Лекция 6

ДНҚ репликациясы

Жоспары:

1.ДНҚ репликациясы.Тұ қ ым қ уалаудағ ы ДНҚ -ның ролі.

2.Генетикалық ақ параттың ө зін-ө зі ө ндіруі. Матрицалық процестер

3. Репликацияның негізгі принциптері.

4.ДНҚ репликациясының жартылай консервативтілігі механизмінің тә жірибелік дә лелдемесі. Мезельсон жө не Сталь тә жірибесі.

5.Сақ иналы ДНҚ репликациясы. Эукариот жә не прокариот репликациясының ерекшеліктері.

Лекция мә тіні:

Белок биосинтезінің жә не нуклейн қ ышқ ылдың синтездің басқ а биохимиялық реациядан ерекшелігі процеске ферменттпен субстраттан басқ а арнайы нуклейн қ ышқ ылының молекуласы матрица қ атысады. Мұ ндай процестерді матрицалық процестер деп атайды. Оларғ а негізінен 3 процесс жатады.

1) Репликация (қ айталау).

2) Транскрипция (ағ ыл: кө шіру).

3) Трансляция (аударып кө шіру).

Полимер тізбегінің синтезі 3 негізгі элменттен тұ рады.

1. Инициация.

2. Элонгация.

3. Терминация.

Инициация деп – тү зілетін полимер тізбегінің мономер буындары арасындағ ы алғ ашқ ы байланыстың тү зілуін атайды.

Элонгация деп - ө сіп бара жатқ ан полимердің тізбегіне кезекті мономердің қ осылуын, яғ ни тізбектің ұ заруын айтады.

Терминация деп – арнайы сигнал ә серінен тізбектің ө суі мен тоқ тауын айтады. Элонгация процестерінің ә рбір актісі 3 негізгі элементтен тұ рады.

1. Мономердің іріктелуі.

2. Химиялық тү рленулер.

3. Транслокация.

Кез келген клетка бө лінер алдында оның ДНҚ молекуласы екі еселенеді жә не соның нә тижесінде ұ рпақ клеткалары алғ ашқ ы аналық клеткадағ ыдай ДНҚ молекуласына ие бо-лады. Олай болса, бө лінетін клетканың ДНҚ -сы дә л ө зіне ұ қ сас тағ ы бір ДНК молекуласын қ алай жасайды?

1940 жылы Л. Полинг пен М. Дельбрюк ген (ДНҚ) ө зінше бір бейненің қ алыбы секілді, ол қ алыпқ а саз балшық қ ұ йып, оның формасын алуғ а, содан кейін осы формадан қ алып етіп пайдаланғ ан алғ ашқ ы форманы қ айтадан жасауғ а болады деген пікір айтқ ан. Яғ ни, бұ л геннің алғ ашқ ы қ ұ рылымына комплементарлы ДНҚ қ ұ рылымы жасалады, одан алғ ашқ ы қ ұ рылымғ а сә йкес ДНК пайда болады деген соз. Шынында да ДНҚ -ның бір тізбегін бір бейне десек, оғ ан комплементарлы екінші тізбек оның кері бейнесі болып табылады. Демек, Уотсон мен Крик кө рсеткен ДНК-ның еселенуінің немесе репликациясының жү ру жолы шын мә нінде Полинг пен Дельбрюктің болжамын қ айталау десе де болғ андай.

Сонымен, ДНҚ мынадай жолмен екі еселенеді. Алғ аш спиральдың екі тізбегі бір нү ктеден бастап ажырай бастайды. Сонан кейін бір-бірінен алшақ тап ажырағ ан ә рбір тізбектердің бойына, оларғ а сә йкес жаң а тізбек синтезделіп, жана тізбек жасалу барысында ажырағ ан екі тізбекпен ө зінің азоттық негіздері арқ ылы байланысып, онымен ө з алдына жаң а спираль қ ұ рай бастайды. Сө йтіп алғ ашқ ы ДНҚ -ның екі тізбегі толық ажырап болғ анда, екі жаң а спи-раль да жасалып бітеді. Алғ ашқ ы ДНҚ тізбегі ажырамай тұ рғ анындағ ы екінші ескі тізбегіне толық ұ қ сас боладыӘ рине, бұ л процесті де клеткадағ ы ферменттер жү ргізедлі. ДНК тізбектерінің бағ ытгары қ арама-қ арсы екені белгілі. Жұ мысына ө те мұ қ ият ферменттер жаң а тізбекті тек бір бағ ытта, яғ ни 5'— 3' бағ ытында ғ ана жасайды. Олай болса, ферменттер ажырағ ан тізбектердің біреуінің бойымен жаң а тізбекті жоғ арыдан тө мен қ арай, ал екіншісінің бойымен тө меннен жоғ ары қ арай синтездейді. Ең қ ызығ ы жаң а тізбектер ү здіксіз жасалмайды, ескі тізбектің бойында бірінен кейін бірі шағ ын ДНҚ фрагменттері пайда болып отырады. Ондай фрагменттердң ұ зындығ ы қ арапайым бактерияларда 200 нуклеотидтен тұ рса, кү рделі организмдерде ол 2000-ғ а жуык. Осындай фрагменттерді алғ аш байқ ағ ан жапон ғ алымы Р. Оказаки, сондық тан оларды оказаки фрагменттері деп атайды.

1953 жылы Дж. Уотсон жоне Ф. Крик ұ сынган ДНК қ ұ рылымының „ү лгісі (моделі) генетикалық хабардың кодын (шартты қ ысқ арту). м у та ц и я л ы қ ө з г е ргіштіктің жә не гендердін кө шірмесінің (ДНК молекуласының бө ліктері) а л ы н у ы н т ү с і н у ге мү мкіншілік берді. 1957 жылы М. Мезельсон мен Ф. Сталь, Дж. Уотсоп жә не Ф. Криктің бактериялық клеткадағ ы ДНК-ның жартылай консервативті тү рде екі еселенуі (репликация) жө ніндегі кө зқ арасын дә лелдеді. Ал Г. Стент ДНҚ екі еселенуінің ү ш тү рін ұ сынды:

1) консервативтік (лат. " косервативус" — сақ таушы, негізгі пішіін сақ тау) еселенуде ұ рпақ тық ДНҚ -ларда аналық ДНҚ -нын материалы болмайды;

2) жартылай консервативтілік тү рінде ДНҚ -ның жаң а молекуласыиыц бір тізбегі аналық ДНҚ -дан болса, екіншісі — жаң адан қ ұ рылғ ан тізбек;

3) дисперсиялык (лат. " дисперсис" — шашырау, бытыраң кы) тү рінде аналық ДНҚ -нын материалы кездейсоқ, шашырап жана ДНҚ молекуласында орын алады.

М. Мезельсон мен Ф. Стальдың зерттеулері осы ү шеуінің ішінен ДНҚ -ның жартылай консервативті екі еселену тү рін таң дап алуғ а кө мектесті. ДНҚ екі еселенуіпің жартылай консервативті жолмен жү руін дә лелдеу Дж. Уотсон мсн Ф. Криктің жасағ ан ДНҚ молекуласъшың ү лгісінің дұ рыстығ ының айғ ағ ы болды.

Сонымен ДНҚ еселенуі онын тізбектерінің ажырауынан басталады дедік. Ол тізбекгерді хеликаза (хеликс-спираль) — дезоксирибонуклеаза ферменттсрі — ДНК молекуласының бойымсн екі бағ ытта жоғ ары жә нс тө мен ажыратады. Нуклеотидтср жұ птары меи ДНҚ ~ның шиыршық ты тізбегінің арасындагы сутектік байланыстары молекуланың бір жақ шетінде бірте-бірте ү зіле бастайды жә не (ДНҚ) тізбектердің екеуі де бірінен бірі босай отырып, жазылады. Осылайша жазылғ ан тізбск, ө зінің қ осылыстарын оське тік " қ оя" отырып, дезоксирибоза жә не фосфор қ ышқ ылының калдық тары арасындағ ы байланыстар арқ ылы ұ сталып тұ рады. Қ оршаган ортадан клеткада жинақ талғ ан бос нуклеотидтер бар, олар ДНҚ ~ ның жазылғ ан тізбегінің бос қ осылыстарымен реакцияғ а тү се алады. Бірақ ол косылысқ а бір жұ п, " толық тыра тү сетін" нуклсотид қ ана жуық тап, жалғ аса алады, Бұ л жазылган тізбекке басқ а, ДНК, -ның жетіспейтін тізбегі жалғ аса бастайды деген сө з. Осы процестердің нә тижесінде ДНҚ -ның екі молекуласы найда болады, олардың ә рқ айсысында қ айтадан жинакталғ ан молекуламен толық тырылғ ан аналық молекуланың жартысы болады. Сонымен тү зілген молекулалар ДНК, -ның аналық, молекуласына мейлінше ұ ксас келсді. Мұ нда генетикалык материалдың қ ұ рамы да сақ талады. Тізбектердің ажырауы мен қ осылуы ферменттердің ық палымен жү реді. Ажырағ ан тізбектерде оказаки фрагменттері жасала бастайды. Ә р фрагмент он шақ ты нуклеотидтен тұ ратын РНК, тізбегінен басталады. ДНҚ тізбегінің бойымен РНҚ тү ріндегі жаң а тізбекті праймаза (РНК, — полимераза) ферменті ғ ана бастай алады. Тізбекті бастағ ан РНҚ бө лшегінен ары қ арай " ДНҚ — полимераза — 3" деген фермент ажырағ ан ДНҚ бө лігіне сә йкес етіп оказаки фрагментін синтездейді. Содан кейін басқ а " ДНҚ полимераза — 1" ферменті фрагменттердің бастаушысы болғ ан ә лгі РНК, тізбегін ыдыратып жібереді. Енді кезек " ДНК-лигаза" деген ферментке келеді, Ол оказаки фрагменттерінің арасын ескі ажырағ ан тізбекке сә йкес етіп нуклеотидтермен толтырады. Ең соң ында " ДНК полимераза - 2" ферменті кө птегсн фрагменттердің бірігуінен пайда болғ ан жаң а тізбектің ң уклеотидтерінің ескі тізбегімен сә йкес келетіндігін тексереді. Егер қ андай да бір нуклеотид ө з орнында тұ рмаса соң ғ ы аталғ ан фермент оны кесіп алып тастап, оның орнына тиісті нуклеотидті қ ояды.

Осындай ә р тү рлі қ ызмет аткаратын ферменттердін ү йлесімді жұ мыс жасауы тұ қ ымдық, белгіні ДНК арқ ылы-синтездей алады, ө иткені матрицалық тізбектің соң ы бос 3'— ОН тобынан басталғ ан, дә л осы соң ғ ы бө лікке ғ ана ө сетін ДНҚ тізбегінің келесі нуклеотиді комплементарлық ережеге сә йкес қ осыла алады. Бұ л тізбектің сннтезделуі, екінші тізбекке қ араганда сә л ерте басталады, сол себепті ол «бастаушы» тізбек деп аталады.

ДНҚ -ның екінші 5'—► 3' бағ ытындағ ы тізбектің («артта қ алғ ан») синтезделуі ү зілмелі тү рде жү реді, Бұ л тізбекті ДНҚ -полимераза III ферменті бірден ө здігінен синтездей алмайды. «Артта қ алган» тізбек синтезін қ оздыру ү шін ен; алдымен РНҚ -ныц қ ысқ а фрагменті (ұ зыпдығ ы 50 нуклеотидке дейін) қ ажет. Бұ л қ ысқ а кесінді праймер (немесе қ оздырыш) деп аталады, олардың синтезделуі праймаза ферменті (РНҚ -полимераза ферментшен ө згсшелігі — иолекулальиқ массасы ә лдеқ айда тө мен жә не транскрипция процесіне тікелей қ атынаспайды) қ амтамасыз етеді. Праймердің 3'—• ОН — ұ шы ДНҚ -полимераза III ферментіне ДНҚ -ның 5'— > 3' бағ ытындағ ы тізбегінің синтезделуін бастау ү шін қ оздырушы болып табылады.