Нуклейн қышқылы

Нуклеин қышқылдары

       Нуклеин қышқылдары (лат. nucleus — ядро) — құрамында фосфоры бар биополемерлер. Табиғатта өте көп тараған. Молекулалары нуклеотидтерден тұрады, бір нуклеотидтіқ 5'-фосфор арасындағы эфирлік байланысы мен келесі нуклеотидтің углевод қалдығының 3'-гидроксилі арасы эфир байланысымен нуклеин қышқылдары углеводты-фосфатты қаққасын калайды. Нуклеин қышқылдары жоғарғы полимерлі тізбектері ондаған немесе жүздеген нуклеотидтің қалдықтарынан тұрады. Олардың м. с. 105—1010. Нуклеин қышқылдары құрамына кіретін мономерлерінің (дезокси- немесе рибонуклеотидтер) түріне қарай ДНҚ жәңе РНҚ деп бөлінеді.

Нуклеин қышқылдары тірі жасуша ядросының маңызды құрам бөлігі. Нуклеин қышқылдары (НҚ) рибонуклеин қышқылы (РНҚ) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) болып екі үлкен түрге бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар.

Нуклеин қышқылдарының құрамы мен құрылысы

Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі (25-сызбанұсқа). Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (монометрлері). Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді.

Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді.

ДНҚ мен РНҚ құрамының айырмашылығы — нуклеин қышқылын толық гидролиздеу арқылы анықталды. Оларды гидролиздегенде, әр түрлі заттардың қоспасы түзіледі (36 кесте).

Нуклеин қышқылдары құрамында көмірсудың гидроксил тобы мен фосфор қышқылының арасында күрделі эфирлік байланыс түзіледі, ал азотты негіз көмірсудың жанынан жалғасады. Полинуклеотидтің құрылысын сызбанұсқамен былай өрнектеуге болады:

ақуыздар сияқты нуклеин қышқылдары әр түрлі болады. Олардың организмдегі функциясы да әр алуан. Нуклеин қышқылдарының да ақуыздар 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.

НҚ-ның макромолекуласы екі полинуклеотидті тізбектен құралады. Олар кеңістікте қос оралма түзеді (54-сурет). Оралманы фосфор қышқылының полиэфирі түзеді, пиримидин және пурин туындыларының жазық молекуласы оралманың ішінде болады.

Нуклеин қышқылының макромолекуласындағы бірінің ішінде бірі жатқан ширатылған екі оралмада, пиримидин және пурин қалдықтары өзара сутектік байланыс арқылы байланыскан.

Сутектік байланыс белгілі бір жұп пиримидин және пурин туындыларының арасында түзіледі. Оларды комплементарлы жұптар деп атайды. Ондай жұптар: тимин (Т) — аденин (А) және цитозин (С) — гуанин (G).

ДНҚ-ның қос оралмалы сызбанұсқасында таспамен көрсетілгендері фосфор қышқылымен көмірсулардың полиэфирінің макромолекуласы. Бұларды қосып жатқан түзулер пиримидин және пурин туындылары, олар комплементарлы жұптар.

Нуклеин қышқылының үшіншілік щрылымы — ДНҚ мен РНҚ-ның кеңістікте шумақталып орналасуы.[2]

Нуклеин қышқылдарының маңызы

Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын жасушаның (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары ақуыз 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.

Олар жасушаның қай бөлігінде шоғырланса, соған байланысты қызмет атқарады. Жоғарыда айтылғандай, ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болып табылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ); тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады.

Соңғы жылдары ғалымдар жоғары организмдердің гендерін бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтарының организміне енгізуді іске асырды. Соңынан оларды ақуыз синтездеуге пайдаланды. Мысалы, инсулин генін осылайша "жұмыс істеткізді". Адам инсулині ең алғаш рет Е. соlі деген бактерияның көмегімен 1982 жылы алынды.

Осылайша бір типтегі организмнен алынған генді басқа типтегі организмге енгізуді гендік инженерия деп атайды. Жоғарыда айтылған ипсулин, өсу гормоны — соматотропин, сондай-ақ гемофилия ауруына қолданылатын VIII фактор — гендік инженерияның өнімдері. Қазіргі кезде гендік инженерияның көмегімен түрлі жұқпалы ауруларға қарсы вакциналар өндіріле бастады.

Қазақстан Ұлттық ғылым академиясының академигі М. Ә. Айтхожин жасушалық макромолекулалардың (нуклеин қышқылдары мен ақуыздың) синтезі саласында өте маңызды зерттеу жұмыстарын жүргізді.[2]

Ақуыз молекуласы сияқты, ДНҚ молекуласы да биологиялық полимер. ДҚ-ның молекулалық салмағы 10 млн. болады, кейбір жағдайда (ақуыздың биосинтезіне байланысты) 50-100 млн-ғы дейін жетеді. ДНҚ полимерлері мен мономерлерінің ролін комплементтік негізіне сәйкес бірінене кейін бірі орналасатын нуклеотидтер атқарады.         

Нуклеин қышқылдары ең алғаш жасушаның ядросынан табылды, ол латынша «нуклеус» - ядро деген мағынаны білдіреді. Сондықтан нуклеин қышқылдары деп аталған.         

Нуклеин қышқылдарының 2 түрі бар: дезоксирибонуклеин «ДНҚ» және рибонуклеин «РНҚ».         

ДНҚ-ның құрылымы, саны және қасиеттері.  ДНҚ-ң құрылымын зерттеген көптеген тәжірибелердің нәтижесінде, 40–жылдардың аяғында төмендегідей мәліметтер белгілі болды:

1.     ДНҚ 4 нуклейдтен (аденин, гуанин, цитозин, тимин) тұрады. Олардың алдыңғы екеуі екі, ал қалғандары бір сақинадан құралған. әр нуклеотид бесбұрышты қантпен коваленттік байланыс арқылы қосылған фосфат тобымен азоттық негізден тұрады.

2.     нуклеотидтер бір-бірімен қант және фосфор тобымен ковалентті байланыс арқылы қосылған. Осы фосфор тобымен қанттың қалдығына тұратын ұзын шиыршықты молекуланы қант-фосфорлы тұлғасы дейді.

3.     Э.Чаргафф анықтаған ДНҚ-ның барлық молекуласындағы адениннің (А) саны тиминмен (Т) бірдей, ал гуанындікі (Г) цитозынмен (Ц) тең; оны  қысқаша былай белгілейді А=Т, Г=Ц

Аденин мен тимин екі сутектің байланыспен, ал гуанин мен цитозин үш сутектік байланыс арқылы қосылыс түзеді

4.     ДНҚ-ның молекуласы шиыршық (оралма) болып оралған. Оның негіздері шиыршыққа тік бұрыгпен орналасады. Оны ең алғаш Р.Франклин  түсірген рентгенограммадан көруге болады. Рентгеннограмманың көмегімен қант-фосфорлы тұлғаның шиыршықтың сыртқы жағында, ал негізі іште екенін және шиыршықтың бір орамында он нуклеотид болатыны анықталды.

Р.Франклин ашқан деректердің ДНҚ-ның құрамын анықтауда маңызы зор болды, бірақ екі сұрақ жауапсыз қалды: ДНҚ-ның молекуласы қанша жіпшеден тұрады және олар қалай байланысқан? Бұл сұрақтың жауабына негіз болған 1953 ж Ж.Уотсон мен Ф.Крик ұсынған ДНҚ-ның құрылымы еді. Олар ұсынған құрылымды ДНҚ молекуласы 2 жіпшеден немесе тізбектен тұрады. Бұл жердегі жіпшелердің орнында осы тізбектердің қант-фосфатты тұлғасы тұрады да ал баспалдақтың рөлін негіздер атқарады. әрбір баспалдақ 2 негізден тұрса олардың екі, ал екіншісі бір сақинадан тұрады.            

Енді ДНҚ-ның қосарлы сақинасының қалай түзелетіндігін қарастырайық. Мұнда бір тізбектің азотты негіздері екінші тізбектің азотты негіздерімен сутектік байланыс арқылы өзара жақын орналасқан.         

Сутектік байланыстың түзулуінің өзі азотты негіздердің өте жақын түйісунің нәтижесі деп түсінген дұрыс.         

Түйісетін нуклеотидтер белгілі бір заңдылықта бағынады атап айтқанда бір тізбекте А орналасса,  екінші тізбекте оның қарсысында Т орналасады, яғни А-ға Т комплементті, ал Г-ге Ц комплементті болып орналасады. Нуклеотидтердің осылай комлементке сай орналасуының нәтижесінде, біріншіден, қосарлы сақинаның бүкіл ұзына бойындағы тізбектердің ара қашықтығы бірдей болады, екіншіден, қарама-қарсы орналасқан негіздердің арасы сутектік байланыстар арқылы қосылады. Мәселен, Г мен Ц 3 сутектік байланыс, ал А мен Т арасындағы 2 сутектік байланыс түзіледі. Неғұрлым сутектік байланыс көп болса, ДНҚ жіпшелері дерт болады және оның молекуласы тұрақты болып, қозғалғыштығы сақталатындығы дәлелденді.         

Қорыта келе, Ж.Уотсон мен Ф.Крик ашқан ДНҚ молекуласы құрылымының дұрыстығы экперимент жүзінде толық дәлелденіп молекулалық биология мен генетиканың дамуына зор ықпалын тигізді. 
Нуклеин қышқылдары — тұқым қуалау негіздері 
Алғашқы тіршілік нышандары бұдан 3,2 млрд жыл бұрын пайда болған. Ұзаққа созылған эволюция нәтижесінде табиғи сұрыпталу жолымен қазіргі тіршілік иелері — жануарлар, адам, өсімдіктер, микрооринизмдер дүниеге келді. Тірі ағзалардың аса ғажап қасиеті — ата тегіне ұқсас өзіндей жаңа ағзаны жарыққа шығаруы. Осы бір табиғаттың ұлы жұмбағы ғылым үшін әрқашанда аса маңызды проблема болып келді. Оны шешуге бүкіл дүние жүзінін ғалымдары ат салысты. 
Сөз жоқ, тірі ағзаның аса ғажап қасиеті — тұқым қуалайтын белгілерді өзінде сақтау және оны ұрпаққа беру ағзаның өз құрамындағы заттармен байланысты екені аян. Осыған орай, "Тұрақты түрде тұқым куалайтын осы белгілерді ұрпақтан-ұрпаққа беру кілті қандай зат құрамында?" деген занды сұрақ туады. 
Тірі ағзада жоғары молекулалы үш қосылыс бар. Олар — нуклсин кышқылдары, белоктар және полисахаридтер. Қазіргі кезде аталған биологиялық жоғары молекрилардың әрқайсысының атқаратын кызметі дәл анықталып, тұқым куалайтын қасиеттің негізі, тірі ағзаның барлық ерекшеліктерін қайталап жарыққа шығарушы — нуклеин кышқылдары екені белгілі болды. 
Тұқым куалаушылықтың материалдык негізі слетканың ядросында орналасады. XIX ғасырдың аяқ кезінде (1869ж) Ф.Мишер сельді балықтарының спермасы клеткасының ядролары құрамында С, О, Н, Р және N бар, белоктардан өзгеше затты бөліп шығарды. Ғалым ядролардан қышқыл қасиеттері бар затты (латын сөзі писlеоs — ядро) бөліп алғандықтан, ол заттарды Нуклеин қышқылдары деп атады. Нуклеин қышкылдарының құра-мы күрделі келеді. 
Нуклеин қышқылының химиялық құрамы 
Нуклсин қышқылдары (НҚ) дегеніміз нуклеотид қалдықтарынан тұратын жоғары молекулалы органикалық қышқылдар. Нуклеотидтер (мононуклеотидтер) пуриндік және пиримидиндік негізден, пентоза көмірсуынан (Д-рибоза немесе Д — дезоксирибозадан) және фосфор қыш-қылынан құралады. Нуклеин қышқылының құрамына кіретін пурин негіздерінің ішінде әсіресе аденин (А) мен гуанин (О), пиримидин негіздерінің ішіндегі әсіресе маныздысы-урацил (1-1),  тимин (Т)  және цитозин (Ц). 
Нуклеотидтер құрамына енетін қанттар бір-бірінен рибозада 2-ші көміртегіндегі гидроксил (-ОН) тобының орнына, дезоксирибозада тек сутегі атомы алмастырылған болады. 
Пентозалардың (рибоза мен дезоксирибозаның) ашық (альдегидті) және циклды (р - фуранозаның) формаларын жазып көрсетейік.  
Нуклеин қышқылдарының кұрамындағы мононуклеотидтердің молекулалары бір мононуклеотидтегі пентозаның З-ші көміртегі атомындағы гидроксил (—ОН) тобы мен көршілес жатқан нуклеотидтің фосфор қышқылының гидроксилдері есебінен бір-бірімен оттекті көпірлер арқылы жалғасады. Сонымен ДНҚ-ға басқа да азотты негіздермен бірге тимин енсе, ал РНҚ-ға тиминнің орнына урацил кіреді. 
Мононуклеотидтер фосфор кышқылынын бір және екі қалдығын қосып алады да, тиісінше нуклеозиддифосфаттар (АДР, GДР, UДР, СДР және ТДР) мен нуклеозид-трифосфаттар (АТР, GТР, UТР, СТР және ТТР) түзеді. Бұл жағдайды төмендегі жазылған формулалар мен суреттерден көріп-білудің кисыны бар: 
А. РНҚ-ның барлық түрлері синтезделетін төрт ри-бонуклеозидтрифосфаттар. 
Б. ДНҚ молекуласын түзуге қатысатын төрт дезокси-рибонуклеозидтрифосфаттар. Мұнда пентозаның 2-ші көміртегі атомында гидроксил тобы жок, онда сутегі атомы ғана болғандықтан, ол квадратпен қоршалған. 
Құрамында рибоза бар нуклеотидтерді рибонуклеотидтер деп, ал құрамында дезоксирибоза барын — дезокси-рибонуклеотидтер деп атайды. 
Мыңдаған мононуклеотидтер (мономерлер) полимерленеді де, нуклеин қышқылынын макромолекуласын (полимер) түзеді, оларды полинуклеотидтер дейді. 
Нуклеотидтер құрамына кіретін қанттың табиғатына сәйкес нуклеин қышқылдарының химиялық және биологиялық қасиеттері жөнінде бірінен-бірінің үлкен айырмашылығы болады. 
Дезоксирибонуклеотидтерден тұратын нуклеин қышқылдарын дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) деп, егер ондай қышқыл рибонуклеотидтерден құралса, онда рибонуклеин қышқылы (РНҚ) деп аталады. 
ДНҚ мен РНҚ-ның құрамына аса маңызды бес азотты негіздермен қатар, басқада минорлы пуриндік және пиримидиндік негіздер де кіреді. Жануарлар мен жоғары сатыдағы есімдіктер ДНҚ-да 5—метилцитозин кездессе, ал бактериялар ДНҚ-да – N6-метиладенин және 5-гид-роксиметилцитозин. 
Тасымалдаушы РНҚ-да мынадай минорлы негіздер кездеседі: гипоксантин, псевдоурацил, 7-метилгуанин, 4-тиоурацил, дигидроурацил,  V негіз. 
Азотты негіздер (пуриндік және пиримидиндік негіздер), пентоза мен фосфор қышқылы үшеуі өзара қосылысып, мононуклеотид молекуласын түзеді. Олардың өзара жалғасып, қосылу реті әрқашан тұрақты. Төменде ДНҚ құрамына кіретін төрт аса маңызды дезоксирибоиуклеотидтер мен РНҚ молекуласын түзетін терт негізгі рибонуклеотидтердің құрылым формулала-рын өрнектеп,  жазуға болады: 
Сонымен азот негіздері, рибоза немесе дезоксирибозамен қосылып, нуклеозид түзеді. Құрамына азотты негіз, рибоза немесе дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіретін қосылыс нуклеотид деп аталады. 
Нуклеин қышқылдары, жоғарыда айткандай клетканың ядросы хромосомдарының ішінде орналасады. Олардың молекулалықсалмағы өте жоғары 6-дан 12миллионға дейін жетеді. Мұндай орасан үлкен макромолекулалар жұздеген, мыңдаған жекеленген нуклеотидтерден құралады. 
Нуклеин қышқылдарының кұрамына кіретін жеке нуклеотидтер өзара жалғасып, ұзын тізбек (полинуклеотид) түзеді. Жекелеген нуклеотид құрылыс "кірпіші" ретінде пайдаланылады. Пентозаның 3-көміртегіндегі ОН тобы бос күйінде қалады. Осы гидроксил тобы және фосфор қышқылы арқылы нуклеотидтер өзара байланысады. 
Сондықтан нуклеин қышқылдары нуклеотидтердің полимерлері, ал жекелеген нуклеотидтер мономерлер деп аталады. Осындай әдіспен мононуклеотид қалдықтары байланыса алады. Нуклеин қышқылдарының алуан түрлілігі, химиялық және биологиялык қасиеттері, оларды құрайтын нуклеотидтердің құрамына, мөлшері мен сапасына байланысты. 
Бұл қышқылдар ағзада қандай қызмет атқарады? Тәжірибелік зерттеулердің дәлдігін баяндамай-ақ көптеген бірегей тәжірибелер нәтижесінде ағзада генетикалық белгілердің сақталуы және бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуі тікелей ДНҚ молекуласы арқылы іске асатыны дәлелденген.  Бұл арада ДНҚ тікелей әрекет жасамайды, әр түрлі РНҚ-ны қатыстырып әрекет жасайды. РНҚ молекуласы тұқым қуалайтын белгілерді ұрпақтан-ұрпаққа беруге көмектеседі және ДНҚ құрамына салынған гене-тикалык мәліметтерді жүзеге асыруға қатысады. 
Нуклеопротеидтерді аздап гидролиздейтін болсақ онда олар көпшілік жағдайда табиғаты жағынан негіздік белоктар (протаминдер және гистондар) мен нуклеин қышқылдарына дейін ыдырайды. Ал, толық гидролиздену кезінде белоктар мен нуклеин қышқылдары, өздерінің негізгі құрамды компоненттеріне дейін ыдырайды. Оны мына төмендегі нобай түрінде керсетуге болады:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер

 Вирусология, иммунология, генетика, молекулалық биология. Орысша-қазақша сөздік. –Алматы, Ана тілі, 1993.

2. Жалпы білім беретін мектептің жаратылыстану-математика бағытындағы 11-сыныбына арналған оқулық / Ә. Темірболатова, Н. Нұрахметов, Р. Жұмаділова, С. Әлімжанова. – Алматы: «Мектеп» баспасы, 2007. – 352 бет.