Дәріс құрылымы
Тақырыбы: «ГЕНЕТИКАЛЫҚ КОД. Генетикалық код туралы түсінік, қасиеті.Ақуыз биосинтезі».
Мақсаты: Генетикалық кодтың негізгі қасиеттерін, митохондриялық ДНҚ коды құрылысының ерекшеліктерін оқып білу.
Дәрістің жоспары:
1. Г.Гамовтың код триплеттігі туралы көзқарасы.
2. Кодтың көптігі.
3. Кодтың ерекшелігі.
4. Генетикалық кодтың универсальдығы.
5. Кодтың үздіксіздігі.
6. Код бірін-бірі жаппайды.
Дәріс тезистері
Тіршіліктің барлық әралуандығын, клеткадағы әртүрлі биологиялық қызметтерді атқаратын түрлі ақуыз молекулалары қамтамасыз етеді.
Ақуыздардың құрылысы пептидтік тізбектегі аминқышқылдарының жиынтығы және бір ізділікті орналасуымен анықталынады.
Нақ осы аминқышқылдар бір ізділігі биологиялық немесе генетикалық кодтың көмегімен ДНҚ молекуласының тізбегінде шифрланған.
1955 жылы Г.Гамов, яғни ДНҚ молекуласындағы ақпараттың кодталуын бірнеше нуклеотидтер үйлесіп қамтамасыз етеді деп болжау айтты.
Өйткені, табиғатта әртүрлі 20 аминқышқылы бар, әралуандылықты ақуыздардан тұрады және оларды шифрлау үшін үш нуклеотид, немесе триплетті код қажет. Бұл жағдайда төрт нуклеотидтерден 43 = 64 триплет пайда болады. (Егер код екі нуклеотидтен тұратын болса, онда тек 16 аминқышқылын шифлаған болар еді, 42 = 16).
Генетикалық кодты толық шифрлау 20 ғасырдың 1960 жылдары іске асырылды. ДНҚ-ның 64 триплеті бар. Оның ішінде 61 триплет әртүрлі аминқыщқылдарын кодтайды, ал қалған үш триплет – мәнсіз немесе «нонсенс-триплеттер» деп аталады. Үшеуі аминқышқылдарын шифрламайды, олар ешбір аминқышқылына сәйкес келмейді (АТТ, АЦТ, АТЦ).
Кодтың қызметі.
1. Код триплетті, яғни генетикалық кодтың бірлігі триплет немесе кодон болып табылады.
2. Кодтың көптігі – көптеген аминқышқылдары бірнеше триплеттермен шифланады. (Бұл өте маңызды, себебі ДНҚ тізбегіндегі бір нуклеотидтің орнына екіншісінің қойылуы триплет мағынасын немесе ақпаратын өзгертпейді), яғни жаңа кодон сол аминқышқылын кодтауы мүмкін.
3. Өзгешелігі, ерекшелігі — әрбір триплет тек бір аминқышқылын кодтайды.
4. Генетикалық кодтың универсалдығы – Бұл тірі ағзалардың әр түрлі түрлерінің коды толық сәйкес, жер бетіндегі барлық тірі формалардың шығу тегі бірлікті екенін дәлелдейді.
5. Үздіксіздік – нуклеотидтердің бір ізділігін триплет соңында триплеп санайды, кодта үтір болмайды, яғни бір кодонды екіншісімен бөлетін белгі жоқ.
6. Бірін-бірі жаппайды – Көршілес триплеттер немесе кодондар бірін-бірі жаппайды, ал әрбір жеке нуклеотид беоілген бағдарлама кезінде тек бір триплеттің құрамына кіреді.
Гендегі ақуыздар туралы ақпараттар (интрондардан басқасы), яғни триплеттердің бір ізділік ұзындығы, осы ақуыздағы амин қышқылдардың алғашқы құрылымындағы бір ізділікті кодтайтын ұзындықтан тұрады.
Осы алғашқы құрылым ақуыз молекуласының кеңістіктегі конфигурациясын, оның биологиялық және физико-химиялық қасиеттерін анықтайды. Пептидті тізбектегі аминқышқылдардың және гендер экзондарындағы триплеттер бір ізділігінің аралығында ұзындықтың сәйкестігі генетикалық кодтың коллинеарлығы деп белгіленеді.
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.
1. Амино-ацильді (А-бөлік) бөлікте – аминқышқылын алып жүретін, амино-ацилді т-РНҚ орналасады.
2. 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:
1. Инициация
2. Элонгация
3. 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:
1. Кодтың универсалдығы нені білдіреді.
2. Код көптілігінің маңызы.