Реферат
Тақырып: Нуклейн қышқылы
Жоспары:
Нуклейн қышқылдары
Қасиеттері
Жіктелуі
Аталуы
Нуклеин қышқылдары (лат. nucleus — ядро) — құрамында фосфоры бар биополемерлер. Табиғатта өте көп тараған. Молекулалары нуклеотидтерден тұрады, бір нуклеоидтік 5′-фосфор арасындағы эфирлік байланысы мен келесі нуклеотидтің углевод қалдығының 3′-гидроксилі арасы эфир байланысымен нуклеин қышқылдары углеводты-фосфатты қаққасын калайды. Нуклеин қышқылдары жоғарғы полимерлі тізбектері ондаған немесе жүздеген нуклеотидтің қалдықтарынан тұрады. Олардың м. с. 105—1010. Нуклеин қышқылдары құрамына кіретін мономерлерінің (дезокси- немесе рибонуклеотидтер) түріне қарай ДНҚ жәңе РНҚ деп бөлінеді.[1]
Нуклеин қышқылдары тірі жасуша ядросының маңызды құрам бөлігі. Нуклеин қышқылдары (НҚ) рибонуклеин қышқылы (РНҚ) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) болып екі үлкен түрге бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар.
Нуклеин қышқылдарының құрамы мен құрылысы
Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі (25-сызбанұсқа). Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (монометрлері). Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді.
Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді.
ДНҚ мен РНҚ құрамының айырмашылығы — нуклеин қышқылын толық гидролиздеу арқылы анықталды. Оларды гидролиздегенде, әр түрлі заттардың қоспасы түзіледі.
Нуклеин қышқылдары құрамында көмірсудың гидроксил тобы мен фосфор қышқылының арасында күрделі эфирлік байланыс түзіледі, ал азотты негіз көмірсудың жанынан жалғасады. Полинуклеотидтің құрылысын сызбанұсқамен былай өрнектеуге болады:Нуклеин қышқылдарының да ақуыздар сияқты әр түрлі құрылымдары болады.
Жіктелуі
Нуклеин қышқылының бірінші құрылымында мононуклеотидтер белгілі тәртіппен орналасады.
Нуклеин қышқылының екінші құрылымы макромолекулалардың кеңістікте қос шиыршық болып орналасуын көрсетеді. Бұл кезде молекулалар арасында және молекула ішінде сутектік байланыс арқылы әрекеттесу болады.
НҚ-ның макромолекуласы екі полинуклеотидті тізбектен құралады. Олар кеңістікте қос оралма түзеді . Оралманы фосфор қышқылының полиэфирі түзеді, пиримидин және пурин туындыларының жазық молекуласы оралманың ішінде болады.
Нуклеин қышқылының макромолекуласындағы бірінің ішінде бірі жатқан ширатылған екі оралмада, пиримидин және пурин қалдықтары өзара сутектік байланыс арқылы байланыскан.
Сутектік байланыс белгілі бір жұп пиримидин және пурин туындыларының арасында түзіледі. Оларды комплементарлы жұптар деп атайды. Ондай жұптар: тимин (Т) — аденин (А) және цитозин (С) — гуанин (G).
ДНҚ-ның қос оралмалы сызбанұсқасында таспамен көрсетілгендері фосфор қышқылымен көмірсулардың полиэфирінің макромолекуласы. Бұларды қосып жатқан түзулер пиримидин және пурин туындылары, олар комплементарлы жұптар.
Нуклеин қышқылының үшіншілік оралымы — ДНҚ мен РНҚ-ның кеңістікте шумақталып орналасуы.
Нуклеин қышқылдарының маңызы
Нуклеин қышқылдары биологиялық тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын жасушаның (жасушаның) маңызды кұрам бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары ақуыз биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен дитоплазмада кездеседі.Олар жасушаның қай бөлігінде шоғырланса, соған байланысты қызмет атқарады. Жоғарыда айтылғандай, ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болып табылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ); тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады.
Соңғы жылдары ғалымдар жоғары организмдердің гендерін бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтарының организміне енгізуді іске асырды. Соңынан оларды ақуыз синтездеуге пайдаланды. Мысалы, инсулин генін осылайша «жұмыс істеткізді». Адам инсулині ең алғаш рет Е. соlі деген бактерияның көмегімен 1982 жылы алынды.
Осылайша бір типтегі организмнен алынған генді басқа типтегі организмге енгізуді гендік инженерия деп атайды. Жоғарыда айтылған ипсулин, өсу гормоны — соматотропин, сондай-ақ гемофилия ауруына қолданылатын VIII фактор — гендік инженерияның өнімдері. Қазіргі кезде гендік инженерияның көмегімен түрлі жұқпалы ауруларға қарсы вакциналар өндіріле бастады.Қазақстан Ұлттық ғылым академиясының академигі М. Ә. Айтхожин жасушалық макромолекулалардың (нуклеин қышқылдары мен ақуыздың) синтезі саласында өте маңызды зерттеу жұмыстарын жүргізді.
Нуклеин қышқылдарын зерттеудегі ғылыми деректер. Нуклеин қышқылдары — тірі организмдегі тұқым қуалайтын ақпараттарды сақтай отырып, оны келесі ұрпақтарға жеткізетін күрделі құрылысты молекула.
ХХ ғасырдың 30—40-жылдары организм өсіп-өнгенде өзінде бар қасиеттерін келесі ұрпақтарға жеткізудегі нуклеин қышқылдарының рөлі ғылыми тұрғыдан толықтай дәлелденді.1868 жылы швед биохимигі Ф.Мишер клетка ядросының құрамынан қышқылдық қасиеті бар затты бөліп алған. Оны алғаш рет ядродан тапқандықтан (латынша “нуклеус” — ядро) нуклеин қышқылы деп атады. 1951 жылы американдық биохимик Э.Чаргафф ДНҚ молекуласының құрамына 4 нуклеотид кіретіндігін тапты.
Қос оралмалы ДНҚ сақинасы
Екі нуклеотид — аденин мен гуанин (екі сақиналы) пуриндік негізге, тимин мен цитозин (бір сақиналы) пиримидиндік негізге жатады. Э.Чаргафф адениннің саны тиминмен бірдей: А=Т, ал гуаниннің саны цитозиннің санына Г=Ц сәйкес екенін анықтады. 1950 жылы ағылшын биофизигі М.Уилкинс ДНҚ-ның кристалдық талшықтарының рентгенграммасын алды.
Р.Франклин ДНҚ молекуласының рентгенграммалық суретін бірінші түсірген ғалымдардың бірі болды. Ол рентгенграмманың көмегімен көмірсулы фосфатты тұлғаның (сүйеніш) шиыршықтың сыртқы жағында, ал азотты негіздер ішкі жағында орналасатындығын және шиыршықтың бір оралымында он нуклеотид болатынын анықтады.ДНҚ-ның құрамын анықтауда Р.Франклин ашқан деректердің маңызы өте зор болды. Алайда, ДНҚ молекуласының қанша жіпшеден тұратыны және қалай байланысқаны анықталмады. Бұны 1953 жылы американдық биохимик Дж. Уотсон мен ағылшын биофизигі әрі генетигі Ф.Крик анықтады. Олар рентген құрылымдық әдісті пайдаланып ДНҚ молекуласының құрамын ашты.Рентген құрылымдық зерттеулер ДНҚ молекуласының ұзын полипептидтік тізбек екенін дәлелдеді. Ол тізбектер қосарлана бұралып, қос оралым түзеді. Екі тізбектің азотты негіздері оралымның ішінде қалып, олар өзара бір-бірімен сутектік байланыс түзеді. Ал көмірсу мен фосфат топтары оралымды сырттап қалады. Демек, әр тізбектің азоттық негіздері коваленттік байланыс арқылы бірін-бірі толықтырып тұратын комплементарлық принципке сай байланысады. Яғни, аденин мен тимин екі сутектік, ал гуанин мен цитозин үш сутектік байланыс арқылы қосылатыны анықталды. Сонымен, 1953 жылы Дж. Уотсон мен Ф.Крик ДНҚ молекуласының құрылымдық моделін жасап, Халықаралық Нобель сыйлығына ие болды.Қорытындылай келгенде, Дж. Уотсон мен Ф.Крик ашқан ДНҚ молекуласы құрылымының дұрыстығы тәжірибе жүзінде толық дәлелденіп, молекулалық биология мен генетиканың дамуына зор ықпалын тигізді.Сызбанұсқадан көріп отырғанымыздай, нуклеин қышқылдарының азоттық негіздері, рибоза мен дезоксирибоза қосылып нуклеозид түзеді. Құрамына азотты негіз, рибоза немесе дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіретін қосылыс нуклеотид деп аталады. Нуклеотидтер — нуклеин қышқылының мономерлері, олар екі топқа бөлінеді: пуриндік — аденин мен гуанин және пиримидиндік — тимин, урацил және цитозин. Әрбір нуклеотидтер молекуласының құрылыстары бойынша бір-бірінен айқын ажыратылады. 2-суреттен көріп отырғанымыздай нуклеотидтің молекуласы азотты негізден, дезоксирибозадан және фосфор қышқылының қалдығынан тұрады. Ғылымда азотты негіз аденин — А, тимин — Т, цитозин — Ц, гуанин — Г әріптерімен таңбаланады. Аденин мен гуаниннің азотты негіздері қос сақиналы, тимин мен цитозин бір сақиналы екендігі белгілі.
Тірі табиғатта барлық ДҢҚ-ны құрайтын төрт нуклеотид
Нуклеотидтердің әр тізбегі өзара ұқсас буындары дезоксирибоза мен фосфор қышқылының қалдықтары арқылы байланысады. Енді, ДНҚ-ның қосарлы сақинасының (оралымның) қалай түзілетінін қарастырайық. 3-суретте ДНҚ-ның қосарлы сақинасының бөлігі бейнеленген.
Нуклеотидтердің полинуклеотидтік тізбекке қосылуы
Мұнда бір тізбектің азотты негіздері екінші тізбектің азотты негіздерімен сутектік байланыс арқылы қосылыс түзеді. Сутектік байланыстың түзілуі — олардың азоттық негіздерінің өте жақын түйісуінің нәтижесі. Түйісетін нуклеотидтер белгілі бір заңдылыққа бағынады. Атап айтқанда, бір тізбекте А орналасса, оның қарсысындағы екінші тізбекте Т орналасады, демек А-ға — Т комплементті, ал Г-ге — Ц комплементті болады. Нуклеотидтердің осылай комплементке сәйкес орналасуының нәтижесінде, біріншіден, қосарлы сақинаның ұзына бойындағы тізбектердің ара қашықтығы бірдей болады, екіншіден, қарама-қарсы орналасқан негіздердің арасында берік сутектік байланыс түзіледі. Атап айтқанда, Г мен Ц арасында үш сутектік, ал А мен Т арасында екі сутектік байланыс түзіледі. Неғұрлым сутектік байланыс жиі болса, ДНҚ жіпшелері берік және оның молекуласының қозғалғыштығы тұрақты сақталатындығы дәлелденді 4-сурет).
ДНҚ-ның қосарлы сақинасының бөлігі
Сонымен, жоғарыда айтылған ғылыми мағлұматтарға сүйене отырып, ДНҚ молекуласының құрылымын төмендегідей қорытындылайық.
ДНҚ — макромолекула, оның мономерлерінің рөлін нуклеотид атқарады, оларға: аденин, гуанин, тимин және цитозин жатады. Олардың алдыңғы екеуі екі, ал қалғандары бір сақиналы, әр нуклеотид бесбұрышты қантпен қосылған фосфат тобы және азоттық негізден тұрады. Осы фосфор тобы мен қанттың қалдығынан тұратын ұзын шиыршықты молекуланы қант-фосфорлы тұлға дейді.
Э.Чаргаффтың ережесі бойынша ДНҚ молекуласындағы пуриндік және пиримидиндік негіздердің арасында сандық сәйкестіліктің бар екенін көреміз.
- ДНҚ молекуласындағы адениннің мольдік мөлшері гуаниннің мөлшеріне тең, А:Т=1.
- ДНҚ молекуласындағы гуаниннің мольдік мөлшері цитозиннің мольдік мөлшеріне тең, Г:Ц=1.
- Шыққан тегіне байланыссыз әр түрлі ДНҚ-ның молекуласындағы пурин негіздерінің қосындысы пиримидин негіздерінің қосындысына тең: = 1.
- 1962 жылы орыс биохимиктері А.Н.Белозерский және А.С.Спирин нуклеотидтердің құрамын анықтап, сипаттау үшін ерекшелік коэффиценті деген ұғымды енгізді. Бұл ерекшелік коэфиценті ДНҚ молекуласындағы ара қатынасын бейнелейді.
ДНҚ молекуласы — үш құрылымды. ДНҚ-ның бірінші реттік құрылымына — оның молекуласындағы нуклеотид қалдықтарының белгілі тәртіппен кезектесіп қайталануы жатады. ДНҚ-ның екінші реттік құрылымы — оның шиыршықты, яғни көптеген дезоксирибонуклеотид тізбектерінің оралым түрінде болуы. Әр тізбектің орамы 10 қос нуклеотидтен тұрады, бір орамның ұзындығы 3,4 нм болады. Нуклеотидтердің ара қашықтығы 0,34 нм-ге тең. Олардың диаметрі — 1,7 нм
ДНҚ молекуласы кесіндісінің құрылысы
ДНҚ-ның үшінші реттік құрылымында оралым кеңістікте бүктеліп орналасады.Нуклеин қышқылдары екіге бөлінеді: дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) және рибонуклеин (РНҚ) қышқылы. Олардың бұлай аталу себебі — нуклеотид молекуласының құрамына кіретін пентозаның түріне байланысты. Егер молекуласының құрамына дезоксирибоза кірсе — ДНҚ, ал рибоза кірсе — РНҚ деп аталады.