Теломер хромосомалардың ұшы
ДНҚ репликациясы: фрагменттердің бірігуі және теломерлердің ерекшелігі
Жаңадан синтезделген әрбір ДНҚ тізбегі бір-бірімен тығыз жанасқан көптеген фрагменттерден тұрады. Көршілес фрагменттердің өзара жалғануы ДНҚ-лигаза (Л) ферменттері арқылы жүзеге асады. ДНҚ-полимераза сияқты, ДНҚ-лигазалар да нуклеотидтерді фосфодиэфирлік байланыс арқылы біріктіреді.
Осылайша ДНҚ молекуласының негізгі бөлігі репликацияланады. Ал оның ұштары — теломерлік учаскілер — ерекше жолмен көшіріледі. Бұл үдеріске теломераза қатысады.
Негізгі ұғымдар
- Теломер
- Хромосомалардың ұшы; геномның маңызды бөліктерін қорғауға қатысады.
- Теломераза
- Жасуша әр бөлінген сайын қысқаруға бейім хромосома ұштарын қалпына келтіретін фермент.
- Оверхенг (үшкір ұш)
- Бір тізбегі ұзын, екіншісі қысқа болып қалатын ДНҚ ұшы; тұрақсыз болуы мүмкін.
Неліктен ДНҚ ұштары толық көшірілмейді?
ДНҚ молекуласының толық репликацияланбайтынын алғаш рет 1971 жылы А. М. Оловников атап өткен. Мәселенің мәні мынада: ДНҚ-полимеразалық жүйе аналық ДНҚ жіпшелерінің 3′ ұшын толық репликациялай алмайды. Соның нәтижесінде жаңадан синтезделген ДНҚ тізбектері 5′ ұшы жағынан қысқа болады.
Бұлай болуының негізгі себебі — әрбір жаңа ДНҚ тізбегі қысқа РНҚ-ұйытқыдан (праймерден) басталады. Кейін ол арнайы нуклеазалар арқылы алынып тасталады, алайда босаған учаске дезоксинуклеотидтермен толтырылмайды. Өйткені ДНҚ-полимераза өздігінен, яғни РНҚ-ұйытқысыз, синтезді бастай алмайды: ол тек полинуклеотидті 3′ ұшынан ұзартады. Бұл жерде ондай бастау нүктесі қалмайды, сондықтан жаңа тізбек матрицадан қысқа болып түзіледі.
Оверхенг және ұштардың тұрақсыздығы
ДНҚ молекуласының мұндай ұшын (бір тізбегі ұзын, екіншісі қысқа) үшкір ұш немесе оверхенг деп атайды. Мұндай ұш тұрақсыз болуы мүмкін, себебі экзонуклеазалар ұзын тізбектегі артық нуклеотидтерді біртіндеп алып тастап, ДНҚ ұштарын тұйықтайды.
Салдары
- Жасушаның әрбір бөлінуінен кейін хромосома біртіндеп қысқара береді.
- Теориялық тұрғыда қысқару РНҚ-ұйытқы ұзындығына сай 10–15 нуклеотид болуы тиіс, бірақ іс жүзінде 50–65 нуклеотид жұбына дейін жетеді.
- Бұл айырмашылық ДНҚ-полимеразалық кешеннің қасиеттерімен байланысты.
Қысқару масштабы және биологиялық маңызы
Адамның ядролық ДНҚ молекуласының орташа ұзындығы шамамен 120 миллион нуклеотид жұбы деп алсақ, теломераза белсенділігі болмаса, әрбір жасуша бөлінуінде ДНҚ шамамен 0,00005% қысқарады. Бұл, әрине, өте аз көрінеді.
Дегенмен табиғатта теломер ұзындығын қалпына келтіріп отыратын тетіктер болмаса, түптің түбінде хромосомалар жойылып кетер еді. Сондықтан теломерлердің толық репликацияланбау мәселесінің биологиялық маңызы өте зор. Бұл құбылыс қартаю және канцерогенез үдерістерімен де тығыз байланысты.
Теломерлердің құрылысы: қайталанатын тізбектер
Ғылыми деректер бойынша хромосома ұштарында генетикалық ақпаратты кодтамайтын көптеген арнайы гексонуклеотид (6 нуклеотидтен тұратын) бірізділіктер қайталанып орналасады. ДНҚ-ның теломерлік бөлімдерінде осындай мыңдаған гексонуклеотидтер қайталанады.
Ұзындығы
Адам эмбрионы жасушаларында теломерлердің жалпы ұзындығы шамамен 10–15 мың нуклеотид жұбына тең.
Үлес салмағы
Хромосоманың екі теломерлік ұшы адамның ядролық ДНҚ молекуласы ұзындығының шамамен 0,02% құрайды.
Теломерлік қайталануларда генетикалық ақпарат болмайтындықтан, теломераза болмаса да олардың белгілі бір бөлігі қысқарып қалса, геном ұзақ уақыт қалыпты қызметін жалғастыра алады. Теломерлердің негізгі қызметі де осында: олар геномның маңызды бөлімдерін толық репликацияланбаудан қорғап, буферлік қызмет атқарады.
Неліктен теломераза бәрібір қажет?
Соған қарамастан теломеразадан толықтай бас тартуға болмайды. Өйткені жасуша бөлінуі жалғаса берсе, бір кезде ДНҚ-ның теломерлік учаскілері шектен тыс қысқарып, жойылып кетуі мүмкін.
Бұған қоса, теломерлік аймақтар тек «қорғаныш буфері» ғана емес: олардың ерекше әрі арнайы қызметтері де бар. Сондықтан теломерлер белгілі бір шекке дейін ғана қысқарады.