Генетикалық процестердің молекулалық механизмдері.
Лекция жоспары:
1. Геннің құрылымы мен қызметі.
2. Ген теориясы.
3. Ген қызметінің реттелуі.
Лекция мақсаты:студенттерге геннің құрылымы және қызметі, генетикалық процестердің молекулалық механизмдері туралы түсініктер беру.
Лекция мәтіні:
1. Геннің құрылымы мен қызметі.Геннің құрылымы мен қызметін зерттеу - генетиканың негізгі проблемасы болып есептеледі. 1865 ж. Г.Мендель тұқым қуалаушылықтың дискретті (оқшау) фактор екендігін дәлелдеді. Ол жыныс клеткаларында болашақ организмнің белгі-қасиеттерінің дамуын анықтайтын тұқым қуалайтын бастамалар болады деген тұжырымға келді. Бұдан организмде қайсыбір белгінің бастамасы басқа бастамалармен араласып кетпей таза күйінде сақталады және жойылып кетпей ұрпақтан-ұрпаққа беріліп отырады деген қорытынды жасалды. Ол кезде клетка туралы ілім жаңа қалыптасып келе жатқан болатын, сондықтан Мендель тұқым қуалайтын бастаманың орналасқан орнын, оның химиялық құрылымын және организм бойындағы белгі немесе қасиетті анықтау механизмін түсіндіре алған жоқ. Соған қарамастан Мендельдің ілімі тұқым қуалаушылықты зерттеуде бірінші орын алады және ген теориясының негізіне жатады.
1909 ж. В.Иогансен тұқым қуалайтын бастаманы ген деп атауды ұсынды. Бірақ ол геннің клетканың қандай элементтермен байланысты екендігіне көңіл аударған жоқ.
2. Ген теориясы.Ген туралы көзқарасқа Т.Морганның және оның шәкірттерінің жүргізген зерттеулерінің нәтижесінде түбірлі өзгерістер еңгізіледі. Морган өзінің классикалық еңбектерінің бірін “Ген теориясы” деп атады. Оның айтуынша ген хромосомада болатын тұқым қуалаушылықтың өлшем бірлігі. Мутация мен рекомбинация соның өзгеруіне байланысты болады.
Ген теориясын әрі қарай дамытуда А.С.Дубинин және А.И.Аголдың зерттеу жұмыстарының ерекше маңызы болды. Олардың 20-сыншы жылдардың аяқ кезінде дрозофиламен жүргізген тәжірибелері геннің бөлінбейтін корпусқулалық материал емес екендігін, шын мәніңде оның құрылысының күрделі болатындығын көрсетті. Дрозофила денесіндегі қылшықтардың редукциясын тудыратын геннің мутациясын зерттеу барысында ген туралы тұқым қуалаушылықтың бөлінбейтін бірлігі ретінде қалыптасқан көзқараспен келіспейтін нәтижелер алынды. Бұл геннің мутациясы әртүрлі фенотиптік көріністер берді. Мутацияға ұшыраған бір ғана ген болса да, дрозофиланың біреулерінің басындағы, екіншілерінің тек құрсағындағы, үшіншілерінің әрі басы, әрі құрсағындағы қылшықтардың саны азайған.
Мұндай құбылысты түсіндіргенде дрозофила денесіндегі қылшықтардың өзгерісін анықтайтын ген бірнеше бөлімнен тұрады деп есептелінді. Оның әрқайсысы дененің белгілі бір бөлігіндегі белгіні анықтайды және олардың жеке-жеке мутациялануы мүмкін. Бұл құбылыс сатылы аллелизм деп аталады. Сонда геннің өзі трансгендер деп аталатын әртүрлі бөлімдерден тұрады.
Кейіннен К.Оливер жалған аллелизм деп аталатын тағы бір құбылысты ашты. Көзшелерінің құрылысын өзгертетін мутантты гені бар дрозофила шыбындарын будандастырғанда олардың көптеген ұрпақтарының ішінен аздаған мөлшерде жабайы типіне
ұқсас особьтар алынған. Бұл құбылыс көзшелерінің (фасетка) құрылысын өзгертетін мутация бір геннің қатар жатқан екі бөлімін қамтитындығына байланысты деп түсіндіріледі.
Егер осындай екі ұқсас, бірақ бір геннің екі жақ бөлімінде орналасқан мутациясы бар будан особьта кроссинговер пайда болса онда жабайы типтің хромосомасы қайтадан қалыптасады. Сондықтан фенотиптері бірдей болып қалыптасатын, бірақ кроссинговер кезінде рекомбинациялануға қабілетті мутациялардың түзілуі псевдоаллельдік (жалған аллельділік) деп аталады.
Геннің құрылымы мен қызметін әрі қарай тереңдете зерттеу ол туралы қалыптасқан бұрынғы түсініктерді өзгертуге мүмкіндік туғызды. Ген бөлігі бір белгінің немесе қасиеттің дамуын бақылайтын хромосоманың бөлімі деп қарастырылатын болды. Оның өзі белгілі ұзындықта болады және өзінің қызметтері жағынан әртүрлі болып келетін жеке-жеке бірліктерден тұрады. Сонымен қатар олар кроссинговер арқылы ажырап кетіп, өз бетінше мутациялануы да мүмкін.
Қазіргі тұрғыдан алғанда ген - белок молекуласының бір полипептидті тізбегіндегі амин қышқылдарының орналасу ретін бақылайтын ДНҚ молекуласының бір бөлімі. Ол организмнің дамуында өзіндік әсері бар хромосоманың бір локусы (бөлімі) болып есептеледі.
Ген түрлі бөліктерге бөлінетін, күрделі молекулалы-биологиялық құрылым. Ол төменгі бірліктер-нуклеотидтерден тұрады. Олардың саны мен орналасу реті әрбір жеке геннің ерекшелігін сипаттайды. Кез-келген геннің өзіне тән молекулалық массасы және нуклеотидтерінің саны болады.
Геннің мөлшері өзінің бақылауымен синтезделетін белоктың мөлшеріне байланысты. Көпшілік белоктардың құрамына шамамен 300-500 амин қышқылдары енеді. Егер нуклеотидтердің бір жұбының молекулалық массасы 660-қа тең екенін ескерсек, ал орташа ген 1500 нуклеотидтер жұбынан тұратын болса, онда геннің молекулалық массасы 1000000 шамасында болып шығады. Есептеулер бойынша шамамен пішен таяқшасында 103, дрозофилада 105, ал адамда 107 гендер бар. 1972 ж көптеген елдерде қан гемоглобині құрамына енетін белок-глобиннің түзілуін бақылайтын генді ферментативтік жолмен синтездеу жөнінде тәжірибелер жүргізіле бастады. Матрица ретінде қоян мен тышқан клеткалары гемоглобинінің информациялық РНҚ-сы пайдаланылды. Осындай и-РНҚ матрицасында кері транскриптаза ферментінің көмегімен тиісті ген синтезделеді. Алынған жасанды ДНҚ молекуласының мөлшері матрица болған и-РНҚ мөлшеріне сәйкес болды.
Жасанды гендердің табиғи гендерге ұқсастығын дәлелдеу үшін олардың биологиялық активтілігі тексеріледі. Мысалы, Америкада Массачузет технологиялық институтында қарапайым бактерия гені қолдан синтезделген. Оны тірі бактерияға апарып салғанда табиғи ген сияқты қызмет атқарған.
Қазіргі кезде гендерді ферментативтік жолмен синтездеу көптеген елдерде кеңінен жолға қойылып отыр.
3.Ген қызметінің реттелуі.Фенотип пен генотиптің арасындағы айырмашылық кез-келген клеткадағы полипептидтер, белоктар, р-РНҚ және т-РНҚ-ның құрылымдарын кодалайтын гендер қызметінің реттелу механизмдеріне байланысты болады. Ондай гендерді құрылымдық гендер деп атайды.
Организм тіршілігінің түрлі жағдайларында және дамудың әртүрлі кезеңдерінде белоктардың синтезін анықтайтын гендер қызметінің реттелуінің бірнеше типтері болады. Олар: гендік, транскрипциялық, трансляциялық және функциональдық деңгейде жүретін реттелулер. Бұлардың біріншісі қандай болмасын бір белгіні бақылайтын гендердің санының өзгеруіне байланысты. Екіншісі қанша и-РНҚ синтезделуге тиісті екендігін анықтайды. Үшіншісі рибосомаларда трансляцияланатын и-РНҚ-ның сұрыпталуын қамтамасыз етеді. Төртіншісі ферменттер активтілігін реттейді. Сонымен қатар гендер қызметінің бақылануы полипептидтердің трансляциясы мен и-РНҚ-ның транскрипциясынан соң модификациялану арқылы да жүзеге асуы мүмкін.
Бақылау сұрақтары:
1. Геннің құрылымы қандай?
2. Геннің қызметі.
3. Ген теориясы.
4. Ген қызметінің реттелуі.