ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) тірі заттың маңызды құрамдастарының бірі болып табылады. Ол арқылы тұқым қуалайтын ақпаратты ұрпақтан ұрпаққа сақтау және беру белгілі бір шектерде өзгергіштік мүмкіндігімен жүзеге асырылады. Тірі жүйеге қажетті барлық ақуыздардың синтезі ДНҚ матрицасынсыз мүмкін емес еді. Төменде ДНҚ-ның құрылымын, қалыптасуын, негізгі қызметін және ақуыз биосинтезіндегі рөлін қарастырамыз.
ДНҚ молекуласының құрылымы
Дезоксирибонуклеин қышқылы – екі тізбектен тұратын макромолекула. Оның құрылымында ұйымның бірнеше деңгейі бар.
ДНҚ тізбегінің бастапқы құрылымы – әрқайсысында төрт азотты негіздердің бірі бар нуклеотидтер тізбегі: аденин, гуанин, цитозин немесе тимин. Бір нуклеотидтің дезоксирибоза қанты басқа нуклеотидтің фосфат қалдығымен қосылғанда тізбектер пайда болады. Бұл процесс протеин-катализатор – ДНҚ лигазасының қатысуымен жүзеге асады
- ДНҚ-ның қайталама құрылымы қос спираль деп аталады (дәлірек айтсақ, қос бұранда). Негіздер қабілеттібір-бірімен былай байланысады: аденин мен тимин қос сутектік байланыс, ал гуанин мен цитозин үштік байланыс түзеді. Бұл қасиет негізді толықтыру принципінің негізінде жатыр, оған сәйкес тізбектер бір-бірімен байланысады. Бұл жағдайда қос тізбектің бұрандалы (көбінесе оң жақ) бұралуы орын алады.
- Үшінші реттік құрылым – қосымша сутектік байланыстар арқылы пайда болатын үлкен молекуланың күрделі конформациясы.
- Төрттік құрылым арнайы ақуыздармен және РНҚ-мен қосылып түзіледі және ДНҚ-ның жасуша ядросына оралу жолы болып табылады.
ДНҚ функциялары
ДНҚ-ның тірі жүйелердегі рөлін қарастырайық. Бұл биополимер әртүрлі белоктардың құрылымын, ағзаға қажет РНҚ, сондай-ақ әртүрлі реттеу орындарының жазбаларын қамтитын матрица болып табылады. Жалпы, бұл компоненттердің барлығы дененің генетикалық бағдарламасын құрайды.
ДНҚ биосинтезі арқылы генетикалық бағдарлама келесі ұрпаққа беріліп, өмірге негіз болатын ақпараттың тұқым қуалаушылығын қамтамасыз етеді. ДНҚ мутацияға қабілетті, соның арқасында бір биологиялық түрдің тірі ағзаларының өзгергіштігі туындайды және нәтижесінде табиғи сұрыпталу және тірі жүйелердің эволюциясы мүмкін болады.
Жыныстық көбею кезінде аталық және аналық тұқым қуалайтын мәліметтерді біріктіру арқылы ағза-ұрпақтың ДНҚ-сы қалыптасады. Біріктірілген кезде әртүрлі вариациялар болады, олар да өзгермелілікке ықпал етеді.
Генетикалық бағдарлама қалай шығарылады
Комплементарлы құрылымның арқасында ДНҚ молекуласының матрицалық өздігінен көбеюі мүмкін. Бұл жағдайда ондағы ақпарат көшіріледі. Екі еншілес «қос спираль» түзу үшін молекуланың екі еселенуі ДНҚ репликациясы деп аталады. Бұл көптеген компоненттерді қамтитын күрделі процесс. Бірақ белгілі бір жеңілдету арқылы оны диаграмма түрінде көрсетуге болады.
Репликация ДНҚ-ның белгілі бір аймақтарындағы арнайы ферменттер кешені арқылы басталады. Бұл кезде қос тізбек ыдырап, репликация айырын құрайды, мұнда ДНҚ биосинтезі процесі жүреді – әрбір тізбекте комплементарлы нуклеотидтер тізбегінің түзілуі.
Репликация кешенінің мүмкіндіктері
Репликация сонымен қатар күрделі ферменттер жиынтығының - реплисомалардың қатысуымен жүреді, оларда ДНҚ-полимераза негізгі рөл атқарады.
ДНҚ биосинтезі барысындағы тізбектердің бірі жетекші болып табылады және үздіксіз қалыптасады. Артта қалған жіптің қалыптасуы қысқа дәйектіліктерді - Оказаки фрагменттерін қосу арқылы жүреді. Бұл фрагменттер ДНҚ лигазасының көмегімен байланыстырылады. Мұндай процесс жартылай үздіксіз деп аталады. Сонымен қатар, ол жартылай консервативті ретінде сипатталады, өйткені жаңадан түзілген молекулалардың әрқайсысында тізбектердің бірі ата-ана, екіншісі - қыз.
ДНҚ репликациясы жасуша бөлінуіндегі негізгі қадамдардың бірі болып табылады. Бұл процесс тұқым қуалайтын ақпаратты жаңа ұрпаққа берудің, сондай-ақ ағзаның өсуінің негізінде жатыр.
Белоктар дегеніміз не
Белок дегенімізбарлық тірі организмдердің жасушаларындағы ең маңызды функционалды элемент. Олар каталитикалық, құрылымдық, реттеуші, сигналдық, қорғаныс және басқа да көптеген функцияларды орындайды.
Белок молекуласы – аминқышқылдарының қалдықтарының тізбегі арқылы түзілген биополимер. Ол, нуклеин қышқылының молекулалары сияқты, құрылымдық ұйымның бірнеше деңгейлерінің болуымен сипатталады - бастапқыдан төрттікке дейін.
Тірі жүйелер көптеген белоктарды құру үшін пайдаланатын 20 түрлі (канондық) аминқышқылдары бар. Әдетте, ақуыз өздігінен синтезделмейді. Күрделі ақуыз молекуласының түзілуіндегі жетекші рөл нуклеин қышқылдарына – ДНҚ мен РНҚ-ға жатады.
Генетикалық кодтың мәні
Сонымен, ДНҚ – ағзаның өсуі мен өмір сүруіне қажетті ақуыздар туралы ақпаратты сақтайтын ақпараттық матрица. Ақуыздар аминқышқылдарынан, ДНҚ (және РНҚ) нуклеотидтерден түзіледі. ДНҚ молекуласының белгілі бір нуклеотидтер тізбегі белгілі бір ақуыздардың белгілі бір аминқышқылдарының тізбегіне сәйкес келеді.
Жасушада белоктың құрылымдық бірліктерінің 20 түрі – канондық аминқышқылдары, ал ДНҚ-да нуклеотидтердің 4 түрі бар. Сонымен, әрбір амин қышқылы ДНҚ матрицасында үш нуклеотидтің қосындысы ретінде жазылады - триплет, оның негізгі компоненттері азотты негіздер. Бұл сәйкестік принципі генетикалық код деп аталады, ал негізгі үштіктер кодондар деп аталады. Генбелок жазбасын және негіздердің кейбір қызметтік комбинацияларын қамтитын кодондар тізбегі – бастау кодоны, тоқтату кодоны және басқалары.
Генетикалық кодтың кейбір қасиеттері
Генетикалық код әмбебап дерлік - өте аз ерекшеліктерді қоспағанда, ол бактериялардан адамға дейін барлық организмдерде бірдей. Бұл, біріншіден, жер бетіндегі барлық тіршілік формаларының өзара байланысын, екіншіден, кодтың өзінің көнелігін көрсетеді. Қарабайыр өмірдің ерте кезеңдерінде кодтың әртүрлі нұсқалары өте тез қалыптасқан болуы мүмкін, бірақ тек біреуі ғана эволюциялық артықшылыққа ие болды.
Сонымен қатар, бұл ерекше (бір мағыналы): әртүрлі аминқышқылдары бір триплетпен кодталмайды. Сондай-ақ, генетикалық код дегенерация немесе артықшылық сипатталады - бір амин қышқылына бірнеше кодон сәйкес келуі мүмкін.
Генетикалық жазба үздіксіз оқылады; тыныс белгілерінің қызметін негіздердің үштіктері де орындайды. Әдетте, генетикалық «мәтінде» бір-біріне сәйкес келетін жазбалар жоқ, бірақ мұнда да ерекшеліктер бар.
ДНҚ-ның функционалдық бірліктері
Ағзаның барлық генетикалық материалдарының жиынтығы геном деп аталады. Осылайша, ДНҚ геномның тасымалдаушысы болып табылады. Геномның құрамына белгілі бір белоктарды кодтайтын құрылымдық гендер ғана кірмейді. ДНҚ-ның едәуір бөлігінде әртүрлі функционалдық мақсаттары бар аймақтар бар.
Сонымен, ДНҚ құрамында:
- реттеушігенетикалық қосқыштар және құрылымдық ген экспрессиясының реттегіштері сияқты арнайы РНҚ кодтайтын тізбектер;
- транскрипция процесін реттейтін элементтер – белок биосинтезінің бастапқы кезеңі;
- псевдогендер – белокты кодтау қабілетін жоғалтқан немесе мутацияға байланысты транскрипцияланатын «қазбалы гендердің» бір түрі;
- мобильді генетикалық элементтер - транспозондар («секіргіш гендер») сияқты геном ішінде қозғала алатын аймақтар;
- теломерлер хромосомалардың ұштарында орналасқан ерекше аймақтар, олардың арқасында хромосомалардағы ДНҚ әрбір репликация оқиғасы кезінде қысқарудан қорғалған.
ДНҚ-ның ақуыз биосинтезіне қатысуы
ДНҚ тұрақты құрылым түзуге қабілетті, оның негізгі элементі азотты негіздердің комплементарлы қосылысы болып табылады. ДНҚ-ның қос тізбегі, біріншіден, молекуланың толық көбеюін, екіншіден, ақуыз синтезі кезінде ДНҚ-ның жеке бөлімдерін оқуды қамтамасыз етеді. Бұл процесс транскрипция деп аталады.
Транскрипция кезінде белгілі бір гені бар ДНҚ бөлімі бұралмайды, ал тізбектердің бірінде - шаблонда - кодтау деп аталатын екінші тізбектің көшірмесі ретінде РНҚ молекуласы синтезделеді. Бұл синтез де толықтауыш жұптар құру үшін негіздердің қасиетіне негізделген. Синтезге ДНҚ-ның кодталмаған, қызмет көрсететін аймақтары және РНҚ-полимераза ферменті қатысады. РНҚ қазірдің өзінде ақуыз синтезі үшін үлгі ретінде қызмет етеді, ал ДНҚ келесі процеске қатыспайды.
кері транскрипция
Ұзақ уақыт бойы матрица деп есептелдігенетикалық ақпаратты көшіру тек бір бағытта жүре алады: ДНҚ → РНҚ → ақуыз. Бұл схема молекулалық биологияның орталық догмасы деп аталды. Дегенмен, зерттеу барысында кейбір жағдайларда РНҚ-дан ДНҚ-ға көшіруге болатыны анықталды - бұл кері транскрипция деп аталады.
РНҚ-дан ДНҚ-ға генетикалық материалды тасымалдау мүмкіндігі ретровирустарға тән. Мұндай РНҚ бар вирустардың типтік өкілі адамның иммун тапшылығы вирусы болып табылады. Вирус геномын жұқтырған жасушаның ДНҚ-сына біріктіру РНҚ шаблонында ДНҚ биосинтезінің катализаторы қызметін атқаратын арнайы фермент – кері транскриптазаның (ревертаза) қатысуымен жүреді. Ревертаза да вирустық бөлшектің бөлігі болып табылады. Жаңадан пайда болған молекула жасушалық ДНҚ-ға біріктірілген, онда ол жаңа вирустық бөлшектерді өндіруге қызмет етеді.
Адам ДНҚ дегеніміз не
Жасуша ядросының құрамындағы адам ДНҚ-сы 23 жұп хромосомаға жинақталған және шамамен 3,1 миллиард жұп нуклеотидтерден тұрады. Ядролық ДНҚ-дан басқа, адам жасушаларында басқа эукариоттық организмдер сияқты митохондриялық жасуша органеллаларының тұқым қуалау факторы болып табылатын митохондриялық ДНҚ бар.
Ядролық ДНҚ-ның кодтау гендері (олардың 20-дан 25 мыңға дейіні бар) адам геномының аз ғана бөлігін құрайды - шамамен 1,5%. ДНҚ-ның қалған бөлігі бұрын «қоқыс» деп аталды, бірақ көптеген зерттеулер жоғарыда талқыланған геномның кодталмаған аймақтарының маңызды рөлін көрсетеді. Сондай-ақ процестерді зерттеу өте маңыздыадам ДНҚ-дағы кері транскрипция.
Ғылым құрылымдық және функционалдық тұрғыдан адам ДНҚ-сы деген не екені туралы жеткілікті нақты түсінік қалыптастырды, бірақ ғалымдардың бұл саладағы әрі қарайғы жұмыстары жаңа ашылымдар мен жаңа биомедициналық технологиялар әкеледі.
