Молекулалық биология

Сигналдың тасымалдануы бұл нәтижесінде рецепторлардың клеткаішілік домендердегі жағдайының өзгеруімен аяқталатын, рецепторлардың белсенділігін туғызатын клетка сыртындағы лигандалардың (сигналды клеткалар) клетка бетіндегі рецепторлармен әрекетін іске қосатын реакциялар тізбегі. Рецептордың белсендірілуі нәтижесінде клетка сыртқы сигналдарға үйлесімді жауап қайтарады.

Клетка бірінші реттік сигналдарды бірінші реттік сигналды молекулалармен немесе физикалық факторлармен әрекеттесетін белок тәріздес арнайы маманданған моллекула-рецепторлардың көмегімен тани алады. Бірінші реттік сигнал негізінде өзі реттеуі тиіс болған клеткадағы зат алмасу процестеріне бірден әсер етпейді. Оны қабылдаған рецептор клеткада клетка сыртындағы бірінші реттік сигналдар әсер етуі тиіс болған процестерді жүргізетін аралық химиялық қосылыстардың түзліуне бастама береді.

   Мұндай аралық қосылыстар өздерінде бірінші реттік реттеуші сигналдар туралы ақпарат  сақтап, олардың екінші тасымалдаушысы болып табылады, сондықтан оларды екінші мессенджерлер деп атайды. Екінші реттік мессенджерлер клетка сыртындағы молекулалардан келген бірінші реттік реттеуші сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді. Клеткалар мен ұлпалар топтары бірінші реттік реттеуші сигналдарға, мысалы, эндокринді бездердің гормондары әсеріне бір уақытта және біртектес жауап қайтару қабілетіне ие. Бұл көпклеткалы организмдіердің ішкі және сыртқы өзгермелі жағдайларға тез бейімделуіне мүмкіндік береді

Сигналдардың берілуі мен күшейтілуі механизмін зерттеу маңызды міндеттердің бірі болып табылады. Бұларды білу қалыпты жағдайда клетканың функционалды жауабының қалыптасуы, патологиялық жағдайларда реттелуі мен түзелуі механизмдерін түсінуге мүмкіндік береді.

Қазіргі уақытта 50-ге жуық белок-лигандалар, рецепторлардың 14 тұқымдасы белгілі.

   Клетка бетіндегі сигналдың клетка  ішіне берілуінің бірнеше стандартты  жолы бар, бірақ бұл мәселе  әлі нақты түсініктен алысырақ және үнемі сигнализацияның жаңа нұсқалары туындап отырады. Мысалы, сигнал берілуінің классикалық жинақталған жолы мына әрекеттер тізбегіменаяқталады: сигналды молекула-клетка бетіндегі рецептор-клеткаішілік күшейткіш механизм-берілген сигналға арнайы маманданған геннің қосылуы.

Кейбір сыртқы факторлардың клетка бетіндегі рецепторлармен әрекеттесуінен басталатын көп сатылы сигнал берілу процесінің мүмкін болған екі қарапайым сызбасы мына суретте көрсетілген. Мұндай сыртқы факторлар қандай да бір гормон немесе өсу факторы болуы мүмкін.

Бірінші реттік реттегіш сигнал келтка ядросына жетіп ондағы нысана-клеткааның экспрессиясына (айқындылығына) әсер ету үшін, ол екі қабатты клетка мембранасы арқылы өтуі тиіс. Бұл қоршаған ортадағы сигналдарды ерекше таңдап, олардың жағдайын танитын клетка бетіндегі табиғаты белок тектерецепторлардың арқасында жүзеге асады. Төменгі молекулалы реттегіштер мембрана липдінде еритін, гидрофобты химиялық қосылыстар (мысалы, стероидты гормондар) болса, олардың өткізілуі үшін рецепторлар қолданылмайды, олар клеткаға диффузия жолымен өтеді. Клетка ішінде бұндай қосылыстар белок тектес рецепторлармен ерекше әрекеттесіп, түзілген комплек ядроға көшіріледі.

Клетка бетіндегі сигнал оның ядросына көптеген молекулалардың қатысуымен беріледі. Осы сигналды тізбектің бір компонентінің бұзылуының өзі клетканың оны қоршаған ортадағы сигналдарға реакциясының бұзылуына әкеліп соғады. Мысалы, өсу факторларын артық өндіруге себепші болатын мутациялар. Мұндай мутация алған клетка өзінің өсуін, сонымен қатар басқада қоршаған клеткалардың өсуін жылдамдатуы мүмкін. Өсудің жылдамдауы өсу факторлары рецепторларындағы мутация себебінен жұзеге асуы да мүмкін. Мұндай жағдайда мутаннты рецептор клетка ішіне өсу факторлары жоқ, өсуді жылдамдатушы сигналдарды өткізе бастайды. Клетка организмнің талаптарына байланыссыз жөнсіз бөліне бастайды.

Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Молекулалық биология зерттеу әдістеріне анықтама берініз
2. Жасуша аралық сигнал беру түрлері қандай?

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

 

№ 3 дәріс тақырыбы. Ақуыздар құрылымы

Жалпы сұрақтары: Ақуыздар. Ақуыз компоненттері және оларды байланыстыратын химиялық байланыстар. Ақуыздардың мөлшері мен пішіні. Ақуыз құрылысындағы домендер және олардың функциональдық рөлі. Глобулярлық және фибриллярлық ақуыздар. 

Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

 

Ақуыздар  – пептидтік байланыспен байланысқан амин қышқылдарының қалдықтарынан тұратын макромолекулалық биополимерлер.

Белоктардың жіктелуі: 1) күрделілік дәрежесіне қарай (қарапайым және күрделі), қарапайым протеиндер тек қана аминқышқылдары қалдықтарынан тұрады, күрделі протеидтер құрамына белокты заттардан басқа қосылыстардың қалдықтары кіреді; 2) молекула пішіиіне қарай (шар тәрізді және жіп тәрізді); 3) кейбір еріткіштерде еру қабілетіне қарай (суда еритіндер, әлсіз түз ерітінділерінде еритіндер - альбуминдер, спиртте еритіндер — проламиндер, сұйытылған қышқыл және сілті ерітінділерінде еритіндер глутелиндер); 4) атқаратын қызметтеріне қарай ( корға жиналатын белоктар, тірек қызметін атқаратын белоктар).

Күрделі белоктардың ерекшеліктері: Нуклеопротеидтер.     Бұлар белоктан және нуклейн қышқылдарынан тұрады. Нуклеопротейндердің құрамына дизоксинуклейн немесе рибонуклейн қышқылдарының кіруіне байланысты екіге бөлінеді дизоксирибонуклеопротеидер және рибонуклеопротеиндер. Нуклеопротеиндердің құрамында көп мөлшерде фосфор қышқылының қалдығы болуына байланысты, олар әлсіз қышқылдық қасиет көрсетеді. Суда және сілтілік ертіндісінде жақсы ериді. Хромопротеидтер Белоктардың простетикалық бөлігі түрлі-түсті бояғыш заттардан тұрса, олар хромопротеиндер тобына жатады. Бояғыш заттар қатарына порфирин, флавин, аденин динуклеотид (ФАД)жатады. Хромопротейн өкілі ретіінде , қан гемоглобинін, хлорофил т.б атауға болады. Қан гемоглобині-құрамында Fe ионы бар, О2 және СО2 тасымалдаушы белок. Липопротейндер. Майларға ұқсас заттар. Липидтер құрайтын күрделі белоктар. Құрамында бейтарап және полюсті липидтер. Холестирин және оның эфирлері болады. Гликопротеидтер.

     Простетикалық бөлігін көмірсулар құрайтын күрделі белоктар. Көмірсулардың комплекстеріне; маноза, фруктоза, галактоза, генсозаминдер т.б жатады. Глюккопротендердің биологиялық қызмееті өте зор, қорғаныштық, тіректік, дәнекерсіз қызмет, имундық қызмет. Қанның ұюына кедергі жасайды, тасымалдау, қоржинауға қатысады. Металлопротеидтер. Белоктар мен металл иондарының тікелей қосылуынан түзілген комплекстер. Құрамында Cu, Fe, Zn, Mo, Mn, Ni, Se, Ca металл иондары кездеседі. Фосфопротеидтер. Басты ерекшелігі олардың простетикалық топша бөлігіндегі ортофосфор қышқылының қалдығы белоктармен эфирлік байланыс түзеді. Белоктың бұл класына сүттің казейногенін жатқызамыз. Мұнда фосфор қышқылының мөлшері 1 процентке тең, Жұмыртқа сары уызында болады. Фосфопротеидтер өте үлкен мөлшері орталық жүйке жүйесінде кездеседі. Фосфопротеидтер энергетикалықжәне пластикалық материалдардың бағалы көзі болып табылады, организмнің дамуына әсер етеді.

Жай белоктардың ерекшеліктері: Альбуминдер. Суда ериді, молекулалық салмақтары 15-70 мыңға жетеді, құрамында глициннің мөлшері-1%. Тұз ертіндісін 100% дейін қанықтырғанда ғана альбуминдер тұнбаға түседі.

Глобулиндер. Бейтарап тұздардың сұйытылған ертіндісіне еріммтал болады, таза суда ерімейді, глициннің мөлшері 3,5%.  (NH4)2 SO4 амоний сульфатының 50% қаныққан ертіндісінің әсерінен глобулиндер тұнбаға түседі. Гистондар. Салыстырмалы молекулалық массалары 1200. 30 мың сұйытылған қышқылдарда (2MHCL) ериді, амияк және спиртте тұнбаға түсетін белоктар.

Протаминдер. Салыстырмалы молекулалық массалары 1200 мың болатын негіздік қасиеті басым белоктар сұйытылған қышқылдарда ериді, қайнату барысында тұнбаға түспейді. Белоктар әртүрлі  20, бір біріне ұқсамайтын амин қышқылдарынан тұрады.

 Белоктардың құрамы  және құрылысы. Белок молекуласындағы а-аминқышқылдары қалдықтарының саны әр түрлі болады, кейде бірнеше мыңға дейін жетеді. Әр белокта а-аминқышқылдары тек осы белокқа ғана тән ретімен орналасады. Олардың молекулалық массалары бірнеше мыңнан миллионға дейін жетеді. 

     Жұмыртқа белогының  молекулалық массасы — 36000

     Бұлшық ет белогының  молекулалық массасы — 150000

     Адам гемоглобинінің  молекулалық массасы — 67000

      Белоктар, негізінен, көміртек (50—55%), оттек (20—24%), азот (15—19%), сутектен (6—7%) тұрады. Кейбір белоктардың  құрамына бұлардан басқа күкірт, фосфор, темір кіреді. Белоктар гидролизденгенде а-аминқышқылдарының қоспасы түзіледі. Әрбір организмнің өзіне тән белоктары бар. Барлық белоктар 20-дан астам әр түрлі а-аминқышқылынан құралады.

    Белоктардың  бірінші реттік құрылымы. дегеніміз полипептидтік тізбектегі аминқышқылдары қалдықтарының қатаң тәртіппен бірінен кейін бірінің орналасуы. Белокты құрайтын жүздеген, мыңдаған, миллиондаған а-аминқышқылдарының қалдықтары өзара пептидтік байланыс. Екінші реттік құрылым белоктардың көбінің кеңістікте спираль тәрізді орналасуы. Бұл құрылым, негізінен, спираль оралымдарында орналасқан — CO...HN— арасындағы сутектік байланыстар арқылы іске асады.

      Шиыршықтың бір  орамында 3 және 5 аминқышқылдарының  қалдықтары болады. Оралымдардың  арақашықтығы 0,54 нм шамасында. Үшінші реттік  құрылым. Белоктық оралма тектес молекуласы биологиялық процестердің әсерінен, молекула арасындағы сутектік байланыс, —S—S— дисульфид көпіршесі, күрделі эфирлік көпірше және бүйір тізбектегі анион мен катиондар арасындағы иондық байланыстар арқылы өзара байланысуы нәтижесінде түзіледі. Бұл кезде оралма құндақталып, шумаққа айналады.Үшінші реттік құрылым белоктың өзіне тән қасиеттері мен белсенділігіне жауап береді.

Төртінші реттік құрылым– кейбір белоктарда бірнеше полипептидтік тізбектердің бір-бірімен күрделі кешенді комплекстерге бірігуі. Мысалы, гемоглобин құрамына 141 аминқышқылының қалдығы кіретін төрт полипетидтік тізбектен және құрамында темір атомы бар белокты емес бөлшек гемнен комплекс түзеді. Гемоглобин тек осы құрылымда ғана оттекті тасымалдай алады. Химиялық байланыстардың барлық типі қатысады.

Белоктардың қызметтері: 1) Құрылымдық (пластикалық)  –  ( коллаген, фибрион); 2) катализаторлық– клеткалық катализаторлар; 3) реттеуші –  гормондар; 4)  жиырылғыштық – ( миозин); 5) транспорттық  – ( гемоглобин, миоглобин), 6) Қорғаушы– ( иммуноглобулин, интерферон); 7) энергетикалық

– 1 г белоктан17,6 кДж энергия

Домендер шағын глобулалық құрылымдар, полипептидтік тізбегінің ұзындығы 150 немес одан да аз амин қышқылдарынан тұрады. Домендер гүлобулалық белоктарды құрайтын модульдар болып табылады. Әдетте глобулалық белоктар бірнеше әртүрлі домендерден тұрады, олар полипептидтік тізбектердің салыстырмалы ашық учаскелерімен байланысқан. Глобулалық белоктар сфера пішіндес, катализ, транспорт немесе реттеу сияқты арнаулы процуестерге қатысады.    

  Белоктардың денатурациясы: Белоктардың екінші және үшінші реттік құрылымдарына жауапты     байланыстар (сутектік, дисульфид көпіршесі, т.б.) әлсіз болғандықтан, оңай үзіліп, белоктардың кеңістік құрылымдарының қайтымсыз бұзылуы белоктың денатурациясы деп аталады. Денатурацияға ұшыраған белок өзінің биологиялық функциясын атқара алмайды (denatuze — табиғи қасиетінен айырылуы). Қыздыру, радиация, ортаның өзгеруі, кейбір химиялық әсерлерден, шайқап сілкуден белок денатурацияланады. Жұмыртқаны пісіргенде альбумин белогының, сүт ашығанда казеиннің үюынан, олардың кеңістік құрылымдары бұзылады. Шашты химиялық бұйралаудың, теріні илеудің негізінде де белоктардың денатурадиялануы жатады.

             Қыздырғанда денатурацияланатын  немесе айырылып кететін болғандықтан, белоктардың нақты балқу температуралары  болмайды. Кейбір белоктар, мысалы, тауық жұмыртқасының белогы суда  ериді, кейбіреулері суда ерімейді. Белоктар ерігенде, басқа да ЖМҚ сияқты коллоидты ерітінділер түзеді. Белоктарға спиртті немесе формалинді қосқанда, белоктар қайтымсыз үйиды, сондықтан бұл заттарды биологиялық препараттарды сақтауға қолданады.

Белоктардың организмдегі өзгерісі.   Белоктар аса маңызды тағамдық, заттар (ет, жұмыртқа, сүт, нан, т.б.) құрамында болғандықтан, ас қорыту жолдарында ферменттер әсерінен аминқышқылдарына дейін ыдырап гидролизденеді. Аминқынщылдары ішек қабырғалары арқылы қанға өтеді. Көмірсулар мен майлардан айырмашылығы — аминқышқылдары организмде қор болып жиналмайды. Олардың біразы адам немесе жануар организмінің өзіне тән белогын түзеді. Ал аминқышқылдарының бір бөлігі белок емес азотты қосылыстардың, нуклеин қышқылдарының синтезіне жұмсалады. Кейбіреулері тотығып, ең ақырғы өнімдерге (С02, Н20, т.б.) дейін ыдырап, энергия бөледі

Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Белок дегеніміз не?
2. Белоктардың қандай түрлері болады?

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

№ 4 дәріс тақырыбы. Генетикалық аппараттың молекулалық құрылымы.Геномның құрылымы.

Жалпы сұрақтары: Геном жайлы жалпы мәліметтер. Хромосомалық карталар. Хроматин құрылысы. Гистондар ерекшеліктері. Хромосомалардың нуклеосомалық жинақталуы. Хроматиннің ақуыздар модификациясы және олардың ДНҚ репликациясы мен транскрипциясына әсері

Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

Клеткаға қажетті ерекше (арнайы) белоктың синтезделуін қамтамасыз ететін ДНК-ның молекуласының бөлігін геном деп атайды.

Хромосома ( грекше"хромо-бояу,"сома"-дене ) - клетка ядросының  құрамында нәсілдік информациясы ДНК бар ген орналасқан өздігінен екі еселене алатын, арнайы бояулармен боялатын негізгі құрылым бөлігі.

Хромосома алғаш рет 19 ғасырдың  70-ші жылдары белгілі болды және1883жылы  неміс ғалымы В.Вальдейер "хромосома" деген атауды ұсынды.

Хромосома өсімдік пен  жануарлар клеткасының даму процесін қамтамасыз етеді , тұқым қуатын белгі, қасиеттерді ұрпақтан ұрпақа өткізеді.Олардың хромосомында морфологиялық өзіндік ерекшеліктері бар. Хромосомалар клетка бөлінуі кезінде анық көрінеді. Оның морфологиясы митоздың метафаза және алғашқы анафаза сатысында жақсы байқалады. Орташа алғанда хромосоманың ұзындығы 0,2- 50мкм, диаметрі 0,2-3мкм.

Хромосома турады: 1) хроматидтерден; 2) центромерадан; 3) кысқа иықтан; 4) ұзын иықтан. ДНК хромосоманың химиялық құрамында хроматин жіпшелерінде орналасады.Белок хромосомда ДНК-ның молекуласының үстінде қаптама (футляр) түрінде орналасады. Хромосомның алғашқы тартылған жері болады (спиральданбаған бөлігі), онда центромер орналасады, кейде хромосомның екінші рет тартылған бөлігі де кездесіп отырады. Соңғысы кішкентай спутник деп аталынатын үзіңдіні (фрагмент) хромосомнан бөліп тұрады.

Интерфазалық хромосома. Бұл  ілмекті, күрделі құрылым. Соленоидты фибрилла әртүрлі ұзындықтағы ілмекті ( 20 мыңнан 80 мың жұп нуклеотидтерге дейін) құрастырады. Хроматинді фибрилла нәтижесінде 300 нм диаметрге дейінгі құрылым түзіледі, ол интерфазалы хромонема деп аталады. Хромонемалар қосымша жинақталады, диаметрі 600-700 нм хроматидтерді құрайды. Хроматидтер метафазалы хромосома құрамына кіреді, диаметрі 1400 нм  немесе 1,4 мкм.