Лекция 4 Рибонуклеин қышқылы, ДНҚ-РНҚ гибридтелу
Жоспары:
1.Рибонуклеин қышқылы (РНҚ).
2.РНҚ-ның құрылымы және қасиеттері: ақпараттық, рибосомдық және тасымалдаушы РНҚ.
3. Нуклеин қышқылдарының молекулалық гибридтелуі және ренатурациясы.
4.ДНҚ-РНҚ гибридтелу.
5.Молекулалық гибридизация негізінде ДНҚ-ның нуклеотидтік тізбегінің ұқсастығын анықтау
ДНҚ тәрізді РНҚ-ң да негізгі құрлымдық бірлігі нуклеотид болып табылады. РНҚ-ң ДНҚ-дан мынадай айырмашылықтары бар-
1. ДНҚ құрлымдағы көмірсу дезоксирибоза ал РНҚ-да рибоза. РНҚ-ң химиялық тұрақтылығы. ДНҚ-дан төмен РНҚ-ң судағы ерітінділері гидролизге ұшырайды. Осы қасиет РНҚ-ні зерттейтін қиындықтар туғызады.
2. ДНК РНК-нің арасындағы екінші химиялық айырмашылық РНК-ға 4 азотты негіздің біреуі өзгеше болады.
Атап айтқанда тиминнің орнында урацил болады. Тимин сияқты урацил тек аденинге ғана комплиментарлы болады.
3. ДНҚ мен РНҚ-ң арасындағы 3-ші айырмашылық егер де ДНҚ құрылымы жағынан қос тізбектен тұрса РНҚ негізінен жалғыз тізбектен тұрады.
4. ДНҚ эукариоттарда негізінен ядрода және аздаған мөлшерде митохондрияда пластидтерде кездеседі. Ал РНҚ ядрода оргоноидтарда және бос күйінде цитоплазмада кездеседі.
2) Клетка РНК-ң түрлерін 3-ке бөледі:
1. Ақпараттық РНК, и РНК.
2. Тасымалдаушы РНК т РНК.
3. Рибосомалық РНК и РНК.
Бұлардың барлығы тікелей ДНК – ы матрицада синтезделеді ақпараттық РНК клеткадағы барлық РНК-ң 3-5 пайызын құрайды. Кейде оны матрицалық РНК деп атайды. Өйткені ол ДНК-ң біршама бөлігінің көшірмесін өзінің бойында сақтайды. И РНК-ң ДНК тізбегінде синтезделу процесі транскрипция деп аталады. Информациялық ДНК-ң ең қысқа молекуласы шамамен 300 нуклеотидтен құралған. Олардың басым көпшілігі аз ғана уақыт өмір сүреді. Мысалы бактерияда бірнеше минут одан соң гидролизге ұшырап мононуклеотидке кетеді. Эукариоттарда олар бірнеше күн өмір сүруі мүмкін.
Рибосомалық РНК клеткадағы барлық РНК-ң 80% құрайды. Ең бірінші ашылған РНК-ң осы түрі рибосомалық РНК-ы кейбір хромосомалық ядролық ұйымдастырушы бөліктерде орындалуын ерекше гендер атқарады. рРНК цитоплазмада белоктармен байланысқан күйінде рибосома құрастыруға қатысады. Рибосома 60% р РНК-дан тұрады. Негізінің р РНК-да тізбектеле орналасу тәртібі барлық организмдерде бактериядан адамға дейін бірдей болады. Тасымалдаушы РНК – РНК-ң бұл түрінен бар екендігін Френсис Крик жормалдап, ал жорамалдың дұрыс екенін 1955 жылы Хогленд деген ғалым дәлелдеді. Тасымалдаушы РНК-ң молекуласы үлкен емес, ұзындығы 70-80 нуклеотид тізбегінен тұратын 2-лік құрылымды молекула. Бұлар и РНК-мен бірге белок синтезіне қатысады. Олардың қызметі рибосомаға амин қышқылын тасымалдау әрбір амин қышқылының өзіне тән тасмалдаушы РНК-сы болады. Кейбір амин қышқылын бірнеше түрлі тРНК тасмалдайды. Қазіргі уақытта 60 астам т РНК-ң түрлері белгілі. Тасмалдаушы РНК-ң 2-лік құрылымы беде жапырағына ұқсас болады. Бұл байланыстармен комплементарлы бөліктері сабақша түзеді. Ал бір тізбекті бөліктері тұзақ құрайды. РНК молекуласының 5 ұшында әр қашанда гуамин, ал 3 ұшында ЦЦА және 3І гидроксил тобы болады.
Фенилаланин т РНК-ң құрылысы.
Аминқышқылы тасмалдаушы РНК-ң 3І ұшында қосылады, басқа бөліктердегі нуклеатиттер тізбегі әр түрлі болуы мүмкін. Ортанғы тұзақтың басында т РНК-ң ерекше бөлігі ра 3 негізден құралған триплет орналасады. Әр түрлі аминқышқылының т РНК-ң осы бөлігі бойынша әр қашан айырмашылығы болады.
Тасымалдаушы РНК-да АЦГ негізінен басқа ерекше минорлы негіздер деп аталатын негіздер болады. Мысалы ашытқының фенилаланин т РНК-да псевдоуридин және дегидроуридин негіздері болады, сонымен қатар т РНК-ң кейбір негіздеріне метилрадикалы ра метилденеді әр бір тасмалдаушы РНК өздерінің антикадонына генетикалық код бойынша комплементарлы келетін аминқышқылын ғана байланыстра алады. Бұл процесі аминқышқыл т РНК синтетаза ферменті жүргізіледі. Бұл фермент АТФ-ң энергиясын пайдаланып аминқышқылын РНК-мен байланысады. Нәтижеде аминоцил т РНК комплексі түзіледі бұл комплекстегі акцепторлық ұшындағы А нуклеин пен аминқышқылының арасындағы байланыс энергиясы көрші аминқышқылдарының карбоксил тобымен пептидтік байланыс түзуге жеткілікті болады.
Молекулалық биологияда денатурацияланған ДНК-ның бастапқы екі жақты спираль құрылымын түзе отырып ренатурациялану қабілетін пайдаланады. Бұл құбылыс нуклеин қышқылдарының молекулалық гибридизация әдісінің негізінде жатады.Бұл әдіс әр түрлі ДНК-лардың,сондай –ақ РНК-лардың сәйкестік дәрежесін анықтауға мүмкіндік береді. Бұл үшін денатурацияланған ДНК-ны (егер де екі әр түрлі нуклеин қышқылдарының молекулалық гибридизациясы зерттелсе, онда оның біреуінің радиоактивті таңбасы болады) екі жақты спираль түзілуге оптимальді жағдайларға қояды.(ерітіндінің иондық күші 0,2 шамасында; температура нативті ДНК-ның Тт -нан— 10—20 0С төмен).Толық комплементарлы тізбек жағдайында олар толығымен екі жақты спиральді молекулаларға айналады.Ал егер де қоспада ДНК-ның комплементарлы және комплементарлы емес тізбектері болса онда ренатурациядан кейін екі жақты спиральді молекулалардың үлесін қандай да бір әдістермен анықтайды.
Қазіргі уақытта ДНК-ның белгілі бір типті молекулаларын нитроцеллюлозалық сүзгілерге бекітіп алып басқа типті ДНК немесе РНК-сы бар ерітінділерге батырады. Сүзгілерде екі жақты спиральды комплекстер түзгеннен кейін оларды байланыспаған ДНК-лардан бөліп алады.Бұлай жасауды гельдегі электрофорез арқылы ДНК немесе РНК-ның басқа тізбекпен комплементарлығын анықтау арқала бөлуде де қолданады.
ДНК ренатурациясы процесінің жылдамдығы мынадай теңдеумен өрнектеледі
С /Со═1/1+kCot '
мұндағы С — бір тізбекті ДНК концентрациясы;
Со — ДНК-ның жинақ концентрациясы;
t — время;
k — екінші ретті реакциялардың жылдамдық константасы
Бұл теңдеуден көрініп тұрғандай t уақыт мезетіне ассоцацияланып үлгермеген денатурацияланған ДНК үлесі С0t функциясы болып табылады.
Сондықтан ДНК ренатурациясы мына суретте көрсетілген координаталарда сипатталады. Ал оның маңызды сипаттамасына C0/t0,5 жатады, бұл кезде реассоциация 50%.-ке өтеді.
1960-шы жылдардың ортасында Д. Виноград және оның әріптестері кейбір бактериофагтар мен митохондриялардың ДНК-сы цикльді молекулалар түрінде болатынын ашты.Кейінірек көпшілік вирустық немесе клеткалық ДНК-лардың пішіні сақиналы болатыны анықталды. Егер де екі жақты спиральді ДНК-дан түзілген полинуклеотид тізбектері ковалентті тұйықталған болса олар екінші қайтара кеңістікте өздігінен қайта ашыла алмайды.
Сақиналы тізбектері ковалентті тұйықталған ДНК молекуласының маңызды параметрі екі біртізбекті сақиналалардың ондағы ілінісу реті. Ол Lk ретінде өрнектеледі және бірінші жуықтағанда екі спиралдік сақинада бір тізбектің екіншісін оратылу санына тең. Сонымен Lk, шамасының бүтін санды мәндері бар. Ең бастысы, Lk — берілген ковалентті байланысқан сақиналы ДНК тұрақты (инвариантты) шама.
Егер де осындай ДНК релаксацияланған күйде,болса онда ешқандай кернеусіз бір жазықтықта орналасады,онда Lk=Tт, Тт -— берілген ковалентті байланысқан сақиналы ДНК-дағы оралым саны. Бірақ екі тізбектің ковалентті үздіксіздігін сақтап спиралдің айналым санын көбейтсек, Lk –ның инвариантылығы салдарынан мұндай өзгеріс асаоралымдар есебінен компенсациялады. Аса жоғары спиралденген ДНК-дағы аса оралым саны Wr белгіленеді (; оны жиі Раизинг деп атайды,англ. writhe -оралу) және мына формуламен анықталады.
Wr = Lk—Tw.
Wr –оң немесе теріс мәнді болуы мүмкін. Коваленттік тұйықталған сақиналы ДНК-лар әрқашан теріс мәнді аса оралым мәнді болады
Лекция 5
