Екі ДНҚ тізбегінің байланысуы – оның циклденуі кезінде ДНҚ тізбектерінің байланыстарының түзілу процесі. Жұп немесе одан да көп полимер тізбегі тұйықталғанда, олар өзара байланыстардың әртүрлі түрлерін құра алады. Атап айтқанда, бір-біріне қосылу ДНҚ-ның дөңгелек жабық түріндегі қос спиральді жіптермен түзіледі (мұнда ДНҚ қос спиралі негізінен бір полимер тізбегі ретінде қарастырылатын болады). Байланысқан ДНҚ молекулалары табиғатта жиі кездеседі және оларды зертханада жасауға болады. Екі тізбектің буындарының, жалпы айтқанда, шексіз көп топологиялық эквивалентсіз түрлері бар. Байланыс реті түсінігі тек қана шеңбер тұйық ДНҚ-да түзілген белгілі бір кластың буындарын бір мәнді түрде сипаттайды. Жалпы сурет әлдеқайда күрделі көрінеді.

Полимер тізбегі ерітіндіде кездейсоқ циклизациядан өткенде, ол әртүрлі топологиялық күйлерде аяқталуы мүмкін. Оқшауланған тізбектер жағдайында, яғни. Алынған сілтемелерді есепке алмай, осы топологиялық күйлердің ықтималдығы туралы бұл сұрақ кездейсоқ жабылу кезінде әртүрлі түйіндердің пайда болу ықтималдығына түседі. Егер шиеленістердің ықтималдығын ескерсек, ең алдымен олардың масса центрлері арасындағы берілген арақашықтықтағы екі тізбектің кездейсоқ тұйықталуы кезінде шиеленіскен күйдің (немесе шиеленіскен күйдің) пайда болу ықтималдығы туралы мәселені қарастыруымыз керек. , Р (Кленин К.В. ea, 1988, Frank-Kamenetskii M.D. ea, 1975, Вологодский А.В. және т.б., 1974a және Ивата К., 1983). Шексіз жіңішке тізбектің моделі үшін осындай есептеулердің нәтижелері (Кленин К.В. ea, 1988) көрсетілген. Әртүрлі қисық сызықтар әрбір тізбектегі сегменттердің әртүрлі санына сәйкес келеді (екі тізбек те сегменттердің бірдей санынан тұрады деп есептеледі): 1 - 20 сегмент, 2 - 40, 3 - 80 сегменттер. Кіші R-де буындардың түзілу ықтималдылығы екі байланыспаған тізбектер жүйесінің күйлерінің саны бір-біріне жақындаған сайын айтарлықтай төмендейтінін білдіреді. Нәтижесінде байланысы жоқ шексіз жіңішке сақиналы полимер тізбектерінің ерітіндісі идеалды болмайды. Онда энтропиялық сипатқа ие тізбектер арасында итеру пайда болады. Статистикалық механикада мұндай итеру әдетте екінші вирустық B коэффициентімен сандық түрде сипатталады (Landau L. and Lifshitz E.M., 1964). Қосылмаған сақиналар ерітіндісі үшін B мәндерін суреттегі деректерден есептеуге болады. Екі тізбектің арасындағы шиеленістің пайда болу ықтималдығы. Бұл мәндер (екінші вирустық коэффициентті есептеу суретін қараңыз) бір-бірінен өткізбейтін сфералық бөлшектерге сәйкес B мәніне жақын болып шығады, радиусы а айналуының орташа квадраттық радиусына тең. тұйық полимер тізбегі (Кленин К.В. еа, 1988). Осылайша, тіпті идеалды шексіз жіңішке тұйық тізбектер де толық топологиялық шектеулерге байланысты күшті өзара итеруді сезінуі керек.

Катенандар, яғни. Кейбір жасушаларда ДНҚ молекулаларының қосылуы анықталды (Клейтон Д.А. және Виноград Дж., 1967, Хадсон Б. және Виноград Дж., 1967). Шатасулары бар топологиялық құрылымның мысалын бір-бірімен құлыпталған дөңгелек ДНҚ кинетопластарының алып желілері қамтамасыз етеді (Borst P. and Hoeijmakers J.H.J., 1979 шолуын қараңыз). Бұл желілерге он мыңдаған дөңгелек ДНҚ молекулалары кіреді, олардың көпшілігі құрылымы бойынша бірдей.

Екі тізбекті ДНҚ топологиясын зерттеудің негізгі әдістері электронды микроскопия және гельдік электрофорез болып табылады. Кәдімгі электронды микроскопиялық ДНҚ фотосуретінде молекулалардың топологиясын талдау өте қиын, өйткені олардың субстраттағы қиылысу нүктелеріндегі жіптердің қайсысы жоғары, қайсысы төмен екенін анықтау қиын. Көбінесе бұл қиындық алғаш рет қос спиралдың recA протеинімен байланысуына байланысты еңсерілді (Krasnow M.A.ea, 1983). Бұл жағдайда ДНҚ тізбегі қалыңдайтыны сонша, ДНҚ сегменттерінің қиылысу құрылымы фотосуреттерде анық көрінеді. Екінші жағынан, ілмектелген ДНҚ молекулалары гельдегі қозғалғыштығымен байланысы жоқ молекулалардан ерекшеленеді, бұл оларды электрофорез кезінде бөлуге мүмкіндік береді (қараңыз: Wasserman S.A. and Cozzarelli N.R., 1986). Бұл әдіс, әрине, арнайы калибрлеуді қажет етеді, өйткені белгілі бір топологиялық құрылым ДНҚ-ның түйінсіз дөңгелек формасына қатысты гельде қандай позицияны алу керектігін алдын ала айту мүмкін емес. Дегенмен, қазіргі уақытта зерттелетін ДНҚ-ның түйінсіз топоизомерлеріне қатысты әртүрлі топологиялық құрылымдардың қозғалғыштығы туралы тәжірибелік материалдың айтарлықтай көп мөлшері жинақталған. Әрине, бұл әдіспен құлыпталған ДНҚ молекулаларын зерттегенде олардың құрамында бір тізбекті үзілістер болуы керек, өйткені әйтпесе ұтқырлық қос спиральді тізбектердің бір-біріне қосылу ретіне байланысты болады.

3-бет

1. Комплементарлылық принципі бойынша ол берілген ДНҚ молекуласының екінші тізбегін құрастырады: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-С-А-Т-А.

2. Бір нуклеотидтің ұзындығын (0,34 нм) біле отырып, осы ДНҚ фрагментінің ұзындығын анықтаймыз (ДНҚ-да бір тізбектің ұзындығы бүкіл молекуланың ұзындығына тең): 13х0,34 = 4,42 нм.

3. Берілген ДНҚ тізбегіндегі нуклеотидтердің пайыздық мөлшерін есептеңіз:

13 нуклеотид – 100%

5 A – x%, x=38% (A).

2 G – x%, x=15,5% (G).

4 T – x%, x=31% (T).

2 C – x%, x=15,5% (C).

Жауабы: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4,42 нм; A=38%; T=31%; G=15,5%; C=15,5%.

Есеп 21. Бір ДНҚ тізбегінің фрагментінде нуклеотидтер тізбекте орналасады: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T.

1. Осы ДНҚ молекуласының екінші тізбегінің құрылысының сызбасын сызыңыз.

2. Бір нуклеотид шамамен 0,34 нм алып жатса, бұл ДНҚ фрагментінің ұзындығы қанша нм болады?

3. ДНҚ молекуласының осы фрагментінде қанша нуклеотид (%) бар?

1. ДНҚ молекуласының осы фрагментінің екінші тізбегін комплементарлылық ережесін қолданып аяқтаймыз: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А.

2. Осы ДНҚ фрагментінің ұзындығын анықтаңыз: 12х0,34 = 4,08 нм.3. Біз осы ДНҚ фрагментіндегі нуклеотидтердің пайызын есептейміз.

24 нуклеотид – 100%

8A – x%, демек x=33,3%(A);

өйткені Чаргафф ережесі бойынша A=T, ол T=33,3% мазмұнын білдіреді;

24 нуклеотид – 100%

4G – x%, демек x=16,7%(G);

өйткені Чаргафф ережесі бойынша G=C, бұл С=16,6% мазмұнын білдіреді.

Жауабы: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08 нм; A=T=33,3%; G=C=16,7%

Есеп 22. Біріншісінде 18% гуанин, 30% аденин және 20% тимин болса, екінші ДНҚ тізбегінің құрамы қандай болады?

1. ДНҚ молекуласының тізбектерінің бірін-бірі толықтыратынын біле отырып, екінші тізбектегі нуклеотидтердің құрамын (%-бен) анықтаймыз:

өйткені бірінші тізбекте G = 18%, бұл екінші тізбекте С = 18% білдіреді;

өйткені бірінші тізбекте А=30%, бұл екінші тізбекте Т=30% дегенді білдіреді;

өйткені бірінші тізбекте Т=20%, бұл екінші тізбекте А=20% дегенді білдіреді;

2. Бірінші тізбектегі цитозиннің құрамын анықтаңыз (%-бен).

ДНҚ-ның бірінші тізбегіндегі цитозиннің үлесін анықтау: 100% – 68% = 32% (С);

бірінші тізбекте С = 32% болса, екінші тізбекте G = 32%.

Жауабы: С=18%; T=30%; A=20%; G=32%

Есеп 23. ДНҚ молекуласында нуклеотидтердің жалпы санының 23% аденил нуклеотидтері болады. Тимидил және цитозил нуклеотидтерінің санын анықтаңыз.

1. Чаргафф ережесін пайдаланып, берілген ДНҚ молекуласындағы тимидил нуклеотидтерінің құрамын табамыз: A=T=23%.

2. Берілген ДНҚ молекуласындағы аденил мен тимидил нуклеотидтерінің қосындысын (%) табыңыз: 23% + 23% = 46%.

3. Берілген ДНҚ молекуласындағы гуанил мен цитозил нуклеотидтерінің қосындысын (%) табыңыз: 100% – 46% = 54%.

4. Чаргафф ережесі бойынша ДНҚ молекуласында G = C, барлығы 54%, ал жеке: 54% : 2 = 27% құрайды.

Жауабы: T=23%; C=27%

Есеп 24. Салыстырмалы молекулалық массасы 69 мың ДНҚ молекуласы берілген, оның 8625-і аденил нуклеотидтер. Бір нуклеотидтің салыстырмалы молекулалық салмағы орта есеппен 345. Осы ДНҚ-да қанша жеке нуклеотид бар? Оның молекуласының ұзындығы қандай?

1. Берілген ДНҚ молекуласында қанша аденил нуклеотидтер бар екенін анықтаңыз: 8625: 345 = 25.

2. Чаргафф ережесі бойынша A = G, яғни. берілген ДНҚ молекуласында A=T=25.

3. Осы ДНҚ-ның жалпы молекулалық массасының қанша бөлігі гуанилнуклеотидтердің үлесіне жататынын анықтаңыз: 69 000 – (8625х2) = 51 750.

4. Осы ДНҚ-дағы гуанил және цитозил нуклеотидтерінің жалпы санын анықтаңыз: 51,750:345=150.

5. Гуанил және цитозил нуклеотидтерінің құрамын бөлек анықтаңыз: 150:2 = 75;

6. Осы ДНҚ молекуласының ұзындығын анықтаңыз: (25 + 75) х 0,34 = 34 нм.

Жауабы: A=T=25; G=C=75; 34 нм.

Есеп 25. Кейбір ғалымдардың пікірінше, адамның бір жыныс жасушасының ядросындағы барлық ДНҚ молекулаларының жалпы ұзындығы шамамен 102 см.Бір жасушаның ДНҚ-сында неше жұп нуклеотид бар (1 нм = 10–6 мм)?

1. Сантиметрді миллиметр мен нанометрге айналдыр: 102 см = 1020 мм = 1 020 000 000 нм.

2. Бір нуклеотидтің ұзындығын (0,34 нм) біле отырып, адам гаметасының ДНҚ молекулаларының құрамындағы нуклеотидтер жұбының санын анықтаймыз: (102 х 107): 0,34 = 3 х 109 жұп.

Жауабы: 3´109 абз.

Тапсырма 26. Түзілген дипептидтердің формулаларын жаз:

а) тирозин және цистеноин; б) серин және фенилаланин; в) глицин және цистеин.

Есеп 27. Құрамында көміртегі бар басқа заттарды қолданбай, метаннан глицин алу.

Оң жақта 2016 жылдың 23 сәуірінде Гиннестің рекордтар кітабына енгізілген Варна (Болгария) жағажайындағы адамдардан жасалған адам ДНҚ-ның ең үлкен спиралі.

Дезоксирибонуклеин қышқылы. Негізгі ақпарат

ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) - бұл тұқым қуалайтын ақпарат туралы деректерді қамтитын күрделі код, өмірдің бір түрі. Бұл күрделі макромолекула тұқым қуалайтын генетикалық ақпаратты ұрпақтан ұрпаққа сақтауға және беруге қабілетті. ДНҚ кез келген тірі ағзаның тұқым қуалаушылық және өзгергіштік сияқты қасиеттерін анықтайды. Ондағы кодталған ақпарат кез келген тірі ағзаның бүкіл даму бағдарламасын белгілейді. Генетикалық детерминацияланған факторлар адамның да, кез келген басқа ағзаның да бүкіл өмір сүру жолын алдын ала анықтайды. Сыртқы ортаның жасанды немесе табиғи әсерлері жеке генетикалық белгілердің жалпы көрінісіне аз ғана әсер етуі немесе бағдарламаланған процестердің дамуына әсер етуі мүмкін.

Дезоксирибонуклеин қышқылы(ДНҚ) тірі организмдердің сақталуын, ұрпақтан-ұрпаққа берілуін және генетикалық бағдарламасын жүзеге асыруды қамтамасыз ететін макромолекула (негізгі үшінің бірі, қалған екеуі РНҚ және белоктар). ДНҚ әр түрлі РНҚ және белоктардың құрылымы туралы ақпаратты қамтиды.

Эукариоттық жасушаларда (жануарлар, өсімдіктер және саңырауқұлақтар) ДНҚ хромосомалардың бөлігі ретінде жасуша ядросында, сондай-ақ кейбір жасушалық органеллаларда (митохондриялар мен пластидтер) кездеседі. Прокариоттық организмдердің жасушаларында (бактериялар мен археялар) жасуша мембранасына ішкі жағынан нуклеоид деп аталатын дөңгелек немесе сызықты ДНҚ молекуласы бекітіледі. Оларда және төменгі эукариоттарда (мысалы, ашытқыларда) плазмидалар деп аталатын шағын автономды, негізінен дөңгелек ДНҚ молекулалары да кездеседі.

Химиялық тұрғыдан ДНҚ - нуклеотидтер деп аталатын қайталанатын блоктардан тұратын ұзын полимерлі молекула. Әрбір нуклеотид азотты негізден, қанттан (дезоксирибоза) және фосфат тобынан тұрады. Тізбектегі нуклеотидтер арасындағы байланыстарды дезоксирибоза түзеді ( МЕН) және фосфат ( Ф) топтары (фосфодиэфирлік байланыстар).

Күріш. 2. Нуклеотид азотты негізден, қанттан (дезоксирибоза) және фосфат тобынан тұрады.

Жағдайлардың басым көпшілігінде (құрамында бір тізбекті ДНҚ бар кейбір вирустарды қоспағанда) ДНҚ макромолекуласы азотты негіздер бір-біріне бағытталған екі тізбектен тұрады. Бұл қос тізбекті молекула спираль бойымен бұралған.

ДНҚ-да азотты негіздердің төрт түрі бар (аденин, гуанин, тимин және цитозин). Бір тізбектің азотты негіздері екінші тізбектің азотты негіздерімен комплементарлылық принципі бойынша сутектік байланыстар арқылы байланысады: аденин тек тиминмен ( А-Т), гуанин - тек цитозинмен ( G-C). Дәл осы жұптар ДНҚ спиральды «баспалдақтың» «басқыштарын» құрайды (қараңыз: 2, 3 және 4-сурет).

Күріш. 2. Азотты негіздер

Нуклеотидтер тізбегі РНҚ-ның әртүрлі түрлері туралы ақпаратты «кодтауға» мүмкіндік береді, олардың ең маңыздылары хабаршы немесе шаблон (мРНҚ), рибосомалық (рРНҚ) және тасымалдау (тРНҚ). РНҚ-ның осы түрлерінің барлығы ДНҚ тізбегін транскрипция кезінде синтезделген РНҚ тізбегіне көшіру арқылы ДНҚ үлгісінде синтезделеді және ақуыз биосинтезіне (трансляция процесі) қатысады. Жасуша ДНҚ кодтау ретімен қатар реттеуші және құрылымдық функцияларды орындайтын тізбектерді қамтиды.

Күріш. 3. ДНҚ репликациясы

ДНҚ-ның химиялық қосылыстарының негізгі комбинацияларының орналасуы және осы комбинациялар арасындағы сандық байланыстар тұқым қуалайтын ақпараттың кодталуын қамтамасыз етеді.

Білім жаңа ДНҚ (репликация)

1. Репликация процесі: ДНҚ қос спиралының ағытылуы – ДНҚ полимераза арқылы комплементарлы тізбектердің синтезі – бірінен екі ДНҚ молекуласының түзілуі.
2. Ферменттер химиялық қосылыстардың негізгі жұптары арасындағы байланысты үзген кезде қос спираль екі тармаққа «ашылады».
3. Әрбір бұтақ жаңа ДНҚ элементі болып табылады. Жаңа негізгі жұптар тектік тармақтағыдай реттілікпен қосылады.

Қайталану аяқталғаннан кейін ата-аналық ДНҚ-ның химиялық қосылыстарынан жасалған және бірдей генетикалық кодқа ие екі тәуелсіз спираль пайда болады. Осылайша, ДНҚ ақпаратты жасушадан жасушаға бере алады.

Толығырақ ақпарат:

НУКЛЕИН ҚЫШҚЫЛДАРЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ

Күріш. 4 . Азотты негіздер: аденин, гуанин, цитозин, тимин

Дезоксирибонуклеин қышқылы(ДНҚ) нуклеин қышқылдарына жатады. Нуклеин қышқылдарымономерлері нуклеотидтер болып табылатын тұрақты емес биополимерлер класы.

нуклеотидтертұрады азотты негіз, бес көміртекті көмірсуларға (пентозаға) байланысты - дезоксирибоза(ДНҚ болған жағдайда) немесе рибоза(РНҚ жағдайында), ол фосфор қышқылының қалдығымен (H 2 PO 3 -) біріктіріледі.

Азотты негіздерЕкі түрі бар: пиримидиндік негіздер - урацил (тек РНҚ-да), цитозин және тимин, пуриндік негіздер - аденин және гуанин.

Күріш. 5. Нуклеотидтердің құрылысы (сол жақта), ДНҚ-дағы нуклеотидтің орналасуы (төменгі жағында) және азотты негіздердің түрлері (оң жақта): пиримидин және пурин

Пентозаның молекуласындағы көміртек атомдары 1-ден 5-ке дейін нөмірленген. Фосфат үшінші және бесінші көміртек атомдарымен біріктіріледі. Нуклеинотидтер осылайша нуклеин қышқылы тізбегіне біріктіріледі. Осылайша, біз ДНҚ тізбегінің 3' және 5' ұштарын ажырата аламыз:

Күріш. 6. ДНҚ тізбегінің 3' және 5' ұштарын оқшаулау

ДНҚ-ның екі тізбегі түзіледі қос спираль. Спиральдағы бұл тізбектер қарама-қарсы бағытта бағытталған. ДНҚ-ның әртүрлі тізбектерінде азотты негіздер бір-бірімен байланысқан сутектік байланыстар. Аденин әрқашан тиминмен, ал цитозин әрқашан гуанинмен жұптасады. деп аталады толықтыру ережесі.

Толықтау ережесі:

A-T G-C

Мысалы, егер бізге дәйектілігі бар ДНҚ тізбегі берілсе

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

онда екінші тізбек оған қосымша болады және қарама-қарсы бағытта – 5’ ұшынан 3’ соңына дейін:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Күріш. 7. ДНҚ молекуласының тізбектерінің бағыты және сутегі байланыстары арқылы азотты негіздердің қосылуы.

ДНҚ РЕПЛИКАЦИЯСЫ

ДНҚ репликациясышаблондық синтез арқылы ДНҚ молекуласын екі еселеу процесі болып табылады. Табиғи ДНҚ репликациясының көп жағдайдапраймерДНҚ синтезі үшін қысқа фрагмент (қайта жасалған). Мұндай рибонуклеотидті праймерді примаза ферменті жасайды (прокариоттарда ДНҚ-примаза, эукариоттарда ДНҚ-полимераза) және кейіннен дезоксирибонуклеотидті полимераза ауыстырылады, ол әдетте қалпына келтіру функцияларын орындайды (ДНҚ молекуласындағы химиялық зақымданулар мен үзілістерді түзетеді).

Репликация жартылай консервативті механизм бойынша жүреді. Бұл ДНҚ-ның қос спиралының ашылатынын және оның әрбір тізбегіне комплементарлық принцип бойынша жаңа тізбек салынғанын білдіреді. Осылайша, еншілес ДНҚ молекуласында ата-аналық молекуладан бір жіп және жаңадан синтезделген бір тізбек болады. Репликация аналық жіптің 3' ұшынан 5' ұшына дейінгі бағытта жүреді.

Күріш. 8. ДНҚ молекуласының репликациясы (екі еселенуі).

ДНҚ синтезі- бұл бір қарағанда күрделі процесс емес. Егер сіз бұл туралы ойласаңыз, алдымен синтездің не екенін анықтауыңыз керек. Бұл бір нәрсені бір бүтінге біріктіру процесі. Жаңа ДНҚ молекуласының түзілуі бірнеше сатыда жүреді:

1) ДНҚ топоизомеразасы, репликациялық айырдың алдында орналасқан, ДНҚ-ны оның орауы мен ағылуын жеңілдету үшін кеседі.
2) топоизомеразадан кейінгі ДНҚ геликазасы ДНҚ спиралының «бұрылуы» процесіне әсер етеді.
3) ДНҚ байланыстыратын белоктар ДНҚ жіптерін байланыстырады, сонымен қатар олардың бір-біріне жабысуын болдырмай тұрақтандырады.
4) ДНҚ полимераза δ(дельта) , репликация айырының қозғалыс жылдамдығымен үйлестірілген, синтезді жүзеге асырадыжетекшітізбектереншілес ұйым ДНҚ матрицадағы 5"→3" бағытындааналық ДНҚ тізбегі оның 3" ұшынан 5" ұшына дейінгі бағытта (жылдамдығы секундына 100 нуклеотид жұбына дейін). Бұл оқиғалар аналықДНҚ тізбектері шектеулі.

Күріш. 9. ДНҚ репликация процесінің схемалық көрінісі: (1) артта қалған тізбек (артта қалған тізбек), (2) жетекші тізбек (жетекші тізбек), (3) ДНҚ полимераза α (Полα), (4) ДНҚ лигаза, (5) РНҚ -праймер, (6) Примаза, (7) Оказаки фрагменті, (8) ДНҚ-полимераза δ (Полδ), (9) Геликаза, (10) Бір тізбекті ДНҚ-байланыстырушы ақуыздар, (11) Топоизомераза.

Қыз ДНҚ-ның артта қалған тізбегінің синтезі төменде сипатталған (қараңыз. Схемарепликация шанышқысы және репликация ферменттерінің функциялары)

ДНҚ репликациясы туралы қосымша ақпаратты қараңыз

5) Аналық молекуланың екінші тізбегі ажырап, тұрақтанғаннан кейін бірден оған бекітіледіДНҚ полимераза α(альфа)ал 5"→3" бағытында праймерді (РНҚ праймерін) - ұзындығы 10-нан 200 нуклеотидке дейінгі ДНҚ шаблонындағы РНҚ тізбегін синтездейді. Осыдан кейін ферментДНҚ тізбегінен жойылады.

Орнына ДНҚ полимеразаларыα праймердің 3" ұшына бекітіледіДНҚ полимеразаε .

6) ДНҚ полимеразаε (эпсилон) праймерді ұзартуды жалғастыратын сияқты, бірақ оны субстрат ретінде кірістіредідезоксирибонуклеотидтер(150-200 нуклеотид мөлшерінде). Нәтижесінде екі бөліктен бір жіп пайда болады -РНҚ(яғни праймер) және ДНҚ. ДНҚ полимераза εалдыңғы праймерге тап болғанша жұмыс істейдіоказаки фрагменті(біраз бұрын синтезделген). Осыдан кейін бұл фермент тізбектен жойылады.

7) ДНҚ полимераза β(бета) орнына тұрадыДНҚ полимераза ε,бір бағытта (5"→3") қозғалады және олардың орнына дезоксирибонуклеотидтерді бір уақытта енгізе отырып, праймер рибонуклеотидтерін жояды. Фермент праймер толығымен жойылмайынша жұмыс істейді, яғни. дезоксирибонуклеотидке дейін (одан да ертерек синтезделгенДНҚ полимераза ε). Фермент өз жұмысының нәтижесін алдындағы ДНҚ-мен байланыстыра алмайды, сондықтан ол тізбектен шығып кетеді.

Нәтижесінде аналық тізбектің матрицасында қыз ДНҚ-ның фрагменті «жатады». деп аталадыоказаки фрагменті.

8) ДНҚ лигазасы екі көршілес байланысады оказаки фрагменттері , яғни. Синтезделген сегменттің 5" соңыДНҚ полимераза ε,және кіріктірілген 3" соңындағы тізбекДНҚ полимеразаβ .

РНҚ ҚҰРЫЛЫМЫ

Рибонуклеин қышқылы(РНҚ) барлық тірі организмдердің жасушаларында кездесетін үш негізгі макромолекуланың бірі (қалған екеуі ДНҚ және белоктар).

ДНҚ сияқты, РНҚ әрбір буын деп аталатын ұзын тізбектен тұрады нуклеотид. Әрбір нуклеотид азотты негізден, рибоза қантынан және фосфат тобынан тұрады. Дегенмен, ДНҚ-дан айырмашылығы, РНҚ әдетте екі емес, бір тізбектен тұрады. РНҚ-дағы пентоза дезоксирибоза емес, рибоза (рибозаның екінші көмірсу атомында қосымша гидроксил тобы бар). Ақырында, ДНҚ РНҚ-дан азотты негіздердің құрамы бойынша ерекшеленеді: тиминнің орнына ( Т) РНҚ құрамында урацил ( У) , ол да аденинге қосымша болып табылады.

Нуклеотидтер тізбегі РНҚ-ға генетикалық ақпаратты кодтауға мүмкіндік береді. Барлық жасушалық организмдер ақуыз синтезін бағдарламалау үшін РНҚ (мРНҚ) пайдаланады.

Жасуша РНҚ деп аталатын процесс арқылы өндіріледі транскрипция , яғни арнайы ферменттер арқылы жүзеге асырылатын ДНҚ матрицасында РНҚ синтезі - РНҚ полимеразалары.

Хабаршы РНҚ (мРНҚ) содан кейін деп аталатын процеске қатысады хабар тарату, анау. рибосомалардың қатысуымен мРНҚ матрицасында ақуыз синтезі. Басқа РНҚ-лар транскрипциядан кейін химиялық модификацияға ұшырайды, екіншілік және үшінші реттік құрылымдар пайда болғаннан кейін РНҚ түріне байланысты қызмет атқарады.

Күріш. 10. Азотты негіздегі ДНҚ мен РНҚ-ның айырмашылығы: РНҚ-да тиминнің (Т) орнына урацил (U) болады, ол да аденинге комплементарлы.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Бұл ДНҚ шаблонындағы РНҚ синтезінің процесі. ДНҚ сайттардың бірінде ашылады. Жіптердің бірінде РНҚ молекуласына көшіруді қажет ететін ақпарат бар - бұл тізбек кодтау тізбегі деп аталады. Кодтауышқа қосымша ДНҚ-ның екінші тізбегі шаблон деп аталады. Транскрипция кезінде шаблондық тізбекте 3' - 5' бағытта (ДНҚ тізбегі бойында) комплементарлы РНҚ тізбегі синтезделеді. Бұл кодтау тізбегінің РНҚ көшірмесін жасайды.

Күріш. 11. Транскрипцияның схемалық көрінісі

Мысалы, егер бізге кодтау тізбегінің реті берілсе

3’- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5’,

онда комплементарлық ережеге сәйкес матрицалық тізбек тізбекті тасымалдайды

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

ал одан синтезделген РНҚ реттілік болып табылады

ХАБАР

механизмін қарастырайық ақуыз синтезіРНҚ матрицасында, сондай-ақ генетикалық код және оның қасиеттері. Сондай-ақ, түсінікті болу үшін төмендегі сілтеме бойынша тірі жасушада болатын транскрипция және трансляция процестері туралы қысқаша бейнені қарауды ұсынамыз:

Күріш. 12. Ақуыз синтезі процесі: РНҚ-ның ДНҚ кодтары, ақуыздың РНҚ кодтары

ГЕНЕТИКАЛЫҚ КОД

Генетикалық код- нуклеотидтер тізбегі арқылы белоктардың аминқышқылдарының тізбегін кодтау әдісі. Әрбір амин қышқылы үш нуклеотидтер тізбегі арқылы кодталған - кодон немесе триплет.

Про- және эукариоттардың көпшілігіне тән генетикалық код. Кестеде барлық 64 кодон және сәйкес аминқышқылдары көрсетілген. Негізгі реті мРНҚ-ның 5"-ден 3" ұшына дейін.

Кесте 1. Стандартты генетикалық код

1-ші негізі tion	2-ші негіз								3-ші негізі tion
	У		C		А		Г
У	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Тыр/Ж)	У Г У	(Cys/C)	У
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	У У А	(Лей/л)	U C A		У А	Кодонды тоқтату**	У Г А	Кодонды тоқтату**	А
	У У Г		U C G		У А Г	Кодонды тоқтату**	У Г Г	(Тр/Вт)	Г
C	C U U		C C U	(Pro/P)	C A U	(Оның/H)	C G U	(Arg/R)	У
	C U C		С С С		C A C		C G C		C
	С У А		С С А		C A A	(Gln/Q)	C GA		А
	C U G		C C G		C A G		C G G		Г
А	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Көк/Қ)	А Г У	(Ser/S)	У
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	ӘУ А		A C A		А А А	(Lys/K)	А Г А		А
	А У Г	(Кездесті/М)	A C G		А Г		A G G		Г
Г	Г У У	(Вал/В)	G C U	(Ала/А)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Гли/Г)	У
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	Г У А		G C A		Г А А	(Желім)	G G A		А
	Г У Г		G C G		Г А Г		G G G		Г

Үштіктердің ішінде «тыныс белгілері» қызметін атқаратын 4 арнайы реттілік бар:

• *Үштік ТАМЫЗ, сонымен қатар метионинді кодтайтын, деп аталады кодонды бастау. Белок молекуласының синтезі осы кодоннан басталады. Осылайша, ақуыз синтезі кезінде тізбектегі бірінші амин қышқылы әрқашан метионин болады.

• **Үшемдер UAA, UAGЖәне U.G.A.деп аталады кодондарды тоқтатужәне бір амин қышқылын кодтамаңыз. Бұл тізбектерде ақуыз синтезі тоқтайды.

Генетикалық кодтың қасиеттері

1. Үштік. Әрбір амин қышқылы үш нуклеотидтер тізбегі арқылы кодталған - триплет немесе кодон.

2. Үздіксіздік. Триплеттердің арасында қосымша нуклеотидтер болмайды, ақпарат үздіксіз оқылады.

3. Бірін-бірі қайталамау. Бір нуклеотидті бір уақытта екі триплетке қосуға болмайды.

4. Бір мәнділік. Бір кодон тек бір амин қышқылын кодтай алады.

5. Дегенерация. Бір амин қышқылы бірнеше түрлі кодондармен кодталуы мүмкін.

6. Жан-жақтылық. Генетикалық код барлық тірі организмдер үшін бірдей.

Мысал. Бізге кодтау тізбегінің реттілігі берілген:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Матрицалық тізбек келесі реттілікке ие болады:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Енді біз осы тізбектегі ақпараттық РНҚ-ны «синтездейміз»:

3’- CCGAUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Ақуыз синтезі 5' → 3' бағытында жүреді, сондықтан генетикалық кодты «оқу» үшін тізбекті өзгерту керек:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Енді AUG бастапқы кодонын табайық:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Тізімді үштікке бөлейік:

келесідей естіледі: ақпарат ДНҚ-дан РНҚ-ға (транскрипция), РНҚ-дан ақуызға (трансляция) беріледі. ДНҚ репликация арқылы да қайталануы мүмкін және кері транскрипция процесі де мүмкін, ДНҚ РНҚ шаблонынан синтезделеді, бірақ бұл процесс негізінен вирустарға тән.

Күріш. 13. Молекулалық биологияның орталық догмасы

ГЕНОМ: ГЕНДЕР және ХРОМОСОМАЛАР

(жалпы ұғымдар)

Геном – организмнің барлық гендерінің жиынтығы; оның толық хромосома жиынтығы.

«Геном» терминін 1920 жылы Г.Винклер бір биологиялық түрге жататын организмдердің хромосомаларының гаплоидты жиынтығында болатын гендер жиынтығын сипаттау үшін ұсынған. Бұл терминнің бастапқы мағынасы геном ұғымының генотиптен айырмашылығы жеке адамның емес, жалпы түрдің генетикалық сипаттамасы екенін көрсетті. Молекулалық генетиканың дамуымен бұл терминнің мағынасы өзгерді. Ағзалардың көпшілігінде генетикалық ақпараттың тасымалдаушысы болып табылатын, демек, геномның негізін құрайтын ДНҚ сөздің қазіргі мағынасында тек гендерді ғана қамтымайтыны белгілі. Эукариот жасушаларының ДНҚ-ның көп бөлігі белоктар мен нуклеин қышқылдары туралы ақпаратты қамтымайтын кодталмаған («артық») нуклеотидтер тізбегімен ұсынылған. Сонымен, кез келген организмнің геномының негізгі бөлігі оның гаплоидты хромосома жиынтығының бүкіл ДНҚ болып табылады.

Гендер - полипептидтер мен РНҚ молекулаларын кодтайтын ДНҚ молекулаларының бөлімдері

Өткен ғасырда біздің гендер туралы түсінігіміз айтарлықтай өзгерді. Бұрын геном бір сипаттаманы кодтайтын немесе анықтайтын хромосома аймағы болды немесе фенотиптіккөздің түсі сияқты (көрінетін) қасиет.

1940 жылы Джордж Бидл мен Эдвард Тэтхэм геннің молекулалық анықтамасын ұсынды. Ғалымдар саңырауқұлақ спораларын өңдеді НейроспораларРентген сәулелері және ДНҚ тізбегінің өзгеруіне әкелетін басқа да агенттер ( мутациялар) және кейбір спецификалық ферменттерді жоғалтқан саңырауқұлақтардың мутантты штаммдарын ашты, бұл кейбір жағдайларда бүкіл метаболикалық жолдың бұзылуына әкелді. Бидл мен Тэтем ген бір ферментті анықтайтын немесе кодтайтын генетикалық материалдың бір бөлігі деген қорытындыға келді. Гипотеза осылай пайда болды «Бір ген – бір фермент». Бұл тұжырымдама кейінірек анықтау үшін кеңейтілді «бір ген – бір полипептид», өйткені көптеген гендер ферменттер болып табылмайтын ақуыздарды кодтайды және полипептид күрделі ақуыз кешенінің суббірлігі болуы мүмкін.

Суретте. 14-суретте ДНҚ-дағы нуклеотидтердің триплеттері полипептидті – мРНҚ делдациясы арқылы белоктың аминқышқылдарының тізбегін анықтайтын диаграмма көрсетілген. ДНҚ тізбегінің бірі мРНҚ синтезі үшін шаблон рөлін атқарады, оның нуклеотидтік триплеттері (кодондары) ДНҚ триплеттеріне комплементарлы болып табылады. Кейбір бактериялар мен көптеген эукариоттарда кодтау реті кодталмаған аймақтармен үзіледі (деп аталады). интрондар).

Генді қазіргі заманғы биохимиялық анықтау одан да нақтырақ. Гендер - құрылымдық немесе каталитикалық функциясы бар полипептидтер немесе РНҚ кіретін соңғы өнімдердің бастапқы тізбегін кодтайтын ДНҚ-ның барлық бөлімдері.

ДНҚ-да гендермен қатар тек реттеуші функцияны орындайтын басқа тізбектер де бар. Нормативтік реттіліктергендердің басын немесе аяқталуын белгілей алады, транскрипцияға әсер етеді немесе репликация немесе рекомбинацияның басталу орнын көрсете алады. Кейбір гендер әртүрлі тәсілдермен экспрессиялануы мүмкін, бір ДНҚ аймағы әртүрлі өнімдердің қалыптасуына шаблон ретінде қызмет етеді.

Біз шамамен есептей аламыз ең аз ген мөлшері, ортаңғы ақуызды кодтайды. Полипептидтік тізбектегі әрбір амин қышқылы үш нуклеотидтер тізбегі арқылы кодталады; осы триплеттердің (кодондардың) тізбегі осы генмен кодталған полипептидтегі аминқышқылдарының тізбегіне сәйкес келеді. 350 амин қышқылы қалдықтарынан тұратын полипептидтік тізбек (орташа ұзындықтағы тізбек) 1050 б.б. ( базалық жұптар). Дегенмен, көптеген эукариоттық гендер мен кейбір прокариоттық гендер ақуыз ақпаратын тасымалдамайтын ДНҚ сегменттерімен үзіледі, сондықтан қарапайым есептеу көрсеткеннен әлдеқайда ұзағырақ болып шығады.

Бір хромосомада қанша ген бар?

Күріш. 15. Прокариоттық (сол жақта) және эукариоттық жасушалардағы хромосомалардың көрінісі. Гистондар екі негізгі функцияны орындайтын ядролық белоктардың үлкен класы болып табылады: олар ядродағы ДНҚ жіптерін орау және транскрипция, репликация және репарация сияқты ядролық процестердің эпигенетикалық реттелуіне қатысады.

Белгілі болғандай, бактерия жасушаларында ықшам құрылымда орналасқан ДНҚ тізбегі түріндегі хромосома – нуклеоид болады. Прокариоттық хромосома ішек таяқшасы, оның геномы толығымен шешілген, дөңгелек ДНҚ молекуласы (шын мәнінде, бұл тамаша шеңбер емес, басы немесе соңы жоқ ілмек), 4 639 675 б.б. Бұл тізбекте шамамен 4300 белок гені және тұрақты РНҚ молекулаларына арналған тағы 157 ген бар. IN адам геномы 24 түрлі хромосомада орналасқан 29 000-ға жуық генге сәйкес шамамен 3,1 миллиард базалық жұп.

Прокариоттар (бактериялар).

Бактерия E. coliбір қос тізбекті дөңгелек ДНҚ молекуласы бар. Ол 4 639 675 б.б. және ұзындығы шамамен 1,7 мм жетеді, бұл ұяшықтың ұзындығынан асып түседі E. coliшамамен 850 рет. Нуклеоид құрамындағы үлкен дөңгелек хромосомадан басқа, көптеген бактерияларда цитозолда еркін орналасқан бір немесе бірнеше шағын дөңгелек ДНҚ молекулалары болады. Бұл хромосомадан тыс элементтер деп аталады плазмидалар(Cурет 16).

Плазмидалардың көпшілігі бірнеше мың негіз жұптарынан тұрады, кейбіреулерінде 10 000 б.б. Олар генетикалық ақпаратты тасымалдайды және аналық жасушаның бөлінуі кезінде еншілес жасушаларға енетін еншілес плазмидаларды қалыптастыру үшін репликацияланады. Плазмидтер тек бактерияларда ғана емес, ашытқыларда және басқа саңырауқұлақтарда да кездеседі. Көптеген жағдайларда плазмидалар қабылдаушы жасушаларға ешқандай пайда әкелмейді және олардың жалғыз мақсаты - тәуелсіз көбею. Дегенмен, кейбір плазмидалар иесіне пайдалы гендерді алып жүреді. Мысалы, плазмидалардың құрамындағы гендер бактерия жасушаларын бактерияға қарсы агенттерге төзімді ете алады. β-лактамаза генін тасымалдайтын плазмидтер пенициллин және амоксициллин сияқты β-лактамды антибиотиктерге төзімділікті қамтамасыз етеді. Плазмидалар антибиотиктерге төзімді жасушалардан сол немесе басқа бактерия түрлерінің басқа жасушаларына өтіп, сол жасушалардың да төзімді болуына әкеледі. Антибиотиктерді қарқынды қолдану патогендік бактериялар арасында антибиотиктерге төзімділікті кодтайтын плазмидалардың (сонымен қатар ұқсас гендерді кодтайтын транспозондар) таралуына ықпал ететін, көптеген антибиотиктерге төзімді бактерия штаммдарының пайда болуына ықпал ететін күшті селективті фактор болып табылады. Дәрігерлер антибиотиктерді кеңінен қолданудың қауіптілігін түсіне бастады және оларды тек шұғыл қажет болған жағдайда ғана тағайындайды. Осыған ұқсас себептерге байланысты ауылшаруашылық жануарларын емдеу үшін антибиотиктерді кеңінен қолдану шектеулі.

Сондай-ақ қараңыз: Равин Н.В., Шестаков С.В. Прокариоттардың геномы // Вавилов атындағы Генетика және селекция журналы, 2013. Т. 17. № 4/2. 972-984 беттер.

Эукариоттар.

Кесте 2. Кейбір ағзалардың ДНҚ, гендері мен хромосомалары

	Ортақ ДНҚ п.н.	хромосома саны*	Гендердің шамамен саны
ішек таяқшасы(бактерия)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(ашытқы)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(нематод)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(өсімдік)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(жеміс шыбыны)	120 367 260		20 000
Орыза сатива(күріш)	480 000 000		57 000
Бұлшық ет(тышқан)	2 634 266 500		27 000
Гомо сапиенс(Адам)	3 070 128 600		29 000

Ескерту.Ақпарат үнемі жаңартылып отырады; Қосымша ақпарат алу үшін геномика жобасының жеке веб-сайттарын қараңыз

* Ашытқыдан басқа барлық эукариоттар үшін хромосомалардың диплоидты жиынтығы берілген. Диплоидтыжинақ хромосомалар (грек тілінен аударғанда diploos – қос және eidos – түр) – әрқайсысында гомологты болатын хромосомалардың қос жиынтығы (2n).
**Гаплоидты жиынтық. Жабайы ашытқы штаммдарында әдетте осы хромосомалардың сегіз (октаплоидты) немесе одан да көп жиынтығы болады.
***Екі Х хромосомалары бар аналықтар үшін. Еркектерде Х хромосома бар, бірақ Y жоқ, яғни тек 11 хромосома.

Ең кішкентай эукариоттардың бірі ашытқы ДНҚ-ға қарағанда 2,6 есе көп E. coli(2-кесте). Жеміс шыбындарының жасушалары Дрозофила, генетикалық зерттеулердің классикалық пәні, ДНҚ 35 есе көп, ал адам жасушаларында шамамен 700 есе көп ДНҚ бар. E. coli.Көптеген өсімдіктер мен қосмекенділерде одан да көп ДНҚ бар. Эукариоттық жасушалардың генетикалық материалы хромосомалар түрінде ұйымдастырылған. Хромосомалардың диплоидты жиынтығы (2 n) организмнің түріне байланысты (2-кесте).

Мысалы, адамның соматикалық жасушасында 46 хромосома бар ( күріш. 17). Эукариоттық жасушаның әрбір хромосомасы суретте көрсетілгендей. 17, А, бір өте үлкен қос тізбекті ДНҚ молекуласын қамтиды. Адамның жиырма төрт хромосомасының (22 жұп хромосома және екі жыныстық хромосома Х және У) ұзындығы 25 еседен астам өзгереді. Әрбір эукариоттық хромосома гендердің белгілі бір жиынтығынан тұрады.

Күріш. 17. Эукариоттардың хромосомалары.А- адам хромосомасынан алынған жұп байланысқан және конденсацияланған бауырлас хроматидтер. Бұл формада эукариоттық хромосомалар репликациядан кейін және митоз кезінде метафазада қалады. б- кітап авторларының бірінің лейкоцитінен хромосомалардың толық жиынтығы. Адамның әрбір қалыпты соматикалық жасушасында 46 хромосома болады.

Егер сіз адам геномының ДНҚ молекулаларын (22 хромосома мен X және Y хромосомалары немесе X және X хромосомалары) байланыстырсаңыз, ұзындығы шамамен бір метр болатын тізбекті аласыз. Ескерту: Барлық сүтқоректілерде және басқа гетерогаметикалық аталық организмдерде аналықтардың екі Х хромосомасы (XX), ал еркектердің бір Х хромосомасы және бір У хромосомасы (XY) болады.

Адам жасушаларының көпшілігі, сондықтан мұндай жасушалардың жалпы ДНҚ ұзындығы шамамен 2 м. Ересек адамда шамамен 10 14 жасуша болады, сондықтан барлық ДНҚ молекулаларының жалпы ұзындығы 2・1011 км құрайды. Салыстыру үшін, Жердің шеңбері 4・10 4 км, ал Жерден Күнге дейінгі қашықтық 1,5・10 8 км. Міне, біздің жасушаларымызда ықшам ДНҚ жинақталған!

Эукариоттық жасушаларда ДНҚ-сы бар басқа органеллалар – митохондриялар мен хлоропластар болады. Митохондриялық және хлоропласт ДНҚ-ның шығу тегі туралы көптеген болжамдар айтылды. Бүгінгі күні жалпы қабылданған көзқарас - олар қожайын жасушаларының цитоплазмасына еніп, осы органеллалардың прекурсорларына айналған ежелгі бактериялардың хромосомаларының рудименттерін білдіреді. Митохондриялық ДНҚ митохондриялық тРНҚ және рРНҚ, сонымен қатар бірнеше митохондриялық ақуыздарды кодтайды. Митохондриялық ақуыздардың 95%-дан астамы ядролық ДНҚ-мен кодталған.

ГЕНДЕРДІҢ ҚҰРЫЛЫМЫ

Прокариоттар мен эукариоттардағы геннің құрылысын, олардың ұқсастықтары мен айырмашылықтарын қарастырайық. Ген тек бір белокты немесе РНҚ-ны кодтайтын ДНҚ бөлімі болғанына қарамастан, оған тікелей кодтау бөлігінен басқа прокариоттар мен эукариоттарда әртүрлі құрылымдары бар реттеуші және басқа да құрылымдық элементтер кіреді.

Кодтау реті- геннің негізгі құрылымдық-функционалдық бірлігі, онда нуклеотидтердің кодталатын триплеттері орналасады.аминқышқылдарының реті. Ол бастапқы кодоннан басталып, тоқтату кодонымен аяқталады.

Кодтау реттілігіне дейін және кейін бар аударылмаған 5' және 3' тізбектері. Олар реттеуші және көмекші функцияларды орындайды, мысалы, рибосоманың мРНҚ-ға түсуін қамтамасыз етеді.

Трансляцияланбаған және кодтаушы тізбектер транскрипция бірлігін – ДНҚ-ның транскрипцияланған бөлімін, яғни мРНҚ синтезі жүретін ДНҚ бөлімін құрайды.

Терминатор- РНҚ синтезі тоқтайтын геннің соңында ДНҚ-ның транскрипцияланбаған бөлімі.

Геннің басында реттеуші аймақ, оның ішінде промоутерЖәне оператор.

Промоутер- транскрипция инициациясы кезінде полимераза байланысатын реттілік. Оператор- бұл арнайы ақуыздар байланыстыра алатын аймақ - репрессорлар, бұл геннен РНҚ синтезінің белсенділігін төмендетуі мүмкін - басқаша айтқанда, оны азайтады өрнек.

Прокариоттардың гендік құрылымы

Прокариоттар мен эукариоттардағы ген құрылымының жалпы жоспары өзгеше емес – екеуінде де промоторы мен операторы бар реттеуші аймақ, кодтау және трансляцияланбаған тізбектері бар транскрипция бірлігі және терминатор бар. Алайда прокариоттар мен эукариоттардағы гендердің ұйымдасуы әртүрлі.

Күріш. 18. Прокариоттардағы (бактериялардағы) гендік құрылым схемасы -сурет үлкейтілді

Оперонның басында және соңында бірнеше құрылымдық гендер үшін ортақ реттеуші аймақтар бар. Оперонның транскрипцияланған аймағынан бір мРНҚ молекуласы оқылады, онда бірнеше кодтау тізбегі бар, олардың әрқайсысының өзіндік бастау және тоқтату кодоны бар. Осы аймақтардың әрқайсысынанбір белок синтезделеді. Осылайша, Бір мРНҚ молекуласынан бірнеше ақуыз молекулалары синтезделеді.

Прокариоттар бірнеше гендердің бір функционалды бірлікке қосылуымен сипатталады - оперон. Оперонның жұмысы басқа гендермен реттелуі мүмкін, олар оперонның өзінен айтарлықтай алыс болуы мүмкін - реттеушілер. Осы геннен аударылған ақуыз деп аталады репрессор. Ол оперон операторымен байланысады, оның құрамындағы барлық гендердің экспрессиясын бірден реттейді.

Прокариоттарға да құбылыс тән Транскрипция-аударма интерфейстері.

Күріш. 19 Прокариоттардағы транскрипция мен трансляцияның қосылу құбылысы – сурет үлкейтілді

Эукариоттарда транскрипция жүретін генетикалық материалдан трансляция жүретін цитоплазманы бөлетін ядролық қабықтың болуына байланысты мұндай байланыс болмайды. Прокариоттарда ДНҚ шаблонында РНҚ синтезі кезінде рибосома синтезделген РНҚ молекуласымен бірден байланыса алады. Осылайша, аударма транскрипция аяқталмай тұрып-ақ басталады. Сонымен қатар, бірнеше рибосомалар бір уақытта бір ақуыздың бірнеше молекуласын синтездей отырып, бір РНҚ молекуласымен байланыса алады.

Эукариоттардың гендік құрылымы

Эукариоттардың гендері мен хромосомалары өте күрделі ұйымдастырылған

Бактериялардың көптеген түрлерінде бір ғана хромосома болады және барлық жағдайда дерлік әрбір хромосомада әрбір геннің бір көшірмесі болады. Бірнеше көшірмеде рРНҚ гендері сияқты бірнеше гендер ғана кездеседі. Гендер мен реттеуші тізбектер іс жүзінде бүкіл прокариоттық геномды құрайды. Оның үстіне әрбір ген дерлік ол кодтайтын аминқышқылдарының тізбегіне (немесе РНҚ тізбегіне) қатаң сәйкес келеді (14-сурет).

Эукариоттық гендердің құрылымдық және қызметтік ұйымдастырылуы әлдеқайда күрделі. Эукариоттық хромосомаларды зерттеу, кейінірек эукариоттық геномдардың толық тізбектерінің секвенирленуі көптеген тосын сыйлар әкелді. Эукариоттық гендердің көпшілігі болмаса да, қызықты ерекшелігі бар: олардың нуклеотидтер тізбегі полипептидтік өнімнің аминқышқылдарының тізбегін кодтамайтын бір немесе бірнеше ДНҚ бөлімдерін қамтиды. Мұндай трансляцияланбаған кірістірулер геннің нуклеотидтер тізбегі мен кодталған полипептидтің аминқышқылдарының тізбегі арасындағы тікелей сәйкестікті бұзады. Бұл гендердегі трансляцияланбаған сегменттер деп аталады интрондар, немесе кіріктірілген тізбектер, ал кодтау сегменттері болады экзондар. Прокариоттарда тек бірнеше гендерде интрондар болады.

Сонымен, эукариоттарда гендердің оперондарға қосылуы іс жүзінде болмайды, ал эукариоттық геннің кодтау тізбегі көбінесе аударылған бөлімдерге бөлінеді. - экзондар, және аударылмаған бөлімдер - интрондар.

Көп жағдайда интрондардың қызметі белгіленбейді. Жалпы алғанда, адам ДНҚ-ның шамамен 1,5%-ы ғана «кодтау» болып табылады, яғни ол белоктар немесе РНҚ туралы ақпаратты тасымалдайды. Дегенмен, үлкен интрондарды ескере отырып, адам ДНҚ-сы 30% гендер болып табылады. Гендер адам геномының салыстырмалы түрде аз бөлігін құрайтындықтан, ДНҚ-ның маңызды бөлігі есепке алынбай қалады.

Күріш. 16. Эукариоттардың гендік құрылымының схемасы - сурет үлкейтілді

Әрбір геннен алдымен жетілмеген немесе алдын ала РНҚ синтезделеді, оның құрамында интрондар да, экзондар да бар.

Осыдан кейін сплайсинг процесі жүреді, соның нәтижесінде интрондық аймақтар кесіліп, піскен мРНҚ түзіледі, одан белок синтезделеді.

Күріш. 20. Альтернативті сплайсинг процесі - сурет үлкейтілді

Гендердің бұл ұйымдастырылуы, мысалы, бір геннен белоктың әртүрлі формаларын синтездеуге мүмкіндік береді, өйткені сплайсация кезінде экзондарды әртүрлі реттілікпен біріктіруге болады.

Күріш. 21. Прокариоттар мен эукариоттар гендерінің құрылысындағы айырмашылықтар – сурет үлкейтілді

МУТАЦИЯЛАР ЖӘНЕ МУТАГЕНез

Мутациягенотиптің тұрақты өзгеруі, яғни нуклеотидтер тізбегінің өзгеруі деп аталады.

Мутацияға әкелетін процесс деп аталады мутагенез, және денесі Барлықжасушаларында бірдей мутация бар - мутант.

Мутация теориясыАлғаш рет 1903 жылы Гюго де Врис тұжырымдаған. Оның заманауи нұсқасы келесі ережелерді қамтиды:

1. Мутациялар кенеттен, спазмодикалық түрде пайда болады.

2. Мутация ұрпақтан ұрпаққа беріледі.

3. Мутациялар пайдалы, зиянды немесе бейтарап, доминантты немесе рецессивті болуы мүмкін.

4. Мутацияларды анықтау ықтималдығы зерттелетін даралар санына байланысты.

5. Ұқсас мутациялар қайталануы мүмкін.

6. Мутациялар бағытталған емес.

Мутация әртүрлі факторлардың әсерінен пайда болуы мүмкін. әсерінен пайда болатын мутациялар бар мутагендік әсерлері: физикалық (мысалы, ультракүлгін немесе радиация), химиялық (мысалы, колхицин немесе реактивті оттегі түрлері) және биологиялық (мысалы, вирустар). Мутациялар да туындауы мүмкін репликация қателері.

Мутациялардың пайда болу жағдайларына байланысты мутациялар бөлінеді өздігінен- яғни қалыпты жағдайда пайда болған мутациялар және индукцияланған- яғни ерекше жағдайларда пайда болған мутациялар.

Мутация тек ядролық ДНҚ-да ғана емес, мысалы, митохондриялық немесе пластидтік ДНҚ-да да болуы мүмкін. Осыған сәйкес, біз ажырата аламыз ядролықЖәне цитоплазмалықмутациялар.

Мутация нәтижесінде жиі жаңа аллельдер пайда болуы мүмкін. Егер мутантты аллель қалыптының әрекетін басатын болса, мутация деп аталады басым. Егер қалыпты аллель мутантты басатын болса, бұл мутация деп аталады рецессивті. Жаңа аллельдердің пайда болуына әкелетін мутациялардың көпшілігі рецессивті.

Мутациялар әсері бойынша ажыратылады бейімделгішорганизмнің қоршаған ортаға бейімделу қабілетінің артуына әкелетін, бейтарапөмір сүруге әсер етпейтін, зиянды, организмдердің қоршаған орта жағдайларына бейімделуін төмендету және өлімге әкелетін, дамудың бастапқы кезеңдерінде организмнің өліміне әкеледі.

Салдарына сәйкес мутацияларға әкеледі ақуыз функциясының жоғалуы, соқтыратын мутациялар пайда болуы ақуыздың жаңа қызметі бар, сондай-ақ мутациялар геннің дозасын өзгерту, және, тиісінше, одан синтезделген ақуыздың дозасы.

Мутация дененің кез келген жасушасында болуы мүмкін. Жыныс жасушасында мутация пайда болса, ол деп аталады герминальды(герминальды немесе генеративті). Мұндай мутациялар өзі пайда болған ағзада болмайды, бірақ ұрпақта мутанттардың пайда болуына әкеледі және тұқым қуалайды, сондықтан олардың генетика мен эволюция үшін маңызы зор. Егер мутация кез келген басқа жасушада пайда болса, ол деп аталады соматикалық. Мұндай мутация, мысалы, қатерлі ісіктердің пайда болуына әкеліп соқтыратын ағзада бір дәрежеде немесе басқаша көрінуі мүмкін. Алайда мұндай мутация тұқым қуаламайды және ұрпақтарға әсер етпейді.

Мутациялар геномның әртүрлі көлемдегі аймақтарына әсер етуі мүмкін. Бөлектеу генетикалық, хромосомалықЖәне геномдықмутациялар.

Гендік мутациялар

Бір геннен кіші масштабта болатын мутациялар деп аталады генетикалық, немесе нүкте (нүкте). Мұндай мутациялар тізбектегі бір немесе бірнеше нуклеотидтердің өзгеруіне әкеледі. Гендік мутациялардың арасында барауыстыруларбір нуклеотидтің екіншісімен ауыстырылуына әкеледі,жоюларнуклеотидтердің бірінің жоғалуына әкеледі,кірістірулер, тізбекке қосымша нуклеотидтің қосылуына әкеледі.

Күріш. 23. Гендік (нүктелік) мутациялар

Белокқа әсер ету механизмі бойынша гендік мутациялар бөлінеді:синоним, бұл (генетикалық кодтың деградациясының нәтижесінде) ақуыз өнімінің аминқышқылдық құрамының өзгеруіне әкелмейді,қате мутациялар, бұл бір амин қышқылының екіншісімен ауыстырылуына әкеледі және синтезделген ақуыздың құрылымына әсер етуі мүмкін, бірақ олар көбінесе шамалы болса да,мағынасыз мутациялар, кодтау кодонын тоқтату кодонымен ауыстыруға әкеледі,әкелетін мутациялар қосылыстардың бұзылуы:

Күріш. 24. Мутация заңдылықтары

Сондай-ақ, ақуызға әсер ету механизмі бойынша, соқтыратын мутациялар бөлінеді кадрдың ауысуы оқу, мысалы, кірістіру және жою. Мұндай мутациялар, мағынасыз мутациялар сияқты, геннің бір нүктесінде пайда болғанымен, көбінесе белоктың бүкіл құрылымына әсер етеді, бұл оның құрылымының толық өзгеруіне әкелуі мүмкін.

Күріш. 29. Дупликацияға дейінгі және кейінгі хромосома

Геномдық мутациялар

Ақырында, геномдық мутацияларбүкіл геномға әсер етеді, яғни хромосомалардың саны өзгереді. Полиплоидиялар - жасушаның плоидтылығының жоғарылауы және аневлоидиялар, яғни хромосома санының өзгеруі, мысалы, трисомия (хромосомалардың бірінде қосымша гомологтың болуы) және моносомия (жоқтығы) бар. хромосомадағы гомолог).

ДНҚ туралы бейне

ДНҚ РЕПЛИКАЦИЯСЫ, РНҚ КОДТАСУ, БЕКІЗ СИНТЕЗІ

Жалғасы. № 11, 12, 13, 14, 15/2005-ті қараңыз

Жаратылыстану сабақтарындағы биология сабақтары

Жетілдірілген жоспарлау, 10-сынып

3. Нуклеотидтерді тізбекке қосу

Конденсация реакциясы кезінде нуклеотидтер бір-бірімен байланысады. Бұл жағдайда бір нуклеотидтің қант қалдығының 3" көміртегі атомы мен екіншісінің фосфор қышқылының қалдығы арасында күрделі эфирлік байланыс пайда болады. Нәтижесінде тармақталмаған полинуклеотидтік тізбектер түзіледі. Полинуклеотидтік тізбектің бір ұшы (5" деп аталады соңы) 5" -көміртек атомына қосылған фосфор қышқылының молекуласымен аяқталады, екіншісі (3" ұшы деп аталады) 3" көміртегі атомына қосылған сутегі ионы. ДНҚ-ның біріншілік құрылымын бірізді нуклеотидтер тізбегі құрайды. .

Сонымен, полинуклеотидтік тізбектің қаңқасы көмірсу-фосфат, өйткені нуклеотидтер бір-бірімен коваленттік байланыстар (фосфодиэфирлік көпірлер) түзу арқылы қосылады, онда фосфат тобы бір қант молекуласының С 3 атомы мен келесісінің С 5 атомы арасында көпір құрайды. Нуклеотидтер арасындағы күшті коваленттік байланыстар нуклеин қышқылдарының «үзілу» қаупін азайтады.

Егер нуклеотидтердің төрт түрімен түзілген полинуклеотидте 1000 бірлік болса, онда оның құрамының мүмкін болатын нұсқаларының саны 4 1000 болады (бұл 6 мың нөлі бар көрсеткіш). Сондықтан нуклеотидтердің төрт түрі ғана нуклеин қышқылдарының және олардағы ақпаратты алудың үлкен түрін қамтамасыз ете алады.

4. Қос тізбекті ДНҚ молекуласының түзілуі

1950 жылы ағылшын физигі Морис Вилкинс ДНҚ-ның рентгендік дифракциялық үлгісін алды. Ол ДНҚ молекуласының белгілі бір құрылымы бар екенін көрсетті, оның декодтауы оның жұмыс істеу механизмін түсінуге көмектеседі. Жоғары тазартылған ДНҚ-дан алынған рентгендік суреттер Розалинд Франклинге айқын крест тәрізді үлгіні - қос спиральдың сәйкестендіру белгісін көруге мүмкіндік берді. Нуклеотидтер бір-бірінен 0,34 нм қашықтықта орналасқаны және спиральдың бір айналымына олардың 10-нан болатыны белгілі болды.

ДНҚ молекуласының диаметрі шамамен 2 нм. Рентген деректерінен екі тізбектің қалай ұсталғаны белгісіз.

1953 жылы американдық биохимик Джеймс Уотсон мен ағылшын физигі Фрэнсис Крик ДНҚ құрылымы туралы белгілі деректердің жиынтығын қарастыра келе, қант фосфатының магистральдық бөлігі периферияда орналасқан деген қорытындыға келген кезде сурет толығымен анық болды. ДНҚ молекуласы, ал пурин және пиримидин негіздері ортасында.

Д.Уотсон мен Ф.Крик ДНҚ-ның екі полинуклеотидті тізбегі бір-бірінің айналасында және ортақ ось айналасында бұралатынын анықтады. ДНҚ тізбектері антипараллельді (көп бағытты), яғни. бір тізбектің 3" ұшына қарсы екіншінің 5" ұшы орналасқан (спиральға бұралған екі жыланды елестетіңіз - біреуінің басы екіншісінің құйрығына дейін). Спираль әдетте оңға бұрылады, бірақ сол жақ спиральдың пайда болу жағдайлары бар.

5. Чаргафф ережелері. Толықтырғыштық принципінің мәні

Уотсон мен Крик ашылғанға дейін, 1950 жылы австралиялық биохимик Эдвин Чаргафф мынаны анықтады: кез келген организмнің ДНҚ-сында аденил нуклеотидтерінің саны тимидил нуклеотидтерінің санына, ал гуанил нуклеотидтерінің саны цитозил нуклеотидтерінің санына (A=T, G=C) немесе жалпы санына тең. пуринді азотты негіздер пиримидинді азотты негіздердің жалпы санына тең (A+G=C+T) . Бұл үлгілер «Чаргафф ережелері» деп аталады.

Өйткені, қос спираль пайда болған кезде азотты негіз тимин әрқашан бір тізбектегі азотты негізге қарама-қарсы, ал цитозин гуанинге қарама-қарсы орнатылады, яғни ДНҚ тізбектері бірін-бірі толықтыратын сияқты. Және бұл жұпталған нуклеотидтер толықтырушыбір-біріне (лат. толықтырушы- қосу). Комплементарлылықтың (ферменттің белсенді орталығы мен субстрат молекуласы бірін-бірі комплементарлы; антиген мен антидене бірін-бірі толықтыратын) көрінісін бірнеше рет кездестірдік.

Неліктен бұл принцип ұстанады? Бұл сұраққа жауап беру үшін азотты гетероциклді негіздердің химиялық табиғатын есте сақтау қажет. Аденин мен гуанин пуриндерге, ал цитозин мен тимин пиримидиндерге жатады, яғни табиғаты бірдей азотты негіздер арасында байланыс орнамайды. Сонымен қатар, толықтырушы негіздер бір-біріне геометриялық түрде сәйкес келеді, яғни. өлшемі мен пішіні бойынша.

Осылайша, нуклеотидтердің комплементарлылығы - олардың молекулалары құрылымдарының бір-біріне химиялық және геометриялық сәйкестігі.

Азотты негіздер құрамында жартылай теріс зарядты алып жүретін электртерістігі жоғары оттегі мен азот атомдары, сонымен қатар ішінара оң зарядты алып жүретін сутегі атомдары болады. Осы жартылай зарядтардың арқасында ДНҚ молекуласының параллельге қарсы тізбектерінің азотты негіздері арасында сутектік байланыстар пайда болады.

Комплементарлы азотты негіздер арасында сутектік байланыстың түзілуі

Аденин мен тимин арасында екі (A=T) және гуанин мен цитозин арасында үш (G=C) сутектік байланыс бар. Нуклеотидтердің мұндай байланысы, біріншіден, сутектік байланыстардың максималды санының түзілуін қамтамасыз етеді, екіншіден, тізбектер арасындағы қашықтық спиралдың бүкіл ұзындығы бойынша бірдей болады.

Жоғарыда айтылғандардың барлығынан бір спиральдағы нуклеотидтердің орналасу ретін біле отырып, екінші спиральдағы нуклеотидтердің орналасу ретін білуге ​​болатыны шығады.

Қос комплементарлы тізбек ДНҚ-ның екінші реттік құрылымын құрайды. ДНҚ-ның спираль пішіні оның үшінші реттік құрылымы болып табылады.

III. Білімді бекіту

Жаңа материалды меңгеру барысында жалпы әңгімелесу; Мәселені шешу.

Тапсырма 1. ДНҚ молекуласының бір тізбегінің бөлімі зертханада зерттелді. Ол келесі ретпен орналасқан 20 мономерден тұратыны анықталды: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A.
Бір ДНҚ молекуласының екінші тізбегінің сәйкес бөлімінің құрылымы туралы не айтуға болады?

ДНҚ молекуласының тізбектері бірін-бірі толықтыратынын біле отырып, сол ДНҚ молекуласының екінші тізбегінің нуклеотидтер тізбегін анықтаймыз: С-А-С-А-Т-Т-Г-Ц-Т-Г-Г-С-Т-А-Т- Г-А-Ц-А-Т.

Тапсырма 2. Бір ДНҚ тізбегінің фрагментінде нуклеотидтер тізбегі бойынша орналасады: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T...

1. Осы ДНҚ молекуласының екінші тізбегінің құрылысының сызбасын сызыңыз.
2. Бір нуклеотид шамамен 0,34 нм алып жатса, бұл ДНҚ фрагментінің ұзындығы қанша нм болады?
3. ДНҚ молекуласының осы фрагментінде қанша нуклеотид (%) бар?

1. ДНҚ молекуласының осы фрагментінің екінші тізбегін комплементарлылық ережесін қолданып аяқтаймыз: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Г-Ц-А-Т-А.
2. Осы ДНҚ фрагментінің ұзындығын анықтаңыз: 12х0,34 = 4,08 нм.
3. Осы ДНҚ фрагментіндегі нуклеотидтердің пайыздық мөлшерін есептеңдер.

24 нуклеотид – 100%
8A – x%, демек x=33,3%(A);
өйткені Чаргафф ережесі бойынша A=T, ол T=33,3% мазмұнын білдіреді;
24 нуклеотид – 100%
4G – x%, демек x=16,7%(G);
өйткені Чаргафф ережесі бойынша G=C, бұл С=16,6% мазмұнын білдіреді.

Жауабы: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08 нм; A=T=33,3%; G=C=16,7%

Есеп 3. Біріншісінде 18% гуанин, 30% аденин және 20% тимин болса, екінші ДНҚ тізбегінің құрамы қандай болады?

1. ДНҚ молекуласының тізбектерінің бірін-бірі толықтыратынын біле отырып, екінші тізбектегі нуклеотидтердің құрамын (%-бен) анықтаймыз:

өйткені бірінші тізбекте G = 18%, бұл екінші тізбекте С = 18% білдіреді;
өйткені бірінші тізбекте А=30%, бұл екінші тізбекте Т=30% дегенді білдіреді;
өйткені бірінші тізбекте Т=20%, бұл екінші тізбекте А=20% дегенді білдіреді;

2. Бірінші тізбектегі цитозиннің құрамын анықтаңыз (%-бен).

ДНҚ-ның бірінші тізбегіндегі цитозиннің үлесін анықтау: 100% – 68% = 32% (С);

бірінші тізбекте С = 32% болса, екінші тізбекте G = 32%.

Жауабы: С=18%; T=30%; A=20%; G=32%

Есеп 4. ДНҚ молекуласында нуклеотидтердің жалпы санының 23% аденил нуклеотидтері болады. Тимидил және цитозил нуклеотидтерінің санын анықтаңыз.

1. Чаргафф ережесін пайдаланып, берілген ДНҚ молекуласындағы тимидил нуклеотидтерінің құрамын табамыз: A=T=23%.
2. Берілген ДНҚ молекуласындағы аденил мен тимидил нуклеотидтерінің қосындысын (%) табыңыз: 23% + 23% = 46%.
3. Берілген ДНҚ молекуласындағы гуанил мен цитозил нуклеотидтерінің қосындысын (%) табыңыз: 100% – 46% = 54%.
4. Чаргафф ережесі бойынша ДНҚ молекуласында G = C, барлығы 54%, ал жеке: 54% : 2 = 27% құрайды.

Жауабы: T=23%; C=27%

Есеп 5. Салыстырмалы молекулалық массасы 69 мың ДНҚ молекуласы берілген, оның 8625-і аденил нуклеотидтер. Бір нуклеотидтің салыстырмалы молекулалық салмағы орта есеппен 345. Осы ДНҚ-да қанша жеке нуклеотид бар? Оның молекуласының ұзындығы қандай?

1. Берілген ДНҚ молекуласында қанша аденил нуклеотидтер бар екенін анықтаңыз: 8625: 345 = 25.
2. Чаргафф ережесі бойынша A = G, яғни. берілген ДНҚ молекуласында A=T=25.
3. Осы ДНҚ-ның жалпы молекулалық массасының қанша бөлігі гуанилнуклеотидтердің үлесіне жататынын анықтаңыз: 69 000 – (8625х2) = 51 750.
4. Осы ДНҚ-дағы гуанил және цитозил нуклеотидтерінің жалпы санын анықтаңыз: 51,750:345=150.
5. Гуанил және цитозил нуклеотидтерінің құрамын бөлек анықтаңыз: 150:2 = 75;
6. Осы ДНҚ молекуласының ұзындығын анықтаңыз: (25 + 75) х 0,34 = 34 нм.

Жауабы: A=T=25; G=C=75; 34 нм.

Есеп 6. Кейбір ғалымдардың пікірінше, адамның бір жыныс жасушасының ядросындағы барлық ДНҚ молекулаларының жалпы ұзындығы шамамен 102 см.Бір жасушаның ДНҚ-сында неше жұп нуклеотид бар (1 нм = 10–6 мм)?

1. Сантиметрді миллиметр мен нанометрге айналдыр: 102 см = 1020 мм = 1 020 000 000 нм.
2. Бір нуклеотидтің ұзындығын (0,34 нм) біле отырып, адам гаметасының ДНҚ молекулаларының құрамындағы нуклеотидтік жұптардың санын анықтаймыз: (10 2 x 10 7): 0,34 = 3 х 10 9 жұп.

Жауабы: 3х109 жұп.

IV. Үй жұмысы

Оқулықтағы абзацты және сабақта жасалған конспектіні оқу (мазмұны, нуклеин қышқылдарының молекулалық массасы, нуклеотидтік құрылымы, Чаргафф ережесі, комплементарлық принцип, қос тізбекті ДНҚ молекуласының түзілуі), абзац мәтінінен кейінгі есептерді шығару.

16–17-сабақ. Жасушалық РНҚ кластары және олардың қызметі. ДНҚ мен РНҚ арасындағы айырмашылықтар. ДНҚ репликациясы. мРНҚ синтезі

Құрал-жабдықтар: жалпы биология бойынша кестелер; нуклеотидтер құрылымының диаграммасы; ДНҚ құрылымының моделі; РНҚ құрылымын, репликация және транскрипция процестерін бейнелейтін диаграммалар мен сызбалар.

I. Білімді тексеру

Карточкалармен жұмыс

Карточка 1. ДНҚ молекуласының құрылымындағы басқа биополимерлердің (ақуыздар, көмірсулар) молекулаларынан түбегейлі айырмашылығын көрсетіңіз.

Карточка 2. ДНҚ-ның үлкен ақпараттық сыйымдылығы неге негізделген? Мысалы, сүтқоректілердің ДНҚ-сында 4–6 миллиард бит ақпарат бар, бұл 1,5–2 мың томдық кітапханаға сәйкес келеді. Бұл функция құрылымда қалай көрінеді?

Карточка 3. Қыздырған кезде ДНҚ белоктар сияқты денатурацияланады. Сіздің ойыңызша, қос спиралмен не болады?

Карточка 4. Мәтіндегі бос орындарды толтырыңыз: «ДНҚ молекуласының екі тізбегі бір-біріне қарсы тұрады... . Тізбектер жалғанған..., ал аденині бар нуклеотидке қарама-қарсы әрқашан құрамында ... бар нуклеотид, ал цитозин бар нуклеотидке қарама-қарсы ... болады. Бұл принцип принцип... деп аталады. Орналасу реті... молекуладағы... әрбір организм үшін... реттілігін анықтайды... ішіндегі... . Сонымен, ДНҚ бұл... . ДНҚ негізінен эукариоттардың... жасушаларында және прокариоттардың... жасушаларында локализацияланған».

Сұрақтар бойынша ауызша білім тексеру

1. Нуклеин қышқылдары, олардың тірі заттағы мөлшері, молекулалық массасы.
2. NC – периодты емес полимерлер. Нуклеотидтердің құрылысы, нуклеотидтердің түрлері.
3. Нуклеотидтердің тізбекке қосылуы.
4. Қос тізбекті ДНҚ молекуласының түзілуі.
5. Чаргафф ережелері. Толықтырғыштық принципінің мәні.

Оқулықта берілген есептердің шығарылуының дұрыстығын тексеру.

II. Жаңа материалды меңгерту

1. РНҚ және оның маңызы

Белоктар тіршіліктің негізін құрайды. Олардың жасушадағы қызметтері өте алуан түрлі. Дегенмен, тиіндер «көбейе алмайды». Ал белоктардың құрылымы туралы барлық ақпарат гендерде (ДНҚ) болады.

Жоғары сатыдағы организмдерде белоктар жасушаның цитоплазмасында синтезделеді, ал ДНҚ ядро ​​қабығының артында жасырылады. Сондықтан ДНҚ ақуыз синтезі үшін тікелей үлгі бола алмайды. Бұл рөлді басқа нуклеин қышқылы – РНҚ атқарады.

РНҚ молекуласы үшінші реттік құрылымы бар тармақталмаған полинуклеотид болып табылады. Ол бір полинуклеотидтік тізбек арқылы түзіледі, оның құрамына кіретін комплементарлы нуклеотидтер де бір-бірімен сутектік байланыс түзуге қабілетті болғанымен, бұл байланыстар бір тізбектің нуклеотидтері арасында пайда болады. РНҚ тізбектері ДНҚ тізбектерінен әлдеқайда қысқа. Жасушадағы ДНҚ мөлшері салыстырмалы түрде тұрақты болғанымен, РНҚ мөлшері айтарлықтай өзгереді. Жасушалардағы РНҚ-ның ең көп мөлшері ақуыз синтезі кезінде байқалады.

РНҚ тұқым қуалайтын ақпаратты беру мен жүзеге асыруда үлкен рөл атқарады. Қызметі мен құрылымдық ерекшеліктеріне сәйкес жасушалық РНҚ-ның бірнеше кластары ажыратылады.

2. Жасушалық РНҚ кластары және олардың қызметі

Жасушалық РНҚ-ның үш негізгі класы бар.

1. Ақпарат (мРНҚ) немесе матрицалық (мРНҚ).Оның молекулалары мөлшері, молекулалық салмағы (0,05x10 6-дан 4x10 6-ға дейін) және тұрақтылығы бойынша ең әртүрлі. Олар жасушадағы РНҚ-ның жалпы мөлшерінің шамамен 2%-ын құрайды. Барлық мРНҚ-лар ядродан цитоплазмаға, ақуыз синтезі орнына дейін генетикалық ақпаратты тасымалдаушылар болып табылады. Олар ақуыз молекуласының синтезі үшін матрица (жұмыс сызбасы) қызметін атқарады, өйткені олар ақуыз молекуласының аминқышқылдарының ретін (бірінші реттік құрылымын) анықтайды.

2. Рибосомалық РНҚ (рРНҚ).Олар жасушадағы жалпы РНҚ мазмұнының 80-85% құрайды. Рибосомалық РНҚ 3–5 мың нуклеотидтерден тұрады. Ол ядроның ядроларында синтезделеді. Рибосомалық ақуыздармен комплексте рРНҚ рибосомаларды – белок молекулалары жиналатын органеллаларды құрайды. рРНҚ-ның негізгі маңыздылығы мРНҚ мен рибосоманың бастапқы байланысуын қамтамасыз етеді және рибосоманың белсенді орталығын құрайды, онда полипептидтік тізбектің синтезі кезінде амин қышқылдары арасындағы пептидтік байланыстардың түзілуі жүреді.

3. РНҚ тасымалдау(Т РНҚ). тРНҚ молекулаларында әдетте 75-86 нуклеотид болады. тРНҚ молекулаларының молекулалық массасы 25 мыңға жуық.ТРНҚ молекулалары белок биосинтезінде делдал рөлін атқарады – аминқышқылдарын ақуыз синтезі өтетін жерге, яғни рибосомаларға жеткізеді. Жасушада тРНҚ-ның 30-дан астам түрі бар. тРНҚ-ның әрбір түрінің бірегей нуклеотидтер тізбегі болады. Дегенмен, барлық молекулалардың бірнеше молекулаішілік комплементарлы аймақтары бар, олардың болуына байланысты барлық тРНҚ пішіні бойынша беде жапырағына ұқсайтын үшінші реттік құрылымға ие.

3. ДНҚ мен РНҚ молекулаларының айырмашылығы

Оқушылар кестені толтырады, сосын тексереді.

Салыстыру белгілері
Тордағы орналасуы	Ядро, митохондрия, хлоропласт	Ядро, рибосомалар, центриолдар, цитоплазма, митохондриялар және хлоропласттар
Макромолекуланың құрылымы	Спиральға оралған қос тармақсыз сызықты полимер	Бір полинуклеотидті тізбек
Мономерлер	Дезоксирибонуклеотидтер	Рибонуклеотидтер
Нуклеотидтердің құрамы	Пурин (аденин, гуанин) және пиримидин (тимин, цитозин) азотты негіздер; дезоксирибоза (С5); фосфор қышқылының қалдығы	Пурин (аденин, гуанин) және пиримидин (урацил, цитозин) азотты негіздер; рибоза (С5); фосфор қышқылының қалдығы
	Тұқым қуалайтын ақпаратты сақтаушы	Генетикалық ақпаратты сатудағы делдал

4. ДНҚ репликациясы

ДНҚ молекуласының бірегей қасиеттерінің бірі оның өзін-өзі көбейту қабілеті - бастапқы молекуланың дәл көшірмелерін көбейту. Осының арқасында тұқым қуалайтын ақпаратты аналық жасушадан аналық жасушаларға беру бөліну кезінде жүреді. ДНҚ молекуласының өздігінен қайталану процесі деп аталады репликация (репликация).

Репликация – ферменттердің қатысуымен болатын күрделі процесс (ДНҚ-полимеразалар).Репликация болуы үшін ДНҚ қос спиралі алдымен тоқыма емес болуы керек. Мұны арнайы ферменттер де жасайды - спиральдар, негіздер арасындағы сутектік байланыстарды бұзу. Бірақ шешілмеген жерлер зиянды факторларға өте сезімтал. Олардың мүмкіндігінше аз уақыт бойы қорғалмаған күйде қалуын қамтамасыз ету үшін екі тізбекте синтез бір уақытта жүреді.

Бірақ аналық ДНҚ-да қос спиралдың екі тізбегі антипараллельді - бір жіптің 3' ұшына қарама-қарсы, екіншісінің 5' ұшы орналасқан, ал ДНҚ-полимераза ферменті тек бір бағытта «қозғала» алады - 3-тен. шаблон жолының ' соңы 5' соңына дейін . Сондықтан, 3'-нуклеотидтен басталатын ата-аналық молекуланың жартысының репликациясы қос спираль босағаннан кейін қосылады және үздіксіз жалғасады деп есептеледі. Молекуланың екінші жартысының репликациясы сәл кейінірек басталады және басынан емес (реакцияға кедергі жасайтын 5’-нуклеотид орналасқан жерде), бірақ одан біршама қашықтықта басталады. Бұл жағдайда ДНҚ-полимераза салыстырмалы түрде қысқа фрагментті синтездей отырып, қарама-қарсы бағытта қозғалады. Осы сәтте пайда болған құрылым деп аталады репликация шанышқысы. Қос спираль босаған кезде, репликациялық шанышқы қозғалады - екінші жіпте келесі бөлімнің синтезі басталады, алдыңғы, қазірдің өзінде синтезделген фрагменттің басына қарай жылжиды. Содан кейін екінші матрицалық тізбектегі бұл жеке фрагменттер (олар деп аталады оказаки фрагменттері) ДНҚ лигаза ферменті арқылы бір тізбекке тігіледі.

ДНҚ репликациялық шанышқы құрылымының диаграммасы

Репликация кезінде АТФ молекулаларының энергиясы жұмсалмайды, өйткені репликация кезінде еншілес тізбектердің синтезі үшін дезоксирибонуклеотидтер (құрамында бір фосфор қышқылының қалдығы бар) емес, бірақ дезоксирибонуклеозидтрифосфаттар(құрамында үш фосфор қышқылының қалдығы бар). Дезоксирибонуклеозидтрифосфаттарды полинуклеотидтік тізбекке қосқанда, екі терминал фосфаттары бөлінеді, ал босатылған энергия нуклеотидтер арасында эфир байланысын құруға жұмсалады.

Репликация нәтижесінде екі қосарланған «қызы» спираль түзіледі, олардың әрқайсысы бастапқы «ана» ДНҚ жартысының бірін өзгеріссіз сақтайды (сақтайды). «Қыз» молекулаларының екінші тізбегі нуклеотидтерден жаңадан синтезделеді. Бұл атау алды ДНҚ-ның жартылай консервативтілігі.

5. Жасушадағы РНҚ синтезі

ДНҚ шаблонынан РНҚ оқу деп аталады транскрипция(лат. транскрипция– қайта жазу). Оны арнайы фермент – РНҚ полимераза жүзеге асырады. Эукариоттық жасушаларда РНҚ-ның әртүрлі кластарын синтездейтін үш түрлі РНҚ-полимеразалар табылды.

Транскрипция да шаблон синтез реакциясының мысалы болып табылады. РНҚ тізбегі ДНҚ тізбегіне өте ұқсас: ол да нуклеотидтерден тұрады (рибонуклеотидтер, дезоксирибонуклеотидтерге өте ұқсас). РНҚ комплементарлылық принципіне сәйкес кодталған ДНҚ бөлімінен оқылады: урацил РНҚ ДНҚ-да аденинге қарама-қарсы, цитозин гуанинге қарсы, аденин тиминге қарсы, гуанин цитозинге қарсы болады.

Берілген геннің ішінде екі комплементарлы ДНҚ тізбегінің бір тізбегі ғана РНҚ синтезі үшін шаблон қызметін атқарады. Бұл схема жұмыс тізбегі деп аталады.

Қабылданған конвенцияларға сәйкес диаграммалардағы геннің басы сол жақта бейнеленген. Бұл жағдайда ДНҚ молекуласының жұмыс істемейтін (кодаланбайтын) тізбегінің «сол жақ» ұшы болады, ал жұмысшы (кодтаушы) тізбектің қарама-қарсы ұшы болады.РНҚ-полимераза ферменті промоутер(фермент химиялық ұқсастыққа байланысты «танатын» және ДНҚ шаблон тізбегінің сәйкес бөлімінің 3" ұшында орналасқан ДНҚ нуклеотидтерінің белгілі бір тізбегі) Промоторға қосылу арқылы ғана РНҚ полимераза РНҚ синтезін бастауға қабілетті. жасушада болатын бос рибонуклеозидтрифосфаттардан.РНҚ синтезіне арналған энергия рибонуклеозидтрифосфаттардың макроэнергетикалық байланыстарында болады.

III. Білімді бекіту

Жаңа материалды меңгеру барысында әңгімені қорытындылау. Мәселенің шешімі.

Тапсырма. ДНҚ молекуласы екі тізбектен тұрады - негізгісі, мРНҚ синтезделеді және комплементарлы. Негізгі (жұмыс істейтін) ДНҚ тізбегіндегі нуклеотидтердің орналасу реті келесідей болса, синтезделген мРНҚ-дағы нуклеотидтердің орналасу ретін жазыңыз: C-G-C-T-G-A-T-A-G.

Комплементарлылық принципін қолдана отырып, жұмысшы ДНҚ тізбегі бойымен синтезделген мРНҚ-дағы нуклеотидтердің орналасу ретін анықтаймыз: G-C-G-A-C-U-A-U-C.

Жауабы: G-C-G-A-C-U-A-U-C

IV. Үй жұмысы

Оқулықтың абзацын (РНҚ, оның негізгі кластары мен қызметтері, ДНҚ мен РНҚ арасындағы айырмашылықтар, репликация және транскрипция) оқу.

18-сабақ. «ДНҚ және РНҚ» тақырыбы бойынша білімді жалпылау

Құрал-жабдықтар: жалпы биология бойынша кестелер, нуклеотид құрылысының диаграммасы, ДНҚ құрылымының моделі, РНҚ құрылымын, репликация және транскрипция процестерін бейнелейтін диаграммалар мен сызбалар.

I. Білімді тексеру

Сұрақтар бойынша білімдерін ауызша тексеру.

1. РНҚ және оның жасушадағы маңызы.
2. Жасушалық РНҚ кластары және олардың қызметі ( үш студент).
3. Репликация, оның механизмі және маңызы.
4. Транскрипция, оның механизмі және маңызы.

«ДНҚ мен РНҚ салыстыру» биологиялық диктант

Мұғалім сандар астындағы рефераттарды оқиды, оқушылар өз нұсқасының мазмұнына сәйкес келетін конспектілердің сандарын дәптерлеріне жазады.

1 нұсқа – ДНҚ; 2 нұсқа – РНҚ.

1. Бір тізбекті молекула.
2. Қос тізбекті молекула.
3. Құрамында аденин, урацил, гуанин, цитозин бар.
4. Құрамында аденин, тимин, гуанин, цитозин бар.
5. Нуклеотидтердің құрамында рибоза болады.
6. Нуклеотидтердің құрамында дезоксирибоза болады.
7. Ядрода, хлоропласттарда, митохондрияларда, центриолаларда, рибосомаларда, цитоплазмада болады.
8. Ядрода, хлоропласттарда, митохондрияларда болады.
9. Тұқым қуалайтын ақпаратты сақтауға, көбейтуге және беруге қатысады.
10. Тұқым қуалайтын ақпаратты беруге қатысады.

1 – 2 нұсқа; 4; 6; 8; 9;

2 – 1 нұсқа; 3; 5; 7; 10.

Мәселені шешу

Тапсырма 1. Химиялық талдау осы мРНҚ нуклеотидтерінің жалпы санының 28% аденин, 6% гуанин, 40% урацил болатынын көрсетті. Ақпаратты осы мРНҚ «қайта жазған» қос тізбекті ДНҚ-ның сәйкес бөлімінің нуклеотидтік құрамы қандай болуы керек?

1. РНҚ молекуласының тізбегі мен ДНҚ молекуласының жұмыс тізбегі бірін-бірі толықтыратынын біле отырып, жұмысшы ДНҚ тізбегіндегі нуклеотидтердің құрамын (%-бен) анықтаймыз:

мРНҚ тізбегінде G = 6%, бұл жұмыс ДНҚ тізбегінде С = 6% білдіреді;

мРНҚ тізбегінде А = 28%, бұл жұмыс ДНҚ тізбегінде Т = 28% білдіреді;

мРНҚ тізбегінде Y = 40%, бұл жұмыс ДНҚ тізбегінде А = 40% білдіреді;

2. мРНҚ тізбегіндегі цитозиннің мөлшерін анықтаңыз (%-бен).

мРНҚ тізбегіндегі цитозиннің үлесін анықтау: 100% – 74% = 26% (С);

егер мРНҚ тізбегінде С = 26% болса, онда жұмыс істейтін ДНҚ тізбегінде G = 26%.

Жауабы: C=6%; T=28%; A=40%; G=26%

Тапсырма 2. Бір ДНҚ тізбегінің фрагментінде нуклеотидтер тізбекте орналасады: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. Қос тізбекті ДНҚ молекуласының құрылымының сызбасын сызыңыз. Бұл ДНҚ фрагментінің ұзындығы қандай? Осы ДНҚ тізбегінде қанша нуклеотид (%) бар?

1. Комплементарлылық принципі бойынша ол берілген ДНҚ молекуласының екінші тізбегін құрастырады: Т-Т-Ц-А-Г-А-Т-Т-Г-С-А-Т-А.

2. Бір нуклеотидтің ұзындығын (0,34 нм) біле отырып, осы ДНҚ фрагментінің ұзындығын анықтаймыз (ДНҚ-да бір тізбектің ұзындығы бүкіл молекуланың ұзындығына тең): 13х0,34 = 4,42 нм.

3. Берілген ДНҚ тізбегіндегі нуклеотидтердің пайыздық мөлшерін есептеңіз:

13 нуклеотид – 100%
5 A – x%, x=38% (A).
2 G – x%, x=15,5% (G).
4 T – x%, x=31% (T).
2 C – x%, x=15,5% (C).

Жауабы: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4,42 нм; A=38; T=31%; G=15,5%; C=15,5%.

Өзіндік жұмысты орындау

1 нұсқа

1. ДНҚ молекуласының бір тізбегінің фрагменттері берілген: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. Нуклеотидтердің әрбір түрінің құрамын (%) және ДНҚ молекуласының осы фрагментінің ұзындығын анықтаңыз.

2. Осы ДНҚ-дағы нуклеотидтердің жалпы санының 22%-ын құрайтын ДНҚ молекуласында 880 гуанил нуклеотидтері бар ма? Осы ДНҚ молекуласында қанша басқа нуклеотидтер (жеке) бар екенін анықтаңыз. Бұл ДНҚ қанша уақытқа созылады?

2-нұсқа

1. ДНҚ молекуласының бір тізбегінің фрагменттері берілген: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. Нуклеотидтердің әрбір түрінің құрамын (%) және ДНҚ молекуласының осы фрагментінің ұзындығын анықтаңыз.

2. ДНҚ молекуласында 250 тимидил нуклеотидтері табылды, олар осы ДНҚ нуклеотидтерінің жалпы санының 22,5% құрайды. Осы ДНҚ молекуласында қанша басқа нуклеотидтер (жеке) бар екенін анықтаңыз. Бұл ДНҚ қанша уақытқа созылады?

IV. Үй жұмысы

Тірі затта кездесетін органикалық заттардың негізгі кластары туралы материалды қайталаңыз.

Жалғасы бар

Дәріс №2. ДНҚ репликациясы

Дж.Уотсон мен Ф.Криктің гипотезасы бойынша ДНҚ қос спиралының жіптерінің әрқайсысы комплементарлы еншілес тізбектердің репликациялануының үлгісі ретінде қызмет етеді. Бұл жағдайда ата-анасына бірдей екі қос тізбекті ДНҚ молекуласы пайда болады және осы молекулалардың әрқайсысында ата-аналық ДНҚ-ның бір өзгермеген тізбегі болады. Жартылай консервативті деп аталатын ДНҚ репликациясының бұл механизмін 1957 жылы М.Мезельсон мен Ф.Штал E. coli жасушаларына жүргізген тәжірибелерінде растады. Консервативті репликация әдісі, онда бір еншілес ДНҚ-да екі бастапқы жіптер де болуы керек, ал екіншісі жаңадан синтезделген екі тізбектен тұруы керек және әрбір еншілес ДНҚ тізбегі ата-аналық және жаңадан түзілген ДНҚ бөлімдерінен тұратын дисперсиялық репликация механизмі, алынып тасталды (1-сурет, 1-слайд) .

DIV_ADBLOCK489">

3. процесс симметриялы: ата-аналық ДНҚ-ның екі тізбегі шаблон қызметін атқарады; оны жартылай консервативті деп те атауға болады;

4. ДНҚ тізбегінің (немесе оның жеке фрагментінің) ұзаруы әрқашан 5’ ұшынан 3’ ұшына дейінгі бағытта жүреді. Бұл өсіп келе жатқан тізбектің 3' ұшына тағы бір жаңа нуклеотид қосылғанын білдіреді. Сонымен қатар, кез келген ДНҚ молекуласында комплементарлы тізбектер антипараллель болғандықтан, өсіп келе жатқан тізбек шаблондық тізбекке қарсы параллель болады. Демек, соңғысы 3’→5’ (слайд 2 және 3) бағытында оқылады.

5. шаблон қызметін атқаратын жұпталмаған ДНҚ тізбегі және жаңа нуклеотидтер қосылатын тұқымдық тізбек;

Репликация процесі күрделі ферменттік кешен арқылы жүзеге асады. Эукариоттарда ДНҚ репликациясы кезінде әрбір хромосомада бір ғана емес, көп санды осындай комплекстер жұмыс істейді. Бұл. Хромосомадағы ДНҚ репликациясының көптеген бастаулары бар. Ал ДНҚ-ның екі еселенуі бір шетінен екінші шетіне дейін дәйекті түрде емес, бір мезгілде көп жерде бірден жүреді, бұл процестің ұзақтығын едәуір қысқартады (5-слайд). Репликация әрбір репликация бастауынан екі бағытта таралады және репликация айырлары қалыптасады. Шанышқылар арасында бірте-бірте кеңейетін «ісіну» немесе «көз» пайда болады - бұл ДНҚ-ның репликацияланған бөліктері. Көршілес «дөңес» ақырында біріктіріліп, ДНҚ екі еселенеді.

Ферменттік кешен синтездейтін екі тізбектің біреуі басқа тізбекке қарағанда біршама жылдамырақ өсетіндей жұмыс істейді. Сәйкесінше, бірінші тізбек жетекші, ал екіншісі артта қалу деп аталады. Жетекші тізбекті ферменттік кешен үздіксіз, өте ұзын фрагмент ретінде түзеді. Оның ұзындығы (мысалы, сперматогония үшін) 1 600 000 нуклеотидті құрайды; артта қалған тізбек қысқа фрагменттердің тізбегі түрінде түзіледі - әрқайсысы шамамен 1500 нуклеотид. Бұл деп аталатын нәрсе оказаки фрагменттері.

Әрбір ДНҚ фрагментінің түзілуі алдында РНҚ праймерінің қысқа тізбегі (10-15 нуклеотидтер) синтезі жүреді. Өйткені, ДНҚ-полимераза (ДНҚ синтезінің негізгі ферменті) процесті «нөлден», яғни олигонуклеотидтер тізбегі болмаған кезде бастай алмайды. Бірақ РНҚ синтезіне арналған фермент (РНҚ полимераза) бұл қабілетке ие; және бұл фермент әрбір жаңа ДНҚ фрагментінің түзілуін бастайды.

ДНҚ синтезіне қатысатын ферменттер мен белоктар: ДНҚ-полимеразалар, топоизомеразалар (гиразалар), геликаздар мен лигазалар, примаза, ssb белоктары. 20-дан астам репликативті ферменттер мен факторлардан тұратын бүкіл кешен ДНҚ репликаза жүйесі немесе реплисома деп аталады.

ДНҚ-тәуелді ДНҚ-полимеразалар полинуклеотидтік тізбектерді өсіру үшін комплементарлылық принципін қолданатын репликация процесінің негізгі ферменттері болып табылады. Прокариоттарда үш ДНҚ полимераза бар: Пол I, Пол II және Пол III. Пол I және Пол III ДНҚ репликациясына қатысады. ДНҚ-полимераза I полимераза және (3’→5’, 5’→3’)-экзонуклеаза белсенділігіне ие, праймерді жоюға, праймер орнында пайда болған саңылауларды толтыруға, репликация кезіндегі қателерді түзетуге, сонымен қатар ДНҚ репарациясына қатысады. E. coli жасушаларында бұл ферменттің 400-ге жуық молекуласы бар. Пол III репарациялық ДНҚ синтезін жүзеге асырады.

Прокариоттарда жаңадан түзілген ДНҚ биосинтезін катализдейтін негізгі фермент ДНҚ-полимераза III (Пол III) болып табылады. Оның полимераза және 3'→5' экзонуклеаза белсенділігі бар; ДНҚ-ның жетекші және артта қалған жіптерін синтездейді және түзету қызметін атқарады. Жасушада 10-20 Pol III молекуласы бар, оның матрицаға жақындығы жоғары және көшірудің жоғары тиімділігін қамтамасыз етеді.

Белсендіру" href="/text/category/aktivatciya/" rel="bookmark">ДНҚ полимеразаны белсендіру.

Сұрақ туындайды: ДНҚ-полимераза III неліктен 2 белсенділік түрі қажет: полимераза және 3¢→5¢ экзонуклеаза? Өйткені, ДНҚ репликациясы кезінде көшіру дәлдігі өте жоғары – миллиард базалық жұпқа шамамен бір қателік бар. Дегенмен, қалыпты ДНҚ-да барлық төрт негіздің сирек таутомерлі формалары қысқаша пайда болады. Бұл пішіндер дұрыс емес жұптарды құрайды. Мысалы, цитозиннің таутомерлі түрі гуаниннің орнына аденинмен жұптасып, нәтижесінде мутация пайда болады (слайд). Бұл репликацияның жоғары дәлдігі түзетуді, яғни мұндай қателерді жоюды жүзеге асыратын механизммен анықталады дегенді білдіреді. Дәл осы жерде ДНҚ-полимераза III-тің 3¢→5¢ экзонуклеазалық белсенділігі әрекет етеді. Аденинмен жұпталмаған цитозині бар ДНҚ молекуласымен байланысқан ДНҚ-полимераза III кез келген жұпталмаған нуклеотидтерді (гидролиз арқылы) ажыратады.

ДНҚ-полимераза III репликация кезінде ДНҚ-ның жетекші (жетекші) және артта қалған тізбектерінің біріктірілген синтезін катализдейтіні туралы деректер бар. ДНҚ-полимеразалар праймерді қажет етеді, өйткені олар тек 3'-OH тобына дезоксирибонуклеотидтерді қоса алады. Жетекші жіпте 1 праймер, ал артта қалған жіпте біреуден көп. Артта тұрған тізбектегі ДНҚ-полимераза 4 с ішінде қысқа фрагментті синтездейді, содан кейін біріншіден (слайдтан) біршама қашықтықта орналасқан шаблондық тізбектің кесіндісінде басқа (келесі) фрагменттің синтезіне ауысады.

Әрбір қысқа фрагмент үшін ДНҚ-полимераза жұпталған 3¢ ұшы бар праймерді қажет етеді. Праймерлер эукариоттарда шамамен 10 нуклеотидтен тұратын рибонуклеозидтрифосфаттардан қысқа РНҚ праймерлерін (праймерлер) түзетін ДНҚ примаза ферментімен синтезделеді (слайд). Праймерлер артта қалған тізбектің шаблонында белгілі бір аралықта синтезделеді, содан кейін олар ДНҚ-полимераза арқылы кеңейтіледі, әр жолы жаңа Оказаки фрагментін бастайды. ДНҚ-полимераза молекуласы праймерге жеткенше өсе береді. Осындай көптеген фрагменттерден ДНҚ тізбегінің үздіксіздігін қамтамасыз ету үшін РНҚ праймерін алып тастап, оны ДНҚ-мен алмастыратын ДНҚ жөндеу жүйесі іске қосылады. Процесс жаңа фрагменттің 3¢ ұшын алдыңғы фрагменттің 5¢ ұшымен байланыстыратын лигазамен аяқталады.

Кіріс дезоксирибонуклеозид трифосфаттары ата-аналық шаблон тізбегімен жұптасуы үшін ДНҚ-ның қос тізбегі репликация шанышқысы ілгерілеген сайын шешілуі керек. Дегенмен, қалыпты жағдайда ДНҚ қос спиралі тұрақты; базалық жұптардың бір-бірімен тығыз байланысқандығы соншалық, пробиркадағы ДНҚ-ның екі тізбегін бөлу үшін судың қайнау температурасына (90°С) жақындаған температура қажет. Қос спиралдың ашылуы үшін белоктардың екі түрі қажет: спиральдар және SSB ақуыздары.

Ата-аналық ДНҚ-ны репликацияға дайындайтын белоктар

а) ДНҚ молекуласындағы репликацияның бастауларында A-T жұптарына бай негіздердің белгілі бір тізбегі болады.

Процесс арнайы тану ақуыздарының бірнеше молекулаларының әрбір осындай тізбекке қосылуынан басталады. Бактериялар жағдайында мұндай белоктар DnaA деп аталады (репликацияны бастайтын алғашқы ақуыздар ретінде). (Сондықтан, суретте тану ақуызы А әрпімен белгіленген.)

Тану белоктарының репликацияның шығу тегімен әрекеттесуі мүмкін болатын әртүрлі себептерді елестетуге болады. Осы себептердің ішінде:

- ядродағы тану белоктарының пайда болуы немесе олардың ерекше модификациясы;

- репликация бастауларын белгілі бір блоктаушы элементтерден босату;

- қарастырылып отырған өзара әрекеттесу үшін қажетті кейбір үшінші факторлардың ядросында пайда болуы; және т.б.

Қолжетімді деректер бірінші опцияны қолдайды. Бірақ кез келген жағдайда, бұл жерде репликацияның басталуын басқаратын негізгі сілтемелердің бірі екені анық.

Тану ақуыздары ДНҚ репликация кешенінің байланысуын қамтамасыз ете отырып, онымен бірге ДНҚ бойымен әрі қарай қозғалмайды.

б) «Пионерлердің» бірі – геликаза ферменті (суретте G әрпімен көрсетілген). Ол репликациялық шанышқы аймағындағы ата-аналық ДНҚ-ның қос спиралының шешілуін қамтамасыз етеді: соңғысы бір тізбекті секцияларға бөлінеді.

Бұл 1 жұп нуклеотидтердің бөлінуі үшін АТФ гидролизінің энергиясы – 2 АТФ молекуласы қажет.

Шамасы, сонымен бірге ДНҚ-ның бұл бөлімі де гистондармен және басқа хромосомалық ақуыздармен байланысынан ығыстырылған.

в) Дегенмен, белгілі бір аймақта спиральдың ағытылуы осы аймақтың алдында супер орамды тудырады.

Өйткені, әрбір ДНҚ молекуласы ядролық матрицаның бірнеше жерінде бекітілген. Сондықтан оның кейбір бөлігі шешілгенде еркін айнала алмайды. Бұл асқын орамды тудырады және онымен қоса қос спиралдың одан әрі ағытылуын блоктайтын құрылымдық керілу пайда болады.

Мәселе топоизомераза ферменттерінің көмегімен шешіледі (суретте I). Әлбетте, олар ДНҚ-ның әлі шешілмеген аймағында жұмыс істейді, яғни супер орам пайда болатын жерде. Топоизомеразаларрепликациялық шанышқыдағы қос спиралдың ағыту процесіне қатысу. Бұл ферменттер асқын ширату дәрежесін өзгертеді және репликациялық айырдың үздіксіз қозғалысы үшін жағдай жасайтын «ілмектің» пайда болуына әкеледі. Топоизомеразалардың екі түрі анықталды: I типті топоизомеразалар екі ДНҚ тізбегінің біреуін кесіп тастайды, қос спиралдың терминалдық бөлігі бұзылмаған жіптің айналасында айналуға мүмкіндік береді, содан кейін кесілген жіптің ұштарын біріктіреді. II типті топоизомеразалар екі комплементарлы жіптерге де уақытша үзілістерді енгізеді, супер ширату дәрежесін өзгертеді, содан кейін үзілген ұштарды біріктіреді. Топоизомеразалар геликазаға репликация үшін ДНҚ-ны ашуға көмектеседі. Сондай-ақ II топоизомераза (бактериялық топоизомераза II гираза деп аталады). Бұл фермент ДНҚ тізбегін бірден бұзады, қайтадан сәйкес ұштарын өзіне ауыстырады. Бұл ДНҚ-ны ағыту кезінде супер катушкалар мәселесін одан да тиімді шешуге мүмкіндік береді.

Топоизомераза I ДНҚ жіптерінің бірін үзіп, оның проксимальды ұшын өзіне ауыстырады (сурет). Бұл ДНҚ-ның дистальды бөлігіне (ағылу орнынан үзілу орнына) бүкіл тізбектің сәйкес байланысының айналасында айналуға мүмкіндік береді, бұл супер катушкалардың пайда болуына жол бермейді. Кейіннен үзілген тізбектің ұштары қайтадан жабылады: олардың біреуі ферменттен екінші ұшына ауысады. Осылайша топоизомераза арқылы тізбекті үзу процесі оңай қайтымды.

Спиральдар(лат. спираль- спираль, ақуыз dnaB), репликация шанышқысының ДНҚ спиралының бойымен түзілуін және ілгерілеуін жүзеге асырады - молекуланың бұралмаған тізбектері бар бөлімі. Бұл ферменттер тізбектерді босату үшін АТФ гидролизінен бөлінетін энергияны пайдаланады. Спиральдар -мен бірге әрекет етеді ссб-молекуланың бір тізбекті аймақтарымен байланысатын және сол арқылы бұралмаған дуплексті тұрақтандыратын ақуыздар.

г) Осылайша, топоизомеразалармен «қолдау» геликаза ферменті жергілікті түрде ДНҚ қос спиралын екі бөлек жіпке бөледі.

Арнайы SSB протеиндері осы жіптердің әрқайсысымен бірден байланысады. Соңғыларының бір тізбекті ДНҚ аймақтарына жоғары жақындығы бар және оларды осы күйде тұрақтандырады.

Ескерту: осылайша бұл белоктар негізінен қос тізбекті ДНҚ аймақтарымен байланысатын гистондардан ерекшеленеді.

Полимерлену ферменттері

a) Арнайы ақуыз примаза активаторы қызметін атқарады (суреттегі AP). Осыдан кейін примаза (Р) бір тізбекті ДНҚ-ның сәйкес бөлімін шаблон ретінде пайдалана отырып, қысқа РНҚ праймерін немесе праймерді синтездейді.

б) Одан кейін ДНҚ-полимеразалар әрекет етеді. Эукариоттарда белгілі 5 түрлі ДНҚ полимеразалары бар. Олардың ішінде β- және ε-полимеразалар ДНҚ репарациясына, γ-полимераза митохондриялық ДНҚ репликациясына, α- және δ-полимеразалар ядролық ДНҚ репликациясына қатысады.

Сонымен қатар, кейбір болжамдарға сәйкес, α-полимераза примазамен де, δ-полимеразамен де байланысты, ал соңғысы, өз кезегінде, PCNA ақуызымен (суреттегі P) байланысты.

Бұл ақуыз полимераза кешенін репликацияланған ДНҚ тізбегіне бекітетін «киім» ретінде әрекет етеді. Ол «бекітілген» күйде сақина сияқты ДНҚ тізбегін қысады деп есептеледі (Cурет). Бұл осы тізбектен полимеразалардың мерзімінен бұрын диссоциациялануын болдырмайды.

ДНҚ-полимеразалар құрылып жатқан ДНҚ тізбегіне дезоксирибонуклеотидтердің дәйекті түрде қосылуын жүзеге асыратыны анық - аналық тізбектің нуклеотидтеріне комплементарлы.

Сонымен қатар, бұл ферменттердің басқа да маңызды әрекеттері бар. Алайда эукариоттық ДНҚ-полимеразалар үшін бұл белсенділіктердің таралуы әлі толық анық емес. Сондықтан біз ұқсас бактериялық ферменттер туралы ақпарат береміз.

Бактерияларда ДНҚ репликациясының негізгі «жұмысын» димер құрылымы бар ДНҚ-полимераза III орындайды. Дәл осымен PCNA ақуыз түрінің «қысқышы» байланысты.

Сонымен, ДНҚ полимераза белсенділігінен басқа, ДНҚ-полимераза III тағы бір белсенділікке ие - 3"→5"-экзонуклеаза. Соңғысы қате жіберілген және «дұрыс емес» нуклеотид салынып жатқан тізбекке енгізілген жағдайларда іске қосылады. Содан кейін, базалық жұптасу ақауын мойындай отырып, фермент өсіп келе жатқан (3"-) ұшынан соңғы нуклеотидті ажыратады, содан кейін ол қайтадан ДНҚ-полимераза ретінде жұмыс істей бастайды.

Осылайша, жүйе өз қызметінің нәтижелерін үнемі қадағалап отырады.

в) Бізге белгілі болғандай, жаңа ДНҚ тізбектері алдымен фрагмент түрінде түзіледі – салыстырмалы түрде қысқа (Оказаки фрагменттері) және өте ұзын. Және олардың әрқайсысы праймер РНҚ-дан басталады.

Ата-аналық тізбек бойымен қозғалатын фермент кешені алдыңғы фрагменттің РНҚ тұқымына жеткенде, ДНҚ-полимераза III-ді ата-аналық ДНҚ тізбегімен байланыстыратын «қысқыш» ашылады және бұл фермент жұмысын тоқтатады. ДНҚ-полимераза I әрекет етеді (біз әлі де бактериялық ферменттер туралы айтамыз). Ол өсіп келе жатқан фрагменттің 3"-ұшына бекітіледі (1.14-сурет). Бұл жағдайда ферменттің бұл фрагментпен және аталық тізбекпен тұрақты байланысы болмайды, бірақ ол тіпті екі емес, үш белсенділікке ие.

Олардың біріншісі – «алдыңғы», немесе 5"→3" экзонуклеаза белсенділігі: алдыңғы фрагменттің РНҚ праймерінің 5" ұшынан нуклеотидтердің дәйекті бөлінуі.

«Оның» фрагментінің соңы (ДНҚ-полимераза белсенділігі).

Және, ақырында, ДНҚ-полимераза III сияқты, ол «артқы» немесе ұзартылған фрагментке бағытталған 3"→5"-экзонуклеаза белсенділігінің көмегімен оның белсенділігін тексеруді және қажет болған жағдайда реттеуді «ұмытпайды».

Өсіп келе жатқан фрагмент алдыңғы фрагменттің дезоксирибонуклеотидтеріне жақындағанда ДНҚ-полимераза I қызметі таусылады.

Эукариоттарға келетін болсақ, III бактериялық ДНҚ-полимеразаның функционалды аналогы, шамасы, α- және δ-ДНҚ полимеразаларының кешені болып табылады; Сонымен қатар, түзетуші 3"→5" экзонуклеаза белсенділігі δ-ДНҚ-полимеразаға тән.

ДНҚ-полимераза I функциялары да екі фермент арасында бөлінеді: 5"→3" экзонуклеазалық белсенділік (РНҚ праймерін жою), бәлкім, арнайы нуклеаза (1.11-суреттегі Н) және ДНҚ полимераза белсенділігі (толтыру " бос орындар») - ДНҚ-полимераза β (репаратқа да қатысатын).

г) Полимерлену ферменттері туралы айтатын болсақ, олармен байланысты мәселелердің ең қиынын айтпай кетуге болмайды. Біз артта қалған ДНҚ тізбегінің синтезі туралы айтып отырмыз: біз білетіндей, бұл синтездің бағыты репликациялық айырдың жалпы таралу бағытына қарама-қарсы.

Бұл қайшылықты түсіндіру үшін кем дегенде екі гипотеза бар.

Олардың біріне сәйкес (1.15, А-сурет) ферменттік кешен жетекші тізбектің түзілуін периодты түрде тоқтатып, екінші аналық тізбекке ауысады және артта қалған тізбектің келесі Оказаки фрагментін синтездейді. Содан кейін ол бірінші ата-аналық жіпке оралады және құрылып жатқан ДНҚ-ның жетекші тізбегін ұзартуды жалғастырады.

Басқа нұсқаға сәйкес (1.15, В-сурет) репликация процесі кезінде ата-аналық ДНҚ-ның екінші тізбегінде (артта қалған тізбек шаблонында) цикл түзіледі. Сондықтан контурдың ішкі бөлігіндегі Оказаки фрагментінің түзілу бағыты полимеразды кешеннің қозғалыс бағытымен сәйкес келе бастайды. Содан кейін соңғысы бір уақытта екі ДНҚ тізбегін де құра алады - жетекші де, артта қалған да.

Бұл эукариоттарда α- және δ-ДНҚ-полимеразалар бір кешенді құрайтын болса, бұл бактериялық ДНҚ-полимераза III димер болуымен байланысты болуы мүмкін. Бірақ мұндай механизмнің өзінде артта қалған тізбекті көруге оңай, үздіксіз қалыптаса алмайды, тек үзінділер түрінде ғана.

ДНҚ репликациясын аяқтайтын ферменттер

Алдыңғы барлық ферменттердің әрекеті нәтижесінде әрбір иосинтезделген тізбек бір-біріне жақын орналасқан фрагменттерден тұрады.

Көрші фрагменттердің «байланысы» ДНҚ лигазасы арқылы жүзеге асады (1.11-суреттегі L). ДНҚ-полимеразалар сияқты бұл фермент нуклеотидаралық (фосфодиэфир) байланыс түзеді.

Бірақ егер полимераза реакциясында қатысушылардың бірі бос dNTP (дезоксирибонуклеозидтрифосфат) болса, онда ДНҚ лигаза реакциясында екі қатысушы да «тігілген» фрагменттерде терминалдық dNMP (дезоксирибонуклеозидмонофосфаттар) болып табылады.

Осы себепті реакцияның энергиясы әртүрлі және АТФ молекуласының конъюгаттық гидролизі қажет.

Сондай-ақ, ДНҚ лигазасының қос тізбекті ДНҚ бөлігі болып табылатын бір тізбекті фрагменттерді ғана «айқастыратынын» ескеріңіз.

Бірақ бұл бәрі емес. ДНҚ молекуласы оның ұштарының немесе теломерлік аймақтардың репликациясының ерекше процесі болмаса, толық репликацияланбайды.

Бұл процесте теломераза ферменті негізгі рөл атқарады.

Примаздер. ДНҚ репликациясы РНҚ праймерлерін қажет етеді. РНҚ праймерлері dnaG генімен кодталған примаза арқылы синтезделеді (29.3-сурет).

29.3-суреттен примаза үш облыстан тұратынын көруге болады:

■ – N-терминалды домен (110 амин қышқылы), құрамында ДНҚ-байланыстыру мотиві – мырыш саусақ;

■ – ядролық (орталық) домен (322 амин қышқылы) каталитикалық орталықты қамтиды;

■ – dnaB-мен әрекеттесетін C-терминал домені (151 аминқышқылдары).

E. coli примазасымен синтезделген праймерлер 5´ соңында pppAG тізбегінен басталады және шамамен 10-12 нуклеотидтен тұрады. Примастар құрылымы жағынан да, әрекет ету ерекшелігі бойынша да ерекшеленеді.

ДНҚ лигазаларыкөрші дезоксирибонуклеотидтердің 5_-Р - және 3_-ОН-топтары арасындағы коваленттік байланыстардың түзілуіне қатыса отырып, ДНҚ тізбектерінің фрагменттерінің реунификация процестерін катализдейді. Бұл ферменттер АТФ гидролизі кезінде пайда болған жоғары энергиялық байланыстардың энергиясын да пайдаланады.

ДНҚ репликациясы үш кезеңде жүреді: инициация, созылу және аяқталу.

Бактерияларда ДНҚ репликациясының инициациясы хромосоманың бірегей орнында, репликация нүктесі – oriC-тен басталады, одан репликация аяқталу нүктесіне (терминус) дейін екі жақты жүреді. Нәтижесінде қарама-қарсы бағытта қозғалатын екі репликациялық шанышқылар пайда болады, яғни екі жіп бір уақытта қайталанады.

Бастамашы ақуыз днаАқайталанатын байланыстыру орындарына байланыстырады oriC, мамандандырылған нуклеопротеидтік құрылымды құрайды. Бұл AT-қа бай тізбегінің жергілікті дивергенциясына әкеледі oriC, ол репликативті спираль үшін байланыстырушы орын ретінде қызмет етеді (dnaB), және тиін днаC/

Әрі қарай dnaBжою арқылы іске қосылады DnaC, 5_→3_ бағытында белгілі бір қашықтыққа жылжиды және примазамен әрекеттеседі dnaG. Примаза ДНҚ полимераза III голоферментіне қысқа РНҚ праймерлерін синтездейді.Инициация орнында кемінде бес белоктан тұратын аралық кешен түзіледі. Олардың бірі - ақуыз dnaB– АТФ гидролизінің энергиясын пайдалана отырып, ДНҚ бойымен қозғала алады, сонымен қатар примазаның активтенуі үшін сигнал қызметін атқарады (29.5-сурет).

Примаза - бірнеше түрлі суббірліктерден тұратын примосоманың құрамдас бөлігі. Примосомаға белоктар кешені де кіреді ДнаВЖәне DnaС, ол репликация шанышқысының жанында мезгіл-мезгіл примаза арқылы тануға жарамды арнайы екіншілік ДНҚ құрылымын қалыптастыруға қатысады.

ДНҚ репликациясының инициациясы репликация айырының түзілуімен және репликация кешенінің түзілуіне байланысты жетекші ДНҚ тізбегіндегі РНҚ праймерінің синтезімен (29.5-сурет) аяқталады (29.6-сурет).

Элонгация процесінде ДНҚ-ның аналық полинуклеотидтік тізбектері өседі. Әрбір репликациялық шанышқыда бірнеше қосымша ақуыздармен байланысты кем дегенде екі ДНҚ-полимераза III молекуласы бар. Соңғыларына ДНҚ-ның тығыз бүктелген қос спиралін ашатын ДНҚ топоизомеразалары (гиразалар) және қос тізбекті ДНҚ-ны екі тізбекке бөлетін спиральдар жатады.

ДНҚ-ның жетекші тізбегі репликациялық айырдың қозғалысымен сәйкес келетін бағытта үздіксіз репликацияланады. Артта қалған жіп репликация шанышқысының қозғалысына қарама-қарсы бағытта оқылады. Репликация кезінде ДНҚ жіптерінің антипараллелизмін жеңу, мүмкін, ілмек құрылымын қалыптастыру арқылы қол жеткізіледі (29.7-сурет).

Біріншіден, жаңа ДНҚ тізбегінің қысқа фрагменттері, оларды ашушының атымен аталған Оказаки фрагменттері артта қалған тізбекте синтезделеді. Әрбір фрагмент ДНҚ-полимеразаның жұмыс істеуіне қажетті қысқа РНҚ тұқымынан (праймер) басталады. ДНҚ полимераза III бұл праймерді ұзындығы 1000-2000 дезоксинуклеотид бірлігі ДНҚ фрагментіне дейін аяқтайды.