Молекулалық биология

Мутацияның классификафиясы.1) пайда болуына қарай (спонтанды,

  индуцирленген); 2) нысаналық жолға байланысты (соматикалық,

  генеративті); 3)  адаптивті белгілеріне қарай (жағымды,    жағымсыз,нейтральды

 4) генотипінің өзгеруіне қарай (генді, хромосомды, геномды); 5) жасушадағы локализациясына қарай (ядролық, цитоплазматикалық).

  Генді  мутациялар 
    Генді мутациялар бір немесе бірнеше нуклеотидтерді қозғаған  кезде бір нуклеотид басқасына айналып кетуі, не түсіп қалуы (делеция), ал нуклеотидтер тобы 180 градусқа бұрылып кетуі мүмкін. Мутантты гендердің тек бір нуклеотиді (ГАА-дан ГУА-ға ауысады) бұзылады.  Соңында гемоглобин байламындағы бір аминқышқылы басқасымен орын ауыстырады (глутамин орнына валин). Бір қарағанда барлығын жойып жіберетін сияқты, алайда, артынан көп өзгерістер әкеледі: эритроцит айшалғы пішінді жасуша құрып деформацияланады, бұдан кейін оттек тасымалданбай организмнің өліміне әкеледі. 

Хромосомдық мутация 
         Хромосомдық мутациялар  хромосомалардың санының, өлшемдерінің, олардың орналасуының өзгеруін тудырады, сондықтан оларды кейде хромосомдық қайта құрылу деп атайды. Хромосомдық қайда құрылу ішкі және хромосома аралық деп бөлінеді. Ішкі хромосомалыққа:  
Дубликация-хромосоманың  аумағының бірі. 
Делеция – хромосоманың  аумағы жоғалады. 
Инверсия – хромосома аумағының 180 градусқа бұрылуы.

   Хромосома  аралыққа (транслокация деп те  атайды): Реципкорлық –гомологиялық  емес хромосомалардың аумағын  ауыстыруы. 
Реципкорлық емес –хромосома аумағының өзгруі. 
Диорталықтық –гомологиялық емес хромосомалар фрагментінің бірігуі. 
Орталықтық –гомологиялық емес хромосомалар центромерінің бірігуі. 
Хромосомдық мутациялар жаңа туған сәбилердің 1%-ында байқалады. Хромосомдық мутациялар фенотиптік көріністерді беруі мүмкін.  Осыған мысал ретінде,  «мысық айқайы» синдромын (баланың жылағаны мысық мияулағандай болып естіледі) алуға болады. Әдетте бұл делеция иегерлері сәби күнінде өліп кетеді.

Спонтанды мутация  
    Мутациялар  сапалық құрамдарымен қоса шығу тегін де қарастырады. Спонтанды (кездейсоқ) –мутациялар, өмірдің қалыпты, қолайлы жағдайларында пайда болады. Спонтанды процесс ішкі және сыртқы факторларға (биологиялық, химиялық, физикалық) байланысты. Спонтанды мутациялар адамда соматикалық және генеративтік қлпаларында пайда болады. Спонтанды мутацияны анықтаудың бір жолы  балаларда ата-аналарын болмаған күнде де доминантты белгінің пайда болуы.  Даниядағы зерттеулердің қорытындысы бойынша 24000 гаметаның біреуі доминантты мутацияны тасымалдайды.

Индуцирленген мутация. 
   Индуцирленген мутагенез  – бұл табиғаты әр түрлі мутагендер көмегімен  қолдан мутация жасап шығару. Ең алғаш мұндай қолдан  иондалған сәулелер арқылы мутация  алған Г.А. Надсон мен Г.С.Филипов еді.  1927 жылы  американдық ғалым Джозеф Мюллер  мутация жиілігі  әсерлер мөлшері өскен сайын өсетінін  дәлелдеді.  40-ыншы жылдардың соңында адам ДНҚ-ын зақымдайтын күшті химиялық мутагендер бар екені белгілі болған.  
Мутациондық процесс әр түрлі потологияға әкелетін  өзгерістердің негізгі көзі. Бүгінгі таңда мутациялар күшін әлсірететін  антимутагендер бар. Бүгінгі таңдағы генетика жетістіктерін диагностика, профилактика және ұрпақтан-ұрпаққа берілетін паталогиялық аурулардан арылуда қолданады.

     Мутация тудыратын факторларды мутагендер дейді. Олардың үш түрі бар: физикалық, химиялық және биологиялық. Физикалық мутагендерге радиоактивті сәулелер, ультракүлгін сәулелер, лазер сәулелері және т.б. жатады. Химиялық мутагендерге колхицин, этиленимин, никотин қышқылы және т.б. химиялық қосылыстар жатады. Олардың саны қазір 400-ден асады. Өте жоғары концентрациядағы кейбір гербицидтер мен пестицидтер де мутация тудыра алады. Сондықтан гербицидтер мен пестицидтерді шамадан тыс мөлшерде пайдаланбау қажет.

      Клеткадағы зат алмасу процесі кезінде түзілетін кейбір ыдырау өнімдері мен организмге тағам арқылы келіп түсетін радиоактивті заттарда да (мысалы, сүйекте жинақталатын стронций, т.б.) мутагендік қасиет болады. Оларды биологиялық  мутагендер дейді.

Кроссинговер (ағылш. crossіng-over – айқасу) – гомологтық хромосомалардың ұқсас бөліктері арасындағы ажырау және қайта бірігу нәтижесінде болатын айқасу. Кроссинговер І-ші мейоздың профазасында жүреді және әр түрлі гендердің аллельдерінің жаңа комбинацияларының түзілуіне әкеледі. Мейоз процесінде гомологты хромосомалар әр ядроға ажыраудың алдында бір-біріне қарама-қарсы орналасады. Осы уақытта екі гомологты хромосомалардың бөліктері үзіліп, олар осы хромосомалардың басқа бөліктерімен айқасып қайта жалғасады. Кроссинговер тұқым қуалайтын өзгергіштіктің бір түрі болып саналады, соның нәтижесінде ұрпақтардың генетик. әр түрлілігі артады.

Кроссинговер – популяциядағы комбинативті өзгергіштікті қамтамасыз ететін және табиғи сұрыптауға материал бола алатын маңызды механизм. Сондай-ақ құрамында бір немесе бірнеше гендер орналасқан хромосоманың үлкен бөліктерінің қайта комбинациялануына немесе бір ген ішіндегі комбинацияларға әкелуі мүмкін. Хромосомада гендер бір-бірінен неғұрлым алшақ орналасса, олардың арасында айқасудың болу мүмкіндігі соғұрлым көбейеді. Экспериментальды (тәжірибелік) генетикада кроссинговер хромосомалардың генетик. картасын құру үшін, яғни қандайда болмасын геннің басқа генге қарағандағы орнын анықтауда қолданылады.

     Өзін өзі тексеруге  арналған сұрақтар:

1. Мутагенез дегеніміз не?
2. Мутациялардың қандай түрлері болады ?
3. Кроссинговер дегеніміз не?

Әдебиеттер: 1-7 (негізгі), 8- 16 (қосымша)     

           № 14 дәріс тақырыбы. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы

    Жалпы сұрақтары: Рекомбинантты ДНҚ түсінігі. ДНҚ рестрикциясы. Гендерді клондау. Плазмидалар, олардың құрамы және қызметі. Нуклеин қышқылдарының гибридизациясы. Биотехнология жетістіктері және тапсырмалары. Өсімдіктер биотехнологиясы.

    Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

      Статистика бойынша жыл сайын дүние жүзінде негізгі алты органның рак ауруы (өкпе, асқазан, емшек, тік ішек, жатырдың мойыны простата (гр. "prostates"-алдында тұрған- жыныс безі ) 6 млн артық тіркеледі. Ауырғандардың жартысына жуығы өледі. Сайып келгенде, өркендеген елдердің әрбір бесінші тұрғыны онкологиялық ("онкос"- ісік ) аурулардан өледі. Бұның өзі онкологиялық ауруларды зерттеудің тіпті таза қолданбалы мақсатта жүргізілуінің зор маңызы бар екенін көрсетеді.

Кез келген ісіктің клеткасын іс жүзінде басқа генетикалық ұқсас жануарға отырғызып егуге жарамды ісік клеткаларын алуға болады, олар еккен сайын шексіз өсе береді. Егуге жарайтын ісіктің болуының өзі, олардың дербес өсіп-өнетінің көрсететді, олардың өсуінің құпиясы өздерімен байланысты, себебі қалыпты сау организмге көшіргенде, олар өсуін тоқтатпайды.

Қатерлі ісіктің автономиялығы оларды қоршаған тканьдарға тәуелді етпейді. Қалыпты жағдайды көршілес тканьдар бір-біріне әсер етеді және ешқашан өз шеңберінен шықпайды. Залалды ісіктер бұл әсерді сезбейді.Олар басқа ортаны инвазияға ұшыратып, басқа ортада өсе алады. Метастаздың қабілеті – оның бөлінуі және таралуында емес, негізінен басқа ортада, өзіне бөгде микроқоршауда өсетін қасиетіне байланысты.

Әрбір ұлпадағы клеткалар саны, сондай-ақ денедегі ұлпалардың көлемі тұрақты болады. Клеткалардың табиғи азаюы тканьдардың басқа бөлшектерінен қалыптасады, олар төменгі мамандықтағы бөлінетін клеткалардан (камбий) толықтырылады. Егер тепе-теңділігі бір жағдаймен толтыруға бұзылса, онда клеткалардың көп түрі пайда болады және тепе-теңдік зақымданған жерде гиперплазия  (лат «гиперплозия» - құрылым үстінде). Бұл ұзақ уақыт бойы өседі, не бірте-бірте жоғалып кетуі мүмкін.  
    Гиперплазиялар алғаш залалсыз болса, кейін қауіпті ісікке айналуы мүмкін. Заласыз ісік деп аталуы, оның өте баяу өсуінде өзі зақымдаған тканінан шықпайды, яғни көршілесклеткасына енбейді-жұқтырмайды және метастаз бермейді (грек «мета» -аурудың қайталануы).

Залалсыз ісіктерде қан тамырлары болмайды,сондықтан клеткалар үнемі  өсіп-өнгенмен, қоректің жетіспеуінен, ескі клеткалардың өсуі мен бұл процесі дамымайды. Нәтижесінде ісік әрі өспейді. Залалсыз ісіктерді хирургиялық жолмен, оны толықтыратын жас клеткалармен қоса сылып тастаса, ол ісік әрі қарай өспейді, және қайта жаңармайды. Қауіпті ісіктің басты белгісі, өзі өскен тканьнан тыс шығуында. Оның себебі, ісіктің ішіне қан тамырлары кіре бастайды. Қоректік затты көп алған ісік өсе бастайды. Егер ол көршілес тканьға енсе, ісік клеткаларының инвазиясы (сіңуі) (лат «invasio» -басып алу) басталады. Инвазия –қатерліктің бірінші белгісі. Егер ісік клеткалары негізгі ошағынан айырылса, лимфа (лат «лимфа» -ылғал, сұйық) немесе қан арқылы организмге тарап, шеттегі органдарға орналасады және ісіктері өсунің екінші көзіне айналады, осыны местаза, яғни ісік процесінің бүкіл организмге таралуы деп атайды.

Қауіпті ісіктің тағы бір қасиеті оның клеткаларының мәңгілігінде. Қалыпты клеткалар өледі, олардың өмірлік циклы бағдарланған өлім –апоптозбен шектелген. Культураға отырғызылған клеткалар бөлінудің белгілі бір циклынан  өтіп өледі. Залалды ісіктің клеткалары организмде де, одан тыс жерде де шексіз өсе береді. Қатерлі ісіктің өте маңызды және міндетті түрдегі қасиеті оның бір өркендігінде (моноклондығында). Қатерлі ісік бір генетикалық өзгерген клеткадан өркендейді. Олардың бірөркенділігінің дәлелі ДНҚ-ын талдай нәтижесінде алынған созылмалы миологендік лейкемия ауруына ұшыраған сырқаттардың бәрінде, лейкемиялық ақ қан түйіршіктері қалыпты клеткалардан филодельфиялық хромосома деп аталатын ерекше хромосомалық қайта құрылу арқылы жекешеленеді.

    Канцерогендік заттар өте әртүрлі – қарапайым  төрт  хлорлы көміртегінен, өте күрделі, мысалы, метилхолантерен немесе бензантрацен секілді құрылымдарға дейін. Канцерогендік заттар жеке ісік лкеткаларының өсуін және бөлінуін қолдайтын заттар-канцерогенездің промоторлары деп аталатын заттар қосылады. Канцерогендіе заттар (промоторлармен қоса) көптеген адам ісіктерінің себебі болады, мысалы, анилин баяу өндірістегі жұмысшылардың қуық рагын, темекі – өкпе рагын туғызады

Ісік туғызатын вирустар. Олар құрамында ДНҚ бар вирустар немесе РНҚ-сы бар ретро вирустар болуы мүмкін. Олардың бәрінің клетка-иесінің геномымен үйлесе алатын бірегей қабілеттері бар. Ісік вирустарының бұл ғажайып ерекшеліктерін ресейлік вирусолог Л.А.Зильбер болжап айтқан.  
   Алғашқы ісік тудыратын вирустарды тауықтарда 1910 ж. П.Раус ашқан. Саркомадан алынған клеткасыз сүзбені еккенде жаңа ісіктер пайда болады. Жұқтыратын агент РНҚ-сы бар  ретровирус (Раус саркомасының вирусы), яғни оның тұқым қуатын молекуласындағы РНҚ-дан кері транскриптаза көмегімен ДНҚ синтезделеді де клетка-иесінің геномынан орын алады.

Генотиптің рөлі. Көптеген ісіктердің шығу негізі  генетикалық себептер: геномның қайта құрылуы және әртүрлі мутациялардың пайда болуы әсер етеді. Кейде бұл сұрыптаудың нәтижесінен болады. Мысалы, тышқандарда сұрыптау  таза линиялар (аталық ізі) алынған, оларда залалды ісіктердің белгілі бір түрлерінің - лейкоздар, сүт бездерінің және өкпе рагының пайда болуы 100%-ға дейін жеткен. Алғашқы екі түрінде жануарлардың генотипімен вирустың, ал тұқым қуатын өкпе рагында канцерогендік және жануардың геномына байланысты әсері байқалады. Көптеген басқа жағдайларда ісіктің шығу тегі, клеткалардың қалыпты бөлінуін қадағалайтын гендер мутациясының салдарынан болады. Тегі ісік сатыларының өршуі және метастаздық процестер генетикалық бақылауда болатын секілді.

     Алғашқы онкогендер ашылғаннан кейін, көп кешікпей белсенділігін жоғалтқан немесе белсенділігі тежелген гендердің, ісіктердің пайда болуына әсер ететіні жөнінде мағлұматтар түсе бастады. Басқаша айтқанда, бұл гендердің белоктық өнімдері клетканың ракқа айналмауына қажет екені баяндалды. Бұл гендер антионкогендер немесе ісіктердің супрессорлық гендері (ІСГ) деп аталады.белгілі ІСГ-дің саны да өсіп келеді, дегенмен ашылған онкогендердің санынан азырақ.

   Ісік ауруымен қаупі жас ұлғайған сайын арта түседі: мысалы, егер 40 жаста ракпен алғашқы ауыру 100000 адамға 8 болса (Англия мен Уэльс әйелдерінің көрсеткіші), 60 жаста – 60 жуық, ал 70-те – 120. Бұның себебі, көптеген ісіктердің қалыптасу процесі көп сатылы, бір қатар гендердің мутацияларының шоғырлануынан болады. 
    Біріншіден, ісіктің ішінде қан тамырларының өсуі көптеген гендердің бақылауында. Одан кейін, ісік клеткалары бастапқы ісік массасынан бөлінетін қабілетке ие болып және метастаз түзетін болса, кадхерин-катенин гендерінің мутациялары жүруі тиіс. Бұл гендердің өнімдері эпителий (грек. «эпи» - үстіңгі, «теле» - емшек, үстіңгі қабырға клеткалар деген мағынада) клеткалардың барлығын бір жүйеге қатты байлайды. 

     Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Рекомбинантты ДНК түсінігі ?
2. Қандай канцерогенді заттарды білесіз ?
3. Ісік аурулардың қандай түрлері болады?

Әдебиеттер: 1-7( негізгі), 8- 16 (қосымша)     

           № 15 дәріс тақырыбы. Аппоптоз. Программаланған жасуша өлімі жайлы жалпы көзқарас. Аппоптоз регуляциясы

    Жалпы сұрақтары: Жасушаның программаланған генетикалық өлімі.Аппоптоз сигналының трансдукциясы.Аппоптоз регуляциясының молекулярлық механизмі.

    Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

   Апоптоз  (  грек   apoptosis-  жапырақ тастау )   физиологиялық жоспарлы өлу.  Апоптоз түрлі дерттану , ұрық дамуы , жетілген ұлпаларда байқалады. Ол жасушалардың қалыпты жетілуі , қызметтік белсенділігін қолдайтын реттеу әсерлері теңгеріші бұзылғанда себепшарттар гормон өсу кейбір цитокиндер жетіспегенде басқа жасушалар ,жасуша аралық заттар құрамбөліктері ,басқалар мен жанасу жоғалғанда, жасушаның:  қалыпты  тозуы  өзгерістерінде : физиологлық    демегіштер әсерінен  қатерлі ісіктердің  өлі еттену себепшартарынан және басқаларда көрінеді.

Жасуша өлінуінің екі түрі болады: апоптоз және некроз.

Апоптоз және некроздың морфологиясы:  1) хроматин  конденсациясы және клеткалардың сығыуы( цитоплазма, конденсациясы салдарынан ) хроматин ядроның іштерде тығыз гамегенді    масса   түрінде орналасады .                 Цитоплазма көлемі азаяды клетка өзінің түрін өзгертеді; 2) ядро мен  цитоплазма фрагментациясы  ( үзілістері). Апоптоз денешіктері пайда болды.

Клеткаларда терең өсінділер пайда болады ,олар біртіндеп үзіледі оларды апоптоз денелері деп те атайды.

Апоптоз бағдарламасы келесі жағдаймен жіберілуі мүмкін 1) іштей апоптоз клетканың халі нашарлағанда; 2)сырттай апоптоз клетка рецепторлар арқылы беріледі апоптоз командасы бойынша

Іштей апоптоз: 1) хромасоманың әртүрлі зақымдануы ( ДНҚ үзілулері); 2)   липидтердің асқын тотығуы  нәтежесінде , мембраналық клетканың зақымдануы; 3) зақымдану сырттай факторлардан пайда  болады.

  Сырттай  апоптоз: 1) жәндіктердің метаморфоз қуршақ клеткассының жоюлуы ; 2) эмбрагенездегі  хорданың басталуы ; 3) уылдырық шашқаннан кейін горбушка мүшелерінің жылдам өлумен аяқталады.

Апоптоздың пайда болу себепшарттары: токсин, ишемия, сауленену, оксидант, гипоксия, гиподермия, гипертермия.

Апоптоздың денешіктерде түзілуі және алмасуы.

  Ішінде  құрлысы сақталған фрагменті  бар.Өскіндер пайда болады.Олар жасушадан бөлініп шығады да меибраннамен қоршалған үлкен көлемді дөңгелек немесе сопақша пішінді апоптоз денешіктеріне айналады . Апоптоз денешіктерінің пайда болуы актинді микрофиламентерге тәуелді.