ИМАНОВА ДАЙРАШ 2 (1) PDF - Оқулық

Иманова Д.Н Оқулық  Түркістан, 2015 УДК 577 : 612 Иманова Д.Н. Молекулалық биология, медициналық генетика. Оқулық.- Түркістан 2015ж Оқулық Қ. А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті Медицина факультетінің жалпы медицина және стома...

Иманова Д.Н Оқулық  Түркістан, 2015 УДК 577 : 612 Иманова Д.Н. Молекулалық биология, медициналық генетика. Оқулық.- Түркістан 2015ж Оқулық Қ. А. Ясауи атындағы Халықаралық қазақ-түрік университеті Медицина факультетінің жалпы медицина және стоматология мамандығындағы студенттерге арналған. Молекулалық биология, медициналық генетика пәнінен оқу бағдарламасына сай дайындалған. Пікір берушілер: Байтұрсынов Қ., б.ғ.д., Қ.А.Ясауи атындағы ХҚТУ- нің ″Зертханалық пәндер″ кафедрасының профессоры; Бимурзаев Ғ.Н.,Түркістан медицина колледжінің директоры , профессор УДК 577 : 612 2  АЛҒЫ СӨЗ Оқулықта ағзалар тіршілігінің жасушалық және молекулалы – генетикалық негіздері туралы қазіргі кездегі білімді студенттерге қалыптастыру және осы білімнің медицинаның теориялық базасы ретінде қалыптастыру. Пәннің дамуынан бастап қазіргі жетістіктері қамтылып жазылған, студентке түсінікті сапалы тақырып бойынша сурет сілтемелерімен, қосымша материалдарымен берілген. Оқулық 6 тараудан тұрып әр тарау тест жиынтығымен және тапсырмалармен қамтылған. Оқулық медициналық бағытпен байланыстырылып жасалған. 3  КІРІСПЕ Молекулалық биология – тіршілік құбылыстарының молекулалық негіздері туралы ғылым; генетика, биохимия және биофизика ғылымдарымен тығыз байланысты. Медицина (вирусология, иммунология, онкология, т.б.), ауыл шаруашылығы (жануарлар мен өсімдіктердің тұқым қуалау қасиеттерін белгілі бағытта қадағалай отырып зерттеу) және биотехнология (гендік инженерия, клеткалық инженерия) салаларының теориялық негізі. Негізгі мақсаты – биологиялық ірі молекулалар (ақуыздар, нуклеин қышқылдары) құрылымын барлық деңгейде зерттеу. 1953 жылы ағылшын ғалымы Ф.Крик және АҚШ биологы Дж. Уотсон ДНҚ-ның макромолекуласының құрылымының кеңістіктік моделін жасауы – молекулалық биология ғылымының өз алдына жеке ғылым болып қалыптасуына негіз болды. Қазақстанда молекулалық биология саласындағы ғылыми зерттеулер XX ғасырдың 50-жылдарының аяғында Қазақстан Ғылым Академиясының Ботаника институтында басталды. Академик М.Айтхожинның басшылығымен рибосомалардың құрылымы зерттеліп, соның нәтижесінде рибосомалар мен рибонуклеопротеидтердің (мысалы, вирустар) құрылымында айтарлықтай айырмашылықтар бар екені анықталды. Бұл жаңалық – жануарлар клеткасының цитоплазмасында информосома түрінде болатын ақпараттық РНҚ (аРНҚ) бар екенін көрсетті. Молекулалық биология саласындағы зерттеулер, әсіресе, Қазақстан Ғылым Академиясының молекулалық биология және биохимия институты ашылғаннан кейін (1983) дами түсті. Өсімдік клеткасындағы информосомалар, яғни, бос цитоплазмалық, полисомды- байланысқан және ядролы ақуыздардың (РНҚ-ны қоса) және төменгі молекулалы РНҚ-ның физика-химиялық қасиеттері зерттеліп, олардың өсімдік эмбриогенезі мен дамуы кезінде белок биосинтезі мен биогенезін реттеуге қатысатыны анықталды. Соның нәтижесінде функционалды белсенді әркелкі (гетерогалды) будан рибосомалары құрастырылды. Бұрын белгісіз болып келген өсімдік клеткаларындағы (қалыпты және стресс жағдайында) зат алмасу процесінің маңызды бөліктеріндегі (азотты, көмір сулы, фенолды) ферментті кешендердің реттелу механизмі ашылды. Бұл техникалық және астық дақылдарының бағалы шаруашылық белгілерін қалыптастыру бағытының ғылыми негізін салуға мүмкіндік берді. Азот алмасу кезіндегі маңызды ферменті – НАДФ-ГДГ-ны (никотинамидадениндинуклеотидфосфат-глютаматдегидрогенез) активациялаудың жаңа жолы анықталды. Қазақстан өсімдіктерінен жасалынған биологиялық активті заттардың биотехнологиясы 4  жетілдірілді. Қазір республикада молекулалық биология саласы бойынша: геномды құрастыру, экспрессиясы және оның реттелуі, клетканың маңызды полимерлері белок пен нуклеин қышқылының құрылымы мен қызметі, өсімдіктердің гендік инженериясы, молекулалық иммунология мәселелері зерттелуде. Молекулалық биология және биохимия институты – Қазақстандағы бірден бір, ТМД елдері мен бүкіл дүние жүзіне танымал молекулалық биология, молекулалық генетика мен биоинженерия бойынша жетекші орталық. Белок биосинтезін молекулалық реттеу механизмдері саласында дүние жүзінде теңдесі жоқ нәтижелер алынды. Тұңғыш рет жоғары сатыдағы өсімдіктерде рибонуклеопротеидті бөлшектер – информосомдардың барлық кластары ашылып сипатталды; олардың биогенезі және өсімдіктің эмбриогенезі мен дамуы барысында ақуыздың биосинтездік реттелуге қатысуы зерттелді; белсенді қызмет атқаратын гетерологиялық гибрид (будан) рибосомалар жасалды. Трансляцияларды қоздыру факторлары деңгейінде белоктің биосинтездік реттелуін зерттеу негізінде жануарлар мен өсімдіктер арасындағы елеулі айырмашылықтар анықталды. Қазақстан ғалымдары ашып, жеке зерттеу бағытына айналған өсімдіктекті төменгі молекулалы қоспалар – жоғары сатыдағы өсімдіктер геномы экспрессиясын биореттеуіштерін зерттеу басқа ғыл. мекемелерде дамытылды. Институт ғалымдары Қазақстанда тұңғыш рет жаңа бағыт – адам геномы және тұқым қуалайтын аурулардың молекулалық механизмдері, адамның популяциялық генетикасы зерттеліп, науқас адамның ДНҚ-ндағы мутациялар мен басқа өзгерістерді тоқтату бойынша біршама оң нәтижелер алынды. Институт ғалымдарының жоғары біліктілігі арқасында палеогеномиканың – археологиялық қазба материалдарының негізінде ДНҚ-ны зерттеудің негізі қаланды. Бұл қазіргі Қазақстан аумағын қоныстанған халықтардың этногенезі мен этн. тарихы мәселелерін зерттеуге мүмкіндік берді. Қазіргі заманғы биология ғылымының жаңа бағыты – компьютерлік генетика мен биоинформатика дамыды, соның нәтижесінде фитопатогенез бен тұқым қуалайтын ауруларға төзімділікті туғызатын ДНҚ тізбектері мен гендер іздестірілді. Қатерлі ісікке қарсы табиғи иммунитеттің реттелуі туралы жаңа түсініктер теория жүзінде және эксперименттік негізде дәлелденді; микробтық және жануартекті ақуызды антигендерге гибридомды технология әдісін қолдану арқылы алынған моноклоналды антиденелер негізінде медицина мен эксперименттік биология қажеттіліктеріне арналған диагностикалық тест жүйелері құрылды. Институтта жасалған биоинженерлік зерттеулерді жүргізу моделі – аса маңызды ауыл шаруашылығы дақылдарының клеткалы түрлерін алу технологиясы бірқатар академиялық институттар мен мекемелерде биотехнология әдістерін қолдануға түрткі болды. Дақыл клеткаларын патогендерге төзімді бидайды сұрыптауға қолдану мүмкіндігі негізделіп, бидай мен жүгерінің генетикалық өзгеруін ұдайы өсірудің тиімді жүйесі құрылған. Алғаш рет бидай мен картоптың іn vіtro клеткалары негізінде құрылған космостық биология мен биотехнология жөнінен бірегей бағдарлама жасалып, оны «Мир» ғарыш 5 кемесінде 1991–2000 жылы ғарышкерлер Т.О.Әубәкіров пен Т.А.Мұсабаев, бірқатар ресейлік экипаждар орындады, ал 2001 жылы жаңа халықаралық ғарыш станциясында Мұсабаев өзінің үшінші сапарында алынған нәтижелерді тағы да тексерді. Институтта өткізілген ірі халықаралық конференциялар мен симпозиумдар, халықаралық алдыңғы қатарлы басылымдарда жарияланған еңбектер, шетелдік патенттер – бұл ғылым ордасы ғылыми жетістіктерінің әлемге танылғандығының куәсі. Институтқа академик М.Ә.Айтхожин есімі берілген. Молекулалық генетика - организмдердің өзгергіштік және тұқым қуалау қасиеттерінің молекулалық негізін зерттейді. Молекулалық генетика XX ғасырдың 40 – 50-жылдарында генетикалық мәселелерді шешуде физика мен химия ғылымдарының жетістіктерін пайдаланудың нәтижесінде пайда болды.Молекулалық генетиканың ең негізгі жетістіктері – геннің химиялық құрылымының анықталуы (1953), организмнің тұқым қуалау ақпаратының қолдануы мен оны жазылу әдісін талдау, гендік инженерия әдістерін зерттеу болып табылады: Медициналық генетика— тұқым қуалайтын аурулар, олардан сақтану, оларды анықтау және емдеу туралы ғылым, генетиканың бір саласы. Медициналық генетиканың дамуына молекулалық генетика ашқан ғылыми жаңалықтардың тигізетін әсері зор. Осы заманның молекулалық генетиканың негізгі шешетін мәселесі — тұқым қуалаушылықтың молекулалық негізін анықтап, оның механизмін зерттеу. Бұл — жасуша тіршілігін және тірі жүйедегі организмдердің барлық деңгейдегі биологиялық бағыну тәртібін анықтайды. Бүгінгі таңда тұқым қуалайтын 1 мыңнан аса ауру түрлері бар, соның 400-ден астамы бір ғана ген мутациясының себебінен болады. Жаңа туылған нәрестелердің орта есеппен 5%-ындағы кемтарлық олардың генетикалық материалына тікелей байланысты. Гендік терапия ауру адамның соматикалық немесе ұрықтық (алғашқы дамуы стадиясында) клеткасындағы кемістікті түзетумен байланыстырыла жүргізіледі. Бірақ мұндай емдеудің қиыншылығы — геннің жеткізілу механизмімен тығыз байланысты, яғни ген қажетті жасушаға дұрыс жеткізіліп, организмнің жұмыс істеу қабілеті жақсарып, оған ешқандай қауіп- қатер төнбеуі керек. Қазіргі уақытта гендік терапия тұқым қуалайтын ауруларға бейім адамдарды, жұқпалы, тағыда басқа ауруларды емдеуде жиі қолданылады. Мысалы, меланома, гемофилия, анемия, гиперхолестеринемия, Паркинсон ауруы, Дюшени бұлшық ет дистрофиясы, атеросклероз. Болашақта молекулалық генетиканың жетістіктерін тек тұқым қуалайтын ауруларды ғана емес, қатерлі ісік және созылмалы вирустық инфекция ауруларын емдеуде қолдану көзделіп отыр. Мысалы, осы күні меланоманы емдеуде лимфоцитті пайдаланады, себебі, зақымданған органға лимфоцит енгізу — жақсы нәтиже беруде. Қазақстандағы медициналық генетика саласындағы зерттеулер 20 ғасырдың басынан басталады. Қазір медициналық генетикамен Ана мен баланың денсаулығын қорғайтын ғылыми-зерттеу орталығы, ҚазҰМУ, Ақмола, Семей, Қарағанды, Батыс Қазақстан медицин 6 академиялары, Жалпы генетика және цитология, Қазақ онкология және радиология ғылыми-зерттеу институттары, тағыда басқа мекемелер шұғылданады. I БӨЛІМ. АҒЗАЛАР ТІРШІЛІГІНІҢ ЖАСУШАЛЫҚ ЖӘНЕ МОЛЕКУЛАЛЫҚ-ГЕНЕТИКАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ 1.1. Ақуыз және нуклеин қышқылдарының құрлысы мен қызметі Нуклеин қышқылдары – ДНҚ Ақуыз молекуласы сияқты, ДНҚ молекуласы да биологиялық полимер. ДҚ-ның молекулалық салмағы 10 млн. болады, кейбір жағдайда (ақуыздың биосинтезіне байланысты) 50-100 млн-ғы дейін жетеді. ДНҚ полимерлері мен мономерлерінің ролін комплементтік негізіне сәйкес бірінене кейін бірі орналасатын нуклеотидтер атқарады. Нуклеин қышқылдары ең алғаш жасушаның ядросынан табылды, ол латынша «нуклеус» - ядро деген мағынаны білдіреді. Сондықтан нуклеин қышқылдары деп аталған. Нуклеин қышқылдарының 2 түрі бар: дезоксирибонуклеин «ДНҚ» және рибонуклеин «РНҚ». ДНҚ-ның құрылымы, саны және қасиеттері. ДНҚ-ң құрылымын зерттеген көптеген тәжірибелердің нәтижесінде, 40–жылдардың аяғында төмендегідей мәліметтер белгілі болды: ДНҚ 4 нуклейдтен (аденин, гуанин, цитозин, тимин) тұрады. Олардың алдыңғы екеуі екі, ал қалғандары бір сақинадан құралған. әр нуклеотид бесбұрышты қантпен коваленттік байланыс арқылы қосылған фосфат тобымен азоттық негізден тұрады. нуклеотидтер бір-бірімен қант және фосфор тоб... Нуклеин қышқылдары барлық тірі ағзалардың жасушаларындағы генетикалық ақпараттың тасымалдаушысы болып саналады. Олар молекулалық салмағы жоғары, күрделі биополимерлер (1 сурет). 7  НҚ мономерлері – нуклеотидтер, соған байланысты НҚ полинуклеотидтік тізбек деп атауға болады. Әр нуклеотидтің құрамына үш зат кіреді: 1 – бескөміртектік моносахарид (пентоза); 2 – фосфор қышқылының қалдығы; 3 – азоттық негіздер (аденин(А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) немесе урацил (У). Азоттық негіздердің екеуі пуриндер класынан (А және Г), үшеуі – пириминдер класынан (Т,У және Ц) тұрады. Фосфор қышқылының қалдығы пентозамен 5'-көміртегі арқылы, ал азоттық негіз 1'-көміртегі арқылы байланысады (2 сурет). Бірінші нуклеотидтің фосфор тобы мен келесі нуклеотидтің құрамындағы қанттың арасында пайда болатын коваленттік байланыс арқылы нуклеотидтер бір- біріне жалғасып тізбек құрайды. Әрбір келесі нуклеотид алдыңғы нуклеотидтің 3'-бұрышына жалғасады (3 сурет). Нуклеин қышқылдарының екі түрін ажыратады – ДНҚ және РНҚ. Олардың құрылымдық және функциональдық сипаттамалары төмендегі кестеде көрсетілген. 3 сурет Нуклеотидтік тізбектің түзілуі Сипаттары ДНҚ РНҚ 1. Молекулалық Комплементарлылық принцип Бір полинуклеотидтік тізбек құрылымы бойынша А мен Т; Г мен Ц арасында пайда болатын сутектік байланыстар арқылы қосылған екі қарама – қарсы бағытталған полинуклеотидтік тізбектен тұратын биспираль (4 сурет) (А=T, Г=Ц; А+Г=Ц+Т арақатынас – Чаргафф ережесі). 2. Нуклеотидтер 1. Азоттық негіздердің түрлері 1. Азоттық негіздердің түрлері – құрамы – А, Т, Г, Ц У (Т орнына), А, Г, Ц 2. Моносахаридтің түрі – 2. Моносахаридтің түрі - рибоза 8  дезоксирибоза 3. Қасиеттері 1. Авторепродукцияға (екі 1. Авторепродукцияға еселену) қабілеттілігі бар. Ескі қабілеттілігі жоқ. РНҚ-ның ДНҚ – ның әр тізбегі жаңа барлық түрлері ДНҚ тізбектің синтезделуінде қалып молекуласының бір тізбегін (матрица) ретінде қолданылады қалып ретінде қолдана отырып (репликация процесі). синтезделеді (транскрипция 2. ДНҚ – ның нуклеотидтік процесі) құрамына түрлік ерекшелік тән 2. РНҚ-ның нуклеотидтік бірақ әр ағзаның барлық құрамында түрлік ерекшелік жоқ жасушаларындағы ДНҚ бірдей және бір ағзаның әр болады. жасушасында РНҚ түрлері (әсіресе ақпараттық РНҚ) айрықша болуы мүмкін. 4. Қызметтері 1. ДНҚ – ақпараттық қалып Тұқым қуалау ақпаратын жүзеге өйткені оның бойына барлық асыру қызметі. РНҚ қызметіне тұқым куалайтын ақпарат қарай үш түрге бөлінеді жазылған. 1.аРНҚ– ақпаратты ДНҚ 2. ДНҚ тұқым қуалау молекуласынан алып, ақпаратын ұрпақтан ұрпаққа цитоплазмадағы ақуыз өзгермей берілуін қамтамасыз синтезделетін жерге жеткізеді етеді. 2.тРНҚ-аминқышқылдардың арнайы тасымалдаушысы, трансляция кезінде адаптор ретінде кодондарды тану процесін қамтамасыз етеді. 3.рРНҚ-рибосоманың құрылым дық бөлігі, рибосоманың аРНҚ- ны танып байланысуын қамтамасыз етеді. 9  4 сурет. ДНҚ молекуласының құрылысы Барлық ағзалардың жасушалары ақуыздың жүздеген, мыңдаған түрлерінен тұрады. Ағзалардың әр мүшесіндегі жасушаларда сол мүшеге тән айрықша ақуыз болады. Сондай-ақ бір түрге жататын өсімдіктер мен жануарларда олардың басқа мүшелерінде кездеспейтін арнайы ақуыз тобы бар. Сондықтанда, дене құрылысы мен пішіні бірдей (бір жұмыртқадан дамыған егізден басқа) ағза табиғатта кездеспейді. Олардың әр түрлілігін құрамындағы ақуыз құрылымының сан алуандығының нәтижесі деп түсіну керек. Осыншама көп түрлі ақуыздың физикалық, химиялық қасиеттерінің де алуан түрлілігі таңқаларлықтай. Сол қасиеттердің бірі – ақуыздың судағы ерекшелігінің әртүрлі дәрежеде болуы: көпшілігі тез ерісе, екіншілері аз ериді, ал үшіншілері мүлдем ерімейді. Сондай-ақ, ақуыздың сыртқы орта жағдайларының әсеріне төзімділігі де біркелкі емес. Кейбір ақуыз әлсіз жарықтың түсуінен немесе сәл ғана жанасудан өзгеріске ұшыраса, басқалары орташа температураның шамалы өзгерісіне де тұрақсыздық қасиет көрсетеді. Ақуыздың атқаратын қызметі. Ақуыздың жасуша тіршілігінде атқаратын қызметі орасан зор. 1. Ақуыз құрылыс материалы болып табылады. Жасушамен цитоплазма органоидтарының жарғақшалары ақуыздан құралған. Жануарлардың мүйізі, тұяғы, тырнағы, қауырсыны, түктері, сіңірлері, шеміршектері, қан тамырларының қабырғасы және т.б. негізінен ақуыздан тұрады. 2. Көптеген ақуыз – ферменттер катализаторлық қызмет атқарады. Олар жасушадағы химиялық реакциялардың жүруін ондаған, жүздеген, тіпті миллион есе тездетеді. Ферменттер бірімен бірі әрекеттесетін 10  қосылыстармен уақытша байланысқа түсіп, реакцияның жүру жолын өзгертеді. 3. Ақуыз қозғалысты қамтамасыз ету қызметін атқарады. Мәселен, адам мен жануарлардағы бұлшықеттердің жиырылуы, талшықтар мен кірпікшелі кебісшенің қозғалысы, т.б. 4. Ақуыз тасымалдау қызметін атқарады. Мысалы, қандағы гемоглобин ақуызы өкпеден сіңіріп алған оттегін дененің бүкіл ұлпалары мен мүшелеріне таратады. 5. Ақуыздың қорғанышытық қызметінің де маңызы зор. Антиденелер деп аталатын арнайы ақуыз ағзаға келіп түскен бөгде заттарды залалсыздандыра алады. 6. Ақуыздың айрықша қызметі – хабар беру. Жасуша жарғақшасының сыртқы қабатында орналасқан ақуыз молекулалары сыртқы орта жағдайларының жағымсыз әсерінен өздерінің төртінші, үшінші реттік құрылымдарын өзгерте алады. Мұны сыртқы орта жағдайында жасушаға берілген хабар немесе бұйрық деп түсіну керек. 7. Ақуыз басқа қосылыстар тәрізді энергиялық қызмет те атқарады. Жасушадағы аминқышқылдарына дейін, ал аминқышқылдардың біразы одар әрі өте қарапайым заттарға дейін ыдырайды. Осының нәтижесінде ыдыраған әр грамм ақуыздан 17,6кДж энергия босап шығады. 1.2. Цитоплазмалық тұқым қуалаушылық Генетика ғылымының негізін қалаушылар Г.Мендель, Т.Морган және олардың шәкірттерінің еңбектері нәтижесінде қалыптасқан тұқым қуалаушылық теориясын хромосомалық немесе ядролық тұқым қуалаушылық деп атаймыз, себебі бұл тұқым қуалаушылық ядромен байланысты. Дегенмен, генетика ғылымының дамуында ядролық тұқым қуалаушылық теориясы тұрғысынан түсіндіруге болмайтын көптеген деректер жинақталған. Осы деректерді түсіндіру үшін тұқым қуалаушылық процесіне тек қана ядро емес, сол сияқты цитоплазма да қатынасады деген пікір пайда болды. Егер тұқым қуалаушылық материалы – ДНҚ молекуласы болып саналатын болса, ол негізінен (90 пайызға жуығы) ядрода шоғырланған, ал 10 пайыздай бөлігі цитоплазмада - митохондрияда, хлоропласттарда кездеседі (5 сурет). Митохондрияда, хлоропласттарда ДНҚ-мен бірге рибосомаларда кездеседі, демек осы органеллаларда өздігінен ақуыз синтезделініп, олар өз бетінше көбейіп, жасушадан жасушаға беріле алады. Мысалы, тек күн сәулесінің әсерімен протопластидтерден хлоропласттар түзілетіні белгілі, ал қараңғыда олар протопластид күйінде қала береді. Егер радиация әсерімен протопластидтердің ядросын жойсақ онда олар хлоропласттарға айнала алады, ал егер цитоплазмасын жойсақ хлоропласттарға айнала алмайды. Демек протопластидтердің хлоропластқа айналуы, яғни хлорофил синтезделуі, ядро емес цитоплазма қасиетіне байланысты болғаны. Осылайша 1908 жылы К.Корренс цитоплазмалық 11 (пластидтік) тұқым қуалаушылықты, ал 1949жылы Б.Эфрусси ашытқы саңырауқұлағын зерттеп митохондриялық тұқым қуалаушылықты ашты. Цитоплазмалық тұқым қуалаушылық осы органоидтарда кездесетін сақиналы ДНҚ-ға байланысты. Адам митохондриясының геномы 16569нж тұратын сақиналы ДНҚ күйінде болады, онда р-РНҚ, т-РНҚ, с,в-цитохром т.б ақуыздардың гендері кездеседі. 5 сурет.Цитоплазмалық тұқым қуалаушылық Цитоплазмалық тұқым қуалаушылық жасушада ядродан тыс орналасқан гендер арқылы беріледі, оларды плазмогендер, ал олардың жиынтығын плазмон деп атайды. Тұқым қуалаушылықтың мұндай түрі аналық жыныс жасушасы арқылы беріледі, себебі сперматозоидтарда цитоплазма болмайды. Аналық жыныс жасушасы арқылы хламидомонаданың стрептомицин және т.б. антибиотиктерге төзімді болу қасиеті өсімдік жапырақтарында ақ дақтардың болуы, кейбір өсімдіктердің гүлдерінде аталықтардың жетілмеуі т.с.с. белгілер беріледі. Кейбір отбасыларда үш ұрпақ бойына 79 қыз туылып, бірде-бір ұл баланың туылмауын да осы цитоплазмалық тұқым қуалаушылық арқылы түсіндіруге болады. Плазмогендерді екі топқа бөлуге болады: 1) ДНҚ-сы болатын жасуша органеллаларының гендері (митохондриялар, хлоропласттар); 2) жасуша симбионттарының (вирустар, плазмидалар) және инфекция арқылы жасушаға енген гендер. 12  Екі топтың да плазмогендері ядролық гендерге ұқсас болады, олар өздігінен екі еселенеді, ұрпақтан-ұрпаққа бірдей мөлшерде беріліп, мутацияланады. Олар кейбір өте қажетті ферменттердің синтезделуін реттеп, маңызды белгілерді қалыптастыру үшін қажет. Молекулалық биология, биохимия және генетика ғылымдарының соңғы онжылдықта қарқынды дамуы нәтижесінде оның жаңа саласы- генетикалық инженерия қалыптасты. Генетикалық инженерия дегеніміз жасушада өздігінен көбейе алатын, белгілі бір затты синтездеуге қабілетті, тұқым қуалаушылық материалдарын қолдан жасайтын молекулалық биологияның жаңа саласы. Генетикалық инженерия 1972 жылдан бастап дамып келеді. Осы жылы Берг алғаш рет ішек бактериясы мен бактриофаг ДНҚ-ларынан құрылған жасанды гибридтік ДНҚ молекуласын құрастырған. Генетикалық инженерия ғылымының өзіне тән әдістері болады, олар: 1) қажетті гендерді ДНҚ молекуласынан бөліп алу; 2) оларды қолдан көбейту; 3) ол генді басқа жасушаға - иесіне енгізіп жұмыс істету. Осы операциялардың бәрін плазмиданы пайдалану арқылы жүргізеді. Плазмидалар дегенімізжасушада тұрақты күйде кездесетін және хромосомамен байланыссыз дербес тұқым қуалау факторы. Плазмида деген терминді 1952 жылы Ледерберг енгізген болатын. Плазмидалар сақина тәрізді ДНҚ молекуласынан тұрады. Оларға митохондрия, хлоропласттар, бактериялардың тұқым қуалаушылық аппараты жатады. Плазмидалар хромосомамен қосылып, эписоманы пайда етеді де активтенеді. Плазмидалар генетикалық инженерия саласында жиі пайдаланылады, себебі оған кез келген қажетті генді жалғауға, содан кейін оны бактерия жасушасына ендіруге және көбейтуге болады. Алғашқы плазмиданы ерекше ферменттер - рестриктазалар арқылы "кеседі" және қажет генді бөліпалады. Содан кейін сол генді плазмида - векторға "тігіп" енгізеді. Оны “тігу” үшін ДНҚ - лигаза ферменттерін пайдаланады. Содан кейін сол гибридтік плазмиданы “иесінің” жасушасына, әдетте ішек бактериясы жасушасына енгізеді. Гендік терапия дегеніміз - ағзаның сомалық жасушаларында және гаметаларында не зиготаның дамуының бастапқы сатыларында пайда болған генетикалық бұзылыстарды жөндеу болып табылады. 1.3.ДНҚ молекуласының репликациялану механизмдері ДНҚ молекуласының ең маңызды қасиеттерінің бірі: оның өздігінен екі еселенуі (репликациялануы) болып саналады. ДНҚ репликациялануының негізінде тұқым қуалаушылық туралы ақпарат ұрпақтан-ұрпаққа өзгеріссіз, бірдей мөлшерде беріліп отырады және ұрпақтардың жалғасуын қамтамасыз етеді. ДНҚ молекуласының репликациялану қасиеті 1953 жылы Дж Уотсон және Ф.Криктің ДНҚ молекуласының құрылысының қос спиральді болатындығын ашқаннан кейін белгілі болды. Теория күйінде ДНҚ молекуласының репликациялануының 3 түрлі әдісі болжамданған: 13  1) консервативті; 2) жартылай консервативті; 3) дисперсті репликациялану. Көптеген тәжірибелер нәтижесінде ДНҚ молекуласының репликациялануы жартылай консервативтік жолмен жүретіндігі дәлелденді. Оны 1958 жылы М.Мезельсон және Ф.Сталь Е.соlі жасушасында байқаған. Қазіргі таңда ДНҚ молекуласының сырт пішінінің 3 түрлі нысаны белгілі: тұрақты сақиналы ДНҚ молекуласы (бактериофагтар), құбылмалы сақиналы ДНҚ молекуласы (бактериофагтар), сызықты ДНҚ молекуласы (прокариоттар және эукариоттар). Осыған сәйкес ДНҚ молекуласының жартылай консервативті репликациялануының 3 түрлі әдісі белгілі: 1) тета репликация; 2) сигма репликация; 3) У - тәрізді репликация. Тета репликация тұрақтысақиналы ДНҚ молекулаларынатән. Ол ДНҚ сақинасыныңбірнүктесіненбасталып, қарама – қарсы бағытына қарай ісініп, репликацияланудың белгілі біркезеңінде грек алфавитінің тета - Ө әріпіне ұқсас құрылымын пайда етеді. ДНҚ молекуласының спиральдері Д.Уотсон - Ф. Криктің қос спиральді моделіне сәйкес бір-біріне антипаралельді болып келеді, яғни репликативтік айырда оның З? және 5? ұштары бір-біріне қарама-қарсы орналасады. Ал, ДНҚ синтезі белгілі бір бағытта жүреді, яғни ДНҚ полимераза дезоксирибонуклеотидтерді "РНҚ праймерге" және бір-біріне 3?-ОН ұштары арқылы жалғайды. Демек, ДНҚ синтезі спиральдің 5? -ұшынан З? -ұшына қарай жүреді (6 сурет). Сондықтан репликативтік ашаның бір спиралінде ДНҚ үзіліссіз тізбек синтезделінеді, оны лидерлік тізбек, ал екіншісінде үзіліп-үзіліп жүреді, оны ілесуші тізбек деп атайды. Екінші ілесуші тізбекте синтезделінетін ДНҚ үзінділерін фрагменттері деп атайды, себебі бұл құбылысты 1968 Р.Оказаки ашқан болатын. Оказаки фрагменттері ДНҚ лигаза ферментінің қатынасуымен бір-біріне жалғанады. 14 ДНҚ репликациясына мынадай ақуыздар қатынасады: 1) хеликаза - ДНҚ молекуласының қос спиралінің ширатылуын ажыратады, репликативтік айыр пайда болады; 2) SSВ ақуыздар - ажыраған ДНҚ жіпшелеріне жабысып, күні бұрын бір- бірімен жанасуын болдырмайды; 3) топоизомераза - ДНҚ молекуласындағы тізбектердің ыдырауынан пайда болатын үлкенді-кішілі түйіндерді жояды; 4) ДНҚ - полимераза ДНҚ синтезін, яғни бір-бірімен фосфодиэфирлік байланыс арқылы жалғасушы фермент; 5) праймаза - "РНҚ праймерді" синтездейді; 6) 5?-3?-экзонуклеаза - "РНҚ праймерді" жояды, репарацияға қатыспайды; 7) 3?-5? –эндонуклеаза - репликация қателіктерін жөндеуге қатынасады; 8) ДНҚ-лигаза-Оказаки фрагменттерін бір-біріне 3?-ОH және 5?-РО4, ұштарымен жалғайды; 9) эндонуклеаза - ДНҚ репарациясына қатынасады. Репликация - ДНҚ-ның екі еселену процесі-көбінесе жасушаның бөліну алдында жүріп, жасушаның бірқатар ұрпақтарында хромосомалар санының тұрақтылығын қамтамасыз етеді. Эукариоттардағы ДНҚ репликациясының ерекшеліктері: 1. Репликация жартылай консервативті әдіспен жүреді. Ескі ДНҚ-ның әр тізбегін қалып ретінде пайдаланып, ДНҚ полимераза ферменті комплементарлы принцип бойынша бос нуклеотидтерден екінші тізбекті түзеді. Ол үшін тізбектер арасындағы сутектік байланыстар үзіліп, ДНҚ-ның екі тізбегі бір-бірінен ажырап, босаңсып, "репликация айырын" түзеді. 2. ДНҚ молекуласының аса ұзын болуына байланысты репликация бірден бірнеше жерден басталып (полирепликонды түрде), екі бағытта келесі "репликативті айырмен" кездескенше жүреді. Репликацияның басталатын жері нуклеотитдердің арнайы ретімен анықталып "инициация нүктесі" деп аталады. Олардың саны әр хромосоманың ДНҚ-сында нақты белгілі болады. Репликацияның басталу нүктесінен келесі "репликация айырымен" кездесетін жерге дейінгі ДНҚ-ның бөлігі репликон деп аталады - бұл репликация бірлігі. Прокариоттар мен органоидтардағы (митохондриялар мен пластидтер) ДНҚ молекуласының хромосомалық ДНҚ-нан айырмашылығы – оларда тек бір "инициация нүктесі" болады. Сондықтан олар бір репликон деп саналады. 3. Жасушадағы ДНҚ-ның репликациясы жасушалық цикл кезеңінде жүреді. Бірақ репликондардың репликациясы біркелкі емес, асинхронды түрде жүреді. Мысалы, рРНҚ туралы ақпараты бар ДНҚ бөліктері S- кезеңінің басында екі еселенеді де, басқа бөліктері кейін еселенеді. Митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы көбінесе жасушаның әрбір бөлінуі алдында G-кезеңінде болып кетеді. Ал бөлінбейтін жасушаларда (мысалы: бауыр жасушалары) митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы физиологиялық ескіруге байланысты митоздық циклдің фазаларында тәуелсіз жүреді. 15  4. НҚ синтезі тек 5 -3 бағытта жүретін, ал ДНҚ тізбектерінің қарама- қарсы (антипаралельді) болғандықтан, ДНҚ-ның бір тізбегі үздіксіз түзіліп, лидерлік деп, екіншісі соңынан бір тізбекке жалғанатын кішірек үзінділер (Оказаки фрагменттері) түрінде синтезделіп, ілесуші тізбек деп аталады. 1.4. Гендердің экспрессиялануының реттелу механизмдері Гендердің қайта құрылуы және әсері ДНҚ, РНҚ және ақуыз синтезделу матрицалық процестерімен тығыз байланысты. Осы процестер арқылы генетикалық ақпарат іске асырылады. Гендер активтілігін реттеу принциптерінің негізін Ф.Жакоб пен Ж.Моно 1961ж. E.coli бактериясын (ішек таяқшасы) зерттеу барысында ашқан. Эукариоттарда гендердің транскрипциясының реттелуі күрделі түрде жүреді. Әр ген бірнеше реттеуші генмен бақылануы мүмкін. Сонымен қатар, гендердің активтілігі генетикалық ақпараттың жүзеге асырылуының барлық кезеңдерінде (репликация, транскрипция, трансляция және а-РНҚ-мен полипептидтік тізбектердің пісіп жетілуі) реттеледі. Бұл кезде хроматиннің тығыздалу деңгейіне жауапты гистондық ақуыздардың да рөлі зор. Эукариоттардағы гендік активтілікті реттеу мысалы ретінде альтернативтік сплайсинг деген құбылысты да келтіруге болады. Бір про-а-РНҚ-лар, оларға сай түрлі полипептидтік тізбектер пайда болады (иммуноглобулиннің гендері). Осы бағыттағы соңғы жаңалықтардың бірі-геномдық импритинг- гаметогенез сатысында хромосомадағы бірнеше гендер топтарының активтілігінің басылуы. Гендердің экспрессиялануының реттелу механизмдерін зерттеу үшін прокариоттар өте қолайлы объект болып саналады, себебі олардың геномдары не бары бірнеше гендерден құралған және олар өте тез көбейе алады. Сонымен қатар, гендердің экспрессиялануының реттелу механизмдері прокариоттарда да, эукариоттарда да ұқсас жүретіндігі анықталды. Гендердің экспрессиялануының реттелу механизмін зерттеуде ішек бактериясы – Escherichia coli өте қолайлы объект болды. E.coli тіршілігі үшін қалыпты энергия көзі болып глюкоза саналады. Егер де тіршілік ортасында глюкоза болмаса ол лактозаны пайдалануға көшеді. Осы кезде 7 сурет. Гендердің экспрессиясы 16 жасушада лактозаны ыдырататын β-галактозидаза ферменті синтезделуі қажет. β - галактозидаза ферменті дисахарид - лактозаны галактозаға және глюкозаға ыдыратады. E.coli жасушасында β - галактозидаза ферментінің синтезделуі қоректік ортада лактоза болған жағдайда индукцияланады, ал оның мөлшері азайса не мүлдем болмаса бұл ферменттің синтезделу қарқыны да азаяды немесе тоқалады. β - галактозидаза ферменті синтезделу үшін E.coli ДНҚ- сындағы Lac - Z деген ген транскрипцияланып, оның а-РНҚ - сы түзілуі қажет β - галактозидаза ферментінің синтезделу қарқыны индукцияланғаннан кейін 1000 есеге дейін көбейеді және ол қоректік ортада индукторлактоза болса бір деңгейде ұзақ уақыт сақталынады. β - галактозидаза ферментінің лактозадан басқа индукторы ретінде оның ыдырауында пайда болатын аралық зат - аллолактоза да саналады. Ортада индуктордың (лактоза не аллолактоза) азаюы не жойылуы β - галактозидаза а-РНҚ - сының нуклеотидтерге ыдырап жойылуына алып келеді. А-РНҚ-ның тіршілік ұзақтығы бірнеше минутқа ғана тең, сондықтан да бір деңгейде синтезделіп тұруы үшін ол үнемі индукцияланып тұруы қажет, яғни ортада лактоза не аллалактоза болуы қажет. Сонда ғана а-РНҚ - ның ыдырауы мен синтезделуі теңеседі, жасушада β - галактозидаза ферменті бір қалыпты синтезделінеді. Бактерия гендерінің экспрессиялануының реттелуін зерттеуде Ф. Жакоб және Ж. Моно еңбектерінің маңызы өте зор. Олар өздерінің тәжірибелерінің нәтижесінде 1961 жылы гендердің экспрессиялануының реттелуінің оперондық теориясын ұсынды (7 сурет). E.coli жасушасында лактозаны толық ыдырату үшін бір-бірімен тығыз байланысқан екі геннің өнімі қажет. Олар - β - галактозидаза ферментін анықтайтын - Lac – Z+ гені. β – галактозидаза ферментінің қызметі белгілі, ал пермеаза ферменті E.coli жасушасына лактозаны белсенді тасымалдау қызметін атқарады. Осы екі генмен қатар орналасқан үшінші ген де болады, ол Lac – А+ гені. Lac – А+ гені тиогалактозидтрансацетилаза ферментін анықтайды. Ол жоғарыда келтірілген 2 генмен Lac – Z+, Lac - У+, тығыз байланысып кластерлік гендер кешенін құрайды, бірге реттелінеді, бірге транскрипцияланады, бірақ лактозаның ыдырауына қатыспайды. Бұл үш геннің бірге индукциялануының нәтижесінде бір полицистронды а-РНҚ синтезделінеді. Ф. Жакоб және Моно өздерінің тәжірибелері нәтижесінде мынадай болжам жасады: Z+,У+,А+ кластерлі гендердің транскрипциялануы оператор (О+) деп аталатын геннің бақылауында болады, ал оператордың қызметі өз кезегінде репрессор деп аталатын (І+) ген арқылы реттелінеді. Репрессор екі түрлі қызмет атқарады: 1) егер ортада индуктор (лактоза, аллалактоза) болмаса, оның өнімі - репрессор - ақуыз молекулалары операторды (О+) “тығындап” әрі қарай Z+,У+,А+ гендеріне ақпаратты өткізбей олардың транскрипциялануын болдырмайды; 2) ал егер ортада индуктор (лактоза, аллалактоза) болатын болса, онда индуктор молекулалары (лактоза, не аллалактоза) репрессор - ақуыз молекулаларына жабысып, қосылып оларды активсіздендіреді, сондықтан активсізденген репрессор молекулалары 17 операторды (О+) “тығындап” жаба алмай, ақпарат әрі қарай Z+,У+,А+ гендеріне өтіп олардың транскрипциялануына “рұқсат” беріледі. Осы гендердің транскрипциялануы промотор учаскесінен басталады. Ф. Жакоб және Моно - Z+,У+,А+ гендерінен және оператор, промотор учаскелерін оперон деп атаған. Сонымен гендердің экспрессиялануының реттелуіне 3 түрлі реттеуші элементтер қатынасады. 1) реттеуші ақуыздар – транскрипцияның инициациялануында не тежелуінде РНҚ полимераза ферментінің активтігіне әсер ететін ақуыздар (репрессор); 2) эффекторлар - ұсақ, ақуыз емес заттар, олар реттеуші ақуыз молекулаларымен қосылып олардың активтігіне әсер етеді (индукторлар - лактоза, аллалактоза); 3) реттеуші нуклеотид тізбектері – ДНҚ молекуласында болатын кейбір реттеуші нуклеотид тізбектері (промотор, терминатор). Реттеуші ақуыздардың осы учаскелерге тигізетін әсерінің нәтижесінде а-РНҚ синтезінің активтігі реттелінеді. 1.5.Транскрипциялану және РНҚ синтезінің механизмдері ДНҚ молекуласының транскрипциялану механизмі прокариоттар жасушасында жақсы зерттелген. Транскрипция жүру үшін ДНҚ молекуласының жіпшелері кем дегенде 2 өрім бойына бір-бірінен ажырауы қажет. Транскрипция промоторлық учаскеден басталып терминаторлық учаскемен аяқталады. РНҚ синтезін жүргізуші, яғни рибонуклеотидтерді бір-біріне жалғастырушы ферментті- РНҚ-полимераза ферменті деп атайды. РНҚ-полимераза молекуласының негізін 4 компоненттен тұратын кофермент құрайды. Коферментке бір ақуыз- сигма (б) ақуыз, жалғанса ол РНҚ-полимеразаның холоферментіне яғни актив күйіне айналады (8 сурет). Сигма ақуыз ДНҚ молекуласының промоторлық учаскесін дәл табады және бір-бірінен ажырасқан ДНҚ жіпшелерінің қайсысы матрица (қалып) қызметін атқаратынын анықтайды. РНҚ синтезі басталғаннан кейін сигма ақуыздың қажеті болмайды, сондықтан ол холоферменттен ажырап түсіп қалады, ал оның орнына басқа бір ақуыз nus-А генінің өнімі келіп қосылады. Nus-А гені өнімнің қызметі ДНҚ молекуласының терминациялық учаскесін танып, транскрипция процесін тоқтату. Синтезделген РНҚ-молекуласының ДНҚ-спиральдерінен ажырап бөлініп шығуы үшін тағы бір ақуыз қажет ол ро (р) фактор деп аталынады. 18  8 сурет. Транскрипция жобасы Эукариоттар ДНҚ-сының транскрипциясы жалпы алғанда эукариоттарға ұқсас, дегенмен біршама ерекшеліктер де кездеседі. Мысалы: прокариоттарда РНҚ – ның 3 түрі де (а-РНҚ, т-РНҚ, р-РНҚ) бір РНҚ полимераза ферменті арқылы синтезделінеді, ал эукариоттарда олардың әрқайсысы тек өздеріне ғана сәйкес РНҚ-полимеразалар арқылы синтезделеді: р-РНҚ-РНҚ-полимераза-І арқылы; а-РНҚ-РНҚ-полимераза-ІІ арқылы; т-РНҚ-РНҚ-полимераза-ІІІ арқылы. Прокариоттар гендерінің құрылысы қарапайым, ол тек мағыналы нуклеотид тізбектерінен тұрады және түгел транскрипцияланып бірден цитоплазмаға өтіп трансляция үшін матрица бола алады. Ал эукариоттар гендерінің құрылысы күрделі, ол мағыналы және мағынасыз учаскелерден тұрады. Мағыналы учаскелерін экзондар, мағынасыз учаскелерін интрондар деп атайды. Транскрипция процесінде гендердің экзондық және интрондық учаскелерінің бәрі де бірдей синтезделінеді оны про-а-РНҚ (Гя-РНҚ) деп атайды. Бірақ ол цитоплазмаға өтіп, ақуыз синтезі үшін матрица қызметін атқара алмайды, себебі ол пісіп жетілуі қажет, яғни нағыз а-РНҚ –ға айналуы қажет. Про-а-РНҚ немесе Гя-РНҚ-дан нағыз а-РНҚ пайда болуы үшін оның интрондары қиылып алынып тасталып экзондары бір-бірімен жалғануы қажет. Бұл процесті процессинг және сплайсинг деп атайды. Пісіп жетілген а-РНҚ ядродан цитоплазмаға өтіп ақуыз синтезі үшін матрица қызметін атқарады. Бірінші реттік транскрипциялық өнім-транскрипт немесе ядролық РНҚ-лар қызмет атқаруға қабілетті емес (жетілмеген) және көлемі жағынан цитоплазмалық РНҚ-дан едәуір ұзын болып синтезделеді. Ядролық РНҚ- лардың құрамында ақпарат жазылған учаскелер-экзондар және олардың ара- арасында орналасқан ақпараты жоқ учаскелер-интрондар болады. Сондықтан оларды гетерогендік ядролық РНҚ немесе про-а-РНҚ-ның құрамында 500- ден 50000 дейін нуклеотидтер болады. Гетерогендік ядролық РНҚ бұдан 19 кейін бірқатар құрылымдық өзгерістерге ұшырап, функциональды активті жетілген а-РНҚ-ға айналып цитоплазмаға ақуыз синтезделетін жерге жеткізілуі тиіс. Бұл әрекеттер жиынтығын “процессинг” терминімен белгілейді. РНҚ-сплайсинг. Сплайсинг деп про-а-РНҚ-құрамындағы ақпарат жазылмаған нуклеотидтер жүйесі-интрондардың қырқылып түсіп қалған ақпараты бар жүйелердің немесе экзондардың бір-бірімен жалғанып, тігіліп жетілген, функционалды активті а-РНҚ-ның түзілу процесін айтады. Түрлі гендердегі интрондардың саны түрліше болып кең көлемде ауытқиды. 1.6. Ақуыз биосинтезі Ақуыз биосинтезі тіршіліктің ең маңызды қасиеттерінің бірі, себебі тіршілік процесінде ақуыз молекулалары әртүрлі биохимиялық реакцияларға түсіп ыдырап жойылып отырады, ал олардың орнын толтыру тек жаңа ақуыз молекулаларының синтезделуі нәтижесінде жүзеге асады (9 сурет). Көп жасушалы ағзалардың кейбір гендерінің құрылысын оған сәйкес келетін РНҚ-лармен салыстырып, зерттеу арқылы гендердің ішінде көптеген артық ДНҚ бөліктерінің бар екенін тапты. Ол бөліктерінің ішінде 10-нан 200- ге дейін нуклеотидтен тұратын қажетсіз тізбек болады. ДНҚ -ның ақпараты бойынша осы бос нуклеотидтерден геннің ұзындығына сәйкес келетін а-РНҚ синтезделеді. Ол а-РНҚ - ақпаратты РНҚ деп аталады. А-РНҚ синтезделуге тиісті ақуыз молекуласының құрылымы туралы ақпараттың алғашқы бастамасын ДНҚ молекуласынан көшіріп алады. Синтезделген аРНҚ-ның молекуласында ДНҚ-ның ақпаратына сәйкес келетін бөлігі болса, ол бөлікті арнайы ферменттер кесіп тастайды, осы а-РНҚ-дан алынған бөлікті интрон (ақпарат жоқ бөлігі) деп, ал қалған бөліктерінің бір-бірімен жалғасуын экзон (ақпарат бар бөліктері) деп атайды. Мұндай принциппен а- РНҚ молекуласының ядрода синтезделуін сплайсинг деп атайды. Репликация немесе ДНҚ екі еселенуі барлық тірі ағзалардың бөліну алдында жүреді. Яғни бастапқы (матрицалық) ДНҚ молекуласының негізінде жаңа ДНҚ жіпшелерінің синтезделуі. ДНҚ матрицасының негізінде РНҚ-ның синтезделуі транскрипция деп аталады. Матрицалық ДНҚ-да РНҚ-ның үш түрі түзіледі: ақпаратты РНҚ (а- 20 РНҚ), тасымалдаушы РНҚ (т-РНҚ) және рибосомалық РНҚ (р-РНҚ). Генетикалық ақпарат синтез кезінде а-РНҚ түрінде ДНҚ-дан рибосомаға беріледі, т-РНҚ рибосомаға аминқышқылын жеткізеді. Әр аминкышқылына өз т-РНҚ-сы сәйкес келеді. Рибосоманың маңызды құрам бөлігі р-РНҚ. Трансляция (лат. "tralatіо") - көшіру, аудару деген мағынаны білдіреді. Синтезделуге тиісті ақуыз молекуласының құрылымы туралы ақпаратты ядродағы ДНҚ молекуласы ген түрінде береді. Ол генді а-РНҚ көшіріп, жазып алады. Ақпарат жазылған а-РНҚ молекуласы ядродан әр түрлі ферменттермен қозғалып, цитоплазмаға өтеді. Онда рибосома органоидына келіп, синтез реакциясы басталады. Ақуыз биосинтезі рибосоманың кіші бөлігінде жүреді, ал үлкен бөлігінде полимер түзіледі. Сонымен ақуыз биосинтезі рибосомалар, т-РНҚ, а-РНҚ және аминқышқылдар мен ферменттердің қатысуымен жүреді. Бұл кезде АТФ энергиясы жұмсалады. Рибосомалар а-РНҚ-ның оң жақ ұшына жеткенде, полипептид матрицадан үзіледі. Бұдан кейін ақуыз биосинтезіне қатысқан барлық молекулалар ажырап, ыдырап кетеді. Алғашында ақуыздың бірінші кұрылымы синтезделеді. Реакциясының соңынан оның табиғи үшінші реттік құрылымына, яғни оралымға айналады. Бұл ақуыз синтезінің үшінші сатысы. Синтез аяқталғаннан кейін ақуыз рибосомадан аударылып, эндоплазмалық тордың қуысына түседі. Оның қуысы арқылы жасушаның қай жеріне ақуыз керек болса, сол жерге тасымалданады. Жасуша интерфазасында G1 сатысында өтетін ақуыз синтезі транкрипция және трансляция кезеңдерінен тұрады. Ақпараттық РНҚ-ң ДНҚ тізбегінде түзілу процесі транскрипция деп аталады. Бұл процесте ДНҚ-ға тәуелді РНҚ полимереза ферменті басты рөл атқарады. Транкрипция басталуы үшін алдымен РНҚ полимераза ДНҚ-ң промотор деп аталатын бөлігін тануы шарт. Промотор иницияция учаскесінің алдында орналасады және 40 жұп негізден құралған. Фермент транскрипция нүктесіне дейін шамамен 6-10 негіз қалғанда промотормен байланысады да, ДНҚ оралымын тарқата бастайды, сөйтіп ашық промотор кешені түзіледі. Промотордан кейінгі бірінші нуклеотид бастама нүктесі деп аталады. Синтезделген а-РНҚ ядролық саңылаудан өтіп, бірнеше рибосомамен (2-ден15-кедейін) байланысады, нәтижесінде полисома түзіледі. Полисомода ақуыз синтезі – трансляция өтеді. РНҚ молекуласындағы триплеттер негіздерінің полипептидтік тізбектегі аминқышқылдар тізбегіне аударылуы трансляция деп аталады.Полисомаға ақуыз синтезі үшін қажет аминқышқылдарын т-РНҚ тасымалдайды. Ол үшін т-РНҚ-ның активациясы өтуі керек: аминқышқыл т-РНҚ молекуласының аденинді 3′- ұшына қосылып, аминоацил – т-РНҚ түзіледі. Ақуыз синтезінің басталуының бірінші сигналы болып старт АУГ кодоны саналады, оған формилметионинді (фМет) тасымалтайтын т-РНҚ (т-РНҚ фМет) өзінің УАЦ антикодонымен қосылады. Полипептидтік тізбектің басқа бөлігінде метионинді басқа РНҚ – т-РНҚ фМет-ті тасымалдайды. Ақуыз синтезінің соңы терминациялау 21 кодондары УАА, УГА немесе УАГ (стоп-кодондар) триплеттерінің қызметі арқылы өтеді. Рибосомалар – ұсақ өлшемі 12х25 нм, ядрошықта синтезделетін р-РНҚ мен ақуыздардан тұратын тығыз түйіршіктер. Рибосомалар митохондриялық және олардың ірілеу болатын цитоплазма түрлеріне бөлінеді. Цитоплазмалық рибосомалардың да екі түрін ажыратады: а) еркін рибосомалар; б) гранулды эндоплазмалық тордың және ядроның сыртқы жарғақшаларына бекітілген рибосомалар. Әрбір рибосома үлкен және кіші суббірліктерден тұрады. Ақуыз синтезделуі кезінде кіші суббірлік т-РНҚ және активтелген т-РНҚ-ны байлайды. Үлкен суббірлік құрамындағы пептидилтрансфераза ферменті аминқышқылдар арасында пептидті байланыстар қалыптасуын және өсуші полипептидтік тізбекке аминқышқылдардың қосылуын катализдейді (10 сурет). 10 сурет. Рибосоманың құрылысы Рибосомалардың қызметі – трансляция, яғни ақуыз синтезделу процесі кезінде т-РНҚ-ның кодын оқып, полипептид тізбегін құрастыру. Бір т-РНҚ молекуласы бойында орналасқан бірнеше рибосомалар тізбектеліп, поли-рибосома (полисома) деген кешен құрайды. Олар да еркін немесе жарғақшамен полирибосомалары жасушаның өзіне қажет ақуыздарды, ал грЭПТ-мен байланысқан рибосомалар мен полирибосомалар – экспортқа (сыртқа) бөлініп шығарылатын (яғни секрецияға ұшырайтын) ақуыздарды синтездейді. Биохимия мен молекулалық биологияда ақуыз фолдингі (ағыл. folding ақуызды реттеу) дегеніміз полипептидтік байланыстың орама жасап кеңістік құрылым (үшіншілік құрылым) түзуі. Ақуыздың қызметі дұрыс болу үшін үшіншілік құрылымның маңызы зор. Көптеген аурулардың пайда болуы 22 ақуыздың кеңістіктік құрылымының дұрыс болмауынан туындайды. Фолдингке шаперон ақуыздар қатысады. Жаңадан пайда болған ақуыз тізбегінде орама түзу үшін шаперонды қажет етпегенмен көпшілігі шаперон қатысуымен жүреді. Шаперон (ағыл. chaperones) – ақуыздың үшіншілік құрылымының зақымданған бөлігін қайта қалпына келтіретін ақуыздар класы. Шаперон барлық тірі ағзаларда кездесіп, ақуызбен ковалентті емес байланыста АТФ гидролизі энергиясын пайдалану арқылы ақуыз түйінін шешеді. Жылу ақуыз фолдингіне қатты әсер етсе, ал кейбір шаперондар ақуыздың дұрыс емес оралым түзуінде пайда болған зақымдануды түзетуге қатысады. Басқа шаперондар рибосомадан жаңа тараған ақуыздар фолдингіне қатысады. Пострансляциялық қайта құрулар немесе модификациялар нәтижесінде ақуыз нақты кеңістік құрылымының қалыптасу процесін фолдинг деп атайды. Ал осы процестің жүруін қамтамасыз ететін ақуыздар-шаперондар деп аталады. Шаперондар ақуыз молекулаларының өзара әрекеттесуінде жасушалардың болмауын қадағалап, дұрыс қалыптасуын бақылайды. Осы аталған посттрансляциялық модификациялар аяқталғаннан кейін ғана ақуыз ағзадағы арнайы қызметін атқаруға қабілетті келеді. II БӨЛІМ. ЖАЛПЫ ГЕНЕТИКА НЕГІЗДЕРІ 2.1.Ген туралы түсінік Тұкым қуалаушылық ақпаратын тасымалдаудағы ДНҚ-ның рөлін микроағзалардағы трансформация және трансдукция құбылыстарында толық көз жеткізуге болады. Трансформация (лат. transformati-қайта түзілу) бөтен ДНҚ-ның бактерия жасушасына енуі. Бұл тұқым қуалаушылық ақпаратының бір прокариот жасушасынан екіншісіне ДНҚ бактерия-донор немесе жасуша донор арқылы өтуі. Трансдукция (лат. tranductio-араласу) бактерия жасушасында паразитті түрде өмір сүрген вирустар ол жасушаны тастап шыққанда өзімен бірге оның ДНҚ-сының бөлігін ала кетіп, жаңа жасушаға бұрынғы егесінің қасиетін беруі. Геннің кұрылымы. Ген туралы яғни геннің күрделі құрылымы туралы мағлұматтар XX ғасырда белгілі бола бастады. Ген ДНҚ молекуласынын бөлігі болып жүздеген жұп нуклеотидтерден тұрады. Америка генетигі С.Бензер генді функциональдық бірлік ретінде цистрон деп атауды ұсынды. Цистрон әр арнайы ақуыздағы амин қышқылының реттілігін анықтайды. 23 Цистрон өз кезегінде өте кіші сызыктық өлшем бірлігі реконға жіктеледі. Рекон - генетикалық рекомбинацияның бірлігі ДНҚ молекуласындағы жеке нуклеотид жұбы. Өзгеруге ұшырай алатын геннің кіші бөлігін мутон деп атайды. Рекон және мутонның өлшемі нуклеотидтің бір немесе бірнеше жұбына тең, ал цистрон жүз және мың нуклеотид жұбына теңболады. 1- сурет. Геннің құрлысы Геннің функциясы ДНҚ тізбегінің әртүрлі көлеміне байланысты. Геннің құрылымы күрделі болып, ішіндегі өзгеріс және рекомбинация процесі іске асады. Кейбір гендер арнайы ақуыздардың синтезін бақыламайды, тек бұл процесті реттеп отырады. Сондықтан гендерді екі категорияға бөлеміз-құрылымдық және қызметтік (функциональдық). Құрылымдық гендер полипептидтік тізбектегі амин қышқылының орналасу тәртібін анықтайды. Қызметтік гендер цитоплазмада болатын арнайы өнімдерді түзбейді. Бұл гендер басқа гендердің қызметін бақылайды. Қызметтік геннің біреуі ген-оператор деген атқа ие болды. Ф.Жакоб және Ж. Монаның (1960,1961) тұжырымдауымен ғылымға енгізілген ген-оператор және бірқатар құрылымдық гендер бір сызықтың бойында орналасып оперон түзеді. Оперон -ақпараттық РНҚ-ның бүтін бір молекуласын түзей алатын, транскрипцияны реттеуші элементтер промотор мен оператордан және екі немесе одан да көп құрылымды гендерден құралған ДНҚ-ның бөлігі. Промотор – транскрипция басталу үшін РНҚ-полимераза байланысатын ДНҚ бөлігі. Колинеарлық - полипептидтік тізбектің амин қышкылдарының орналасу қатарының ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтердің орналасу тәртібіне сәйкес келуі. Репарация - ДНҚ тізбегіндегі химиялық немесе физикалык мутагендердің әсері арқылы пайда болған өзгерістің және ДНҚ-ның әдеттегі автосинтезі кезінде түзілген жаңылыстың бастапқы қалпына келуі. Мутацияның шығуына қарсы процесс және гендер арқылы бақыланатын арнайы ферменттер арқылы іске асады яғни ДНҚ молекуласындағы өзгерісті жасушаның қайта қалпына келтіруі. Тұкым қуалаушылық ақпаратының берілуінде прокариотты және эукариотты ағзаларда бір-бірінен айырмашылығы бар екені анықталды. Құрлымына қарай прокариоттық және эукариоттық жасушаларға бөлінеді. Прокариоттар - грек тілінен аударғанда про-алдын, карион-ядро білдіреді. Прокариоттарда аРНҚ, ДНҚ молекуласында түзіліп, рибосомадағы ақуыз синтезіне шапшаң қатысады. Эукариоттарда Г.ГГиоргиевтің еңбектері бойынша ДНҚ молекуласында ДНҚ-ға ұқсас РНҚ түзіліп дРНҚ деп аталады. 24  Эукариоттар - грек тілінен аударғанда эу-нағыз, карион-ядроны білдіріп, оларға бір және көп жасушалы өсімдіктер, жануарлар және адамдар жатады. Эукариоттардағы дРНҚ аРНҚ-ның алдындағы бастамасы. Ядрода дРНҚ пісіп жетіліп цитоплазмаға аздаған бөлігі аРНҚ-ға айналып шығады. Эукариоттарда неге дРНҚ түзіледі, оның рөлі қандай екені белгісіз күйде қалды. Геннің ішкі құрылымы ашылған соң бір ағзадан екінші ағзаға генді ауыстыру идеясы, яғни гендік инженерия пайда болды. Оның мақсаты жаңа генетикалық құрылым түзіп, соның нәтижесінде ағзаларды жаңа тұқым қуалаушылық қасиетке ие ету. Казіргі кезде нуклеин кышқылының молекуласын ауыстыру үшін векторды пайдалануда. Вектор ретінде жасушаға енетін вирустарды пайдаланады, яғни трансдукция құбылысы ретінде. Сонымен тұқым қуалаушылық ақпаратын алмастыру үш кезеңнен тұрады: 1) қажетті векторды алу; 2) қажетті ген немесе гендерді алып оны вектормен біріктіру, яғни гибридті молекуланы алу; 3) гибридті молекуланы жасушаға енгізу және олардың репликациясы. Гендердің жіктелу жүйесі аллельді, аллельді емес гендер, летальды, жартылай летальды гендер т.с.с. Сонымен қатар гендерді 3 топқа бөледі: 1.Құрылымдық гендерге - құрылымдық және ферменттік ақуыздарды, р-РНҚ, т-РНҚ молекулаларын анықтайтын гендер жатады. 2.Модуляторлық гендерге - ингибиторлар не супрессорлар, интенсификаторлар және модификаторлар жатады. Модуляторлық гендер белгінің даму процесіне әсер етеді не структуралық гендердің мутациялану жилігін күшейтеді. 3. Реттеуші гендер - құрылымдық гендердің активтігін реттейтін гендер жатады. Мысалы регуляторлар, оператор гендері. Тұқым қуалаушылық арқылы берілген белгілердің орта жағдайына қарай өзгеруі мүмкін. Орта жағдайына байланысты бір генотиптің әртүрлі фенотип көрсетуі яғни өзгергіштік диапазоны реакция мөлшері деп аталады. Әртүрлі орта жағдайында генотиптегі белгінің көріну дәрежесі экспрессивтілік деп аталады. Эксперссивтілікті геннің фенотиптік көрінуі деп түсінуге болады. Ол реакция мөлшері ауқымында белгінің өзгеруіне байланысты. Бір белгінің әртүрлі ағзаларда байқалуы және басқаларында сол ген болса да белгінің шықпауы, геннің фенотиптік байқалуының сандық көрсеткіші пенетранттылық пайызбен, түгел ағзалар санына есептеледі. Мысалы, мутантты ген барлық ағзаларда сыртқа шықса 100% пенетрантты болады. Н.В.Тимофеев - Ресовскии 1927ж "экспрессивтілік" және "пенетранттылық" терминін енгізді. Сыртқы көрінісі ұқсас белгілер, тұқым қуалайтын аурулар әртүрлі аллельді емес гендер арқылы тууы мүмкін. Мұндай құбылысты генокопия деп атайды. Генокопияның биологиялық табиғатының синтезі әртүрлі жолмен жүреді. 25  Адамның патологиялық тұқым қуалаушылығында фенокопияның модификациялық өзгергіштігінде маңызы зор. Даму кезінде сыртқы орта факторының әсерінен белгілі генотипке тәуелді белгі өзгеріп, басқа геннің белгісіне ұқсас белгінің көшірмесі түзіледі. Әдетте біз, бір ген, бір ақуыз деген ұғым бойынша әрбір ген өз алдына жеке транскрипцияланады деп ойлаймыз. Ал шын мәнінде бір белгіні дамытатын бірнеше гендер ДНҚ бойына қатар орналасып, бірге транскрипцияланады. Ондай гендерді кластерлі гендер деп атаймыз. 2.2.Адам геномының құрылысы.Адам кариотипі Геном - деп бір түрге жататын ағзалардың хромосомалардың гаплойдты жиынтығында орналасқан гендердің жиынтығын атайды. Хромосома санының өзгеруіне байланысты туатын өзгергіштікті геномдық мутациялар дейді. Геномдық жинақтар немесе гендер жинағы деп осы түр геномының құрамына кіретін ДНҚ фрагменттерінің әрқайсысына кем дегенде бір-бір данасы бар ДНҚ клондарының жиынтығын (топтамасын) айтады. 2-сурет. Адам геномының құрлысы Хромосомалық жинақ деп бір хромасома геномының құрамына кіретін ДНҚ фрагменттері бар ДНҚ - клондарының жиынтығын яғни топтамасын айтады. Хромосома - тұқым қуалаушылыққа жауапты, жасуша жүйесінің басты органойды. Хромосома терминін 1888жылы В.Вальдейер эукариот жасушасының негізгі баяулармен жақсы боялатын заты ретінде ұсынған болатын (грек сөзі хромо- түсі, сома- дене). Осы кезден бастап адам хромосомасы жан-жақты зерттеледі. Цитогенетика ғылымының өзі генетиканың бөлімі ретінде хромосоманы зерттеуге байланысты пайда болды. Хромосомалардың морфологиялық құрылысы митоздың метафаза стадиясында жақсы байқалады. Хромосоманың формасы алғашқы тартылысқа байланысты. Алғашқы тартылыстың белгілі бір бөлігінде жасуша бөліну кезеңінде хромосома қозғалысын меңгеретін арнайы зат – центомера орналасады. Тартылыс хромосоманы екі иыққа бөледі. Центромераның орналасуы әртүрлі хромосомалар үшін тұрақты және соған байланысты 26 хромосомалардың үш морфологиялық типін ажыратады: метацентрлі, субметацентрлі, акроцентрлі. Метацентрлі хромосомада центромера оның орта бөлігінде орналасқан, мұнда хромосоманың иықтарының ұзындығы бірдей немесе шамалас болып келеді. Субметацентрлі хромосома иықтарының ұзындығы әртүрлі болады. Акроцентрліхромосоманың бір иығы өте ұзын, екінші иығы өте қысқа болады. Кариотип - деп түр хромосомасының еселенген жиынтығының сандық (хромосома саны мен оның мөлшері) және сапалық (хромосоманың морфологиясы) жиынтығын айтамыз. Әрбір ағза ?