Лекция 9.

Генетикалық код

Жоспары:

1.Митохондриядағ ы гендер транскрипциясы.

2. Жоғ арғ ы сатылы организмдер транскрипциясы реттелуінін ү лгісі.

3.Генетикалық код. Оның негізгі қ асиеттері.

4.Кодон қ ұ рылымы.

Лекция мә тіні:

Ген ДНҚ -дан тұ ратыны ал ДНҚ қ ос тізбекті шиыршық екені белгілі. Егер ДНҚ шын мә нінде гснстикалық молскула болса, ол бслгілі бір ферменттің қ ұ рылымын да белгілсуі тиіс. Уотсон мен Криктің пікірі бойынша ДНҚ -ның нақ осы ролін молкуласындағ ы нуклеотидтсрдің жү йслілікпеи орналасуымсн тү сіндіругс болады, мұ нда ДНҚ тізбектеріндегі торт нуклеотид кезектесіп отырады. Бірақ, ферменттер химиялық жа-ғ ынан белоктардың молскулалары, ал соң ғ ылардың кү ры-лымдық элементтері - амин кышқ ылдары болып табыла-ындық тан, ол қ ышқ ылдардың белок молекуласында (демек, ферменттердікі де) орналасу реті ДНҚ молекуласын-дағ ы нуклеотидтердің орналасуына, дә лірск айтқ анда, нуклеотидтердің ДНҚ молекуласының тізбектерінде орналасуына қ арай белгіленеді.

Тұ қ ым қ уалау информациясы ДНҚ -да калай жазылғ ан? Бү л мә селені алғ аш 1954 жылы кө терген физик Г. Гамов болатын. ДНҚ -ның қ ұ рылысы толық анық талғ аннан кейін бір жылдан соң, белоктағ ы амин қ ышқ ылдарының орналасу тә ртібі ДНҚ -ның бір тізбегіндегі тө рт тү рлі нуклеотидтердің белгілі тә ртіппен тізбектелу жолы арқ ылы белгіленуі керек деген ой тү йді. Г. Гамов клеткада ДНҚ -ның тө рт ә ріпті (нуклеотидті) тілін жиырма ә ріпті (амин қ ышқ ылдары) белок тіліне аударатын " сө здік болуы керек деп санады.

ДНҚ -ның тізбегінде тө рт тү рлі нуклеотидтермен жазылғ ан нақ ты бір белоктың аты сол белоктың гені болып табылады. Ал енді ДНҚ -дағ ы нуклеотидтік " ө ріпң қ алай кү рылғ ан?

Генетиктердің, биохимиктердің, цитологтар мен басқ а да мамандардың кү ш салуы арқ асында қ азіргі уақ ытта гене-тикалық кодтың негізгі белгілері айқ ын болды.

Ф. Крик бастағ ан ғ алымдар 50-60-жылдары жү ргізген зерттеулерінің нә тижесінде ә р амин қ ышқ ылына ДНҚ -дағ ы ү ш негіз сә йкес кслетінін (сол ү ш нуклеотид амин к, ышқ ы-лының аты болып табылады) ашты. Оны кодон деп атады.

Бір объектіні басқ а объектілердін жә рдемімсн бейнелеуді кибернетикада кодпен жазу деп атайды.

Белок қ ұ рамына 20 тү рлі амин қ ышқ ылы кіреді. Сондық тан нуклеотидтік кұ рылысы бір-біріне ұ қ самайтын 64 кодон алуғ а болады (4³ = 64). Артык, 44 кодонның не ксрегі бар? Біріншіден, амин қ ышқ ылдарының орқ айсысына бірнеше кодон сойкес келеді, екіншіден, ү ш кодон ешбір амин кышкылына сойкес келмейді, олар мә нсіз (нонсенс)

кодондар - УАА, УАГ жә нс УГА ДНК-дағ ы АТТ, АТЦ жә не АЦТ сойкес. ДНҚ -дағ ы гендер осындай мопсіз кодоидармен бітсді жонс соның нотижесінде кодондармен жазылғ ан бело-ктың " атың тиянақ ты болып шығ ады. Амин қ ышқ ылдары-ның кодондық белгілері тікелей ДНҚ -да анық талғ ан жок.. Ол ү шін геннің дол кө шірмссі болып табылатын иРНҚ -ның қ ызметі пайдалаыады. ДНҚ -дағ ы геннің нуклеотидтік қ ұ ра-мын сойксс нуклеотидтсрмен (Т-ның орнына ол урацилді (У) қ олданады) ө з бойына жазып алғ ан соң иРНҚ сол хабармсн белок жасайтын рибосомағ а келеді. Рибосома иРНҚ тізбегіндегі кодондарғ а қ арап отырып сә йкес амин қ ышқ ыл-дарын бір-бірімен тізіп, жалғ астыра береді.

1940-шы жылдарда американдық генетиктер — Дж. Бидл мен Э. Тейтум клеткада ә р ферменттің пайда болуын жә не активтілі белгілі бір генмен бақ ыланатынын эксперимент ретінде кө рсетті, олардың теориясы " бір ген - бір фермент деген дә лелмен сипатталады. Бұ л ғ ендерді тануда _чбір адым ілгері аттау еді, ол кезде гендердің ө зі белоктар деп са-налғ ан. 1961 жылы Пастер институтының қ ызметкерлері Ф. Жакоб пен Ж. Моно ДНҚ белоктар жинағ ын тікелей басқ армайды деген ғ ылыми болжамды ү сынды. Сарапшы ролін РНҚ -ның ерекше молекуласы орындайды, оның структурасы ДНҚ молекуласының қ ос спиралін жазғ ан кезде пайда бола-ды, бү л жағ дайда ДНҚ -ның жазылғ ан тізбегінде РНҚ -нің тізбегі тү зіледі, мү нда нуклеотидтердің орналасуы олардың ДНҚ тізбегінде орналасуына сә йкес келеді. Нуклеотидтерді олардың органикалық қ осылыстары аттарының бас ә ріптерімен белгілейік. ДНҚ -ның жазылғ ан спйралінде нуклеотидтердің тө менде келтірілген реті бойынша тиісті " жұ ппен жә не нуклеотидтердің қ осымша орналасуымен РНҚ тізбегі пайда болуғ а тиіс, атап айтқ анда ДНҚ тізбектеріне РНҚ тізбегі жауап қ айтарады.

Озі тү зіліп болғ аннан кейін РНҚ тізбегі ДНҚ тізбегінен ажырайды жә не клетканың ферменттер жинақ талатын жеріне ауысады. Келтіріліп отырғ ан схемадағ ы РНҚ -да нуклеотидтердің тө рт ү штігі бар жә не егер Жакоб пен Мононың гылыми болжамы тү рғ ысынан алсақ белоктың келешектегі молекуласында тө рт амин қ ышкылының ретін белгілейді. Белоктың макромолекуласы РНҚ молекуласын-Дағ ы информацияның неғ ү рлым сиымды болуын талап

етеді, мұ нда белоктың макромолекуласына амин қ ышқ ылдарынын, қ анша молекуласы жалғ асатын болса, нуклеотидтердің соншалыкты ү штігі болуғ а тиіс.

Генетикалық ақ парат химиялық тұ рғ ыдан алғ анда РНҚ молекуласы ү шін ДНҚ -мсн " хабарласатын" болғ андыктан, РНҚ " хатты", яғ ни белок молекуласын жинақ тау жө ніндегі ақ паратты иРНҚ одан ә рі жө нелтеді. Ә ринс, мү ндай ү ғ ым, олі де болса ғ ылыми болжам, экспериментті тү рде долелдеуді талап еткен сді. Ол долслді 1961 жылы американдық биохимик М. Нирнберг экспсримснт арқ ылы дә лелдеді. Ол арнайы тә сілдерді қ олданып бактериалардьщ (ішек таяқ шасының) клеткаларын ыдыратты жә не бело-ктарды жинақ тауғ а қ абілетті келетін клеткасыз масса алды. Одан кейін Жакоб пен Моно шамалағ ан иРНҚ -ны жасанды иРНҚ -га алмастыруды, оны соң ғ ы химиктердің тілінде по-лиуридил қ ышқ ылы (қ ысқ артып жазғ анда поли — У) деп атады жә не ә деттегі табиғ и иРНҚ -ғ а (А, У, Ц, Г) қ ажетті нуклеотидтердің тө рт типінін орнына тек қ ана біреуін -уридил қ ышқ ылын (У) қ алдырды.

Поли - У РНҚ тізбегін мына кү йде тү зеді:...У-У-У-У—У—У—... Поли-У-ды клеткасыз массағ а ең гізу елеулі нә -тиже бере қ ойғ ан жоқ: ә ртү рлі 20 амин қ ышқ ылдарынан белоктар қ ұ рамына бір ғ ана амин қ ышқ ылының — фенилаланиннің молекуласы енді. Одан тек қ ана белоктар-дың макромолекулалары, яғ ни полифенилаланин тү зілді. " Нуклеотидтік ү штіктерге" (триплеттерге) сө йкес поли - У-да триплеттер У-У—У тізбегін тү зді. Бү лар фенилаланин молекулаларын белоктарғ а қ осу ү шін " кодон" болып табы-лады. Осы зерттеулер ө ткеннен кейін кө п кешікпей Нирн-берг фенилаланиннің тү зілуі ү шін иРНҚ -ны ауыстыруғ а тиісті тағ ы бір клеткалы РНҚ қ ажет екенін хабарлады. Ә рбір амин қ ышқ ылы ү шін клеткада осындай транспорт-тық РНҚ -ның (тРНҚ) ерекше тү рі болуғ а тиіс.

1957 жылдың ө зінде Корнель университетінен Р. Хол-ли тРНҚ -ның бар екені жө нінде хабар жариялағ ан. Ал 1961 жылдың қ арсаң ында клеткаларда тРНҚ -ның ор тү рлі типтерінің болатыны анық талды, олар тиісті ферменттер бо-лғ ан кезде белгілі бір амин қ ышқ ылдарымен қ осылады. тРНК-мен осылайша аралық кү йде қ осылғ анда амин қ ыш-қ ылдары белоктардың жинакталу орнына ауысады дсп жо-рамалдағ ан еді. 1956 жылы Холли аланинді ауыстыруғ а бейімделген тРНҚ молекуласындағ ы нуклеотидтердің орна-ласуын анық тады. Тағ ы бір ү лкен жаң алық американдық ү нді ғ алымы X. Г. Корана болды. Ол РНҚ тізбегін химиялық жолмен қ олдан жасап алу ә дісін тапты. Соның нә тижесінде 2 жыл ішінде барлық амин кышқ ылына сә йкес келетін 61 кодон толық аныкталды. Тө менде ә ртү рлі амин қ ышқ ылдарына сә йкес кодондардың кестесі берілген (жақ ша ішінде ДНҚ -дағ ы сойкес негіздер кө рсетілген).

Сө йтіп амин қ ышқ ылдарына сә йкес келетін кодондар иРНҚ тізбегі ү шін анық талды. Бү дан ДНҚ -дағ ы сө йкес кодондарды табу орине оте оң ай. Амин кышқ ылдарының кодондармен осылай белгіленуі барлық организмдерге тә н екенін кейінгі зерттеулер керсетті.

Генетикалық кодты зерттеу жалпы биологиялык зор маң ызы бар жаң алық ашута мү мкіндік берді. Кодтың негізгі қ асиеттері белгілі болды.

Код триплетті (ү штік), яғ ни бір амин қ ышқ ылы кодон деп аталатын ү ш негізбен анық талады. ДНҚ -да негіз бар, белокта — 20 амиы қ ышқ ылдарының қ алдық тары; синглетті (жалғ ызданғ ан) код тө рт амин қ ышқ ылын ашады, дублетті (қ осарланғ ан) код — 4-4=16 амин қ ышқ ылын, ал триплетті 4 х 4 х 4 = 64 ортү рлі кодон тү зе алады. Код бірін-бірі жаба алмайды, яғ ни белгілі бір иуклеотид коршілес скі триплеттің қ ұ рамына бір мезгілде ене алмайды. Егср негіздер АВСДЕҒ НІ ретінде орналасса, АВС бір амин кышқ ылын, ДЕҒ — екіншісін анық тайды т.с.с. Егер код бірін бірі жабатын болса АВС бір амин қ ышқ ылын, ал СДЕ екіпшісін анық тағ ан болар еді. Код молшылық тан " азғ ын" болуы мү мкін, яғ ни белгілі бір амин қ ышқ ылын бірнеше кодон анық тайды (20 амин қ ышқ ылына 64 кодон). Кодтың ө зіне тон сипатты болады, яғ ни оны оку ә рқ ашан да белгілі бір орыннан басталады. Кодта ү тір болмайды, яғ ни бір ко-донды екіншісімен бө летін белгі жоқ. Код ә мбебап болады. Бірдсй триплеттер ә р тү рлі организмдерден (бактериялар, сү тқ оректілер клеткасы) алынғ ан клеткасыз жү йелердегі бірдей амин қ ышқ ылдарын кодпен анық тайтыны кө рсетілді. Код вирустар, балдырлар жә не тең із кірпісі ушін ә мбебап болып шық ты.

Генетикалық кодтың ашылуы жә не белоктың (іп ұ ііга) организмнен тыс синтезі ғ ылымдағ ы тірі табиғ аттың бірлігі жө ніндегі мә селені мү лде жаң аша қ ойды. Бү л жаң алық бе-локты қ олдан синтездеу ә дісін мең геру жә не бү л арқ ылы тірі материяның мә нін неғ ү рльгм терең танып білу жолын-дағ ы маң ызды қ адам болып табылады.