Молекулалық биология

Z-формалы қос шиыршықтар пурин-пиримидин бір ізділік кезектесе орналасқан полимерлерде табылған. Осыған дейін ДНҚ-ны біз оқшау жеке құрылым ретінде қарадық. Шындығында ол белоктармен байланысты, ал белоктар В-пішіннің Z-пішініне айналуына бірсыпыра әсер етуі мүмкін. Мысалы, гистондармен байланыстағы ДНҚ (эукариоттық ядродағы негізгі хромосомалық белоктар) бір формадан екіншісіне ауыспайды, ал бос ДНҚ-да сондай жағдайда байқалады. Сөйтіп, in vivo Z-ДНҚ түзілу үшін басты шарттың бірі, оның құрылымын тұрақтандыратын ерекше белоктардың қатысуы мүмкін.

Қос шиыршық супершиыршықталуы (лат. "super" - шамадан тыс деген ұғым) мүмкін. ДНҚ жөнінде біз осыған дейін желінің бойына орналасқан қос тізбекті молекула ретінде сөз қылдық. Алайда ДНҚ сақина тәріздес молекула немесе соған ұқсас түрде болуы мүмкін. Кішкене вирустардың геномы шынында сақина түріндегі ДНҚ, мүнда қос шиыршықтың екі тізбегі үздіксіз шеңбер түзеді. Бактериялық және эукариоттардың геномдарында ДНҚ үлкен тұзақ тәрізді болады. Мүнда ең бастысы мынада: әрбір түзақтың түбі тұйықталған сондықтан бос үштар қалмайды. Қос шиыршықтың бұл  формасының маңызы оның құрылымға қосымша тұрақты тежеу салуында. Егер қос тізбекті ДНҚ-ны қос шиыршық осімен айналдырса, онда суперорамдар пайда болады. Мысал ретінде резина таспасын келтіруге болады. Оны өз осінде айналдырса тығыз кернеулі құрылым пайда болады (қос шиыршық) әр жерлерінде крест тәрізді құрылымдар түзіледі. Бұл  кезде  көрсетілгендей кескін шығады.

Әрдайым супершиыршық үйымдасқанда жіпшелер өз осінде айналады және супер орамдар көбейген сайын иірімдер күшейе береді. Супер орамдар жасау үшін қай бағытта бұрсақта резина таспаларына бәрі бір (резина таспасының екі шеті бірдей). Бірақ қос шиыршық -онсыз бұралған құрылым (қос тізбектің айналымынан көрініп тұр), сондықтан оның бұрауға әсері, қалай қарай бұралатынына байланы-сты.

Теріс супер орамдар ДНҚ-ның өз осінде сағат тіліне қарсы - қос шиыршықтың оң орамына кері бағытта оралады. Бұл  негізінен бұралу күшінің кернеуін біраз осалдатып, қос шиыршықтың құрылымын реттейді. Осыдан екі негізге бүрышы доғал орам немесе тіпті ДНК негіздерінің жұптасуы бұзылуыы мүмкін. Теріс орамды ДНҚ толық бұралынбаған деп аталынады.    

ДНҚ қызметі: ДНҚ организмдердің басым көпшілігінде тұқым қуудың материалдық негізі болып табылады. Ол адамның және барлық басқа организмнің клеткаларында болады. Организмдегі барлық клетка ядроларында ДНҚ саны әрдайым бірдей болады. Уотсон  мен Крик ДНҚ молекуласының моделі бойынша ДНҚ молекуласы бір оське бағытталған спираль тәрізді айнала оралған екі комплементарлық тізбек болып табылады. Әрбір тізбек кәдімгі полинуклеотид болып саналады, онда нуклеотидтер фосфор қышқылының қалдықтары арқылы өзара байланысқан. Спиральдағы полинуклеотидтердің екі тізбегі бір – біріне азот негіздері жағынан бағытталған. Сол себептен қос тізбекті спиральдың ішінде азот негіздері орналасады. Углевод пен фосфат топтары спиральдың сыртына орналасады. Бұл жағдайда бір тізбектің негіздері жоғарыда айтылғандай сутектік байланыстар арқылы екінші тізбектің негіздерімен байланысқан.

ДНҚ-ның екі еселенуі (репликациясы). Кез келген клетка бөлінер алдында оның ДНҚ молекуласы екі еселенеді және соның нәтижесінде ұрпақ клеткалары алғашқы аналық клеткадағыдай ДНҚ молекуласына ие болады. Сонымен, ДНҚ мынадай жолмен екі еселенеді. Алғаш спиральдың екі тізбегі бір нүктеден бастап ажырай бастайды. Сонан кейін бір-бірінен алшақтап ажыраған әрбір тізбектердің бойына, оларға сәйкес жаңа тізбек синтезделіп, жаңа тізбек жасалу барысында ажыраған екі тізбекпен өзінің азоттық негіздері арқылы байланысып, онымен өз алдына жаңа спираль құрай бастайды. Г. Стент ДНҚ-ның екі еселенуінің үш түрін ұсынды: консервативтік, жартылай консервтаивтік, дисперсиялық.

Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Нуклеин қышкылдарына сипатама берініз
2. ДНК қандай қызмет атқарады?
3. ДНҚ-ның екі еселенуі (репликациясы) дегеніміз не?

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

№ 6 дәріс тақырыбы. Нуклеин қышқылдары. РНҚ – ның құрылымы және қызметі, РНҚ – ның тұқымқуалаушылық ақпараттарын тасымалдаудағы рөлі.

Жалпы сұрақтары: РНҚ-ға жалпы мінездеме. РНҚ-ның негізгі класстарының-ақпараттық, рибосомалық және тасымалдаушы, құрылысы мен құрамы,РНҚ қызметі және олардың тұқым қуалаушылық ақпаратын жүзеге асырудағы мәні, физико-химиялық құрамы.

Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

Нуклеин қышқылдары тірі клетка ядросының маңызды құрам бөлігі. Табиғатта өте көп тараған. Барлық тірі организмдерде нуклеин қышқылдарынын, дезокси-рибонуклеин (ДНК) және рибонуклеин (РНК) қышқылы деп аталатын екі түрі болады. Олардың химиялық құрамы, структурасы, клеткада орналасуы мен биологиялық ролі жөнінде бір-бірінен айырмашылығы бар.

Нуклеин қышқылдарының ерекшеліктері: Белоктар сияқты нуклеин қышқылдары әр түрлі болады. Олардың организмдегі функциясы да әр алуан. Нуклеин қышқылдарының да белоктар сияқты әр түрлі құрылымдары болады.

Нуклеин қышқылының бірінші құрылымында мононуклеотидтер белгілі тәртіппен орналасады. Нуклеин қышқылының екінші құрылымы макромолекулалардың кеңістікте қос шиыршық болып орналасуын көрсетеді. Бұл кезде молекулалар арасында және молекула ішінде сутектік байланыс арқылы әрекеттесу болады.

Нуклеин қышқылдарының маңызы: Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын клетканың (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары белок биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен дитоплазмада кездеседі.

Рибонуклеин қышқылы (РНҚ) — жоғары молекулалық байланыс; нуклеин қышқылдарының типі. Табиғатта кеңінен таралған. РНҚ-ның көмірсу бөлігінде рибоза қанты, ал азотты негіздері ретінде аденин, гуанин, цитозин және урацил болады. 
Рибонуклеин қышқылдары рибосомалық (рРНҚ), ақпараттық (аРНҚ) және тасымалдаушы (тРНҚ) болып бөлінеді. Рибонуклеин қышқылы тізбегі бірнеше ондаған нуклеотидтерден бірнеше мыңдаған нуклеотидтерге дейін созылатын біржіпшелі полинуклеотидтерден тұрады. Организмде РНҚ белоктармен кешенді байланысқан рибонуклеотидтер түрінде болады. РНҚ генетикалық ақпараттың жүзеге асуы мен белок синтезіне қатысып, барлық тірі организмдерде аса маңызды биологиялық рөл атқарады. Көптеген вирустарда РНҚ-н жалғыз нуклеинді компонент (құраушы) құрайды. Осындай РНҚ вирустарда РНҚ биосинтезімен қатар ДНҚ биосинтезінде де матрица рөлін атқара алады (кері транскриптаза). Бактериялар, өсімдіктер және жануарлар клеткаларында құрылымы, метаболизмі және биол. қызметтері әр түрлі РНҚ типтері кездеседі. Мысалы, рРНҚ рибосоманың құрамына еніп, клеткадағы РНҚ-ның негізгі массасын құрайды және көлемі, құрылымы түрлі организмдерде әр түрлі болады. Клеткада негізінен рРНҚ-да белоктың биосинтезі жүреді; тРНҚ клеткада амин қышқылдары қалдықтарын жалғастырып алып, оны белок синтезі өтіп жатқан жерге тасымалдайды. Әрбір амин қышқылының өзіне сай арнайы тРНҚ (әдетте бірнеше) болады. Барлық тРНҚ жоңышқа жапырағына ұқсас макромолекулалы құрылымға ие. Олардың рибосомаға және аРНҚ-на жабысатын, үш нуклеотидтен тұратын (антикодон) және амин қышқылы қалдығын жалғастыратын аймақтары бар. РНҚ-ның барлық түрлері клеткада ДНІ матрицасында синтезделеді, соның нәтижесінде ДНҚ-ндағы дезоксирибонуклеотидтер тізбегінде комплементарлы рибонуклеотидтер тізбегі құрастырылады, мұны транскрипция процесі деп атайды. Клетка ядросында матриц. РНҚ-ның (мРНҚ) бастамасы болып келетін алып молекулалар табылған, олардың көп бөлігі ядрода ыдырайды да, аз бөлігі цитоплазмаға өтіп, нағыз мРНҚ-ын құрайды.

РНҚ-ның сипаттамасы:

Ақпараттық РНҚ – ң биологиялық рөлі.   аРНҚ ДНҚ жасаушысының нақты аумағындағы көшірмесі бола тұрып, бір белоктың алғашқы құрылымының ақпаратын сақтайды. 3 нуклеотидтың кезектестігі аРНҚ молекулаларында аминқышқылының нақты түрін кодтайды. Бұл ақпаратты аРНҚ-ның кішігірім жасушасы ядродан ядролық саңылау арқылы өтіп белок синтезделетін орын – рибосомаға жеркізеді. Сондықтан аРНҚ-ны кейде материалдық деп атайды. Генетикалық код 1965-1967жж. Х. Г. Коронмен ашылған. Сол үшін ол Нобель сыйлығының иегері атанған.

Тасымалдаушы РНҚ.    Белок синтезінде амин қышқылдарын рибосомаға жеткізетін РНҚ-ны тасымалдаушы деп атайды. Бұл кішігірім жасушалар 3 нуклеотидтік кезектестікті – антикодондарды өз шыңында тасымалдайды. Олардың көмегімен тРНҚ комплементарлық принциптері бойынша аРНҚ-ның кодондарына жалғасады. тРНҚ жасушасының қарама – қарсы ұшы аминқышқылдарына жалғасады. Бұнда тек бір нақты, оның антикодондарына сай түрі ғана қатысады. 

Рибосомалық РНҚ. Рибосомалық РНҚ негізінен ядрошықта синтезделіп, РНҚ жасушаларының 85-90% тұрады. Белоктар комплекісінде олар рибосома құрамына кіреді және белок биосинтезінде аминқышқылдар арасындағы пептидтік байланыс синтезін жүзеге асырады. Басқаша айтқанда, рибосома – бұл мәтіндерді ДНҚ мен РНҚ-ның нуклеотидтік тілінен белоктардың аминқышқылдық тіліне аударатын молекулярлық машина.

РНҚ-ның ДНҚ-дан айырмашылығы. Мұның құрамында көмірсулы кұрамдас белік ретінде - рибоза, ал азотты негіздер ретінде аденин, гуанин, урацил, цитозин болады (тимин болмайды). РНҚ молекуласының ДНҚ молекуласынан айырмашылығы, оның әрбір молекуласы бір желілі болып келеді. РНҚ жасушалардың ядросында емес, жасуша цитоплазмасында болады.

Әрбір тізбек кәдімгі полинуклеотид болып саналады, онда нуклеотидтер фосфор қышқылының қалдықтары арқылы өзара байланысқан. Сол себептен қос тізбекті спиральдың ішінде азот негіздері орналасады. Углевод пен фосфат топтары спиральдың сыртына орналасады.Тізбектер комплементарлы болып келетіндіктен, тізбектердің біріндегі негіздердің орналасу реті әр түрлі болуы мүмкін, бірақ екінші тізбектегі негіздердің орналасу реті бірінші тізбектегі негіздердің орналасу ретіне сәйкес келуі тиіс. Бір тізбектегі аденин екінші тізбектегі тиминмен, гуанин цитозинмен байланысады.

Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. Нуклеин қышкылдары қандай қызмет атқарады?
2. РНК қандай түрлері болады?
3. РНҚ-ның ДНҚ-дан қандай айырмашылығы болады?

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

№7 дәріс тақырыбы. Ақуыз биосинтезі

Жалпы сұрақтары: Трансляция, ақуыздардың жиналуы, модификация. Генетикалық код. Генетикалық кодтың негізгі құрылымы. Кадондар құрылысы. Трансляция аппараты. Тасымалдаушы РНҚ. тРНҚ-ның біріншілік, екіншілік, үшіншілік құрылымы.тРНҚ-ның аминоацил-тРНҚ синтетазаларымен әрекетттесуі. Транскрипция мен трансляция ингибиторлары. Ақуыздардың трансмембраналық тасымалдануы. Трансляцияның жасушадан тыс жүйесі және оларды ақуыз синтезіне қолдану перспективалары.  

Пайдаланатың құралдар: проектор, слайдтар

Белок синтезі - өте күрделі процесс. Белок синтезінің негізінде жатқан молекулалық процестер өте күрделі. Олардың көпшілігі жазылып суреттелгенмен толық мазмұнын, айталық транскрипция, репарация және ДНҚ-ның репликациясы тәрізді түсіндіру әзір мүмкін емес. Мысалы, белок синтезінде РНҚ молекулаларының кез келген бір класы емес, үш класы (иРНҚ, тРНҚ және рРНҚ) қатысады, бірақ неге бұлай болатыны айқын түсінікті емес. Сондықтан белок синтезінің егжей-тегжей негізінен, әліде белгілі бір теорияда жалпыланбаған жалаң факты ретінде қабылдауымыз керек. Белок синтезінің процесінде басты агент ролін тРНҚ молекулалары атқарады. Оларға полимеризацияланбай тұрып, яғни полипептидтерге бірікпей тұрып, амин қышқылдары жалғасады. тРНҚ-ның молекуласына карбоксилдік ұшымен қосыла отырып, амин қышқылдары белсенді түрде энергияға бай түрге айнала ды, ол өз бетімен пептидтік байланыс түзе алады, сөйтіп полипептидтерді синтездеуге мүмкіндік туады. Бұл белсенділік процесі - белок синтезіне қажетті кезең, себебі бос амин қышқылдары полипептидтік тізбекке тікелей жалғаса алмайды. Өсіп келе жатқан полипептидтік тізбекке дәл сол амин қышқылы қосылуы керектігі амин қышқылына байланысты емес, оны тіркеп алған тРНҚ молекуласына тәуелді. Мұны бір ерекше әсем тәжірибенің көмегімен анықтауға мүмкін болды, онда ерекше тРНҚ-ға жалғанған амин қышқылын химиялық әдіспен басқа амин қышқылына (цистеинді аланинге) айналдырған. Кейін мұндай будан молекулалар клеткасыз жүйеде жұмыс істегенде, дұрыс емес амин қышқылы белок тізбегіне сол тРНҚ "қызмет" жасағанда үнемі қосылып отырған.

Белоктардың синтезделуі негізінен екі кезеңнен тұрады: 
1. Ядролық кезең немесе транскрипция. Мұнда ДНҚ қос тізбегінің біреуінің комплементарлы көшірмесі болып табылатын и-РНҚ синтезі жүреді. Осы жолмен синтезделген и-РНҚ әрі қарай синтезделетін белоктың негізі болып табылады. 
2. Цитоплазмалық кезең яғни трансляция. Цитоплазмада 4 әріптік генетикалық информацияның триплеттік кодтың көмегімен 20 әріптік амин қышқылдарынан тұратын белоктың тізбегіне айналу процесі жүреді.

Сонымен бірге онда белоктардың үшінші, төртінші реттік құрылысының кеңістікте орын алуы және олардың клетка метаболизміне тікелей қатынасуына мүмкіндік туады. Осы айтылған әрбір кезеңге қажет өзінің ферменттері, факторлары, индукторларымен тежеушілері болады. Клеткасыз жүйелер тіршілігін зерттеу осы факторларды ашуға мүмкіндік туғызды. Бұл қандай факторлар? 
1.Белоктардың синтезі рибосомада жүреді; 
2. Белоктардың синтезі үшін қажет энергия АТФ және ГТФ арқылы қамтамасыз етіледі, айта кету керек, бір пептидтік байланыс түзілу үшін 4 макроэргтік қосылыс қажет; 
3.20-ға жуық амин қышқылдары; 
4.20-дан астам аминоацил -  т-РНҚ синтетаза ферменті; 
5.20-ға жуық т-РНҚ; 
6.Мg2+ ионы, конц 5-8 тМ қажет. 
Сонымен барлығы 200-ге жуық макромолекулалар,  белоктық факторлар қажет: