Клетка биологиясы docx
жүктеу/скачать 329.02 Kb. Pdf көрінісі
|
| Хроматиннің ДНҚ-сы
Хроматиннің құрамында 30-40%-ы ДНҚ-ның еншісінде болады. Бұл ДНҚ, таза сулы ерітіндіден бөлініп алынған ДНҚ-ға ұқсас, қос спиральді болып келеді. Бұл жайлы көптеген экспериментальді зерттеулер бар. Мысалы, хроматин ерітіндісін қыздырғанда, таза ДНҚ-ны қыздырғандағыдай, ДНҚ-ның екі тізбегі арасындағы нулеотид аралық сутектік байланыс үзіліп, ерітіндіде гиперхромдық эффект деп аталатын жорағы оптикалық тығыздық қалыптасады. Хромосоманың құрылымын тұтастай түсіну үшін хроматин құрамындағы ДНҚ молекуласы ұзындығының манызы зор. Хроматин ДНҚ-сын бөліп алудың стандартты əдістерінде оның молекулалық массасы 7-9:10° болады, бұл ішек таяқшасы ДНҚ-ның молекулалық массасынан (2,8•10°) əлдеқайда кіші. Хроматин препаратынан алынған ДНҚ-ның молекулалық массасының салыстырмалы түрде аз болуын, оны хроматин препаратынан бөліп алу процесі кезінде механикалық зақымдалулар əсерінен болуы мумкін деп түсінуге болады. Егер ДНҚ-ны сілку арқылы, гомогенизация жəне басқа да жағдайлармен əсер ете отырып бөліп алса, онда ДНҚ молекуласын клеткадан өте үлкен ұзындықта алуға болады. Эукариотты клеткалардың ядросы мен хромосомасындағы ДНҚ молекуласының ұзындығын, прокариотты клеткаларды зерттегендегідей, фотооптикалық радиоавтография əдісінің комегімен анықтауға болады. Хромосома құрамындағы жеке сызықтық ДНҚ молекуласының ұзындығы (прокариоттық хромосомалардан ерекшелігі) жүздеген микрометрден бірнеше сантиметрге жететіндігі анықталды. Əр түрлі объектілерден алынған ДНҚ молекуласынын ұзындығы 0,5 мм-ден 2 см-ге дейін ауытқуы байқалды. Хромосомаға есептелінген ДНҚ-нын ұзындығы радиоавтографиялық əдіс арқылы алынған сандарта жақын келетінін осы нəтижелер көрсетіп отыр. Эукариотты клетканын женіл еруінен соң ДНҚ-нын молкулалық массасын тікелей физико-химиялық əдіс арқылы анықтауға болады. Дрозофиланын ДНҚ молекуласынын жоғары молекулалық массасы 41 10°, Бұл шамамен 2 см-дей болатындығы көрсетілген. Кейбір ашытқылардың ДНҚ молекуласынын молекулалық массасы 1-10%-10° тен, яғни 0,5 мм-ге жуық өлшемге ие. Кейбір зерттеушілер санағандай, ұзын ДНҚ бірнеше қысқа белоктардың комегімен байланысқан құрылым емес, тутас молекула болып табылады. Осы тұжырымға ДНҚ молекуласынын ұзындығы протеолитикалық фермент препараттарымен ондегенде өзгеріссіз қалатындығы анықталан соң ғана белгілі болды. Клетканын ядролық құрылымына, организм геномына кіретін ДНҚ-нын жалпы саны жеке түрлер арасында ауытқып отырады, ягни микроорганизм клеткасында ДНҚ саны омытқасыздар, жоғары сатыдағы өсімдіктер мен жануарларға қарағанда элдеқайда томен. Ішек таяқшасына қарағанда егеуқұйрық ядросында ДНҚ 600 есе көп болып келеді. Эукариотты организмдер клеткасындағы ДНҚ санын салыстыра келе, организмнің күрделену дəрежесі мен ядродағы ДНҚ санынын қандай да бір корреляциясын анықтау қиына согып отыр. Зыгыр, теніз кірпісі, алабуға (1,4-1,9) немесе талмабалық пен буқа (6,4-7) сияқты əр түрлі организмдер шамалас ДНҚ санына ие. Үлкен таксономиялық топтарда ДНҚ мөлшері едгур ауытқып отырады. Жорары сатыдағы өсімдіктердің əр түрлерінде ДНҚ мөлшері балықтардағы секілді бір - бірінен жүз есе айырмашылығы болса, онда ан есе айырмашылық амфибиялардың ДНҚ мөлшерінде байқалады. Кейбір амфибиялардың ядроларында ДНҚ мөлшері көбірек, адамдар ядросына қарағанда 10 -30 есе, бірақ бақаларға қарағанда адамнын генетикалық конституциясы бірнеше есе күрделі екендігі сезсіз. Сондықтан төменгі сатыдағы организмдерде ДНҚ - нын «артық» мөлшерде болуы, олардың генетикалық рөлімен байланысты емес, тек гендер санынын бірнеше рет қайталанып келуімен деп тұжырымдауға болады. Бұл сурақтардың шешілуі ДНҚ гибридизациясы немесе ренатурация реакциясынын кинетикасын зерттеу негізінде мумкін болды. Егер ерітінділердегі фрагменттелген ДНҚ молекулаларын жылулық денатурацияға ұшыратып, содан соң денатурация жүретін температураға қарағанда сəл төмендеу келген температурада инкубацияласақ, ренатурация. Ягни комплементарлы тізбектердің қосылуы негізінде ДНҚ фрагменттерінін бастапқы қос тізбекті құрылымынын қайта қалпына келу процесі жүреді. ДНҚ вирұстары мен прокариоттар клеткалары үшін осындай ренатурациянын жылдамдығы олардың геномынын үлкендігіне тауелді екені көрсетілді: ягни негурлым геномы үлкен болса, əрі бөлшек немесе клеткаға ДНҚ мөлшері көп келсе, соғұрлым комплементарлы тізбектердің кездейсоқ жақындауына жəне нуклеотидтер тізбегі бойынша əр түрлі келген ДНҚ фрагменттерінің басым бөлігінің спецификалық реассоциациялануына көп уақыт керек. Прокариоттық клеткалардың ДНҚ реассоциациялану қисыгы прокариоттар геномында қайталанып келетін қатарлар негіздерінің болмауымен сипатталған: олардың ДНҚ - нын барлық бөлімдері уникалды қатарларға ие, олардың мөлшері мен алуан түрлілігі объекттердің генетикалық композицияларынын күрделі дəрежелігін, ягни, олардың ортақ биологиялық уйымдастырылуын көрсетеді Эукариотты организмдерде ДНҚ реассоциациясы мулде өзгеше керініс табады. Ягни, эукариоттардың құрамына олардың геном көлемінің негізіне қарамастан өте үлкен жылдамдықта ренатурацияланатын фракциялар кіреді, сонымен қатар прокариоттар ДНҚ-нын ерекше тізбектері секілді жай ренатурацияланатын фракция кіреді. Дегенмен зукариоттарда бұл фракциянын ренатурациялануына біраз уақыт қажет, бұл олардың геномынын үлкен көлеміне жəне көп мөлшерде алуан түрлі уникальды гендердің бар болуымен байланысты. Үлкен жылдамдықтары ренатурациямен озгешеленетін эуқариоттар ДНҚ-нын осы бөлігінде екі фракция тармарын ажиратады: 1) жорары жəне жиі қайталанып келетін қатарлары бар, мұнда ДНҚ-нын уқсас участоктары 10° қайталануы мумкін; 2) шектеулі қайталанып келетін қатарлары бар, геномда 102-103 кездеседі. Осылай, тышқанда жиі қайталанып келетін қатарлары бар ДНҚ фракциясына геномға шаққанда ДНҚ-нын барлық мөлшерінің 10% кірсе, 15% шектеулі қайталанып келетін қатарлар фракциясына келеді. Тышқаннын қалған 75% ДНҚ көп мөлшердегі түрлі қайталанбайтын гендерге сойкес келетін уникальды бөлімдерге келеді. Жиі қайталанатын қатарлары бар фракциялар ДНҚ- нын негізгі массасына қарағанда озге жылжымалы тығыздыкқа ие, сондыктан оларды сателитті ДНҚ - нын фракциясы ретінде таза күйде бөліп алуға болады. Тышқаннын бұл фракциясынын тығыздығы 1,691 г/мл тен, ал ДНҚ – нын негізгі бөлігі- 1,700 г/мл-ге тен. тығыздыктаны айырмашылыктар нуклеотидтер құрамындағы айырмашылыктармен байланысты. Мысалы, тышқаннын осы фракциясында Г- жəне Ц- жуптардың 35%, ал негізгі шынында ДНҚ- нын 42% бар. Сателитті ДНҚ, немесе жиі қайталанып келетін қатарлары бар ДНҚ фракциясы клеткадағы РНҚ- нын негізгі типтерін синтездеуге қатыспайды, əрі белок синтезімен еш байланысы жок. Себебі клетканын бірде- бір РНҚ түрлері (тРНҚ, рРНҚ, иРНҚ) сателитті ДНҚ- мен гибридизацияланбайтындыктан осындай шешімге келді. Соған қарағанда бұл ДНҚ- да клеткалык РНҚ- нын синтезіне жауапты тізбектер жок, ягни сателитті ДНҚ РНҚ синтезі үшін матрица болып табылмайды жəне транскрипцияға қатыспайды. Белок синтезіне тікелей қатыспайтын жиі қайталанатын қатарлар озі бойында информацияны алып жүреді. Бұл информация хромосомалардың сакталуы мен кызметтер атқаруы үшін өте манызды. Оларға көптеген ДНҚ бөлімдерін, интерфазалык ядроның белоктык кепірімен байланысқан ДНҚ бөлімдерін, репликация немесе траскрипция басталатын бөлімдерін, жəне де осы процестерді реттеп отыратын ДНҚ бөлімдерін жаткызуымызға болады. Хромосомада нуклеин кышкылдарын гибридизациялау əдісі бойынша (in situ) осы фракциясынын локализациялануы зерттелді. Ол үшін окшауланған сателитті ДНҚ - да бактериалдық ферменттердің кемегімен ЗН – уридинмен таңбаланған РНҚ синтезделді. Содан соң хромосомалармен бірге цитологиялык препаратты ДНҚ денатурациясы жүретіндей ендеуге ұшыратады (жоғары температура, сілтілік орта жоне т.б.). Содан соң препаратқа таңбаланған ЗН РНҚ енгізіп, ДНҚ мен РНҚ арасындағы гибридизацияны жүзеге асырады. Радиоавтография кемегімен таңбанын басым бөлігі хромосомалардың біріншілік үзбе зонасында жинакталан, олардың центромерлі учаскелерінде жинакталғаны анықталды. Таңба əрі хромосомалардың басқа да бөлімдерінде табылған, бірак аз түрде Сонгы 10 жыл ішінде центромерлі ДНҚ зерттеуде үлкен жетістіктерге кол жеткізілді, əсіресе ашыткы клеткалары негізінде. Мысалы, S. cerivisiae - нің центромерлі ДНҚ - сы 110 ж.н. бойынша қайталанатын бөлімдерден тұрады. Ол 2 консервативті участок (І жəне III) жоне негіздері АТ - жуптара бай орталык элементтен (II) тұрады. Дрозофила хромосомасынын ДНҚ - центромерасынын құрылысы осыған ұқсас келеді. Адамнын центромерлі ДНҚ-сы (альфоидты сателитті ДНҚ) 170 ж.н. бойынша мономерлер бірлігінен құралған, димерлер немесе пентамерлер топтарына біріктірілген, өзкезегінде олар 1-6.103 п.н. бойынша үлкен қатарлар түзеді. Осындай ең үлкен бірлік 100-1000 рет қайталанған. Осындай спецификалык центромерлі ДНҚ-мен ерекше центромерлі белоктар комплекс құрады, олар өзкезегінде кинетохора деп аталатын құрылымды түзуге қатысады. Кинетохора-хромосомалардың ұршык микротүтікшелерімен байланыс түзуді, грі хромосомалардың анафаза кезінде козгалуын қамтамасыз етеді Жиі қайталанып келетін қатарлары бар ДНҚ көптеген зукариотты организдер хромосомаларынын теломерлі аудандарында анықталып табылған (ашыткылардан бастап адамдарға дейін). Мұнда 3-4 гуанин нуклеотидтері кіретін қайталанулар кездеседі. Адам теломерлерінде 500-3000 дейін TTAGGG қайталанулары бар. ДНҚ-нын бұл аудандағы ерекше рөл атқарады: олар хромосоманы шетінен шектеп жəне бірнеше рет жүрген репликация процесінде оның кысқармауын жүзеге асырады. Сонғы кезде интерфазалык хромосомалар ДНҚ-нын жиі қайталанатын қатарлары спецификалык түрде ядро қабыкшасын тесеп жататын белоктар - ламиндермен байланысып, созылған деконденсацияланған интерфазалык хромосомаларды ұстап тұруға қатысады, ягни интерфазалык ядро көлемінде хромосомалардың локализациялану тəртібін анықтайдығын тапқан. Сателитті ДНҚ мейоз кезінде хромосомалардың гомологиялык аудандарын тануға қатыса алатындығы туралы болжам жасалды. Басқа да усыныстар бойынша, жиі қайталанып келетін қатарлары бар участоктар хромосомалык ДНҚ-нын əр түрлі функционалдық бірліктері арасында болгіштер (спейсерлер) рөлін атқарады, мысалы репликондар арасында. Шектеулі қайталанып келетін қатарлар (107-10°) фракциясы ДНҚ участоктарынын ерекше класына жатады, олар белок синтезін жүзеге асыратын апаратты жасау процесінде манызды рөл атқаратындығы белгілі болды. Оран ДНҚ рибосомаларынын гендері кіреді, олар əр түрлі түрлерде 100-ден 1000-ға дейін қайталануы мумкін. Осы фракцияға əрі барлық т-РНҚ синтезі үшін бірнеше қайтара қайталанған участоктар кіреді. Сонымен қатар, белгілі бір белоктар синтезіне жауапты кейбір структуралык гендер де бірнеше рет қайталануы мумкін, жəне бірнеше кешірме түрінде көрсетіледі.Бұл гендер хроматин белоктары - гистондар үшін, олар 400-ге дейін қайталанып келеді. Будан басқа, бұл фракцияға əр түрлі қатарлары бар ДНҚ участоктары кіреді (100-400 ж.н. бойынша), олар да бірнеше рет қайталанған, бірак букіл геном бойынша шашыраған. Олардың рөлі элі де болса толық анық емес. ДНҚ-нын мұндай участоктары түрлі гендердің акцепторлы немесе регуляторлык участоктары болып табылуы мумкін деген тұжырым айтылған. Сонымен, зукариотты клеткалардың ДНҚ құрамы бойынша гетерогенді, нуклеотидтер қатарларынын бір-екі клеткалары кіреді: сателитті ДНҚ фракциясына кіретін жəне транскрибицияланбайтын жиі қайталанып келетін қатарлар (> 10° рет); нағыз гендердің блоктары болып табылатын шектеулі түрде қайталанатын қатарлар (107-10%, əрі букіл геном бойынша шашыраған кысқа қатарлар фракциясы; клетканын көптеген белоктары үшін информация таситын уникальды қатарлар фракциясы. Бұл тұжырымдардан шытатыны, əр түрлі организмдерде ДНҚ мөлшеріндегі сол айырмашылыктар енді түсінікті болады: бұл организмдер геномындағы ДНҚ-нын белгілі бір кластарынын бірдей емес бөліктерімен байланысты. Мысалы, Amphiuma амфибиясында (оның ДНҚ-лы адама қарағанда 20 есе үлкен) жиі қайталанатын қатарлар бөлігіне букіл ДНҚ-нын 80% дейін, пияздарда - 70% дейін,кызыл балыкта- 60 % дейін келеді.Генетикалык акпараттын нағыз кунын уникальды қатарлар фракциясы көрсету керек. Умытпау қажет, хромосоманын нативті, фрагменттелмеген ДНҚ молекуласында, құрамына уникальды, шектеулі жəне жиі қайталанатын қатарлар кіретін, барлық участоктар ДНҚ-нын бір өте үлкен ковалентті тізбегіне біріктірілген. ДНҚ молекулалары əр түрлі нуклеотидтік қатарларынын участоктары бойынша ғана гетерогенді емес, сонымен қатар олардың синтездік белсенділігі негізінде əр түрлі келеді. жүктеу/скачать 329.02 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|