Нуклеин кышкылдары – тукым куалау негиздери

Алғашқы тіршілік нышандары бұдан 3,2 млрд жыл бұрын пайда болған. Ұзаққа созылған эволюция нәтижесінде табиғи сұрыпталу жолымен қазіргі тіршілік иелері – жануарлар, адам, өсімдіктер, микроорганизмдер дүниеге келді. Тірі организмдердің аса ғажап қасиеті – ата тегіне ұқсас өзіндей жаңа организмді жарыққа шығаруы. Осы бір табиғаттың ұлы жұмбағы ғылым үшін әрқашанда аса маңызды проблема болып келді. Оны шешуге бүкіл дүние жүзінің ғалымдары атсалысты.

Тірі организмде жоғары молекулалы үш қосылыс бар. Олар – нуклеин қышқылдары, белоктар және полисахаридтер. Осы жақын уакытқа дейін ондай қосылыстардың түзілуін және атқаратын қызметі айқын болмай келді. Қазіргі кезде аталған биологиялық жоғары молекулалардың әрқайсысының атқаратын қызметі дәл анықталып, тұқым қуалайтын қасиеттің негізі, тірі организмнің барлық ерекшеліктерін қайталап жарыққа шығарушы – нуклеин қышқылдары екені белгілі болды.

Нуклеин қышқылдарының химиялық құрамы

Нуклеин қышқылдары (НК) дегеніміз нуклеотид қалдықтарынан тұратын жоғары молекулалы органикалық қышқылдар. Нуклеодитер (мононуклеодитер) пуриндік немесе пириминдік негізден, пентоза көмірсуларынан (Д-рибоза немесе Д-дезоксирозадан) және фосфат қышқылынан құралады. Нуклеин қышқылының құрамына кіретін пурин негіздерінің ішінде әсіресе аденин (А) мен гуанин (Г); пиримидин негіздерінің ішіндегі әсіресе маңыздысы – уранил (У), тимин (Т) және цитозин (Ц).

Азотты негіздер (пуриндік немесе пириминдік негіздер), пентоза және фосфор қышқылы үшеуі өзара қосылысып, мононуклеотид молекуласын түзеді. Төменде екі мононуклеотидтердің құрылым формуласы берілген. Оның біреуінің құрамында пуриндік негіз (аденил қышқылы немесе аденозинмонофосфат, қысқаша АМФ), екіншісінің құрамында пириминдік негіз (уридил қышқылы немесе уридинмонофосфат, УМФ) бар.

Гуанин, цитозин және Тимин де дәл осындай мононуклеотидтер түзеді. Осындай мононуклеотидтер тиісінше гуанил қышқылы (гуанозинмонофосфат, ГМФ), цитидил қышқылы (цитидинмонофосфат, ЦМФ) және тимидин қышқылы (тимидинмонофосфат, ТМФ) деп аталады.

Мононуклеотидтер фосфор қышқылының бір және екі қалдығын қосып алады да, тиісінше нуклеозиддифосфаттар (АДФ, ГДФ, УДФ, ЦДФ және ТДФ) және нуклеозидтрифосфаттар (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, және ТТФ) түзеді. Бұл жағдайда аденозиндифосфат (АДФ) және аденозинтрифосфат (АТФ).

Құрамында рибоза бар нуклеотидтерді рибонуклеотидтер деп, ал құрамында дезоксирибоза барын – дезоксирибонуклеотидтер деп атайды.

Мыңдаған мононуклеотидтер (мономерлер) полимерленеді де, нуклеин қышқылының макромолекуласын (полимер) түзеді, оларды полинуклеотидтер дейді.

Нуклеотидтер құрамына кіретін қанттың табиғатына сәйкес нуклеин қышқылдарының химиялық және биологиялық қасиеттері жөнінде бірінен-бірінің үлкен айырмашылығы болады.

Дезоксирибонуклетидтерден тұратын нуклеин қышқылдарын дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) деп, егер ондай қышқыл рибонуклеотидтерден құралса, онда рибонуклеин қышқылы (РНК) деп аталады.

РНК молекуласы тұқым қуалайтын белгілерді ұрпақтан-ұрпаққа беруге көмектеседі және ДНҚ құрамына салынған генетикалық мәліметтерді жүзеге асыруға қатысады.

Дезоксирибонуклеин қышқылы

Әр клетканың екі бөліктен – цитоплазма мен ядродан тұратыны белгілі. Клетка ядросының ішінде ұзын да жіп-жіңішке, тыныштық күйде әрең-әрең көрінетін заттар – хромати жіпшелері кішкентай таяқшаларға - хромосомаларға айналады. Хромосомалардың саны, пішіні және мөлшері организмнің әр түрі үшін тұрақты.

Хромосома – ДНҚ мен белоктан құралған күрделі жүйе, хромосома белоктары гистондар және гистон емес қышқыл белок болып келеді. Бұл белоктар хромосома кұрылымын қалыпта ұстап тұру ушін қажет.

Хромосомаларда дәлірек айтқанда, ДНҚ құрамында гендер бар. Гендер организмнің өзіне ғана тән қуалайтын белгілерін анықтайды.

Химиялық құрамы

ДНҚ құрамына азоттық негіздер аденин, гуанин, цитозин және тимин кіреді. Бұлардан өзге ДНҚ құрамында шағын мөлшерде 5-метилцитозин және т.б. минорлық негіздер бар. Азоттық негіздер, дезоксирибоза және фосфор қышқылы үшеуі дезоксирибонуклеотид түзеді, бұлар ДНҚ – ның мономерлі тізбегі болып табылады. Жануарлар мен микроорганизмдердің әр түрінің ДНҚ құрамындағы пурин негіздері мен пиримидин негіздерің саны әр түрлі екен.

Молекулалық массасы

Бактериялар, фагтар және вирустардың ДНҚ-сының м.м. 10 – 10 дальтон аралығында. Жануарлар мен жоғары сатыдағы өсімдіктер ядросындағы ДНҚ м.м. анағұрлым көп, 10-10. клеткадағы ДНҚ саны үнемі тұрақты, сүтқоректі жануарлар клеткасындагы ДНҚ массасы 6 пг.

ДНҚ молекуласының құрылымы

ДНҚ құрамына негізінен 6 түрлі зат канна кіргенімен (4 азоттык негіз, дезоксирибоза және фосфор қышқылы), оның молекулалық құрылымы өте күрделі. Бір нуклеодитдтің дезоксирибозасы жіне екінші нуклеотидтің фосфаты көмегімен нуклеотидтер өзара байланысып жалғасады да, ұзын полинуклеотидтік тізбек түзеді. Осындай тізбектегі нуклеотидтердің орналасу тәртібін ДНҚ-ның бірінші реттік құрылымы деп атайды. Нуклеотидтер арасында фосфодиэфирлік байланыстар түзілуге 3 және 5 жағдайдағы пентоза қалдығының гидроксил топтары қатысады.

ДНҚ молекуласы кеністікте параллель орналасқан қос қабат спиральға ұксайды. Бұл ДНҚ молекуласының екінші реттік құрылымы. Екі полинуклеотид тізбек өзара бұранда сияқты жалғасып, азотты негіз арқылы байланысқан. Азотты негіздер спиральдың ішіне орналасқан, ал пентозды-фосфорлы қалдықтар ДНҚ молекуласының сыртқы жағына қарай бағытталған.

Хромосомадағы ДНҚ-ның қосқабат спиралі белоктармен көбінесе иондық байланыс арқылы жалғасқан. Мұндай комплекстің үшінші реттік құрылымы бар. Хромосомадағы гистондар гинин мен лизинге бай келеді. Гистондардың сілтілік қасиеті бар. Гистондарды бес түрге бөледі, ондай түрлердің өзара айырмашылығы аталған амин қышқылдары мөлшеріне байланысты. Гистондар мынадай белгілермен беріледі. Н1, Н2, Н3, т.с.с.

Хромосомалардың гистон емес белоктарының қышқылдық қасиеті бар. Ондай белоктар өте көп, жүзден асады. Хромосоманың құрылысын бақкаратын актин мен миозин, РНК, ДНҚ синтезі үшін қажетіи әртүрлі ферменттер осындай белоктарға жатады.

ДНҚ биосинтезі мен репликациясы

Организмдер клеткалардың бөлінуі нәтижесінде өсіп-жетіледі. Клеткалардың бөлінуі кезінде ДНҚ молекуласы да қосарланады. Бұл кезде ДНҚ-ның қосқабат спиралі жазылып, сутектік байланыстардың үзілуі нәтижесінде сәйкестік-үйлесімдік (комплементаралық) тізбек ажырайды. Сөйтіп жеке тізбектер пайда болады.

ДНҚ молекуласының екі еселеніп өсуі репликациядеп аталады.

Репликацияның молекулалық механизмі.

ДНҚ молекуласының жәна тізбегінде нуклеотидтер арасындағы байланысты ДНҚ-полимераза катализдейді. Екінші фермент ДНҚ-лигаза ДНҚ фрагменттерін біртұтас тізбек етіп өзара байланыстырады.

ДНҚ репликациясының мұндай процесі жартылай консервативтік процесс деп аталады, өйткені жаңа түзілген ДНҚ молекуласында бір тізбек ескі болады да, екінші тізбек-қана жаңадан синтезделеді.

Сонымен организмің бүкіл белгісі ДНҚ молекуласында орналасады және оларды ген анықтайды.

Геннің химиялық табиғаты

Ген дегеніміз – организмнің кандай да бір белгісін анықтайтын, тұқым қуалау затының бірлігі. Әр ген әрбір белоктың синтезі үшін жауапты.

Химиялық тұрғыдан, ген дегеніміз – өзара байланысқан нуклеотидтердің ұзын тізбегінен құралған ДНҚ молекуласының учаскесі.

Белгілі бір геннің хромосомадағы орналасатын жері локус д.а. Бір организмнің хромосомаларындағы барлық гендерінің жиынтығы геном д.а. Сонымен геном дегеніміз – белгілі бір организмнің генетикалық қасиетттерінің бәрін өзінде сақтаған барлық ДНҚ молекуласы болып табылады.

Бір генде бір ғана полипептидтік тізбек синтезделеді. Молекулалық генетиканың негізгі ережелерінің бірінде: бір ген-полипептидтік бір тізбек делінген.

Рибонуклеин кышкылдары

РНК биосинтези

ДНК молекуласында организмнин тукым куалайтын касиеттери орналаскан.

РНК-нын барлык тури ядро ишинде, ДНК молекуласында синтезделеди. Бул процесс транскрипция д.а. жане оны РНК-полимераза ферменти катализдейди. Транскрипция кезинде РНК-полимераза ДНК-мен косылысады да, коскабат спиральды ажыратып жазады.

Транскрипция процеси ушин ДНК-нын еки тизбеги де кажет. РНК тузилу ушин матрица ретинде бир тизбек кана кызмет етеди, сол тизбектен коширме тусириледи.

Уш турили РНК синтезделеди. Олар: рибосомдык РНК (рРНК), информациялык немесе матирцалык РНК (иРНК немесе мРНК) Жане транспорттык РНК (тРНК).

Алгашында барлык РНК узын алгы зат ретинде тузиледи, кейиннен олар кыска молекулага айналады. Мундай айналып озгеру бирнеше кезенди басынан откизеди Жане «процессинг» (писип жетилу) де пат. Алгы заттар Жане процессингтин аралык онимдери пре-РНК д.а.

ПРоцессинг кезинде ферменттердин асер етуимен алны заттан нуклеотидтер узилип болинеди Жане одан кейин кайта косылады, ойтекни ДНК курамындагы ген букил молекула бойында болек-болек болып шашырай орналаскан. Бул процесс кезинде де азотты негиздер метильденеди немесе гидрленеди. РНК

Тукым куалау малиметин беруде Жане белоктар биосинтези кезинде ар РНК белгили бир кызметти аткарады.