Генетикалық процестердің молекулалық механизмдері.Нуклеин қышқылдарының молеуклалық биологиясы. Геннің құрылымы

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

 

ТҰРАР РЫСҚҰЛОВ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ЭКОНОМИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ

 

Кафедра: «Табиғатты пайдалану экономикасы»       

         

CОӨЖ

 

тақырыбы: «Генетикалық процестердің молекулалық механизмдері.Нуклеин қышқылдарының молеуклалық биологиясы. Геннің құрылымы.»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы 2014

Генетикалық процестердің молекулалық механизмдері. 
 
Молекулалық генетианың негіздерін қарастыру. Генетикалық инженерия. Ген туралы түсініктің қалыптасуы. Геннің құрылымы және қызметі. Генетикалық процестердің молекулалық механизмдерін талдау.

Ген туралы түсініктің қалыптасу мен дамуы. Вирустар мен бактериялар молекулалық генетиканың қолайлы обьектісі болып табылады. Вирустық инфекцияның механизмі. Бактериядағы трансформация және тарнсдукция құбылыстарының ДНҚ ны тұқым қуалаушылық пен тұқым қуалайтын өзгергіштікті анықтайтындығының тікелей дәлелі.плазмидтер мен эписомалар.  
Тұқым қуалайтын информацияны жүзеге асырудың молекулалық механизмдері. ДНҚ ның генетикалық құрылымы және нуклеотидтік жұптардың бірізділігі, тұқым қуалайтын информацияның кодпен хабарлануының негзі. 
Транскрипция. Клеткадағы РНК типтері, информациялық, транспорттық, рибосомалық. Транскрипцияның дискреттілігі. Ген активтілігінің реттелуі және оған генетикалық бақылау. Прокариотты микроорганизмдерде гендердің дифференциалды қызмет атқаруын қамтамасыз ететіндігін оперондар жүйесі (реттеуші, оператор, структуралық ген). РНК полимераза ферменті және оның транскрипцияға қатысуы.  
Кері транскрипция, ревертаза. 
Моекулаларды гибридизациялау, ДНК, РНК гибридтері. 
Трансляция. Генетикалық коданың негізгі қаситеттері: триплеттілігі, коданың өтірсіз бір бағытта оөылуы, коданың артып кетуі (бұзылуы). Клеткасыз жүйелердегі кестесі. Коданың универсалдылығы. 
Транспорттық РНК ның құрылымы мен қаситеі. Кадон антикадонның өзара әрекеті. Рибосомалардың структурасы жіне олардың белок синтезіндегі функциясы. Белок синтезіндегі функциясы. Белок синтезінің иницияциясы мен терминациясы. 
Жоғары сатыдағы организмдерде молекулалық генетикалық процессредің жүзеге асуының ерекшеліктері. Артық мөлшердегі ДНҚ және эукариоттардағы геннің структурасы. Эукриоттардағы транскрипцияның ерекшеліктері. Эукриоттардағы хромосомалар репарациясының рекомбинация мен мутагенездің ерекшеліктері. 
Генетикалық инженерия оның праткиклық жіне теориялық маңызы.генетикалық инженерияның даму тарихы. Сомалық клеткаларды гибридизациялау. Ген инженериясы. Генді өолдан синтездеу, оны ДНҚ құрамынан бөліп шығару. Генді басқа клеткаға айырып салу, тарнсгенез.

     Генді алудың үш әдісі бар: табиғи генді тікелей бөлу (сирек мүмкіндік), химиялық және ферменттік синтез. Табиғи генетикалық материалдан — ДНҚ-дан арнайы ферменттердің (рестрикциялық эндонуклеазалардың) көмегімен қажет ген «кесіліп» алынады. Бұл әдістің елеулі кемшіліктері бар. Біріншіден, ДНҚ-дан қажет генді танып, кесе алатын ферментті таңдап алу қиын. Фермент тенді әрқашанда наңтьі шекарасыпда емес әр қилыүзеді: не геннің екі жағынан артық нуклеотидтерді үзуі, не түгел үзбеуі мүмкің, мұндай ДНҚ фрагментерініңқызметі жеткіліксіз, сондықтан оларды пайдалану мүмкін болмайды. Екіншіден, эукариоттық организм геномының экзон-интрондық құрылысы, олардың гендерін бактерияларға енгізгенде функциялық тұрғыдан қиындық туғызады, өйткені бактериялық клеткада сплайсинг процесі (ин-трондардың кесілуі) өтпейді. Үшіншіден, егер ген барлық ДНҚ-ның аз ғана бөлігін құраса, онда оны бөлу мен анықтауда елеулі қиындықтар пайда болады. Сондықтан бұл әдіс негізінен генетикалық эксперименттер талабына сәйкес вирус пен бактериялардың генін бөлуде қолданылады. 
 
2.Генді-синтездеудің химиялық әдісі. Бұл әдістер белоктың немесе полипептидтің бірінші құрылымы ( амин қышқылдар қатары) белгілі болса, оның генінің нуклеотидтер қатары химиялық жолмен синтезделеді. 
 
Берілген нуклеотидтер тізбегі бойынша ДНҚ - синтездеу әдісін 1969 жылы, ген инженериясының дәуірібасталмаған кезде-ақ, Г. Корана ұсынған болатын. Ашытқы тРНҚ-ның гені осылай синтезделді. Бұл ген 77н. ж. құралған. Алдымен, ұзындығы 5—12 нуклеотидтерден тұратын ДНҚ-ның қысқа фрагменттері синтезделді, онан соң олар арнайы ферменттің (лигаза) әсерімен бір-бірімен қосылды. Алайда, алғаш синтезделген бұл генді ішек таяқшасының клеткасына енгізген кезде жұмыс істей алмады, өйткені онда реттеуші элементтер — промотор және терминация бөліктері жоқ болатын. Кейін, 1976 ж. Г. Корана қызметкерлерімен тирозиннің тРНҚ-ының генін синтездей алды. Геннің ұзындығы 126 н. ж. тең болды, оған 52 н. ж. құралған промотор, 21 н. ж.— терминатор және ұштарына тетрануклеотидтер (ААТТ жәнеТТАА) жалғанды. Нәтижесінде, осы генді бактериофаг арқылы Е. Со1і клеткасына енгізгенде олар өз функциясын көрсете алды. 
 
Қазіргі уақытта Г. Корана өңдеген әдістер бірқатар жасанды гендерді синтездеу үшін қолданылады. Осындай жолмен адамның — инсулин және интерферон, адам мен жануарлардың — энкефалин және бардикинин гормондарының функциялы гендері синтезделді. 
 
Қазіргі кезде гендерді автоматты синтездейтін құралдар бар. 1980 ж. Итакура алғаш өзінің құрамында алдын ала берілген тізбек бойынша 6 сағ. ішінде 12-мүшелік олигонуклеотидті синтездеуге қабілетті автоматтың жұмысын компьютер бақылады. Мұндай жабдықтардың 1982 жылғы бағасы 36000—39500 долларға тең болатын. Егер 1979 жылы 120 н. ж. генді синтездеу үшін екі жыл керек болса, ал 1981 ж. бұл мақсатқа үш-аң күнде жетуге болады.

Нуклеин қышқылдары (лат. nucleus — ядро) — құрамында фосфоры бар биополемерлер. Табиғатта өте көп тараған. Молекулалары нуклеотидтерден тұрады, бір нуклеотидтіқ 5'-фосфор арасындағы эфирлік байланысы мен келесі нуклеотидтің углевод қалдығының 3'-гидроксилі арасы эфир байланысымен нуклеин қышқылдары углеводты-фосфатты қаққасын калайды. Нуклеин қышқылдары жоғарғы полимерлі тізбектері ондаған немесе жүздеген нуклеотидтің қалдықтарынан тұрады. Олардың м. с. 105—1010. Нуклеин қышқылдары құрамына кіретін мономерлерінің (дезокси- немесе рибонуклеотидтер) түріне қарай ДНҚжәңе РНҚ деп бөлінеді.[1]

Нуклеин қышқылдары тірі жасуша ядросының маңызды құрам бөлігі. Нуклеин қышқылдары (НҚ) рибонуклеин қышқылы (РНҚ) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) болып екі үлкен түрге бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар

Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі (25-сызбанұсқа). Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (монометрлері). Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді.

Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді.

ДНҚ мен РНҚ құрамының айырмашылығы — нуклеин қышқылын толық гидролиздеу арқылы анықталды. Оларды гидролиздегенде, әр түрлі заттардың қоспасы түзіледі (36 кесте).

Нуклеин қышқылдары құрамында көмірсудың гидроксил тобы мен фосфор қышқылының арасында күрделі эфирлік байланыс түзіледі, ал азотты негіз көмірсудың жанынан жалғасады. Полинуклеотидтің құрылысын сызбанұсқамен былай өрнектеуге болады:

ақуыздар сияқты нуклеин қышқылдары әр түрлі болады. Олардың организмдегі функциясы да әр алуан. Нуклеин қышқылдарының да ақуыздар сияқты әр түрлі құрылымдары болады.

Нуклеин қышқылының бірінші құрылымында мононуклеотидтер белгілі тәртіппен орналасады.

Нуклеин қышқылының екінші құрылымы макромолекулалардың кеңістікте қос шиыршық болып орналасуын көрсетеді. Бұл кезде молекулалар арасында және молекула ішінде сутектік байланыс арқылы әрекеттесу болады.

НҚ-ның макромолекуласы екі полинуклеотидті тізбектен құралады. Олар кеңістікте қос оралма түзеді (54-сурет). Оралманы фосфор қышқылының полиэфирі түзеді, пиримидин және пурин туындыларының жазық молекуласы оралманың ішінде болады.

Нуклеин қышқылының макромолекуласындағы бірінің ішінде бірі жатқан ширатылған екі оралмада, пиримидин және пурин қалдықтары өзара сутектік байланыс арқылы байланыскан.

Сутектік байланыс белгілі бір жұп пиримидин және пурин туындыларының арасында түзіледі. Оларды комплементарлы жұптар деп атайды. Ондай жұптар: тимин (Т) — аденин (А) және цитозин (С) — гуанин (G).

ДНҚ-ның қос оралмалы сызбанұсқасында таспамен көрсетілгендері фосфор қышқылымен көмірсулардың полиэфирінің макромолекуласы. Бұларды қосып жатқан түзулер пиримидин және пурин туындылары, олар комплементарлы жұптар.

Нуклеин қышқылының үшіншілік щрылымы — ДНҚ мен РНҚ-ның кеңістікте шумақталып орналасуы.