Молекулалық биология

Атап айтқанда тиминнің орнында урацил болады. Тимин сияқты урацил тек аденинге ғана комплиментарлы болады.

3. ДНҚ мен РНҚ-ң арасындағы 3-ші  айырмашылық егер де ДНҚ құрылымы  жағынан қос тізбектен тұрса  РНҚ негізінен жалғыз тізбектен  тұрады.

4. ДНҚ эукариоттарда негізінен  ядрода және аздаған мөлшерде  митохондрияда пластидтерде кездеседі. Ал РНҚ ядрода оргоноидтарда  және бос күйінде цитоплазмада  кездеседі.

2) Клетка РНК-ң түрлерін 3-ке бөледі:

1. Ақпараттық РНК, и РНК.

2. Тасымалдаушы РНК т РНК.

3. Рибосомалық РНК и РНК.

Бұлардың барлығы тікелей ДНК – ы матрицада синтезделеді ақпараттық РНК клеткадағы барлық РНК-ң 3-5 пайызын құрайды. Кейде оны матрицалық РНК деп атайды. Өйткені ол ДНК-ң біршама бөлігінің көшірмесін өзінің бойында сақтайды. И РНК-ң ДНК тізбегінде синтезделу процесі транскрипция деп аталады. Информациялық ДНК-ң ең қысқа молекуласы шамамен 300 нуклеотидтен құралған. Олардың басым көпшілігі  аз ғана уақыт өмір сүреді. Мысалы бактерияда бірнеше минут одан соң гидролизге ұшырап мононуклеотидке кетеді. Эукариоттарда олар бірнеше күн өмір сүруі мүмкін.

Рибосомалық РНК клеткадағы барлық РНК-ң 80% құрайды. Ең бірінші ашылған РНК-ң осы түрі рибосомалық РНК-ы кейбір хромосомалық ядролық ұйымдастырушы бөліктерде орындалуын ерекше гендер атқарады. рРНК цитоплазмада белоктармен байланысқан күйінде рибосома құрастыруға қатысады. Рибосома  60% р РНК-дан тұрады. Негізінің р РНК-да тізбектеле орналасу тәртібі барлық организмдерде бактериядан адамға дейін бірдей болады. Тасымалдаушы РНК – РНК-ң бұл түрінен бар екендігін Френсис Крик жормалдап, ал жорамалдың дұрыс екенін 1955 жылы Хогленд деген ғалым дәлелдеді. Тасымалдаушы РНК-ң молекуласы үлкен емес, ұзындығы 70-80 нуклеотид тізбегінен тұратын 2-лік құрылымды молекула. Бұлар  и РНК-мен бірге белок синтезіне қатысады. Олардың қызметі рибосомаға амин қышқылын тасымалдау әрбір амин қышқылының өзіне тән тасмалдаушы РНК-сы болады. Кейбір амин қышқылын бірнеше түрлі тРНК тасмалдайды. Қазіргі уақытта 60 астам т РНК-ң түрлері белгілі. Тасмалдаушы РНК-ң 2-лік құрылымы беде жапырағына ұқсас болады. Бұл байланыстармен комплементарлы бөліктері сабақша түзеді. Ал бір тізбекті бөліктері тұзақ құрайды. РНК молекуласының 5 ұшында әр қашанда гуамин, ал 3 ұшында ЦЦА және 3І гидроксил тобы болады.

Фенилаланин т РНК-ң құрылысы.

Аминқышқылы тасмалдаушы РНК-ң 3І ұшында қосылады, басқа бөліктердегі нуклеатиттер тізбегі әр түрлі болуы мүмкін. Ортанғы тұзақтың басында т РНК-ң ерекше бөлігі ра 3 негізден құралған триплет орналасады. Әр түрлі аминқышқылының т РНК-ң осы бөлігі бойынша әр қашан айырмашылығы болады.

Тасымалдаушы РНК-да АЦГ негізінен басқа ерекше минорлы негіздер деп аталатын негіздер болады. Мысалы ашытқының фенилаланин т РНК-да псевдоуридин және дегидроуридин негіздері болады, сонымен қатар т РНК-ң кейбір негіздеріне метилрадикалы ра метилденеді әр бір тасмалдаушы РНК өздерінің  антикадонына генетикалық код бойынша комплементарлы келетін аминқышқылын ғана байланыстра алады. Бұл процесі аминқышқыл т РНК синтетаза ферменті жүргізіледі. Бұл фермент АТФ-ң энергиясын пайдаланып аминқышқылын РНК-мен байланысады. Нәтижеде аминоцил т РНК комплексі түзіледі бұл комплекстегі акцепторлық ұшындағы А нуклеин пен аминқышқылының арасындағы байланыс энергиясы көрші аминқышқылдарының карбоксил тобымен пептидтік байланыс түзуге жеткілікті болады.

Молекулалық  биологияда  денатурацияланған  ДНК-ның бастапқы  екі жақты спираль құрылымын түзе отырып  ренатурациялану қабілетін пайдаланады. Бұл құбылыс нуклеин қышқылдарының молекулалық гибридизация әдісінің негізінде жатады.Бұл әдіс әр түрлі ДНК-лардың ,сондай –ақ РНК-лардың сәйкестік дәрежесін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл үшін денатурацияланған  ДНК-ны (егер де екі әр түрлі нуклеин қышқылдарының молекулалық гибридизациясы зерттелсе, онда оның біреуінің радиоактивті таңбасы болады) екі жақты спираль түзілуге оптимальді жағдайларға қояды.( ерітіндінің иондық күші 0,2 шамасында; температура  нативті ДНК-ның Тт -нан—  10—20 0С төмен).Толық комплементарлы тізбек жағдайында олар толығымен екі жақты спиральді молекулаларға айналады.Ал егер де қоспада ДНК-ның комплементарлы және комплементарлы емес тізбектері болса онда ренатурациядан кейін екі жақты спиральді молекулалардың үлесін қандай да бір әдістермен анықтайды.

Қазіргі уақытта ДНК-ның белгілі бір типті молекулаларын нитроцеллюлозалық сүзгілерге бекітіп алып басқа типті ДНК немесе РНК-сы бар ерітінділерге батырады.   Сүзгілерде екі жақты спиральды комплекстер түзгеннен кейін оларды байланыспаған ДНК-лардан бөліп алады.Бұлай жасауды гельдегі электрофорез арқылы ДНК немесе РНК-ның басқа тізбекпен комплементарлығын анықтау арқала бөлуде де қолданады.

ДНК  ренатурациясы процесінің жылдамдығы мынадай теңдеумен өрнектеледі

 

С /Со═1/1+kCot '

 

мұндағы С — бір тізбекті ДНК концентрациясы ;

  Со — ДНК-ның жинақ  концентрациясы ;

t — время;

 k —  екінші ретті реакциялардың жылдамдық константасы

Бұл теңдеуден көрініп тұрғандай t  уақыт мезетіне ассоцацияланып үлгермеген  денатурацияланған ДНК үлесі С0t функциясы болып табылады.

 

 

 

Сондықтан ДНК  ренатурациясы мына суретте көрсетілген координаталарда сипатталады.  Ал оның маңызды сипаттамасына C0/t0,5 жатады, бұл кезде реассоциация  50%.-ке өтеді.

1960-шы жылдардың ортасында  Д. Виноград және оның әріптестері   кейбір  бактериофагтар мен митохондриялардың  ДНК-сы цикльді  молекулалар түрінде  болатынын ашты.Кейінірек  көпшілік  вирустық немесе клеткалық ДНК-лардың  пішіні сақиналы болатыны анықталды. Егер де екі жақты спиральді  ДНК-дан түзілген  полинуклеотид  тізбектері  ковалентті тұйықталған  болса олар екінші қайтара  кеңістікте өздігінен қайта ашыла  алмайды.

Сақиналы тізбектері  ковалентті тұйықталған ДНК молекуласының  маңызды параметрі екі біртізбекті сақиналалардың ондағы ілінісу реті. Ол  Lk ретінде өрнектеледі және бірінші жуықтағанда  екі спиралдік сақинада бір тізбектің екіншісін оратылу  санына тең . Сонымен Lk, шамасының бүтін санды мәндері бар.Ең бастысы , Lk — берілген ковалентті байланысқан сақиналы ДНК тұрақты  (инвариантты) шама  .

 

 

 

 

 

 

 

 

Егер де осындай ДНК  релаксацияланған күйде ,болса онда ешқандай кернеусіз бір жазықтықта орналасады,онда Lk=Tт, Тт -— берілген ковалентті байланысқан сақиналы ДНК-дағы оралым саны. Бірақ екі тізбектің ковалентті үздіксіздігін сақтап спиралдің айналым санын көбейтсек, Lk –ның инвариантылығы салдарынан мұндай өзгеріс асаоралымдар есебінен компенсациялады  . Аса жоғары спиралденген ДНК-дағы аса  оралым  саны Wr белгіленеді ( ; оны жиі  Раизинг деп атайды,англ . writhe -оралу ) және  мына формуламен  анықталады .

 

 

Wr = Lk—Tw.

 Wr –оң немесе теріс мәнді болуы мүмкін. Коваленттік тұйықталған сақиналы ДНК-лар  әрқашан  теріс мәнді аса оралым мәнді болады

 

 

5

Осыдан алыс емес уақыттарда ,бар болғаны 70-жылдардың басында биохимиктер  ДНК-ны клетканың ең зертелуі қиын компоненті деп есептеді.. Нуклеотидтардың төтенше ұзын , химиялық бір дауысты жүйелілігін тұқым қуалаушылық  материалда тек жанама әдістердің - немесе құрылымды анықтай , немесе генетиқалық талдау арқасында мүмкін болды.

Осы шақта жағдай аса өзгерді.

Егер  де ертеректе ДНК талдауы биологиялық молекулалардың құрылым зерттеушілеріне  қиын мәселе болса, қазіргі уақытта , ДНК алғашқы құрылымдары талдаудың жаңа әдістері енгізілген кезде  ерекше еңбекті талап етпейді.

Қазіргі уақытта ДНК-ның жеке учаскелерін қырқып алуға, оларды практика жүзінде шексіз мөлшерде алуға ,және нуклеотидтер кезектілігін күніне бірнеше жүз нуклеотид жылдамдықпен анықтауға болады..

Дәл осы әдістердің көмегімен экспериментатордың қалауы бойынша бөліп алынған генді өзгертуге және оны клетка дақылдарының  геномына немесе жануар эмбрионына  болады .Бұл жерде өзгерген ген қызмет ете бастайды.

Рекомбинанты ДНК технологиясы зерттеушілерге бұрын шешуге қиын мәселелерді шешу жолында бүкіл клеткалық  биологияға әсер етті .Мысалы көптеген жаңадан ашылған белоктар мен жеке домендердің қызметін анықталды,эукариоттарда гендердің экспрессия механизмдерінің реттелу принциптері ашылды. Гендік инженерия әдістерінің көмегімен клетка пролиферациясы мен дамуды реттеуге қатысатын көптеген белоктарды үлкен мөлшерде алуға мүмкіндіктер ашылды.Осы әдістерді пайдалану бұрындары көп күш рен қаржы жұмсауды талап ететін белок табиғатты гормондар мен жасанды  вакциналарды үлкен көлемде өндіруде табыстар әкелуі сөзсіз.. Т Рекомбинанты ДНК технологиясына көптеген әдістер :өзінің жаңа ,сонымен бірге басқа ғылымдардан да, мысалы   микроорганизмдер  генетикасынан алынған әдістер кіреді.

Олардың ішіндегі аса маңыздыларына мыналар жатады:

1)     ДНК –ны арнайы рестрикциялаушы  нуклеазалармен қырқу ,соның арқасында әртүрлі гендерді бөліп алу және олармен манипуляциялау жылдамдайды

2)           ДНК –ның тазартылған фрагментінде    нуклеотидтерді жылдам        секвенирлеу ,соның арқасында әртүрлі гендердің нақты шекараларын анықтап олар коделейтін амин қышқылдық кезектілікті анықтауға болады.

3) Нуклеин қышқылдарын гибридтеу,  соның арқасында РНК немесе ДНК-ның арнайы кезектілігін олардың комплементарлы кезектіліктермен байланысу қасиетіне сүйеніп үлкен дәлдікпен және сезімталдықпен анықтауға болады.

Рестрикциялы  нуклеазалар ДНК-ны нуклеотид кезектілігінің арнайы учаскелерінде ғана қырқуға қабілетті болады.

  Клеткаға еніп, одан соң трансформациялана алатын бөтен  ДНК молекулаларынан қорғану үшін , көптеген бактериялар бөтен  ДНК-ны жоя алатын рестрикциялы  нуклеазалар  ферменттерін жасап шығарады.Әрбір осындай  фермент  ДНК-дағы  4-6 нуклеотидтен тұратын арнайы кезектілікті таниды.Бактериялардың өздерінің геномындағы осындай кезектіліктер А мен С қалдықтарын метилдеу жолымен жасырылып қойылған болады,ал кез келген  клеткаға енген бөтен  ДНК молекулалары нуклеазамен дереу танылып оның екі тізбегі де нуклеазамен қырқылады.

 

 

 

 

 

Әр түрлі бактерия түрлерінен көптеген рестрикциялы  нуклеазалар  бөлініп алынған.Қазіргі уақытта әр түрлі фирмалар 100-ден астам осындай ферменттер өндіреді, олар нуклеотидтердің әр түрлі кезектіліктерін таниды. Жеке рестрикциялы  нуклеаза ДНК екі жақты спиралін кез келген ұзындықта әр түрлі фрагменттерге бөліп тастайды.  Ол фрагментерді рестрикциялық фрагменттер немесе рестрикт деп атайды. Әр түрлі ДНК  фрагменттерін анализдей отырып  рестрикциялық  карта құрастырады онда әрбір рестрикция сайтының басқа рестрикция учаскелеріне қатысты орны көрсетіледі

 

 

  ДНК –ны клондау кез келген ДНК кезектілігін үлкен мөлшерде алуға мүмкіндік береді

Көптеген рестрикциялы  нуклеазалар ДНК қос тізбегіне бірнеше нуклеотид айырмасымен кесінділер жасайды ,нәтижесінде фрагмент шеттерінде қысқа бір тізбекті учаскелер қалып қояды. Бұл қысқа бір тізбекті учаскелер басқа қысқа бір тізбекті учаскелердің негіздерімен комплементарлы жұптар түзуге қабілетті ,сондықтан олар жабысқақ ұштар деп аталады.

 

 

Рестрикциялы  нуклеазалар арқылы түзілген жабысқақ ұштар ДНК кез келген екі фрагменттерін егер де олар дәл сол рестрикциялы  нуклеазалар  арқылы үзілген болса жамауға мүмкіндік береді. Демек кез келген ДНК фрагментін плазмида немесе бактеиофаг сияқты авторепликацияланатын генетикалық  элемент құрамына енгізуге болады. Осындай фрагменті бар  бактериалық  клонды осы ДНК фрагментін өндіретін фабрикамен салыстыруға болады. Осындай жолдармен ДНК молекулаларын көбейтуді ДНК –ны клондау деп атайды.

 

  ДНҚ-ның нуклеотидтік тізбегін анықтау

Қосспиралді  ДНК өлшемдері бір макромолекулаға келетін нуклеотид жұбы (н.ж.) арқылы сипатталады.  Клеткалық немесе вирустық ДНК үшін олар үлкен шамада айырмашылығы болады Мысалы,аса көп зерттелген бактериалық плазмидалар көптеген  вирус және  бактериофаг ДНК-лары бірнеше мың нуклеотид жұбынан  (н.ж.) тұрады.Бактериялардың жыныс  факторлары, митохондрилар және  хлоропласт ДНК-сы бірнеше жүз нуклеотид жұбынан (н.ж.) тұрады  . Бактериялардың  хромосомдары   —бірнеше миллион нуклеотид жұбы (н.ж.), ашытқылапр хромосомдары шамамен  107 нуклеотид жұбын (н.ж.) құрайды.Адам жиынтық хромосомаларының  ДНК ұзындығы  3-109 нуклеотид жұбын (н.ж.) құрайды

ДНК-ның нуклеотид кезектілігін анықтайтын заманауи әдістер бір ғана экспериментте 150—300 нуклеотид қалдықтарынан тұратын фрагменттерді секвенирлеуге {ағылш. sequence — кезектілік) мүмкіндік береді.Сондықтан  Поэтому  ДНК-ның бастапқы молекуласы алдын ала  фрагменттеледі.Олүшін көбінесе ДНК-ны  рестриктазалармен гидролиздейді.

Бұл фрагменттердің нуклеотид кезектілігін анықтаған соң бүкіл ДНК-ның бірінші реттік құрылымын анықтауға мүмкіндік береді.

ДНҚ-ның нуклеотидтік тізбегін анықтаудың екі принципті айырмашылығы бар әдістері бар.Оның біріншісін А. Максам мен  У. Гилберт ұсынған .Ол полинуклеотид тізбекті арнайы химиялық ыдыратуға негізделген. ДНК -ны Максама —Гилберт әдісі бойынша  секвенирлегендегі операциялардың реті жалпы түрде мына суретте көрсетілген.

 

 

 

Бұл әдістің негізгі принциптері мынадай: