Қмму 4/3-04/02 Қмму бе 4/02 2007 ж. 14 маусымдағы Қазмма жанындағы

ҚММУ 4/3-04/02

ҚММУ БЕ 4/02

2007 ж. 14 маусымдағы

ҚазММА жанындағы

ОӘК №6 НХ

Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

Молекулярлық биология және медициналық генетика кафедрасы

Дәріс
Тақырыбы: «Генетикалық ақпараттың берілу жолдары және реттелу механизмдері.

Мамандығы: 5В110300 «Фармация»

Курс: 1

Уақыты: 50 мин.

Қарағанды 2013

Кафедра мәжілісінде талқыланып және бекітілген

02.09.2013 ж №1 хаттама

Кафедра меңгерушісі ______________ Құлтанов Б.Ж.

Дәріс құрылымы
Тақырыбы: «Генетикалық ақпараттың берілу жолдары және реттелу механизмдері.
Мақсаты: ДНҚ синтезін, ақуыз биосинтезін, оның ерекшеліктерін және маңызын оқып білу, .
Дәрістің жоспары:

1. Репликация механизмі.

2. Репликон, репликациялық вилка (аша) туралы түсінік.

3. Ферментті комплекстің компоненттері.

4. Жетекші тізбектің және Оказаки фрагменттерінің синтезі.

5. Теломерлер және теломердің қызметі.

6. Репарацияға түсінік.

7. .Рибосоманың функциональдық орталықтары.

8. Трансляция этаптары.
Дәріс тезистері
Репликация – дегеніміз ядроішілік маңызды процесс. Бұл өзін-өзі көшіруге қабылетті, ДНҚ санының екі еселенуіне алып келеді. Репликация екі комплементарлық тізбектен тұратын, ДНҚ молекуласының химиялық ұйымы ерекшелігінің нәтижесінде болады.

Репликация процессінде аналық ДНҚ молекуласының әрбір полинуклеотидті тізбегінде оған комплементарлы тізбек синтезделінеді.

Нәтижесінде, екі спиральді ДНҚ-ң біреуінен, екі ұқсас қос спираль пайда болады. Бұндай екіеселену жолындағы әрбір – жаңа молекула бір аналық және бір жаңа синтезделген тізбектен тұрады және жартылай консервативті (сақтаушы, негізгі қалпын сақтау) деп аталады.

Репликация механизмі

Тізбекте репликация жүзеге асырылу үшін, бастапқы ДНҚ тізбектері бір-бірінен ажыратылады және матрицаға айналады. Әрбір матрицаға жаңа тізбектің комплементарлы синтезделінуі жүреді.

ДНҚ спиралінің тарқатылуы, жеке аймақтарда геликаза ферментінің көмегімен жүреді. Құрастырылған біртізбектік бөліктер арнайы тұрақтылықты бұзушы (дестабилизирлеуші) ақуыздармен байланысады. Бұл ақуыздар молекулалары, азотты негізді нуклеоплазмадағы орналасқан комплементарлы нуклеодиттермен байланысуына себебін тигізеді. Репликациядағы полипептидті тізбектің ажырау аймағы репликациялық вилка (аша) деп аталады. Синтезделу процессінде репликациялық вилка барлық жаңа аймақты қоршай, аналық тізбектің бойымен жылжиды. Нәтижесінде, репликация процессінің соңында, ДНҚ-ң екі молекуласы пайда болады. Оның нуклеотидті бір ізділігі бастапқы екі спиральмен бірдей.

Прокариот және әукариоттарда репликацияның бір ізділігінің болуы ұқсас, бірақ ДНҚ-ң синтезделу жылдамдылығы прокариоттарда жоғары (1000 нуклеотидтер /сек), ал эукариоттарда төмен (100 нуклеотидтер /сек).

Репликацияның жоғарғы жылдамдылығының болуы ферменттер жүйесінің қатысуымен жүреді: геликазалар, топоизомеразалар, тұрақтылықты бұзушы (дестабилизирлеуші) ақуыздар, ДНҚ-полимеразалар және т.с.с.

Репликацияның басталу нүктесінен оның біткенге дейінгі ДНҚ бөлігі – репликон деп аталады. Прокариоттағы сақиналы ДНҚ жеке репликоннан тұрады. Сондықтан ДНҚ-молекуласының екіеселенуі эукариоттарда бірнеше нуктелерден басталады. Әрбір репликондарда екіеселену әртүрлі уақытта немесе біруақытта болуы мүмкін.

ДНҚ тізбегінің ұзаруы - немесе оның жеке фрагменті (үзіндісі), әрқашан 5 ^/ соңынан 3 ^/соңы бағытында жүреді, яғни нуклеотидтер өсуші тізбектің 3^/ соңына қосылады. Өйткені ДНҚ молекуласындағы комплементарлық тізбектер антипараллельді, сосын өсуші тізбекте матрицалыққа антипараллельді, 3 ^/ → 5 ^/ соңына қарай оқылады. Фрагменттік комплекстердің функциялануы келесі түрде жүреді: екі синтезделетін тізбектің біреуі басқасымен салыстырғанда алдына оза шығып өседі, сондықтан алғашқы тізбек – жетекші деп, ал екіншісі кешеулдейтін тізбек деп аталады.

Жетекші тізбек ұзын үздіксіз фрагмент түрінде болады, (сперматогоний үшін – бұл 1млн. 600 мың нуклеотидтер).

Кешеулдейтін тізбек қысқа фрагмент түрінде болады (1500 мың нуклеотидтерге дейін). Бұл Оказаки фрагменттері.

Прокариот клеткасында Оказаки фрагменттері 1000-2000 нуклеотидтерден, ал эукариотта 100-200 нуклеотидтерден тұрады.

Әрбір осындай фрагменттің синтезделу кезінде ұзындығы шамамен 10 нуклеотидтен тұратын бастаушы РНҚ-пайда болады.

Жаңадан пайда болған фрагмент. ДНҚ-лигазалар ферменті көмегімен алдында болып өткен оның бастаушы-РНҚ-ны алып тастағаннан кейінгі (Бастаушы-РНҚ, ДНҚ-полимеразаның ДНҚ-ны синтездейтін негізгі ферменттерінің жұмысы үшін қажет).

Ферментті комплекстің компоненттері

Репликация процессіне 15-20 ақуыздар қатысады. Барлық бұл ақуыздарды 3 топқа бөлеміз:

1. Ата-аналық ДНҚ-ны репликацияға дайындайтын ақуыздар

Арнаулы танитын ақуыздар, негізде (жиі А-Т) ерекше бір ізділікпен байланысады (бұл ақуыздар модификация нәтижесінде пайда болады деп санайды). Бұл репликацияның басталу нүктесі. Бұндай ақуыздар, ДНҚ-репликациялаушы комплекс құрамында ДНҚ-мен көшіріледі. Бұл топтың алғашқы ферменті геликаза – ол репликативті вилка (аша) аумағында екі спиральді ДНҚ-ң тарқатылуын қамтамасыз етеді. Бірақ, спиральдің тарқатылуы бұл бөлік алдында супершиыршықтың пайда болуына алып келеді, яғни ДНҚ кейбір жерлерде ядролы матрикске жазылып қойылған және еркін айнала алмайды. Сондықтан, бұл бөліктерде супер орамдардың пайда болуын ескертетін топоизомераза ферменті жұмыс істейді.

2. Полимеризация ферменттері.

Арнайы ақуыз, праймазалар активаторы қызметін атқарады, содан соң праймаза ДНҚ- бөлігінде қысқа РНҚ –бастаушы немесе праймерді синтездейді.

ДНҚ – полимеразалар нуклеотидтердің жаңа ДНҚ тізбегінде қосылу бір ізділігін, ата-аналық тізбектегі нуклеотидтерге комплементарлы болуын жүзеге асырады.

3. ДНҚ – репликациясын аяқтайтын ферменттер.

Жоғарыда айтылған ферменттердің әсері нәтижесінде, әрбір жаңа синтезделінген тізбектер бір-біріне жанасатын бөліктерден тұрады. Көршілес бөліктерді тұтастырып тігуге лигаза (Л) қатысады, ол нуклеотидтер аралығында фосфодиэфирлі байланыстың пайда болуына қатысады.

Сонымен, ДНҚ репликациясы аяқталды (оның соңы немесе теломерлік бөліктер репликациясынан басқа).

Теломердің қызметі.

1. Механикалық - Теломерлер хромосомалардың ядро матрицасына қосылуына қатысады, бұл ядрода хромосоманың дұрыс бағытта болуы үшін және мейоздық бөліну үшін өте маңызды, бірдей (сестринские) хроматидтердің соңдары бір-біріне жалғанады.

2. Стабилизаторлық (тұрақтандырушы) – Үзілген хромосомалар соңының тұрақтануы, хромосоманың жабысып қалуынан немесе қосылуынан, және деградациядан қорғайды.

3. Гендердің экспрессияға әсер етуі. Теломерлердің жанында орналасқан гендер белсенділігінің әсер ету жағдайы жазаланылған немесе төмендеген – сайленсинг деп аталады. Ол ядро мембранасына жақындауын немесе белгілі ақуыздардың әсерін қамтамасыз ететін – транспозондар үшін тән.

Транспозон – (геном немесе бөлшек ) – жылжымалы генетикалық элемент. Геномда өз орнын ауыстыра беретін ДНҚ фрагменті.

4. «Есептеуші» қызметі. Теломерлер, клетка бөлінуінің санын санауға қабылетті, яғни әрбір бөлінуде теломерлер 50-65 жұп нуклеотидтерге қысқарады. Ұзындығы, өте қысқарған кезде теломерлер көптеген қызметтерін жоғалтады, клеткалық цикл бұзылады және клетка өледі.

Ақуыздың биосинтезі.

Даярлық кезеңдер. Трансляция кезінде амино-ацил-т-РНҚ қатысады, ал бос аминқышқылдар қатыспайды. Осы комплекстің пайда болуы аминқышқылдардың реакциялық қабылетін жоғарылатады және аминқышқылдар өзінің антикодонымен кездеседі.

Әрбір т-РНҚ молекуласы аминқышқылдарды бірнеше рет қолданушы ретінде ұстайды.

Рибосоманың функциональдық орталықтары.

Трансляция процессі белсенді рибосомаларды құрастырудан, яғни трансляция инициациясынан басталады. Рибосома суббірліктерінің түрлері және олардың үстірттерінің қосылуы күрделі. Жинақталған рибосоманың формасы жүрекке ұқсас болып келеді. Үлкен және кіші суббірліктер аралығында, байланысқан үстірттерде шұңқыр (қуыс) болады, пептидті байланыстың пайда болуын және м-РНҚ туралы рибосомалардың ауысушылығын катализдейтін орталықтар бар.

Прокариот және эукариот клеткаларының рибосомалары, құрылысы және қызметі жағынан ұқсас. Рибосомада екі өзекше (бороздки) бар. Бір өзекше өсуші полипептидті тізбекті ұстап тұрады, екіншісі –м-РНҚ. Рибосомада 2 орталық немесе бөлік бар.

Амино-ацильді (А-бөлік) бөлікте – аминқышқылын алып жүретін, амино-ацилді т-РНҚ орналасады.
Пептидильді (П-бөлік) бөлікте – пептидті байланыспен қосылған аминқышқылды тізбегімен т-РНҚ орналасады.

Рибосомада әрқашан 30 нуклеотидтер болады, бірақ тек қана екі т-РНҚ, м-РНҚ-ның жақын орналасқан екі кодонымен әрекеттеседі. Ақпаратты аминқышқылдар тіліне трансляциялау, м-РНҚ-да жасалған ақпараттарға сәйкес пептидті тізбектердің біртіндеп өсуінен тұрады.

Трансляциялау кезеңі 3 фазадан тұрады:

Инициация
Элонгация
Синтездің терминациясы

Инициация фазасы

Бұл пептид синтезінің басталуы. Осы жерде рибосомалардың неі суббірліктерінің бірлесуі және алғашқы амино-ацил т-РНҚ-ң қосылуы жүреді. Инициирлеуші, бастаушы кодон АУГ метионин аминқышқылын шифрлайды, сондықтан пептидиальді бөлікте метионинді алып жүруші т-РНҚ алғашқы орынды алады.

Трансляцияның инициация процесстері инициация факторлары -ақуыздармен катализденеді.

Элонгация фазасы

Бұл, алғашқы пептидті байланыстың пайда болу кезеңінен басталып, соңғы аминқышқылдардың қосылуына дейінгі пептидтің ұзаруы болып табылады.

Мұнда, оқиғалар циклді қайталанбайды, - А бөлікте болатын кезекті кодонды, амино-ацил т-РНҚ-ң тануы және антикодон мен кодон аралығында бір-бірімен комплементарлы әрекеттестігі жүреді.

т-РНҚ- құрылысының ерекшелігі арқасында, антикодон кодонмен қосылған кезде, П-бөлікте орналасқан аминқышқылдарына жақын, м-РНҚ-аминқышқылы А-бөлікте орналасады.

Екі аминқышқылдары аралығында пептидті байланыс пайда болады, нәтижесінде жоғарыда айтылған аминқышқылы өзінің т-РНҚ-дағы байланысын жоғалтады және А-бөлікте орналасқан амино-ацил-т-РНҚ-на қосылады, ал т-РНҚ П-бөліктен кетіп цитоплазмаға өтеді.

Пептидті тізбектен тұратын т-РНҚ-ның А-бөліктен, П-бөлікке ауыстырылуы рибосомалардың м-РНҚ бойымен қадамға, бір кодонға сәйкес жылжуымен қоса жүреді. Келесі кодон А-бөлікпен түйісіп, онда ол сәйкес амино-ацил-т-РНҚ-мен танылады. Осында өз аминқышқылын орналастырады және А-бөлікке кодон-терминатор келіп түспейінше (ол үшін т-РНҚ жоқ), қайталана береді.

Пептидті тізбекті құрастыру үлкен жылдамдықпен жүреді (прокариоттарда 12-ден 17 аминқышқылдан жоғары секундына, ал эукариоттарда бірнеше аминқышқылдар 1 секундта).

Полипептидтің синтезделуінің аяқталуы -терминация фазасы, терминирлеуші кодондағы (УАА, УАГ немесе УГА) ерекше рибосомальді ақуызбен танылу жүреді. Сонымен, соңғы аминқышқылға су (Н₂О) – қосылады, рибосомамен байланыс үзіледі және екі суббірлікке бөлінеді.

Әдебиет:

Негізгі

1. Стамбеков С.Ж., Петухов В.Л. Молекулалық биология. Оқулық/ҚР. Новосибирск: Семей МУ, 2003. –216 бет.

2. Әбилаев С.А. Молекулалық биология және генетика. Шымкент.2008, 424 б

3. Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Н. Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов, Москва: Наука, 2003,544 с.

4. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки, Руководство для врачей. Пер с англ. М.: БИНОМ – Пресс,2003- 272 с.

5. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., Медицина,2003.

6. Генетика. Учебник для ВУЗов / Под ред. Академика РАМН В.И. Иванова. – М.: ИКЦ «Академкнига»,2006.-638 с.:ил.

Қосымша:

1. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. Пер. с англ. –М.,Мир, 1994 -520 с.

2. Казымет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. – Астана,2006,2007.

3. Медицинская биология и генетика/ Под.редакцией Куандыкова Е.У., Алматы,2004
Бақылау сұрақтары:

Репликация процессінің маңызы.
Ата-аналық ДНҚ репликацияға дайындайтын ақуыздар.
Полимеризация ферменттері.
ДНҚ репликациясын аяқтайтын ферменттер.
Қартаюдың теломерлік теориясы.

6. Аминоацильді бөліктің қызметі.

7. Пептидальді бөліктің қызметі.

8. Трансляция этаптарын көрсетіңіз.