Молекулалық биология пәні бойнша дәріс

Молекулалық биология пәні бойнша дәріс

№1 дәріс

ТҰҚЫМ ҚУАЛАУШЫЛЫҚТЫҢ МОЛЕКУЛАЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

ДНҚ-ның тұқымқуалаушылықтағы маңызы

1950 жылдары ДНҚ-ның генетикалық ақпаратты алып жүретін зат екендігін дәлелдейтін көптеген ғылыми мәліметтер жинақталды, осы тұрғыда мынадай деректер анықталды: 1. ДНҚ барлық клеткалардың хромосомаларында болады; 2. Өсімдіктер мен жануарлардың дене клеткаларында, олардың гаметаларына қарағанда ДНҚ  мөлшері екі есе көп болады; 3. Бір бактерия клеткасынан бөлініп алынған ДНҚ-ның көмегімен басқа бактерияның генетикалық белгілерін өзгертуге болады; 4. Бактерия клеткаларын бактериофагпен залалдандырғанда клеткаға тек ғана ДНҚ өтеді және ол жаңа вирустық бөлшектердің пайда болуын бақылайды.

Тірі организмдердің екі негізгі тобы – прокариоттар мен эукариоттарда генетикалық материалдың біртектес болатындығы белгілі болды. ДНҚ-ның негізгі генетикалық материал екендігін дәлелдейтін мәліметтер ең алғаш бактериядағы трансформация құбылысын зерттеу барысында алынды. 1928 жылы Ф.Гриффит пневмококтың (Streptococcus pneumoniae) екі штаммында трансформацияны зерттеді. Бұл микроорганизмдерде әдетте екі түрлі колония болады: 1. Фагоцитоздан қорғайтын полисахаридті қабықшасы бар, соған байланысты вирулентті қасиеті бар ірі клеткалардан тұратын бір тегіс колония (қабықшалы S-штамм); 2. Қабықшасы жоқ клеткалардан тұратын, соған байланысты вирулентті қасиеті болмайтын  пішіні кедір-бұдырлы (қабықшасы жоқ R-штамм) колония. Вирулентті бактериялар тышқандарды өлімге душар ететін аурулар тудырады. Ал бактериялардың қабықшасы жоқ авирулентті штаммдары жануарларда өлім тудырмайды. Егер вирулентті бактерияны қоздыру арқылы өлтіріп барып тышқанға жіберсе, олар тіршілігін жоймайды. Ал бір мезгілде авирулентті клеткалармен қоса қоздыру арқылы өлтірілген вирулентті клеткаларды жіберген тышқандар ауырып өліп қалады және ол тышқандар тірі вирулентті бактерияларды қабылдамаса да олардың өлекселерінен полисахаридті қабықшасы бар тірі вирулентті клеткалар табылған.

Бұл деректер вирулентті бактериядан трансформацияланатын генетикалық материалдың бір бөлігі авируленттілеріне өтіп оларды вирулентті ететіндігін дәлелдейді. Трансформация кезінде клеткаларда пайда болатын мұндай қасиет ұрпақтан ұрпаққа беріліп отырады.

О.Эвери, К.Мак-Леод және И.Мак-Картидің (1944) классикалық зерттеулерінде трансформацияны тудыратын заттың химиялық табиғатын анықтау пневмококтардағы трансформацияға ДНҚ-ның жауапты екендігін көрсетті. ДНҚ-ны ыдырататын дезоксирибонуклеаза ферментімен әсер еткенде трансформацияланушы фактордың қайтымсыз инактивацияланатындығы дәлелденді. Дәл сондай жағдайда әртүрлі протеазалар (белоктарды ыдырататын ферменттер) және рибонуклеазалар (РНҚ-ны ыдырататын ферменттер) трансформацияға ешқандай да әсер етпеген. Сөйтіп тұңғыш рет полисахаридті қабықшаның түзілуін анықтайтын гендері бар бактериядан бөлініп алынған ДНҚ-ның ондай гені жоқ басқа бактерияға оны алып бара алатындығы анықталды.

Негізгі генетикалық материалдың ДНҚ екендігін дәлелдейтін жаңа мәліметтер белокты қабықшада орналасқан ДНҚ молекуласынан тұратын (немесе кейде РНҚ), бактериофагтарды зерттеу барысында алынды. 1952 жылы А.Херши мен М.Чейз  Т2 бактериофагының генетикалық материалы ДНҚ болып табылатындығын анықтады

материалдың таралуы тек осындай жолмен ғана жүруге тиісті. Клетка ядросында ДНҚ мөлшері плоидтылыққа (хромосомалар санының артуына) сәйкес өзгеріп отырады, бұл да ДНҚ-ның генетикалық ролі туралы ұғымға сәйкес келеді.

ДНҚ молекуласының генетикалық материал екендігінің тағы бір дәлелі, ол бір биологиялық түрдің барлық өкілдері ДНҚ-ның химиялық құрамының ұқсас болатындығының анықталуы болып табылады. Алуан түрлердің ДНҚ-сының нуклеотидтік құрамы түрліше болатындығы белгілі болған, яғни, азоттық негіздер пуриндер мен пириминдердің арақатынасы бір түрден екінші түрге қарай өзгеріп отырады. ДНҚ-дағы гуаниннің мөлшері цитозиннің мөлшеріне, ал адениннің мөлшері – тиминге  тең болып келеді. Э.Чаргафф ережесі ретінде әйгілі болған мұндай арақатынас тұқымқуалаушылықтың сырын ашуда маңызды роль атқарады және ДНҚ молекуласының құрылымын анықтауда шешуші орын алады.