Нуклеин қышқылдарының мутациялық өзгергіштігі

 

Жоспары:

1.Нуклеин қышқылдарының мутациялық өзгергіштігі.

2. Спонтанды және индукцияланған мутациялар.

3.Мутагендер және олардың әсер ету механизмдері.

4.Гендік мутациалар. Ген мутаторлар.

5.Белоктардың гендік инженериясы және бағытталған мутагенез.

Мутациялық өзгергіштік көп өзгергіштіктің бір түрі ғана болып табылады. Тірі организмдердің маңызды қасиеттерінің ең елеулісінің бірі ұрпақтан ұрпаққа таралатын өзгергіштіктің (мутацияның) пайда болуы. Мутация со- нымен қатар коптеген апаттың себебі болып табылады: ор түрлі аурулардың қоздырғыштарыныц эпидемиясы, қатерлі ісіктер, түқым қуатын аурулардың пайда болуы т. б. Сонымен қатар мутация өсімдіктер, жануарлар және микроорганизмдер селекциясында қолданылатын көптеген пайдалы өзгерістер де бсреді.

"Мутация" деген атауды, Мендель зандарын қайта ашушылардың бірі голландиялык ботаник Гуго де Фриз (1848-1935) кснеттен пайда болған тұкым қуатын өзгерістерді сипаттау ушін қолданды. Нсгізінде бұл сөздің шығу тегі әріректе жатыр. Көне Рим империясында Август патшаньщ билік ету заіманында (біздің жыл санауымызға дейінгі 63-64 ж.) сауда орталықтары мен калалардың ара-сындағы байланысты үйымдастыру үшін жаяу және атты шабармандар, ал жүк үшін пар атты көлік колданылған. Жол бойында қалалар мен елді пункттерде (бекеттерде) жолаушыларға арналған демалатын "маысио" деп аталатын сарайлар болған. Бүл мансиолардың ерекше аттары болма-ғандықтан олардың орналасқан нүктелері мен бағыттары ғана көрсетілген ("мансио позито ин"). Осыдан барлық европалық тілдерде "почта" деген сөз шыққан. Осы мансиолардың араларында "мутацио" деп аталатын шаршаған аттарды ауыстыратын бекеттер болған. Мінс "мутацио" деген сөздің шығу тегі осындай (ауыстыру, өзгерту).

Мутагенез (лат. "мутацио" -өзгеру, грек. "генезис" -тегі) -әртүрлі физикалық жәнс химиялық факторлардың әсеріиен организмде түкым қуатын өзгерістің (мутацияның) пайда болу процесі. Мутация - клеткадағы геннің табиғи не жасанды жолмен өзгеруі. Тірі табиғаттағы вирустар, микроорганизмдерден бастап жогарғы сатыдағы өсімдік, жануар, адам — барлығы да мутацияға ұшырайды. Жыныс клеткалары мен спораларда пайда болған (генеративтік) мутациялар тұқым қуады. Дене клеткаларында болатын (сомалық) мутациялар тұкым қумайды. Дене клеткаларығща мутантты ткані бар өкілдерді мозаиктер немссе химерлер деп атайды.Вегетативтік жолмен (бір түйнегінен) көбейстін организмгс сомалық мутацияның үлкен маңызы бар.

Организмнің табиғи не ор түрлі факторлар әсерінен түкым қуатыи өзғеріске бейімділігі мутабильдік дсп аталады. Мутацияға бейім болу көптеген себсптсрге -организмнің жас мелшеріне, даму сатысына, температурага, генотиптің ерекшеліғіне байланысты. Гендердің мутацияға бейімділігі бірдей болмайды, оларды стабильді жонс мута-бильды деп бөледі. Жеке гомолоғты хромосомаларда орна-ласқан аллель жүптары бір мезгілде үшырамайды. Генотиптегі гендер мутацияға жиі үшырайды. Жеміс шыбынының бір үрпағында 100 гаметаға бір мутация сойкес келеді. Тышқанның радиация әсеріне мутабильділігі дрозофиладан жоғары. Маймылдар рентген сәулесіне тышқаннан гөрі 2-3 есе сезімтал келеді. Генетикалық факторларға бай-ланысты болгандықтан мутабильділікті қолдан сүрыптау ар-қылы арттырып не кемітіп отыруға болады. Қазіргі кезде селекциялық жолмен мутабильділігі жоғары жана линиялар шығарылуда.

Мутагендер (мутагендік факторлар) деп мутацияның жүруіне өсер ететін заттарды атайды. Бүған физикалық әсерлер (ультракүлғін сөуле, рентген сәулесі, нейтрондар б, в, г-бөлшектері т. б.), химиялык заттар (алкидті қосылыс-тар, алколоидтар, нуклеин қышқылдарының аналогтары т.б.) жатады. Мутагсндердің өсері, олардын табиғатына, мөлшеріне, өсер ету жағдайына, сондай-ақ организмнің генотипіне, даму сатысына және физиологиялык жағдайына байланысты. Мутагендер организм өзгергіштігін кенет жеделдетеді, бүл селекция жүмысының нәтижелі өтуіне жағдай туғызады.

• Мутант — организмнін мутация нәтижесінде алғашқы типіне үқсамайтын, түкым қуатын езгешс қасиеттері бар түлғалары. Мутанттардың селекцияда, микроорганизмдердің биохимиялық мутанттарының генетикалык аппаратын зсрт-теуде үлкен мәні бар.

Мутациялар табиғи жағдайда немесе лабораториялык жағдайда жануарлармсн өсімдіктерде пайда болады, мүндай мутацияларды спонтанды (лат. "спонтанеус" —өздігінен) дейді. Жасаиды жолмен ор түрлі мутагендік факторлармен осер ету арқылы адамның тікелей басшылығымен алынған мутация-лардьғ индукциялық (лат. "индукцио" —қоздыру) деп атайды.

ГЕНДЕР МУТАЦИЯСЫ (НҮКТЕЛІК МУТАЦИЯ). Гендік мутацияны генетикалық кодтағы өзгеріс деп түсіну керек. Кодтағы өзгсріс дегеніміз хромосомадағы ДНҚ моле-куласынан (геном) иРНҚ арқылы цитоплазмаға арнаулы белок түзілісін деп берілген нүсқаудың өзгеріп, басқа бело-ктьщ түзілуі.

Жаңа мутациялар аутосомдағы, жыныс хромосомала-рындағы гендер болады. Олар барлық органикалық форма-ларда кездеседі.

Турдің жабайы формаларына тон гендер аллелін жабайы, ал өзгергендерін мутантты гендер деп атайды. Олар-дың арасында принципті айырмашылық жоқ. Түрдің жабайы формаларына тән коптегсн гендерге бір кезде мутант-ты гендер болған, одан соң қолайлы мутанттык, аллельдер түр эволюциясының барысында сол түрге жататын особь-тардың боріне таралатындай байытылған.

Нуктелік мутациялар ДНҚ молекуласының бір жерінде нуклеотидтің түсіп қалуы нсмесе бір нуклеотидтің басқасы-мен орын ауыстыруы нәтижесіндс пайда болады. Бірінші жағдайда и-РНҚ дүрыс хабарды цитоплазмага апармайды, себебі ДНҚ молекуласындағы кодонның құрамы (реттілігі) нуклеотид түсіп қалған, не жаңадан кірген жерден бастап өзгереді. Мысалы, егер ДНҚ молекуласындағы иРНҚ синтезделетін нуклеотидтердің қалыпты құрамы: АГУЦА-УЦГГУУУАААГЦГ... болса, онда бір негізді жоғалтқаніхан кейін, (мысалы Ц-ны), ДНҚ молекуласының триплеттері мынадай болады: АГУ АУЦ ГЕУ УУА ААГ.... Бүл осы ара-лықтан синтезделетін белок құрамын мүлде өзгертеді. Осы-ған үқсас нәтиже егер басқа нуклеотид қосылса да болады.

Егер бір нуклеотид екінші бір нуклеотидпен ауысты-рылса, мысалы адениннің орнына гуанин түрса, онда бір триплеттің ғана құрамы өзгереді. Осының салдарынан син-тезделген белоктың құрамына бір амин кышқылының орнына 'басқасы келеді. Мысалы, адам гемоглобинінің құра-мындағы глутамин амин қышқылы бірде валинмен, екіншісінде лизинмен, үшіншісінде глицинмен ауыстырыл-ған делік. Код кестесінің (5-кесте) осы амин қышқылдары-на сәйкес кодондарды салыстырып, олардың арасындағы үқсастықты байқауға болады; біріншіде глутамин кодоны ЦАГ-да Ц негізі А-ға ауысқандықтан лизинге сәйкес кодон; екіншісінде Ц мен А-ның орнын Г басқан —ол глицинге сәйкес; ақырында тағы Ц мен А-ның орнына валинге сой-кес Г және У негіздері келген. Өте бағалы жаңалықтар, әсіресе нүктелік мутацияның химиялық табиғатын білуде микроорганизмдерді зерттегенде ашылған. Ішек таяқшасын-да триптофан синтезіне қажетті фермент триптофансинтета-за бар. Оның амин қышқылдар құрамы белгілі. Осы трип-тофансинтетазаның молекуласының белгілі бір жерінде қалыпты жағдайда глицин амин қышқылы орналасқан. Қалыпты штамдар ішінсн триптофан синтезін бұзатын бірнеше мутациялар табылады. Бір жағдайда глицин глута-минмен, екіншісінде аргининмен орын ауыстырған болып шықты. Әрі қарай осы өзгерген штамдар жаңа мутациялар берді, онда глутамин біріпде валинмен, екіншісінде аланин-мсн, ал ушіншісінде — глицинге қайта оралған; аргинин серинмен ауысқан немссе қайтадан глициніе оралган.

Нүктелік мутациялар доминантты, жартылай доминантты және рецессивті болады. Рецессивті мутациялар жиірек кездеседі. Мутациялар белок жүйесін бұзганда белок олсізденеді немесс оргапизм даму барысында істен шығады, сондықтан рециссізті мутациялардың болуы табиги жағдай.

Егср екінші хромосоманың гендері өзгермесе, онда белок синтезі осы хромосоманың ДНҚ-сының көмегімен жүреді, сондықтан гетерозиготаларда мутациялық озгсрістер байқалмайды, олар тек гомозиготалык күйде ғана шыгады.

Ұзакка созылган эволюцияның нотижесінде жеке даму барысында орбір организмде белоктар мсн ферменттердің езара орекеттесу жүйссі құрылған. Кез келген мутация ор түрлі дәрежсде осы жүйелілікті бүзып, жүйе иесіиің омір сүргіштігін төмендетсді. Көбінде озгерген формалар бслгілі бір коршаған ортаға бейімделе алмайды, бірақ бүдан олар мүлдс керегі жок, дегсн пікір тумауы керек. Егер коршаған орта осеріи өзгертсе, олар сүрыптауга түсіп, әрі қарай та-рауы мүмкін. Қоршаған ортага шыдай алмайтын кейбір му-таідияның басқадай пайдалы шаруашылық маңызы болуы мүмкін. Ондай жануарларға сәйкес күтім жасап, қоршаған орта әсерінен арашаласа адам оларды өз иғілігіне пайдалана алады. Бірак организмнің дамуы қатты бүзылғанда леталь-ды мутациялардьщ зиянынан, ксмтар гомозиготалы үрпақ-тар пайда болады. Мүндай өлтіргіш мутациялар кептеген жануарларда, ауылшаруашылық малдарында кездеседі. Ола-рға мысалы, түксіз және бульдог торіздес бүзаулар, аяқтары қысқа балапандар, ми жарығы бар торайлар, аяқ буындары біріккен қозылар және бүзаулар т.с.с. жатады.

Тура және кері мутациялар. Геннің жабайы түрінен жаңа күйге мутациялануын - тура, ал мутант күйден жа-байы қалпына келуін - кері мутация деп атайды. Ал кері мутацияланудың езін гсн реверсиясы (тегіне тарту) деп атайды. Тура мутациялар жиірек кездессді. Бастапқы гена-ралық сатысыз-ақ жаңа жағдайға және керісінше мутация-ланады. Тура мутацияның жиілігі ор түрлі гендер үшін түрліше, орта есеппен алғанда 100 мың немесе 1 млн. генге 1-ден 5-ке дейін тура мутация кследі, демек мутациялар оте сирек келетін құбылыс. Алайда өсімдіктер, жануарлар попу-ляциялары мен адамда ор түрлі мутанттық гендердің кездесуінің жиілігін сскерсе,бүл цифр кенет артады. Белгілі бір мутациялар ор түрлі уақытта пайда болуы мүмкін. Бүл гендердің бір бағытта әлденеше рет мутациялана алатынын білдіреді. Тура жонс ксрі мутацияга жоғарыда кслтірілгсн ішек таяқшасының триптофансинтетазасы синтезінің мута-Циясын мысалға келтіруге болады. Мүнда жсті мутацияиың бесеуі гура, екеуі ғана кері.

Нүктелік мутациялардың шығу себептері. Организмдерде жаңа белгілсрдің пайда болуымен байланысты нүктелік мутациялар оте сирск кездеседі.

Барлық гендік мутациялар 2 үлкен класқа бөлінеді:

1) Нуклеотидтер жұбының алмасуы.

2) Код шекараларының жылуының өзгеруіне байланысты мутациялар.

Нуклеотидтер жұбының алмасуы 2 түрлі бағытта өтеді:

А) Транзиция

Б) Трансверсия

Транзиция деп – ДНК молекуласындағы 1 пуриндік негіздің 2-ші стмив негіздің екінші пуриндік негізге ауысуы (адениннің гуанинге немесе керісінше 1 перимидиндік негіздің екінші перимидиндік негізге мысалы тиминнің цитозинге немесе керісінше) алмасуына әкелетін гендік мутациялар.

Трансверсия деп – пурин перимидин бағытының өзгеруіне әкелетін күрделі алмасу. Мысалы: АТ ЦГ немесе АТ ТА. Код шекарасының оқылуының өзгеруі ДНК молекуласына артық нуклеотидтің енуіне немесе одан нуклеотид жұбының түсіп қалуына байланысты болады. Гендік мутацияның организм үшін әсері арқылы олардың басым көпшілігі рецессивті болғандықтан әсері фенотипке әруақытта байқала бермейді. Сонда да белгілі геннің 1 азотты негізінің ғана өзгеруінің фенотипке терең әсер етуінің бірнеше мысалы белгілі. Адамда тұқым қуалауын ауру арақ пішінде клеткалы анимия деп аталатын ауру белгілі. Бұл ауру геомоглабиннің В тізбегінің ывоалтывд ДНК молекуласының гендік мутациясына байланысты. Мутация нәтижесінде науқастардың эротроциттерінің пішіні орақ тәрізді болып оттек тасу қабілетінен айтады. Мұндай мутация кузінде 146 аминқышқылынан құралған В тізбегінің 6-шы аминқышқылы глутаиминнің орнына валин қалдығын орналасады. Осындай өзгеріс нәтижесінде эротроциттер домалақ пішіннен орақ пішінге айнып тез жойыла байланысты сөйтіп қаназдылық анимия дамиды. Бұл мутация аоыврлоаы аллель бойынша гомозиготалы адамды өлімге душар еткізеді.

Мутация пайдалы зиянды және бейтарап болуы мүмкін. Организм үшін гендік мутацияның басым көпшілігінің зиянды әсері бар. Мутация туғызатын факторды мутагенді факторлар деп аталады. Олар табиғатына қарай физикалық және химиялық болып 2-ге бөлінеді. Физикалық мутагенді факторларға иондаушы және ультра күлгін рентген сәулелері жатады. Ал химиялық мутагенді факторға азотты қышқыл күкірт азот қосылғыштары жатады. ДНК тізбегіндегі физикалық және химиялық мутагеннің әсері арқылы пайда болатын мутациялық өзгерістерінің қайта қалпына келуі және ДНК репликациясында түзілген жаңылыстың арнайы ферменттер жүйесі арқылы бастапқы қалпына келуі реперация деп аталады. Реперацяның 3 негізгі механизмі белгілі –

1) Фотореактивация деп – организмде ультра күлгін сәулелердің әсері арқылы пайда болатын тимин мүшелерінің көк күлгін жарықтың әсерінен ажырауын айтады.

Тимин гимерлері ДНК-ң құрылымын бұзады нәтижесінде ДНК реплекацияның өтуіне қиыншылық туады. Көк-күлгін жарық дезоксирибо перимидинфотолиаза ферментін белсендіреді. Нәтижесінде тимин гимерлері бір-бірінен ажырап А-Т аралығы сутектік байланыс қалпына келеді.

2) Эксцизиялық реперация, бұл кезде жарықтың қажеті жоқ, сондықтан кейде оны қараңғылық реперациясы деп атайды. Бұл реперация бойынша ферментінің көмегімен іске асады. 1-ші кезеңде эндонуклеаза ферменттері ДНК молекуласын мутациялық өзгерістерді мысалы тимин гимерлерін тауып оны үзеді. Нәтижесінде ДНК тізбегінде тесік пайда болады содан кейін ДНК бос ұштарын экзонуклеаза ферменті жанын оны ары қарай үзіп тесікті кеңейтеді, одан соң полимераза ферменті. Мутагендік өзгерісі жоқ екінші тізбекті матрица ретінде пайдаланып үзілген фрагменттің синтезін асырады. Соңғы кезде лигаза ферментті жаңадан сипатталатын тізбекті бастапқы тізбекпен жалғастырады.

3) Пострепликациялық реперация бұл жағдайда ДНК-ң қалпына келуі репликациядан кейін іске асады. Полимераза ферменті өзгерісі бар бөлікке комлементарлы жаңа тізбекті синтездемей өткізіп жібереді. Нәтижесінде жаңа тізбекте тесік пайда болады. Дұрыс генетикалық ақпарат бастапқы 2–ші тізбекте болады. Осы тізбекке комплементарлы үздіні полимераза ферменті синтезделеді. Содан соң тесікті жасырады.

 

Лекция № 14