ДНҚ - ның екі еселенуі
ДНҚ — биологиялық полимер
Ақуыз молекуласы сияқты, ДНҚ молекуласы да биологиялық полимер болып саналады. ДНҚ-ның молекулалық салмағы шамамен 10 млн, ал кейбір жағдайларда (ақуыз биосинтезімен байланысты үдерістерде) 50–100 млн-ға дейін жетуі мүмкін.
ДНҚ-ның мономерлері — комплементарлық қағидаға сәйкес бірінен кейін бірі тізбектеліп орналасатын нуклеотидтер.
Нуклеин қышқылдары алғаш рет жасуша ядросынан табылған. «Нуклеус» (латынша nucleus) — «ядро» дегенді білдіреді, сондықтан олар нуклеин қышқылдары деп аталған.
Нуклеин қышқылдарының екі түрі бар: дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) және рибонуклеин қышқылы (РНҚ).
ДНҚ-ның құрылымы: негізгі деректер
ДНҚ құрылымын зерттеген көптеген тәжірибелердің нәтижесінде 1940-жылдардың аяғында төмендегідей мәліметтер белгілі болды.
1) Құрамы: 4 нуклеотид
ДНҚ төрт нуклеотидтен тұрады: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T). Аденин мен гуанин екі сақинадан, ал цитозин мен тимин бір сақинадан тұрады.
Әр нуклеотид азоттық негізден, бесбұрышты қанттан және фосфат тобынан құралады; қант пен фосфат тобы коваленттік байланыспен жалғанады.
2) Қант–фосфатты «қаңқа»
Нуклеотидтер бір-бірімен қант пен фосфат тобы арқылы коваленттік байланыспен қосылады. Осылайша молекуланың ұзын тізбегін түзетін құрылым қант–фосфатты қаңқа деп аталады.
3) Чаргафф ережесі және сутектік байланыстар
Э. Чаргафф анықтаған заңдылық бойынша ДНҚ молекуласында A = T, ал G = C.
Жұптасу ерекшелігі: A–T арасында 2 сутектік байланыс, G–C арасында 3 сутектік байланыс түзіледі.
4) Шиыршық пішіні және рентген деректері
ДНҚ молекуласы шиыршық (оралма) пішінде оралады, ал негіздер шиыршық осіне тік бұрышпен орналасады. Мұны алғаш Р. Франклин түсірген рентгенограмма айқын көрсетті.
Рентгенқұрылымдық деректер қант–фосфатты қаңқаның шиыршықтың сыртында, ал азоттық негіздердің ішінде орналасатынын, сондай-ақ бір орамда шамамен 10 нуклеотид болатынын анықтауға мүмкіндік берді.
Уотсон–Крик моделі: қос тізбекті құрылым
Р. Франклин еңбегі ДНҚ құрамын түсіндіруде шешуші болғанымен, екі маңызды сұрақ ұзақ уақыт ашық қалды: ДНҚ молекуласы неше тізбектен тұрады және олар қалай байланысады?
Бұл сұрақтарға 1953 жылы Ж. Уотсон мен Ф. Крик ұсынған модель жауап берді: ДНҚ молекуласы екі тізбектен (екі жіпшеден) тұрады. Тізбектердің «қаңқасын» қант–фосфатты құрылым құрайды, ал «баспалдақтың» рөлін азоттық негіздер атқарады.
Комплементарлық
Бір тізбектегі A екіншісінде міндетті түрде T-мен, ал G C-пен жұптасады.
Тұрақты арақашықтық
Негіздердің дәл осылай жұптасуы қос тізбек бойындағы тізбектердің арақашықтығын тұрақты ұстап тұрады.
Сутектік байланыстар
G–C жұбы — 3, A–T жұбы — 2 байланыс түзеді. Байланыс көп болған сайын қос тізбек беріктеу келеді.
Қорытындысында, Уотсон мен Крик ұсынған ДНҚ құрылымы эксперимент жүзінде толық дәлелденіп, молекулалық биология мен генетиканың дамуына зор ықпал етті.
ДНҚ-ның екі еселенуі (репликация)
Жасуша бөлінер алдында ДНҚ екі еселенеді. Соның нәтижесінде жаңа жасушалардағы генетикалық ақпарат бастапқы жасушадағы ақпаратпен бірдей сақталады.
Мысал: комплементарлық бойынша сәйкестік
Егер бір тізбек: A – T – A – T – C – A болса, оған қарсы тізбек: T – A – T – A – G – T болады. Бұл сәйкестік нуклеотидтердің комплементарлық қағидасына негізделеді.
ДНҚ-ның екі еселену жолын 1953 жылы М. Н. Мейсельсон мен Ф. Сталь тәжірибе арқылы дәлелдеді. Олар бастапқыда үш болжамды қарастырған.
1) Толық сақталатын екі еселену
Жаңа ДНҚ молекуласы түзілуі үшін бастапқы ДНҚ қос оралымы толық күйінде матрица ретінде қызмет етеді. Нәтижесінде бір жасуша ескі молекуланы, екіншісі толық жаңадан синтезделген молекуланы алады.
2) Жартылай сақталатын екі еселену
Азоттық негіздер арасындағы әлсіз сутектік байланыстар үзілгеннен кейін қос тізбек «сыдырма» сияқты ажырайды. Әрбір бөлінген тізбек жаңа тізбек түзуге матрица болады.
Осылайша жаңа жасушаларда әр ДНҚ молекуласы бір ескі және бір жаңа тізбектен құралады.
3) Бытыраңқы екі еселену
ДНҚ қысқа бөлшектерге ыдырап, кейін жаңа қос тізбек құрамына әртүрлі бөліктер ретінде қайтадан жиналады деген болжам. Яғни жаңа молекулада ескі және жаңа фрагменттер араласа орналасады.