Лекция 12

Хромосомалардағ ы ДНҚ -ның орамы жә не молекула аралық ө зара ә серлер

Жоспары:

1.Ядро компоненттері.

2.Хроматин қ ұ рылымы.Гетерохроматин жә не эухроматин

3.Хроматин қ ұ рылымындағ ы ДНҚ -ның ық шамдалуы.

4. Домендер, молекулалардың ө здігінен жинақ талуы.

5.Белок-белоктық ө зара ә рекеттестік. Олардың белок мултимерлерінің ө зіндік жиналу ү шін маң ызы жә не молекулалық қ ұ рылымы.

6.Геном белсенділігін реттеу процесіндегі ө зара ә рекеттестік.

Лекция мә тіні:

Прокариоттың айырмашылығ ы эукариоттарда генетикалық материал толық қ алыптасқ ан ядрода шоғ ырланғ ан. Ядро 4 компоненттен тұ рады.

1. Ядро қ абық шасы жә не белоктың матрикс

2. Хромосомдар

3. Ядрошық

4. Ядрошырыны

Ядро қ абық шасы екі мембранадан сыртқ ы жә не ішкі мембранадан жә не оның арасындағ ы 20-50 км келетін перинукляар кең істігінен тұ рады. Сыртқ ы ядролық мембрана цитоплазма жағ ынан кө бінесе рибосомалармен қ апталғ ан немесе эндоплазмалық тор мембранасымен байланысты болып келеді. Ядролық мембрана ішкі жағ ынан жұ қ а белок табиғ атты тақ ташалар мен байланысты. Ол тақ ташалар ядролық белоктың матрикстің қ ұ рамына кіреді. Ол матрикстің қ ұ рамына дро ішілік вмбриялық тор кіреді. Бұ л қ ұ рылымдардың маң ызы оларғ а хромосомдар бекініп тұ рады. Ү лкен макро молекулалары тасымалдау ү шін ядро қ абық шасында пора деп аталатын сыртқ ы жә не ішкі мембрана қ абысып тұ рғ ан тү зілімдер болады.

Хромосомдар клеткаларының генетикалық материалы болатын ДНК немесе белоктардан тұ ратын тү зілімдер. Ә рбір белоктардың тү рдің белгілі бір хромосом жиынтығ ы болады. Мыс: адамның диплоидты клеткасында 46 хромосомнан (22 аутосом немесе 2 жыныс) хромосомдары болады. Бө лінбей тұ рғ ан клетканың хромосомдарғ а тек бір молекула ДНК болады. ДНК молекуласы ө те ұ зын екі жақ ты спираль қ ұ рылысты. Комнуклатит жіпшесі. Хромосом белоктарының 60-80%-ті гистон деп аталатын белоктардан тұ рады. Гистондар негіздік (аргенин валин жә не гидрофовты валин аланин амин қ ышқ ылы қ алдық тарына бай белоктар. Осы амин қ ышқ ылы қ алдық тары. ДНК-мен ә рекеттеседі. Ә рекеттесу нә тижесінде нуклеосомалар тү зіледі. Нуклеосоманың негізі 8 белок молекуласынан тұ ратын октомер осы октомерді айнала ДНК молекуласы шамамен екі рет оралым жасайды, нә тижесінде нукласома тү зіледі. Гистон октомеріне оратылғ ан ДНК учаскесі 140 нуклеотид жұ бынан тұ рады. Оны кор ДНК деп аталады. Нуклеосомалар арасында 60 нукленотид жұ бынан тұ ратын меккер учаскесі болады. ДНК молекуласы орташа есеппен 600 мың нуклеосома тү зуге қ атысады. Демек осындай ұ йымдастыру дең гейінде хромосома моншақ тә різді диаметрі 110 нмнуклясомалар жібі тү рінде болады. ДНК молекуласымен салыстырғ анда нуклясома жібі 6, 2 есе қ ысқ а болады. Интерфазалық ядромалар хромосома байқ алмайды бұ л кезде органйкалық хроматин тү рінде болады Хроматиннің 2-тү рі бар

1.Гетерохроматин кү ші кореденсоцияланғ ан функцяналды белсенді емес храмасоманың кестелері.

2.Эухроматин функционалды белсенді, конденсацияланбағ ан хромасоманың ашық учаскелері. Гетерохроматин хромососма жинақ талуының 2-ші дең гейі бұ л кезде нулеосомадан 18 есе қ ысқ а ал ДНК молекуласынан 6, 2 ·18=100 яседей қ ысқ а кө лемде. хромасоманың ең шинақ талғ ан қ илы митозды митапоза кезең де баиқ алады. мыс: бұ л кезде адамның 46 хромосоманың шамалы ұ зындығ ы 180 микрометр болады. Ал жайылғ анда ДНК мололекуласының шамалы ұ зындығ ы 190 см барлығ ы демек 100мың есе қ ысқ а болып жинақ талады. бірақ қ андай қ амыта жыйнақ талды белгісіз.

Метафазалық хромосома 3 бө лімнен тұ рады:

1.Центромера -орталық бө лігі.

2.Иық тары центромераның 2 жағ ындағ ы бө лік.

3.Теломера иық тан шеткі учаскелер. Хромосомада қ ышқ ылдық емес белоктар қ ышқ ылдық белоктарғ а қ арағ анда аз мө лшерді кездеседі.бірақ олар ә рқ илы алуан тү рлі қ ызметтер атқ арады. атап айтқ анда органдар қ ұ рылымдық қ ызмет немесе трансформация репликация бір репарация ферменті ретінде немесе реттеуші қ ызметтер атқ арады. Атап айтқ анда олар: қ ұ рылымдық қ ызмет немесе транскрипция, репликация ферменттері ретінде жә не реттеуші қ ызметтер атқ арады.

3.Ядрошық - Ядролардың ең тығ ыз қ ұ рылымы. Кө бінесе дө ң гелек пішінді келеді. Ядорда бір немесе бірнеше ядрошық болуы мү мкін. Ядроның хроматинін бө лек қ ұ рылым емес. Ол хроматиннің туындысы. Ол хромасомалардың бір – біріндегі учаскесі ядрошық тың ұ йымдастырушы бө лігі деп аталады. Бұ л бө лікте РНК – ның гендерінің бірнеше кө шірмесі болады. Осы гендерде р РНК бастамалыры синтезделеді. РРНК бастамаларынан рибасомалық РНК – лар тү зіліп, олар ядро порасынан ішке кірген рибасомалық белоктарды бойлап рибасомалық бө ліктер тү зіледі. Сонымен ядрошық та фибрилярлық компоненттер рРНК бастамалары. р РНК олардың ДНК –ғ а гендері жә не рибасома бө ліктері болады. РРНК кө п болғ андық тан ядрошық айқ ын базафильдлі болып келеді. Ядрошық тардағ ы рибасома бө ліктері ядро қ абық шаларындағ ы органеллаларғ а жақ ындап олардан ө тіп тасымалданады.

4. Ядро шырыны – ядро ішіндегі қ оймалжың сұ йық зат. Ол мұ нда ө тетін кө птеген процестерге сұ йық орта болып отырады. Ядро шырынынң қ ұ рылымында мұ нда кө птеген ферменттер болады.

Полипептидтік тізбектердің оралуын бағ ыттайтын негізгі фактордың бірі- полярлық жә не полярлық емес бү йір топтардың орналасуы. Белок синтезі барысында оның кө птеген гидрофобты бү йір топтары белок глобуласының ішінде орналасуғ а тырысады. Олар сумен жә не басқ а басқ а полярлық топтардан ә рекеттеседі. Полипептидтік тізбектегі амин қ ышқ ылдардың кезектесу тә ртібінде оның оралуына қ ажетті барлық ақ парат бар. Амин қ ышқ ылдардың барлық жеке ө зара ә серлесуінің нә тижесінде белок молекуласы сломтомды тү рде ө зіне тә н конформацияғ а ә детте жинақ талғ ан глобулярлы немесе ұ зыннан созылғ ан фибрилярлы қ ұ рылымғ а ие болады. Белоктардың ө те кіші молекуланың ө зі сансыз кө п ә дістермен орала алуғ а қ абілетті болғ анымен іс-жү зінде полипептидтік тізбектің оралуы бір-бірімен жү йемен жү реді. Алғ ашқ ы кезде бір-біріне жақ ын жатқ ан бө ліктердің арасында сутектік байланыстар тү зіледі. Бұ л α спирал, немесе β қ атпарлардың яғ ни белоктың 2-ші реттік қ ұ рылымның қ алыптасуына ә келеді. Α спиралымен, β қ атпарлардың кейбір комбинацияслары ө те тұ рақ ты болады. Мұ ндай қ ұ рылым ұ йымдасудың жоғ ары дең гейіне жатады жә не олар олар белок домендері деп аталады.

Домен дегеніміз- бұ л салыстырмалы тү рде шағ ын глобулалық тү зіліс оның ұ зындығ ы 150 амин қ ышқ ылдарын немесе одан кем болатын полипептидтік тізбектің бө лігі болып табылдады. Глобулалық белоктар біо-бірімен полипептидтік тізбектердің салыстырмалы тү рде ә лсіз байланысқ ан бірнеше ә ртү рлі домендерден тұ рады. Жеке глобулалық белактар ә детте белактық агрегаттар тү зеді. Клеткада эволюция процесінде гендердің дупликациясымен, модофикациясын қ амтамасыз ететін генетикалық механизмдер болады. Егер қ андайда бір 3 ө лшемді конформациясы бар полипептидтік тізбектерден тұ ратын жә не ө зіне тә н қ асиеттері бар белок пайда болса, онда оның негізгі қ ұ рылымы кө птеген басқ а белоктардың қ ұ рамына кіруі мү мкін. Қ азіргі заманғ ы ағ заларда жақ ын қ ызметтерді атқ аратын ә ртү рлі белоктардың амин қ ышқ ылдардың кезектесіп, орналасуына ұ қ сас болады. Мұ ндай белоктардың туыстары бастапқ ыдағ ы жалғ ыз ата-тектік геннің дупликациялану жолымен жә не эволюция процесінде атқ аратын қ ызметінің ө згеруіне ә келетін мутациялардың жиналуынан тү зіледі. Мысалы: протеолиттік ферменттер сериндік протеиназалардың туысы болып табылады. Бұ л туысқ а асқ орыту ферменттері, химотрипсин, трипсин сондай-ақ қ ан ұ юыту факторлары протеиназалар жә не тромбин жатады. Осы туысқ а жататын кез-келген 2 ферментті салыстырғ анда полипептидтік тізбектегі бірдей амин қ ышқ ылдардың орналасуы шамамен 40%жағ дайда сә йкес келеді. Бірақ ә ртү рлі сериндік протеиназа атқ аратын қ ызметтері ә ралуан тү рлілігін осымен тү сіндіруге болады. Сондық тан клеткаларда структуралық жағ ынан жақ ын ортақ ата- тектерден тарағ ан бірақ атқ аратын қ ызметтері ә ртү рлі ақ уыздар кө п.

Жаң а белоктар кө бінесе ә ртү рлі полипептидтік домендердің бірігуінен тү зіледі. Егерде клеткада бір қ атар тұ рақ ты белок беттері болса, и онда жаң а қ асиеттер бар беттер 2 жә не одан жеке кө п жеке белоктардың ковалентті емес ә рекеттесулері нә тижесінде тү зіле алады.. 1 белоктардың 2-ші белоктардан ә рекеттесуі н, ә тижесінде ә ртү рлі бірнеше ә серлесу беттері тү зіледі. Клеткғ а глобуланың белоктардың ірі функционалдық белорктардың агрегатардың бірігуі тә н кө птеген белоктың агрегаттардың молекулаларын массасы 1, 0-50 мың Дальтон болды. Белок домендердің жаң а байланыстыру орталық тарын тү зе отырып, ассоциациялау принспі клеткалардың структуралық тү зілуіндеде де жұ мыс істейді. Мысалы: молекула ү стілік структуралар (ферменттік комплекстер, рибосомалар, ақ уызды талшық тар, вирустар, мембраналар)тұ тас ірі молекула кү йінде синтезделмейді. Олар макромолекулалық суббектілердің ковалентті емес агрегациясы нә тижесінде тү зіледі. Мұ ның ө зіндік артық шылық тары бар:

1. Ү лкен структураны тү зетін бірнеше рет қ айталанатын кішкене суббірлікке аз генетикалық информация қ ажет.
2. Суббірліктер бір-бірімен ә лсіз байланыстар қ осылғ андық тан, олардың жиналуы мен диссосациациясын оң ай бақ ылауғ а болады.
3. Суббірліктерден жиналу кеткен қ ателерді жинауғ а мү мкіндік береді.

Алғ аш рет ө здігінен жиналу темекі тең білі вирусында анық талғ ан.

Екінші мысал макромолекулалық агрегатқ а – бактериялардың рибасомасы жатады.

Бактериялардың рибосомасы 55 ә ртү рлі белок малекулаларынан жә не 3 ә ртү рлі рРНК –дан тұ рады. Олар диссосациацияланады жә не қ айтадан жинала алады. Жиналу белгілі бір ретпен жү реді. РНК-ғ а алдымен белгілі бір белоктар, кейін басқ алары бірігеді. Содан соң басқ а белок тү зілген комплексті танып оғ ан бірігеді.

Бірақ, қ азірге дейін кейбір кү рделі, ө здігінен жиналатын агрегеаттардың тү зілуінің реттелуі қ алай жү ретіні белгілі емес. Кейбір кү рделі органнелалардың қ ұ ралуына қ ажет информация оның ө зінің структурасында болады.Мысалы, митохондрия мен Голджи аппаратының молекулалық компоненттері ә детте алдың ғ ы структурағ а сә йкес біртіндеп қ алыптасады. Белгілі бір органеллаларғ а тә н жаң адан синтезделген молекуланы арнайы тану механизмі болады, себебі бұ л органеллалар ө здігінен жигалып, ө здігіне ыдырап кете алмайды.

Жоғ ары сатыдағ ы организмдердегі гендер белсенділігінің реттелу мә селесі мал-шаруашылығ ында да, медицина саласында да зор маң ызы бар. Егер бұ л мә селе игерілсе, онда жеке дамуды қ олдан саналы тү рде реттеп, керек бағ ытта жү ргізуге болар еді. Эукариоттарда реттелу механизмдері ө те кү рделі жә не ө те нашар зерттелген. Бү л олардың организмі мен тканьдер клеткаларының ә р тү рлі кү рделі жіктелуімен байланысты. Организмнің барлық клеткаларында белсенділік кө рсететін гендер анық талғ ан. Олар жалпы барлық клеткалык жуйе ү йымдастыруғ а жауапты. Кейбір гендердің жұ мысы мамандандырылғ ан тканьдерде ғ ана кө рінеді, мысалы, бұ лшық еттегі миозиннің синтезін бақ ылаушы гендер гемоглобин синтезі, шаш кератині т.с.с. Бұ л, эукариоттарда генді реттеу механизмінің барлығ ын растайды. Мү мкін оларда прокариоттардағ ыдай белок синтезінің реттелуінің қ олданылуы, онымен қ оса осы организмдерге тә н басқ а реттеуші процестер болар.

Кейбір зерттеулердің нә тижесі эукариоттар опероны жү йелік гендер мен олардың белсенділігін басқ аратын реттеуші гендерден тұ рады деп жобалауғ а мү мкіншілік береді. Мысалы, дрозофиланың Х-хромосомасындағ ы уайт локусын зерттеу оның қ ұ рылымдық жә не реттеуші бө ліктерден тұ ратынын кө рсетті. Уайт генінің мутациясы кө з пигментінің қ ұ рылуын зақ ымдайды. Сондық тан мутанттардың кө зі қ ызыл-қ оң ыр емес ашық -сары немесе ақ болады, бү л мутация нә тижесінде осы локуста қ андай аллель пайда болуына байланысты. Егер уайт локусының оң бө лігі мутацияланса, онда кө з пигменттері біржола синтезделмейді. Егер хромосомалық қ айта қ ұ рылу арқ ылы осы мутацияның кесірінен бү лінген оң бө лігін, сау сол бө лігінен бө ліп алып, қ алыпты қ ызмет атқ аратын реттелуші басқ а локусқ а (Х-хромосомада немесе аутосомада) ауыстырса, кейде кө з пигментінің синтезі орнына келеді. Бү л деректер уайт локусының оң бө лігінің реттеуші ролін орындайтынын корсетеді. Осы локустың сол бө лігінің мутациясы оны жиі тежеп кө з пигментінің белгілі бір мө лшерінің пайда болуына ә сер етеді. Уайт локусының мутациясы сол бө лігін геномның басқ а жеріне орналастырса, мутантты фенотип қ алпына келмейді. Осы зерттеуде алынғ ан деректер уайт локусының сол бө лігі оперонның жү йелік қ ызметін атқ арады деген болжам жасауғ а мү мкіндік береді. Басқ а да жекелеген гендер белсенділігінің реттелу мысалдары бар, бірак, эукари-оттарда олардың механизмдері толық анық талмағ ан.

Эукариоттардың ядросында, бү тін хромосомада немесе оның басым бө лігінде бір мезгілде ген белсенділігін тобы-мен тежеу болуы мумкін. Болжам бойынша гендердің ондай репрессиясы кө бінде эукариоттар хромосомаларының қ ура-мындағ ы гистондармен - негізгі белоктармен жасалуы мү мкін. Гендердің белсенділігінің топтық тү рде реттелуіне жануарлардың спермиогенезі кезіндегі транскрипцияның толық тоқ талуы мысал болады. Мұ ндай спермия тү зілердегі барлық геннің тежелуі жә не эмбриогенездегі тоқ ырауы хромосомадағ ы белок қ ұ рамының ө згеруіне байланысты деп есептелінеді.

Гендер белсенділігінің топталып тежеліп қ алуы сү тқ оректілердің аналық тарының жеке дамуында бір А-хромосомасында байқ алады. Ұ рғ ашы малда екі хромосома, ал еркектерде біреу ғ ана болады. Демек, ұ рғ ашылардың жыныс хромосомаларында гендер екі есе кө п болады, олардың бақ ылауымен белоктар екі есе кө п синтезделуі тиіс. Сондық тан ә р тү рлі ө кілдердің тек қ ана жыныстык, жағ ынан емес, осы жыныс хромосомасындағ ы гендер анық тайтын белгілерден де айырмашылығ ы болар еді. Осы гендердің ә рекетін реттеу, еркек пен ұ рғ ашы жыныстардағ ы белоктар синтезін тең естіру хромосома дең гейінде жү реді. Олардың У-хромосомаларындағ ы гендер ерте эмбриондық кезең інде ғ ана белсенділік кө рсетеді. Ол кезде организмнің ұ ргашы жынысқ а қ арай жіктелу жолы ашылады. Кейін гомогаметалы жыныстьщ белгілі бір сатысынан бастап, олардың сома-ық клеткасында ЛГ-хромосоманың біреуі толык гетерохро-матизацияланып, оның гендері транскрипцияланбайды. Осының нә тижесінде гомогаметалык жыныстық фенотиптік

кө ріністе тек бір ЛГ-хромосомадағ ы гендер жиынтығ ы қ атысып, белгілер екі жыныста да тең еседі.

.