ДНҚ-ның құрылымы және физико-химиялық қасиеттері

ДНҚ тұқым қуалаудың химиялық негізі болып табылады. ДНҚ-ның негізгі құрылымдық элементтері – дезоксирибонуклеотидтер. ДНҚ-ның құрамына аденин, гуанин, цитозин және тимин кіреді. Нуклеотидтер бір-бірімен 3’,5’-дифосфоэфирлі байланыс арқылы жалғасады, яғни бір нуклеотидтегі 5’-көміртегі атомымен фосфат тобы келесі нуклеотидтің дезоксирибозасының 3’- гидроксил (-ОН) тобымен байланысады.

Сонымен, полинуклеотид тізбегінің бір ұшы 3’-ОН тобымен аяқталса, екінші ұшында 5’-фосфат тобы орналасады. Нуклеин қышқылдарының құрамындағы нуклеотидтердің тізбегін төрт нуклеотидтерден тұратын ДНҚ фрагментінің мысалынан көруге болады:

Негіздер А, Г, Ц және Т деп белгіленген, әрбір дезоксирибоза вертикал сызықпен, ал фосфатты топтар Р –символымен белгіленген. Цифрлармен дезоксирибоза қалдығындағы фосфат топтары байланысқан көміртегі атомдарының орны көрсетілген. Полинуклеотид тізбегі солдан оңға қарай жазылып-белгіленеді, яғни 5’-ұштан 3’-ұшқа (5’→3’) қарай.

ДНҚ молекуласының құрылымын анықтауда Э. Чаргафф нақтылаған заңдылықтың маңызы өте зор. Ол заңдылыққа сәйкес: 1) ДНҚ-ның құраындағы пуринді негіздік нуклеотидтердің жиынтық саны пиримидинді негіздік нуклеотидтердің жиынтық санына әрқашан тең болады, яғни А+Г = Т+Ц; 2) адениннің сандық мөлшері тиминдікіне, ал гуаниннің сандық мөлшері; 3) 6-жағдайындағы орында кето тобы бар негіз мөлшері 6-жағдайындағы орында амин тобы бар негіз мөлшеріне тең, яғни Г + Т = А + Ц; 4) ДНҚ құрылысын анықтауға М.Уилкинсон мен Р. Франклин 1953 ж жүргізген рентгенструктуралық зерттеулері үлкен үлес қосты. ДНҚ молекуласы бір-бірінен 0,34 нм қашықтықта орналасып, қайталанып отыратын элементтерден тұратындығы анықталды.

Э.Чаргаффтың ережесіне және ДНҚ кристалдарының рентгенструктуралық талдамасына сүйене отырып Д. Уотсон мен Ф. Крик 1953 ж ДНҚ-ның құрылысына толық сипаттама берді.

ДНҚ-ның полиморфизмі. Уотсон-Крик ұсынған структура ДНҚ-ның В-формасы деп аталады. В-форма физиологиялық жағдайдағы тұрақты структура деп есептеледі. Сонымен қатар ДНҚ-ның А- және Z-формалары да болады. Ылғалдылық төмен болған кезде ДНҚ А-фоормасына енеді. ДНҚ-ның Z-формасы прокариоттар мен эукариоттарда кездеседі. Оның молекуласының қаңқасы зигзаг тәрізді болып келеді. Осы формадағы ДНҚ-бөлімдері гендердің жұмысын реттейді деген болжам бар.

ДНҚ РНҚ

5’-ұштары

Фосфодиэфирлік 3’-ұштары

Байланыс

Рибонуклейн қышқылдары (РНҚ). ДНҚ секілді РНҚ-да төрт түрлі нуклеотидтерден құралған. Оның ДНҚ-дан айырмашылығы мынадай: РНҚ нуклеотидтерінің құрамындағы сахар тек рибоза (оның барлық көміртегі атомдары гидроксил топтармен байланысқан) түрінде болады. Сонымен қатар РНҚ-ның құрамына тиминнің орнына урацил азоттық негізі кіреді, ал қалған үш негіз ДНҚ-ның құрамындағыдай.

РНҚ төрт түрлі топқа бөлінеді: 1-хабаршы информациялық) РНҚ – оны қысқаша и-РНҚ деп белгілейді, 2-ұзындығы әр түрлі ядролық РНҚ (гетерогенді ядролық) гя-РНҚ, 3-рибосомалық, р-РНҚ және 4-тасығыш – т-РНҚ. Информациялық, и-РНҚ геннің дәл көшірмесін ДНҚ-дан белок заводы – рибосомаға әкеледі. гя-РНҚ-ның қызметі қаір толық анықталмаған. Дегенмен оны нуклеотидтерді сақтау жолы деп есептейді. Себебі клетка тіршілігіне керек нуклеотидтер бос жүрсе клетка ішінде молекулалардың көбеюінен осмостық қысым күшейеді (клетка ішінде заттардың молекулалары неғұрлым көп болса, осмостық қысымның күшеюінің нәтижесінде, клетка сыртқы ортадан суды солғұрлым көп сіңіреді – ол клетканың жарылуына әкеліп соғуы мүмкін). р-РНҚ рибосоманың құрамына құрылыс материялы болып кіреді, сонымен қатар ол рибосома құрамында и-РНҚ-мен әрекеттеседі. т-РНҚ өте жақсы зерттелген. Оның молекуласының құрамының 10%-ы – сирек кездесетін нуклеотидтер екені дәлелденіп отыр. Оның тізбегі бірнеше жерінен күрт иіліп, оның бөліктері бір-бірімен жанасқан кезде төрт жерден қос тізбекті спираль түзеді. Соның нәтижесінде т-РНҚ молекуласы жоңышқа жапырағы тәрізденеді. т-РНҚ белок синтезі кезінде рибосомаға жеке амин қышқылдарын тасушы болып табылады.

Жалпы жоңышқа жапырағына ұқсас тРНҚ-ның екінші структурасы.

Клетка ішіндегі ең басты процесс – белок синтезі десек, и-РНҚ, р-РНҚ және т-РНҚ сол процесске тікелей қатысатын маңызды молекулалар.

3-ші дәріс бойынша бақылау сұрақтар:

1. Нуклеин қышқылдарының аты қалай пайда болған?

2. Нуклеин қышқылдарының қанша түрі бар, олардың өзі қалай жіктеледі?

3. Гетероциклдар дегеніміз не?

4. Нуклеин қышқылдарының құрамына кірмейтін қандай нуклеотидтер бар?

5. ДНҚ-ның қандай формалары болады?

4-ші дәріс. ДНҚ-ның еселенуі немесе репликация.

Дәрістің жоспары:

1. ДНҚ репликация.

2. Репликацияға қатысатын ферменттер мен ақуыздар.

3. ДНҚ биосинтезінің кезеңдері.

4. Оказаки фрагменттері.

ДНҚ-ның құрылысын алған анықтаған Дж. Уотсон мен Ф.Крик өздерінің ашқан жаңалықтарынан кейін былай деп жазды: «Егер бір тізбектегі негіздердің қатары дәл белгілі болса, онда екінші тізбектегі негіздерін қатарын жазуға болады, себебі – негіздер ерекше жолмен жұптасады. Сонымен, бір тізбек екіншінің комплементі (толықтырушысы) болып табылады; дәл осы қасиет ДНҚ өзін өзі еселейді деген ойға алып келеді». Олардың болжауына сәйкес, ДНҚ-ның еселенуі үшін екі тізбекті бірге ұстап тұрған, олардың арасындағы сутегілік байланыстар үзіліп, олар бір-бірінен ажырауы керек. Сонымен қатар, әрбір тізбек оған комплементарлы жаңа синтезделетін тізбек үшін матрица болып қызмет етеді – оның нәтижесінде біреуі аналық тізбек болып қалатын екі жұп тізбектер пайда болады. Қос спиралдағы нуклеотидтер жұбының қатарын дәл тудырудың механизмі осындай.

Аналық, Жаңа тізбектер Аналық,

немесе ескі тізбек (1) немесе ескі тізбек (2)

Осы ғалымдардың ұсынған моделіне сәйкес, репликация жартылай консервативті (жартылай ескі) жолмен жүреді (тірі организмдерде консервативтік немесе дисперстік жолмен еселенетін ДНҚ бар-жоғы белгісіз). Егер, геном тек бір тізбекпен берілген болса – онда сол жалғыз тізбек жаңа комплементарлы тізбек үшін матрица болады. Оның нәтижесінде қос тізбек пайда болады – артынан оларға комплементарлы ұрпақ тізбектер, немесе екі матрицаның біреуінің көшірмесі синтезделелді.

1957 жылы Мэтью Меселсон мен Франклин Сталь ДНҚ-ның болжамды құрылысын тексеру өте қисынды тәжірибе жүргізді. Олар ішек таяқшасы (Esherichia coli) бактериясын бірнеше ұрпаққа дейін құрамында азоттың ауыр тұрақты изотопы бар қоректік ортада өсірді. Азот көзі ретінде ¹⁵NH₄Cl тұзын пайдаланды. Бірнеше ұрпақ бойы осындай азотпен қоректенгенде бактерия жасушасының ішіндегі құрамында азот атомдары бар барлық биомолекулалардың, оның ішінде ДНҚ-ның да салмағы кәдімгі азот ¹⁴N атомы бар қоректік ортада өсірілген бактериянікінен ауыр болып шығады. Әдетте, ауыр биомолекулалрдың молекулалық салмағын анықтау үшін олардың дайындамаларын хлорлы цезийдің тығыздығының градиенті арқылы үлкен жылдамдықпен центрифугалайды. Молекула неғұрлым ауыр болса – ол соғұрлым центрифуга ыдысының түбіне қарай жылдам батады. Месельсон мен Сталь осындай ауыр азотта өсірілген бактерияның ДНҚ-сын центрифугалағанда ауыр молекулалы ДНҚ-ның тек бір түрін анықтады. Одан кейін олар бактерияны құрамында кәдімгі жеңіл ¹⁴N және ауыр ¹⁵N азот атомдары бар ортада қысқалау мерзім ішінде өсірді (алынған бактерияны екінші ұрпақ деп атайық). Ондай бактериялардан алынған ДНҚ-ны центрифугалағанда – бір ДНҚ фракциясы алынды және ол таза ¹⁵N-ортада өсірілген бактериянікінен жеңіл болып шықты.

Құрамында ¹⁵N бар Құрамында ¹⁴N және ¹⁵N Құрамында тек ¹⁴N бар (жоғарғы)

бастапқы ДНҚ бар гибридтік ДНҚ және ¹⁴N мен ¹⁵N бар (төменгі)

(екінші ұрпақ) үшінші ұрпақтағы ДНҚ-лар

Ақырында ғалымдар келесі үшінші ұрпақты құрамында тек жеңіл ¹⁴N азот атомдары бар ортада бөлек, және құрамында екі азот атомының ¹⁴N және ¹⁵N түрлері бар ортада бөлек өсірді. Олардан алынған үшінші ұрпақтың ДНҚ-сы өте жеңіл және екінші ұрпақтағы секілді салмағы орташа екі түрлі болып шықты. Месельсон мен Стальдің алған нәтижелері бастапқы немесе аналық ДНҚ-ның әр тізбегінің бойында оған комплементарлы жаңа тізбектер синтезделетінін анық көрсетті. Сонымен, еселенудің алдындағы ДНҚ тізбектерінің әрбірі жаңа синтезделген тізбектер үшін матрица болып табылады.

Кейінгі зерттеулер ДНҚ-ның еселенуі бірден екі бағытта жүретінін көрсетті. Сақиналы ДНҚ-ны радиоактивті ³Н тритиймен белгілеп, уақыт барысында өте жоғары шешімді электрондық микроскопты пайдаланып, бақылағанда репликацияның бір нүктеден басталатыны байқалды. Алғаш белгілі бір нүктеде ДНҚ-ның қос тізбегі бір-бірінен ажырайды. Сол нуктеден екі айыр пайда боладлы да, олар қарама-қарсы бағытта қозғалады. Пайда болған айырды рапликация айыры деп атайды. Жоғарыда ДНҚ-ның қос спиралын құрап тұрған жеке тізбектер бір-біріне антипараллельді деп айтылып кетті. Олай болса - әрбір тізбектің бойында жаңа тізбектер 5’-бағытынан 3’-бағытына қарай жүруі керек.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: