Генетикалық код, түсінік, қасиеттері

Генді зерттеу-генетиканың орталық мәселесі. Ген туралы түсінік әрқашан шоғырланған түрде даму деңгейін, генетиканың шешілмеген мәселелерін көрсетті.

«Ген» ұғымын тұқым қуалаушылықтың дискретті бірлігі ретінде Дат биологы және генетигі Вильгельм Людвиг Иогансен 1909 жылы енгізді. Бұл терминмен ол «көптеген белгілер ағзада дербес күйлер, қарпаштар пайда болатын дәл анықталған факт»дегенді білдіреді. Осылайша, » ген » түсінігін ол тұқым қуалайтын «здаткаларға»синонимі ретінде ұсынды. Ген туралы мұндай түсінік XX ғасырдың 20-шы жылдарына дейін генетикаға тән болды.

«Ген» ұғымын нақтылаудың алғашқы талпынысын Т. Х. Морган 1926 жылы оның «геннің теориясы»басылымында жасады. Хромосомалық мутациялар, рекомбинациялар, Морган жасалған зерттеулерге сүйене отырып, гендердің қасиеттерін сипаттайды; олар хромосомаларда, мутация мен рекомбинацияның бөлінбейтін бірліктері болып табылады, Тек тұтас ғана өзгереді, кроссингер ешқашан ген шегінде байқалмайды, гендер қарапайым менделевтік белгілерді бақылайды.

1920-1930 жылдары геннің ұзындығын және күрделі құрылымын дәлелдеген отандық гендер Александр Сергеевич Серебровскийдің және сатылы аллелизм құбылысын зерттеу негізінде дрозофиланың бір генінің желілік жоспарын алғаш рет құрған Николай Петрович Дубининнің эксперименталдық жұмыстары геннің теориясының одан әрі дамуына импульс болды. Олардың соңынан 40-шы жылдары бүкіл әлем зертханаларында геннің құрылымын жаппай зерттеу жүргізілді. Бұл мәселені шешу үшін ағылшын генетиктері ұсынған «бір ген – бір фермент»принципі әрбір рөл атқарды. Бұл принцип полипептидті тізбектің әрбір түрі үшін (яғни ақуыз) амин қышқылдарының кезектесуін анықтайтын құрылымдық ген бар екенін бекітуге негіз болды. Бұл геннің табиғатын зерттеудегі жаңа бағытты – оның қасиеттерін, құрылымы мен функцияларын нақтылауды ынталандырды.

Ген туралы ұзақ уақыт бойы генетикалық материалдың өзгеруінің сирек кездесетін оқиғаларын анықтау мүмкіндіктеріне байланысты екенін атап өткен жөн. Зерттеу үшін қажетті материалға микроағзалармен (бактериялармен, фагтармен, ашытқылармен) және жоғары организмдер жасушаларының өсінділерімен жұмыс істегенде ғана қол жеткізуге болады. Осындай зерттеу материалымен жұмыс ген туралы түсініктерді кеңейтті. 1960 жылы американдық генетик С. Бензер ішек таяқшасының бактериясында дамитын T4 бактериофагында зерттеу жүргізе отырып, бактериофагтың гені желілік орналасқан, бір-біріне тәуелсіз элементтерден тұрады деп дәлелдеді.

Қазақстанда адамдар 9990 тнг сапалы винилерді жаппай сатып алуда. Жми…Қазақстанда адамдар 9990 тнг сапалы винилерді жаппай сатып алуда. Жми… Кез-келген адам қарапайым құпия болса, аяғыңызда болады…Кез-келген адам қарапайым құпия болса, аяғыңызда болады… Баба Нина: Егер үйде әдеттегі жасырылған болса, өмір бойы ақша өзен құйылады…Баба Нина: Егер үйде әдеттегі жасырылған болса, өмір бойы ақша өзен құйылады… Дәрігерлер онемел! Егер түнде әдеттегі болса, шеміршектер қалпына келтіріледі және ауырсыну кетеді…Дәрігерлер онемел! Егер түнде әдеттегі болса, шеміршектер қалпына келтіріледі және ауырсыну кетеді…
Биохимиктердің жұмыстары, әсіресе XX ғасырдың 50-ші жылдарында Ф. Крик пен оның әріптестерінің ДНҚ молекуласының екі тізбекті болуын және оның құрылымының үш өлшемділігін орнатқан ашылуы ДНҚ биологиялық функцияларын тұқым қуалайтын ақпаратты тасымалдаушы ретінде анықтауға мүмкіндік берді. Ақуыз синтезі үшін генетикалық код параметрлері табылды, ал 1905 жылы Очоа С., М. Ниренберг және т. б. жүзеге асырған оның толық түсіндірмесі жүргізілді.

Ген туралы қазіргі түсінік
Соңғы уақытқа дейін ген – бұл генетикалық ақпараттың құрылымдық бірлігі, әрі қарай функционалдық қатынаста бөлінбейтін, ДНҚ молекуласының учаскесі (сирек РНК) ұсынылған, ол транскрипция және трансляция арқылы ақуыз молекуласының бастапқы құрылымын анықтайды. Алайда, бірқатар зерттеулер геннің де бөлінетінін және мутация мен рекомбинация бірлігі болып табылмайтынын көрсетті (рекомбинация процесінде гомологиялық гендермен кез келген бөліктермен алмасуға қабілетті). Гендердің көбеюі мен әсері матрицалық процестермен – ДНҚ, РНҚ және ақуыздардың макромолекулаларының синтезімен тікелей байланысты екені анықталды. Әртүрлі организмдердегі генетикалық материалды ұйымдастырудағы айырмашылықтар анықталды. Мысалы, прокариоттар үшін бактериялардың генетикалық материал бірліктері болып саналатын қауырсындар тән.
Оперон белоктарды (ферменттерді) кодтайтын бір, екі немесе бірнеше тығыз тіркелген құрылымдық гендерден тұруы және қандай да бір метаболизмнің дәйекті кезеңдерін жүзеге асыруы мүмкін. Эукариот жасушаларында мұндай қауырсындар жоқ. Эукариотта әрбір транскрипт тек бір құрылымдық геннің нуклеотидтік тізбегі бар. Басқа да айырмашылықтар бар, мысалы, прокариоттарда интрондардың, экзондардың және сплайсингтің болмауы, плазмидтер (тұқым қуалаушылықтың семсерлесуден тыс факторлары) табылды, плазмид ДНК хромосоммен сіңіру қабілеті анықталды және тағы басқалар. Бұл фактілердің барлығы ген туралы және тұтас жасушалардың генетикалық материалы туралы түсініктерді кеңейтті.

Геннің қазіргі заманғы теориясы биохимия, молекулалық биология және молекулалық генетика жетістіктеріне сүйенеді. Ген туралы іргелі білім адамзаттың мұқтаждарына пайдалану үшін тәжірибеге енгізіле бастады. Көптеген генетикалық ашылулар биотехнологияның, әсіресе гендік және геномдық инженерияның дамуына негіз болды.

Генетикалық коды
ДНК нуклеотидтерінің жүйелілігі және ақуыз молекуласындағы амин қышқылдарының жүйелілігін анықтайтын ақпараттық (матрицалық) РНК генетикалық код деп аталады. Іс жүзінде генетикалық код ақуыз биосинтезін қамтамасыз ететін барлық тірі ағзаларға тән Шифр болып табылады. Жазу кезінде сөздің өрнегі алфавит әріптерімен, сондай – ақ ақуыз молекуласындағы аминқышқыл қалдықтарының жүйелілігі төрт негіздің бастапқы әріптерімен белгіленеді-А, Г, У және Ц (немесе A, G, U және C): аденин, гуанин, урацил және цитозин. Код триплет болғандықтан, әрбір аминқышқыл бірқатар үш нуклеотидтердің белгілі комбинациясын кодтайды. Бұл триплет комбинациясы кодон деп аталады. Тар мағынада генетикалық код-ақуыз синтезі процесінде қандай да бір амин қышқылдарын кодтайтын иРНК (иРНК триплеттері) кодондарының сөздігі.

Төрт нуклеотидтен тұратын ықтимал комбинациялар саны үшеуден 64-ке тең деп есептеледі. 64 кодоннан 61 20 амин қышқылының қосылуын кодтайды,ал үш кодон-УАА, УАГ және УГА-полипептидті тізбек синтезінің аяқталуын анықтайды. Бұл кодтар стоп-кодтар деп аталады, немесе сөйлем соңында нүктеге ұқсас тыныс белгілері. Эукариоттың бастапқы коды-бұл триплет АУГ, ол ақуыз синтезінің басталуын анықтайды.

Кодондардағы нуклеотидтердің бірізділігін және бір тринуклеотид рибосомада иРНК және тРНК байланыстыру үшін жеткілікті екенін ескере отырып, ғалымдар жекелеген амин қышқылдарында триплеттердің әртүрлі нұсқаларын ескере отырып, кодтық сөздік жасай алды. Кестеде амин қышқылдары олар үшін қабылданған қысқартумен белгіленген, мысалы фенилаланин-Фен, валин-валин және т. б.

Ескерту. УУА, УАГ және УГА триплеттері амин қышқылдарын кодтамайды, оқу кезінде стоп-сигналдар болып табылады.

Бір аминқышқыл әртүрлі (бірнеше) триплеттермен кодталуы мүмкін (2-ден 6-ға дейін), сондықтан код көпше немесе пайда болады. Мысалы, ццо триплет амин қышқылын пролин кодтайды. Бұдан басқа, полипептидті тізбекке пролинді қосу ЦЦУ, ЦЦА, ЦЦГ триплеттерімен кодталуы мүмкін. Бірақ әрбір триплет тек бір амин қышқылын кодтайды, сондықтан генетикалық кодқа тән.

Генетикалық код жабылмайды, бірақ онда бір триплетті екіншісінен бөліп тұратын белгілер жоқ. Бұл ретте бір нуклеотид екі көрші триплеттің құрамына кіре алмайды. Сондай-ақ, код «үтірсіз» ұсынылған, сондықтан қандай да бір нуклеотид түссе, оның орнына көрші кодоннан жақын нуклеотид болады.

РНҚ триплет коды жерде бар барлық ағзалар үшін әмбебап болып табылады. Кодтың әмбебаптылық қасиеті барлық тірі организмдердің – прокариот, эукариот және вирустардың шығу бірлігі туралы маңызды дүниетанымдық қорытынды жасауға мүмкіндік береді.

Осылайша, генетикалық ақпараттың триплеттік коды жасушадағы ақуыз биосинтезінің механизмін қамтамасыз ететін маңызды қасиеттерге ие. Триплетный коды болды расшифрован 1961 жылы биохимиками Хааром Гобиндом Кораной, Маршаллом Ниренбергом және Роберт Холли. 1968 жылы осы бірегей зерттеулер үшін оларға Нобель сыйлығы берілді.

Генетикалық кодтың қасиеттерін тағы да атаймыз.

Генетикалық коды триплетен, көпше (пайда болған), бір мәнді – әрбір кодон тек бір аминқышқылын кодтайды, ашық емес, үздіксіз (геннің ішінде «тыныс белгілері» жоқ), бір бағытта (5′ → 3′), әмбебап, яғни жердегі барлық ағзалар үшін бірдей.

Генетикалық код-бұл ДНК немесе РНК нуклеотидтердің бірізділігі түрінде ақуыздардағы амин қышқылдарының орналасу реттілігі туралы генетикалық ақпаратты жазу жүйесі
Ақуыздың әрбір аминқышқылына ДНК-триплеттің үш нуклеотидтерінің тізбегі сәйкес келеді.

Нуклеотидтердің әрбір триплеті белгілі бір амин қышқылын кодтайды, ол полипептидті тізбекке салынады.

ДНҚ құрамына төрт азотты негіз кіруі мүмкін: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) және цитозин (Ц). 4-тен 3-ке дейінгі комбинация саны 4⋅3=64 құрайды, яғни ДНҚ 64 амин қышқылдарын кодтай алады. Дегенмен, тек 20 амин қышқылы кодталады.

Көптеген амин қышқылдарына бір емес, бірнеше кодондар сәйкес келеді екен. Генетикалық кодтың мұндай қасиеті (ұқсастығы) жасушаларды бөлу кезінде генетикалық ақпаратты сақтау мен берудің сенімділігін арттырады деп болжанады.
Мысал:
Аланин амин қышқылына 4 триплета — ЦГА, ЦГГ, ЦГТ және ЦГЦ сәйкес келеді. Кодон үшінші нуклеотидіндегі кездейсоқ қате ақуыз құрылымындағы өзгерістерге әкелуі мүмкін емес — бұл әлі де кодон аланина болады.
Қазіргі уақытта генетикалық код картасы жасалды, яғни ДНҚ-да ақуыз құрамына кіретін 20 аминқышқылдарының қандай триплеттері сәйкес келетіні белгілі:

ақднк.jpg
1_1.png

ДНҚ молекуласында жүздеген гендер бар болғандықтан, оның құрамына міндетті түрде триплет — стоп-кодондар кіреді.
Генетикалық код қасиеттері:
1. Триплет коды. Бір амин қышқылы үш нуклеотидпен кодталады.
2. Код әмбебап. Барлық тірі ағзалар (бактериядан адамға дейін) бірыңғай генетикалық кодты пайдаланады.
3. Код күтілді. Бір амин қышқылы бір триплеттен артық кодталады.
4. Код бірегей. Әрбір триплет тек бір амин қышқылына сәйкес келеді.
5. Код жабылмайды. Бір нуклеотид мРНК тізбегінде бірнеше кодондардың құрамына кіре алмайды.

ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтердің реттілігі оның ерекшелігін, сондай-ақ осы тізбектілікпен кодталатын ағза ақуыздарының ерекшелігін анықтайды. Бұл тізбектер организмдердің әрбір түрі үшін және жеке түрлер үшін жеке.

ДНҚ генетикалық функциялары ақуыздардың бастапқы құрылымы (яғни олардың амин қышқылдық құрамы) туралы ақпаратты білдіретін тұқым қуалайтын ақпаратты сақтауды, беруді және өткізуді қамтамасыз етеді. ДНҚ ақуыз синтезімен байланысы Дж. Бидлом және Э. Тейтум 1944 жылы Neurospora зеңінің мутация механизмін зерттегенде. Ақпарат генетикалық код арқылы ДНҚ молекуласындағы азот негіздерінің белгілі бір реттілігі түрінде жазылған. Генетикалық кодтың шифрын ХХ ғ. жаратылыстанудың ұлы ашылымдарының бірі деп есептейді. және маңыздылығы жағынан физикада ядролық энергияның ашылуына теңестіріледі. Бұл саладағы табыс американдық ғалым М. Ниренбергтің атымен байланысты. Алайда, шифрды шешу процесі 10 жылдан астам уақыт өтті, оған түрлі елдерден көптеген белгілі ғалымдар қатысты, тек биологтар ғана емес, сонымен қатар физика, математика, кибернетика. Генетикалық ақпаратты жазу механизмін әзірлеуге шешуші үлесін Г. Гамов енгізді, ол бірінші болып кодон үш нуклеотидтен тұрады деп болжады. Ғалымдардың бірлескен күшімен генетикалық кодтың толық сипаттамасы берілді.

Генетикалық код кестесі
Генетикалық код кестесі
Ішкі шеңбердегі әріптер-кодондағы 1-ші позицияның негізі, екінші шеңбердегі әріптер —
2-ші позицияның негіздері және екінші шеңбердің сыртынан әріптер — 3-ші позицияның негізі.
Соңғы шеңберде-амин қышқылдарының қысқартылған атаулары. НП-толық емес,
П-полярлық аминқышқыл қалдықтары.
Генетикалық кодтың негізгі қасиеттері: триплеттілік,сіңімділік және жасырылмаушылық. Триплеттілік үш негіздің жүйелілігі ақуыз молекуласына ерекше аминқышқылдарының қосылуын анықтайды (мысалы, АУГ — метионин). Кодтың ұқсастығы бір амин қышқылының екі немесе бірнеше кодтармен кодталуы мүмкін. Ашылмаушылық бір негіз екі көрші кодондардың құрамына кіре алмайтынын білдіреді.

Код әмбебап болып табылады, яғни генетикалық ақпаратты жазу принципі барлық организмдерде бірдей.

Бір амин қышқылын кодтайтын триплеттер кодон-синонимдер деп аталады. Әдетте олар 1-ші және 2-ші позицияларда бірдей негіз бар және тек үшінші негіз бойынша ерекшеленеді. Мысалы, амин қышқылдары қосу аланина » молекула бар ақуыз кодируют кодоны-синонимдер молекуласындағы РНҚ — GCA, GCC, GCG, GCY. Генетикалық код құрамында ақпаратты оқу процесінде stop-сигналдардың рөлін атқаратын үш кодтаушы триплет (нонсенс — кодондар-UAG, UGA, UAA) бар.

Генетикалық кодтың әмбебаптығы абсолютті емес екені анықталды. Барлық организмдер үшін ортақ кодтау принципі мен Код ерекшеліктері сақталған кезде бірқатар жағдайларда жекелеген кодтық сөздердің мағыналық жүктемесінің өзгеруі байқалады. Бұл құбылыс генетикалық кодтың біркелкі емес деп аталды, ал код квазиуниверсальды деп аталды.

Басқа да ұқсас мәліметтер

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *