev, B.M. Butin, Abstracts of Internat.sym,Chemistry, Pharmacjlogy and biosynthesis of Alkaloids, Belek, Antalya, Turkeya, 2006,133 р
27. Л.С. Кожамжарова., К.Н.Сарсенбаев, Г.Т.Барамысова., Б.Ж.Джиембаев. III междунар. научно-практич. конф., Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Санкт-Петербург, 2007, 9, 284 с
28. Л.С.Кожамжарова, К.Н.Сарсенбаев, Г.Т. Барамысова. Б.Ж. Джиембаев, М.П.Ирисметов, Табиий бирикмалар кимеси кафедрасининг 60 йиллигига багишланган илмий конференция, Узбекистанда табиий бирикмалар кимесининг ривожи ва келажаги», Ташкент,2007,153с.
29. Воробьев Д.П., Ворошилов В.Н., Горовой П.Г., Шретер А.И. Определитель растений Приморья и Приамурья. - М.- Л.: Наука, 1966. - 490 с.
30. Воробьев Д.П. Определитель сосудистых растений окрестностей Владивостока. - Л.: Наука, 1982. - 252 с.
31. Ворошилов В.Н. Флора Советского Дальнего Востока. - М.: Наука, 1966. - С.478
32. Жизнь растений. - М.: Просвещение, 1980. - Т. 5. – Ч. 1. – С.158-182; Ч. 2. - С. 318-436.
33. Комаров В.Л., Клобукова-Алисова Е.Н. Определитель растений Дальневосточного края. - Л.: Изд-во АН СССР, 1932. - Т. 1, 2. - 1174 с.
34. Сосудистые растения советского Дальнего Востока. - СПб.: Наука, 1991. - Т. 5. - С. 287-371; 1995. - Т. 7. – С. 250-284; 1996. -Т. 8. - С. 249-251.
35. Тарр С. Основы патологии растений. - М.: Мир, 1975. - 587 с.
36. Тахтаджян А.Л. Система и филогения цветковых растений. - М.-Л.: Наука, 1966. - 611 с.
37. Терехин. Э.C. Паразитные цветковые растения: эволюция онтогенеза и образа жизни. - Л.: Наука, 1977. - 220 с.
38. Флора СССР. - М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1936. -Т. 5. - С. 406-442; 1949. -Т. 15. - С. 670-671; 1953. - Т. 19. - С. 37-76; 1955. - Т. 22. - С. 117-205; 1958. - Т. 23. - С. 19-117; 1948 - Т.13. - С. 588.
39. Цвелев Н.Н. Определитель сосудистых растений Северо-Западной России (Ленинградская, Псковская, Новгородская области). - СПб.: Изд-во СПхФА, 2000. -781 с.
40. Черепанов С. К. Сосудистые растения СССР. - Л.: Наука, 1981. -509 с.
41. Kobayashi H., Karasawa H., Miyase T., Fukushima S. Studies on the constituents od cistanchis Herba II: Isolation and structures of new iridoids, cistanin and cistachlorin // Chemical and pharmaceutical bulletin. – 1984. – Vol. 32, № 5. – P. 1729-1734.
42. Haihui Xie, Toshio M., Hisashi Matsuda, Seikou Nakamura, Osamu Muraoka and Masayuki Yoshikawa, “Monoterpene Constituents from Cistanche tubulosa-Chemical Structures of Kankanosides A-E and Kankanol”. // Chem. Pharm. Bull. – 2006. – Vol. 54. – P. 669-675.
43. Jiang vY., S.P. Li, Y.T. Wang, X.J. Chen, P.F. Tu. X-r Differentiation of Herba Cistanches by fingerprint with high-performance liquid chromatography-diode array detection-mass spectrometry // Journal of Chromatography A. – 2009. – P. 2156-2162.
44. Yong Jiang and Peng-Fei Tu . Analysis of chemical constituents in Cistanche species // Journal of Chromatography A. – 2009. – P. 1970-1979.
45. Клышев Л. К., Алюкина Л.С. Биохимия эфедры / В кн.: Лекарственные растения Казахстана // Тр. Ин-та ботаники АН КазССР. – Алма-Ата, 1966. – Т. XXII. – С.33-72.
46. Клышев Л.К., Алюкина Л.С. Биолого-экологическая характеристика некоторых видов эфедры // Тр. Ин-та ботаники АН КазССР: материалы по физиологии и биохимии растений. – Алма-Ата, 1962. – Т. XII. – C. 192-218.
47. Горяев М.И. Перспективы изучения и использования растительного сырья Казахстана. / В кн.: Состояние и перспективы изучения растительных ресурсов СССР. – М.-Л.: Изд-во АН СССР. – 1958. – С.147-152.
48. Горяев М.И. Исследования в области химии природных соединений. // Изв. АН КазССР, сер. хим. – 1960. – Вып.2. – С.57-69.
49. Горяев М.И., Соколов Д.В. Работы отдела химии природных и синтетических биологически активных соединений. // Изв. АН КазССР, сер. хим. – 1970. – № 4. – С.47-56.
50. Никонов Г.К. Проблемы химических исследований и перспективы использования флоры Казахстана. // Проблемы рационального использования лекарственно – технических растений Казахстана. – Алма-Ата: Наука, 1986. – С. 28-47.
51. Джиембаев Б.Ж. Фундаментальные и прикладные исследования лаборатории химии природных соединений. // Химия природных и синтетических биологически активных соединений (строение, свойства и превращения): сб. науч. тр. ИХН им. А.Б. Бектурова МОН РК. – Алматы, 2001. – Т. 76. – С. 24-41.
52. Джиембаев Б.Ж., Ирисметов М.П., Барамысова Г.Т. Становление и разви-тие исследований в области химии при-родных соединений в ИХН МОН РК // Химический жур. Казахстана. – 2005. – № 4. – С. 240-267.
53. Ирисметов М.П., Джиембаев Б.Ж, Пралиев К.Д., Барамысова Г.Т. Разработка, создание и внедрение новых оригинальных лекарственных средств из синтетического и растительного сырья Казахстана // Химический журнал Казахстана. – Алматы, 2003. – № 1. – С.12-25.
54. Allikmets R., Kashuba V.I., Huebner K., LaForgia S., Kisselev L.L., Klein G., Dean M., Zabarovsky E.R. // Chromosome Research. 1996. V. 4. N.1. P. 33.
55. Arber W. // Science. 1979. V. 205. P.361.
56. Arguello J.R., Little A.-M., Pay A.L., Gallardo D., Rojas I., Marsh S.G.E., Goldman J.M., Madrigal J.A. // Nat. Genet. 1998. V.18. N.2. P.192.
57. Avise J.C. Molecular markers, natural history and evolution. Chapman and HALL: An International Thomson Publishing Company, 1994. 122 p.
58. Baker C.M., Manwell C. // Anim. Blood Groups and Biochem. Genet. 1980. V.11. P.127.
59. Beckmann J.S., Soller M. // Theoret. Appl. Genet. 1983. V.67. P.35.
60. Beckmann J.S., Soller M. // Euphitica. 1986. V.35. N.1. P.111.
61. Вotstein D., White R.L., Skolnick M., Davis R.V. // Amer. J. Hum. Genet. 1980. V.32. P.314.
62. Brookes A.J. // Gene. 1999. V.234. N.2. P.177.
63. Buard J., Vergnaud J.// EMBO J. 1994. V.13. N.13. P.3203.
64. Buntjer J.B., Otsen M., Nijman I.J., Kuiper M.T.R., Lenstra J.A. // Heredity. 2002. V.88. N.1. P.46.
65. Burr B., Evola S.V., Burr F.A., Beckmann J.S. // Genetic engineering: Principles and methods. 1983. V.5. P.45.
66. Caetano-Anolles G., Bassam B.J., Gresshoff P.M. // Biotechnology. 1991. V.9. N.6. P.553.
67. Chen J., Hebert P.D. // Nucleic Acids Res. 1998. V.26. N.6. P.1546.
68. Chen X., Sullivan P.F. //Pharmacogenomics J. 2003. V.3. N.2. P.77.
69. Cotton R.G. // Genet Anal. 1999. V.14. N.5-6. P.165.
70. Cronin M.T., Fucini F.V., Kim S.M., Masino R.S., Wepsi R.M., Miyada C.G. // Hum. Mutat. 1996. V.7. N.3. P.244.
71. Crow J.F. // Exp. Clin. Immunogenet. 1995. V.12. N.3. P.121.
72. Fang D.Q., Federici C.T., Roose M.L.// Genetics. 1998. V.150. N.2. P.883.
73. Fisher S.G., Lerman L.S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1983. V.80. P.1579.
74. Davіs B.Y. Dіsk electrophoresіs. Methods and applіcatіon to human serum proteіns. Ann. N.Y. Acad. Skі., 1964, V. 121, n.4, p.404-427.
75. Яаска В. Эволюционная изменчивость ферментов и филогенетические взаимосвязи в роде Secale L.-Известия АН. ЭССР, 1975 г., т.24, -3, стр. 179-198.
76. Яаска В. И Яаска В. Изоферменты эстеразы у дикорастущего и культурного ячменя. Известия АН ЭССР, 1977 г., т. 24, -4, стр. 292-301.
77. Show G.R.,Prasad J . Starch gel electrophoresis of enzymes. - A compilation of recipes //Biochemical genetics. – 1974. - Vol. 4 . – Р. 297-320.
78. Хавкин Э. А. Молекулярные маркеры в растениеводстве \\ Сельскохозяйственная биология, 1997, N5, с. 3-21.
79. Karp A., Edwards K.J. Molecular techniques in the analysis of the extent and distribution of genetic diversity\\ Analysis, Characterization and conservation of PGR, P. 11-22.
80. Bretting P.K., Widrlechner M.P. Genetic markers and plant genetic resource management \\ Plant Breed. Rev., 1995, 13: 11-86.
81. Дорохов Д.Б., Клоке Э. Быстрая и экономичная технология RAPD-анализа растительных геномов \\ Генетика, 1997, Т.33, с. 476-483.
82. Klin - Lankhorst R.M., Vermunt A., Weide R. e.a. Isolation of molecular markers for tomato (L.esculentum) using random amplified polymorphic DNAs (RAPDs}. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992. 89: 1477-1481.
83. Дорохов Д.Б., Лаптева М.Н. Быстрая технология RAPD-анализа генотипов луков \\ Сельскохозяйственная биология, 1997, N5, с. 22-31.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСРТЛІГІ
ТАРАЗ МЕМЛЕКЕТТІК ПЕДАГОГИКАЛЫҚ ИНСТИТУТЫ
Қорғауға жіберілді
________________ Кафедра
меңгерушісі ______________Г. К. Зияева
Дипломдық жұмыс
Биологиялық зерттеулерде молекулалық маркерлерді пайдаланудың
тиімділігі
Орындаған: Найзабаева Г. У.
Ғылыми жетекшiсі: б. ғ.к. Қожамжарова Л.С.
Тараз, 2012
МАЗМҰНЫ беті
Нормативтік сілтемелер 3
Анықтамалар, белгілеулер мен қысқартулар 4
Аннотация 5
Кіріспе 6
Негізгі бөлім
1 Генетикалық зерттеулердегі ДНҚ маркерлер: маркерлердің 9
түрлерi, қасиеттері және қолдану аясы
1.1 Рестрикциялық полиморфизмнің талдауына негiзделген ДНҚ10
- маркерлер
1.1.1 Биохимиялық маркерлер 12
1.1.2 Ақуызды маркерлер 13
1.2 Амин қышқылдарынан белоктардың түзілу механизмі 15
1.3 Белок конформациясы 20
1.3.1 ДНҚ-ны құрайтын белок молекулалары 22
1.3.2 Рибосомада белок синтезінің реакцияларын жүруі 26
1.3.3 Белоктардың биосинтезі және оны реттеу 27
1.3.4 Белок құрамындағы амин қышқылдарының генетикалық ролі 32
2 ДНҚ полиморфизмін талдау әдістері
2.1 РФҰП негізіндегі молекуларлық маркерлер 32
2.2 Полимераздық тізбектік реакция әдісі көмегімен геном 33
полиморфизміне талдау жасау
2.2.1 RAPD талдау 33
2.2.2 ISSR маркерлер 35
2.2.3 STS (Sequence Tagged Sites) маркерлер 36
2.2.4 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) 37
2.2.5 Сомаклондық өзгерістерге кешенді талдау 38
2.3 Өсiмдiктердiң геномын молекулалық-генетикалық деңгейде39
зерттеу үшiн ПТР әдісін қолдану
2.4 Микросателлиттер және оның түрлерi 41
2.4.1 Геномды микросателлитті кезектесулер көмегімен зерттеу43
әдістері
3 Зерттеу нысаны мен әдістері
3.1 Зерттеу нысаны 46
3.2 Зерттеу әдісі 48
4 Зерттеу нәтежелері мен талқылаулар
4.1 Цистанхенің әр алуан популяциясындағы ақуыздар мен 49
ферменттердің құрамы
4.2 Өсімдіктердің ДНҚ полиморфизмін зерттеуде молекулалық 53
маркерлердің қолданылуы
Қорытынды 58
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 59
Нормативтік сілтемелер
Дипломдық жұмыста сілтемелер төменде келтірілген стандарттар негізінде
қолданылды:
ГОСТ 5.04.020 – 2008. Жоғары оқу орындарындағы диплом жұмысының құрылымы
мен рәсімдеу талаптары.
ГОСТ 1770-74 – Шыныдан жасалынған зертханалық ыдыстар. Зат шынысы,
пробирка, цилиндр және жабын әйнек т.б.
ГОСТ 4517-87 – Реактивтер.
ГОСТ 6709-72 – Дистилденген су.
ГОСТ 24027.0-80 – Өсімдіктер үлгілерін пайдалану, жинау және зерттеу.
ГОСТ 24027.1-80 - Өсімдіктер үлгілерін химиялық ыдыстарда сақтау.
Анатомиялық құрлысын анықтау.
ГОСТ 42-3-84 - Өсімдіктерден алынған үлгілердің сапалық негізін анықтау.
Шөпкеппені сақтау шаралары.
ГОСТ 2237-75 - Өсімдіктер жер үсті мүшелерін: гүлін, жапырағын, сабағын
т.б анықтау. Химиялық құрамына талдау жасау. Бөлім 1.Жинақ - М. - Изд-
во стандартов, 1994, 159б.
ГОСТ 2237-75 - Өсімдіктер мүшелерін: тамырын, жемісін, тұқымын анықтау.
Химиялық құрамына талдау жасау. Бөлім 2.Жинақ - М. - Изд-во
стандартов, 1994, 191б.
Анықтамалар, белгілеулер мен қысқартулар
Дипломдық жұмыста терминдер төменде келтірілген анықтамаларға сәйкес
қолданылды:
Cistanche ambigua– күмәнді сайсағыз
Ephedra equisetina Bunge – қырықбуын қылша
Ephedra intermedia Schrenk – қызыл тамыр қылша
Ephedra regeliana Florin – Кузмич шөбі немесе қос масақшалы қылша
Ephedra Fedtschenkoi Florin – Федченко қылшасы
Ephedra lomatolepes Schrenk – Регел қылшасы
Ephedra monosperma C.A.Mey. – жиекті қылша
Ephedra distachya Linn. – бүрлі қылша
Ephedra strobilacea Linn – даратұқым қылша
Популяция – белгілі бір географияық ауданға бейімделіп таралған бір
түрдің особьтарының жиынтығы.
Популяциялық полиморфизм –түрдің тиісті фитоценозды мекендеуге
бейімделген формасы.Ол өсімдіктің тіршілік стратегиясын белгілейді.
ДНҚ полиморфизм құбылысы – өсімдіктер систематикасындағы және әр түрлі
өсімдіктердің таксономиялық топтарындағы тарихи даулы сұрақтарды шешуге
мүмкіндік береді.
ПТР – ДНҚ полиморфизмін зерттеуде маңызды молекулалық-генетикалық
әдістердің бірі, олигонуклеотиттердің айналымының қайталануына бағытталған
жүйе (Randomly Amplified Polymorphic DNA – RAPD).
RAPD – өсімдіктердің генетикалық полиморфизімін зерттеуде кең
қолданылатын әдіс.
PCR – полимеразды тізбекті реакция (ПТР), (Polymerase chain reaction)
Праймер – геномдарды салыстыруда RAPD-спектрі жеткілікті ақпарат
алуға мүмкіндік беретін, полиморфты үзінділер.
Амплификация – олигонуклеотиттердің айналымының қайталануына
бағытталған жүйе (Randomly Amplified Polymorphic DNA – RAPD).
Ампликон – екі праймер аралығында орналасқан амплифицирленген ДНҚ
фрагменті.
UPGMA – бір түрдің популяциясың полиморфизмін анықтайтын әдіс,
туыстардың генетикалық дендограммасы.
ПААГ – полиакриламидтік гель
ДНК – дезоксирибонуклеин қышқылы
SDS – натрий додецилсульфат
dATP – дезоксиаденин нуклеотид
dGTP – дезоксигуанин нуклеотид
dCTP – дезокси цитидин нуклеотид
dTTP – дезокси тимидин нуклеотид
ТЭ – трис – ЭДТА буфер
Аннотация
Дипломдық жұмыста ДНҚ-маркерлерінің әр түрлі түрлері, олардың
артықшылықтары мен кемшіліктері және қолданылуы аясы қарастырылды.
Маркерлік жүйелер ретінде ПТР негiзінде жасалған ДНҚ-ның полиморфты
кезектесулерін қолдану геномдардың маркерлермен қанығу мәселесiн шешуге
және ДНҚ-ның кез-келген бөлігін маркерлеуге мүмкiндiк берді. ДНҚ
полиморфизмін саралаудың жоғары технологиялық әдiстерiнiң дамуы
өсімдіктерде генетикалық полиморфизм деңгейін анықтауға және популяциялық
генетиканың теориялық негізінің жасалуына мүмкіндік берді. Осы әдістер
көмегімен Cistanche ambiguа туысының ББЗ сандық және сапалық мөлшері
анықталды.
Аннотация
В дипломной работе рассмотрены разные типы ДНК-маркеров, их
достоинства и недостатки, области применения. Показано, что использование в
качестве маркерных систем полиморфных последовательностей ДНК, созданных на
основе ПЦР, позволило решить проблему насыщения геномов маркерами и
маркировать практически любые участки ДНК. Развитие высоко технологичных
методов анализа полиморфизма ДНК позляет оценить уровень генетического
полиморфизма у растений и разработать основные теоретические положения
популяционной генетики. С помощью этих методов определён количественный и
качественный состав БАВ рода Cistanche ambigua.
Annotations
In the research paper examined different types of DNA markers, their
advantages and disadvantages of the application. It is shown that the use
of a polymorphic marker systems, DNA sequences generated by PCR, which
solved the problem of saturation of genomic markers and label almost all
sections of DNA. The development of high-tech methods for analyzing DNA
polymorphism pozlyaet assess the level of genetic variation in plants and
to develop the basic theoretical principles of population genetics. With
these methods defined quantitative and qualitative composition of BAS kind
of Cistanche ambigua.
Кіріспе
Зерттеу тақырыбының өзектілігі: Ағзаның бойындағы пайдалы белгiлерiмен
сабақтаса келетін, қандай да бір физиологиялық көрсеткіштерімен түзетілетін
(мысалы, ферменттердің белсенділігі) жануарлардың, өсімдіктердің,
бактериялар немесе саңырауқұлақтардың геномының құрылымдық ерекшеліктерін
және зат алмасудың биохимиялық ерекшеліктерін молекулалық маркерлер деп
атайды. Молекулалық-генетикалық маркерлерді қолдана отырып селекционер
популяция ішінен белгілі аллельге ие жануарды, нақты өзіне қажетті генді
үлкен дәлдікпен таңдап алады. Мысалы, сиырларда лейкозға төзімді гендi
анықтай отырып ауруларға төзімді, генетикалық тұрғыдан сау және жоғары
өнiмдiлікке ие табындар жасау мүмкіндіктері бар.
Маркерлік жүйелер ретінде ПТР негiзінде жасалған ДНҚ-ның полиморфты
кезектесулерін қолдану геномдардың маркерлермен қанығу мәселесiн шешуге
және ДНҚ-ның кез-келген бөлігін маркерлеуге мүмкiндiк берді. ДНҚ
полиморфизмін саралаудың жоғары технологиялық әдiстерiнiң дамуы дербес
топтар ретінде қарастырылатын (ПТР-РФҰП, SSCP, т. б.) ДНҚ маркерлерінің
бөліктерін біріктіретін маркерлердің жаңа түрiнiң (SNPs) жасалуына жағдай
жасады. Молекулалық маркерлердің әр түрлi уақыт (1966-2003 жылға дейiн)
аралықтарындағы әр түрлi түрлерiнiң мәлiмдiлiктері қаралып, келешекке
болжам ұсынылады. Қазіргі уақытта ғылыми зерттеулердiң әдiстемелiгi
өзгеруде және жоғарғы технологиялар қолданыла отырып үлгiлерiдi жаппай
скринингтелуге ауысуда.
Генетикалық зерттеулердiң дамуындағы жетiстiктер информациялық
генетикалық маркерлердің болуына негізделген. Алғаш генетикалық маркерлер
ретінде морфологиялық (фенотиптік) белгiлер қолданылды, мысалы, осы
маркерлерді қолдану арқылы 1913 жылы бірінші генетикалық карта (Drosophilla
melanogaster генеом картасы) құрастырылды. Бірақ, морфологиялық белгiлердің
тұқымқуалаушылығы күрделі сипатта болуы мүмкін және сыртқы ортаның
жағдайларына тәуелдi болады. Зерттеулердiң молекулалық әдiстерiнің дамуы
генетикалық полиморфизмнің гендердің өнімдеріне (белокты немесе биохимиялық
полиморфизм) дейін және жасушаның генетикалық материалдар (ДНҚ
полиморфизмі) деңгейіне дейін талдау жасайтын жаңа тест жүйесін жасауға
мүмкiндiк бердi.
Соңғы жылдарда молекулалық генетиканың жетістіктері аллелдi гендердiң
полиморфизмін ДНҚ деңгейінде зерттеуге мүмкiндiк бередi. ДНҚ полиморфизмі
әр түрлi молекулалық маркерлеу әдiстерімен тестілеу мүмкін.
Биологияда әр алуан заманауи әдістердің қолданылуы өсімдік
метоболиттерінің тіршілігіндегі роліне баға беру ғана емес, жабайы
өсіміктердің нақты құрамындағы пайдалы заттарды анықтауға мүмкіндік
туағызды.
Қазақстанның кең даласында бес мыңнан астам өсімдік түрлері өседі.
Өсімдіктердің түрлік құрамы мен биохимиялық ерекшеліктері экологиялық
жағдайға байланысты. Қазақстанның өсімдіктер дүниесі биологиялық белсенді
заттардың таусылмас көзі. ББЗ синтезі туралы мәліметтер жоқ
болғандықтан, өсімдіктердің биологиялық құрамы аз зерттелген және
фармацевтикалық өндіріс жеткіліксіз дамығандықтан, Республиканың
өсімдіктер дүниесі шектеулі пайдаланылады.
Күмәнді сайсағыз ((Cistanche Hoffmgy et Link)) Қазақстан флорасының
құнды техникалық өсімдіктер қатарында саналады. Ол сабағында әр алуан
полисахаридтер, иридоидтер және өзге де биологиялық белсенді қосылыстар
бар болуымен құнды болып саналады және бұл заттар медицинасы жақсы
дамыған елдерде фармакологиялық белсенді қосылстар өндіруге шикізат
ретінде пайдаланылады.
Зерттеу мақсаты: Қазақстандық қылша түрлерінің және күмәнді сайсағыздың
биохимиялық, генетикалық, морфо-физиологиялық ерекшеліктерін анықтап,
биологиялық белсенді заттарды бөліп алу әдістеріне тереңірек көңіл бөле
отырып аталған өсімдік түрлерінің құрамындағы құнды биологиялық белсенді
заттардың құрылымдылық мөлшері анықтау, олардың шикізат өндіруде тиімді деп
саналатын негізгі популяцияларын өнеркәсіп пен фармакология саласына
енгізу.
Зерттеудің ғылыми және практикалық құндылығы: Зерттеу жұмысы Қазақстан
аумағында өсетін Ephedra L., түрлері мен Жамбыл облысының Мойынқұм
ауданында өсетін Cistanche тұқымдасының морфо-физиологиялық, генетикалық,
биохимиялық және биоэкологиялық ерекшеліктерін кешенді қарастыруға
арналған. Өсімдіктердің түрішілік ДНҚ құрылымына байланысты
айырмашылықтарын, ДНҚ құрамын анықтауда молекулалық маркерлеру әдісінің
тиімділігін анықтауға негізделген.
Зерттеу әдістері: Қазіргі таңда өсімдікке фитохимиялық зеттеу жүргізу
кезінде молекулалық биология мен өсімдіктер физиологиясының соңғы
жетістіктері бойынша ұсынылған тиімді әдістерді пайдаландық.
Түрлерді анықтау мен сипаттамалар жасауда Флора Казахстана еңбегі
кеңінен қолданылды. ДНҚ құрылымына байланысты айырмашылықтары мен ДНҚ
полиморфизмін анықтауда полемеразды тізбекті реакциясы, сонымен қатар,
белокты маркерлер көмегімен RAPD – спектрі әдісі қолданылды.
Зерттеу нәтижелері: Қазақстанның әртүрлі аймақтарында өскен қылша мен
сайсағыз өсімдіктерінің морфофизиологиялық және экологиялық ерекшеліктері
зерттелді. Сонымен бірге күмәнді сайсағыздың әр алуан популяциясындағы
ақуыздар мен ферменттердің құрамы анықталды. Өсімдіктердің ДНҚ
полиморфизмін зерттеуде молекулалық маркерлеу әдістерін қолданудың
тиімділігі толығымен дәлелденді.
Қолдану аймағы: Алынған зеттеу нәтежелері Қазақстан флорасының
жабайы емдік өсімдік түрлерін фитохимиялық және биохимиялық тұрғыдан
зерттеуде және өнеркәсіп пен фармакология саласына жаңа биологиялық
белсенді заттар алуда қолданылуы мүмкін.
Жұмыстың көлемі мен құрылымы. Дипломдық жұмыс Mіcrosoft Word 7,0 for
Wіndows жүйесінде компьютерде терілген 62 бет көлемінде баяндалып,
1−кесте және 10 − суретпен көрсетілді
Дипломдық жұмыс 3 бөлімнен, оның ішінде кіріспе, негізгі бөлім,
қорытынды, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Пайдаланылған
әдебиеттердің жалпы саны −83.
Негізгі бөлім
1. Генетикалық зерттеулердегі ДНҚ маркерлер: маркерлердің түрлерi,
олардың қасиеттері және қолдану аясы
Тұңғыш рет 20-шы жылдары маркерлердің селекцияда қолданылуының
теориялық негізін қалаған А.С.Серебровский болды, ол морфологиялық
моногенді тұқым қуалайтын белгiлер туралы айтты. Қазіргі таңда табиғаты
жағынан әр түрлі біраз маркерлердің түрлері белгілі. Өте қарапайым
маркерлер - бұл хромосомалардың морфологиялық құрылысындағы айырмашылығы
бар маркерлер. Хромосомадағы қандай да бір көшірулердің болуы, серiктері
немесе хромосомалардың морфологиялық құрылысының ерекшелiктерi нақты
аллелде геннің жағдайымен корреляциялана алады. Бұл идея қанағаттанарлық,
ең бастысы жаңалық және анық мәлімет, бiрақ мәселе мынада: қасиеттердің өте
аз мөлшері ғана хромосомалардың морфологиялық ерекшелiктерiмен
корреляцияланады, мұны метафаза пластинкада микроскоп арқылы көруге болады.
Осы себепке байланысты хромосомалардың морфологиялық ерекшеліктері,
генетикалық маркерлер ретінде аз қолданылады [6].
MAS-тағы келесi жетістік организмдердегі макромолекулалардың
полиморфизмінің маңызының, негізінен ақуыздардың ашылуы болды. Яғни, бір
ақуыз түрі (бiрдей функцияларға жауап беретін және шығу тегі бірдей) әр
түрлi жануарларда (кейде сол бiр жануарда) әр түрлi электрофоретикалық
қозғалысқа ие болып, метаболиттік тізбекте әр түрлі белсендiлiгiмен
ерекшеленуі мүмкін. Мұндай варианттар аллелдi деп аталады және сол ақуызды
кодтаушы тізбектегі ДНҚ геніндегі нуклеотидті алмасулардың (немесе қандай
да бір өзге нүктелік мутацияның) нәтижесі болып табылатын, ақуыздың
ұзындығын немесе зарядын өзгертетін ақуыздың полипептидтік тізбегіндегі
аминқышқылдарының алмастырулары арқылы жүзеге асады. Ақуыздардың жоғары
полиморфизмдiгiнiң ашылуынан кейiн зерттеушiлердiң арасында бірден,
ақуыздардың аллелдi варианттарының адаптивтi немесе бейтарап әсерiне
байланысты пiкiрталас басталды. Бұл пiкiрталастар қазiр де жалғасуда, бiрақ
зерттеулердiң нәтижесінде полиморфты ақуыздар организмдердің селекциясында
тиiмдi молекулалық-генетикалық маркерлер ретінде қолданылу мүмкіндіктерін
дәлелденді.
Ақуыздардың кейбір варианттарының ғана электр заряды немесе мөлшері
жағынан айырмашылықтары болатын болса, онда мұндай әдiстермен ерекшеленген
генетикалық вариациялар гендiк деңгейде варианттардың жалпы сандарының тек
қана 25% құрайды.
Жануарларда молекулалық маркерлер ретiнде қан топтарының жүйесi
қолданыла алады, жануарлардың өнімділігіне қан топтарының ықпалы және
ауруларға төзімділігіне әсерін анықтауға арналған көптеген жұмыстар
жасалған [7, 8].
Соңғы 28 жылда молекулалық генетиканың жетістіктері аллелдi гендердiң
полиморфизмін ДНҚ деңгейінде зерттеуге мүмкiндiк бередi. ДНҚ полиморфизмі
әр түрлi әдiстермен тестіленуі мүмкін, мысалы, гендегі нуклеотидтерінің
кезектесулерін анықтау (Сиквенирлеу, өте қымбат, ұзақ, күрделi және дәл
әдiс), және организмдердің рестракционды карталарын құрастыру (РФҰП), және
ДНҚ әр түрлі бөліктерінің амплификациясы (RAPD-PCR, ISSR-PCR), және ДНҚ
гибридизациясы (FISH, GISH, блоттингтер) және т. б. әдістер. Бұл өте нәзік
және нақты әдістер болып табылады, олардың көмегімен экспрессирлеуші
кезектесулердің ғана емес, сонымен қатар реттеуші және экспрессирленбейтін
кезектесулердің полиморфизмін анықтауға болады (мысалы, бұқаның сүттілігі
гендерiнiң кешенi) [6-8].
1. Рестрикциялық полиморфизмнің талдауына негiзделген ДНҚ – маркерлер
ДНҚ кезектесулерінің белгілі бір аймағын үзіп алатын рестрициялық
эндонуклеазаның (рестриктаза) ашылуы ДНҚ рестрикциялық полиморфизмінің
талдауына негiзделген маркерлер жасауға мүмкiндiк бердi [9].
Рестракционды фрагмент ұзындықтарының полиморфизмі (ПДРФ, англ. RFLP -
Restriction Fragment Length Polymorphism). РФҰП алғаш рет генетикалық
маркер ретінде 1974 жылы аденовирус геномында термо-сезгiш мутацияны
идентификациялауда қолдалды. Дегенмен, ДНҚ полиморфизмінің варианттарының
генетикалық маркерлер ретінде кеңінен қолданылуы 1980 жылы Ботштейн мен
өзге де авторлардың жұмысынан кейін жүзеге асты. Бұл жұмыста генетикалық
маркерлер ретінде РФҰП қасиеттері талқыланып және ақпараттық деңгейін
бағалау әдісі ұсынылды, әдістің қолданылуының теориялық негiзі анықталды
(PIC - polymorphism information content). Авторлар әдісті адам геномын
картирлеу үшiн табысты қолданды. РФҰП нақты локустердiң (гендер)
полиморфизмінің талдауы үшiн қолданады. РФҰП талдау әдiсі электрофоретиялық
бөлiнуi нәтижесінде түзілген қоспа мен спецификалық зондпен белгiленген
блот-гибридизациядан кейінгі рестрикция бөлiктерiнiң ұзындықтары
анықталатын ДНҚ-ның рестриктазалармен өңдеуiне әкеледі. Рестрикциялаушы
эндонуклеазлардың нақты спецификалық үзілу аймақтарына ие болуына
байланысты, түрлер арасындағы ДНҚ-ның нуклеотид тiзбегiндегi генетикалық
айырмашылықтар (яғни ДНҚ деңгейдегі полиморфизм) рестрикция сайттарының
сәйкес ДНҚ молекулаларын бойлай әр түрлi үлестiрiлуiне және гомологикалы
фрагменттердің ұзындығы өзгешеленетiн рестрикция өнiмдерiнiң алуына
әкеледі. Сайып келгенде, ДНҚ полиморфизмі РФҰП ретінде тестіленедi [8-10].
Бастапқыда ДНҚ полиморфизмінің пайда болуына негiзгi себеп
рестрикцияның эндонуклеазалық тану сайттарына қатысты нүктелік мутациялар
(сонымен бiрге микроделециялар және инсерциялар) деп есептелдi. Бұдан
кейінгі зерттеулер нәтижесінде ДНҚ полиморфизмінің пайда болуының
себептерінің спектрi кеңейтiлді және дәл қазiр негiзгi рөлді мынадай
факторлар атқаратыны мәлім, олар: iрi делециялар және орнатулар,
трансверциялар, транслокациялар, мобильді генетикалық элементтердің
транспозициясы және т.с.с. Сонымен қатар, егер тану сайтында бір немесе
бірнеше метилденген цитозинді қалдықтар болса, кейбір рестриктазалар ДНҚ-ны
үзуге қабілетсіз болады. Сонымен бiрге, егер метилденген вариациялар болса,
мұндай ферменттер полиморфизмді айқындай алады.
РФҰП-маркерлерін қолдану арқылы өсiмдiктер мен жануарлардың көп
түрлерiнiң молекулалық-генетикалық карталарының құрастыруы бойынша алғашқы
табысты нәтижелер алынды, әр түрлi организмдердің генетикалық полиморфизмі
туралы көлемдi мәлiметтер жинақталды, шаруашылыққа пайдалы белгiлерi бар
қауымдастықтар айқындалды. Маркерлердің осы түрінің маңызды қасиеттері
нәтижелердiң нақтылығы, сонымен бiрге тұқымқуалаушылықтың кодоминантты түрi
болып табылады. РФҰП -локустер көптеген аллельдерге ие, ал бұл олардың
ақпараттылығын, деректiлiгiн жоғарылатады. Митохондриялық ДНҚ-ның және
рибосомалық РНҚ-ны (рДНҚ) кодтаушы гендердің кластерінің РФҰП-талдауы
популяциялық генетикада, биогеографиялық және филогенездік зерттеулерде
кеңінен қолданылады. РФҰП-маркерлерінің жоғары консерватизмді болуы,
олардың туыс түрлердiң салыстырмалы картирленуiнде қолданылуына мүмкiндiк
бередi. Мысалы, РФҰП-зондтарының ортақ жиынын қолданудың арқасында көптеген
өсiмдiктердiң толық генетикалық карталарының пайда болуы геномдар қатарын
өзара салыстыруға мүмкiндiк бердi [13].
ДНҚ-фингерпринт (синонимі - "гендiк дактилоскопия") көптеген
қайталанатын кезектесулердің локустарының полиморфизмін зерттеуге мүмкiндiк
бередi (мультилокусті талдау). Талдау РФҰП жағдайындағы әдiспен
жүргiзiледi, бiрақ спецификалық гибридизацияланған зонд ретiнде
қайталанатын тiзбектердің кезектесулері - минисателлиттер қолданылады.
Минисателлиттер геном бойынша дисперсияланған және олар ұзындығы 9-100 аса
п.н. бірнеше рет қайталанатын кезектесулер бірліктерден құралады (тандемді
қайталанатын кезектесулер). Жеке кезектесулер бiр-бiрiнен ортақ ұзындықтары
("мотива" қайталануларының саны) және "мотива" нуклеотидті
кезектесулеріндегi кейбiр вариациялары бойынша ерекшеленеді. Гибридизация
кезінде "королы" кезектесулердің зонд ретінде қолданылуы рестракционды
полиморфизмнің көптеген аймақтарын анықтауға және нақты бір түрге тән
геномды ДНҚ-ның гибридизациясының жоғары спецификалық көрінісін алуға
мүмкіндік береді. Осы әдіс көмегімен сүтқоректiлердің геномынан 30 астам
жоғарыполиморфты локустарды анықтауға болады. Көптеген минисателлитті
кезектесулер жоғары консервативті және олар әртүрлi организмдердің ДНҚ-да
аналогиялық кезектесулерді анықтау үшiн қолданылады.
Минисателлитті зондтар әмбебап сипатта ғана емес, сонымен қатар локус-
спецификалық түрде болады. Локус – спецификалық минисателлиттерді гелден
бөліп алған ДНҚ фингерпринінде ерекше жолақ көрсететін фрагменттерді
клондау арқылы алуға болады. Монолокусті микросателлиттер жоғары мәлiметтi
және олар гендердiң жалғасу топтарының талдауы үшiн тиiмдi қолданылады [10-
11].
Минисателлиттерде полиморфизмнің пайда болуы және сүйемелденуiнiң
негiзгi механизмі теріс кроссинговер және гендiк конверсия болып табылады.
Сонымен қатар, микросателлиттердің биiк вариациялы (тұрақсыздық) болуы
қайталанатын кезектесулердің iшкi қасиеттеріне емес, мутацияларды
туындататын фланкирлеуші кезектесулерге және геномның мутагенді жүйелерінің
активациясына байланысты болады. Адамның гипервариабельді минисателлитті
локустерiндегi мутациялық процессiнiң жылдамдығы толық геномды ДНҚ-ға
қарағанда жоғары. Өте жоғары полиморфизмнің арқасында маркерлердің бұл түрi
популяциялық немесе филогенез зерттеулерiнде қолданылмайды, адамның,
өсiмдiктердің және жануарлардың жеке идентификациясы үшiн қолданылады.
Блот-гибридизация қолданылатын рестрикциялық талдау (РФҰП,
минисателлиттер) әдiстерiнiң кемшiлiктерi: радиоактивті изотоптардың
қолданылуы, процесстің қиындығы мен ұзақтығы, талдаулар үшін жоғары сапалы
ДНҚ-ның көп мөлшерде қажеттігі. Бұл кемшіліктер әдістің кең қолданылуына
кері әсер етеді [8-11].
1. Биохимиялық маркерлер
Молекулалық маркердердің алғашқысы ақуыз полиморфизмінің талдауына
негізделіп жасалған маркерлер (биохимиялық маркерлер) болды. Бiрнеше жүз
биохимиялық маркерлердің қолданылуы 2000-нан астам биологиялық түрлердің
(микроағзалардан адамға дейін) генетикалық полиморфизмінің деңгейін
анықтауға және популяциялық генетиканың негiзгi теориялық құрылымын жасауға
мүмкіндік берді. Дегенмен, зерттеулер барысында маркерлердің бұл түрiнiң
қолдануындағы шектеулер де анықталды. Ең алдымен, ақуыздардың талдауы тек
қана ақуыз-кодтаушы кезектесулердің және экпрессирлеуші гендердің
полиморфизмін зерттеуге мүмкiндiк берді. Егер жоғарғы эукариоттардың
геномының 1% ғана ақуыз-кодтаушы кезектесулер құрайтынын ескерсек,
зерттеулерде геномның негiзгi бөлiгi еленбей тыс қалатыны анық. Сонымен
қатар талдаулардан мынадай функционалдi-мәнді аймақтар тыс қалады, олар:
промоторлы аймақтар, энхансерлер, интронда орналасқан регуляцияның әр түрлі
сайттары, гендердің транслирленбеуші аймақтары, сонымен бiрге гендерден тыс
аймақтар, кодпен жазатын кезектесулерден түбегейлi қашықтықтағы аймақтар
[15-18].
Бұл әдiстiң мүмкiндiктерi үй жануары, құстар, мәдени өсiмдiктердiң
популяцияларындағында ақуыз полиморфизмінің төмен деңгейде болуымен,
биологиялық материал таңдауында және оның жиынының уақытының шектелулерімен
ерекшеленеді.
Маркерлік жүйе ретінде ақуызды полиморфизм әдісін қолданғандағы ген
өнімі деңгейінде емес, генетикалық полиморфизмді тікелей гендік деңгейде
тестілеуге мүмкіндік беретін ДНҚ полиморфты нуклеотидті кезектесулерінің
қолданылуы зор маңызға ие. ДНҚ - маркерлері геномның маркерлермен қанығуы
мәселесінің шешiмiн табуға және ДНҚ кез келген бөлiмін, соның iшiнде
кодталмайтын аймағын маркерлеуге мүмкiндiк бередi. Бұдан басқа, бұл
маркерлеуші жүйелер талдаулар үшін организмнің даму кезеңіне тәуелсiз кез-
келген ұлпалар мен мүшелерді қолдануға мүмкiншiлiк бередi және өзге
маркерлермен салыстырғанда бiр қатар артықшылықтарға ие [16].
Кесте -1 ДНҚ маркерлерінің қасиеттері
Пайдалы қасиеттері Геномның кез-келген кезектесулерін тестілеу
мүмкіндігі
Тұқым қуалаушылықтың аналық түрін талдау мүмкіндігі
(митохондриялық ДНҚ)
Тұқым қуалаушылықтың аталық түрін талдау мүмкіндігі
(Ү-хромосома)
Тұқым қуалаушылықтың тұрақтылығы
Плейотропты әсердің жоқ болуы
Аллельдердің көптүрлілігі
Генетикалық өзгергіштіктің табиғаты жайында
ақпараттылық
Ретроспетивті зерттеулердің жүргізілу мүмкіндіктері
Методикалық ыңғайлығы Кез келген ұлпада анықтау мүмкіндікері
Дамудың кез келген сатысында анықтау мүмкіндіктері
ДНҚ үлгілерінің сақталу мерзімінің ұзақтығы
Гербарилі материалдың, қазылып алынған қалдықтардың
және т.б. қолданылу мүмкіндіктері
Маркерлердің көлемініңҮлгі үшін маркерлер санының шектелуінің болмауы
шексіз болуы Ақуыз-кодтаушы кезектесулерге маркерлердің көптігі
Кодталмайтын кезектесулер үшін маркерлердің көптігі
(интронды, генаралық, реттеуші аймақтар және т.б.)
Қайталанатын кезектесулер үшін маркерлердің көптігі
1.1.2 Ақуызды маркерлер
Зерттеулерде алғаш пайдаланылған молекуларлық маркерлердің бірі -
ақуыздық маркерлер болды. Олардың пайда болуымен өсімдіктерді генетикалық
маркерлеудің жаңа мүмкіндіктері анықталды. Ақуыздық маркерлерді
пайдаланудың мәні ақуыздар гендер экспрессиясының өнімдері, сондықтан олар
ДНҚ бөліктерінің сәйкес келетін құрылымы мен жағдайы туралы ақпарат бере
алады, ақуыздық маркерлер морфлогиялық белгілерге қарағанда, фенотиптік
белгілерге көбірек ұшыраған.
Ақуыздық маркерлер морфологиялықтарға қарағанда басымдылыққа ие.
Мысалы, гендік орындарды (локустағы) дәл ұқсастуға, генетикалық
сараптамада өзге локустардың әсеріне болатын проблемалардың алдын алуға
мүмкіндік береді. Сонымен бірге кез-келген морфологиялық белгі гендердің
бір көрінісі ғана болып табылады. Фенотиптің өзге ерекшеліктері жоғарғы
беттік көзге көрініп тұрған өзгерістерден, бақылаудан жасырын тұруы мүмкін.
Сондықтан ақуыздық маркерлердің көмегімен көзге көрінбейтін шағын түрленуді
анықтауға болады. (Конарев, 1993) [17].
Ақуыздардың өзгергештігіне мутациялық процесс себеп болатындықтан,
ақуыздық маркерлер жай жүретін эволюциялық оқиғаларды сипаттауға, әсіресе
соматикалық клеткалар мен ұлпаларды зерттегенде ыңғайлы. Ақуыздық
маркерлердің алатын ерекше орны олардың қасиеттеріне байланысты,
ақуыздардың жиынтық құрамы жеткілікті түрде тұрақты және қазіргі бөліну
әдістеріне қарай олар жеңіл ұқсастандырылады.
Өсімдік ұлпаларын қалпына келтіру процесін зерттеуде изоферменттер
морфологиялық белгілерден басымдау болып келеді. Сонымен бірге Джексон мен
Дейлдің еңбектерінде дисмутазаның суреоксид изферменттерінде сомаклональдық
нұсқалардың барлығы анықталды, ол цитологиялық зерттеулер хромосомдар
құрамы мен санында бұзылуларды анықтаған жоқ. (Jackson, Dale, 1989).
Изоферменттік жүйелерді зерттеуде молекуларлық талдау үшін
өсімдіктің жетілуінің барлық кезеңдерінде тұрақты дамитын және қоршаған
орта жағдайы аз ықпал ететін ферменттерді таңдау қажет.Сондықтан осындай
сараптамаларда пероксидаздың изферментті жүйесі жиі қолданылады. Атап
айтқанда, изоперокодаз талдауы көптеген зерттеулерде қолданылады (Orton,
1980; Каrр et al., 1987) [20].
Мысалы, изоферменттерді лимонның протоклондарын ұқсастандыру үшін
қолданылды (Vardi, 1977), ал кейбiр авторлар пероксидаза және эстераза
спектрлерiн талдау негiзiнде жүгерінiң А188 түрінде сомаклонды
вариациясының тұқым қуалайтындығын атап көрсеттi. Бұл сомаклондар бастапқы
желілерінен бірқатар сандық белгілері бойынша: дәнегінің реңі, гүлдеу
мерзімі, эмбригендік шорлануының қалыптасу қасиеттерімен ерекшеленді
(Атаева және өзгелер., 1994). Сомаклондық өзгерістер қандай да бір
аллельдің өзгеруінен реактивтену нәтижесіндеосы ген бар хромосом
бөлшегінің жоғалуына апарады (Каrр, 1995; Joyce et al, 2003).
Алайда морфологиялық айырмашылықтардың барлығы изферменттік
өзгерістермен байланысты емес. Бұған мысал ретінде Cereus peruianus
(Cactaceae) алуға болады. 633 сомаклондар ішінде 200 бастапқы
өсімдіктердің изферметтік спектрін зерттегенде (дегидрогеназаның
изоцитраты, дегидрогеназаның сорбитолы, дегидрогеназаның алкоголі,
дегидрогеназаның малаты, пероксидазалар, эстеразалар) айырмашылықтар
байқалмаған, алайда 68% регенерантында морфологиялық деңгейдегі
айырмашылық анықталды (Mangolin et al., 1997) [21].
Екінші жағынан, стахис S. Sieboldil регенерантарының әр алуан
цитокининдер құрамында (БАП от 1 до 10-20 мгл.) микрокөбеюі кезінде
морфологиялық өзгерістер байқалмаған, изопероксидаз талдауы
регенеранттардың біраз бөлігі бақылауға алынған өсімдіктерден бір жолағы
жоқ болуымен, немесе экспрессиясының өзгеруімен ерекшеленді. БАП-тың төмен
деңгейдегі концентрациясында ген экспрессиясының өзгерісі өтеді, ал
концентрациясының 10-20 мгл дейін ұлғаюы сандық өзгерістерге, яғни
жекелеген жолақтардың жоқ болуымен түсіндірілді. Өзге түрдегі S. осymastrum
стахис регенерантында БАП 5мгл болғанда қосымша жолақтар байқалды.
Пероксидаз сараптамасы сандық және сапалық өзгерістер болатынын көрсетті
және олар жетілудің экзогендік реттеушілер әсерінен генрдер экспрессиясының
өзгерісі шоғырлану кезеңін айналып өтеді және бұл өсімдіктің сабақтық
өскіндерінің тікелей регенерациясында сомаклондық тербелісі пайда болады
(Легкобит, Хадеева, 2004).
Ақуыздық маркерлердің басымдылықтарына қарамай, бірқатар кемшіліктері
де бар. Ақуыздық маркерлерді тек айқындалушы (экспрессирлеу) гендерде
қолданады, яғни олар ақуыздарды кодтаушы ДНҚ тізбегіндегі өзгерістерді
анықтауға мүмкіндік береді. Бұл жағдай өсімдік геномының 80%-ын реттеуші
аумақтар (проморлар, энхансералар) немесе гендердегі интрондар құрайды.
Сонымен бірге ДНҚ нүктелік өзгерістер аминқышқылдық тізбектің өзгерісіне
немесе олардың өзгерісі ақуыздық молекулалардың жиынтық зарядын
өзгертпейді, сондықтан мұндай айырмашылықтар анықтала бермейді.
ДНҚ маркерлердің пайдаланылуы изозимдық – ақуыздық маркерлерге тән
кемшіліктерді жоюға мүмкіндік береді. Өсімдік геномына сараптама жасауда
ДНҚ маркерлерін қолданудың негізгі басымдылықтары мен морфологиялық
белгілері мынадай:
- генотипке қоршаған орта әсері мен жеке жетілу факторларына
қарамай тікелей талдау жасау мүмкіндігі;
- ДНҚ кез келген бөлігін сараптама жасау кезінде қолдануға болады;
- өсімдік материалын ұзақ мерзім сақтауға немесе бөлінген ДНҚ-ның
қасиеттерін жоғалтпай сақтау мүмкіндігі;
Қазіргі таңда биология саласының нақты тәжірибелік және негізгі
мәселелерін шешуге мүмкіндік беретін бірқатар молекуларлық әдістер
жобаланған (Чесноков, 2005) [17-22].
1. 2 Амин қышқылдарынан белоктардың түзілу механизмі
Амин қышқылдары өсімдікте кетон қышқылдарын тікелей аминдеу немесе
қайта аминдеу деп аталатын екі негізгі реакция арқылы синтезделеді. Олардың
құрамында карбоксил тобынан басқа, амин тобы да болады. Амин қышқылдарының
тірі организмдер үшін физиологиялық маңызы бар екі қасиетіне назар
аударайық. Оның бірі амфолиттік, екіншісі оптикалық активтік. Сулы
ерітінділерде амин қышқылдарының СООН және NH2 тобы ортадағы реакцияға
қарай диссоциацияланады. Мысалы, сілтілі ортада амин қышқылының карбоксил
тобы диссоциацияланғанда минус заряд, қышқыл ортада NH2 тобы
диссоциацияланғанда плюс заряд пайда болады.
Сөйтіп, амин қышқылы ортадағы реакцияға байланысты бірде қышқыл, бірде
сілті ретінде қызмет атқарып, амфолиттік қасиет көрсетеді. Бейтарап ортада
олар қос зарядты цвиттерион түрінде болады [3].
Амин қышқылдарына оптикалық активтік тән. Олардың ерітіндісі арқылы
полярланған сәулені өткізгенде сәуленің поляризация бағыты өзгереді.
Оптикалық активтік кеңістіктік изомерияға, яғни хиралды көміртегі
жағдайында атомдар тобының әркелкі орналасуына байланысты. Мысалы аланин
амин қышқылы екі түрлі болып кездесуі мүмкін.
Өсімдік клеткасынан 150-ден астам амин қышқылдары табылған. Олардың
көбі фотосинтез кезінде немесе топырақтан азотты қабылдау кезінде, жалпы
метаболизм процесінде түзіледі. Олардың ішінде валин, лейцин, изолейцин,
метионии, треонин, фенилаланин, лизин, аргинин, гистидин және триптофан
ерекше қажет [2].
Бүйірлік радикалдарының құрылысына байланысты барлық амин қышқылдары 4
класқа бөлінеді. I класка гидрофобты амин қышқылдары аланин, лейцин,
изолейцин, валин, пролин, фенилаланин, триптофан, метионин жатады. II
класқа поляризацияланған, электр заряды жоқ амин қышқылдары серин, треонин,
тирозин, цистеин жатады. Бұл амин қышқылдары сумен Н-байланыс түзуге
қабілетті. III класқа плюс зарядты лизин, аргинин, гистидин амин кышқылдары
жатады. IV класс минус зарядты аспарагин және глутамин амин қышқылдарын
біріктіреді. Олар рһ бейтарап аймақта тұрғанда теріс зарядқа ие болады.
Өсімдіктерде амин қышқылдары кең таралған. Ал белоктардың құрамына
20—22 амин қышқылы кіреді. Белок молекуласының конформациясы амин
қышқылдарының бүйірлік радикалдарына байланысты.
Белок химиясының тарихы, бәлкім 1745 ж. "Белок ғылым және өнер
институтының комментарийларында (хабарламаларында)" итальяндық Я.
Беккаридің жарияланған жұмысымен басталған бо-лар. Бидай ұнынан бұрын
белгісіз зат алғанын ғалым осы еңбегінде хабарлаған. Бидайдан алынған
клейковина ұқсас болған [5].
Осылайша алғашқы белок препараты дайындалған. Сөйтіп, белоктық
заттарды зерттеудің ұзында және өте қиын тарихы басталды. Ғалымдар ең
қарапайым белок - инсулиннің молекуласының құрылысын ашқанша 200 жылдан
артық уақыт өтеді. Осы мезгіл бойы белок құрамы, оның ұйымдасу жөнінде
ондаған болжамдар ұсынылып және олар бекерге шығарылған. Барлық болжамдар
ғылыми мұрағаттарда жайлы орын тапқан.
Әйтеуір, 1945 ж. көптеген зерттеушілердің күшімен белок
молекулаларының бір ұзын тізбекке жалғанған амин кышқылдарынан тұратыны
анықталды. Белок молекуласын түзетін амин қышқылдары көп емес - барлығы 20.
Ал қараңыздар, белоктар молекуласы амин қышқылдарының кезектесіп орналасу
бір ізділігімен ерекшеленеді. Мысалы, бір белокта валиннен кейін триптофан
келеді. Олардың орнын ауыстыру арқылы басқа қасиеті бар жаңа молекула алуға
болады. Айталық, егер біріншісі организмде маңызды қызмет атқарса, екіншісі
мүлде қажетсіз болуы мүмкін [3].
Ал енді математикаға оралайық. Егер біз белок молекуласын әрдайым
жаңадан 20 амин қышқылынан құрастырсақ, төрт амин қышқылынан тұратын пептид
20-20-20-20= 160000 әртүрлі тізбек, ал амин қышқылының п санынан - 20"
тізбек береді. Сөйтіп, орташа ұзындығы 300-ге таяу амин қышқылынан тұратын
10390 әртүрлі белок болуы мүмкін. Ал жиырма амин қышқылынан тұратын
молекула "нағыз" белок молекулаларымен салыстырғанда өте кұртымдай құрылым.
Осыдан бар жоғы 20 амин қышқылынан ғана құрылған белоктардың шексіз
түрлерінің пайда болатынына көз жеткізуге болады.
Белоктар - биологиялық макромолекулалардың негізгі кластарының бірі.
Клеткалардың көп мөлшері белоктардан тұрады: құрғақ заттың жартысы
белоктардың үлесіне тиеді. Клетканың құрылымын және пішінін белоктар
анықтайды; сонымен қатар, молекулалық тану және катализдік құрал қызметін
атқарады. Клетка құрылысына қажетті ақпаратты ДНҚ "шартты" түрде, клеткалық
процестерге тікелей араласпай, ұстайды. Мысалы, оттегін тасымалдау
гемоглобинге тән қасиет, бұл белокқа жауапты геннің оған қатысы жоқ.
Компьютерлік терминологияны қолдансақ, нуклеин қышқылдары аналық клеткадан
алынған нұсқауды "бағдарламамен қамтамасыз етеді". Белоктар "аппараттың
қамсыздандыру" - клетканың жадында сақталған бағдарламаның физикалық
механизмін іске асырады. Осындай нуклеин кышқылдары мен белоктар қызметінің
айырмашылығы, оларды құрайтын суббірліктердің химиялық табиғатынан
байқалады.
ДНҚ және РНҚ молекулалары химиялық жағынан өте ұқсас алып
молекулаларды құрайтын нуклеотидтерден тұрады, олардың қасиеті
бірізділігіне көп байланысты емес. Ал белоктар әртүрлі 20, бір біріне
ұқсамайтын, амин қышқылдарынан тұрады, олардың әрқайсысының химиялық
қасиеті ерекше.
Атқаратын қызметінің шеңберінің кеңдігі, олардың химиялық құрылымының
және кеңістіктегі пішінінің молшылығымен сипатталады. Әртүрлі белоктардың
химиялық қасиеттерінің әмбебаптығы да осыған негізделген.
Белок макромолекуласының күрделі құрылымында бірнеше деңгейлер болады.
Оның ішіндегі алғашқы ең қарапайымы полипептид тізбегі, яғни өзара пептидті
байланыспен жалғанған амин қышқыл буындарының тізбегі. Бұл – белоктың
алғашқы қүрылымы деп аталады; мұндағы байланыстардың бәрі ковалентті, яғни
нағыз химиялық берік байланыс. [6]
Полипептидтік тізбектің бөлігінің екінші құрылымы деп бүйірлік
тізбектің конформациясын есептемегендегі сол фрагменттегі негізгі тізбектің
конформациясын айтады. Мұнда белок жіпшесі шиыршық тәрізді ширатылып
тұрады. Шиыршық орамдары тығыз орналасады да, көршілес орамдардағы атомдар
мен амин қышқылының радикалдары арасында бір-біріне тартылу пайда болады.
Атап көрсеткенде, көршілес орамдарда орналасқан пептидтік байланыстар
арасында (NH-пен СО-топтары арасында) сутектік байланыстар түзіледі.
Сутектік байланыс ковалентті байланыстан әлдеқайда әлсіз, алайда, бірнеше
қайталанғаннан кейін ол да берік ілінісетін болады. Сансыз көп сутектік
байланыстармен "жөрмелген" полипептидтік шиыршық едәуір тұрақты құрылым
болып саналады. Белоктың екінші құрылымы одан әрі тағы түйінделеді. Ол
әлдеқайда қызық иіріле келіп оралады, бірақ соның өзінде де ол бір қалыпты
және әр белокта ерекше пішінде болады [3].
Жекеленген полипептидтік тізбектің барлық атомдарының кеңістікте
орналасуын белоктың үшінші құрылымы деп атайды.
Кейбір белоктар бірнеше полипептидтік тізбектерден құралады. Әрбір
тізбек - бір суббірлік немесе мономер. Үшінші құрылымды жалғастырушы
байланыстар сутекті байланыстардан да әлсіз болады. Оларды гидрофобты деп
атайды.
Бұл - полюссіз молекулалардың немесе полюссыз радикалдардың арасындағы
ілініс күші. Ондай радикалдар амин кышқылдарының бірсыпырасында кездеседі.
Полипептидтік байланыстағы гидрофобты радикалдардың бір-біріне тартылып,
жабысу себебі суға шашыраған майдың немесе басқа бір гидрофобты заттың
тамшыға жиналу есебімен бірдей. Гидрофобты ілінісу күші өте әлсіз байланыс
болғанымен де, бірнеше рет қайталанатындығынан олардың барлығы қосылғанда
едәуір әрекеттесу қуатын береді. Белок молекуласының аса күрделі құрылымын
ұстап тұруға "әлсіз" байланыстардың қатысуының салдарынан, ол анағұрлым
тұрақты және өте қозғалғыш болады. Кейбір белоктардың макромолекуласының
үшінші құрылымын ұстастыруға амин қышқылы цистеиннің арасында пайда
болатын, S-S байланыс деп аталатын берік коваленттік байланыс әжептәуір
роль атқарады, бірақ тұрақты үшінші құрылым ұйымдасу үшін олардың болуы
шарт емес. Мысалы, миоглобин және гемоглобин молекулаларында S-S
байланыстар жоқ. Көпшілік жағдайларда белоктың бірнеше макромолекуласы бір-
бірімен қосылып. өте үлкен агрегаттар түзеді. Мысалы, гемоглобин осы
белоктың төрт макромолекуласының жиынтығы болып саналады. Тек осылай жиялу
арқылы ғана гемоглобин қалыпты қызмет атқарады, яғни оттегі молекулаларын
қосып алып тасымалдай алады екен.
Белоктың төртінші құрылымы деген ұғым – мономердің кеңістіктегі өзара
орналасуы, олар бірнеше суббірліктерден құралып, белок молекуласын құрады.
Гемоглобин молекуласы әдеттегі тетрамер болғандықтан, оның құрамына екі
бірдей α-тізбек және екі ұқсас β-тізбек кіреді. Төртінші құрылым
байланыстар (сутекті, гидрофобты) әлсіз жалғасқан, ал кейде S-S-
байланыстармен де жүзеге асырылады.
Дисульфидтік көпірше – бұл екі цистеин қалдықтарының арасындағы
ковалентік байланыс. Мұндай көпіршелер кейбір секреторлық белоктарда
кездеседі. Көпірше глобуланың ішінде де, сондай-ақ оның үстінде де орналаса
береді. Көптеген белоктарда, қалыпты цистеиндер болғанмен, дисульфидтік
көпіршелер болмайды. Атқаратын қызметіне сай белоктар: глобулалық белоктар,
шамалап салыстырсақ сфера пішіндес, катализ, транспорт немесе реттеу сияқты
арнаулы процестерге қатысады. Кейбір белоктық заттардың құрамына фосфор
кіреді, аз мөлшерде кейде темір, мыс, йод, хлор, бром және т.б. элементтер
де кездеседі [3].
Белоктардың құрылымдык элементіне амин қышкылдары енеді. Белок
молекулалары бір-бірімен бірнеше байланыстар арқылы біріге алады. Әсіресе
жануарлар мен өсімдіктер организміндегі кездесетін белоктардың көпшілігінің
пептидті байланыс арқылы байланысатыны анықталды. Пайда болған амин қышқылы
үшінші бір амин қышқылымен байланыса алады. Осы пептидті байланысты
анықтаған және дамытқан немістің атақты ғалымы Эмиль Фишер болды.[3]
Амин қышқылының белок молекуласында алатын орны тек өзіне ғана тән.
Егер амин қышқылы басқа амин қышқылымен орын алмастырса, қасиеті өзгереді.
Сенджер деген ғалым белок молекуласында кездесетін қышқылдарды, олардың
табиғатын анықтады. Инсулин белогы ұйқы бездерінің гормондарынан алынады.
Қарапайым белокка жатқанымен тіршілікте маңызы зор. Осы инсулин белогінің
полипептидті қалдықтардан тұратыны анықталды.
Белок молекуласына кіретін амин қышқылдарының саны өте көп. Гликокол
немесе глицин H2N-СН2-СООН бұдан басқа аланин амин қышқылы немесе
аминопропион қышқылы сол сияқты цистеин амин қышқылы, метионин және т.б.
кіреді.
Белок молекуласына моноамино-, диамино-, тиоқышқылдар және басқа
қышқылдар енеді. Белоктардың біріншілей құрылымы кейбір белоктар үшін ғана
анықталады. Мысалы: инсулин, рибонуклеаза, т.б. І950 ж американ ғалымы
Полинг белок молекуласының біріншілей құрылымын көрсетті. Белоктар 2 үлкен
топқа бөлінеді:
1. Протеиндер - қарапайым жай белоктар.
2. Протеидтер - күрделі белоктар.
Белоктар өте күрделі жоғары полимерлі заттар. Оларды құрайтын
мономерлер - амин қышқылдары бір-бірімен жалғасып полипептид береді, осы
полипептидтердің бірігуінен белок молекуласы пайда болады. Әр организмнің
өзіне тән белогы болады. Неміс ғалымы Абдер Гальден былай деген "егер 32
әріптен канша сөз жасауға болса, 22 амин қышқылдарынан сонша белок
молекуласын жасауға болады" [6].
Белоктың физикалық және химиялық қасиеттері организмнің тіршілік
әрекетінің негізін құрайды. Белоктардың коллоидтық қасиеті, коацерват
түзушілігі, денатурация құбылысына ұшырауы, сумен байланыс жасай отыра
гидрадтануы, электр заряд түзушілік қасиеттері маңызды роль атқарады.
Белоктың атқаратын қызметі. Организмде белок алуан түрлі қызмет
атқарады. Белоктың қызметін көбіне жекелеген молекулалар да жүзеге асыруы
мүмкін. Белоктың ең басты қызметі — катализаторлық қызмет. Барлық тірі
организмдерде зат алмасу реакциялары ферменттердің әсер етуімен жүзеге
асады. Белгілі ферменттердің барлығы белоктардан құралған.
Заттарды тасымалдау да белоктың маңызды бір қызметі. Заттардың клетка
мен органоидтар ішінде қозғалуын белок реттеп отырады, яғни оларды активті
түрде тасымалдайды. Соңғы кезде клетка мембранасының құрамында түрлі
тасымалдаушы белоктардың болатыны анықталған.
Белок сондай-ақ организмнің иммундық қасиеттерін жүзеге асырады.
Сонымен бірге белоктың тағы маңызды қызметінің бірі — оның құрылыс
материалы ретінде пайдаланылуы. Белок барлық протоплазмалық органоидтардың
негізін кұрайды. Ол құрылым компонентінің бірі ретінде барлық клетка
мембраналарының құрамына кіреді, тіпті сұйық гомогенді цитоплазмалық
матриксте де белок кездеседі [4].
Тірі организмдердің негізін құрайтын белоктардың маңызды ролін Ф.
Энгельс: Тіршілік-белокты денелердің тіршілік ету әдісі-деп көрсеткен
болатын. Белок - организмдегі заттардың ең күрделісі, ал оның элементтік
құрамы айтарлықтай қарапайым болып келеді. Онда 51-53% көміртегі, 16-18%
азот, 7% сутегі, 21-23% оттегі, 0,7-1,3% күкірт болады. Кейбір белоктарда
бұған қосымша фосфор да кездеседі. Үрмебұршақ, соя, күнбағыстың тұқымында
белоктың мөлшері едәуір көп болады. Бұл өсімдіктер тұқымының үгілген
массасын сумен, тұзды, спиртті және әлсіз сілтілі ерітінділермен тұндыру
жолымен олардан белокты бөліп алу қиын емес. Күшті қышқылдармен және
сілтілермен бірге қайнатқан кезде, сондай-ақ ферменттердің әсерімен белок
амин қышқылдарының қоспасына ыдырайды [5-7].
1.3 Белок конформациясы.
Белок молекуласының конформациясы амин қышқылының бірізділігімен
анықталады. Полипептидтік тізбекте көптеген байланыстардың төңірегінде
айналым болуы мүмкін, сондықтан белоктың кез келген молекуласы өте көп,
әртүрлі пішін немесе конформация түзетін қабілеті бар. Бірақ биологиялық
жағдайда полипептидтік тізбектердің көпшілігі осы конформациялардың бір
түрінде ғана кездеседі [11].
Бұл амин қышқылдарының бүйірлік топтарының өзара және сумен өте осал
ковалентті емес арақатынасына байланысты. Белгілі бір конформация әдеттен
тыс тұрақты бола алады, ал оның қандай болатыны - амин қышқылдарының
полипептидтік тізбекте орналасуына байланысты. Көптеген белоктардың
полипептидтік тізбектері өз бетімен түзілу конформацияға түйінделеді.
Мысалы белокты жазу, немесе денатурациялау (лат. denaturare - табиғи
қасиетін жою) арқылы алғашқы конформациясын жоғалтқан икемді полипептидтік
тізбекке айналдыруға болады. Бірақ, мейлінше жұмсақ денатурациялау әсері
әдетте қайтымды, жазылған полипептидтік тізбек табиғи конформациясына өзі
түйінделді. Оның мұндай қылығы белок молекуласының конформациясын
анықтайтын ақпараттың бәрі амин қышқыл бірізділігінде екендігінің айғағы.
Полипептидтік тізбектің түйінделуін басқаратын маңызды факторлардың бірі -
полярлық және полярлық емес бүйірлік топтардың орналасу тәртібі болып
табылады [10].
Белок синтезінің барысында олар дың көпсанды гидрофобты (гр. "һуdог"
-су, "рһоЬоs" - қорқу) бүйірлік топтары белок глобуласының ішіне жиылуға
тырысады, себебі судан құтылуына мүмкіндік туады. Сол кезде барлық полярлық
топтар белок молекуласының үстіне жиылады, онда бұл түзілімдер сумен және
басқа полярлық топтармен арақатынас жасай алады. Пептидтік топтар өздеріде
жеткілікті полярлы, сондықтан сутектік байланысты бір-бірімен және полярлық
бүйірлік топтармен құруға тырысады. Осындай жолмен белок глобуласының
ішіндегі, түгелге жуық полярлық топтардың жұптасуы жүреді. Сөйтіп, сутектік
байланыстар белок молекуласының түйінінде бір полипептидтік тізбектегі
әртүрлі бөлшектерінің арақатынасында басты роль атқарады. Сонымен қатар,
олар белок молекуласының үстіндегі арақатынастарда да маңызды орын алады.
Цитоплазмадан тыс белоктар (секреторлык белоктар немесе клетка үстіндегі
белоктар), бір полипептидтік тізбектің әртүрлі бөлшектерінің арасында
косымша коваленттік байланыстар түзеді. Мысалы, цистеиннің екі SH-
топтарының арасындағы дисульфидтік байланыстар ( SS-көпіршелер деп те
аталады), түйінделген полипептидтік тізбектің көршілес келетін
бөлшектерінің арасында жүреді, олар клеткадан тыс белоктардың кеңістіктегі
құрылымын тұрақтандырады; дұрыс түйінделу үшін дисульфидтік байланыстың
қажеті жоқ.
Амин қышқылдарының барлық жеке арақатынасының нәтижесі, көптеген белок
молекулалары өздеріне тән конформацияға спонтанды түрде келе береді: әдетте
қомақты глобулалық, бірақ ішінара фибриллярлық созылған пішінде де болады.
Глобуланың ортасы бүйірлік гидрофобтық топтармен тығыз қапталған,
кристалдың ішіндегідей, ал полярлық бүйірлік топтар күрделі және тұрақсыз
сыртқы қабатты құрайды. Белоктың кіші молекулалармен және басқада
молекулалардың үстіңгі қабаттарымен байланысу ерекшелігі әртүрлі адамдардың
осы күрделі беткі қабатта орналасуына және химиялық қасиеттеріне
байланысты. Химиялық тұрғыдан белоктар - белгілі молекулалардың ішіндегі ең
күрделілері.
Тізбектің бір-біріне ұқсас жиылу тәсілі әртүрлі белоктарда үнемі
қайталанып отырады. Полипептидтік тізбектердің амин қышқылдарының
бірізділігінде олардың түйінделуіне қажетті ақпарат болса да, ол ақпараттың
қалай оқылатыны әлі белгісіз, сондықтан белоктың кеңістіктегі болашақ
құрылымын бірізділік бойынша дәл болжайтын мүмкіндік жоқ. Сондықтан,
белоктың табиғи конформациясын белок кристалдарын анықтайтын өте күрделі
рентгенқүрылымдық талдау әдісінің көмегімен ғана табады. Бұл әдісті қолдану
арқылы осы күнге дейін 200-ден артық белок талданған. Лизоцим белогының
мысалында көлемді немесе қаңқалық үлгісі арқылы белоктың толық құрылымын
көруге болады.
Әртүрлі белоктардың кеңістіктегі құрылымын салыстыра отырып, әрбір
белоктың конформациясы бірегей болғанмен де макромомолекуланың жеке
бөлшектерінде тізбектің орам түрлері үнемі қайталанып отыратындығы
анықталды. Әсіресе, жиылудың (орамның) екі жолы жиі кездеседі, себебі олар
пептидтік топтардың өздерінің арасындағы сутектік байланыстардың дұрыс
ұйымдасуынан болады, ал оған бүйірлік тізбектердің арақатынасының
бірегейлігінің қатынасы жоқ. Осы екі тәсіл де 1951 ж. үлгінің көмегімен
жібек және шашқа жасалған рентгенқүрылымдық талдау нәтижесіне негізделіп,
дұрыс болжанған болатын [13].
Қазір бұл кезендік кұрылымдарды β-қатпарлы қабат және а-шиыршық деп
атайды. В-катпарлы конформацияда жібек фибрионының а-кератинде тері және
оның туындыларының (шаш, тырнақ және қауырсындар) белогында кездеседі. β-
қатпарлы қабаты құрылымы көптеген глобулалық белоктардың өзегінің басым
бөлігін құрайды. ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ТАРАЗ МЕМЛЕКЕТТІК ПЕДАГОГИКАЛЫҚ ИНСТИТУТЫ
Қорғауға жіберілді
________________ Кафедра
меңгерушісі ______________Г. К. Зияева
Дипломдық жұмыс
Биологиялық зерттеулерде молекулалық маркерлерді пайдаланудың
тиімділігі
Орындаған: Найзабаева Г. У.
Ғылыми жетекшiсі: б. ғ.к. Қожамжарова Л.С.
Тараз, 2012
МАЗМҰНЫ беті
Нормативтік сілтемелер 3
Анықтамалар, белгілеулер мен қысқартулар 4
Аннотация 5
Кіріспе 6
Негізгі бөлім
1 Генетикалық зерттеулердегі ДНҚ маркерлер: маркерлердің 9
түрлерi, қасиеттері және қолдану аясы
1.1 Рестрикциялық полиморфизмнің талдауына негiзделген ДНҚ10
- маркерлер
1.1.1 Биохимиялық маркерлер 12
1.1.2 Ақуызды маркерлер 13
1.2 Амин қышқылдарынан белоктардың түзілу механизмі 15
1.3 Белок конформациясы 20
1.3.1 ДНҚ-ны құрайтын белок молекулалары 22
1.3.2 Рибосомада белок синтезінің реакцияларын жүруі 26
1.3.3 Белоктардың биосинтезі және оны реттеу 27
1.3.4 Белок құрамындағы амин қышқылдарының генетикалық ролі 32
2 ДНҚ полиморфизмін талдау әдістері
2.1 РФҰП негізіндегі молекуларлық маркерлер 32
2.2 Полимераздық тізбектік реакция әдісі көмегімен геном 33
полиморфизміне талдау жасау
2.2.1 RAPD талдау 33
2.2.2 ISSR маркерлер 35
2.2.3 STS (Sequence Tagged Sites) маркерлер 36
2.2.4 AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) 37
2.2.5 Сомаклондық өзгерістерге кешенді талдау 38
2.3 Өсiмдiктердiң геномын молекулалық-генетикалық деңгейде39
зерттеу үшiн ПТР әдісін қолдану
2.4 Микросателлиттер және оның түрлерi 41
2.4.1 Геномды микросателлитті кезектесулер көмегімен зерттеу43
әдістері
3 Зерттеу нысаны мен әдістері
3.1 Зерттеу нысаны 46
3.2 Зерттеу әдісі 48
4 Зерттеу нәтежелері мен талқылаулар
4.1 Цистанхенің әр алуан популяциясындағы ақуыздар мен 49
ферменттердің құрамы
4.2 Өсімдіктердің ДНҚ полиморфизмін зерттеуде молекулалық 53
маркерлердің қолданылуы
Қорытынды 58
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 59
Нормативтік сілтемелер
Дипломдық жұмыста сілтемелер төменде келтірілген стандарттар негізінде
қолданылды:
ГОСТ 5.04.020 – 2008. Жоғары оқу орындарындағы диплом жұмысының құрылымы
мен рәсімдеу талаптары.
ГОСТ 1770-74 – Шыныдан жасалынған зертханалық ыдыстар. Зат шынысы,
пробирка, цилиндр және жабын әйнек т.б.
ГОСТ 4517-87 – Реактивтер.
ГОСТ 6709-72 – Дистилденген су.
ГОСТ 24027.0-80 – Өсімдіктер үлгілерін пайдалану, жинау және зерттеу.
ГОСТ 24027.1-80 - Өсімдіктер үлгілерін химиялық ыдыстарда сақтау.
Анатомиялық құрлысын анықтау.
ГОСТ 42-3-84 - Өсімдіктерден алынған үлгілердің сапалық негізін анықтау.
Шөпкеппені сақтау шаралары.
ГОСТ 2237-75 - Өсімдіктер жер үсті мүшелерін: гүлін, жапырағын, сабағын
т.б анықтау. Химиялық құрамына талдау жасау. Бөлім 1.Жинақ - М. - Изд-
во стандартов, 1994, 159б.
ГОСТ 2237-75 - Өсімдіктер мүшелерін: тамырын, жемісін, тұқымын анықтау.
Химиялық құрамына талдау жасау. Бөлім 2.Жинақ - М. - Изд-во
стандартов, 1994, 191б.
Анықтамалар, белгілеулер мен қысқартулар
Дипломдық жұмыста терминдер төменде келтірілген анықтамаларға сәйкес
қолданылды:
Cistanche ambigua– күмәнді сайсағыз
Ephedra equisetina Bunge – қырықбуын қылша
Ephedra intermedia Schrenk – қызыл тамыр қылша
Ephedra regeliana Florin – Кузмич шөбі немесе қос масақшалы қылша
Ephedra Fedtschenkoi Florin – Федченко қылшасы
Ephedra lomatolepes Schrenk – Регел қылшасы
Ephedra monosperma C.A.Mey. – жиекті қылша
Ephedra distachya Linn. – бүрлі қылша
Ephedra strobilacea Linn – даратұқым қылша
Популяция – белгілі бір географияық ауданға бейімделіп таралған бір
түрдің особьтарының жиынтығы.
Популяциялық полиморфизм –түрдің тиісті фитоценозды мекендеуге
бейімделген формасы.Ол өсімдіктің тіршілік стратегиясын белгілейді.
ДНҚ полиморфизм құбылысы – өсімдіктер систематикасындағы және әр түрлі
өсімдіктердің таксономиялық топтарындағы тарихи даулы сұрақтарды шешуге
мүмкіндік береді.
ПТР – ДНҚ полиморфизмін зерттеуде маңызды молекулалық-генетикалық
әдістердің бірі, олигонуклеотиттердің айналымының қайталануына бағытталған
жүйе (Randomly Amplified Polymorphic DNA – RAPD).
RAPD – өсімдіктердің генетикалық полиморфизімін зерттеуде кең
қолданылатын әдіс.
PCR – полимеразды тізбекті реакция (ПТР), (Polymerase chain reaction)
Праймер – геномдарды салыстыруда RAPD-спектрі жеткілікті ақпарат
алуға мүмкіндік беретін, полиморфты үзінділер.
Амплификация – олигонуклеотиттердің айналымының қайталануына
бағытталған жүйе (Randomly Amplified Polymorphic DNA – RAPD).
Ампликон – екі праймер аралығында орналасқан амплифицирленген ДНҚ
фрагменті.
UPGMA – бір түрдің популяциясың полиморфизмін анықтайтын әдіс,
туыстардың генетикалық дендограммасы.
ПААГ – полиакриламидтік гель
ДНК – дезоксирибонуклеин қышқылы
SDS – натрий додецилсульфат
dATP – дезоксиаденин нуклеотид
dGTP – дезоксигуанин нуклеотид
dCTP – дезокси цитидин нуклеотид
dTTP – дезокси тимидин нуклеотид
ТЭ – трис – ЭДТА буфер
Аннотация
Дипломдық жұмыста ДНҚ-маркерлерінің әр түрлі түрлері, олардың
артықшылықтары мен кемшіліктері және қолданылуы аясы қарастырылды.
Маркерлік жүйелер ретінде ПТР негiзінде жасалған ДНҚ-ның полиморфты
кезектесулерін қолдану геномдардың маркерлермен қанығу мәселесiн шешуге
және ДНҚ-ның кез-келген бөлігін маркерлеуге мүмкiндiк берді. ДНҚ
полиморфизмін саралаудың жоғары технологиялық әдiстерiнiң дамуы
өсімдіктерде генетикалық полиморфизм деңгейін анықтауға және популяциялық
генетиканың теориялық негізінің жасалуына мүмкіндік берді. Осы әдістер
көмегімен Cistanche ambiguа туысының ББЗ сандық және сапалық мөлшері
анықталды.
Аннотация
В дипломной работе рассмотрены разные типы ДНК-маркеров, их
достоинства и недостатки, области применения. Показано, что использование в
качестве маркерных систем полиморфных последовательностей ДНК, созданных на
основе ПЦР, позволило решить проблему насыщения геномов маркерами и
маркировать практически любые участки ДНК. Развитие высоко технологичных
методов анализа полиморфизма ДНК позляет оценить уровень генетического
полиморфизма у растений и разработать основные теоретические положения
популяционной генетики. С помощью этих методов определён количественный и
качественный состав БАВ рода Cistanche ambigua.
Annotations
In the research paper examined different types of DNA markers, their
advantages and disadvantages of the application. It is shown that the use
of a polymorphic marker systems, DNA sequences generated by PCR, which
solved the problem of saturation of genomic markers and label almost all
sections of DNA. The development of high-tech methods for analyzing DNA
polymorphism pozlyaet assess the level of genetic variation in plants and
to develop the basic theoretical principles of population genetics. With
these methods defined quantitative and qualitative composition of BAS kind
of Cistanche ambigua.
Кіріспе
Зерттеу тақырыбының өзектілігі: Ағзаның бойындағы пайдалы белгiлерiмен
сабақтаса келетін, қандай да бір физиологиялық көрсеткіштерімен түзетілетін
(мысалы, ферменттердің белсенділігі) жануарлардың, өсімдіктердің,
бактериялар немесе саңырауқұлақтардың геномының құрылымдық ерекшеліктерін
және зат алмасудың биохимиялық ерекшеліктерін молекулалық маркерлер деп
атайды. Молекулалық-генетикалық маркерлерді қолдана отырып селекционер
популяция ішінен белгілі аллельге ие жануарды, нақты өзіне қажетті генді
үлкен дәлдікпен таңдап алады. Мысалы, сиырларда лейкозға төзімді гендi
анықтай отырып ауруларға төзімді, генетикалық тұрғыдан сау және жоғары
өнiмдiлікке ие табындар жасау мүмкіндіктері бар.
Маркерлік жүйелер ретінде ПТР негiзінде жасалған ДНҚ-ның полиморфты
кезектесулерін қолдану геномдардың маркерлермен қанығу мәселесiн шешуге
және ДНҚ-ның кез-келген бөлігін маркерлеуге мүмкiндiк берді. ДНҚ
полиморфизмін саралаудың жоғары технологиялық әдiстерiнiң дамуы дербес
топтар ретінде қарастырылатын (ПТР-РФҰП, SSCP, т. б.) ДНҚ маркерлерінің
бөліктерін біріктіретін маркерлердің жаңа түрiнiң (SNPs) жасалуына жағдай
жасады. Молекулалық маркерлердің әр түрлi уақыт (1966-2003 жылға дейiн)
аралықтарындағы әр түрлi түрлерiнiң мәлiмдiлiктері қаралып, келешекке
болжам ұсынылады. Қазіргі уақытта ғылыми зерттеулердiң әдiстемелiгi
өзгеруде және жоғарғы технологиялар қолданыла отырып үлгiлерiдi жаппай
скринингтелуге ауысуда.
Генетикалық зерттеулердiң дамуындағы жетiстiктер информациялық
генетикалық маркерлердің болуына негізделген. Алғаш генетикалық маркерлер
ретінде морфологиялық (фенотиптік) белгiлер қолданылды, мысалы, осы
маркерлерді қолдану арқылы 1913 жылы бірінші генетикалық карта (Drosophilla
melanogaster генеом картасы) құрастырылды. Бірақ, морфологиялық белгiлердің
тұқымқуалаушылығы күрделі сипатта болуы мүмкін және сыртқы ортаның
жағдайларына тәуелдi болады. Зерттеулердiң молекулалық әдiстерiнің дамуы
генетикалық полиморфизмнің гендердің өнімдеріне (белокты немесе биохимиялық
полиморфизм) дейін және жасушаның генетикалық материалдар (ДНҚ
полиморфизмі) деңгейіне дейін талдау жасайтын жаңа тест жүйесін жасауға
мүмкiндiк бердi.
Соңғы жылдарда молекулалық генетиканың жетістіктері аллелдi гендердiң
полиморфизмін ДНҚ деңгейінде зерттеуге мүмкiндiк бередi. ДНҚ полиморфизмі
әр түрлi молекулалық маркерлеу әдiстерімен тестілеу мүмкін.
Биологияда әр алуан заманауи әдістердің қолданылуы өсімдік
метоболиттерінің тіршілігіндегі роліне баға беру ғана емес, жабайы
өсіміктердің нақты құрамындағы пайдалы заттарды анықтауға мүмкіндік
туағызды.
Қазақстанның кең даласында бес мыңнан астам өсімдік түрлері өседі.
Өсімдіктердің түрлік құрамы мен биохимиялық ерекшеліктері экологиялық
жағдайға байланысты. Қазақстанның өсімдіктер дүниесі биологиялық белсенді
заттардың таусылмас көзі. ББЗ синтезі туралы мәліметтер жоқ
болғандықтан, өсімдіктердің биологиялық құрамы аз зерттелген және
фармацевтикалық өндіріс жеткіліксіз дамығандықтан, Республиканың
өсімдіктер дүниесі шектеулі пайдаланылады.
Күмәнді сайсағыз ((Cistanche Hoffmgy et Link)) Қазақстан флорасының
құнды техникалық өсімдіктер қатарында саналады. Ол сабағында әр алуан
полисахаридтер, иридоидтер және өзге де биологиялық белсенді қосылыстар
бар болуымен құнды болып саналады және бұл заттар медицинасы жақсы
дамыған елдерде фармакологиялық белсенді қосылстар өндіруге шикізат
ретінде пайдаланылады.
Зерттеу мақсаты: Қазақстандық қылша түрлерінің және күмәнді сайсағыздың
биохимиялық, генетикалық, морфо-физиологиялық ерекшеліктерін анықтап,
биологиялық белсенді заттарды бөліп алу әдістеріне тереңірек көңіл бөле
отырып аталған өсімдік түрлерінің құрамындағы құнды биологиялық белсенді
заттардың құрылымдылық мөлшері анықтау, олардың шикізат өндіруде тиімді деп
саналатын негізгі популяцияларын өнеркәсіп пен фармакология саласына
енгізу.
Зерттеудің ғылыми және практикалық құндылығы: Зерттеу жұмысы Қазақстан
аумағында өсетін Ephedra L., түрлері мен Жамбыл облысының Мойынқұм
ауданында өсетін Cistanche тұқымдасының морфо-физиологиялық, генетикалық,
биохимиялық және биоэкологиялық ерекшеліктерін кешенді қарастыруға
арналған. Өсімдіктердің түрішілік ДНҚ құрылымына байланысты
айырмашылықтарын, ДНҚ құрамын анықтауда молекулалық маркерлеру әдісінің
тиімділігін анықтауға негізделген.
Зерттеу әдістері: Қазіргі таңда өсімдікке фитохимиялық зеттеу жүргізу
кезінде молекулалық биология мен өсімдіктер физиологиясының соңғы
жетістіктері бойынша ұсынылған тиімді әдістерді пайдаландық.
Түрлерді анықтау мен сипаттамалар жасауда Флора Казахстана еңбегі
кеңінен қолданылды. ДНҚ құрылымына байланысты айырмашылықтары мен ДНҚ
полиморфизмін анықтауда полемеразды тізбекті реакциясы, сонымен қатар,
белокты маркерлер көмегімен RAPD – спектрі әдісі қолданылды.
Зерттеу нәтижелері: Қазақстанның әртүрлі аймақтарында өскен қылша мен
сайсағыз өсімдіктерінің морфофизиологиялық және экологиялық ерекшеліктері
зерттелді. Сонымен бірге күмәнді сайсағыздың әр алуан популяциясындағы
ақуыздар мен ферменттердің құрамы анықталды. Өсімдіктердің ДНҚ
полиморфизмін зерттеуде молекулалық маркерлеу әдістерін қолданудың
тиімділігі толығымен дәлелденді.
Қолдану аймағы: Алынған зеттеу нәтежелері Қазақстан флорасының
жабайы емдік өсімдік түрлерін фитохимиялық және биохимиялық тұрғыдан
зерттеуде және өнеркәсіп пен фармакология саласына жаңа биологиялық
белсенді заттар алуда қолданылуы мүмкін.
Жұмыстың көлемі мен құрылымы. Дипломдық жұмыс Mіcrosoft Word 7,0 for
Wіndows жүйесінде компьютерде терілген 62 бет көлемінде баяндалып,
1−кесте және 10 − суретпен көрсетілді
Дипломдық жұмыс 3 бөлімнен, оның ішінде кіріспе, негізгі бөлім,
қорытынды, пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Пайдаланылған
әдебиеттердің жалпы саны −83.
Негізгі бөлім
1. Генетикалық зерттеулердегі ДНҚ маркерлер: маркерлердің түрлерi,
олардың қасиеттері және қолдану аясы
Тұңғыш рет 20-шы жылдары маркерлердің селекцияда қолданылуының
теориялық негізін қалаған А.С.Серебровский болды, ол морфологиялық
моногенді тұқым қуалайтын белгiлер туралы айтты. Қазіргі таңда табиғаты
жағынан әр түрлі біраз маркерлердің түрлері белгілі. Өте қарапайым
маркерлер - бұл хромосомалардың морфологиялық құрылысындағы айырмашылығы
бар маркерлер. Хромосомадағы қандай да бір көшірулердің болуы, серiктері
немесе хромосомалардың морфологиялық құрылысының ерекшелiктерi нақты
аллелде геннің жағдайымен корреляциялана алады. Бұл идея қанағаттанарлық,
ең бастысы жаңалық және анық мәлімет, бiрақ мәселе мынада: қасиеттердің өте
аз мөлшері ғана хромосомалардың морфологиялық ерекшелiктерiмен
корреляцияланады, мұны метафаза пластинкада микроскоп арқылы көруге болады.
Осы себепке байланысты хромосомалардың морфологиялық ерекшеліктері,
генетикалық маркерлер ретінде аз қолданылады [6].
MAS-тағы келесi жетістік организмдердегі макромолекулалардың
полиморфизмінің маңызының, негізінен ақуыздардың ашылуы болды. Яғни, бір
ақуыз түрі (бiрдей функцияларға жауап беретін және шығу тегі бірдей) әр
түрлi жануарларда (кейде сол бiр жануарда) әр түрлi электрофоретикалық
қозғалысқа ие болып, метаболиттік тізбекте әр түрлі белсендiлiгiмен
ерекшеленуі мүмкін. Мұндай варианттар аллелдi деп аталады және сол ақуызды
кодтаушы тізбектегі ДНҚ геніндегі нуклеотидті алмасулардың (немесе қандай
да бір өзге нүктелік мутацияның) нәтижесі болып табылатын, ақуыздың
ұзындығын немесе зарядын өзгертетін ақуыздың полипептидтік тізбегіндегі
аминқышқылдарының алмастырулары арқылы жүзеге асады. Ақуыздардың жоғары
полиморфизмдiгiнiң ашылуынан кейiн зерттеушiлердiң арасында бірден,
ақуыздардың аллелдi варианттарының адаптивтi немесе бейтарап әсерiне
байланысты пiкiрталас басталды. Бұл пiкiрталастар қазiр де жалғасуда, бiрақ
зерттеулердiң нәтижесінде полиморфты ақуыздар организмдердің селекциясында
тиiмдi молекулалық-генетикалық маркерлер ретінде қолданылу мүмкіндіктерін
дәлелденді.
Ақуыздардың кейбір варианттарының ғана электр заряды немесе мөлшері
жағынан айырмашылықтары болатын болса, онда мұндай әдiстермен ерекшеленген
генетикалық вариациялар гендiк деңгейде варианттардың жалпы сандарының тек
қана 25% құрайды.
Жануарларда молекулалық маркерлер ретiнде қан топтарының жүйесi
қолданыла алады, жануарлардың өнімділігіне қан топтарының ықпалы және
ауруларға төзімділігіне әсерін анықтауға арналған көптеген жұмыстар
жасалған [7, 8].
Соңғы 28 жылда молекулалық генетиканың жетістіктері аллелдi гендердiң
полиморфизмін ДНҚ деңгейінде зерттеуге мүмкiндiк бередi. ДНҚ полиморфизмі
әр түрлi әдiстермен тестіленуі мүмкін, мысалы, гендегі нуклеотидтерінің
кезектесулерін анықтау (Сиквенирлеу, өте қымбат, ұзақ, күрделi және дәл
әдiс), және организмдердің рестракционды карталарын құрастыру (РФҰП), және
ДНҚ әр түрлі бөліктерінің амплификациясы (RAPD-PCR, ISSR-PCR), және ДНҚ
гибридизациясы (FISH, GISH, блоттингтер) және т. б. әдістер. Бұл өте нәзік
және нақты әдістер болып табылады, олардың көмегімен экспрессирлеуші
кезектесулердің ғана емес, сонымен қатар реттеуші және экспрессирленбейтін
кезектесулердің полиморфизмін анықтауға болады (мысалы, бұқаның сүттілігі
гендерiнiң кешенi) [6-8].
1. Рестрикциялық полиморфизмнің талдауына негiзделген ДНҚ – маркерлер
ДНҚ кезектесулерінің белгілі бір аймағын үзіп алатын рестрициялық
эндонуклеазаның (рестриктаза) ашылуы ДНҚ рестрикциялық полиморфизмінің
талдауына негiзделген маркерлер жасауға мүмкiндiк бердi [9].
Рестракционды фрагмент ұзындықтарының полиморфизмі (ПДРФ, англ. RFLP -
Restriction Fragment Length Polymorphism). РФҰП алғаш рет генетикалық
маркер ретінде 1974 жылы аденовирус геномында термо-сезгiш мутацияны
идентификациялауда қолдалды. Дегенмен, ДНҚ полиморфизмінің варианттарының
генетикалық маркерлер ретінде кеңінен қолданылуы 1980 жылы Ботштейн мен
өзге де авторлардың жұмысынан кейін жүзеге асты. Бұл жұмыста генетикалық
маркерлер ретінде РФҰП қасиеттері талқыланып және ақпараттық деңгейін
бағалау әдісі ұсынылды, әдістің қолданылуының теориялық негiзі анықталды
(PIC - polymorphism information content). Авторлар әдісті адам геномын
картирлеу үшiн табысты қолданды. РФҰП нақты локустердiң (гендер)
полиморфизмінің талдауы үшiн қолданады. РФҰП талдау әдiсі электрофоретиялық
бөлiнуi нәтижесінде түзілген қоспа мен спецификалық зондпен белгiленген
блот-гибридизациядан кейінгі рестрикция бөлiктерiнiң ұзындықтары
анықталатын ДНҚ-ның рестриктазалармен өңдеуiне әкеледі. Рестрикциялаушы
эндонуклеазлардың нақты спецификалық үзілу аймақтарына ие болуына
байланысты, түрлер арасындағы ДНҚ-ның нуклеотид тiзбегiндегi генетикалық
айырмашылықтар (яғни ДНҚ деңгейдегі полиморфизм) рестрикция сайттарының
сәйкес ДНҚ молекулаларын бойлай әр түрлi үлестiрiлуiне және гомологикалы
фрагменттердің ұзындығы өзгешеленетiн рестрикция өнiмдерiнiң алуына
әкеледі. Сайып келгенде, ДНҚ полиморфизмі РФҰП ретінде тестіленедi [8-10].
Бастапқыда ДНҚ полиморфизмінің пайда болуына негiзгi себеп
рестрикцияның эндонуклеазалық тану сайттарына қатысты нүктелік мутациялар
(сонымен бiрге микроделециялар және инсерциялар) деп есептелдi. Бұдан
кейінгі зерттеулер нәтижесінде ДНҚ полиморфизмінің пайда болуының
себептерінің спектрi кеңейтiлді және дәл қазiр негiзгi рөлді мынадай
факторлар атқаратыны мәлім, олар: iрi делециялар және орнатулар,
трансверциялар, транслокациялар, мобильді генетикалық элементтердің
транспозициясы және т.с.с. Сонымен қатар, егер тану сайтында бір немесе
бірнеше метилденген цитозинді қалдықтар болса, кейбір рестриктазалар ДНҚ-ны
үзуге қабілетсіз болады. Сонымен бiрге, егер метилденген вариациялар болса,
мұндай ферменттер полиморфизмді айқындай алады.
РФҰП-маркерлерін қолдану арқылы өсiмдiктер мен жануарлардың көп
түрлерiнiң молекулалық-генетикалық карталарының құрастыруы бойынша алғашқы
табысты нәтижелер алынды, әр түрлi организмдердің генетикалық полиморфизмі
туралы көлемдi мәлiметтер жинақталды, шаруашылыққа пайдалы белгiлерi бар
қауымдастықтар айқындалды. Маркерлердің осы түрінің маңызды қасиеттері
нәтижелердiң нақтылығы, сонымен бiрге тұқымқуалаушылықтың кодоминантты түрi
болып табылады. РФҰП -локустер көптеген аллельдерге ие, ал бұл олардың
ақпараттылығын, деректiлiгiн жоғарылатады. Митохондриялық ДНҚ-ның және
рибосомалық РНҚ-ны (рДНҚ) кодтаушы гендердің кластерінің РФҰП-талдауы
популяциялық генетикада, биогеографиялық және филогенездік зерттеулерде
кеңінен қолданылады. РФҰП-маркерлерінің жоғары консерватизмді болуы,
олардың туыс түрлердiң салыстырмалы картирленуiнде қолданылуына мүмкiндiк
бередi. Мысалы, РФҰП-зондтарының ортақ жиынын қолданудың арқасында көптеген
өсiмдiктердiң толық генетикалық карталарының пайда болуы геномдар қатарын
өзара салыстыруға мүмкiндiк бердi [13].
ДНҚ-фингерпринт (синонимі - "гендiк дактилоскопия") көптеген
қайталанатын кезектесулердің локустарының полиморфизмін зерттеуге мүмкiндiк
бередi (мультилокусті талдау). Талдау РФҰП жағдайындағы әдiспен
жүргiзiледi, бiрақ спецификалық гибридизацияланған зонд ретiнде
қайталанатын тiзбектердің кезектесулері - минисателлиттер қолданылады.
Минисателлиттер геном бойынша дисперсияланған және олар ұзындығы 9-100 аса
п.н. бірнеше рет қайталанатын кезектесулер бірліктерден құралады (тандемді
қайталанатын кезектесулер). Жеке кезектесулер бiр-бiрiнен ортақ ұзындықтары
("мотива" қайталануларының саны) және "мотива" нуклеотидті
кезектесулеріндегi кейбiр вариациялары бойынша ерекшеленеді. Гибридизация
кезінде "королы" кезектесулердің зонд ретінде қолданылуы рестракционды
полиморфизмнің көптеген аймақтарын анықтауға және нақты бір түрге тән
геномды ДНҚ-ның гибридизациясының жоғары спецификалық көрінісін алуға
мүмкіндік береді. Осы әдіс көмегімен сүтқоректiлердің геномынан 30 астам
жоғарыполиморфты локустарды анықтауға болады. Көптеген минисателлитті
кезектесулер жоғары консервативті және олар әртүрлi организмдердің ДНҚ-да
аналогиялық кезектесулерді анықтау үшiн қолданылады.
Минисателлитті зондтар әмбебап сипатта ғана емес, сонымен қатар локус-
спецификалық түрде болады. Локус – спецификалық минисателлиттерді гелден
бөліп алған ДНҚ фингерпринінде ерекше жолақ көрсететін фрагменттерді
клондау арқылы алуға болады. Монолокусті микросателлиттер жоғары мәлiметтi
және олар гендердiң жалғасу топтарының талдауы үшiн тиiмдi қолданылады [10-
11].
Минисателлиттерде полиморфизмнің пайда болуы және сүйемелденуiнiң
негiзгi механизмі теріс кроссинговер және гендiк конверсия болып табылады.
Сонымен қатар, микросателлиттердің биiк вариациялы (тұрақсыздық) болуы
қайталанатын кезектесулердің iшкi қасиеттеріне емес, мутацияларды
туындататын фланкирлеуші кезектесулерге және геномның мутагенді жүйелерінің
активациясына байланысты болады. Адамның гипервариабельді минисателлитті
локустерiндегi мутациялық процессiнiң жылдамдығы толық геномды ДНҚ-ға
қарағанда жоғары. Өте жоғары полиморфизмнің арқасында маркерлердің бұл түрi
популяциялық немесе филогенез зерттеулерiнде қолданылмайды, адамның,
өсiмдiктердің және жануарлардың жеке идентификациясы үшiн қолданылады.
Блот-гибридизация қолданылатын рестрикциялық талдау (РФҰП,
минисателлиттер) әдiстерiнiң кемшiлiктерi: радиоактивті изотоптардың
қолданылуы, процесстің қиындығы мен ұзақтығы, талдаулар үшін жоғары сапалы
ДНҚ-ның көп мөлшерде қажеттігі. Бұл кемшіліктер әдістің кең қолданылуына
кері әсер етеді [8-11].
1. Биохимиялық маркерлер
Молекулалық маркердердің алғашқысы ақуыз полиморфизмінің талдауына
негізделіп жасалған маркерлер (биохимиялық маркерлер) болды. Бiрнеше жүз
биохимиялық маркерлердің қолданылуы 2000-нан астам биологиялық түрлердің
(микроағзалардан адамға дейін) генетикалық полиморфизмінің деңгейін
анықтауға және популяциялық генетиканың негiзгi теориялық құрылымын жасауға
мүмкіндік берді. Дегенмен, зерттеулер барысында маркерлердің бұл түрiнiң
қолдануындағы шектеулер де анықталды. Ең алдымен, ақуыздардың талдауы тек
қана ақуыз-кодтаушы кезектесулердің және экпрессирлеуші гендердің
полиморфизмін зерттеуге мүмкiндiк берді. Егер жоғарғы эукариоттардың
геномының 1% ғана ақуыз-кодтаушы кезектесулер құрайтынын ескерсек,
зерттеулерде геномның негiзгi бөлiгi еленбей тыс қалатыны анық. Сонымен
қатар талдаулардан мынадай функционалдi-мәнді аймақтар тыс қалады, олар:
промоторлы аймақтар, энхансерлер, интронда орналасқан регуляцияның әр түрлі
сайттары, гендердің транслирленбеуші аймақтары, сонымен бiрге гендерден тыс
аймақтар, кодпен жазатын кезектесулерден түбегейлi қашықтықтағы аймақтар
[15-18].
Бұл әдiстiң мүмкiндiктерi үй жануары, құстар, мәдени өсiмдiктердiң
популяцияларындағында ақуыз полиморфизмінің төмен деңгейде болуымен,
биологиялық материал таңдауында және оның жиынының уақытының шектелулерімен
ерекшеленеді.
Маркерлік жүйе ретінде ақуызды полиморфизм әдісін қолданғандағы ген
өнімі деңгейінде емес, генетикалық полиморфизмді тікелей гендік деңгейде
тестілеуге мүмкіндік беретін ДНҚ полиморфты нуклеотидті кезектесулерінің
қолданылуы зор маңызға ие. ДНҚ - маркерлері геномның маркерлермен қанығуы
мәселесінің шешiмiн табуға және ДНҚ кез келген бөлiмін, соның iшiнде
кодталмайтын аймағын маркерлеуге мүмкiндiк бередi. Бұдан басқа, бұл
маркерлеуші жүйелер талдаулар үшін организмнің даму кезеңіне тәуелсiз кез-
келген ұлпалар мен мүшелерді қолдануға мүмкiншiлiк бередi және өзге
маркерлермен салыстырғанда бiр қатар артықшылықтарға ие [16].
Кесте -1 ДНҚ маркерлерінің қасиеттері
Пайдалы қасиеттері Геномның кез-келген кезектесулерін тестілеу
мүмкіндігі
Тұқым қуалаушылықтың аналық түрін талдау мүмкіндігі
(митохондриялық ДНҚ)
Тұқым қуалаушылықтың аталық түрін талдау мүмкіндігі
(Ү-хромосома)
Тұқым қуалаушылықтың тұрақтылығы
Плейотропты әсердің жоқ болуы
Аллельдердің көптүрлілігі
Генетикалық өзгергіштіктің табиғаты жайында
ақпараттылық
Ретроспетивті зерттеулердің жүргізілу мүмкіндіктері
Методикалық ыңғайлығы Кез келген ұлпада анықтау мүмкіндікері
Дамудың кез келген сатысында анықтау мүмкіндіктері
ДНҚ үлгілерінің сақталу мерзімінің ұзақтығы
Гербарилі материалдың, қазылып алынған қалдықтардың
және т.б. қолданылу мүмкіндіктері
Маркерлердің көлемініңҮлгі үшін маркерлер санының шектелуінің болмауы
шексіз болуы Ақуыз-кодтаушы кезектесулерге маркерлердің көптігі
Кодталмайтын кезектесулер үшін маркерлердің көптігі
(интронды, генаралық, реттеуші аймақтар және т.б.)
Қайталанатын кезектесулер үшін маркерлердің көптігі
1.1.2 Ақуызды маркерлер
Зерттеулерде алғаш пайдаланылған молекуларлық маркерлердің бірі -
ақуыздық маркерлер болды. Олардың пайда болуымен өсімдіктерді генетикалық
маркерлеудің жаңа мүмкіндіктері анықталды. Ақуыздық маркерлерді
пайдаланудың мәні ақуыздар гендер экспрессиясының өнімдері, сондықтан олар
ДНҚ бөліктерінің сәйкес келетін құрылымы мен жағдайы туралы ақпарат бере
алады, ақуыздық маркерлер морфлогиялық белгілерге қарағанда, фенотиптік
белгілерге көбірек ұшыраған.
Ақуыздық маркерлер морфологиялықтарға қарағанда басымдылыққа ие.
Мысалы, гендік орындарды (локустағы) дәл ұқсастуға, генетикалық
сараптамада өзге локустардың әсеріне болатын проблемалардың алдын алуға
мүмкіндік береді. Сонымен бірге кез-келген морфологиялық белгі гендердің
бір көрінісі ғана болып табылады. Фенотиптің өзге ерекшеліктері жоғарғы
беттік көзге көрініп тұрған өзгерістерден, бақылаудан жасырын тұруы мүмкін.
Сондықтан ақуыздық маркерлердің көмегімен көзге көрінбейтін шағын түрленуді
анықтауға болады. (Конарев, 1993) [17].
Ақуыздардың өзгергештігіне мутациялық процесс себеп болатындықтан,
ақуыздық маркерлер жай жүретін эволюциялық оқиғаларды сипаттауға, әсіресе
соматикалық клеткалар мен ұлпаларды зерттегенде ыңғайлы. Ақуыздық
маркерлердің алатын ерекше орны олардың қасиеттеріне байланысты,
ақуыздардың жиынтық құрамы жеткілікті түрде тұрақты және қазіргі бөліну
әдістеріне қарай олар жеңіл ұқсастандырылады.
Өсімдік ұлпаларын қалпына келтіру процесін зерттеуде изоферменттер
морфологиялық белгілерден басымдау болып келеді. Сонымен бірге Джексон мен
Дейлдің еңбектерінде дисмутазаның суреоксид изферменттерінде сомаклональдық
нұсқалардың барлығы анықталды, ол цитологиялық зерттеулер хромосомдар
құрамы мен санында бұзылуларды анықтаған жоқ. (Jackson, Dale, 1989).
Изоферменттік жүйелерді зерттеуде молекуларлық талдау үшін
өсімдіктің жетілуінің барлық кезеңдерінде тұрақты дамитын және қоршаған
орта жағдайы аз ықпал ететін ферменттерді таңдау қажет.Сондықтан осындай
сараптамаларда пероксидаздың изферментті жүйесі жиі қолданылады. Атап
айтқанда, изоперокодаз талдауы көптеген зерттеулерде қолданылады (Orton,
1980; Каrр et al., 1987) [20].
Мысалы, изоферменттерді лимонның протоклондарын ұқсастандыру үшін
қолданылды (Vardi, 1977), ал кейбiр авторлар пероксидаза және эстераза
спектрлерiн талдау негiзiнде жүгерінiң А188 түрінде сомаклонды
вариациясының тұқым қуалайтындығын атап көрсеттi. Бұл сомаклондар бастапқы
желілерінен бірқатар сандық белгілері бойынша: дәнегінің реңі, гүлдеу
мерзімі, эмбригендік шорлануының қалыптасу қасиеттерімен ерекшеленді
(Атаева және өзгелер., 1994). Сомаклондық өзгерістер қандай да бір
аллельдің өзгеруінен реактивтену нәтижесіндеосы ген бар хромосом
бөлшегінің жоғалуына апарады (Каrр, 1995; Joyce et al, 2003).
Алайда морфологиялық айырмашылықтардың барлығы изферменттік
өзгерістермен байланысты емес. Бұған мысал ретінде Cereus peruianus
(Cactaceae) алуға болады. 633 сомаклондар ішінде 200 бастапқы
өсімдіктердің изферметтік спектрін зерттегенде (дегидрогеназаның
изоцитраты, дегидрогеназаның сорбитолы, дегидрогеназаның алкоголі,
дегидрогеназаның малаты, пероксидазалар, эстеразалар) айырмашылықтар
байқалмаған, алайда 68% регенерантында морфологиялық деңгейдегі
айырмашылық анықталды (Mangolin et al., 1997) [21].
Екінші жағынан, стахис S. Sieboldil регенерантарының әр алуан
цитокининдер құрамында (БАП от 1 до 10-20 мгл.) микрокөбеюі кезінде
морфологиялық өзгерістер байқалмаған, изопероксидаз талдауы
регенеранттардың біраз бөлігі бақылауға алынған өсімдіктерден бір жолағы
жоқ болуымен, немесе экспрессиясының өзгеруімен ерекшеленді. БАП-тың төмен
деңгейдегі концентрациясында ген экспрессиясының өзгерісі өтеді, ал
концентрациясының 10-20 мгл дейін ұлғаюы сандық өзгерістерге, яғни
жекелеген жолақтардың жоқ болуымен түсіндірілді. Өзге түрдегі S. осymastrum
стахис регенерантында БАП 5мгл болғанда қосымша жолақтар байқалды.
Пероксидаз сараптамасы сандық және сапалық өзгерістер болатынын көрсетті
және олар жетілудің экзогендік реттеушілер әсерінен генрдер экспрессиясының
өзгерісі шоғырлану кезеңін айналып өтеді және бұл өсімдіктің сабақтық
өскіндерінің тікелей регенерациясында сомаклондық тербелісі пайда болады
(Легкобит, Хадеева, 2004).
Ақуыздық маркерлердің басымдылықтарына қарамай, бірқатар кемшіліктері
де бар. Ақуыздық маркерлерді тек айқындалушы (экспрессирлеу) гендерде
қолданады, яғни олар ақуыздарды кодтаушы ДНҚ тізбегіндегі өзгерістерді
анықтауға мүмкіндік береді. Бұл жағдай өсімдік геномының 80%-ын реттеуші
аумақтар (проморлар, энхансералар) немесе гендердегі интрондар құрайды.
Сонымен бірге ДНҚ нүктелік өзгерістер аминқышқылдық тізбектің өзгерісіне
немесе олардың өзгерісі ақуыздық молекулалардың жиынтық зарядын
өзгертпейді, сондықтан мұндай айырмашылықтар анықтала бермейді.
ДНҚ маркерлердің пайдаланылуы изозимдық – ақуыздық маркерлерге тән
кемшіліктерді жоюға мүмкіндік береді. Өсімдік геномына сараптама жасауда
ДНҚ маркерлерін қолданудың негізгі басымдылықтары мен морфологиялық
белгілері мынадай:
- генотипке қоршаған орта әсері мен жеке жетілу факторларына
қарамай тікелей талдау жасау мүмкіндігі;
- ДНҚ кез келген бөлігін сараптама жасау кезінде қолдануға болады;
- өсімдік материалын ұзақ мерзім сақтауға немесе бөлінген ДНҚ-ның
қасиеттерін жоғалтпай сақтау мүмкіндігі;
Қазіргі таңда биология саласының нақты тәжірибелік және негізгі
мәселелерін шешуге мүмкіндік беретін бірқатар молекуларлық әдістер
жобаланған (Чесноков, 2005) [17-22].
1. 2 Амин қышқылдарынан белоктардың түзілу механизмі
Амин қышқылдары өсімдікте кетон қышқылдарын тікелей аминдеу немесе
қайта аминдеу деп аталатын екі негізгі реакция арқылы синтезделеді. Олардың
құрамында карбоксил тобынан басқа, амин тобы да болады. Амин қышқылдарының
тірі организмдер үшін физиологиялық маңызы бар екі қасиетіне назар
аударайық. Оның бірі амфолиттік, екіншісі оптикалық активтік. Сулы
ерітінділерде амин қышқылдарының СООН және NH2 тобы ортадағы реакцияға
қарай диссоциацияланады. Мысалы, сілтілі ортада амин қышқылының карбоксил
тобы диссоциацияланғанда минус заряд, қышқыл ортада NH2 тобы
диссоциацияланғанда плюс заряд пайда болады.
Сөйтіп, амин қышқылы ортадағы реакцияға байланысты бірде қышқыл, бірде
сілті ретінде қызмет атқарып, амфолиттік қасиет көрсетеді. Бейтарап ортада
олар қос зарядты цвиттерион түрінде болады [3].
Амин қышқылдарына оптикалық активтік тән. Олардың ерітіндісі арқылы
полярланған сәулені өткізгенде сәуленің поляризация бағыты өзгереді.
Оптикалық активтік кеңістіктік изомерияға, яғни хиралды көміртегі
жағдайында атомдар тобының әркелкі орналасуына байланысты. Мысалы аланин
амин қышқылы екі түрлі болып кездесуі мүмкін.
Өсімдік клеткасынан 150-ден астам амин қышқылдары табылған. Олардың
көбі фотосинтез кезінде немесе топырақтан азотты қабылдау кезінде, жалпы
метаболизм процесінде түзіледі. Олардың ішінде валин, лейцин, изолейцин,
метионии, треонин, фенилаланин, лизин, аргинин, гистидин және триптофан
ерекше қажет [2].
Бүйірлік радикалдарының құрылысына байланысты барлық амин қышқылдары 4
класқа бөлінеді. I класка гидрофобты амин қышқылдары аланин, лейцин,
изолейцин, валин, пролин, фенилаланин, триптофан, метионин жатады. II
класқа поляризацияланған, электр заряды жоқ амин қышқылдары серин, треонин,
тирозин, цистеин жатады. Бұл амин қышқылдары сумен Н-байланыс түзуге
қабілетті. III класқа плюс зарядты лизин, аргинин, гистидин амин кышқылдары
жатады. IV класс минус зарядты аспарагин және глутамин амин қышқылдарын
біріктіреді. Олар рһ бейтарап аймақта тұрғанда теріс зарядқа ие болады.
Өсімдіктерде амин қышқылдары кең таралған. Ал белоктардың құрамына
20—22 амин қышқылы кіреді. Белок молекуласының конформациясы амин
қышқылдарының бүйірлік радикалдарына байланысты.
Белок химиясының тарихы, бәлкім 1745 ж. "Белок ғылым және өнер
институтының комментарийларында (хабарламаларында)" итальяндық Я.
Беккаридің жарияланған жұмысымен басталған бо-лар. Бидай ұнынан бұрын
белгісіз зат алғанын ғалым осы еңбегінде хабарлаған. Бидайдан алынған
клейковина ұқсас болған [5].
Осылайша алғашқы белок препараты дайындалған. Сөйтіп, белоктық
заттарды зерттеудің ұзында және өте қиын тарихы басталды. Ғалымдар ең
қарапайым белок - инсулиннің молекуласының құрылысын ашқанша 200 жылдан
артық уақыт өтеді. Осы мезгіл бойы белок құрамы, оның ұйымдасу жөнінде
ондаған болжамдар ұсынылып және олар бекерге шығарылған. Барлық болжамдар
ғылыми мұрағаттарда жайлы орын тапқан.
Әйтеуір, 1945 ж. көптеген зерттеушілердің күшімен белок
молекулаларының бір ұзын тізбекке жалғанған амин кышқылдарынан тұратыны
анықталды. Белок молекуласын түзетін амин қышқылдары көп емес - барлығы 20.
Ал қараңыздар, белоктар молекуласы амин қышқылдарының кезектесіп орналасу
бір ізділігімен ерекшеленеді. Мысалы, бір белокта валиннен кейін триптофан
келеді. Олардың орнын ауыстыру арқылы басқа қасиеті бар жаңа молекула алуға
болады. Айталық, егер біріншісі организмде маңызды қызмет атқарса, екіншісі
мүлде қажетсіз болуы мүмкін [3].
Ал енді математикаға оралайық. Егер біз белок молекуласын әрдайым
жаңадан 20 амин қышқылынан құрастырсақ, төрт амин қышқылынан тұратын пептид
20-20-20-20= 160000 әртүрлі тізбек, ал амин қышқылының п санынан - 20"
тізбек береді. Сөйтіп, орташа ұзындығы 300-ге таяу амин қышқылынан тұратын
10390 әртүрлі белок болуы мүмкін. Ал жиырма амин қышқылынан тұратын
молекула "нағыз" белок молекулаларымен салыстырғанда өте кұртымдай құрылым.
Осыдан бар жоғы 20 амин қышқылынан ғана құрылған белоктардың шексіз
түрлерінің пайда болатынына көз жеткізуге болады.
Белоктар - биологиялық макромолекулалардың негізгі кластарының бірі.
Клеткалардың көп мөлшері белоктардан тұрады: құрғақ заттың жартысы
белоктардың үлесіне тиеді. Клетканың құрылымын және пішінін белоктар
анықтайды; сонымен қатар, молекулалық тану және катализдік құрал қызметін
атқарады. Клетка құрылысына қажетті ақпаратты ДНҚ "шартты" түрде, клеткалық
процестерге тікелей араласпай, ұстайды. Мысалы, оттегін тасымалдау
гемоглобинге тән қасиет, бұл белокқа жауапты геннің оған қатысы жоқ.
Компьютерлік терминологияны қолдансақ, нуклеин қышқылдары аналық клеткадан
алынған нұсқауды "бағдарламамен қамтамасыз етеді". Белоктар "аппараттың
қамсыздандыру" - клетканың жадында сақталған бағдарламаның физикалық
механизмін іске асырады. Осындай нуклеин кышқылдары мен белоктар қызметінің
айырмашылығы, оларды құрайтын суббірліктердің химиялық табиғатынан
байқалады.
ДНҚ және РНҚ молекулалары химиялық жағынан өте ұқсас алып
молекулаларды құрайтын нуклеотидтерден тұрады, олардың қасиеті
бірізділігіне көп байланысты емес. Ал белоктар әртүрлі 20, бір біріне
ұқсамайтын, амин қышқылдарынан тұрады, олардың әрқайсысының химиялық
қасиеті ерекше.
Атқаратын қызметінің шеңберінің кеңдігі, олардың химиялық құрылымының
және кеңістіктегі пішінінің молшылығымен сипатталады. Әртүрлі белоктардың
химиялық қасиеттерінің әмбебаптығы да осыған негізделген.
Белок макромолекуласының күрделі құрылымында бірнеше деңгейлер болады.
Оның ішіндегі алғашқы ең қарапайымы полипептид тізбегі, яғни өзара пептидті
байланыспен жалғанған амин қышқыл буындарының тізбегі. Бұл – белоктың
алғашқы қүрылымы деп аталады; мұндағы байланыстардың бәрі ковалентті, яғни
нағыз химиялық берік байланыс. [6]
Полипептидтік тізбектің бөлігінің екінші құрылымы деп бүйірлік
тізбектің конформациясын есептемегендегі сол фрагменттегі негізгі тізбектің
конформациясын айтады. Мұнда белок жіпшесі шиыршық тәрізді ширатылып
тұрады. Шиыршық орамдары тығыз орналасады да, көршілес орамдардағы атомдар
мен амин қышқылының радикалдары арасында бір-біріне тартылу пайда болады.
Атап көрсеткенде, көршілес орамдарда орналасқан пептидтік байланыстар
арасында (NH-пен СО-топтары арасында) сутектік байланыстар түзіледі.
Сутектік байланыс ковалентті байланыстан әлдеқайда әлсіз, алайда, бірнеше
қайталанғаннан кейін ол да берік ілінісетін болады. Сансыз көп сутектік
байланыстармен "жөрмелген" полипептидтік шиыршық едәуір тұрақты құрылым
болып саналады. Белоктың екінші құрылымы одан әрі тағы түйінделеді. Ол
әлдеқайда қызық иіріле келіп оралады, бірақ соның өзінде де ол бір қалыпты
және әр белокта ерекше пішінде болады [3].
Жекеленген полипептидтік тізбектің барлық атомдарының кеңістікте
орналасуын белоктың үшінші құрылымы деп атайды.
Кейбір белоктар бірнеше полипептидтік тізбектерден құралады. Әрбір
тізбек - бір суббірлік немесе мономер. Үшінші құрылымды жалғастырушы
байланыстар сутекті байланыстардан да әлсіз болады. Оларды гидрофобты деп
атайды.
Бұл - полюссіз молекулалардың немесе полюссыз радикалдардың арасындағы
ілініс күші. Ондай радикалдар амин кышқылдарының бірсыпырасында кездеседі.
Полипептидтік байланыстағы гидрофобты радикалдардың бір-біріне тартылып,
жабысу себебі суға шашыраған майдың немесе басқа бір гидрофобты заттың
тамшыға жиналу есебімен бірдей. Гидрофобты ілінісу күші өте әлсіз байланыс
болғанымен де, бірнеше рет қайталанатындығынан олардың барлығы қосылғанда
едәуір әрекеттесу қуатын береді. Белок молекуласының аса күрделі құрылымын
ұстап тұруға "әлсіз" байланыстардың қатысуының салдарынан, ол анағұрлым
тұрақты және өте қозғалғыш болады. Кейбір белоктардың макромолекуласының
үшінші құрылымын ұстастыруға амин қышқылы цистеиннің арасында пайда
болатын, S-S байланыс деп аталатын берік коваленттік байланыс әжептәуір
роль атқарады, бірақ тұрақты үшінші құрылым ұйымдасу үшін олардың болуы
шарт емес. Мысалы, миоглобин және гемоглобин молекулаларында S-S
байланыстар жоқ. Көпшілік жағдайларда белоктың бірнеше макромолекуласы бір-
бірімен қосылып. өте үлкен агрегаттар түзеді. Мысалы, гемоглобин осы
белоктың төрт макромолекуласының жиынтығы болып саналады. Тек осылай жиялу
арқылы ғана гемоглобин қалыпты қызмет атқарады, яғни оттегі молекулаларын
қосып алып тасымалдай алады екен.
Белоктың төртінші құрылымы деген ұғым – мономердің кеңістіктегі өзара
орналасуы, олар бірнеше суббірліктерден құралып, белок молекуласын құрады.
Гемоглобин молекуласы әдеттегі тетрамер болғандықтан, оның құрамына екі
бірдей α-тізбек және екі ұқсас β-тізбек кіреді. Төртінші құрылым
байланыстар (сутекті, гидрофобты) әлсіз жалғасқан, ал кейде S-S-
байланыстармен де жүзеге асырылады.
Дисульфидтік көпірше – бұл екі цистеин қалдықтарының арасындағы
ковалентік байланыс. Мұндай көпіршелер кейбір секреторлық белоктарда
кездеседі. Көпірше глобуланың ішінде де, сондай-ақ оның үстінде де орналаса
береді. Көптеген белоктарда, қалыпты цистеиндер болғанмен, дисульфидтік
көпіршелер болмайды. Атқаратын қызметіне сай белоктар: глобулалық белоктар,
шамалап салыстырсақ сфера пішіндес, катализ, транспорт немесе реттеу сияқты
арнаулы процестерге қатысады. Кейбір белоктық заттардың құрамына фосфор
кіреді, аз мөлшерде кейде темір, мыс, йод, хлор, бром және т.б. элементтер
де кездеседі [3].
Белоктардың құрылымдык элементіне амин қышкылдары енеді. Белок
молекулалары бір-бірімен бірнеше байланыстар арқылы біріге алады. Әсіресе
жануарлар мен өсімдіктер организміндегі кездесетін белоктардың көпшілігінің
пептидті байланыс арқылы байланысатыны анықталды. Пайда болған амин қышқылы
үшінші бір амин қышқылымен байланыса алады. Осы пептидті байланысты
анықтаған және дамытқан немістің атақты ғалымы Эмиль Фишер болды.[3]
Амин қышқылының белок молекуласында алатын орны тек өзіне ғана тән.
Егер амин қышқылы басқа амин қышқылымен орын алмастырса, қасиеті өзгереді.
Сенджер деген ғалым белок молекуласында кездесетін қышқылдарды, олардың
табиғатын анықтады. Инсулин белогы ұйқы бездерінің гормондарынан алынады.
Қарапайым белокка жатқанымен тіршілікте маңызы зор. Осы инсулин белогінің
полипептидті қалдықтардан тұратыны анықталды.
Белок молекуласына кіретін амин қышқылдарының саны өте көп. Гликокол
немесе глицин H2N-СН2-СООН бұдан басқа аланин амин қышқылы немесе
аминопропион қышқылы сол сияқты цистеин амин қышқылы, метионин және т.б.
кіреді.
Белок молекуласына моноамино-, диамино-, тиоқышқылдар және басқа
қышқылдар енеді. Белоктардың біріншілей құрылымы кейбір белоктар үшін ғана
анықталады. Мысалы: инсулин, рибонуклеаза, т.б. І950 ж американ ғалымы
Полинг белок молекуласының біріншілей құрылымын көрсетті. Белоктар 2 үлкен
топқа бөлінеді:
1. Протеиндер - қарапайым жай белоктар.
2. Протеидтер - күрделі белоктар.
Белоктар өте күрделі жоғары полимерлі заттар. Оларды құрайтын
мономерлер - амин қышқылдары бір-бірімен жалғасып полипептид береді, осы
полипептидтердің бірігуінен белок молекуласы пайда болады. Әр организмнің
өзіне тән белогы болады. Неміс ғалымы Абдер Гальден былай деген "егер 32
әріптен канша сөз жасауға болса, 22 амин қышқылдарынан сонша белок
молекуласын жасауға болады" [6].
Белоктың физикалық және химиялық қасиеттері организмнің тіршілік
әрекетінің негізін құрайды. Белоктардың коллоидтық қасиеті, коацерват
түзушілігі, денатурация құбылысына ұшырауы, сумен байланыс жасай отыра
гидрадтануы, электр заряд түзушілік қасиеттері маңызды роль атқарады.
Белоктың атқаратын қызметі. Организмде белок алуан түрлі қызмет
атқарады. Белоктың қызметін көбіне жекелеген молекулалар да жүзеге асыруы
мүмкін. Белоктың ең басты қызметі — катализаторлық қызмет. Барлық тірі
организмдерде зат алмасу реакциялары ферменттердің әсер етуімен жүзеге
асады. Белгілі ферменттердің барлығы белоктардан құралған.
Заттарды тасымалдау да белоктың маңызды бір қызметі. Заттардың клетка
мен органоидтар ішінде қозғалуын белок реттеп отырады, яғни оларды активті
түрде тасымалдайды. Соңғы кезде клетка мембранасының құрамында түрлі
тасымалдаушы белоктардың болатыны анықталған.
Белок сондай-ақ организмнің иммундық қасиеттерін жүзеге асырады.
Сонымен бірге белоктың тағы маңызды қызметінің бірі — оның құрылыс
материалы ретінде пайдаланылуы. Белок барлық протоплазмалық органоидтардың
негізін кұрайды. Ол құрылым компонентінің бірі ретінде барлық клетка
мембраналарының құрамына кіреді, тіпті сұйық гомогенді цитоплазмалық
матриксте де белок кездеседі [4].
Тірі организмдердің негізін құрайтын белоктардың маңызды ролін Ф.
Энгельс: Тіршілік-белокты денелердің тіршілік ету әдісі-деп көрсеткен
болатын. Белок - организмдегі заттардың ең күрделісі, ал оның элементтік
құрамы айтарлықтай қарапайым болып келеді. Онда 51-53% көміртегі, 16-18%
азот, 7% сутегі, 21-23% оттегі, 0,7-1,3% күкірт болады. Кейбір белоктарда
бұған қосымша фосфор да кездеседі. Үрмебұршақ, соя, күнбағыстың тұқымында
белоктың мөлшері едәуір көп болады. Бұл өсімдіктер тұқымының үгілген
массасын сумен, тұзды, спиртті және әлсіз сілтілі ерітінділермен тұндыру
жолымен олардан белокты бөліп алу қиын емес. Күшті қышқылдармен және
сілтілермен бірге қайнатқан кезде, сондай-ақ ферменттердің әсерімен белок
амин қышқылдарының қоспасына ыдырайды [5-7].
1.3 Белок конформациясы.
Белок молекуласының конформациясы амин қышқылының бірізділігімен
анықталады. Полипептидтік тізбекте көптеген байланыстардың төңірегінде
айналым болуы мүмкін, сондықтан белоктың кез келген молекуласы өте көп,
әртүрлі пішін немесе конформация түзетін қабілеті бар. Бірақ биологиялық
жағдайда полипептидтік тізбектердің көпшілігі осы конформациялардың бір
түрінде ғана кездеседі [11].
Бұл амин қышқылдарының бүйірлік топтарының өзара және сумен өте осал
ковалентті емес арақатынасына байланысты. Белгілі бір конформация әдеттен
тыс тұрақты бола алады, ал оның қандай болатыны - амин қышқылдарының
полипептидтік тізбекте орналасуына байланысты. Көптеген белоктардың
полипептидтік тізбектері өз бетімен түзілу конформацияға түйінделеді.
Мысалы белокты жазу, немесе денатурациялау (лат. denaturare - табиғи
қасиетін жою) арқылы алғашқы конформациясын жоғалтқан икемді полипептидтік
тізбекке айналдыруға болады. Бірақ, мейлінше жұмсақ денатурациялау әсері
әдетте қайтымды, жазылған полипептидтік тізбек табиғи конформациясына өзі
түйінделді. Оның мұндай қылығы белок молекуласының конформациясын
анықтайтын ақпараттың бәрі амин қышқыл бірізділігінде екендігінің айғағы.
Полипептидтік тізбектің түйінделуін басқаратын маңызды факторлардың бірі -
полярлық және полярлық емес бүйірлік топтардың орналасу тәртібі болып
табылады [10].
Белок синтезінің барысында олар дың көпсанды гидрофобты (гр. "һуdог"
-су, "рһоЬоs" - қорқу) бүйірлік топтары белок глобуласының ішіне жиылуға
тырысады, себебі судан құтылуына мүмкіндік туады. Сол кезде барлық полярлық
топтар белок молекуласының үстіне жиылады, онда бұл түзілімдер сумен және
басқа полярлық топтармен арақатынас жасай алады. Пептидтік топтар өздеріде
жеткілікті полярлы, сондықтан сутектік байланысты бір-бірімен және полярлық
бүйірлік топтармен құруға тырысады. Осындай жолмен белок глобуласының
ішіндегі, түгелге жуық полярлық топтардың жұптасуы жүреді. Сөйтіп, сутектік
байланыстар белок молекуласының түйінінде бір полипептидтік тізбектегі
әртүрлі бөлшектерінің арақатынасында басты роль атқарады. Сонымен қатар,
олар белок молекуласының үстіндегі арақатынастарда да маңызды орын алады.
Цитоплазмадан тыс белоктар (секреторлык белоктар немесе клетка үстіндегі
белоктар), бір полипептидтік тізбектің әртүрлі бөлшектерінің арасында
косымша коваленттік байланыстар түзеді. Мысалы, цистеиннің екі SH-
топтарының арасындағы дисульфидтік байланыстар ( SS-көпіршелер деп те
аталады), түйінделген полипептидтік тізбектің көршілес келетін
бөлшектерінің арасында жүреді, олар клеткадан тыс белоктардың кеңістіктегі
құрылымын тұрақтандырады; дұрыс түйінделу үшін дисульфидтік байланыстың
қажеті жоқ.
Амин қышқылдарының барлық жеке арақатынасының нәтижесі, көптеген белок
молекулалары өздеріне тән конформацияға спонтанды түрде келе береді: әдетте
қомақты глобулалық, бірақ ішінара фибриллярлық созылған пішінде де болады.
Глобуланың ортасы бүйірлік гидрофобтық топтармен тығыз қапталған,
кристалдың ішіндегідей, ал полярлық бүйірлік топтар күрделі және тұрақсыз
сыртқы қабатты құрайды. Белоктың кіші молекулалармен және басқада
молекулалардың үстіңгі қабаттарымен байланысу ерекшелігі әртүрлі адамдардың
осы күрделі беткі қабатта орналасуына және химиялық қасиеттеріне
байланысты. Химиялық тұрғыдан белоктар - белгілі молекулалардың ішіндегі ең
күрделілері.
Тізбектің бір-біріне ұқсас жиылу тәсілі әртүрлі белоктарда үнемі
қайталанып отырады. Полипептидтік тізбектердің амин қышқылдарының
бірізділігінде олардың түйінделуіне қажетті ақпарат болса да, ол ақпараттың
қалай оқылатыны әлі белгісіз, сондықтан белоктың кеңістіктегі болашақ
құрылымын бірізділік бойынша дәл болжайтын мүмкіндік жоқ. Сондықтан,
белоктың табиғи конформациясын белок кристалдарын анықтайтын өте күрделі
рентгенқүрылымдық талдау әдісінің көмегімен ғана табады. Бұл әдісті қолдану
арқылы осы күнге дейін 200-ден артық белок талданған. Лизоцим белогының
мысалында көлемді немесе қаңқалық үлгісі арқылы белоктың толық құрылымын
көруге болады.
Әртүрлі белоктардың кеңістіктегі құрылымын салыстыра отырып, әрбір
белоктың конформациясы бірегей болғанмен де макромомолекуланың жеке
бөлшектерінде тізбектің орам түрлері үнемі қайталанып отыратындығы
анықталды. Әсіресе, жиылудың (орамның) екі жолы жиі кездеседі, себебі олар
пептидтік топтардың өздерінің арасындағы сутектік байланыстардың дұрыс
ұйымдасуынан болады, ал оған бүйірлік тізбектердің арақатынасының
бірегейлігінің қатынасы жоқ. Осы екі тәсіл де 1951 ж. үлгінің көмегімен
жібек және шашқа жасалған рентгенқүрылымдық талдау нәтижесіне негізделіп,
дұрыс болжанған болатын [13].
Қазір бұл кезендік кұрылымдарды β-қатпарлы қабат және а-шиыршық деп
атайды. В-катпарлы конформацияда жібек фибрионының а-кератинде тері және
оның туындыларының (шаш, тырнақ және қауырсындар) белогында кездеседі. β-
қатпарлы қабаты құрылымы көптеген глобулалық белоктардың өзегінің басым
бөлігін құрайды. ... 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