Нуклеин қышқылдары, әсіресе ДНҚ ғылымда жақсы белгілі. Бұл олардың тұқым қуалау ақпаратының сақталуы мен берілуі тәуелді болатын жасушаның заттары екендігімен түсіндіріледі. 1868 жылы Ф. Мишер ашқан ДНҚ – айқын қышқылдық қасиеті бар молекула. Ғалым оны лейкоциттердің – иммундық жүйе жасушаларының ядроларынан бөліп алды. Келесі 50 жыл ішінде нуклеин қышқылдарын зерттеу кездейсоқ түрде жүргізілді, өйткені биохимиктер ақуыздарды тұқым қуалайтын белгілерге жауапты негізгі органикалық заттар деп санады.
1953 жылы Уотсон мен Крик ДНҚ құрылымын ашқаннан бері дезоксирибонуклеин қышқылы полимер, ал нуклеотидтер ДНҚ мономерлері қызметін атқаратынын анықтаған күрделі зерттеулер басталды. Олардың түрлері мен құрылымын біз осы жұмыста зерттейтін боламыз.
Нуклеотидтер тұқым қуалайтын ақпараттың құрылымдық бірліктері ретінде
Тірі материяның негізгі қасиеттерінің бірі – жасушаның да, бүкіл ағзаның да құрылымы мен қызметі туралы ақпаратты сақтау және беру.жалпы. Бұл рөлді дезоксирибонуклеин қышқылы атқарады, ал ДНҚ мономерлер - нуклеотидтер тұқым қуалаушылық субстанциясының бірегей құрылымы салынған өзіндік «кірпіш» болып табылады. Нуклеин қышқылды суперкоилді жасау кезінде жабайы табиғат қандай белгілерді басшылыққа алғанын қарастырайық.
Нуклеотидтер қалай түзіледі
Бұл сұраққа жауап беру үшін органикалық химияны білу керек. Атап айтқанда, табиғатта моносахаридтермен - пентозалармен (дезоксирибоза немесе рибоза) біріккен азоты бар гетероциклді гликозидтер тобы бар екенін еске түсіреміз. Оларды нуклеозидтер деп атайды. Мысалы, аденозин және нуклеозидтердің басқа түрлері жасушаның цитозолында болады. Олар ортофосфор қышқылының молекулаларымен этерификация реакциясына түседі. Бұл процестің өнімдері нуклеотидтер болады. Әрбір ДНҚ мономерінің және төрт түрі бар, гуанин, тимин және цитозин нуклеотидтері сияқты атаулары бар.
ДНҚ-ның пурин мономерлері
Биохимияда ДНҚ мономерлерін және олардың құрылымын екі топқа бөлетін классификация қабылданған: мысалы, аденин және гуанин нуклеотидтері пуриндік. Олардың құрамында пурин туындылары, C5H4N44 формуласы бар органикалық зат бар.. Гуанин нуклеотиді ДНҚ мономерінде бета конфигурациясындағы N-гликозидтік байланыс арқылы дезоксирибозаға қосылған пуриндік азотты негіз де бар.
Пиримидиндік нуклеотидтер
Азотты негіздер,цитидин және тимидин деп аталады, пиримидин органикалық затының туындылары. Оның формуласы C4H4N2. Молекула – құрамында екі азот атомы бар алты мүшелі жазық гетероцикл. Тимин нуклеотидінің орнына рРНҚ, тРНҚ, мРНҚ сияқты рибонуклеин қышқылының молекулаларында урацил мономері болатыны белгілі. Транскрипция кезінде ДНҚ генінен мРНҚ молекуласына ақпаратты беру кезінде синтезделген мРНҚ тізбегінде тимин нуклеотиді аденинмен, ал аденин нуклеотиді урацилмен ауыстырылады. Яғни, келесі рекорд әділ болады: A - U, T - A.
Chargaff ережесі
Алдыңғы бөлімде біз ДНҚ тізбектеріндегі және ген-мРНҚ кешеніндегі мономерлер арасындағы сәйкестік принциптеріне ішінара тоқталған болатынбыз. Әйгілі биохимик Э. Чаргафф дезоксирибонуклеин қышқылы молекулаларының мүлде бірегей қасиетін, атап айтқанда, ондағы аденин нуклеотидтерінің саны әрқашан тиминге, ал гуанин - цитозинге тең екендігін анықтады. Чаргафф қағидаларының негізгі теориялық негізі Уотсон мен Криктің зерттеулері болды, олар ДНҚ молекуласын қандай мономерлер құрайтынын және олардың қандай кеңістіктік ұйымы бар екенін анықтады. Чаргафф шығарған және комплементарлылық принципі деп аталатын тағы бір заңдылық пурин және пиримидин негіздерінің химиялық байланысын және олардың бір-бірімен әрекеттесу кезінде сутектік байланыс түзу қабілетін көрсетеді. Бұл екі ДНҚ тізбегіндегі мономерлердің орналасуы қатаң түрде анықталғанын білдіреді: мысалы, бірінші ДНҚ тізбегінің А-ға қарама-қарсы орналасуы мүмкін.тек T әр түрлі және олардың арасында екі сутектік байланыс пайда болады. Гуанин нуклеотидіне қарама-қарсы жерде тек цитозин орналаса алады. Бұл жағдайда азотты негіздер арасында үш сутектік байланыс түзіледі.
Генетикалық кодтағы нуклеотидтердің рөлі
Рибосомаларда жүретін ақуыз биосинтезінің реакциясын жүзеге асыру үшін пептидтің аминқышқылдарының құрамы туралы ақпаратты мРНҚ нуклеотидтер тізбегінен аминқышқылдарының тізбегіне көшіру механизмі бар. Көршілес үш мономер мүмкін болатын 20 аминқышқылдарының біреуі туралы ақпаратты тасымалдайтыны анықталды. Бұл құбылыс генетикалық код деп аталады. Молекулалық биология есептерін шешуде пептидтің аминқышқылдық құрамын анықтау үшін де, сұрақты нақтылау үшін де қолданылады: қандай мономерлер ДНҚ молекуласын құрайды, басқаша айтқанда, сәйкес геннің құрамы қандай. Мысалы, гендегі AAA триплеті (кодон) ақуыз молекуласындағы фенилаланин амин қышқылын кодтайды, ал генетикалық кодта ол мРНҚ тізбегіндегі UUU триплетіне сәйкес келеді.
ДНҚ редупликация процесіндегі нуклеотидтердің әрекеттесуі
Бұрын белгілі болғандай, құрылымдық бірліктер, ДНҚ мономерлері нуклеотидтер болып табылады. Олардың тізбектердегі ерекше реттілігі дезоксирибонуклеин қышқылының еншілес молекуласының синтезі процесінің үлгісі болып табылады. Бұл құбылыс жасуша интерфазасының S-сатысында болады. Жаңа ДНҚ молекуласының нуклеотидтер тізбегі принципті ескере отырып, ДНҚ-полимераза ферментінің әсерінен негізгі тізбектерге жиналады.комплементарлық (A - T, D - C). Репликация матрицалық синтез реакцияларына жатады. Бұл ДНҚ мономерлері мен олардың негізгі тізбектердегі құрылымы негіз, яғни оның еншілес көшірмесі үшін матрица қызметін атқаратынын білдіреді.
Нуклеотидтің құрылымы өзгеруі мүмкін
Айтпақшы, дезоксирибонуклеин қышқылы жасуша ядросының өте консервативті құрылымы. Мұның логикалық түсіндірмесі бар: ядроның хроматинінде сақталған тұқым қуалайтын ақпарат өзгеріссіз және бұрмаланбай көшірілуі керек. Жасушалық геном үнемі қоршаған орта факторларының «мылтық астында» болады. Мысалы, алкоголь, есірткі, радиоактивті сәулелену сияқты агрессивті химиялық қосылыстар. Олардың барлығы мутагендер деп аталады, олардың әсерінен кез келген ДНҚ мономері өзінің химиялық құрылымын өзгерте алады. Биохимиядағы мұндай бұрмалану нүктелік мутация деп аталады. Олардың жасуша геномында пайда болу жиілігі айтарлықтай жоғары. Мутациялар ферменттер жиынтығын қамтитын жасушалық жөндеу жүйесінің жақсы жұмыс істеуі арқылы түзетіледі.
Олардың кейбіреулері, мысалы, рестристазалар, зақымдалған нуклеотидтерді «кесіп тастайды», полимеразалар қалыпты мономерлердің синтезін қамтамасыз етеді, лигазалар геннің қалпына келтірілген бөлімдерін «тігеді». Егер қандай да бір себептермен жасушада жоғарыда сипатталған механизм жұмыс істемесе және ақаулы ДНҚ мономері оның молекуласында қалса, мутация матрицалық синтез процестерімен қабылданады және фенотиптік түрде қасиеттері бұзылған белоктар түрінде көрінеді. өзіне тән қажетті функцияларды орындай алмайдыжасушалық метаболизм. Бұл жасушаның өміршеңдігін төмендететін және оның қызмет ету мерзімін қысқартатын елеулі теріс фактор.
