Эукариоттар мен прокариоттар

Молекулалық биология және медициналық биологияға кіріспе. Ақуыз және нуклеин қышқылдарының құрылысы мен қызметі. Генетикалық ақпараттың берілу механизмдері және реттелу жолдары

Молекулалық биология-тіршілікті молекулалық деңгейде зертейтін кешенді биология ғылымының маңызды салаcының бірі.

Молекулалық биология ғылымының негізгі зерттеу объекттері жасушаның ақпараттық макромолекулалары-ақуыз және нуклеин қышқылдары болып саналады. Ол ақпараттық макромолекулалардың құрылысын, қызметтерін, таралуын зерттейді.

Қазіргі таңда молекулалық биология жедел дамып келе жатқан ғылым ретінде теориялық және қолданбалы биология, генетика, медицина, ауылшаруашылығы т.б. ғылымдардың дамуында маңызды рөл атақарады. ХХІ ғасырды молекулалық биология ғасыры деп атауда.

Молекулалық биология ғылымы бірнеше бөлімдерге бөлінеді: геномика-тұқым қуалаушылықтың материалдық негіздері-ДНҚ, РНҚ молекулаларының құрылыстарын, қызметттерін зерттейді; протеомика-жасуша ақуыздарының құрылысын, қызметтерін зерттейтін бөлім.

Геномика  ғылымының негізгі міндеті мен мақсаты - адам және басқа да тірі ағзалардың геномдарының құрылысын, қызмет ету тетіктерін зерттеп, анықтап, анықталған деректерді, білімдерді адам өмірінің сапасын жақсартуға пайдалану болып табылады.

Ақуыздар - жасушаның ең маңызды макромолекулаларының бірі. Оның элементтік құрамын, құрылысының теориясын алғашқылардың бірі болып зерттеген және «протеин» (protein-бірінші) деп атауды ұсынған Голландия химигі және дәрігері Г.Я.Мульдер (1802-1880) болатын. Ақуыздар маңызды қызметтерді атқарады: құрылымдық (биомембраналар құрамына кіреді); энергетикалық (қуат көзі болып табылады); катализдеуші (ферменттер); сигналдық (гормондар, нейропептидтер); қозғаушы (миозин); өткізгіштік (арналар, сорғыштар); реттеуші (репликация, транскрипция, трансляция факторлары); ДНҚ учаскелерімен байланысып гендердің экспрессиялануын реттейді; ақуыздардың фолдингін қадағалайды.

 

 

 

     

 

     

 

 

 Триофосфатизомераза ферменті мысалында ақуыздың үшінші реттік құрылымының көрінісі

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ақуыздардың құрылымдық деңгейі: 1 - біріншілік, 2 – екіншілік, 3 - үшіншілік, 4 төртіншілік

 

Өзгергіштік. Мутациялық өзгергіштік және адамның тұқым қуалайтын аурулары.

Өзгергіштік тірі ағзалардың  негізгі қасеттерінің бірі. Адамның өзгергіштігін зерттейтін ғылым – медиициналық генетика.

Медициналық генетика-адам патологиясындағы генетикалық факторлардың рөлін зерттейтін жалпы генетика ғылымының маңызды бөлімі болып саналады.

Тұқым қуалаушылық басқа тірі ағзалар сияқты, адамдарға да тән қасиет. Адамдардың көптеген белгілері Г.Мендель заңдарына сәйкес тұқым қуалайды, оларды менделденуші белгілер деп атайды. Қазіргі кезде адамдардың 12000-нан астам тұқым қуалайтын аурулары анықталған, олардың ішінде: тері аурулары – 250; көз аурулары – 200 астам, жүйке аурулары, ішкі мүшелер аурулары т.с.с.

Адамдардың тұқым қуалаушылығын зерттейтін генетика ғылымының саласын медициналық генетика деп атайды. Ол ерте кезден-ақ, ХІХ ғасырдың аяғынан бастап Ф.Гальтон, А.Гэррод еңбектерінің нәтижесінде дами бастаған.

Г.Мендель заңдары екінші рет қайтадан ашылғанан кейін  ағылшын дәрігері А.Гэррод адамдардың алкаптонурия ауруын зерттеп (алкаптонурия несептің түсінің ауада қараюы) оның гомогентезин қышқылының алмасуының бұзылуы нәтижесінде дамитынын және Г.Мендель заңдылықтарына сәйкес-рецессивті белгілі сияқты тұқым қуалайтындығын анықтаған. Сонымен қатар, А.Гэррод гендер көптеген химиялық үдерістері басқарып бақылайды деп болжамдап, адам ағзасында алкаптонуриядан басқа зат алмасудың бұзылуына алып келетін көптеген тұқым қуалайтын аурулар болуы мүмкін деп айтқан. Осылайша, А.Гэррод бірінші болып гендердің әрекет ету тетіктері туралы гипотеза ұсынған, бірақ оның маңызды, түпкілікті тұжырымы ұзақ уақыт бойына елеусіз қалып келген.

ХХғ. 60 жылдарына дейін адамдар генетиканың зерттеу объекті ретінде ғалымдарды көп қызықтыра қойған жоқ. Бұл кездері гентиканың негізгі зерттеу объекттері ретінде-дрозофила (жеміс шыбыны), саңырауқұлақтар (нан зеңі-Neurospoza) ішек бактериясы (Escherichia coli) т.б. қолданылып келді.

4. Иллюстрациялы материалдар:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хромосомалық аберрациялар      Даун синдромымен ауыратын адам

 

Молекулалық – генетикалық зерттеулер әдістері және олардың медицинада қолданылуы.Гендік инженерия. Биотехнология

Адам генетикасының ғылымының ең негізгі зерттеу әдісі болып гибридологиялық әдіс саналады, яғни зерттеушілер будандастыру үшін ата-ана жұптарын күні бұрын таңдап алып эксперимент жасайды (мысалы Г.Мендель тәжірибелері).

Бұл тұрғыдан алғанда адамдар генетика объекті ретінде қолайсыз болып келеді, себебі: 1) адамдарда күні бұрын мақсатқа сай ата-ана жұптарын таңдау, эксперименттік некелер құрастыру мүмкін емес. Себебі, ол қоғамдық-әлеуметтік жағдайларға қайшы келеді; 2) қазіргі кезде көптеген отбасыларында балалар саны аз, яғни 2-3 баладан ғана болады, ал ол белгілердің тұқым қуалаушылығын объективті түрде талдауға жеткіліксіз; 3) адамдардың өмірі қысқа болады, яғни бір ұрпақтың тіршілік ұзақтығы шамамен 25-30 жылға тең. Ал, олардың жыныстық жетілуі кешірек басталады, яғни 13-15 жасқа келгенде ғана. Сондықтан-ғалым генетик өз өмірінің ішінде тікелей 1-2 ұрпақтың ғана алмасуын бақылап зерттей алады; 4) адамдардың хромосомаларында «тіркесу» топтарының саны көп 23, ал дрозофилада небәрі 4;    5) адамдардың генотипі көп түрлі болып келеді. Мысалы, егер әрбір жұп гомологтық хромосомаларда тек бір жұп аллель болады десек, онда 23 жұп хромосомалардың мейоз кезінде еркін комбинациялануы нәтижесінде 8.388.608 (223) әр түрлі гаметалар пайда болар еді. Ал, шын мәнінде адам хромосомаларындағы аллельдердің жалпы саны әлдеқайда көп, мысалы, тек Х хромосомада 100-ден астам локус кездеседі. Адам геномындағы гендердің жалпы саны 30000-нан астам.

Адамдардың генетикалық көптүрлілігі және оның тіршілігіне әсер ететін экологиялық және әлеуметтік факторлардың әртүрлілігі олардың көптеген фенотиптік өзгергіштігіне алып келді. Осы және басқа да кедергілер гибридологиялық әдісті адам генетикасын зерттеу үшін қолдануға мүмкіндік бермейді.

Дегенмен, қазіргі кезде, адамның тұқым қуалаушылығын зерттеу жедел дамуда, себебі оның фенотипі анатомиялық, физиологиялық, биохимиялық, иммунологиялық және мінез-құлқы тұрғысынан жан-жақты және терең зерттелген.

4. Иллюстрациялы материалдар:

 

Тұқым қуалайтын аурулардың

диагностикасының принципиальды

нұсқасы

 

 

 

 

 

Жасуша органнеллалары және цитоплазманың функционалдық компоненттері және молекулалық құрылысы

   Жасушаның негізгі 3 компоненті бар: биомембранасы, биомембранасы және ядросы.

Органеллалар дегеніміз жасушада үнемі, тұрақты түрде кездесетін, белгілі бір құрылысқа ие және нақтылы қызметтерді атқаратын құрылымдар.

Ядро (nucleus) –жасушаның ең үлкен органелласы. Оны 1931 ж. ағылшын оқымыстысы Р.Броун ашқан. Ядро пішіні домалақ, кейде сопақша тәрізді болып келеді. Ол жасушаның ортасына жақын орналасқан, өлшемі-10-25 мкм шамасында.

Ядро-ядро қабықшасынан, ядро матриксінен, хроматиннен, ядро шырынынан (кариоплазма) және бір немесе бірнеше ядрошықтардан тұрады.

Митохондриялар жасушаның міндетті органеллаларының бірі. Оның пішіні түрліше болып келеді: таяқша тәрізді, домалақ, сопақша, гантель тәрізді т.с.с., ал өлшемі 0,5-7 мкм тең. Митохондриялар қос қабат қабықшадан, матрикстан тұрады. Митохондриялар жасушаның энергетикалық орталығы болып саналады, себебі бұл жерде органикалы  заттар молекуласы ыдырайды және энергияның әмбебап көзі-аденозинтрифосфат (АТФ) синтезделінеді.

Эндоплазмалық торды өте ұсақ, қос қабат мембранамен шектелген және гиалоплазманы өне бойына тарамданып тесіп өтіп, торланып орналасқан, цитоплазманың үлкен көлемін алып жатқан микроарнашақтар мен микроқуыстар жүйесі болып табылады.

4.Иллюстрациялы материалдар:

 

 

 

 

 

 

 

       Жасуша мембранасының құрылымдық-химиялық сипаттамасы

 

Жасуша циклы және оның реттелуі. Апоптоз

Ағзалардың түпкілікті қасиеттері-өздігінен өрбу, өздігінен жаңару, өздігінен реттелу, жасушалардың бөлінуіне негізделінетіні бұрыннан белгі.

Жасушалардың митоз, мейоз жолдарымен бөлінуі, митоздың негізгі фазалары (профаза, метафаза, анафаза, телофаза), жасуша циклының кезеңдері (G1, S, G2, М) осыдан 100 жыл бұрын зерттеліп сипатталған.

Жасуша циклы (митоздық цикл) дегеніміз жасушаның пайда болуы, өсуі, атқаратын қызметтеріне икемделуі және әрі қарай бөлінуі кезеңдерінде байқалатын құбылыстар мен үдерістер жиынтығы болып табылады.

Жасуша циклы (митоздық цикл) 4 кезеңдерден тұрады:

G1(Gар-1)-пресинтетикалық кезең-жаңадан пайда болған жасушалардың өсуі, ДНҚ молекуласының синтезделуіне (репликация) дайындалу кезеңі. Осы кезеңде жасушаның кезекті митоздық циклға енуі не бөлінуін тоқтатуы туралы «шешім» қабылданады.

Белгілі бір себептермен бөлінуін тоқтатқан, митоздық циклдан шыққан, жасушаларды Gо-кезең жасушалары деп атайды. Оларға нағыз жіктелген жасушалар және «ұйқыға» кеткен діңгек (ствол) жасушалары жатқызылады.

Жасушалардың митоздық циклдан шығуы біржолата, кері қайтпайтын не уақытша, кері қайтатын күйде болуы мүмкін. Біріншісіне-нағыз жіктелген жасушалар (фибробласттар, лейкоцитер) жатады.

Сол сияқты, жасушаның кезекті митоздық циклға енуі, яғни бөлінуі туралы шешім де, кері қайтатын не кері қайтпайтын күйде болуы мүмкін. Егер жасуша бөлінуіне дайындық мұқият және түпкілікті түрде жүрген болса, онда жасуша қалай болғанда-да, тіпті оған митгендер әсер етпесе-де, келесі S-кезеңге өтеді, яғни жаңа цикл басталады.

Бұл жағдайда жасуша рестрикция нүктесінен өтті деп есептелінеді. Рестрикция нүктесі үнемі бөлінетін жасушаларда G1-кезеңнің аяғында, ал митоздық циклға қайтадан енген жасушаларда (діңгек жасушалары, фибробласттар, лейкоциттер) Gо-кезеңнің  аяқ жағында болады.

 Көптеген сүтқоректілер жасушаларында  бұл кезеңнің ұзақтығы 9-12 сағатқа  тең.

S-синетикалық кезең-ядрода ДНҚ молекуласы синтезделінеді (екі еселенеді), цитоплазмада органеллалар, оның ішінде центриолялар, көбейеді. Бұл кезеңнің аяғында жасуша, ДНҚ бойынша, тетраплоидты болады. Бұл кезеңнің ұзақтығы шамамен 10 сағатқа тең.

G2 (Gар-2)-постсинтетикалық кезең-жасуша бөлінуге дайындалады, яғни митоздың қалыпты жүруі үшін қажет барлық ақуыздар, оның ішінде бөліну жіпшесін қалыптастыратын тубулин синтезделінеді. Бұл кезеңнің ұзақтығы 4,5-5,0 сағатқа тең.

М-митоз-жасушаның бөліну кезеңі, ол 4 фазадан-профаза, метафаза, анафаза, телофазадан тұрады. Митоздың жалпы ұзақтығы 30-40 мин.

4. Иллюстрациялы материалдар:

 

Митоз. I—III — профаза;

 IV — метафаза;

V—VI — анафаза;

VII—VIII — телофаза