Жалпы нуклеин қышқылдары

 

 

 

 

 

Жоспар:

 

 

 

 

• Жалпы нуклеин қышқылдары;

 

 

Құрылымы мен құрылысы;

 

Маңызы ;

 

 

 

• Полимеразды тізбекті реакция;

 

 

• Муллис Кэри Бэнкс  еңбегі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нуклеин қышқылдарын амплификациялау әдісі. Полимеразды тізбекті реакция және оның модификацияланған түрі.

 

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.

 

 

 

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.

 

 
 

Полимеразды тізбекті реакция (ПТР) диагностикасы. 

Медицина саласында ПТР жұқпалы ауруларды ( тұқым қуалаушылық, қатерлі ісік, ақ қан ауруы, кеуде қатерлі ісігі және басқа да қатерлі ісік ауруларын) иммундық патологияны зерттеуге қолданылады, жеке сот медицинасында және криминалистикасында биологиялық туыстық идентификациясында қолданылады. Санитарлық-эпидемиологиялық қызметі ПТР-ді қоршаған ортаның микробиологиялық ластануы және азық-түлікте, азықтағы гинетикалық-модификациялық қайнар көзін анықтайды (ГМИ). Ғылыми зерттеу зертханасында ПТР-нуклеин қышқылын және олардың қозғалысын бақылауға қолданылады. Медицина саласында ПТР адам генін (ДНҚ) зерттеуге жаңа диагностикалық жол ашылды. 

 Нақты уақытта ПТР-дің артықшылығы:

-          жоғарғы сезімталдығы, ерекшелігі, жан-жақтылық, жеңіл орындалуы, сенімділік қортындысы және төменгі қақымен;

-          уақиғаларды болдырмауының кепілі;

-          ПТР зертхана бөлмелерінің санының қысқартылуы;

-          технологиялық үдерісті және талдау уақытын қысқарту;

-           автоматтандыру және стандарттау қорытындысын тіркеу.

Нақты уақытта ПТР техникалық сапалы тәсілімен ПТР-талдау.

Нақты уақытта ПТР - әдісі  адам генетикасын зерттеуде белсенді дамуы.

Сот экспертиза қажеттілігінде адам ұлпаларының гендерінің жиынтығын және дактилоскопия арқылы зерттеу қолданады;

- жеке ұқсастыру,әкелігін дәлелдеу, қылмысты анықтау;

- гентикалық зертеу таңбалау (зат алмасу ерекшелігін табу, бірнеше аурулардың көбейуіне тәуекел тудырады);

- жатырдағы тұқым қуалаушылық балалардың және ересектердің ауруларының диагностикасы;

-  алдағы уақытта аурулардың тәуекелін және мутацияны анықтау

- әр жерде орналасқан қатерлі ісіктер ерте анықтауы мақсатымен қан плазмадағы гендерін анықтау, қатерлі ісіктерді тудыратын алдын ала шаралары және динамикалық тәуекелі топтарын қалыптастыру;

- дәрі-дәрмектер туралы мағлұматтарды ескерту;

-  болашақ балалардың ауруларының қауіптілігін бағалау;

- адамның қан үлгісінде НLА типті ген анықтау, НLА және 2 класты полиморфизді  анализді НLА1 және 2 кластар қан үлгісіндегі биологиялық идентификациялауда, донорды іріктеуде, ішкі мүшелерін ауыстыру барысында және әр түрлі ауруларға бейімділігін анықтау кезінде кеңінен қолданады.

 
Дэл осы комплементарлык принципке  негізделе отырып, американдық «Cetus Corporations» биотехнологиялык компаниясының  кызметкері K.Mulles 1983ж. зерттелетін материалда алдымен зерттелетін микроорганизмнің ДНК, -сын көбейтіп, сосын идентификация  жұргізуді үсынған. 
ПТР (ПЦР) - зерттелетін клиникалық материалда көптеген баска бөлімдер арасынан белгілі бір организмнің генетикалық хабарының кішкене бөлімін табуға мүмкіндік беретін және оны бірнеше есе көбейтетін әдіс. ПТР әдісі ДНҚ репликациясына негізделген, онда ДНҚ -ның қос спиралінің таркатылуы, ДНҚ жіпшелерінің айырылуы және ол екеуінің де комплементарлы толықтырылуы жүреді. ДНҚ репликациясы әрбір нүктеде басталмайды, тек белгілі старт блоктарында - қысқа қос жіпті бөлімдер басталады. Әдістің маңызы - берілген түрге ғана талғамды ДНҚ-ң бөлігін осындай блоктармен белгі жасаганда, дәл осы бөлікті бірнеше рет амплификациялау болады. 
 
Зерттелетін микроорганизмнің ДНҚ - сы бар пробиркаға екі генетикалық белгі ендіреді, яғни тандап алынған ДНҚ бөлігінің синтезі үшін кажетті праимерді. Егер зерттелетін дақылдың ДНҚ бөліктері мен праймерлер комплементарлы болса, онда олар қос жіпті старт аймағын түзе отырып қосылады. Праймерлердің қосылуынан кейін (отжиг) термостабильді фермент Tag - микроорганизм ДНҚ-ң талғамды фрагментінің полимеразасы көмегімен қайта өндіру басталады. 
 
Көшірме саны геометриялық дамуда өседі және санаулы минут ішінде көшірме саны (ампликон) 10⁶ - 10⁷ жетеді. Көп есе өскен көшірме саны-микроорганизм ДНҚ-ның бөлігін гель-электрофорезбен оңай анықтайды. 
 
а) микроорганизм ДНҚ-ң к,ос спиралінің таркатылуы - денатурация. 
 
б) микроорганизм ДНҚ-сынын белгілі бөлігіне праймердін комплементарлы қосылуы - отжиг. 
 
ДНК фрагментінің көшірмелерінің (ампликондар) бірнеше есе көбеюі -амплификация; 
 
Электрофорез әдісімен ампликондарды анықтау. ПТР-патогенді бактериялардың дақылы киын алынатын, дакылы алынбайтын,үзақ уақыт сақталатын түрінің диагностикасын жүргізгеңде өте тиімді нәтижелі ПТР кезінде бактерия түтелімен көбею процесіне үшырамайды, тек оның ДНҚ-ы, бірақ ДНҚ-ның түгел молекуласы емес, белгілі фрагменті. Фрагмент-берілген қоздырғыш маркері болып саналады.

 

Муллис Кэри Бэнкс (Kary Banks Mullis, 28 желтоқсан 1944 жылы туған, Ленуар, Солтүстік Каролина, АҚШ) — американдық биохимик.^[1]. Берклидегі Калифорния университетінде докторлық дәрежесін алды.

1983 жылы полимеразды тізбекті реакция әдісін әзірледі, ғалымдар оның көмегімен гендегі нуклеотидтердің тәртібін анықтады, ДНҚүлгілері бойынша адамдардың ұқсастығы үшін генді дактилосткопияны қолданды, эволюция мен медициналық диагноз қоюды зерттеді.

Атақ әкелген зерттеулерін Муллис Cetus корпорациясында өткізді, кейінірек еркін кеңесші болды. 1993 жылы Нобель сыйлығынМайкл Смитпен (1932 жылы туылған) бөлісті. Муллис өзінің еркін жеке стилімен, пікірімен және мақалаларымен танымал, мақалаларында беделді адамдармен санаспайды, мәселен, Dancing Naked in the Mind Field («Танцующий обнаженным в поле разума», 1998) еңбегі.