№8 сабақ. Нуклеин қышқылдары, құрылысы, жіктелуі, қызметі. Геннің молекулалық биологиясы. Сабаққа дайындалуға арналған негізгі сұрақтар: 1) Нуклеин қышқылдары, құрылысы, жіктелуі 2) Ген, молекулалық- биологиялық құрылысы және анықтамасы. Геннің қасиеттері, жіктелуі және қызметі 3) Про-эукариоттар генінің молекулалық-генетикалық құрылымы. 4) Нуклейн қышқылдары мен геннің медициналық маңызы 1) Нуклеин қышқылдары, құрылысы, жіктелуі Нуклеин қышқылдары (НҚ) – бұл барлық тірі ағзалардың ағзасында кездесетін және тұқым қуалау ақпаратын сақтап, ұрпақтан-ұрпаққа жеткізіп отыратын күрделі жоғары молекулалық қосылыс. «Нуклеин қышқылы» терминін 1889 жылы ұсынған: нуклеин деген атауды алу себебі бірінші рет жасуша ядросында табылуына, ал қышқылы сөзінің жалғануы құрамында фосфор қышқылы қалдығының болуына байланысты алынған. Бұл күрделі биополимерлердің үлкен молекулалық массасы. Нуклеин қышқылының мономері- нуклеотид болып табылады, сондықтан нуклеин қышқылдары полинуклеотидтік тізбек құрайды. Әрбір нуклеотидтің құрамына бескөміртекті моносахарид (пентоза), фосфор қышқылының қалдығы және азоттық негіз (аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц), урацил (У:) кіреді. А, Г және Ц азоттық негіздері нуклеин қышқылдарының екі түріне де тиесілі, бірақ Т тек қана ДНК құрамына , ал У тек РНК құрамына кіреді. . Нуклеин қышқылдарының құрамында қант пентоза түрінде кездеседі.ДНҚ құрамындағы бескөміртектік қант дезоксирибоза, ал РНҚ – рибоза деп аталады. Көміртектің әрбір молекуласында бес атомды көміртек болады, оның төртеуі көміртек атомымен қосылып бес сақиналы мүше құрайды, ал бесіншісі НО-СН2 тобына кіреді. Пентоза молекуласындағы әрбір көміртек атомының жай-күйі штрихты араб цифрімен (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´) белгіленеді. Гидроксилді топ бойынша 3-ші және 5-ші көміртекті атомдарға (3С´ және 5С´) фосфор қышқылының қалдығы жалғанған. Нуклеотидтер бір- бірімен тізбекке өзара фосфорлық топпен коваленттік байланыс жасау арқылы тізбектеледі. Бұл жағдайда әрбір жаңа нуклеотид өзінің алдындағы нуклеотидтің 3’ ұшына барып жалғасады. Бұл ДНҚ мен РНҚ-ның қышқыл тобына химиялық жағынан тәуелділігін сипаттайды. Бірінші көміртек атомының қант молекуласына азотты негіз жалғанған. Азоттық негіздің қантпен қосылысы нуклеозид деп аталады. Екі азотты негіз (А және Г) пурин тобына, ал үшеуі - (Т,У және Ц) пиримидин тобына жатады. Нуклеин қышқылдарының екі түрі бар: олар ДНҚ (дезоксирибонуклеин қышқылы) және РНҚ (рибонуклеин қышқылы). Дезоксирибонуклеин қышқылы. ДНҚ молекуласы – бұл ең үлкен биополимер, биспираль, себебі ол екі полинуклеотидтік тізбектен тұрады және олардың азоттық негіздері бірбірімен сутектік байланыспен комплементарлық принцип бойынша антипаралельді орналасады. А - Т, Г - Ц. 51---АТТГАТАЦАГГЦ---31 31 ---ТААЦТАТГТЦЦГ--- 51 ДНҚ ядрода орналасады, ол жерде ақуыздармен сызықтық структураларды яғни хромосомаларды құрайды. Хромосомалар ядроның бөліну кезеңінде микроскоптан жақсы көрінеді. Ал интерфаза кезінде олар деспиральданған. ДНҚ митохондрияда және пластидтерде кездеседі, ол жерде молекулалары сақиналы құрылымды құрайды Ядролық құрылымға дейінгі жасушаларда да сақиналы ДНҚ болады. ДНҚ екі еселенуге (редупликация) қабілетті. Бұл жасушалық циклдің белгілі бір синтездік кезеңінде орындалады. ДНҚ құрылымы тұқым қуалаушылықтың механизмдерін түсінуге мүмкіндік береді. ДНҚ-да биологиялық ақпараттар көшіруге жәгне ұрпақтан-ұрпаққа берілуге бейім күйде сақталады. Уотсон-Крик ұсынған модель: 1953 жылы Джеймс Уотсон және Френсис Крик ұсынған ДНҚ-ның молекулалық моделі мына мәліметтерге негізделіп құрастырылған: 1. ДНҚ – полимер, ондағы нуклеотидтер 3-5 фосфодиэфирлік байланыстар арқылы жалғанып, полинуклеотидтік тізбектерді құрайды. 2. ДНҚ-дағы нуклеотидтер құрамы Чаргаф ережесіне бағынады: ДНҚ құрамындағы пуриндик негіздер (А+Г) әрқашанда және пиримидиндік (Т+Ц) негіздер қосындысына тең; А мөлшері Т тең, Ц мөлшері Г тең. 3. ДНҚ молекуласы 2 полинуклеотидті тізбектен тұрады, қос ширатылған құрылым. 4. Табиғи жағдайдағы ДНҚ-ны құрайтын қосарланған тізбек өзара сутектік байланыстар арқылы ұстасып тұрады. 5. ДНҚ үштік моделі: ширатылған құрылым, қосарланған полинуклеотидті тізбекті құрай отырып бір-бірімен байланысып тізбек оралған күйде болады. 6. Екі тізбек бір-біріне антипаралелльді 7. ДНҚ тізбегі бағытымен және де полярлығымен ерекшеленеді: әрбір тізбектің 5 / ұшы мен 3/ ұшы болады. Тізбектің ұзындығы тек қана бір бағытта 5 / -тан 3/- қа дейін ұзарады. Әрқаанда 3/ ұшы ұзарады. 8.Тізбектің азоттық негіздері келесі комплементарлық арқылы бірігеді: А мен Т, Г мен Ц. Комплементарлық –ДНҚ-ның басты кілттік құрамы. ДНҚ молкулалары екі түрлі бағытта ширатылған болуы мүмкін: 1) оңға қарай ширатылғанВ – пішінді; 2) солға қарай ширатылған – Z – пішінді. Табиғатта ДНҚ молекулалары көпшілік жағдайда оңға қарай ширатылған күйде кездеседі. Құрамында ГЦ нуклеотидтерінің болуы не болмауына байланысты ДНҚ молекуласының кейбір учаскелері В- пішінінен Z – пішініне немесе кері бағытта ширатылып пішіндерін өзгертуі мүмкін. ДНҚ құрылымының ауытқуының себебі әлі күнге белгісіз. ДНҚ-ның басты қызметі – тұқым қуалау ақпаратын сақтау және нуклеотидтер арқылы сақталған ақпаратты ұрпақтан-ұрпаққа беру. Тұқым қуалау ақпаратының жасушадан-жасушаға берілуі ДНҚ молекуласының редупликациясына байланысты. ДНҚ молекуласында жасушаның құрылымы мен өмір сүруге бейімділігі туралы ақпарат жазылған. Бұл ақпарат генетикалық деп аталады. ДНҚ молекуласында амин қышқылдарының тұқым қуалау туралы ақпараты жазылған. Прокариоттардың ДНҚ-сы қос тізбекті сақиналы, қатты ширатылған молекула, ол цитоплазмада орналасқан. Оны нуклеоид деп атайды. Нуклеоид цитоплазмадан бөлінбеген ядролық мембрана онда ДНҚ-ның бірнеше көшірмесі болуы мүмкін. Прокариоттардың геномындағы генлер тығыздығы эукариоттарға қарағанда әлдеқайда жоғары. Прокариотты гендер эукариотты гендерден ерекшелігі экзон-интрон секілді мозайкалық құрылым болмайды. Прокариоттарда функциональды байланысқан гендер оперондар деп аталатын құрылымдарды құрайды. Эукариоттардың ДНҚ-сы біркелкі емес және ол нуклеотидтердің үш класс қайталанатын нуклеотидтер қатарына жатады: –жиі қайталанатын қатарлар, геномда 1 млн дейін кездеседі; бұндай ДНҚ хромосоманың центромерлік учаскелерінің гетерохроматиндерінде орналасады және де ақуыз синтезіне қатысы болмайды бірақ жеке гендердің арасын бөліп тұруы мүмкін.. –аз қайталанатын қатарлар, геномда 100 және 1000 рет кездеседі (мысалы, тРНҚ, рРНҚ және ақуыздар, рибосома мен хроматиннің құрамына кіретіндер және т.б ) «үй шаруашылық гендер» туралы ақпаратты алып жүреді, ақуыздың және РНҚ молекуласымен синтезделуін бақылайды; –ДНҚ уникальды бөліктері –бұл ДНҚ бөлігі қайталанбайтын нуклеотидтеріне сәйкес, олардың үлесі геномның 15-98%-ын алады (адамда – 56%); және де структуралық гендердің құрамына кіреді, полипептидтің біріншілік құрылымы туралы ақпаратты алып жүреді. Рибонуклеин қышқылы (РНҚ) –ядрошықта, цитоплазмада, рибосомада, митохондрияда және пластидтерде кездеседі. РНҚ-ның нуклеотиді азотты негіздерден (аденин, гуанин, цитозин және урацил), көміртек рибоза және фосфор қышқылының қалдығынан тұрады. РНҚ молекуласы – бір тізбекті. 51---АУУГАУАЦАУУГУГЦ---31 Рибонуклеин қышқылының бірнеше түрі бар. Олар:рибосомалық, тасымалдаушы және ақпараттық РНҚ. Рибосомдық РНҚ (р-РНК) – бұл тұрақты, жасушада барлық РНҚ типтерінің (80% дейін) құрайды. Олар ядрода синтезделеді, бірақ рибосомада табылады. Рибосоманың құрылымдық бөлiгi, рибосоманың аРНҚ-ны танып байланысуын қамтамасыз етедi. Ақпараттық РНҚ (а-РНК) жасушада барлық РНҚ ның 1% ден 10% дейін құрайды. а РНҚ ДНҚ молекуласының бөлігіне комплементарлы, белгілі ақуыз синтезі туралы ақпаратты тасымалдайды. Ақпаратты оқу барысында аРНҚ ұзындығы ДНҚ бөлігінің ұзындығына тәуелді. ақпаратты ДНҚ молекуласынан көшiрiп алып цитоплазмаға белок синтезделетiн жерге жеткiзедi Тасымалдаушы РНҚ (т-РНК) - жасушада барлық РНҚ ның 10% дейін құрайды. Цитоплазмада кездеседі және қысқа тізбекті нуклеотидтерден тұрады. тРНҚ арнайы амнқышқылдарымен байланысып ақуыз синтезделетін орынға жеткізеді. т-РНҚ әрбір молекуласы өзара байланысқан 75 нуклеотидтер арқылы ұзын тізбекті құрайды. Нәтижесінде тРНҚ негізгі құрамы "жоңышқаның жапырағы" тәріздес конформациялық құрылым түзеді. содан кейін L-формасына айналады. Барлық Т-РНҚ молекулаларының 5/ - ұшында гуаниннің қалдығы, ал 3/- ұшында жұптаспаған бір тізбекті ЦЦА жүйесі орналасқан. Мұны аминқышқылына жалғанатын сайт деп атайды. Төменгі жағында антикодон ілмегі орналасқан, (антикодон) триплеттен тұрады, антикодон аРНҚ кодонына сәйкес спецификалық және комплементарлы болып келеді. 31 5 1 Т- РНҚ қызметі 1. т-РНҚ-ның Акцепторлық функциясы- аминоацил-т-РНК-синтетаза ферменті арқылы іске асырылатын, аминқышқылдарының т-РНҚ-мен байланысуын қамтамасыз ететін процесс. Әр аминқышқылының өзінің ферменті болады, кез-келген геномның өзі кодталатын кодоны синтезделеді. Осы топқа жататын барлық ферменттер аминоацил мен тРНК арасындағы катализ реакциясының бір сипатта жүруін бақылайды. 2. Адаптерлік функциясы. Т-РНК-ның адаптерлік функциясының мағынасы оның м-РНКға ақпараттарды көшіруде басты рөл атқаратынында болып табылады. нуклеотидті қатарлардың аРНҚ тілінен ақуызға жазылуы (аминқышқылдарының ақуызға айналуы). Кіші ядролық РНҚ. интрондардың қырқылу барысында кяРНҚ дан аРНҚ түзіліп ядрода РНҚақуыздармен комплекс түзіледі, оны сплайсома дейді. Әр сплайсомада ядро бар, үш кіші (кішімолекулалық) ядролық рибонуклео-протеиндерден немесе снурптан тұрады. Әр снурп кем дегенде бір кіші ядролық РНҚ және бірнеше ақуыздардан тұрады. Жүздеген әртүрлі кіші ядролық РНҚ кездеседі, РНҚ-полимераза ІІ негізінде транскрипцияланады. Негізгі қызметі РНҚ-РНҚ типтері бойынша арнайы рибонуклеин қатарлар арқылы біріктірілген негіздерді таниды. Сигналды танитын РНҚ. Ақуыздар таратқан сигналды өз ретімен қабылдап отырады, және өз кезегінде олардың цитоплазмалық мембрана арқылы таралуын қамтамасыз етеді. РНҚ –ның өмір сүруге қабілеттілігі: - ДНҚ молекуласының репликация процесінің басталуына жол ашады. - транскрипция процесінде матрица рөлін атқарады. - т-РНҚ аминқышқылдары үшін адаптор; (трансляция) - РНҚ-ның үш түрі – м-РНК, т-РНК және р-РНК ақуыз синтезіне қатысады; Тұқым қуалау аппаратының қызметін атқару негіздерін білу қазіргі дәрігерге онтогенездің, қартаюдың механизмдерін және әр түрлі аурулардың патогенезінің түсінуіне қажетті Жалпы медицинаның болашақ прогрессi әртүрлі аурулардың пайда болуы мен даму механизмдерін зерттеумен, көптеген ауруларды молекулалық-генетикалық деңгейде емдеу және алдын алу әдістерін жетілдірумен байланысты. Молекулалық биология – бұл өмір сүрудің қасиеттері мен көріністерін молекулалық деңгейде зерттейтін, жан-жақты ғылым саласы. 2) Ген, молекулалық- биологиялық құрылысы және анықтамасы. Геннің қасиеттері, жіктелуі және қызметі Геннің млоекулалық биологиясы – бұл ғылым, жасушаның генетикалық ақпаратының структуралық-функционалдық жағынан зерттеуде және де туқым қуалау ақпаратының іске асу механизмінде қолданылады. Молекулалық биология ең жас ғылымдардың бірі болып саналады, бірақ та биологиялық ғылымды дамытуда тірі ағзаларда молекулалық-генетикалық механизмдердің құрылымы мен қызметтері үлкен жетістіктерге жетуде. «Молекулалық биология» терминін алғаш рет биологиялық макромолекулалардың химиялық және физикалық құрылысын зерттейтін биологияның жаңа бағытын белгілеу мақсатында 1945 жылы W.Asbury қолданған. Молекулалық биологияның қалыптасуы мен дамуы «қарапайым» тірі жүйелерді ,атап айтқанда ,вирустар мен бактерияларды зерттеуге тікелей байланысты. Алынған мәліметтер барлық тірі ағзаларда жүретін биологиялық процесстердің ең негізгі принциптерін түсінуге мүмкіндік берді. Тіршілік процесстерін универсалды деп тану, молекулалық биологияның қарқынды дамуының аса маңызды факторы болды. Басқаша айтқанда қарапайым ағзалардың (вирустар ,бактериялар) іс-әрекеттерін реттейтін фундаментальдық биологиялық принциптер, кейбір ерекшеліктерін ескермегенде күрделі құрылысты ағзалардың тіршілік әрекеттерінің де негізі деп танылды. F.Griffith (1928): O. T. Avery, C.М. Масleod и М. Мс Carthy (1944); A.D Hershey и M. Chase (1952); J.D. Watson и F.Crick (1953)-тің фундаментальдық тәжірибелеріне байланысты тұқым қуалау материалының табиғаты мен құрылысы молекулалық деңгейде зерттеліп ғылым ретінде молекулалық биологияның негізі болып қаланды. Бұл зерттеулер нәтижесі сонымен қатар, барлық тірі ағзалардың морфологиялық айырмашылықтарына қарамастан олардың химиялық құрылымы мен метаболизмдік процесстерінің негізі ұқсас деп түсіндірді. ХХ ғасырдың 50-ші жылдары геннің нәзік құрылымын зерттеу жұмыстары жүргізілді. Геннің нәзік құрылымына алғаш классикалық талдау жасап зерттеген С.Бензер болды. Ол ішек таяқшасын (E.coli) зақымдайтын Т4 бактериофагына тәжірибе жүргізіп , rII мутанттарын зертеді. Бір хромосомада (цис-жағдайында) және түрлі хромосомаларда (транс жағдайларда) пайда болған мутациялардың фенотиптік көріністерін салыстыра отырып , олардың бір ген ішіндегі қандай (бір немесе бірнеше) комплементация топтарына жататынын зерттеді. Нәтижесінде Бензер геннің өз ішінде жеке –жеке , функционалдық кішігірім бірліктер немесе цистрондар болатынын көрсетті. Сур.3. Цис – транс мутация типін анықтауға арналған тест. Ген 1) трансжағдай Ген штамм 1 штамм 2 штамм 1 штамм 2 2) Мутациялар бір комплементация тобында орналасқан. Фенотипі : мутант Мутациялар комлементацияның түрлі топтарында орналасқан Фенотипі: жабайы 4) 3) цисжағдай штамм 1-2 жабайы тип штамм 1-2 жабайы тип Фенотип: жабайы Фенотип: жабайы. Егер зерттеліп отырған осы екі мутацияны фенотиптік көріністері цис – және транс – жағдайында (1 және 3) түрліше болса , бұл мутациялар бір геннің ішіндегі бір цистронның шегінде орналасқаны. Егер екі тәжірибеде де цис және транс жағдайында (2 және 4) фенотиптері біркелкі болса ол мутациялардың бір геннің ішіндегі түрлі цистрондарда орналасқанын көрсетеді. Олай болса , функционалдық ең кіші бірлік 1 тұтас ген емес , тек оның бөлігі цистрон болып табылады. Бір геннің ішінде бір немесе бірнеше цистрон болуы мүмкін. Осы жұмыстардың нәтижесінде геннің теориясы туралы бірнеше ереже пайда болды. Ген –бұл физика-химиялық объект, бiр полипетидтiк тiзбектiң синтезiне жауапты генетикалық ақпараттың бiрлiгi болып табылатын ДНҚ молекуласының бөлiгi. Күрделi генетикалық талдау нәтижесiнде Бензер геннiң күрделi құрылысын анықтады. Ол генетикалық ақпараттың функциональдық бiрлiгiн цистрон-деп атауды ұсынды. Қазіргі кезде «цистрон термині» геннің баламасы ретінді қолданылады. Сондықтан ген мен белгінің арасындағы қатынас «бір цистрон-бір полипептидтік тізбек» деген түсінікке өзгертілді. Ген бір немесе бірнеше цистроннан тұрады. Моноцистронды ген - ДНҚ бөлігі, бірнеше ферменттерді немесе ақуыздарды транскрипция бірлігі арқылы тек бір ғана пептид кодталады, Моноцистронды ДНҚ эукариотты гендерге тән. Полицистронды ген - ДНҚ бөлігі, бірнеше пептидтер немесе ақуыздар кодталады. Полицистронды ДНҚ прокариотты гендерге тән. Геннің цистрондық құрылымы. Генің нәзік құрылымын зерттеудегі келесі маңызды жаңалық ген ішіндегі мутация бірлігімутонның және рекомбинация бірлігі –реконның ашылуы болды. 3) Про-эукариоттар генінің молекулалық-генетикалық құрылымы. Ген (ДНҚ молеуласының кесіндіс) күрделі құрылымдық –функционалдық бірлік болып т абылады. Ол екі бөліктен тұрады: 1.Реттеуші учаскесі 2.Ақпараты бар кодтаушы учаскесі. Бұл екінші учаскеде осы ген анықтайтын полипептид ,ияғни құрылымдық белок немесе фермент жайлы ақпарат кодондардың ретімен жазылған. Геннің молеулалық қүрылымы Геннің реттеуші учаскесі Сайленсер Энхансер -35 жүйе Прибнов бокс Оператор Геннің кодтаушы учаскесі Аттенуатор экзо н экзон экзон Терминатор Промоторлық реті Транскрипция басталатын нүкте"О" Реттеуші бөлік әдетте транскрипцияланбайды. Геннің реттеуші учасксі транскрипцияның басталуын(иницияцияны) бақылып,оның жылдамдығы мен қарқындылығын реттейді. Транскрипция басталатын нүктенің сол жағында,реттеуші учаскеде орналасқан барлық нуклеотидтер реті –жүйелік деп аталады.Ал транскрипция басталатын нүктенің оң жағында (төменірек) орналасқан.Геннің кодтаушы учаскесіндегі нуклеотидтер реті + жүйелік деп аталады. Транскрипция басталатын нүкте немесе «О» сайты- транскрипция басталатын жерді корсетеді, 300-ге жуык нуклеотидетрдің арқылы жүреді. Аттенуатор- структуралық (құрылымдық) гендердің алдында орналасып, транскрипцияның аяқталуы (терминация) жайлы белгі беретін арнайы нуклеотидтер жүйесі. Операторы – реттеуші белоктардың байланысатын арнайы нуклеотидтер жүйесі. Олар промотрларга жакын орналасады. Промоторы – транскрипция кезінде РНҚ полимеразамен байланысатын нуклеотид-р-ң арнайы жуйесі. Оператор структуралык ген-ретін алдында н\е оператордың 2-ші бір реттеуші нуклеотидтер жуйесі аркылы болініп орналасады. Кейбір гендерде промотор кодтаушы учаскеде, траскрипциялык бірліктің ортасында орналасадыю оларды ішкі промотр деп аталады. Прокариоттарда РНК-полимераза - фермент, транскрипция барысында бес суббтранскрипция барысында бес суббірлік ααββ/σ қалыптасады: 2 α-суббірлік (альфа),β- суббірліктер (бета),β/суббірлік (бета штрих) және σ- суббірлік (сигма). Төрт суббірлік ααββ/ комплексін кор-фермент деп атайды . σ суббірлік (сигма) толық холоферментін түзуіне қатысады, сонымен қатар транскрипцияның инисациясының соңында бөлініп шығады. Әрі қарай ДНҚ ның матрицалық тизбегінде РНҚ синтезін кор фермент жалғастырады. Прибнов-бокс – промоторлық учаске ішіндегі арнайы нуклеотидтер жүйесі мұнымен РНҚполимераза байланыс жасайды .Прибнов боксы 7 нуклеотидпен : ТАТААТГ тұрады, оны консенсустық жүйе деп атайды. Прибнов боксы транскрипция басталатын нүктеден жоғары , солға қарай 10 жұп нулеотидтік арақашықтықта орналасқан,оның құрамында тимин болады жіне ол минус 10 жүйелік деп аталады. РНҚ полимераза алдымен осы жүйені танып соңынан промотормен байланысады. Келесі , маңызды учаске минус 35 жүйелік ,транскрипция басталатын нүктеден жоғары .солға қарай 35 нуклеотидтерден тұратын учаске. Мұны танылатын жүйелік деп атайды.Оның құрамында 9 нуклеотидтен тұратын консенсустық жүйелік болоады. РНҚ полимеразаның сигма суббірлігі алдымен реттеуші учаскенің осы арнайы нуклеотидтік жүйеісмен байланыс жасауы м үмкін делінеді. Энхансер -транскрипция жылдамдығын 200 есеге дейін арттыратын нуклеотидтердің арнайы жүйесі. Энхансерлер вирустар (SV–40) геномы мен эукариоттарда (иммуноглобулин, инсулин, альфа-амилаза, т. б.) табылған. Мысалы, Xenopus бақаларының көлемі үлкен рибосомалық гендеріндегі спейсерлік учаскелерде орналасқан 60-80 нуклеотидтерден тұратын энхансерлік жүйелер транскрипция жылдамдығын 20 есеге дейін жоғарылатады. Энхансерлер транскрипция басталатын нүктеден жоғары, сол жағында, промотордан 100-200 жұп, кейде мың жұпқа дейінгі арақашықтықта орналасады. Сайленсеры – транскрипция жылдамдығын төмендетеді. Гендердің ара-арасында ақпарат жазылмаған нуклеотидтер жүйесі-спейсерлер орналасқан. ДНҚ-ны байланыстырушы локустар –нақты белоктармен байланыс жасайтын арнайы нуклеотидтер жүйесі: а) ферменттік-ДНҚ-полимеразалық кешен б)реттеуші белоктар. Көптеген спейсерлік учаскелер хроматиннің нуклеосомалық құрылымында қызмет атқарып,хромосомалардың центриолдерге бекінуіне т.б процестерге қатынасуы мүмкін делінеді. цистрон спейсер цистрон спейсер цистрон Геннің кодтаушы бөлігінде тағы да маңызды спецификалық учаскелер бар: Экзон - геннің кодтаушы бөлігіндегі ақпаратты бөлігі Терминаторлар – структуралық гендерден кейін орналасқан арнайы нуклоетидтер жүйесі. Бұлар да транскрипцияның аяқталғандығы жайлы сигнал береді. Терминациялық кодон - рибосомада трансляцияның аяқталуын қамтамасыз етеді . ДНҚ да нонсенс кодондар- ТАА, ТАГ, ТГА триплеттерне сәйкес УАА, УАГ, және УГА. Бұл триплеттерге ешқандай бірде-бір амнқышқылдары сәйкес келмейді сондықтан рибосомада полипептид синтезі үзіледі. Эукариоттардың генінің молеклалық құрылымы(схема түрінде) Реттеуші ген ГГГЦГГ ЦААТ ГЦ бокс ЦАТ бокс Кодтаушы ген ТАТА-бокс экзон Голдберг-Хогнесс бокс Промоторлық жүйе Трансрипция басталатын нүкте,"О" интрон Терминатор Эукариот генінің молекулалық құрылымы: 1. Голдберга-Хогнесса бокс немесе ТАТА-бокс транскрипция басталатын нүктеден солға қарай 20 жұп нуклеотидтік қашықтықта орналасқан. Оның ұзындығы 7 жұп нуклеотидке сәйкес келеді. 2. ТАТА-бокстың сол жағында ЦААТ-бокс деп аталатын нуклеотидтер жүйесі орналасқан. Бұл жүйе транскрипцияның инициация процесіне қатынасады және транскрипция басталатын нүктеден жоғары,сол жағында 70-80 жұп нуклеотидтер аралығынан орын алады. Оның құрамында ГГТ/АЦААТЦТ нуклеотидтер жүйесі бар. 3. ГЦ-бокс немесе ГГГЦГГ жүйесі ,оның бір немесе бірнеше көшірмесі болады,ГЦбоксы транскрипция басталатын нүктеден солға қарай 80-және 100 –жұп нуклеотидтер аралығында орналасқан.Бұл сайттардың ішіндегі активтілігі ең төменіТАТА-бокс. Геннің кодтаушы учаскесі Бактериялар мен вирустардың гендерінде интрондар болмайды,митохондриялық ДНҚ гендерінде интрондар сирек кездеседі. Эукариоттық гендердің транскрипциясында алдымен гетерогендік ядролық РНҚ түзіледі. Оның құрамында экзондармен қатар интрондар да болады. Түрлі гендердегі интрондардың ұзындығы мен орналасқан жеті түрліше болып ауытқиды. Төменгі сатыдағы эукариоттарда барлық гендерінің 95 % тек бір ғана ұзын экзонннан тұрады,интрондары жоқ деуге болады. Геннің қасиеттері Дискреттілік — гендердің араласпауы. Мендель зерттеулерінің тағы бір маңызы тұқым қуалайтын факторлардың дискреттілігін дәлелдеуінде, яғни әрбір белгіге жеке тұқым қуалайтын бірлік (ген) сәйкес келетіндігін дәлелдеуі. Мұндай тұқым қуалау типі кейінірек моногенді деп аталды. Белгінің тұқым қуалауының дискреттік сипаты гомологты хромосомаларда орналасқан бір геннің екі аллельдерінің әртүрлі гаметаларға ажырауына байланысты (гаметалардың тазалығы принципі). Стабильді — құрылымды сақтау қабілеті Лабильді — бірнеше рет мутацияға ұшырау қабілеті Көптік аллелизм — популяцияда кездесетін көптеген гендердің әртүрлі формаларының болуы Аллельді — диплоидты ағзалардың генотипінде геннің тек екі формада болуы Арнайлығы — әр ген өзінің белгісін кодтайды Плейотропия — геннің көптік әсері. Гендердің өзара әсері, дәлірек айтқанда олардың белсенділігінің өнімдері - ақуыздар соңғы нәтижесі бір белгі немесе бірнеше фенотиптік белгілердің жарыққа шығуына алып келеді. Экспрессивтілік — геннің белгі күйінде көріну дәрежесі. Геннің экспрессивтілігі клиникалық медицинада аурудың дамуының ауырлығына сәйкес келеді. Бір геннің әртүрлі дараларда (соның ішінде туысқандарда да) фенотиптік көрінісі айқыннан өте аз көрініске дейін ауытқуы мүмкін. Пенетранттылық — геннің фенотиптік көріну жиілігі. Геннің пенетранттылығы сандық түрде осы генді тасмалдаушылардың ішінде жарыққа шыққан даралардың үлесі (%) түрінде бағаланады; ол әртүрлі гендерде О ден (төменгі пенетранттылық) 100% жуық ауытқуы мүмкін(толық пенетранттылық). Амплификация — геннен геннің көшірмелеріңің санын көбейту. Ген, классификациясы және функциясы Ген тұқымқулаушылықтың элементарлық бірлігі болып табылады. Қазіргі таңда ген тұқымқуалаушылықтың функционалдық бірлігі ретінде қарастырылады. Геннің химиялық негізі ДНҚ молекуласынан тұрады. Генднрдің жіктеудің бірнеше тәсілдері бар, олар онтогенез үрдісі кезінде маңызды ерекше қызметтерге ие. Гендер тұқымқуалайтын материалдың бірлігі, олар құрылымдық және реттеуші болып бөлінеді. Құрылымдық гендер рибонуклеин қышқылдары (рибосомалық және траспорттық) және ақуыздың (полипептидтердің) құрылысы туралы ақпараттан тұрады сонымен қатар генетикалық ақпапат траскрипцияның және трансляцияның нәтижесінде жүзеге асады. Адамдарда 25000-30000 ға жуық құрылымдық гендер бар екен белгілі. Жасушаның тіршілік етуіне аздаған қызмет атқаратын гендедің құрамы қатысады. олардың арасында "үй шаруасындағы" гендер бар - ГЖЖҚ (гендердің жалпыжасушалық қызметі) және "молшылық" гендер - ГМҚ (гендердің мамандандырылған қызметі). ГЖЖҚ әмбебап жасушалардың яғни барлық жасушалардың қызметін орындаумен қамтамасыз етеді (ақуыздардың гендері, р-РНҚ гендері және т-РНҚ және т.б.) Гендердің жалпыжасушалық қызметі (оларды конститутивті немесе "үй шаруасындағы" гендер деп атайды) олар үнемі белсенді күйде болады. олардың белсенділігінің төмендеуі (ағзаларда) сыртқы ортаға тәуелді және мүлдем реттелмейді. Бұл гендер ақуыз-ферменттерді кодтайды, жасушаның метаболикалық үрдісі үшін маңызды. Маңыздылығы, бұл гендер толығымен жасушаның тіршілігі үшін маңызды. "Молшылық" гендер жасушаның мамандандырылған ерекше қызметтерін бақылайды. Бұл гендер ақуызды бақылайды, сонымен қатар ағзаның физиологиялық жүйесінің қызметімен қамтамасыз етеді - оның қорғаныштық қасиеті, тынысалу үрдісі, зәр шығару, қан айналым жүйесі, асқорыту жүйесі және т.б. Бұл генднр гемоглобин, иммуноглобиннің және т.б. гендердің қызметін бақылайды. "Молшылық" гендердің "үй шаруасындағы" гендерден айырмашылығы ағзаның қатаң бақылауында болады және күрделі аппаратты реттеуге қатысады. Геннің атқаратын қызметіне байлансыты гендер екі топқа бөлінеді: 1. Структуралық гендер-құрылымдық белоктар немесе ферменттердің синтезін бақылайтын гендер. 2. Реттеуші гендері-структуралық гендердің белсенділігіне әсер ететін әр түрлі белоктардың синтезін бақылайтын гендер. – структуралық гендердің белсенділігін басып тастайтын эпистаздық гендер Реттеуші гендер өз алдына былай бөлінеді: 2.1 Модулятор гендер – структуралық гендердің белсенділігін жоғарылатып немесе төмендететін гендер 2.2 Супрессор гендер Модуляторлық гендер структуралық гендердің белсенділігін жоғарылатып немесе төмендете отырып белсенділігін өзгертеді. Осы гендер белгінің даму үрдісінде әр түрлі бағытта немесе басқа да генетикалық тұрғыда әсерін көрсетеді. Мысалы құрылымдық гендердің жиі мутацияға ұшырауында. Басқа модуляторлық гендер әлбетте қандайда бір гентикалық қызметтерді төмендетеді. Мұндай гендер эволюцияда үлкен маңызы бар. Көптеген құрылымдық гендерге плейотропты әсердің болуы ағзалардың қалыпты дамуы үшін қажет, әсердің төмен болуы даралардың тіршілік қабілетін төмендетеді. Модуляторлық гендер олардың жағымсыз әсерін әлсіретеді. Ағзалардың тіршілік қабілетіне байланысты гендер былай жіктеледі: 1. Летальды гендер, ағзаны өлімге душар ететін гендер 2. Сублетальды гендер – ағзаның көбеюі ұрпақ қалдыру қабілетінің бұзылуына, тіршілік әрекеттерінің төмендеуіне не жойылуына себеп болатын гендер 3. Нейтральды гендер немесе бейтарап гендер ағзаның тіршілік қабілетіне әсері жоқ гендер ДНҚ-ның құрамында едәуір ұзындықты алып жатқан қайталанып орналасқан нуклеотидтік жүйелер болады. Ол учаскелерде нуклеотидтердің ондаған, жүздеген, тіпті мыңдаған көшірмелері кездеседі. Бұл көшірмелердің қызметі әлі толық анықталмаған. Кластерлі гендер- бұл әртүрлі гендер тобының қызметіне байланысты, хромосомалардың белгілі бір бөлігінде орналасқан. Құрылымдық гендердің ерекшелігі оперонның құрамына кіреді, оны кластерлі гендер деп атайды, бір (жеке) полицистронды а-РНҚ қалыптасып, жалпы қызметтер орындалу барысында ақуыз өнімдері түзіледі. Бірнеше қатар жақын орналасқан құрылымдық гендерді кластерлі гендер деп сипатталады, осы барлық гендерден а-РНҚ түзіліп жалпы бір қызметтің орындалуын бақылайды. 4) Нуклейн қышқылдары мен геннің медициналық маңызы Адам ағзасының тіршілігі мен оның денсаулығының қалыпты немесе патологиялық жағдайлары ДНҚ-ның құрылысы мен қызмет атқаруына байланысты. Геномдағы құрылымдық гендердің және ДНҚ-ның басқа да реттеуші жүйелерінің жұмысын, механизмдерін егжей-тегжейлі білу, олардың сыртқы ортамен қарым-қатынасын зерттеудің үлкен мәні бар. Өйткені мұндай зерттеулер адам ағзасының қалыпты тіршілік процестерін қамтамасыз ететін метаболизмдік әрекеттерді анықтауға, адамның түрлі ауруларының патогенезін ашуға, оларды диагностикалау, емдеу және алдын-алуға зор мүмкіндік береді. Геномдық зерттеулердің қолданылуы: 1. Соттық медициналық және қылмыстық экспертизада (сараптауда) мына мақсаттарда: а) ДНҚ-ны талдау арқылы қылмыскерлерді, күдіктілерді, қылмыстың және апаттың құрбандарын идентификациялау; ә)биологиялық туыстықты (әкелікті) анықтау, дәлеледеу. 2. Табиғатты қорғау шараларында: а) Табиғатта сирек кездесетін және жойылу сатысындағы ағза түрлерін идентификациялау және сақтау; ә) қоршаған ортаны ластайтын, бактеряларды және басқа микро ағзаларды табу; 3. Трансплантологияда генотиптері бойынша бір-біріне сәйкес келетін донорлармен реципиенттерді таңдап алу. 4. Тамақ өнеркәсібінде тағамдық өнімдердің жасанды емес, табиғи түрі екендігін анықтау, мысалы, шарап, балық уылдырығының өнімдерін даярлауда т. б.