Молекулалық биология

УМКД. 042-18-22.1.10/03-2013

2013 ж. №               басылым

90 бет -ден

 

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ ШӘКӘРІМ атындағы СЕМЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМЖ құжаты	ПОӘК	ПОӘК 042-18-22.1.10/03-2013
ПОӘК «Молекулалық биология» пәнінің оқу-әдістемелік құжаттар жиындығы	№  басылым

 

 

 

 

 

 

5В120100 – «Ветеринариялық медицина», 5В120200 – «Ветеринариялық санитария», 5В060700-  «Биология» мамандықтарына арналған

 

"Молекулалық биология"

 

 

ОҚУ- ӘДІСТЕМЕЛІК ҚҰЖАТТАР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЕМЕЙ, 2013

 

 

 

 

 

 

 

       Мазмұны

 

 

 

    1. Глоссарий

    2. Дәрістер

    3. Практикалық сабақтар

    4. Студенттердің өз бетімен істейтін жұмыстары

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Глоссарий

Абберация – мутацияның әсерінен хромосоманың құрылымының зақымдануы.

Аллеломорфты белгілер – бір геннің әр түрлі аллельдерінің әсерінен пайда болған белгілер.

Аллополиплоидия – Бір организмнің жасушасында әр түрдің диплоидты хромосомалар жиынтығы.

Антигендер – организмге кірген бөгде заттар иммундық жауап туғызады.

Антидене – жоғары сатыдағы организмдердің иммундық жүйесі бөліп шығаратын белок, олар бөгде молекулалық заттарды ерекше түрде байлайды. Антидене организмдерде пайда болған антигендерге жауап ретінда бөлінеді. 

Антикодон – тРНК молекуласының бөлігі, үш нуклеотидтан тұратын және өзіне сәйкес амин қышқылын кодтайтын иРНК ның үш нуклеотидтен тұратын бөлшегін таниды.

Аутбридинг – генетикалық туыс емес өкілдерді шағылыстыру. 

Бактерофагтар – бактерияларда өсіп-өнетін вирустар.

Биотехнология - әр түрлі микробиологиялық синтезді, генетикалық және клеткалық инженерияны, ферменттер инженериясын қолдану арқылы өсімдіктің, жануарлардың организміне ықпал ететін және жасанды қосылыстарды өндірістік реакторларда алу үшін көп бағытта жүргізілетін ғылыми-техникалық салксы.

Вектор – дербес еселенетін генетикалық құрылым, оның көмегімен өзгертілетін геномға тиісті генді жеткізіп орналастыруға болады.

Ген – тұқым қуатын ақпараттық құрылымдық бірлік.

Ген инженериясы – алдын ала белгілі жаңа қасиеттері бар тірі оргаизмдерді жасау мәселелерін зерттейтін молекулалық биологияның саласы.

Генетикалық код – белок молекуласына қажетті амин қышқылдарының орнын анықтайтын ДНҚ молекуласындағы үш негізден тұратын тізбек.

Генотип – организмдегі гендер жиынтығы.

Делеция – мутацияның нәтижесінде хромосоманың орта бөлігінің жоғалуы.

Иммунитет – генетикалық бөгде белгілері бар заттардан және тірі денелерден организмнің қорғану әрекеті.

Иммундық реакция – генетикалық бөгде заттарды құртуға, бейтараптандыруға бағытталған организмнің бейімділік жауабы.

Инбридинг - өте жақын туыстас өкілдерді шағылыстыру.

Кариотип – түрге тән хромосома жиынтығы.

Клеткалық инженерия – қайта құрастыру, будандастыру, өсіру негізінде жасушаның жаңа типін жасау әдісі.

Клон – жыныссыз өсіп даму арқылы бір ортақ тектен тараған жасушалар немесе ұрпақтар.

Кодон – триплет.

Комплементарлық – бірін – бірі толықтырушы гендендің болуы, олар бірге әсер етіп, белгінің пайда болуына себеп болады.

Локус – хромосомадағы белгілі бір геннің орны.

Мейоз – жыныс жасушасы ядросының екі рет қатарынан бөлінуінің нәтижесінде төрт гаплоидты жасушаның пайда болуы.

Мозаиктер - әртүрлі генотипі бар жасушалардан тұратын организм.

Мутаген – физикалық және химиялық аген мутацияның жиілігін жоғарылатады.

Мутация – генетикалық материалдың негізгі қасиетін өзгертетін тұқым қуатын өзгеріс.

Ноненс кодондар – амин қышқылдарының ешқайсысына сәйкес калмейтін трансляцияны тежеуші ролін атқаратын кодондар.

Онкогендер – эукариоттар жасушаларынан залалды ісіктерге өзгерте алатын белоктарды кодтайтын гендер.

Онтогенез – организмнің жеке дамуы, туғаннан бастап өмірінің аяғына дейінгі өзгерістер жиыны.

Партеногенез – еркектің гаметасынсыз ұрғашының гаметасынан организмнің дамып өсуі.

Плазмидтер – хромосомамен байланыссыз дербес өмір сүретін сақина тәріздес ДНҚ молекулалары.

Полимерия – бір белгіге әртүрлі, бірақ ұқсас ететін аллельді емес гендердің өзара әрекеттесуінің түрі.

Полиплоидия – гаплоидтық жиынтықпен салыстырғанда хромосомалар санының өсуі.

Профаг – бактериялық жасушаға тұқым қуу материалы қосылған фаг.

Рестриктазалар – ДНҚ-ны кесетін фермент.

РНҚ- полимеразалар – ДНҚ үлгісімен РНҚ синтездейтін ферменттер.

Селекция – мал тұқымын, өсімдіктер сорттарын микроорганизмдердің, бактериялардың және вирустардың расаларын өзгертетін ғылымның саласы.

Транспозон – геномда өз орнын ауыстыра беретін ДНҚ фрагменті.

Фенотип – организмдегі барлық белгілердің жиынтығы

Шағылыстыру – белгілері бойынша айырмашылығы бар бір түрдің өкілдерін жұптау.

Эволюция – тірі табиғаттың тұқым қуу, өзгергіштік және сұрыптау арқылы дамуы.

2 Дәрістер

№ 1 дәріс тақырыбы.Кіріспе

Жалпы сұрақтар: Молекулалық биология пәні және міндеттері.Тіршілік туралы ғылымдар жүйесіндегі молекулалық биологияның орны және рөлі. Молекулалық биологияның пайда болуының қысқаша тарихы және дамуының негізгі этаптары.ХХ ғасыр соңындағы молекулалық биологияның дамуы. Молекулалық биологияның Қазақстандағы дамуы. Жасуша-өмірдің молекулалық негізі.

Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

Молекулалық биология – тіршілік құбылыстарының молекулалық негіздері туралы ғылым, биология ғылымдарының арасында негізгі орындардың бірін иеленеді.  Генетика, биохимия және биофизика ғылымдарымен тығыз байланысты. Медицина (вирусология, иммунология, онкология, т.б.), ауыл шаруашылығы (жануарлар мен өсімдіктердің тұқым қуалау қасиеттерін белгілі бағытта қадағалай отырып зерттеу) және биотехнология (гендік инженерия, клеткалық инженерия) салаларының теориялық негізі болып табылады.

   Негізгі мақсаты – биологиялық  ірі молекулалар (белоктар, нуклеин  қышқылдары) құрылымын барлық деңгейде  зерттеу.

   Молекулалық биология нуклеин  қышқылы мен белоктардың құрылыс және құрылым ерекшеліктерін, жасушаның генетикалық аппаратының құрылымдық-қызметтік ұйымдастырылуын, ақпараттардың тұқым қуалауының жүзеге асу механизмін, апоптоз, генетикалық код т.б. оқытады.

Молекулалық биологияның ерекшелігі оның макромолекулалардың құрылымын және  олардың қызметімен байланысын зерттеуінде. Сол әртүрлі құрылымдардың және олардың қызметінің тегін анықтайды.

Молекулалық биологияның міндеті - клетканы құраушы негізгі тіршілік құбылыстарын (заттардың алмасуы, тұқым қуалаушылық, нуклеин қышқылдарының құрылымы және олардың әр түрлі организмдердегі атқаратын қызметі т.б.) молекулалық деңгейде зерттеу. Яғни молекулалық биология тірі организмдердің жұмыс істеуін, олардың құрамына кіретін молекулалар және атомдардың химиялық құрылымы тұрғысынан зерттейтін ғылым саласы.

Даму тарихы: Молекулалық биология ХХ ғасырдың екінші жартысынан бастап ғылымның дамуында ерекше орын алды. Оның дүниеге келуі және кейінгі кезеңде қарқынды дамуы бүкіл биологияны алдыңғы қатарлы және кең тараған ғылымдар саласына қосты.

  Биохимияның бір саласы ретінде  дүниге келген молекулалық биология  генетика және физиканың әдістері  арқылы жылдам дамыды.

Бұл ғылымның атауын 1939 жылы өзін «молекулалық биолог» деп атаған У. Эстбюримен байланыстырады. Ал екі жылдан кейін ол ДНҚ-ң алғашқы рентгеннограммасын жасады және осы арқылы 1869 Ф.Мишер ашқан ДНҚ молекуласының нәзік құрылымын анықтаудың негізін салды.

1953 жылы ағылшын ғалымы Ф.Крик  және АҚШ биологы Дж. Уотсон  ДНҚ макромолекуласының құрылымының  кеңістіктік моделін жасауы – молекулалық биология ғылымының өз алдына жеке ғылым болып қалыптасуына негіз болды. Бұл жаңа сала өзінің дамуына физиктер мен химиктерге борышты, себебі олар биохимиялық мәселелерді шешу үшін әр түрлі екі жақтан кіріскен. Олардың біреулері физикалық әдістерді, әсіресе рентгенқұрылымдық талдауды, биологиялық жағынан аса маңызды макромолеулалардың кеңістіктегі құрылымын анықтауға қолдануға тырысты.

Екінші бағыттағы зерттеушілер генетикалық  процестердің молекулалық механизмін бактериялар мен вирустарды зерттеу нәтижелеріне сүйене отырып анықтаған. Бұл "фагтық мектеп" деп аталатын топ Дельбрюк және Лурияның атымен байланысты. Мұнда зор табыстардың бірі О.Т. Эйвери,             К. Мак-Леод, М. Мак-Картидің генетикалық ақпараттың иесі белок емес ДНҚ екенін дәлелдеулері еді.

  Ал осы биологиялық мәселерді  әртүрлі екі тәсілдерді біріктіру  арқылы шешу физик Ф.Крик мен  биолог Д.Уотсонға ДНҚ-ның қос  шиыршығын 1953 жылы ашуға мүмкінді  берді.

ХХ ғасырдың 50 жылдарының басында биохимияда ақуыздар мен нуклеин қышқылдарының қарапайым құрылымы туралы мәліметтер ашылды, ДНҚ мен РНҚ молекуласындағы нулеотидтердің саны, құрылымы және орналасу заңдылығы анықталды. ДНҚ-ң қос шиыршықты моделінің жасалуы және комплементарлық принципінің ашылуы қазіргі заманғы биологияның маңызды жаңалықтары болды. Бұл жаңалықтар тірі жүйелер әрекетінің негізгі принциптерін ашты және қазіргі заманғы биологияның одан ары қарайғы зерттеулерін анықтады.

Қазіргі жаратылыстану ғылымдарының  молекулалық биологиясың алдында қарыздар болуының себебі, молекулалық биолгияда ХХ ғасырдың 50 жылдарының ортасынан 70 жылдардың ортасына дейінгі кезеңдерде гентикалық ақпараттардың тұқым қуалауы және олардың ұрпақтан ұрпаққа берілуінің негізгі жолдары мен табиғатының ақылға сыймастай жылдамдықпен анықталуы болып есептеледі.

Молекулалық биологияның негізгі жаңалықтары:

1869 жылы Ф. Мишер ДНҚ-н ашты;

1935 жылы А.Н. Белозерский өсімдіктен  ДНҚ-н бөліп алды;

1940 жылы У.Эстбюри ДНҚ-ң алғашқы  рентгеннограммасын жасады;

1951 жылы Л.Полинг және Р.Кори ақуыздардың полипептидті тізбегіндегі амин қышқылы қалдықтарының негізгі типтерін анықтады;

1944 жылы О.Т. Эвери ДНҚ тұқым қууалау  ақпаратын тасымалдаушы екендігін  анықтады;

1952 жылы Р.Франклин мен М.Уилкинс  ДНҚ-ның жоғары сапалы рентгенограммасын  түсірді;

1953 жылы Д. Уотсон және Ф. Крик ДНҚ-ң қос спиральды моделін жасады;

1960 жылы РНҚ транскрипциясын жүзеге асыратын полимераза ферменті ашылды;

1961 жылы Ф.Жакоб және Дж.Моно бактерияларда  гендердің ұйымдасып жұмыс істеуінің  және гендік белсенділіктің реттелуінің оперондық (лат. ``operare`` - жұмыс істеу, қызметіне қарай бір-бірімен байланысты ферменттердің синтезін анықтайтын гендер тобы) принципін ашты;

1969 жылы АҚШ-та Г.Хорана қызметтестерімен  бірге химиялық жолмен алғашқы  генді синтездеді.

Д. Уотсон мен Ф. Крик және т.б. көптеген ірі молекулалық биологтардың керемет жаңалықтарының нәтижесінде ХХ ғасырдың 60 жылдарында-ақ жасушадағы гентикалық ақпараттың берілу жолы анықталды: ДНҚ-РНҚ-Ақуыз.

Сосын біртіндеп ДНҚ репликациясы, транскрипция (РНҚ биосинтезі), трансляция (ақуыз биосинтезі) механизмдері анықталды.

Мұнымен қоса бұл процестердің клетка ішінде таралуын зерттеу жұмыстары дамыды, осының негізінде клеткаішілік компоненттердің (ядро, митохондрия, рибосома) функционналдық маңыздылығы анықталды және Д. Уотсонның 1968 жылы молекулалық биологияға анықтама беруіне негіз болды: «Молекулалық биология биологиялық макромолекулалардың құрылымдарының байланысын және клетканың негізгі компоненттері мен олардың қызметтерін, сонымен қатар тіршіліктің негізін құрайтын клеткада жүретін барлық процесстердің үйлесімділігі мен тұтастығын біріктіретін клетканың өзін-өзі реттеуінің негізгі принциптері мен механизмдерін зерттейді».

Кейіннен бұл ереже кері транскрипция (РНҚ матрицасындағы ДНҚ синтезі) және РНҚ репликациясы процестері туралы ұғымдармен толықтырылады. Тұтас ферменттер қатарын (кері транскриптаза, ДНҚ рестриктаза және т.б.) мақсатты түрде қолданудың әдістерінің ашылуы және талдануы нәтижесінде рекомбинатты ДНҚ алу технологиясы жасалды, молекулалық биология тарихындағы революциялық оқиға бол

   ХХ ғасырдың 70 жылдарының соңы  мен 80 жылдарының басында молекулалық  биология ең бір кемелдену  кезеңіне қадам басты. Ферменттердің  және биологиялық мембраналардың  құрылымы белсенді түрде зерттелді, жоғары сатыдағы организмдердің геномының құрылымын анықтау жұмыстары басталды, жаңа биотехнологияның негіздері жасалды, ақуыз инженериясы дүниеге келді.