Дезоксирибонуклеин қышқылы және оның репликациялануы
Оң жақтағы модельді айналдырып қараңыз немесе бөлімдерді ашыңыз: нуклеотидтен бастап, Чаргафф ережесі мен Мезельсон–Сталь тәжірибесіне дейінгі бүкіл параграф — ыңғайлы бір бетте.
Генетикалық кодтың үш өлшемді картасы
ДНК — дезоксирибонуклеин қышқылы — тірі организмтердің тұқым қуалау материалы. Ол екі полинуклеотидтік тізбектен тұрады, олар ортақ оське бұралып, «бұралған екі жіпшені» — double helix — құрайды. Әрбіреуінің эволюциялық міндеті — ақуыз кодын сақтау және көбейту кезінде дәл көшірмесін жасау.
Нуклеотид — ДНК-ның құрылыс блогы
ДНК-ның барлық құрылысы бір қайталанатын бөлшектен тұрады — нуклеотидтен. Ол үш компоненттің тіркесімі: қант (дезоксирибоза), фосфат тобы және азотты негіз. Нуклеотидтер 5′→3′ бағытында қант-фосфат қабырғасын құрады, ал негіздер ішке қарай шығып, қарама-қарсы тізбектегі «серігін» іздейді.
Неге А әрқашан Т-мен, G — С-мен жұптасады?
ДНК-да төрт азотты негіз бар: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) және цитозин (Ц). Олардың жұптасуы кездейсоқ емес — бұл молекулалық деңгейдегі қатаң «серіктестік келісімі». Пиримидиндер (А, Г) пуриндермен (Т, Ц) ғана сәйкес келеді және олардың арасында сутекті байланыс пайда болады.
Комплементтілік заңдылығы
А = Т — екі сутекті байланыс; Г ≡ Ц — үш сутекті байланыс. Сондықтан Г–Ц жұбы А–Т жұпынан қаттырақ байланысады: GC-бай аймақтары көп ДНК-ны бөлу үшін көп энергия қажет. Бұл қарапайым ережені Эрвин Чаргафф 1950 жылы эксперименталды дәлелдеді — кейін ол Уотсон мен Криктің моделінің негізіне айналды.
| Организм | А | Т | Г | Ц |
|---|---|---|---|---|
| Адам (Homo sapiens) | 29,3 | 29,5 | 20,7 | 20,5 |
| Е. coli (ішек таяқшасы) | 24,7 | 24,6 | 26,0 | 24,7 |
| Аштамақ (Saccharomyces) | 31,3 | 32,9 | 18,7 | 17,1 |
| φX174 вирусы (біржіпшелі) | 24,0 | 32,0 | 21,0 | 23,0 |
Соңғы жолға назар аударыңыз: φX174 вирусында тек бір ғана жіпше болғандықтан, А≈Т теңдігі бұзылған. Чаргафф ережесі тек екіжіпшелі ДНК-ға қатысты — бұл оның шынайы екенінің қосымша дәлелі.
ДНК өзін қалай көшіреді: төрт кезең
Репликация — ДНК-ның екі жіпшесінің ажырап, әрқайсысы негіз болып, оған жаңа жіпше құрылатын көбейту үдерісі. Нәтижесінде екі дәл ДНК-да молекула пайда болады, оның әрқайсысы бір ескі жіпшеден және бір жаңа жіпшеден тұрады — мұны «полуконсервативті» (жартылай сақталатын) тәсіл деп атайды. Сол жақтағы қадамдарды ақырын айналдырып, әр кезеңді оқыңыз.
Инициация — басталу нүктесі
Клетка бөлінерден бұрын ДНК-дағы oriC (басталу нүктесі) аймағындағы ақуыз — DnaA G–C-бай аймаққа байланысады. Осы жерден екі жіпшетің бөлініп, «репликация шаңырағы» ашылады. Бактерияда бір басталу нүктесі болады, ал адам клеткасында 30 000-ға жуық басталу нүктесі бар — сондықтан үлкен геном бірнеше сағатта көбейе алады.
Ашу және тұрақтандыру
Хеликаза сутекті байланыстарды үзіп, жіпшелерді ажыратады; топоизомераза бұралудан туындаған кернеуді жеңілдеді; SSB ақуыздары ажыраған жіпшелердің қайта біріктіріліп кетуінен қорғайды. Енді ферменттер жұмыс істейтін «жұмыс алаңы» дайын.
Элонгация — ұзару
Примаза қысқа RNA-праймер жасайды, одан кейін ДНК полимераза III әрқашан 5′→3′ бағытында жаңа тізбек қосады. Шаңыраққа қарай үздік синтезделетін жетекші тізбек біртіндей ұзарады, ал қарама-қарсы бағыттағы артықша тізбек Оказаки фрагменттері түрінде бөлек-бөлек құрылады. Соңында полимераза I RNA-праймерді алып тастап, орнына ДНК қосады, лигаза фрагменттер арасындағы «жараны» жабады.
Терминация — аяқталу
Шаңырақ ter аймақтарына жеткенде полимеразалар босайды, топоизомераза II жіпшелерді ажыратады. Нәтижесінде екі тәуелсіз ДНК молекуласы түзіледі — олардың әрқайсысында бір ескі жіпше сақталған. Қосымша: репликацияның дәлдігін жоғалтатын қателерді полимеразаның өзі қайта тексереді — секундына ~1000 нуклеотидтен жылдамдықпен.
Ферменттерді шертіңіз — әрқайсысы туралы толық мәлімет
Әр карточка сол жақтағы панельде кім ашқанын, қай елде және қандай міндет атқаратынын көрсетеді.
Мезельсон–Сталь тәжірибесі: «биологияның ең керемет эксперименті»
ДНК қалай көбейеді — үш нұсқа болды: полуконсервативті (әр молекулада бір ескі жіпше), консервативті (ескі молекула толық сақталады, жаңасы бөлек) және дисперсивті (ескі жіпшелер барлық жаңа молекулаға бөлінеді). 1958 жылы Мэтью Мезельсон мен Франк Сталь бір экспериментпен бірден үшеуін тексерді — Нобель сыйлығының иегерлері оны «дәлелдің өзі» деп атады.
Тәжірибе қалай өтті
Бактерияларды ауыр изотоп ¹⁵N бар қоректік ортада ұзақ өсірді — осылайша ДНК-ларының барлығы «ауыр» болды. Содан кейін бактерияларды жеңіл ¹⁴N ортасына ауыстырып, әрбір бөліну циклынан кейін CsCl-та қатты-сымалық ультрацентрифугада бөлді: ДНК өз тығыздығына сәйкес жерде «белдеу» құрады. Ауыр ДНК төменде, жеңіл — жоғарыда, араласы — ортада орналасады.
Бастапқы жағдай: барлық ДНК ауыр ¹⁵N-мен белгіленген — центрифугада төменде бір ғана қалың белдеу.
Сұрақ: 1-бөлінуден кейін егер «консервативті» дұрыс болса, қандай сурет болар еді? (Жауабы: төменде ауыр, жоғарыда жеңіл — екі белдеу. Ал тәжірибеде бір-ақ орта белдеу шықты — демек нұсқа жоққа шығарылды.)
1869 → 2020: ДНК-ны ашқан жылдар
Кез келген жолды басыңыз — кім ашқаны, қай елде және не өзгергені туралы толық ақпарат сол жақтан шығады.
Параграф бойынша тест
Сегіз сұрақ. Жауаптарды таңдап, «Тексеру» батырмасын басыңыз — дұрыс жауаптар жасылмен, қателері қызылмен белгіленеді.