вапывр. Эукариоттар геномы[1]. Реферат Таырыбы Прокариот жне эукариот гендері Орындаан Шалабаев С. Е тобы мбио15
 Скачать 29.86 Kb.
|
|
Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым министрлігі Махамбет Өтемісов атындағы Батыс Қазақстан Университеті Жаратылыстану-география факультеті Биология және экология кафедрасы Реферат Тақырыбы: Прокариот және эукариот гендері Орындаған: Шалабаев С.Е Тобы: МБио-15 Тексерген: б.ғ.к.,а/ш.ғ.д., профессор Рустенов А.Р. Орал, 2023 Жоспар Кіріспе Негізгі бөлім Геннің құрылысы және қызметі Прокариот және эукариот гендері Прокариоттардағы гендер экспрессиясын реттелу. Эукариоттардағы гендер экспрессиясын реттелуі Пайдаланылған әдебиеттер тізімі КІРІСПЕ Ген дегеніміз – бір полипептидтік тізбектің синтезіне жауапты генетикалық ақпараттын бірлігі болып табылатын морфологиялық объект, ДНҚ молекуласының кесіндісі деп аталады. Барлық тірі организмдер өзінің құрамына кіретін клеткалардың типіне байланысты эукариоттар және прокариоттар болып бөлінеді. Эукариоттық клеткаларда геномның ДНҚ-сы ядролық қабықшамен қоршалған, яғни эукариоттық клеткалардың ядросы бар, ал прокариоттарда айкын көрінетін ядро жоқ. Геном – жасушаның хромосомасы немесе организм гендерінің гаплоидты жиынтығы, яғни мейоздан кейінгі гаплоидты хромосоманың бөлінуі. Прокариоттық клетка – тірі клетканың қарапайым түрі. Прокариоттық клетканы анықтайтын бір ерекшелік олардың хромосомасымен цитоплазмасының арасында тікелей қатынастың (контакт) болуы. Эукариоттық клеткада, керісінше, хромосомалар мембраналық құрылым – ядрода болады. Эукариоттық клетка – прокариоттық клеткадан шығу ықтималдығын ескерсек, олармен салыстырғанда әлдеқайда күрделі ұйымдасқан. Эукариоттық клеткалардың прокариоттармен салыстырғандағы айырмашылығы – оларда ядро болады. Геннің құрылысы және қызметі Мендельдің тұқым қуалайтын бастамасына сәйкес ген түсінігін генетика ғылымына 1909 жылы Иогансен енгізген. Морганның 1926 жылы теориясы бойынша ген дегеніміз – хромосоманың бөлігі 1белгінің жарыққа шығуына жауап еретін ары қарай бөлшектенбейтін тұқым қуалайтын материал қызметінің мутацияның және рекомбинацияның бірлігі. Хромосомада гендер бір сызықтың бойына орналасып өз қызметін бір-біріне тәуелсіз жеке-жеке атқарады. Қазіргі теория бойынша ген дегеніміз – бір полипептидтік тізбектің синтезіне жауапты генетикалық ақпараттын бірлігі болып табылатын ДНҚ молекуласының кесіндісі деп аталады. Ген нуклеотидтерден тұрады. Нуклеотидтердің саны, орналасу реті әр геннің өзіне тән мөлшері нуклеотидте саны, молекулалық массасы бар. Геннің мөлшері ол анықтамайтын белоктың көлеміне байланысты. Геннің қызметі: Тұқым қуалау информациясы сақтайды Генің 2 еселенуі – ДНҚ репликациясы Белоктың бисинтезін басқарады ДНҚ репарациясы – ДНҚ-дағы бұзылыстардың қайтадан қалпына келуі 1978 жылы Гильдергтың ұсынысы бойынша ДНҚ молекулалардың ақпаратты бар бөлігі экзондар, ал ақпарат жазылмаған мағынасыз бөліктер интрондар. Эукариоттық клеткаларда экзондар мен интрондардың, саны мен мөлшері әр генде әртүрлі болды. Мысалы: егеу құйрықтың инсулин гендерінде бір ғана интрон бар. Тауықтың коллогені 50-ден астам интроннан тұрады. Интрондар шамамен 100-3500 жұп нуклеотидтерден тұрады. Ал экзондардың ұзындығы 20-1500 жұп нуклеотидтер көлемінде. Интрондардың атқаратын қызметі толық анықталмаған. Оны тұқым қуалау материалының қоры деп болжайды. Прокариоттардың генде интрондар бомайды. Геннің қайта құрылуы және әсері ДНҚ, РНҚ және белок синтезделу процестерімен тығыз байланысты. Гендердің активтілігін реттеу принциптерін Жокоб және Моно 1961 жылы ішек бактериясын зерттеп нәтижесін ашқан. Бұл бактерияның клеткасында 800-ге жуық фермент синтезделеді. Кейбір ферменттер үздіксіз синтезделіп оны конститутивті ферменттер деп атады, ал басқа ферменттер тек қажет кезде синтезделеді. Олардың пайда болуы индуктормен реттеледі. Мұндай ферменттер индуцибельді деп атайды. Прокариот және эукариот гендері Тірі организмдер өзінің құрамына кіретін клеткалардың типіне байланысты эукариоттар және прокариоттар болып бөлінеді. Эукариоттық клеткаларда геномның ДНҚ-сы ядролық қабықшамен қоршалған, яғни эукариоттық клеткалардың ядросы бар, ал прокариоттарда айкын көрінетін ядро жоқ (грекше аударғанда эу – «мен» жұрнағына сәйкес (ядромен), про – «сыз» жұрнағын (ядросыз), ал кариос – ядро. Прокариоттық клетка – тірі клетканың қарапайым түрі. Прокариоттық клетканы анықтайтын бір ерекшелік олардың хромосомасымен цитоплазмасының арасында тікелей қатынастың (контакт) болуы. Эукариоттық клеткада, керісінше, хромосомалар мембраналық құрылым – ядрода болады. Эукариоттық клеткалардан прокариотты клеткалардың тағы бір айырмашылығы – оларда митохондриялар мен хлоропластар (компарменттер) болмайды, рибосомалардың көлемі өте кішкентай (олардың седиментция коэффициенті 70S) және клетка қабырғасы болғандықтан ірі молекулаларды сіңіріп, шығара алмайды. Эукариоттық клетка – прокариоттық клеткадан шығу ықтималдығын ескерсек, олармен салыстырғанда әлдеқайда күрделі ұйымдасқан. Эукариоттық клеткалардың прокариоттармен салыстырғандағы айырмашылығы – оларда ядро болады. Клеткадағы ДНҚ-ның көп мөлшері қос қабат мембранамен қоршалған ядроның ішінде. Сөйтіп, құрамында ДНҚ бар компартмент көптеген заталмасу реакциялары өтетін клетканың басқа бөлігі – цитоплазмадан бөлінген. Прокариоттардағы гендер экспрессиясын реттелу. Белоктың құрылымы және информация құрылымдық гендерде жазылған. Бір хромасоманың бойында қатар орналасқан гендер тіркес гендер деп аталады. Бұл гендердің активтілігі басқа бір реттеуші геннің бақылауында болды. Реттеуші белоктың бақылауына сай белок ферменттері қажет кезде ғана синтезделіп қажетсіз уақытта синтезделмейді. Реттеуші ген құрылымдық геннен қашытықта орналасқан. Реттеуші генде құрылымдық геннің жұмысына кедергі болатын репрессор белогі туралы информация сақталады. Репрессор белогі құрылымдық генге оператор гені арқылы әсер етеді. Яғни құрылымдық геннің іске қосылуы мен тоқтатылуы оператор гені арқылы жүзеге асырылады. Барлық құрылымдық гендерді оператор генімен қосып оперон деп атайды. Репрессор белогі 2 түрлі болады: активті және активті емес. Егер ол активтенген болса оператор генімен қосылып құрылымдық геннің жұмысын тоқтатады. Бұл кезде транскрипция жүрмейді. Полипептидтік синтезі тоқтап оперон істен шығады. Ал егер репрессор белогі активсізденсе оператор гені одан босап, оперон іске қосылады да құрылымдық гендерде транскрипцияжүріп и-РНҚ сәйкес, рибосомаларда полипептидтік тізбек синтезделе бастайды. Репрессордың 2 участігі бар: оның біреуіне индуктор байланысады, ал екіншісі операторға жалғану үшін қажет. Жакоб және Моно ұсынған оперон болжамына енгізілген толықтырулар бойыншаоператор және реттеуші гендердің арасында промотр орналасқан. Промотордың қызметі транскрипциясының басталатын жерін көрсетеді және промотордың құрамына байланысты. ДНҚ-ның қай тізбегі и-РНҚ түзілу үшін матрица болатының анықтайды. Прокариоттарда гендер активтілігінің реттелуі Прокариоттар негізінде зерттелініп, анықталған гендердің экспрессиялануының реттелуіні оперондық механизмі эукариоттарға да тән. Тек, эукариоттардың айырмашылығы, көп жасушалы ағзаларда әр түрлі жасушалар бірдей және түрліше ақуыздарды синтездейді. Яғни эукариоттардың гендері екі топқа бөлінеді: бір жасушаның түпкілікті, әмбебапты тіршілік қызметін қамтамасыз ететін, яғни барлық жасушалар типінде кездесетін, гендер. Оларды «тұрмыстық» гендер деп атайды, оларсыз кез келген жасушаның тіршілігі мүмкін емес; жасушаның ереше қызметтерін қамтамасыз ететін және тек жасушаларда ғана тән кейбір жасушаларда ғана актив болатын гендер. Оларды «молшылық» гендері деп атайды. Транскрипциялық бақылаудың екі түрі бар негативті және позитивті. Ген активтілігін негативті бақылау жасушада геннің транскрипциясын тоқтататын арнайы факторлар – ингибиторлардың болуына негізделген. Жасушада сонымен қатар транскрипцияның басталуына мүмкіндік беріп, ингибиторларға қарсы әрекет көрсететін индуктор-факторлар болады. Ген активтілігі позитивті бақылау, промоторды активтендіріп, транскрипцияны бастайтын эффекторлық белок молекулалары мен геннің әрекеттесуіне байланысты. І. Негативті бақылау Индукцияланатын жүйелер (индукцияланатын оперондар). Бұл жүйелерде индукцияланатын ферменттердіің синтезі жасушаны қоршаған ортада индуктор деп аталатын арнайы зат-субстрат бар кезде ғана жүреді. Өйткені ферменттер осы субстратты ыдырату тиіс. Құрылымдық немесе структуралық гендердің транскрипциясы оператор генінің бақылауында болады. Ал оператор құрылымдық гендерге басқа реттеуші ген-репрессор гені арқылы әсер етеді. Репрессор генінен транскрипция нәтижесінде репрессор белогы синтезделеді. Репрессор гені оперонның құрамына кірмейді. Оперондағы құрылымдық гендердің ерекшелігі – олар оперонда қатарласа орналасқан кластерлік гендерді құрайды. Ол кластерлік гендерден тұтас бір ғана полицистронды РНҚ тұзіледі. Полицистронды РНҚ-дан трансляция нәтижесінде жалпы қызмет атқаратын бірнеше белок-ферменттер синтезделеді. Репрессибельдік жүйелер Жасушадағы кейбір ферменттердің мөлшері олар синтездейтін соңғы өнімдердің концентрациясына байланысты өзгеріп отырады. Егер жасушада соңғы өнімдердің мөлшері жоғары болып, артып кетсе ол ферменттердің синтезі тоқталады. Ондай ферменттерді репрессибельдік ферменттер деп, ал соңғы өнімдерін – орепрессор деп аталады. Реттеуші ген апорепрессор деп аталатын затты синтездейді. Апорепрессор корепрессормен қосылып активті қызмет атқаратын репрессор молекуласын түзейді. Репрессор синтездік процестерге қатынасатын барлық гендердің активтілігін тежейді. ІІ. Позитивтік бақылау Коптеген бактериялық гендер позитивтік бақылаудың қарамағында болдаы. Гендер активтілігінің позитивтік бақылану механизмі нақты фактор бар кезде активтілікті күшейтіп РНҚ-полимеразаның промоторға жалғануы мен а-РНҚ-ның синтезделуін жылдамдатады. Гендер активтілігін позитивті бақылауға мысал ретінде өзімізге белгілі E.coli-дің Lac-оперонын алайық. Позитивтік бақылаудың мәні мынада, жасушада глюкоза мен галактоза бар кезде Lac-оперон активті емес, сондықтан Lac – а-РНҚ-ның синтезі жүрмейді, β-галактозидаза ферменті де синтезделмейді, Лактозалық іс-репрессорын активсіздендіру үшін ортада тек глюкозаның болғаны жеткіліксіз. Глюкозаға қосымша элемент циклдық АМФ-катаболизмдік активтендіруші белок (КАБ)-тың болуы қажет. Олай болса жасушада Lac – а-РНҚ-ның транскрипциясы ол ортада индуктор ретінде глюкоза және циклдық (ц) АМФ-КАБ бар кезде жүреді. Циклдық (ц) АМФ-КАБ-тың активтілігі глюкозаның концентрациясына байланысты. Глюкоза Lac-оперонның актитілігіне жанама ингибиторлық (тоқтататындай) әсер етеді. Циклдық АМФ-тың кішігірім молекулалары ішек таяқшасынан басқа көптеген бактерияларда да кездеседі, олардың синтезделуі аденил – циклаза ферментінің көмегімен жүреді. Эукариоттардағы гендер экспрессиясын реттелуі Эукариоттар организмде гендердің реттелу механизмі прокариоттармен салыстырғанда күрделі процесс. Өйткені, эукариоттарда ядро қабығының болуы хромосома санының көп болуы, гендердің өзара әрекеттесуі, оператор гені санының артуы, сондай-ақ құрылымдық гендердің транскрипциясында индуктор ретінде гормондардың және жүйке жүйесінің қатысуы геннің жұмысының реттелуін күрделендіреді. 1972 жылы Григорьев ұсынған схема бойынша әр бір оперон информациясы бар зона құрылымдық гендерден және информациясы жоқ акцепторлық аймақтан тұрады. Эукариот гендерінің экспрессиясы реттелуі 5 кезеңнен жүреді: Гендік кезең – құрылымдық геннің көпшілігі ДНҚ кесінділерінен тұрады. ДНҚ кесіндісінің саны синтезделетін белоктың мөлшерін анықтайды. Егер ДНҚ көшірмесінің саны аз болса белок та жеткіліксіз мөлшерде түзіледі де ұзақ алмасу бұзылады. Транскрипциялық кезең – мұнда ДНҚ-ның құрылысына сәйкес про-и-РНҚ түзіледі. Про-и-РНҚ экзонинтронды участіктен тұрады. Мутацияға байланысты нуклеотидтер ретінің өзгеруі генетикалық ақпаратты өзгертеді. Посттранскрипция кезең – түзілген про-и-РНҚ процессинг және сплайсингтің нәтижесінде жетілген и-РНҚ айналады. Посттранскрипция кезең – түзілген про-и-РНҚ процессинг және сплайсингтің нәтижесінде жетілген и-РНҚ айналады. Посттрансляциялық кезең – синтезделген полипептидтік тізбектерден арнайы ферменттердің қатысуымен сутекті, гидрокопты және SS байланыстар түзіліп 2-ші, 3-ші, 4-ші реттік құрылымдық белоктар қалыптасып организмның қызметін атқаруға бағытталады. Эукариоттарда гендер активтілігінің реттелуі Эукариоттарда гендер активтілігі реттелуінің екі типін ажыратады: Қысқа мерзімді немесе қайтымды реттелу бактериялардағы реттелуге сәйкес, ортадағы өзгерістерге жасушаның жауап қайтаруы болып табылады. Реттелудің бұл типі жасушадағы субстрат деңгейінің жоғары не төмен болуына байланысты ферменттер активтілігінің өзгеруімен сипатталады.Осы реттелу типі сонымен қатар, митоздың түрлі кезеңдерінде байқалатын ДНҚ, РНҚ және белоктардың синтезделу жылдамдығының өзгерістерін де жатқызады. Ұзаққа созылған немесе қайтымсыз реттелу – дамудың ұрықтану және зигота түзілу кезеңінен бастап көп жасушалы ағза түзілуге дейінгі аралықта жүретін детерминация, дифференциация таға басқа процестерінде жүреді. Эукариоттарда гендер активтілігі реттелудің осы екі типі тұқым қуалау ақпаратының жүзеге асырылуының мына кезеңдерінде байқалады: Геномдық деңгейде (ДНҚ) реттелу; Транскрипциялық деңгейде реттелу; Трансляциялық деңгейде реттелу; Пострансляциялық деңгейде реттелду; Гендер активтілігінің геномдық деңгейде (ДНҚ( реттелуі Эукариоттық жасушалардағы нақты бір ген класстары біршама тұрақты транскрипцияланып өте сирек жағдайда репрессияға ұшырауы мүмкін. Тек арнайы қызмет атқаратын үлпалар мен жасушаларда ғана активтілік көрсететін «сән-салтанат» гендерінің болуы, гендер активтілігінің біркелкі еместігін (дифференциалдығы) ереже деп түсіну қажеттілігін дәлелдейді. Арнайы қызмет атқаратын жасушалардағы «сән-салтанат» гендерінің активтілігне мысал ретінде глобин, кристаллин, фибрин. Овальбумин, казеин, иммуноглобин т.б. белоктарды анықтайтын гендерді алуға болады. Геномдық (ДНҚ) деңгейде гендер активтілігі реттелудің 5 типін ажыратады: Толық генетикалық блок (геномның активсізденуі) байқалады: Жасушалық циклдың митоздық бөліну кезінде хроматин аса жоғары дәрежеде ширатылған күйде болып хромасоманы қалыптастырады және осы кезде барлық гендердің транскрипциялық активтілігі тоқталады; Мейозда, жыныс жасушаларының бөлінуі кезінде; тек омыртқалылардың мейоздық диплотена сатысындағы ерекше құрылысты хромосомаларында активтілік сақталады; Сүтқоректілердің аналық ағзаларындағы жыныстық екі Х-хромосоманың біреуі (сомалық жасушаларда) эмбриогенездің бастапқы сатыларында тығыздалып, гетерохроматиндік жыныстық Х-хроматинге немесе Барр денешігіне айналады. Осы – Х-хромосомадағы гендердің басым көпшілігі активтілігін жояды. Бірақ жаңадан түзіліп жатқан оотидтерде Барр денешігі болмайды, сондықтан Х-хромосомалардың екеуі де активтілігін сақтайды. Аталық ағзалардың жыныс жасушаларындағы гендер активті емес, олардың активтенуі тек ұрықтанудан кейін жұмыртқа жасушасының цитоплазмасында жүреді. Транскрипциялық активтіліктің кешігуі сонымен қатар кейбір өсімдіктердің тұқымдарында, диапауза жағдайындағы жасушалардың гендерінде, бактериялар мен төменгі сатыдағы саңырауқұлақтардың спораларындағы гендерінде байқалады. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі Е. Ө.Қуандықов, С. А. Әбілаев «Медициналық биология және генетика» С. Ж. Стамбеков, В.Л. Петухов «Молекулалық биология» Сәтбай Әбилов «Молекулалық биология және генетика» Е. Ө.Қуандықов, Л. Е. Аманжолова «Молекулалық биология негіздері» Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология |