Нуклеин қышқылдарының генетикалық ролі

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТІРЛІГІ

М. Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан мемлекеттік университеті

Жаратылыстану-география факультеті

Биология және экология кафедрасы

Реферат

Тақырыбы: Нуклеин қышқылдарының генетикалық ролі

Орындаған: 01405 топ студенті

Тексерген: оқытушы-магистр Сарсенова А. Н

Орал, 2017

Жоспары

Кіріспе . . . 3

1. Нуклеин қышқылы . . . 4

1. 1 Нуклеин қышқылдарының құрамы мен құрылысы . . . 4

1. 2Нуклеин қышқылының химиялық құрамы . . . 6

2. Нуклеин қышқылының ролі . . . 8

2. 1 Нуклеин қышқылының генетикалық ролі . . . 8

2. 2 Нуклеин қышқылының маңызы . . . 8

Қорытынды . . . 11

Пайдаланған әдебиеттер . . . 12

К і р і с п е

Тірі ағзада жоғары молекулалы үш қосылыс бар. Олар - нуклсин кышқылдары, белоктар және полисахаридтер. Қазіргі кезде аталған биологиялық жоғары молекулалардың әрқайсысының атқаратын кызметі дәл анықталып, тұқым куалайтын қасиеттің негізі, тірі ағзаның барлық ерекшеліктерін қайталап жарыққа шығарушы - нуклеин кышқылдары екені белгілі.

Нуклеин қышқылдары (лат. Nucleus - ядро) - құрамында фосфоры бар биополемерлер. Табиғатта өте көп тараған. Молекулалары нуклеотидтерден тұрады, бір нуклеотидтіқ 5'-фосфор арасындағы эфирлік байланысы мен келесі нуклеотидтің углевод қалдығының 3'-гидроксилі арасы эфир байланысымен нуклеин қышқылдары углеводты-фосфатты қаңқасын калайды. Нуклеин қышқылдары жоғарғы полимерлі тізбектері ондаған немесе жүздеген нуклеотидтің қалдықтарынан тұрады. Нуклеин қышқылдары құрамына кіретін мономерлерінің түріне қарай ДНҚ жәңе РНҚ деп бөлінеді.

Нуклеин қышқылдары тірі жасуша ядросының маңызды құрам бөлігі. Нуклеин қышқылдары (НҚ) рибонуклеин қышқылы (РНҚ) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) болып екі үлкен түрге бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар.

Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі. Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (мономерлері) . Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді. Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер, фосфор қышқылы және моносахаридтер кіреді.

ДНҚ мен РНҚ құрамының айырмашылығы - нуклеин қышқылын толық гидролиздеу арқылы анықталады. Оларды гидролиздегенде, әр түрлі заттардың қоспасы түзіледі.

Нуклеин қышқылдары құрамында көмірсудың гидроксил тобы мен фосфор қышқылының арасында күрделі эфирлік байланыс түзіледі, ал азотты негіз көмірсудың жанынан жалғасады.

Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) - тірі организмдердегі генетикалық ақпараттың ұрпақтан-ұрпаққа берілуін, сақталуын, дамуы мен қызметін қамтамасыз етуіне жауапты нуклеин қышқылының екі түрінің бірі. ДНҚ-ны 1868 жылы швейцар физиологы, гистологы және биологы Иоган Фридрих Мишер атты ғалым ашқан. Ақуыз молекуласы сияқты, ДНҚ молекуласы да биологиялық полимер. ДҚ-ның молекулалық салмағы 10 млн. болады, кейбір жағдайда (ақуыздың биосинтезіне байланысты) 50-100 млн-ға дейін жетеді. ДНҚ полимерлері мен мономерлерінің ролін комплементарлық негізге сәйкес бірінен кейін бірі орналасатын нуклеотидтер атқарады.

Нуклеин қышқылдары ең алғаш жасушаның ядросынан табылды, ол латынша «нуклеус» - ядро деген мағынаны білдіреді. Сондықтан нуклеин қышқылдары деп аталған.

1. Нуклеин қышқылы

1. 1 Нуклеин қышқылының құрамы мен құрылысы

Нуклеин қышқылдары ең алғаш жасушаның ядросынан табылды, ол латынша «нуклеус» - ядро деген мағынаны білдіреді. Сондықтан нуклеин қышқылдары деп аталған. Нуклеин қышқылдарының 2 түрі бар: дезоксирибонуклеин және рибонуклеин.

ДНҚ-ның құрылымы, саны және қасиеттері. ДНҚ-ң құрылымын зерттеген көптеген тәжірибелердің нәтижесінде, 40-жылдардың аяғында төмендегідей мәліметтер белгілі болды:

ДНҚ 4 нуклейдтен (аденин, гуанин, цитозин, тимин) тұрады. Олардың алдыңғы екеуі екі, ал қалғандары бір сақинадан құралған. әр нуклеотид бесбұрышты қантпен коваленттік байланыс арқылы қосылған фосфат тобымен азоттық негізден тұрады.
Нуклеотидтер бір-бірімен қант және фосфор тобымен ковалентті байланыс арқылы қосылған. Осы фосфор тобымен қанттың қалдығына тұратын ұзын шиыршықты молекуланы қант-фосфорлы тұлғасы дейді.
Э. Чаргафф анықтаған ДНҚ-ның барлық молекуласындағы адениннің саны тиминмен бірдей, ал гуанындікі цитозынмен тең, оны қысқаша былай белгілейді А=Т, Г=Ц. Аденин мен тимин екі сутектің байланыспен, ал гуанин мен цитозин үш сутектік байланыс арқылы қосылыс түзеді

ДНҚ-ның молекуласы шиыршық болып оралған. Оның негіздері шиыршыққа тік бұрышпен орналасады. Оны ең алғаш Р. Франклин түсірген рентгенограммадан көруге болады. Рентгеннограмманың көмегімен қант-фосфорлы тұлғаның шиыршықтың сыртқы жағында, ал негізі іште екенін және шиыршықтың бір орамында он нуклеотид болатыны анықталды.

Р. Франклин ашқан деректердің ДНҚ-ның құрамын анықтауда ммаңызы зор болды, бірақ екі сұрақ жауапсыз қалды: ДНҚ-ның молекуласы қанша жіпшеден тұрады және олар қалай байланысқан? Бұл сұрақтың жауабына негіз болған 1953 ж Д. Уотсон мен Ф. Крик ұсынған ДНҚ-ның құрылымы еді. Олар ұсынған құрылымды ДНҚ молекуласы 2 жіпшеден немесе тізбектен тұрады. Бұл жердегі жіпшелердің орнында осы тізбектердің қант-фосфатты тұлғасы тұрады да ал баспалдақтың рөлін негіздер атқарады, әрбір баспалдақ 2 негізден тұрса, ал екіншісі бір сақинадан тұрады.

Енді ДНҚ-ның қосарлы сақинасының қалай түзелетіндігін қарастыратын болсақ. Мұнда бір тізбектің азотты негіздері екінші тізбектің азотты негіздерімен сутектік байланыс арқылы өзара жақын орналасқан. Сутектік байланыстың түзулуінің өзі азотты негіздердің өте жақын түйісунің нәтижесі деп түсінген дұрыс. Түйісетін нуклеотидтер белгілі бір заңдылықта бағыннады, атап айтқанда бір тізбекте А орналасса, екінші тізбекте оның қарсысында Т орналасады, яғни А-ға Т комплементті, ал Г-ге Ц комплементті болып орналасады. Нуклеотидтердің осылай комлементке сай орналасуының нәтижесінде, біріншіден, қосарлы сақинаның бүкіли ұзына бойындағы тізбектердің ара қашықтығы бірдей болады, екіншіден, қарама-қарсы орналасқан негіздердің арасы сутектік байланыстар арқылы қосылады. Мәселен, Г мен Ц 3 сутектік байланыс, ал А мен Т арасындағы 2 сутектік байланыс түзіледі. Неғұрлым сутектік байланыс көп болса, ДНҚ жіпшелері берік болады және оның молекуласы тұрақты болып, қозғалғыштығы сақталатындығы дәлелденді.

Қорыта келе, Д. Уотсон мен Ф. Крик ашқан ДНҚ молекуласы құрылымының дұрыстығы экперимент жүзінде толық дәлелденіп молекулалық биология мен генетиканың дамуына зор ықпалын тигізді.

ДНҚ-ның екі еселенуі. Жасуша бөлінер алдында ДНҚ екі еселенеді, яғни жаңа жасушадағы генетикалық ақпарат «ескімен» бірдей болады. Қос тізбектегі негіздер бірдей болғандықтан, кез-келген жұп өзінің қарсы жағының қалыптасуына ақпарат береді. Мысалы, бір тізбек А - Т - А - Т - Ц - А болса, оның қарсысында Т - А - Т - Ц - Г - Т. Олар нуклеотидтердің комплементтік негізіне сәйкес келеді. ДНҚ-ның екі еселенуінің жолын 1953 ж М. Н. Мейсельсон мен Ф. Сталь дәлелдеді. Алғашқыда олар 3 түрлі болжам ұсынды:

Сақтала екі еселену. Жаңа тізбекте молекула пайда болу үшін алдыңғы ДНҚ-ның қос оралымының қалпы (матрица) негіз болады. Жаңа жасушаның біреуі бұрынғы ДНҚ-ның молекуласын алса, ал екіншісі жаңадан синтезделген молекуласын алады.
Жартылай сақтала екі еселену. Азотты негіздер арасындағы әлсіз сутектік байланыстары үзілген соң негіздер ыдырап, ДНҚ-ның молекуласының қос тізбегі ашылған сырма сияқты екі жаққа кетеді. Бөлінген әрбір тізбек болашақта пайда болатын тізбекте қалып қызметін атқарады. «Жаңа» және «ескі» тізбектер сутектік байланыстар арқылы қосылады. Яғни жаңа жасушада «жаңа» және «ескі» тізбектерден тұратын ДНҚ молекулалары түзіледі
Бытыраңқы екі еселену. ДНҚ қысқа бөлшектерге ыдырап, жаңадан пайда болатын қос тізбектің негізін қалайды. Одан кейін ДНҚ белгісіз жолмен екі еселенеді.

Рибонуклеин қышқылы (РНҚ) - жоғары молекулалық байланыс. Нуклеин қышқылдарының типі. Табиғатта кеңінен таралған. РНҚ-ның көмірсу бөлігінде рибоза қанты, ал азотты негіздері ретінде аденин, гуанин, цитозин және урацил болады. Рибонуклеин қышқылдары рибосомалық (рРНҚ), ақпараттық (аРНҚ) және тасымалдаушы (тРНҚ) болып бөлінеді.

Нуклеин қышқылдарының да ақуыздар сияқты әр түрлі құрылымдары болады. Олардың организмдегі функциясы да әр алуан. Нуклеин қышқылының бірінші құрылымында мононуклеотидтер белгілі тәртіппен орналасады. Нуклеин қышқылының екінші құрылымы макромолекулалардың кеңістікте қос шиыршық болып орналасуын көрсетеді. Бұл кезде молекулалар арасында және молекула ішінде сутектік байланыс арқылы әрекеттесу болады.

Нуклеин қышқылының макромолекуласы екі полинуклеотидті тізбектен құралады. Олар кеңістікте қос оралма түзеді. Оралманы фосфор қышқылының полиэфирі түзеді, пиримидин және пурин туындыларының жазық молекуласы оралманың ішінде болады. Нуклеин қышқылының макромолекуласындағы бірінің ішінде бірі жатқан ширатылған екі оралмада, пиримидин және пурин қалдықтары өзара сутектік байланыс арқылы байланыскан. Сутектік байланыс белгілі бір жұп пиримидин және пурин туындыларының арасында түзіледі. Оларды комплементарлы жұптар деп атайды. Ондай жұптар: тимин (Т) - аденин (А) және цитозин (С) - гуанин (G) .

1. 2 Нуклеин қышқылының химиялық құрамы

Нуклеин қышқылдары дегеніміз нулеотид қалдықтарынан тұратын жоғары молекулалы органикалық қышқылдар. Нуктеотидтер құрамына енетін қанттар бір-бірінен рибозада 2-ші көміртегіндегі гидроксил (-ОН) тобының орнына, дезоксирибозада тек сутегі атомы алмастырылған болады.

Нуклеин қышқылдарының құрамындағы мононуклеотидтерінің молекулалары бір мононуклеотидтегі пентозаның 3-ші көміртегі атомындағы гидроксил тобы мен көршілес жатқан нуклеотидтің фосфор қышқылының бір гидроксилдері есебінен бір-бірімен оттекті көпірлер арқылы жалғасады. Сонымен ДНҚ-ға басқа да азотты негіздермен бірге тимин енсе, ал РНҚ-ға тиминнің орнына урацил кіреді.

Мононуклеотидтер фосфор қышқылының бір және екі қалдығын қосып алады да тиісінше нуклеозиддифосфаттар (ADP, GDP, UDP, CDP және TDP) мне нуклеозид трифосфат (ATP, GTP, UTP, CTP және TTP) түзеді.

А. РНҚ-ның барлық түрлері синтезделетін төрт .

Б. ДНҚ молекуласын түзуге қатысатын төрт дезоксирибо -нуклеозидтрифосфаттар. Мұнда пентозаның 2-ші көмертегі атомына гидроксил тобы жоқ, онда сутегі атомы ғана болғандықтан, ол квадратпен қоршалады.

Құрамында рибоза бар нуклеотидтер рибонуклеотидтер деп, ал құрамында дезонксирибоза барын - дезокси-рибонуклеотидтер деп атайды. Мыңдаған мононуклеотидтер (мономерлер) полимерленеді де, нуклеин қышқылының макромолекуласын (полимер) түзеді, оларды полинуклеотидтер дейді. Нуклеотидтер құрамына кіретін қанттың табиғатына сәйкес нуклеин қышқылдарының химиялық және биологиялық қасиеттері жөнінде бірінен-бірінің айырмашылығы болады.

ДНҚ мен РНҚ-ның құрамында аса маңызды бес азотты негіздермен қатар, басқада минорлы пуриндік және пиримидиндік негіздер кіреді. Жануарлар мен жоғары сатыдағы өсімдіктер ДНҚ-да 5-метилцитозин кездессе, ал бактериялар ДНҚ-да - N6-метиладенин және 5-гидроксиметицитозин. Тасымалдаушы РНҚ-да мынадай минорлы негіздер кездеседі: гипоксантин, псевдоурацил, 7-метилгуанин, 4-тиоурацил, дигидроурацил, V-негіз.

Азотты негіздер (пуриндік және пиримидиндік негіздер), пентоза фосфор қышқылы үшеуі өзара қосылып мононуклеотид молекуласын түзеді. Олардың өзара жалғасып, қосылу реті әрқашан тұрақты.

Нуклеин қышқылдары, жоғарыда айтқандай клетканың ядросы хромосомдарының ішінде орналасады. Олардың молекулалық салмағы өте жоғары 6-дан 12 миллионға дейін жетеді. Мұндай орасан үлкен макромолекулалар жүздеген, мыңдаған жекеленген нуклеотидтерден құралады.

Нуклеопротеидтерді аздап гидролиздейтін болсақ онда көпшілік жағдайда табиғаты жағынан негіздік белоктар мен нуклеин қышқылдарына дейін ыдырайды. Ал, толық гидролиздену кезінде белоктар мен нуклеин қышқылдары, өздерінің негізгі құрамды компоненттеріне дейін ыдырайды.

2. Нуклеин қышқылының рөлі

2. 1 Нуклеин қышқылының генетикалық ролі

Генетикалық материалдың бірлігі ретінде қазіргі заманғы түсінік бойынша нуклеин қышқылдары танылады. Нуклеин қышқылдарын клетка ядросында 1869 жылы Швейцария физиологы Фридрих Мишер тапқан. Бұл жаңалық өте маңызды және осы жерде Ф. Мишердің өз тәжірибесін сипаттаған сөздерінен үзінді келтіруге болады: «Ірің клеткаларын әлсіз негіздік ерітіндімен өңдеу арқылы мен ерітіндіні бейтараптандыру нәтижесінде қарапайым тұз ерітіндісінде де, тұз қышқылының ерітіндісінде де, суда да, сірке қышқылында да ерімейтін, қазіргі кезге дейін белгілі белоктардың біріне де жатпайтын тұнба алдым». Бұл табылған затты Ф. Мишер «нуклеин» деп атады. Ол ДНҚ молекуласын ашқанын және ДНҚ молекуласын зерттеуге жол ашқанын білмеді. Бірақ, Ф. Мишердің нуклеин қышқылын алғаш болып ашқанын ескере келіп, 1941 жылы Петербург университетінің доценті А. Щепотьев нуклеин қышқылының генетикалық материал ретіндегі рөлін сипаттады.

Гендерді құратын материал ретінде дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ), ал генетикалық ақпараттың жүзеге асырылуын рибонуклеин қышқылы (РНҚ) іске асырады. Кейбір вирустарда алғашқы генетикалық ақпарат рибонуклеин қышқылында болады. Сонымен нуклеин қышқылдары ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын құрылым болып табылады.

Барлық тірі организмдердегі алғашқы генетикалық материал ретінде тура және жанама дәлелдер арқылы тұжырымдалған ДНҚ молекуласы болады. Оның тікелей дәлелі 1944 жылы ДНҚ молекуласының пневмокок бактерияларында бір типінен екіншісіне трансформациялану қабілетіне байланысты алынған. Қазіргі сәттерде мұндай трансформация көптеген микроорганизмдерде табылған. Өткен ғасырдың 50 жылдары ДНҚ молекуласының генетикалық арнайылығын дәлелдейтін тура нәтижелер алынды, соның бірі бактерия вирусының ДНҚ молекуласы арқылы ақпаратты бір бактерия клеткасынан екіншісіне беруін айтуға болады. Бұл құбылыс трансдукция деген атпен белгілі. Сонымен қатар ДНҚ молекуласын бір бактерия клеткасынан басқаларына тасымалдау бактериялардың конъюгация процесінде де жүзеге асырылатыны табылды. Қазіргі кезде трансдукция және конъюгация құбылыстары көптеген бактерия түрлерінде зерттелген. Микроорганизмдердің генетикалық талдануы осы трансформация, трансдукция және конъюгация процестеріне негізделген.

2. 2. Нуклеин қышқылының маңызы

Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын жасушаның (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары ақуыз биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен дитоплазмада кездеседі.

Олар жасушаның қай бөлігінде шоғырланса, соған байланысты қызмет атқарады. Жоғарыда айтылғандай, ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болып табылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ) ; тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.