Прокариот және эукариоттардың генетикалық аппаратының құрылысының ерекшелігі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны:

Кіріспе
Прокариот жасушасының генетикалық аппараты
Эукариот жасушасының генетикалық аппараты
Прокариот және эукариоттардың генетикалық аппаратының құрылыс айырмашылықтары
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Организмге тән сипаттамалар туралы барлық ақпарат оның генетикалық аппаратында шоғырланады. Ол жасушаның көбею кезеңінде өзіндік тән белгілердің сақталып, қайта жаңғыртуын қамтамасыз етеді, себебі жаңадан синтезделген ДНҚ молекуласы аналық молекуламен толықтай ұқсас болады. Бұл генетикалық аппараттың жоғарғы тұрақтылығын және қызмет жасауына жауапты тетіктердің дәлдігін көрсетеді. Алайда, генетикалық аппарат толықтай тұрақты емес, себебі бұл ағзаның өзгеру мүмкіндігін, өмірдің әр түрлі формаларының пайда болуына әкелген эволюциялық түрлендірілуді жоққа шығарар еді. Осылайша, генетикалық аппарат бір жағынан өз тұрақтылығын қамтамасыз етіп, екінші жағынан едәуір иілімді, өзгергіштікке қабілетті болуы тиіс. Сонымен қатар генетикалық аппарат өздігінен көбеюге, өз реттігін сақтауға қабілетті.

Жасушаның ядролық және цитоплазмалық ДНҚ-сының барлық гендері мен ген аралық учаскелерінің жинтығы- геном деп аталады. Геном репликация (өздігінен екі еселену), генетикалық ақпаратты сақтау, экспрессиялану (тұқым қуалаушы ақпараттың әрі қарай берілуі) және мутацияға негізделген өзгергіштік қасиеттеріне ие.

О. Эйвери тұқымқуалаушылық белгілерін ұрпаққа жеткізетін зат дезоксирибонуклеинді қышқыл екендігін дәлелдеді. ДНҚ тұқымқуалаушылық пен түрөзгергіштік қасиеттердің материалдық тасымалдаушысы, және ағза жасушасының дамуы жайлы программа- биологиялық ақпаратты өз ішінде сақтайды. Кез- келген жасушаның генетикалық материалы ақпараттық қасиеті төрт нуклеотидтің арнайы ретпен түзген полинуклеотидті тізбегімен анықталатын ДНҚ-мен көрсетіледі. Ал олардың орналасуы прокариот және эукариот жасушаларында әр түрлі болып келеді. Бұл жұмыс прокариот және эукариот жасушаларының генетикалық аппаратының құрылысының айырмашылығы мен ерекшеліктерін талдап көрсетеді.

Прокариот жасушасының генетикалық аппараты

Прокариоттарға микроорганизмдер мен көк-жасыл балдырлар жатады, және бұл тарауда микроорганизмдердің (бактерия және архибактерия) құрылысы талданады. Прокариоттар (грекше: pro - дейінгі, karion - ядро) клеткасында арнайы пішінді, жеке дараланған ядро болмайды, сондықтан генетикалық материал ядролық мембранамен қоршалмай цитоплазмада бос күйінде орналасқан.

ХХ ғасырдың 40-жылдарына дейін бактерияларды генетикалық тұрғыдан реттелмеген өмір формасы деп санады. М. Бейеринк прокариоттардың тұрақты, оңай айырылып танылатын және тұқым қуалайтын өзгерістерін сипаттап, бактериялар мен жоғарғы сатыдағы организмдердің бір генетикалық заңға бағынатындығын түсіндіргендердің бірі болды. Бактериялар жасушалық құрылысы бар өте ұсақ организмдер. Олардың орташа диаметрі 1 мкм. Бактерия клетка қабығымен қоршалған, оның ішінде цитоплазма, рибосомалар, ферменттер, плазмидалар, ядролық аппарат т. б. бактериялық элементтер бар. Эукариот клеткасынан айырмашылығы оларда митохондриялар, Гольджи комплексі, эндоплазмалық тор жоқ және басқа да бірқатар мембраналы органоидтар болмайды.

Бактериялардың «ядролық аппараты» цитоплазмадан мембрана арқылы айқын оқшауланбаған, оны нуклеоид деп атайды. Нуклеоид бактерияларының генетикалық материалы - жалғыз молекулалы ұзындығы 1 мм шамасындағы сақина пішіндес екі тізбекті ДНК молекуласы, оның молекулалық массасы 3*10 ⁹ Дальтон және шамамен 4*10 ⁶ жұп нуклеотидтерден тұрады. Бактериялардың геномы эукариоттармен салыстырғанды әлдеқайда кішкентай, себебі прокариот геномы эукариотқа қарағанда тығыз орналасқан. Кодталмайтын нуклеотидтер тізбегі өте аз. Мұндай ДНК-да 4000-ға жуық гендер ғана болады. Бактериялардың генетикалық жүйесі шартты түрде хромосома деп аталады. Бірақ эукариоттармен салыстырғана бактериялық хромосомаларда негізінен гистон белоктары болмайды. Олардың центромералары да жоқ және митоз арқылы жаңа клеткаларға ажырамайды, мейоз кезеңдерінен өтпейді.

Е-соІі ішек бактериясында прокариот геномы жақсы зерттелген. Оның хромасомасы 3, 2*10 ⁶ н. ж. тұратын сақиналы ұзын ДНҚ, гендері сызықты орналасқан. Бактерия хромосомасы белсенді күйде болады- кез-келген уақытта репликация немесе транскрипция жүруі мүмкін. Прокариот ДНҚ-сының 95%-ы ұдайы транскрипцияланады.

Кейбір бактериялардың цитоплазмасында нуклеоидтан бөлек қосымша ДНҚ-ның тұйық кішігірім молекулалары болады. Олар плазмида деп аталады. Плазмида деп автономды ауторепликацияға қабілетті, хромосомалармен байланыспаған сақина тәрізді ДНК молекулаларын айтады. Оның өлшемі шамамен бактерия хромосомасының 10-20%-дай, 1-3 гені болады. Кейбір плазмидалар хромосомалармен бірге болады. Олар эписома деп аталады. Мысалы: F фактор плазмида мөлшері 103 нуклеотид жұптарына тең ДНК молекуласы. Плазмиданың көбеюі автономды бірақ олардың репликациясы хромосомалық геноммен бақыланады. Плазмиданың кең таралған 3 типі бар:

• F фактор немесе жыныстық фактор.

• R фактор немесе резистенттілік факторы.

• Col - фактор немесе коллициндік фактор.

F фактор - F филин белогын кодтайды. Филин белогы жыныс қылшықтары қалыптасуы үшін қажет. Бактериялардағы жиынтық процесс коньюгация жүру үшін осындай белоктар қажет. R фактор - (ағыл: resistent «төзімділік») кең таралған плазмидалар. Антибиотиктерге химиотерапевтік заттарға ауыр метал иондарына ультра күлгін сәулелерге төзімділік қасиеттерін кодтайды. Col фактор - коллицин белогын кодтайды. Коллицин ішек таяқшасы шигелла салманелла бактерияларда түзілетін басқа белоктарда жоюға қажетті уытты белок.

Жалпы бактериялық плазмидаларды хромосомадан тыс тұқым қуалаушылықтың элементтері ретінде қарау керек. Мұндай элементтер эукариоттарда да кездеседі. Оларды цитоплазмалық тұқымқуалаушылық факторлар деп аталады. Оған митохондрия мен пластидтердің гендері кіреді. Бактериялық плазмидалар ген инжинериясының негізгі қаруларының бірі. Қарастырылған плазмалардың 3 типінің бірқатары биотехникалық мақсат пен бөлінген бөтен генді бактериялық клеткаларға таси алатыны таптырмайтын генетикалық элемент болып табылады.

Бактерия клеткасының негізгі генетикалық құрылымы бактериальды хромосома болып табылады, ДНҚ-ның гигантты молекуларлары болады, тұйық сақина генетикалық детерминант геннің бір текті функциясынан тұрады. Барлық хромосома бактериясы репликацияланады, яғни репликон болып табылады. Бактерия барлық прокариоттар сияқты гаплоид яғни олардың генетикалық материалы ген жинағымен байланысты. Клеткада бактерия хромасомының бірнеше көшірмесі болуы мүмкін. Үзіліссіз емес кодтайтын нуклеоидтардың тізбегінен тұрады, яғни бактериялар ген тізбектерімен тығыз байланысты. Геннің ақпараттары генетикалық кодта жазылады, бұл барлық организмдерде бірдей. Ген құрылымында ақпараттың негізгі экспрессиясының 2 кезеңі бар: Транскрипция (генетикалық ақпараттың ДНҚ-дан РНҚ-ға жазылуы) және трансляция (генетикалық ақпараттың нуклеотид мРНҚ-ның аминқышқыл тіліне аударады) . Прокариот гені промотордан, белок кодтайтын аймақтан және транскрипция терминтаторынан тұрады. Алғашқыда ген ДНҚ бөлігі промоторға ажырайды, ол РНҚ полимеразасына байланысқан және транскрипцияны инициациялайды. Оның құрамына 2 бірізділік консерватив кіреді: біреуі (ТТГАЦА) тану үшін қажет, 2-шісі (ТАТААТ) РНҚ полимераза промоторымен тығыз байланысу үшін керек (фермент, РНҚ түзуші катализдеушілер, ДНҚ-ны матрица ретінде қолданады) . Бұл екеуі де нуклеотид жұптарымен ажыратылған. Бактерияларда транскрипция РНҚ полимеразасының жалпы барлық генінің транскрипциясына әкеледі.

Эукариот жасушасының генетикалық аппараты

Эукариоттар (грек. еu - жақсы, толығымен және karyon - ядро) - құрамында ядросы бар организмдер. Эукариоттарға барлық жоғары сатыдағы жануарлар мен өсімдіктер, сондай-ақ бір немесе көп жасушалы балдырлар, саңырауқұлақтар және қарапайымдар жатады. Эукариоттар жасушалары прокариоттармен салыстырғанда құрылысы жағынан күрделі келеді. Эукариот жасушасының генетикалық аппараты жасушалық ядро түрінде бөлектенеді, ішінде басты тұқымқуалаушы - хромосома. Хромосомалар саны түрленуіне қарай екіден (жылқы аскаридасы) мыңға (төменгі сатыдағы өсімдіктер) дейінгі шамада. Эукариот жасушаларында ДНК мөлшері бактериалардан көбірек: ағза түрлеріне қарай мөлшері 10 ⁴ мен 10 ¹¹ арасында өзгеріп тұрады. Хромасома сол жасушадағы хромасомадан тыс механизмдермен әрекеттесе отырып, тұқым қуалау ақпаратын сақталуын, оның дұрыс көшіріліп жазылуын реттейді және генетикалық материалдың екі еселенуін, сондай-ақ оның ұрпақтан ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді.

1880 жылы Флемминг тірі клеткаларды фиксациялап, негіздік бояуларды жақсы сіңіретін тығыз денешіктерді «хроматин» деп атады; бұл оның қышқылдық қасиетін көрсетеді. Өйткені хроматиннің құрамында ДНҚ (35-40%), гистонды және гистонды емес ақуыздар (60-65%) болады. Әр организм түрінің жасушаларында оның өзіне тән тұрақты ДНҚ мөлшері бар. Хроматинді құрайтын гистонды ақуыздар 5 түрлі: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Гистонды емес ақуыздар қатарына құрылымдық ақуыздар, реттеуші ақуыздар және фермент молекулалары жатады. Бұлардан басқа хроматин құрамында аз мөлшерде РНҚ молекуласы, Са, Mg, Fe иондары кездеседі. Кез-келген эукариоттық хромосомада бактерия жасушасындағыдай бір қос тізбекті ДНҚ молекуласы болады.

Эукариот геномының басты ерекшеліктерінің бірі - ДНК-ның ақуыздармен структуралық және функционалды байланысы. Оған себепші - генетикалық ақпараттың берілуі мен ақуыздың реттеуші фунциясы болып табылады. Ақуыздар жасуша көбеюіндегі ДНК , интерфазалық хромасомалардың қалыптамалық реттеушісі ретінде үлкен рөл атқарады. Сонымен қатар, ДНК-мен бірге ақуыздар саны синхронды көбейетіндіктен, репликация процессінің уақыты ұзартылады.

Эукариот геномына тән ерекшелік - ақуызды кодтауға керекті ДНК мөлшерінің артықшылығы. Эукариот геномының көлемі өте үлкен болады, себебі ДНҚ молекуласы тек қайталанбайтын ДНҚ-ның негізгі бөлігінен ғана емес, орташа жиілікпен қайталанатын және өте жиі қайталанатын сателитті ДНҚ деп аталатын учаскелерден де тұрады. Орташа жиілікпен қайталану он-жүз шама көшірмеден кездеседі, орташа саны $\approx$ 300-400 ж. н. Қайталану арасында қайталанбайтын ДНК учаскелері орналасады. Өте жиі қайталанатын ж. н. қысқа ДНК фрагменті ретінде, үлкен мөлшерде (106-ға дейін) көрсетіледі. Бір қатар жағдайда бұл көшірмелердің негізгі құрамы геномды тұтастай алғанда өзгеше келіп, нәтижесінде қайталамалар әр-түрлі жиіліктегі бөлек фракцияны құрайды. Бұл фракция - сателитті ДНК деп аталады. Ол ешқашан транскрипцияланбайды, сондықтанда оны «тыныш» деп те атайды. Сателитті ДНК хромасоманың гетерохромалық аудандарында: теломераларында, центромера маңында, ядрошықта орналасқан. Ол генетикалық ақпаратты жасушадан жасушаға беру процесінде хромосоманың структуралық түрленуін қамтамасыз ететін реттеуші фунция рөлін атқарады деп саналады.

ДНК артықшылығы ақуызды кодтамайтын нуклеотид бірізділігімен айтарлықтай байланысты. Олардың кейбірі ген құрамына кіреді, мысалы, интрондар - қосымшалар. Сонымен қатар, транскрипцияланбайтын, ретеуші-ақуыздарды байланыстыратын сигналды бірізділіктер бар. Оларға промоторлар, хромосомалардың спирализациясын бақылаушы учаскелер, хромосомаларды ілмешекке бекітетін учаскелер жатады.

ДНҚ-ның сирек, орташа және жиі қайталанатын нуклеотидтер жүйесіне бөлінуіне байланысты хромосомалық материалдың екі типін ажыратады: эухроматин және гетерохроматин. Гетерохроматинді учаскелер клетканың бүкіл тіршілігі бойы күшті ширатылған күйде болады. Мұндай учаскелер негіздік бояуларды мол сіңіріп, жақсы боялады. Гетерохроматин структуралық және факультативті болып екіге бөлінеді. Структуралық гетерохроматинде жиі қайталанатын гендер орналасқан. Олар барлық аутосомалар мен жыныстық Х-хромосомасының центромера маңында және У-хромосомасының ұзын иінінің теломерасында болады. Түрлі хромасомалардағы структуралық хроматиннің мөлері әртүрлі, әсіресе көбірек шоғырланған жері 1 - 9 - 16 - хромосомалардың ұзын иіндері. Акроцентрлік хромосомалардың қысқа иіндерінде де гетерохроматинді учаскелерді кездестіруге болады. Факультативті гетерохроматин клеткалық циклдық бір кезеңде ғана гомологтық хромосомалардың біреуінде болады. Оның қызметі онтогенез барысында кейбір гендердің мөлшерін азайту. Мысалы, әйел адамдард жыныстық екі Х-хромосоманың біреуі активтілігін жойып, жыныс хроматиніне немесе Барр денешігіне айналады. Эухроматинді учаскелер деспирализацияланған, яғни тарқатылған күйде болады, сондықтан бояуды аз сіңіріп, нашар боялады. Олар генетикалық ақпарат жазылған сирек қайталанатын гендерден құралған. Ол гендерде нуклеотид саны өте көп және қайталабай белгілі бір қатаң тәртіппен орналасқан. Интерфазалық ядрода эухроматин генетикалық активтілік көрсетіп, оның ДНҚ-сы тарқатылған жерінде транскрипция жүріп жатады. Тұқым қуалайтын материалдың 80-90%-ы осы эухроматинді учаскелерде шоғырланған.

Геномда жалғыз көшірмеде болатын гендер саны аз. Олардың негізгі бөлігі әртүрлі мөлшердегі көшірмеден тұрады. Қасында орналасқан ұқсас гендер кластерлер құрайды. Кластерлердің тіршілігі гендер екі еселенуінің (дупликация) геном эволюциясында үлкен роль алатының көрсетеді. Кластерлер мысалы: эритроциттер ақуызының гені - гемоглобин. Гемоглобин төрт полипептидті тізбектен тұратын тетрамер болып табылады: 2α және 2β. Әр тізбектер түрі кластер құрайтын гендермен кодталады. Адамда α-кластер 11-ші хромосомада, ал β-кластер - 16-шы хромосомада орналасқан. β-кластер ДНК учаскесінің 50 мың ж. н. -ін алып тұр, және бес функционалды белсенді гендерді және бір псевдогенді қамтиды. Псевдогендер - функционалды емес, активті гендердің мутациясынан пайда болған қалдық гендер. Олар экспрессияланбайды. Кластер құрамындағы гендер бір-бірінен спейсерлер арқылы бөлінеді.

Ядрошық (нуклеола) ядроның ең тығыз құрылымы болып табылады, әдетте дөңгелек формада. Ядрода бір немесе бірнеше ядрошық болуы мүмкін. Сонымен қатар, ядрошық хроматиннан бөлек құрылым емес, оның туындысы. Ол хромасоманың белгілі бір учаскелеріне байланысты құрылыды, мысалы, ядрошық ұйытқылары. Әр ұйытқы бірнеше ондаған не жүздеген рРНҚ генінің көшірмесін қамтиды. Бұл гендерде активті түрде бастамашы рРНҚ синтезделеді. Пайда болған рРНҚ бірден рибосомалық ақуыздармен байланысып, рибосома субъединицаларын құрайды. Ядрошықтың өзінде фибриллярлы компоненттер (FC) (пре-рРНҚ, рРНҚ және олардың ДНҚ-дағы гені), және гранулалық структуралар (G) (рибосома субъединицасы) кездеседі.

Адам жасушасының генетикалық аппараты ДНК-ны қамтитын құрылымдар (ядро, митохондрия) және ДНК функциясын орындайтын құрылымдар (рибосома, клетка орталығы) болып көрініс табады. Ядро генетикалық аппараттың басты элементі болып табылады, жасушалық ДНК-ның 99, 5%-ын қамтиды. Жасушалық ДНК молекула саны хромосома санына тәуелді өзгереді: адамның соматикалық жасушасы 46 хромосома құрайтын (диплоидтық жиынтық) 46 ДНК молекула тізбегінен тұрады. Адам геномында 3*10 ⁹ жұп нуклеотидтер және 100 мыңға жуық ген бар.

1963 жылы Стокгольм университетінде М. Насс және С. Насс электрондық микроскоп арқылы митохондрялық ДНҚ-ны ашты, 1981 жылы геномы толықтай анықталды. Эукариоттардың көпшілігінің митохондриясында сақиналы ДНҚ болғанымен, кей өсімдіктерде қосымша сызықты ДНҚ да кездеседі. Ядролық ДНК-мен салыстырғанда митохондриялық ДНК-да 2-10 кіші сақиналы ДНК молекуласы орналасқан. Митохондрия адам жасуша ДНК-сының 0, 5%-ын қамтиды (16569 ж. н. -тен тұратын сақиналы молекула) . МтДНҚ-да интрон болмайды, құрамында 2-рРНҚ, 22-тРНҚ және 13 фосфорлау полипептидтерінің гендері кездеседі. Митохондрияның генетикалық ақпараты жасушаның плазмотипін құрайды; тұқым қуалаушы ақпарат анадан беріледі. Рибосома генетикалық ақпараттың трансляциясына қатысатын аппараттың компоненті; ол ақуыз биосинтезін қамтамасыздандырады. Жасуша орталығы митотикалық аппараттың құрылуына қатысады, генетикалық материалдың дұрыс бөлінуіне, митоз процессінде жасушадан жасушаға берілуіне жауапты.

Прокариот және эукариоттардың генетикалық аппаратының құрылыс айырмашылықтары және ерекшеліктері

Прокариот клеткаларының эукариот жасушаларынан айырмашылығы - олардың генетикалық материалы - сақиналы ДНҚ құрамына ақуыздар кіретін күрделі хромосомаларға жинақталмаған және де мембранамен қапталмаған. Эукариот жасушаларының генетикалық материалдары ядрода шоғырланған, ал ДНҚ пішіні сызықты.

Эукариоттық гендердің прокариот гендерінен негізгі айырмашылығы оның үзікті құрылымнан болуы: кодталатын - экзондардан және кодталмайтын қосымшалар - интрондардан тұрады. Экзондардың ұзындығы 100-600 ж. н., ал интрондар - бірнеше ондағаннан бірнене мыңдаған жұп нуклеотидтерден тұрады. Гендер құрылысының үзіктігі, оның жұмысты жақсырақ бақылауының негізі болып табылады. Прокариоттар біркелкі гендер мен реттеуші бірізділіктен тұрады, және онда интрон болмайды.

Прокариоттарда белгілі бір қызметтер атқаратын мембраналық құрылымдары болмайды. Бактериялар екіге жай бөліну арқылы көбейеді, сондай-ақ екі клетка арасында генетикалық ақпарат алмастыру түрінде жүретін жыныстық көбеюді байқауға болады. Прокариоттар клеткаларының пішіндеріне сәйкес ұсақ болып келеді. Олардың көлемі шамамен 1-10 мкм. Эукариот геномы бактерия геномынан біршама үлкен келеді, мысалы 2 есе (ашытқы) және 1000 (адам) есеге дейін.

Сонымен қатар, прокариоттарда негізгі гендер нуклеоидта шоғырланған болса және шамамен бір сақиналы ДНҚ 4000 геннен тұрса, эукариот жасушаларында генетикалық материал ядролық аппаратта ғана емес, кей органоидтарда (цитоплазмалық гендер немесе плазмогендер) да кездеседі. Прокариоттарда автономды жұмыс атқаратын плазмидтер кездеседі, олардың жасушадан тыс шығарылып алынуы негізгі генетикалық аппарат үшін қауіпсіз.

Прокариоттардың ядросы анық көрінбегенімен, клетканың ДНҚ-ы ядролық аймақ деп аталатын жерге шоғырланады. Клетканың бұл аймағы клеткадағы барлық қызметтерді басқарып отырады, яғни эукариоттық ядро қызметінің дәрежесіне ие. Прокариоттардың ДНҚ-сы эукариоттық ДНҚ сияқты ақуыздармен арнайы құрылым түзе отырып ұзын тізбекке бірікпейді. Жалпы алғанда прокариоттарда бір ғана сақина тәрізді ДНҚ молекуласы болады. Бұл ДНҚ сақинасы прокариоттың геномы болып есептеледі және ол клеткалық мембранаға келіп бекиді.

Прокариоттарда ДНҚ-ның 95% үздіксіз транскрипцияланады. Ал эукариоттық жасушалардың ДНҚ-ның тек 7-10 % ғана белсенді транскрипцияланады, ал транскрипцияға қатыспайтын бөліктің көпшілігі тіптен «тыныштықтағы» ДНҚ. Соған қарамастан, эукариот геномы ДНҚ артықшылығымен көзге түседі. Сонымен қатар, бактериялық хромосомалар тығыз әрі жинақы құрылымда болғандықтан, жиі қайталанатын гендер болмайды. Эукариотта гендік кластерлер, гистондық белоктар, рРНҚ гендері мен гемоглобин гендері кездеседі. Прокариоттың ДНҚ-сы ақуыздармен функционалды түрде байланыспайды; бұл генетикалық ақпараттың берілу ерекшелігімен тығыз байланысты. Прокариот генетикалық материалы суперспирализациядан өтпеген, нығыздалып, тығыз денешікке жиналмаған.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.