Ақуыз және нуклеин қышқылдарының құрылысы және қызметі

1.

Тақырыбы: Ақуыз және нуклеин қышқылдарының
құрылысы және қызметі.
Мақсаты:
Нуклеин
қышқылдарының,
ақуыздардың қызметін, өзін-өзі коррекциялауын,
тұқымқуалайтын ақпаратты жүзеге асырудағы РНҚ
ролін оқып білу.
• Дәрістің жоспары:
1. ДНҚ шыншырының функциональді ролі.
2. Кодтайтын және маңыналы шынжырларға
сипаттама.
3. Матрицалық РНҚ-ң қызметі.
4. т-РНҚ қызметі.
5. р-РНҚ қызметі.
6. Ақуыздардың құрылымдық ерекшеліктері.
7. Ақуыздардың қызметі.

2. 1869 жылы Ф.Мишер іріңді жасушаны зерттеген кезде нуклеин қышқылдарының бар екенін тапты.

3.

1889
жылы
Рихард
Альтман–
нуклеин
қышқылы терминін енгізді.
Алғаш
рет
нуклеин
қышқылдарына
зерттеу
жасаған Альбрехт Коссел,
өткен 80-жылдары нуклеин
қышқылдарынан азоттық
негіздерді анықтады.
1910
ж.
ол
Нобель
сыйлығын
медицина
саласында ашқаны үшін
алды.

4.

• 1914 жылы Щепотьев нуклеин
қышқылдары тұқымқуалау ақпаратын
тасымалдауға қатысады деген болжау
айтты.
• Бірақ, 1944 жылы Эвери және оның
әріптестері,
бактериядағы
трансформация бойынша Гриффитс
тәжірибесі
негізінде,
ДНҚтұқымқуалау ақпаратын беретінін
және сақталатынын дәлелдеді.

5.

Американдық
биохимик
Эдвин Чаргафф алғаш рет
ДНҚ-ның
нуклеотидтің
сандық құрамын талдады.
Ол, ДНҚ молекуласындағы
пуриндік
негіздің
саны
пиримидиндік
азотты
негіздің санына тең екенін
түсіндірді. Нақтырақ, А саны Т-санына, ал Г = Ц –ға
тең .

6.

НУКЛЕИН ҚЫШҚЫЛДАРЫ
МОНОМЕРЛЕР - НУКЛЕОТИДТЕР
РНҚ
Рибонуклеин
қышқылы
ДНҚ –
дезоксирибонуклеин
қышқылы
ДНҚ нуклеотидінің құрамы
Азоттық
негіздер:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Тимин (Т)
Дезоксирибоза
Фосфор
қышқылының
қалдығы
Ақпараттық
(матрицалық)
РНҚ (и-РНҚ)
Транспорттық
РНҚ (т-РНҚ)
Рибосомалық РНҚ (р-РНҚ)
РНҚ нуклеотидінің құрамы
Азоттық
негіздер:
Аденин (А)
Гуанин (Г)
Цитозин (Ц)
Урацил (У):
Рибоза
Фосфор
қышқылының
қалдығы
6

7.

• Нуклеин қышқылдары – мономерлерден,
нуклеотидтерден тұратын полимерлер, 3
компоненттен тұрады:
• Пентоза қанты
• Фосфат
• Азотты негізден (пурин немесе
пиримидин).
• Пуриндер – аденин және гуанин
• Пиримидиндер – цитозин және тимин
Шынжыр негізі пентоза қалдықтарынандезоксирибоза және фосфаттан тұрады.

8. ШЫНЖЫРДАҒЫ НУКЛЕОТИДТЕРДІҢ ҚОСЫЛУЫ

ДНҚ – фосфодиэфирлі байланысты (бір
нуклеотидтің фосфаты және басқа нуклеотидтің
гидроксилі), нәтижесінде полинуклеотидті тізбек
пайда болады.
Тізбекті құрастыру полимераза
ферментінің қатысумен жүреді.
Алдымен шынжырда әрқашан
фосфат 5 / жағдайында, ал соңғы
тізбек бос гидроксил (ОН) 3 /
жағдайында болады.

9.

10.

Джеймс Уотсон және
Фрэнсис Крик 1953
жылы «Nature»
журналында ДНҚ өз
моделі туралы
ақпаратты жазды, ал
1962 ж. олар Морис
Уилкинспен бірге осы
жұмыстары бойынша
Нобель сыйлығын
алды

11.

ДНҚ
ДНҚ және РНҚ құрылымы
11

12.

• ДНҚ ұйымының құрылымдық ерекшелігі,
ол екі полинуклеотидті тізбектен
тұрады.
ДНҚ-ң үшөлшемді моделі, 1953
жылы американ биофизигі Дж. Уотсон
мен ағылшын генетигі Ф.Крик ұсынған
бойынша, тізбектер бір-бірімен сутекті
байланысты, олардың азотты негіздері
комплементарлы (толықтырушы,
сәйкес) принцип бойынша қосылады.

13.

• Аденин – бір тізбегі тиминмен, екі
сутекті байланыспен қосылады. Гуанин
және цитозин үш сутекті байланысты.
Келесі ерекшелігі, ДНҚ-ның екі
полинуклеотидтік тізбегінің қосылуы,
оның антипараллельділігі:
• Бір тізбектің 5 / соңы, екінші тізбектің 3 /
соңымен қосылады, және керісінше.
• 5 / _________ 3 /
• 3 / _________ 5 /

14.

• Рентгенқұрылымдық
мәліметтер
анализінің көрсетуі бойынша, ДНҚ
молекуласы–екі тізбекті спиральден
тұрады,
өз
білігінің
(ось)
айналасында сағат тілінің бағыты
бойымен оңға қарай ширатылған,
бұралған
баспалдаққа
ұқсайды.
Спиральдің диаметрі 2 нм, ұзындығы
– 3,4 нм, әрбір орамда 10
нуклеотидтен болады.

15.

16.

ХРОМОСОМА ҚҰРАМЫНДАҒЫ
ДНҚ
16

17.

ДНҚ молекуласының кеңістіктегі
құрылымы 3 құрылымнан тұрады:
• Алғашқы құрылымы – полинуклеотидті
тізбек. ДНҚ-ы бөлігінің 64% уникалді
бірізділіктер. Бұл – құрылымдық гендер.
Құрылымдық гендер белгілі ақуыз
биосинтездерін қамтамасыз етеді. Қалған
гендер ақуыз синтезін қадағалайды.
(Ген – белгілі бір ақуыздың алғашқы
құрылымы туралы ақпараты бар ДНҚ
молекуласы)
• Екінші құрылымы – бір-біріне, екі
комплементарлы және антипараллельді
нуклеотидті тізбектер, сутекті
байланыспен қосылады.

18.

• Үшінші құрылысы –үш өлшемді
спираль.
• Адам жасушасының ядросындағы
ДНҚ-ның жалпы ұзындығы
шамамен 190 см, 46 молекуладан
тұрады, бір молекуланың орташа
ұзындығы 4 см тұрады.

19.

• ДНҚ тізбегінің функциональді ролі
Кодтайтын немесе мағыналы тізбек
• Мағыналы тізбек 5' ТТА-АГТ-ЦЦТ 3'
• Матрицалы тізбек 3' ААТ-ТЦА-ГГА 5'
Транскрипция
• Матрицалы РНҚ 5' УУА-АГУ-ЦЦУ 3'
Трансляция
• Пептидті тізбек - сер- вал- глу
Транскрипция процесінде (пре-м-РНҚ
синтезі немесе генді санау) матрицалық
тізбектен ақпарат жазылады.

20.

• РНҚ, ОНЫҢ ТҮРЛЕРІ ЖӘНЕ ҚЫЗМЕТІ
Генетикалық кодтың көмегімен жазылған
тұқымқуалау ақпараты ДНҚ молекуласында
сақталынады. ДНҚ-дағы сақталынған
ақпаратты көшіруші рибонуклеин қышқылы-РНҚ
болып саналады.
РНҚ – бір полинуклеотидті тізбектен,
4 әртүрлі нуклеотидтерден: құрамы қант –
рибозадан, фосфаттан және 4-азотты негізден
– аденин,гуанин,цитозин және урацилден
тұрады.

21.

22.

23.

Жасушадағы барлық РНҚ 3 негізгі түрге бөлінеді:
Матрицалық немесе ақпараттық, РНҚ (мРНҚ, н/е аРНҚ).
мРНҚ әртүрлі қызмет атқаратын бірнеше аймақтан
тұрады.
1. Кэп аймақ. Басқа РНҚ түрлерінен, басқа
молекулалардан мРНҚ ажыратуға «көмектеседі», РНҚ
стабилділігі үшін негізгі роль атқарады
2. Предцистронды аймақ– рибосомамен байланысуды
қамтамасыз етеді.
3. Инициирлеуші аймақ – ақуыз синтезінің басталатын
нүктесі.
4. Цистронды аймақ – ақуыз құрылымы туралы ақпараты
бар.
5. Үзілетін триплет – ақуыз биосинтезінің аяқталатын
орны.
6. Постцистронды аймақ синтезделетін ақуыздың санын
реттейді, РНҚ тұрақтылығы үшін роль атқарады.

24.

• Аса маңызды роль тасымалдаушы
РНҚ (т-РНҚ) атқарады. Олар
пептидті тізбектің жиналатын жеріне
қажетті аминқышқылдарды әкеледі,
яғни трансляциялық аралық звено
ролін атқарады (генетикалық
ақпаратты а-РНҚ тілінен ақуыздағы
амин қышқылы тіліне аударады, яғни
синтезделінеді).

25.

• РИБОСОМАЛЬДІ РНҚ (р-РНҚ)
Ақпаратты нуклеотидтер тілінен,
аминқышқыл тіліне трансляциялау процесі
рибосомаларда жүзеге асады.
Рибосомалар –бұл, р-РНҚ-ң және әртүрлі
ақуыздардың күрделі комплексі. Екі
суббірліктен тұрады. Аз суббірлік бір рРНҚ
молекуласынан, ал үлкені – 3 молекуладан
түрады. Басқа РНҚ түрлерімен салыстырсақ,
рРНҚ гуанин мен цитозиннің сандары өте
көп болады. рРНҚ 1%-аз модифицирленген
(минорлық) нуклеотидтерден тұрады.

26.

The “Central Dogma” of Molecular Genetics
Transcription Translation
DNA
RNA
Protein
RNA processing
Trait

27.

Transcription is a Key Step in Gene Expression
Transcription makes an RNA copy of DNA.

28.

Ақуыздар - өзара пептидтік байланыстармен байланысқан, амин
қышқылдарынан тұратын жоғары молекулярлы азоттық қосылыстар.
Ақуыздардың элементарлық құрамы:
С - 50%-55%
Н – 6,3%-7,5%
О – 21,5%-23,5%
N – 15%-18%
S - 0%-2,4%
Р – 0%-2%
Ақуыз – бұл мономерлерден тұратын биополимер. Ақуыздардың
мономері болып амин қышқылдары саналады. Ақуыз құрамына
кіретін амин қышқылдарының саны – 20. Олар протеинді амин
қышқылдары деп аталады.
NH2 – CH – COOH
NH2 – амин тобы
СOOH – карбоксиль
тобы
R
Амин қышқылдарының бір – бірінен айырмашылығы –олар, тек
радикалдары бойынша (R) ғана ерекшеленеді.
Амин қышқылдарын 2 топқа бөлуге болады:
1) алмасатын (егер бұл амин қышқылдары болмаса, құрылымы
бойынша ұқсас амин қышқылымен алмаса алады);

29.

1) Алмаспайтын (эссенциальды).
Адам ағзасында синтезделінбейді (оларға амин қышқылының
8- түрі жатады). Міндетті түрде адам ағзасына тағаммен енеді:
(метионин, трионин, лизин, лейцин, изолейцин, валин, триптофан,
фенилаланин,),
- ал жарым-жартылай алмаспайтынға амин
қышқылының 2 түрі жатады: - аргинин, гистидин.
2) Алмасатын: Глутамин қышқылы,
Глутамин, Пролин,
Аспарагин қышқылы.
Тирозин
Цистеин.
Серин.
Глицин.
Аланин.
Аспарагин.

30.

31.

Амин қышқылдары қалдықтарының полипептидті тізбекте бір ізділікті
орналасуы. …- ала – лиз – вал – вал – иле - …
Ақуыздардың алғашқы құрылымын ақуыздардың жүйелік
номенклатурасында қолдануға болады.

32.

Полипептидтік тізбектің кеңістікте орналасуы:
1) α – спираль.
2) β – құрылым.
α-спираль
• Пептидтік тізбектің негізі тірегі спиральға
бұралған, амин қышқылының радикалдары
спиральдан сыртқа қарай айналады.
• Бұл құрылым кезінде аминқышқыл негіздері
сутекті байланыспен қосылады.
• Бір спиарльді орамға 3,6 аминқышқыл қалдықтары
қатысады (бір амин қышқылының NH -тобы мен басқа
амин қышқылының СО-тобы).
α-спиральді ақуыздар: миозин,- α-кератин

33.

• β-құрылым
пептидті тізбектердің негіздері
иректелген конфигурацияны немесе
бүктелген жапырақ тәрізді болып келеді.
• Бұл құрылым сутекті байланыспен
байланысқан.
• β- құрылымды ақуыздардың түрлері:
• Жібек фибрионы
• β-кератин

34.

Үшінші ретті құрылым домендер пішінімен анықталады.
Домен – бұл ақуыздардың әртүрлі екінші ретті құрылымынан
тұратын, нақты құрылым
α и β аймақтарының қатынасына тәуелді, ақуыздардың үшінші
ретті құрылымы глобулярлы және фибриллярлы болып бөлінеді
және глобула деп аталатын құрылым түзіледі..
Үшінші ретті құрылымға тән байланыстар түрі:
1) дисульфитті - ковалентік байланыс,, цистеин қалдықтары
аралығында түзіледі
2) сутекті – полярлы (зарядталған және зарядталмаған радикалдар
аралығында);
3) гидрофобты әсерлесу

35.

Төртінші құрылым, бірнеше
суббірліктен тұратын ақуыздарға тән,
мысалы, гемоглабин – 4 молекуладан
тұрады.
Суббірліктер арасында туындайтын
гидрофобтық өзара әсерлесу нәтижесінде
құрылымның тұрақтылығы сақталады.

36.

• Ақуыздар әр түрлі себептердің әсерінен
(қызып кету, сәулелену, оксиданттардың
әсері) өзінің нативті конформациясын
жоғалтуы мүмкін, яғни жарым жартылай
немесе толығымен денатурацияланады.
Денатурация – ақуыздың табиғи
құрылымының бұзылуы. Бұндай ақуыздар
шаперондардың белсенді көмегі кезінде
рефолдингке немесе ренатурацияға
ұшырауы мүмкін. Егер жасуша ұзақ стрессті
жағдайда болса, шаперондардың синтезі
артады.

37.

I. ХИМИЯЛЫҚ ҚҰРАМЫ БОЙЫНША:
1) жай ақуыздар (протеиндер), тек амин қышқылдарынан тұрады.
2) күрделі (протеидтер), амин қышқылдарынан басқа әртүрлі қосымша
топтары бар (нуклеопротеидтер, гликопротеидтер, т.б.
II. ӘРТҮРЛІ ЕРІТІНДІЛЕРДЕ ЕРІГІШТІГІ БОЙЫНША:
1) Альбуминдер – минеральды тұздардың қаныққан ерітінділерінде
ериді;
2) глобулиндер - минеральды тұздардың жартылай қаныққан
ерітінділерінде ериді;
3) проламиндер – этанолда 60%-80% ериді;
4) глютаминдер – сілтілік ерітінділерде ериді және т. б.
III. ҚОСЫМША ТОПТАРЫНЫҢ СИПАТЫ БОЙЫНША:
1) Металлопротеидтер
2) Метал емес протеидтер.

38.

1) Құрылымды түзуші қызметі. Құрылымдық ақуыздар
жасуша мен ұлпалардың тұрақтылығын және пішінін ұстап
тұруға жауап береді. Мысалы: ақуыздар коллаген,
гистондар. Гистондардың қызметі - хроматинде ДНҚ
жинақтау болып саналады.
2) Катализаторлық. Ақуыздардың ішіндегі ең көп тобы ферменттер. Жасушадағы химиялық реакциялардың өтуін
жылдамдатады.
3) Қозғалыстық (жиырылғыштық) қызметі. Актин және
миозин ақуыздары бұлшық еттің жиырылуына және басқа
биологиялық қорғаныш түрлеріне жауап береді.

39.

• 4) Тасымалдаушы қызметі.
• Гемоглобин ақуызы - өкпе мен ұлпалар
аралығында оттегін және көмірқышқыл
газын тасымалдауға жауап береді.
• Тағы басқа ақуыздар бар перальбумин
–
қалқанша безіндегі гормондарды
тасымалдайды (тироксин, трийодтиронин)
• интегральді ақуыздар – мембрана
арқылы метаболиттер мен иондарды
тасымалдауды қамтамасыз етеді.

40.

• 5) Қорғаныс қызметі. Негізгі ақуыз – бұл
иммуноглобулин, эритроциттерде
мембраналық гликолипидтермен бірге
комплекс түзуге қабілетті. Қызметі – ағзаны
ауру қоздырғыштарынан және бөгде
заттардан қорғайды.
• 6) Энергетикалық қызметі. Ақуыздар
энергияның қайнар көзі болуы мүмкін.
Ақуыздың 1 г соңғы өнімге дейін толық
ыдырағанда, 17,6 кДж энергия бөлінеді.
Бірақ, бұл өте сирек кездеседі.

41.

7) Реттеуші қызметі. Ақуыздар – сигналдық
заттардың (гормондар) және гормональді
рецепторлардың қызметтерін атқаруға
қабілетті. Мысалы: өсу гормоны
соматотропин сәйкес рецепторлармен
байланысады (ол сигналдың берілуін
белсендіреді).
8) Тірек қызметі. Коллаген, эластин, тірекқимыл аппараты –сіңір (сухожилия)
құрамына кіреді.

42.

9) Қор жинауыш қызметі. Өсімдіктерде
және жануарлар ағзасында кездеседі.
Жануарларда резервті тағамдық
затта, бұлшық ет ақуыздары болып
саналады (өте қажет кезде ғана
жиналады). Сүт ақуызы – казеин.

43.

• Ақуыздардың жіктелуіндегі басқа қызметтерін
айта кетсек:
• - изофункциональді ақуыздар – бұл ақуыздар,
бірдей немесе бір-біріне жақын қызметтерді
атқарады, бірақ құрылысындағы ерекшелігі көп
емес, белгілі физиологиялық ерекшеліктері болады.
Мысалы адам гемоглобиндері:
• Гемоглобин А – ересек адам эритроциттері
гемоглобинінің 98%-тін құрайды.
• Гемоглобин А2 – ересек адамда 2 % болады.
• Эмбрональді гемоглобин – эмбриональді жетілудегі
ерте этаптарында көрінеді.
• Гемоглобин F- эмбриональді гемоглобин, жетілудің
6 –шы айында алмастырады.

44.

• Гемоглобиннің барлық бұл түрлері бір
қызметті атқарады: - ол оттегін
тасымалдау, бірақ оттегіне деген
сәйкестігі, дәрежесі жағынан
айырмашылығы болады.
F – гемоглобиннің оттегіне жақындығы
жоғары, анасының қанындағы А –
гемоглобинінің, ұрықтағы F
гемоглобиніне диффузиялануына
қабілетті
• Изоақуыздар. – ақуыздардың көптеген
түрлері ағзадағы бір түрде байқалады.
Мысалы, коллагендер.
• Гомологиялық белоктар. Әртүрлі түрлі

45.

1 – Денатурация – табиғи құрылысынң бұзылуы.
2 – Ренатурация, рефолдинг - қайтадан құрылу
3 – Фолдинг - дұрыс үшөлшемді құрылымға пептидті
шынжырды орау.
4 – Шаперон – көмекші ақуыздар.
5 – Фолдаза – фолдинг ферменттері
6 – глобулалар – шар тәрізділер.
7 – Приондар – конформациясы дұрыс емес ақуыздар.
8 – фибрирлярлы ақуыздар – бұлшық ет ақуыздар.
9– лиганда – ақуыздың конформациясына әсер етеді. Мысалы:
гемоглобиннің құрылысына әсер етеді, оның лигандасы гем
және оттегі.
10 - Ақуыз конформациясы – оның құрылысының бұзылысы.
11- Домендер - ақуыздың бөлшегі немесе басқа биомолекула.

46. Ақуыз биосинтезі

• Транскрипция: жасуша ядросында,
белгілі генде м-РНҚ пайда болады. (Бұл
ақуыз құрылымы туралы ақпаратты ДНҚдан м-РНҚ-ға көшіріп жазу).
м-РНҚ ядрода пісіп жетілуге немесе
процессингке ұшырайды, бұл кезде ол
модифицирленеді.
Тек процессингтен кейін, толған м-РНҚ
ядродан цитоплазмаға келіп түседі.

47.

• трансляция- рибосомалардағы мРНҚ-ң бағдарламасы бойынша
ақуыздың синтезі.
Бұл бағдарламаның мағынасы –
аминқышқылдардың пептидті
тізбекті түзіп, белгілі бірізділікті
қосылуы.