Нуклейн қышқылдары

Нуклейн қышқылдары

Барлық тірі организмдерде нуклеин қышқылдарынын, дезокси-рибонуклеин (ДНК) және рибонуклеин (РНК) қышқылы деп ата-латын екі түрі болады. Олардың химиялық құрамы, структурасы, клеткада орналасуы мен биологиялық ролі жөнінде бір-бірінен айырмашылығы бар. ДНК жануарлардың, өсімдіктер мен микро-организмдердің барлық клеткаларының ядросында болады. Гистон белогымен бірге ол нуклеогистон комплексін түзеді де, хроматин-нің негізгі массасын құрайды. ДНК ядроларда кездесуімен қатар өсімдіктер митохондриясы мен пластидтерінен де табылған. Клет-каның аталған үш органоидтарында ғана кездесетін ДНК-ден өзгеше, РНК көптеген органоидтардан (ядро ядрошығынан, хро-матиннен, цитоплазмадан, пластидтерден, митохондирия мен рибо-ацмалардан) табылады.

Ғалымдар клеткадағы ДНК мөлшері айтарлықтай дәрежеде тұрақты екендігін анықтады. Оның мөлшері сыртқы орта жағдайларының әсерінен шамалы ғана өзгереді. ДНК-ның мөлшері бір клеткаға есептегенде қос жарнақты өсімдіктерде 10—20 ал дара жарнақты өсімдіктерде —100 пикограмға тең болады (1 пг= 10 г). ДНК толық ыдырағанда 4 азотты негіз, моносахарид дезоксирибоза және фосфор кышқылы пайда болады. РНК гидролизі кезінде де 4 азотты негіз, моносахарид рибоза және фосфор кышқылы бөлінеді. ДНК мен РНК-ның химиялық құрамында ұқсастықтар да, айырмашылықтар да бар.

Үш азотты негіз — аденин, гуанин және цитозин нуклеин қыш-қылдарының бәріне ортақ болып табылады. ДНҚ-ның құрамында — тимин, ал РНК-ның құрамында — урацил болады. Моносахарид дезоксирибозаның рибозадан айырмашылығы бар. Онда карбонил көміртекпен көршілес жатқан көміртекте оттек атомы болмайды.

Аденин мен гуанин пуриннің туындылары, ал басқалары — пн-римидиннщ туындылары болып табылады.

Осы азот негіздері рибозамен  немесе дезоксирибозамен қосылып нуклеозид түзеді. Дезоксиаденозин, дезоксигуанозин, дезокси-цитидин және тимидин — ДНК нуклеозидтері болып табылады. Ал аденозин, гуанозин, цитидин, уридин РНК. нуклеозидтері болып са-налады. Мұнда пуринді немесе пиримидинді негіздер өзінің 9 неме-се 1 жағдайындағы азот атомы арқылы моносахаридтің бірінші көміртек атомымен жалғасады. Мысалы:

Рибозанын, бесінші көміртек атомына фосфор қышқылыың қалдығы қосылады. Құрамына азотты негіз, рибоза немесе дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіретін мұндай қосылыс нуклеотид деп аталады. РНК құрамындағы нуклеотидтер аденил, гуанил, цитидил, уридил қышқылдары деп аталады. ДНҚ құрамына дезоксиаденил, дезоксигуанил, дезоксицитидил, тимидил қышқылдары деп аталатын нуклеотидтер кіреді.

Пентозаның үшінші көміртегіндегі ОН тобы бос күйінде қалады. Осы гидроксил тобы арқылы нуклеотидтер өзара байланысады. Жекелеген нуклеотид нуклеин қышқылының орасан зор молекула-сын құру үшін қүрылыс «кірпіші” ретінде пайдаланылады. Сон-дықтан нуклеин қышқылдарын полимерлер деп атайды, ал нуклеотидтер мономерлер болып табылады. Осындай әдіспен ұзын полинуклеотидтік тізбек түзе отырып, көптеген мононуклеотид қалдықтары байланыса алады. Пентоза мен фосфор қышқылының кезектесіп келіп отыратын қалдықтарынан осы тізбектін, осі құралады, ал азотты негіздер тізбектің бүйіріне орналасады. Екі полинуклеотидтік тізбектің азотты негіздері сутектік байланыс түзе отырып, өзара әрекеттеседі. Бұл байланыстың ең көп мөлшері аденин мен тимин, гуанин мен цитозиннің арасында түзіледі. Бұл негіздер комплементарлы негіздер деп аталады. Олардың арасында түзілетін сутектік байланыс полинуклеотидтік тізбектерді бір-біріне бекітеді. Мұндай тізбек комплементарлы тізбек деп аталады.

Нуклеин қышқылдарының алуан түрлілігі олардың құрамына кіретін нуклеотидтердің мөлшері мен сапасына байланысты.

Академик А. Н. Белозерскийдід лабораториясында жоғары және төменгі сатыдағы әр түрлі өсімдіктердің, жануарлар мен микроорганизмдердін, клеткаларынан алынған ДНК мен РНК-ның құрамы зерттелді.

ДНК клеткада генетикалық информацияны сақтаушы қызметін атқарады. Бактериялардың түр езгерісіндегі ДНК-ның

ДНК қос тізбегінің бір бөлігі маңызын алғаш рет 1944 жылы Эвери, Мак-Карти және Мак-Леод ашып көрсетті. 1953 жылы Уотсон мен Крик рентгендік анализ жасау және басқа да мәліметтер негізінде ДНК молекуласының моделін құрастырды, Олардың моделі бойынша ДНК молекуласы бір оське бағытталған спираль тәрізді айнала оралған екі комплементарлық тізбек болып табылады. Әрбір тізбек кәдімгі полинуклеотид болып саналады, онда нуклеотидтер фосфор қышқылының қалдықтары арқылы өзара байланысқан. Спиральдағы полинуклеотидтердің екі тізбегі бір-біріне азот негіздері жағынан бағытталған. Сол себептен қос тізбекті спиральдың ішінде азот негіздері орналасады. Углевод пен фосфат топтары спиральдың сыртына орналасады. Бұл жағдайда бір тізбектің негіздері жоғарыда айтылғандай сутектік байланыстар арқылы екінші тізбектің негіздерімен байланысқан. Тізбектер комплементарлы болып келетіндіктен, тізбектердің біріндегі негіздердің орналасу реті әр түрлі болуы мүмкін, бірақ екінші тізбектегі негіздердің орналасу реті бірінші тізбектегі негіздердің орналасу ретіне сәйкес келуі тиіс. Бір тізбектегі аденин екінші тізбектегі тиминмен, гуанин цитозинмен байланысады.

Вилькенс және Р. Франклин тапқан ДНК молекуласының рент-генограммасы оның спиральды структурасын дәлелдеді.

ДНК-ның молекулалық салмағы жөнінде қорытынды жасап, пікір айту қиын, өйткені ДНК-ны жоғары сатыдағы өсімдіктерден бөліп алу процесінде оның молекулалары жеке бөлшектерге ыдырап кетеді. Бидай клеткаларынан бөліп алған ДНҚ бөлшектерінің құрамында нуклеотидтердің саны 108-ге жетеді.

Рибонуклеин қышқылы белок биосинтезіне қатысады.

Клеткалардың типі мен тканьдердің түріне және организмнің физиологиялық күйіне қарай РНК-ның мөлшері өзгеріп отыратындығы көптеген лабораториялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Өсу нүктелерінде және клеткалардың кебеюі мен өсу процестері өтетін басқа да учаскелерінде РНК көп мөлшерде жиналады. Жедел өсетін жас клеткалардағы РНК-ның мөлшері оның құрғақ салмағының 15—20 процентіне дейін жетуі мүмкін. Көбею процесіне кіріспес бұрын кез келген клетка РНК жинақтап алуы тиіс. Лагфаза (екі бөліну процесінің арасындағы уақыт) кезеңінде РНК қарқынды түрде түзіледі. Егер РНК-

ның құрамына оған тән емес азотты негіздер енгізетін болсақ, ол бактериялар мен вирустардың өсу және көбею процестерінің толық тоқтауына себепші болады.

Мұның бәрі РНК-ның белок синтезімен байланысты екендігін көрсетеді. Мұндай пікірді 1941 жылы Қасперсон мен Браше бір мезгілде дерлік айтқан болатын.

Рибосомалар — клеткадағы белок синтезін жүзеге асыратын орын. Егер клеткаға РНК-ны бұзатын рибонуклеаза ферментін енгізсе, белок синтезі тоқтайды (Браше).

1956 жылы Шрамм мен Френкель-Конрат  лабораторияларында бір мезгілде  РНК-ның белок синтезіндегі маңызы ашып көрсетілді. Олар тұңғыш рет темекі мозаика вирусын РНК мен белокқа бөлді және РНК-ны темекінің өсіп тұрған сау жапырағына енгізді. Енгізілген РНК жапырақта ауру туғызды. Бұл жағдай енгізілген РНК-ның негізінде жапырақта вирус белогы синтезделгенін дәлел-деді. РНК-ның матрица екендігі көрсетілді. Матрица деген сөз баспа тәжірибесінен алынған. Белгілі бір басылымды шығарудан бұрын оның формасын шрифт теру арқылы салады. Оны матрица дейді. Соған ұқсас, белок түрін жасаудан бұрын оның тұлғасы РНК арқылы қаланады деп түсінеді. РНК-ның белок синтезіндегі матрицалық ролі туралы жорамал осылайша пайда болды. Бұл жорамалды соңғы 10 жылда көптеген жаңа фактілер растап шықты. Белок синтезі өте күрделі болып келеді, оған алуан түрлі ферменттік системалар мен әр түрлі РНК қатысады. РНҚ-ның бірнеше түрлері белгілі.

Хромосомдық РНК мен тасымалдаушы мында 76—85 нуклео-тид болатындықтан, олар кіші молекулалық РНК-ға жатады. Оларға сондай-ақ 120 нуклеотидтен тұратын рибосомалық 5S-РНК да жатады.

Рибосомада ірі молекулалық РНК-ның 183-РНК және 25 S -РНК деп аталатын екі түрі болады, олардың әрқайсысында тиісінше 2000 және 4000 нуклеотид бар. Матрицалық немесе информациялық РНК (и-РНК) Құрамында ондаған мың нуклеотид болады.

РНК молекулалары қос спираль түзбейді, алайда бір тізбектің жекелеген учаскелері комплементарлық азотты негіздері

Тасымалдаушы т-РНК құрылысының гипотетикалық моделі: А, Г, Ц, У —нуклеотид қышқылдары арқылы косақтала алады. Тасымалдаушы РНК (т-РНК) кейде 45-РНК деп те аталады, ол гиалоплазмада ерітілген. Оның қызметі амин қышқылдарын байланыстыру және оларды рибосомға жеткізу болып табылады. Әрбір амин қышқылын т-РНК-ның бір түрі ғана тасымалдауы мүмкін, сондықтан белок синтезіне 20 амин қышқылы қатысатын болса, онда клеткада т-РНК-ның 20 түрі болуы тиіс. РНК-ның бұл түрінде молекуланың беде жапырағына ұқсас екінші деңгейлік структурасы болады. Ол комплементарлық негіздеріне қарай тізбектің 4 учаскесінің қосақталуы жолымен түзіледі, осының нәтижесінде қосақталмаған негіздерден тұратын үш ілмек түзіледі.

5 S-РНК-ның ролі жөніндегі мәліметтер аз, ол рибосоманың үлкен бөлшегінің құрамына кіреді. Оның молекуласы да беде жа-пырағы пішіндес деген жорамал бар.

Клетка РНК-сының бүкіл көлемінің 85 проценттейін рибосома-лық РНК (р-РНК) құрайды. Рибосомалық 25 S-РНК мен 18 S-РНК-ның құрамында метильденген нуклеотидтер болады. Оның атқаратын қызметі аз зерттелген. Оның молекуласының екінші деңгейлік структурасы спиральды болуы мүмкін деп есептейді. Матрицалық РНК (м-РНК) ерекше роль атқарады, ол ядро ДНК-сының бетінде синтезделеді. Ол информацияны ДНК-Ден рибосо-маларға тасымалдайды. Оның молекулаларының өлшемі әр түрлі, құрылысы бір тізбекті және құрамында кәдімгі А, Г, Ц, У нуклео-тидтері болады.