Жасушадағы маңызды биополимерлер. Нуклеин қышқылы және нәруыз биосинтезі

Жасушадағы маңызды биополимерлер. Нуклеин қышқылы және нәруыз биосинтезі

XX ғасырда жаратылыстану ғылымдары саласында ең ірі жаңалық ашылды. Ол 1953 жылы Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик және Розалин Франклин сияқты американ және ағылшын ғалымдарының ДНҚ молекуласының құрылысын ашуы еді. Осы жаңалық негізінде тұқым қуалаушылықтың сыры ашылды. Сол кезден бастап адамзат үшін тіршіліктің мөні түсінікті бола бастады. Бұл зерттеуге сәйкес тіршілік дегеніміз — белгілі бір нәруыздар синтезі арқылы ДНҚ молекуласында жазылған генетикалық акпараттардың үнемі жүзеге асырылып отыруы. Бұған мысал ретінде көбелектің дамуын айтуға болады. Алдымен жұмыртқалар пайда болып, одан дернәсіл шығады, кейін олар қуыршакка айналып, одан көбелектер ұшьш шығады. Яғни, кәбелек тіршілігінің түрлі кезеңінде әр түрлі нәруыздар жүйесі қызмет атқарады.

Сондықтан қышқылдар мен нәруыздар тіршіліктің маңызды биополимерлеріне жатады.

Нуклеин қышқылдары

Нуклеин қышқылдары. Нуклеин қышқылдарын XIX ғасырдың екінші жартысында швейцарлық биохимик Ф.Мишер ашқан, ол жасуша ядросынан құрамында азот пен фосфоры жоғары мөлшерде болатын затты бөліп алған. Оны алғаш рет ядродан тапқандықтан (Үлгі:Lang-en — ядро) нуклеин қышқылы деп атады.

Нуклеин қышқылдары генетикалық ақпаратты сақтау қызметін атқарады. Ал генетикалық ақпарат нуклеин қышқылдарындағы азоттық, негіздерде жазылған. Онда организмдегі нәруыз құрылысы туралы ақпараттар жазылып, сакталып жүзеге асырылады. Нәруыздар организмдегі барлық басты функцияларды жүзеге асырады. Нуклеин қышқылдарының екі түрі болады: дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) және рибонуклеин қышқылы (РНҚ).

Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ)

Дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ). ДНҚ молекуласы бір- бірімен кезектесіп тізілген дезоксирибоза қанты мен фосфор қышқылы қалдықтары бар шиыршыңталған (кос оралымды) екі полимерлі жіпше түрінде болады, бұлар оның молекуласына қышқылдық қасиет береді. Полимерлік жіпшенің әрбір қант қалдықтарына тұзу бұрыш бойында азоттық негіздердің біреуі байланысады: аденин (А) немесе тимин (Т), цитозин (Ц) немесе гуанин (Г). Екі полимерлік жіпше өзара бір-бірімен бір жіпшедегі аденин мен екінші қарама-қарсы жіпшедегі тимин арасында екі сутектік байланыстың түзілуі арқылы байланысады. Азоттық негіздермен бірге сутектік байланыстар оралымдар және оралымды сатылар түзеді.

ДНҚ молекуласы нәруыздар туралы ақпаратты сақтау және жүзеге асыру қызметін аткарады. Сондықтан да молекуласының бір полипептидтік тізбегі жайлы акпараттар жазылған ДНҢ беліктеріген немесе цистрон деп аталады.

Ерекше ескертетін жайт: аденин азоттық негізі қарама-қарсы жақтан тек қана тиминнің (A = Т) және кері- сінше (Т = А), ал гуанин азоттык негізі тек қана цитозиннің (Г = Ц) және керісінше (Ц = Г) қосылуын талап етеді. Америкалық биохимик Чаргаффтың айтуынша: ДНҚ-дағы A саны Т санына тең, ал Г саны Ц санына тең. Бұл құбылысты Чаргафф ережесі деп атаған. Сонымен жоғарыда айтылған азоттық негіздердің әр жұбы бір-біріне комплементарлы (бірін-бірі толықтырады) болады. Сондыктан да әрбір ДНҚ жіпшесі азоттық негіздердің құрамы жағынан комплементарлы басқа ДНҚ жіпшесін қажет етеді. Бұл қасиет ДНҚ репликациясы құбылысын жақсартады. Репликация (Үлгі:Lang-la — калып) дегеніміз — ДНҚ-ның екі еселенуі, ол ерекше ферменттер қатысуы арқылы жүзеге асырылады. Нәтижесінде, бөлінген әрбір ДНҚ жіпшесі толық құрылып бітуі үтітін комплементарлы жіпше іздейді. ДНҚ-ның негізгі қызметі — нәруыз құрамы жайлы ақпаратты сақтау және жүзеге асыру.

ДНҚ синтезі. Жасуша бөлінуінід ерекше белгісі сол, бұл кезде ДНҚ молекуласы өзінің екі жіпшесінің комплементарлы көшірілуі (репликация) жолымен екі өселенеді Алдымен ДНҚ орамасы гераза немесе геликаза ферментінің әсерінен таркатылады. Содан кейін әрбір жіпшеден ДНҚ ферменті полимераза көмегімен комплементарлы түрде (ұрпақ) жіпше синтезделеді.

Осылайша бірнеше қайталанып жасалған тәжірибенің нөтижесінде ДНҚ-ның бір "ауыр" және бір "жеңіл" жіпшелерден тұратынын дәлелдеген. Яғни, бұрынғы жіпше негізінде комплементарлырепликация жолымен жаңа жіпше түзеді.

Рибонуклеин қышқылы

Рибонуклеин қышқылы РНҚ-ның ДНҚ-дан айырмашылығы — ол бір тізбекті полимер, оның полимерлі жіпшесі қант калдығы рибоза мен фосфор қышқылы қалдығының кезектесіп орналасуынан тұрады. РНҚ-ның әр қант қалдығына 4 азоттық негіздер жалғаскан: аденин, гуанин, цитозин және урацил (ДНҚ-дағы тиминнің орнына). Сонымен, РНҚ-ның ДНҚ-дан басты айырмашылығы — оның құрамында тиминнің орнына азоттық негіз урацил, ал дезоксирибоза қантының орнына рибоза қанты кіреді.

РНҚ-ның негізгі үш түрі бар: ақпараттық немесе матрицалық РНҚ (аРНҚ); тасымалдаушы РНҚ (тРНҚ) және рибосомалық РНҚ (рРНҚ). аРНҚ-ның қызметі: бір немесе бірнеше нәруыздар жайлы ДНҚ-ның генетикалық ақпаратын жазу және нәруыздың синтезі жайлы ақпаратты цитоплазмаға тасымалдау. тРНҚ аминқышқылдарын рибосомаларға тасымалдайды, ал рРНҚ рибосоманың құрылымдық тірегін түзеді, онда нәруыз синтездеу процесі жүреді.

РНҚ синтезі

РНҚ синтезі. Генетикалық ақпаратты сақтайтын және жүзеге асыратын негізгі молекула ДНҚ молекуласы болып табылады. Белгілі уақытта белгілі ақпаратты уақытша сақтау үшін негізгі генетикалық ақпаратты көшіру қызметін ақпараттық РНҚ атқарады.

Ақпараттык РНҚ мынадай үлгіде синтезделеді. Алдымен гераза немесе геликаза ферментінің өсерінен ДНҚ бөлігі тарқатылады да, ДНҚ-ға бағынышты РНҚ полимераза ферментінің көмегімен РНҚ-ға комплементарлы принцип бойынша синтезделеді. Фермент толық жұмыс істеу үшін міндетті түрде барлық төрт нуклеотид АТФ, ГТФ, ЦТФ және УТФ болуы керек. Барлық жүретін процесс ДНҚ репликациясына ұқсас болады, мұнда тек дезоксирибоза қанты рибозамен және тимин урацилмен алмасады. РНҚ-ның бір ерекшелігі — ДНҚ-ның негізгі жіпшесінен ажьфап, цитоплазмаға тасымалданады. ДНҚ матрицасындағы РНҚ-ның синтезделу процесі транскрипция (Үлгі:Lang-la — көшіру) деп аталады.

Нәруыз биосинтезі

Нәруыз биосинтезі. Нәруыздардың құрамы жайлы генетикалық ақпаратты сақтау және жүзеге асырудың материалдық негізі генетикалық код. Ол барлық тірі организмдерге төн. Ендігі жерде генетикалық кодтың негізгі түсініктерін қарастырайық. Кодтау дегеніміз — ақпараттың бір түрін сақтау және басқа ақпарат түріне тасымалдау. Мысалы, америкалық Самуэль Морзе нүкте және сызықша арқылы ағылшын алфавитін кодтауды ойлап тапты. Соның нәтижесінде өте алыс қашыктыктарға телеграф хабарламалары жеткізілетін болды. Қазіргі кездегі арнайы компьютерлердегі ақпараттың барлық түрлері тек қана екі әлементті: "иә" және "жоқ" деген кодпен, яғни электр сигналының болуы немесе болмауымен қодталынады. Олар 8 элементтен (сигналдар) немесе октеттен құралады. Ол компъютерге енген қандай да болмасын ақпаратты кодтайды.

Нәруыздардың құрамындағы аминқышқылдарын қарастырайың. Нәруыздардың 20 түрлі аминқышқылынан тұратындығы белгілі. Ал ДНҚ құрамында тек қана 4 түрлі азоттық негіз болады. Егерде біз әрбір аминқышқылды әрбір азоттық негізбен кодтайтын болсақ, онда тек қана 4 аминқышқылы кодталынады. Егер азоттық негіздерді жүп кылып алсақ, онда 16 аминқышқылын кодтай аламыз. Бұл да жеткі- ліксіз болады. Барлық аминкышқылдарын кодтау үтттін үш азоттық негіз катарынан тұратын реттілік — триплет қажет. Генетикалық код ДНҚ-ның тек қана бір жіпшесінде орналасады. Оны мағыналы жіпіие деп атайды. ДНҢ-ның екінші жіпшесі ақпаратты сақтау мен тасымалдауға қатыспайды.

Генетикалық код үш әріпті болып келеді және онымен 64 элементті (43) кодтауға болады. Аминқышқылының саны 20 болғандықтан, бір аминкышкылы бірнеше триплеттермен кодталынады, онда реттілік бойынша бірінші және екінші азоттық негіздер өзгермейді де, тек үшінші азоттық негіз өзгереді. Мысалы, аргинин аминқышқылына ГЦА, ГЦГ, ГЦТ сияқты триплеттер сәйкес келеді. Бұндай бір элементті бірнеше код кодтайтын болса, оны нақты емес деп атайды. Генетикалық код дискретті болып табылады, яғни триплеттер бірінен кейін бірі жүреді.

Нәруыз биосинтезі кезінде оның соңы арнайы триплетпен кодталады, ол ешбір аминқышкылына сәйкес келмейді. Бұндай триплет терминациялаушы кодон деп аталады. Үш терминациялаушы кодон болады: УАА, УАГ және УГА.

РНҚ-ның тек екеуі ғана, яғни аРНҚ мен тРНҚ генетикалык акпаратты тасымалдауға қатысады. Генетикалық ақпарат тасымалдану үшін ДНҚ-ның мағыналы жіпшесінің белгілі бір жерінде (ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимераза ферментінің көмегімен) РНҚ комплементарлы түрде синтезделеді. Тиминнің орнына РНҚ-да урацил қатысады, яғни ДНҚ бөлігі ААГ, ЦАГ, ГТА-дан тұратын болса, УУЦ, ГУЦ, ЦАУ түріндегі комплементарлы аРНҚ синтезделеді.

Бір полипептидтік тізбектегі аминқышқылының орналасу реттілігі туралы ақпарат жазылған ДНҢ белігі ген (Үлгі:Lang-el — туу) деп аталады. аРНҚ ДНҚ молекуласының белгілі бір бөлігінде РНҚ- полимераза ферментінің өсерінен синтезделеді. Бүндай жолмен синтезделген ақпараттық РНҚ (аРНҚ) ДНҚ молекуласының белгілі бір бөлігінің көшірмесі болып есептеледі. аРНҚ ядродан шығып, цитоплазмаға тасымалданып, ерекше органоид — рибосомамен байланысады. аРНҚ ДНҚ молекуласынан көшіріп алған тұқым қуалау ақпаратын рРНҚ- ға жеткізеді. Демек, ол ДНҚ мен рибосоманың арасындағы дөнекер. Генетикалық кодтың негізін білгендіктен, біз енді трансляция процесіне өте аламыз (Үлгі:Lang-en — аудару деген сөз). Бұл триплеттер тілін нәруыздардағы аминқышқылдарының реттілігі тіліне аудару процесі. Трансляцияны ерекше аудармашы РНҚ, яғни транспорттық РНҚ (тРНҚ) жүзеге асырады. Оның пішіні беде жапырағына ұқсайды. Ортаңғы жапырактың ұшында 3 азоттық негіздер реттілігі, яғни триплет орналасқан. Бұл триплет аРНҚ-ға антикодон, ал ДНҚ-ға кодон болып келеді. Бірақ та тимин урацилмен ауыстырылады. тРНҚ-ның алпысқа жуык түрі белгілі. Әрбір тРНҚ 20 аминқышқылының біреуімен қосылады. Қосылу үшін энергия көп жұмсалады.

Нәруыз синтезі ерекше биохимиялық машиналар — рибосомаларда жүзеге асырылады. Рибосомалар үлкен және кіші екі суббеліктен тұрады. Бұл суббөліктёр рибосомалық РНҚ (рРНҚ) және құрылымдық нәруыздардан түзіледі. Рибосомалық РНҚ (рРНҚ) рибосоманың құрылымдык каңкасын түзеді.

аРНҚ алдымен АУГ деп аталатын бірінші триплеті бар рибосоманың кіші суббелігімен байланысады. Бұл триплет АУЦ антикодоны бар формилметионинді тРНҚ-ға сәйкес келеді. Содан кейін рибосоманын; кіші суббөлігіне үлкен суббелік байланысып, суббөліктер арасындағы саңылауларға формилметионинді тРНҚ кіріп, ол аРНҚ-ның бірінші триплетін "таниды". Содан соң, егер аРНҚ-ның екінші триплеті AAA болса, онда лизиндік тРНҚ оларға жақындайды да, лизин пептидтік байланыс арқылы метионинмен байланысады. Сонымен рибосомадағы нәруыз молекуласында бірінші пептидтік байланыстың синтезі жүреді. Содан кейін аРНҚ бір триплетке жылжиды да, рибосомаға, мысалы, келесі УУУ триплеті енеді. Бұл триплет фенилаланиндік тРНҚ-ның байланысуьш талап етеді. Сонан соң фенилаланинлизинмен байланысады да, нәруыз синтезі әрі қарай жалғасады. Соңында рибосомаға терминациялайтын кодон УГА кіреді де, нәруыз синтезінің тоқтатылуына және нәруыздың рибосомадан босап шығуына сигнал береді <ref>Сартаев А., Гильманов М. С22 Жалпы биология: Жалпы білім беретін мектептің қоғамдық-гуманитарлық бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2006. ISBN 9965-33-634-2</ref>

Дереккөздер

<references/>

{{#invoke:Message box|ambox}}{{#if:||{{#if:||}}}}

{{#invoke:Message box|ambox}}{{#if:||{{#if:|[[Санат:Еш медиа файлы жоқ мақалалар/{{{1}}}]]|}}}}Үлгі:Biosci-stub