ДНҚ репарациясы, рекомбинациясы, репликациясы және мутациялары. Биология, 11 сынып, презентация.

12.3В Тұқым қуалаушылық және өзгергіштік заңдылықтары

Тақырыбы: Дезоксирибонуклеин қышқылының

кездейсоқ мутациясы.

Оқу мақсаты:

11.2.4.1 - мутациялардың дезоксирибонуклеин қышқылы репарациясы, дезоксирибонуклеин қышқылы рекомбинациясы, дезоксирибонуклеин қышқылы репликациясы арасындағы байланысын табу

Нуклеин қышқылдары (НҚ) барлық тiрi ағзалардың жасушаларындағы генетикалық ақпараттың тасымалдаушысы болып саналады.

Олар молекулалық салмағы жоғары, күрделi биополимерлер. НҚ мономерлерi - нуклеотидер, соған байланысты НҚ полинуклеотидтiк тiзбек деп атауға болады.

Әр нуклеотид үш компоненттен тұрады:

-бескөмiртектiк моносахарид (пентоза) ;

- фосфор қышқылының қалдығы ;

азоттық негiздер: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т) немесе урацил (У).

Азоттық негiздерi А және Г - пуриндер класына, Т,У және Ц - пиримидиндер класына жатады.

Нуклеотидтің құрылысы

Фосфор қышқылы

Қант

Азоттық

негіз

Фосфор қышқылының қалдығы пентозамен 5’-көміртегі арқылы, ал азоттық негіз 1’-көміртегі арқылы байланысады.

Нуклеотидтер тізбегінің түзілуі

Бiрiншi нуклеотидтiң фосфор тобы мен келесi нуклеотидтiң құрамындағы қанттың арасында пайда болатын коваленттiк байланыс арқылы нуклеотидтер бiрi бiрiне жалғасып тiзбек құрайды.

Әр бір келесі нуклеотид алдынғы нуклеотидттің 3’-бұрышына жалғасады.

3‘

ДНҚ-ның құрылысы

ДНҚ-ның биологиялык функциясы:

“Репликациялық айыр” аймағындағы ДНҚ репликациясының схемасы.

ДНҚ молекуласының аса ұзын болуына байланысты репликация бiрден бiрнеше жерден басталып (полирепликонды түрде), екi бағытта келесi “репликативтiк айырмен” кездескенше жүредi. Репликацияның басталатын нүктелері нуклеотидердiң арнайы ретiмен анықталып “инициация нүктесi” деп аталады. Олардың саны әр хромосоманың ДНҚ-да нақты белгілі болады. Репликацияның басталу нүктесiнен келесi “репликация айырымен” кездесетiн жерге дейiнгi ДНҚ-ның бөлiгi репликон деп аталады - бұл репликация бiрлiгi. Прокариоттар мен органоидтардағы (митохондриялар мен пластидтер) ДНҚ молекуласының хромосомалық ДНҚ-нан айырмашылығы - оларда тек бiр “инициация нүктесi” болады, сондықтан олар бiр репликон деп саналады.

3. Жасушадағы ДНҚ-ның репликациясы жасушалық циклдың S-кезеңiнде жүредi. Митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы көбiнесе жасушаның әрбір бөлiнуі алдында, G2-кезеңiнде, болып кетедi. Ал бөлiнбейтiн жасушаларда (мысалы бауыр жасушалары) митохондириялық ДНҚ-ның репликациясы физиологиялық ескіруге байланысты митоздық циклдың фазаларына тәуелсiз жүреді.

Репликация, транскрипция және трансляция - прокариоттар мен эукариоттардың барлық жасушаларында жүретiн ақпарат ағымының негiзгi жолдары. Бұл процесстердiң негiзгi принциптерiн Ф.Крик ашып “молекулалық биологияның орталық догмасы” ретiнде келесi түрде ұсынған (1958 ж.).

Рекомбинантты ДНҚ технологиясын (РДТ)

in vitro жағдайьшда әртүрлі ДНК молекулаларын, бөтен гендерін біріктіру технологиясын іске асырып, кейін реципиент организмде олардың репликациясын жүргізіп инженерия аясындағы жетістік деп сипаттауға болады. Рекомбинантты ДНҚ технологиясының тірі клеткада, in vitro жағдайында мутация және рекомбинация негізінде жүретін дәстүрлі клеткалық селекциядан айырмашылығы осында.

Екінші айтарлықтай айырмашылығы:

РДТ - бұл мүлдем түрлі генетикалық материалдарды қосу және клондау (мысалы, прокариот және эукариот организмдер гендерін біріктіру). Ал дәстүрлік селекцияда бүл мүмкін емес. РДТ молекулалық биология, нуклеин қышқылдарының химиясы, гендік-инженерлік энзимология жетістіктері арқылы түраралық, тінаралық тосқауылдарды жеңуге мүмкіндік береді.

Дәстүрлік селекция алдымен жаңа штамм продуценттерді, осімдіктердің жаңа сортын, жануарлардың жаңа түқымын алуда белгілі нәтижелерге қол жеткізеді. Кейін алынған онімнің фенотиптік өзгерістеріне жауапты гендерді анықтауга зерттеулер жүргізеді. Ал РДТ алдымен генетикалық өзгерістердің багдарламасын жасайды, содан кейін өнімді алып фенотиптік қорытындысын жасайды.

Кейбір зерттеушілер РДТ гендік микрохирургия деп атайды, бірақ ол рестриктазалар мен лигаза ферменттері арқылы жүзеге асатын химиялық хирургия. Сонымен қатар, РДТ - бүл дәстүрлік селекцияның жалғасы, мутантты организмдер алу кезінде мутация мен рекомбинацияларды практика жүзінде қолдану нәтижелерінің анализі.

Рекомбинантты ДНҚ технологиясы: алдымен донор клеткасынан нативті (бұзылмаған) ДНҚ бөліп алынады (клонданатын ДНҚ, енетін ДНҚ, ДНҚ-нысана, бөтен ДНҚ), кейін рестриктаза ферменті көмегімен белгіленген сайтта ажыратады және босатылған генді (тендер) лигаза ферменті қатысуымен ДНҚ тасымалдайтын вектормен байланыстырады (клонданатын вектор), яғни in vitro рекомбинантты ДНҚ молекуласын алуға болады

Бірінші этап - баска организмге тасымалдайтын генді (гендерді) бөліп алу:

донор ДНҚ-нан оны рестрикциялау, белгілі нуклеоидты катары бар ДНҚ бөліктің эндонуклеаза рестрикциялайтын ферментімен кесіп алу.

Екінші этап. Донор клеткасынан бөлінген ген нақты құрылымды ақуыз туралы информацияға ие, бірақ өз бетімен клетка-реципиентте іске асыра алмайды. Осы жаңа генді баска организмдерге ендіріп және оның репликациясын қамтамасыз ететін қосымша ДНҚ молекуласы қажет. Осындай генетикалық ақпаратты тасымалдаушысы (вектор) ретінде плазмидалар, жануарлар вирустары мен бактериофагтарды қолдануға болады.

Үшінші этап. Конструкцияланған рекомбинантты ДНҚ реципиент клеткасына ендіреді, түрақты қадағаланады, яғни репликацияланып келесі үрпақтарына ауысып отырады. Трансформацияның нәтижелілігі реципиент клеткасының компетенттілігіне, вектордың экспрессиялаушы белсенділіге, донор мен реципиенттің генетикалық материалы туысты жақындықта болуына тәуелді.

ДНҚ репарациясы

ДНҚ репарациясы (генетикалық репарация) – ДНҚ молекуласының зақымдалған аймақтарының қалпына келу процесі. Эволюция барысында қалыптасқан репарация процесі мутациялық процесті тежеп, ағзаның тұқымқуалаушылық қасиетінің тұрақтылығын қамтамасыз етеді.

ДНҚ репарациясының екі негізгі типін ажыратады:

1. Репликацияға дейінгі репарация:

- жарықтық репарация немесе фотореактивация

- қараңғылық немесе эксцизиялық репарация

2. Репликациядан кейінгі репарация

Жарықтық репарация не фотореактивация

1. УФ сәулелердің әсерінен көрші орналасқан пиримидиндер арасында байланыстың пайда болуы, ДНҚ репликациясын тежейді.

Жарық кванттары арнайы фермент - фотолиазаны активтендіреді, фермент зақымдалған ДНҚ-мен байланысып, димерлерді ажыратады да ДНҚ тізбегінің бүтіндігін қалпына келтіреді.

Фотореактивация

Қараңғылық репарация не эксцизиялық репарация

ДНҚ тізбегінен зақымдалған аймақ кесіліп алынады, сондықтан эксцизиялық репарация деп аталады. Бұл репарацияның молекулалық механизмдері 1964 жылы ашылған. Осы репарация типіне бірнеше арнайы механизмдер жатады:

Мысалы:

гликозилазалар тек модификацияланған негіздерді кеседі,

АР-эндонуклеазалар – апуриндік сайттарды кеседі.

Үлгілері

Қараңғылық репарацияның сатылары

1. УФ-эндонуклеазамен зақымдалған аймақты тану;

2.Инцизия – осы ферментпен ДНҚ тізбегін зақымдалған жердің екі шетінен кесу;

3. ДНҚ зақымдалған фрагментін эксцизиясы –5'– 3' экзонуклеза кесіп алуы –геликаза ферментінің көмегімен ДНҚ тізбегі шешіледі

4. Ресинтез – ДНҚ полимераза 1 пайда болған бос аймақты (брешь) қайта қалпына келтіріп, ДНҚ-лигаза жаңа синтезделген тізбекті бұрыңғы тізбекпен жалғайды.

Қараңғылық репарацияның сатылары

Жұптасу қателігін дұрыстау (Мисмэтч-репарация)

Мисмэтч-репарация жаңа тізбекте комплементарлықтың бұзылуынан пайда болған қатені жөндейді. Бұл механизмнің ерекшелігі, ол аналық ДНҚ тізбегін жаңа тізбектен ажырата алып, жаңа тізбекті жөндеуі.

Аналық ДНҚ тізбегі метилденген, ал жаңа тізбек репликация соңына дейін метилденбеген. Осы уақыт аралығында негіздердің жұптасу қателігі жөнделуі тиіс.

SОS репарация

Зақымдаулар жиілігі жоғары болғанда SOS репарация жүйесінің ферменттері активтелінеді. Ерекшілігі комплементарлық принцип сақталмайды, оның өзі репликация қателіктеріне алып келеді.

ДНҚ репарациясының бұзылуына байланысты дамитын аурулар

Пигменттік ксеродермия – АР тұқым қуалайды, күн сәулесіне (УФ) сезімталдық, құрғау, жара, қатерлі ісікке айналуы.

Коккейн синдромы – эндонуклеаза дефектісіне байланысты, АР, - өсу гормоны қалыпты болуына қарамастан, қысқа бойы, ерте қартаю, күн сәулесіне сезімталдық.

Пигменттік ксеродермия

Атаксия-телангиэктазиясы (Луи-Бар синдромы) – АР, қозғалыстың координациясының бұзылуы, майда тамырлардың кеңеюі – телеангиоэктазалар, иммундық жүйенің жетіспеушілігі

Блум синдромы - АР, күн сәулесне сезімталдық, бетінде көбелекке ұқсас қызыл дақтың болуы , иммундық жүйенің жетіспеушілігі, т.б.