ДНҚ, құрылысы, нуклеотидті құрамы, комплементарлы нуклеотидті тізбегі
ДНҚ молекуласының құрамына пентозаның өкілі ретінде дезоксирибоза, ал пуриндік негіздерден аденин (А) және гуанин (Г), пиримидиндік негіздерден - тимин (Т) және цитозин (Ц) кіреді. ДНҚ құрамына кіретін пуриндік және пиримидиндік негіздердің сан жағынан белгілі бір заңдылыққа бағынатын Э. Чаргафф (1949) ашты. Оны Э. Чаргафф ережесі деп атады:
1.Пуриндік негіздердің саны пиримидиндік негіздердің санына тең (А+ Г = Т + Ц);
2.Аденин саны тимин санына тең, ал гуанин саны цитозиннің санына тең (А=Т; Г=Ц);
3.Алтыншы көміртегіндегі a-амин тобының саны, сол көміртегіндегі кето тобының санына тең;
4. Аденин мен тиминнің қосындысы гуанин мен цитозиннің қосындысына тең: ( S(А+Т) = S (Г+Ц).
Соңғы ереже тек микробтардың ( ДНК Е.Соlli.) организміне тән. Әр текті организмнен алынған ДНҚ препараты А+Т және Г+Ц арақатынасымен сипатталады. Адам үшін бұл арақатынас 1,5; ірі қарада — 1,3; Е. Соlli үшін – 1,0. Әрбір түрде ДНҚ-ның нуклеотидтік құрамы әр түрлі, бірақ бір организмде оның жасына және әр түрлі физиологиялық күйіне қарамастан клеткалардың барлығында да ДНҚ саны бірдей мөлшерде болады. ДНҚ мөлшері тек қана клетканың атқаратын функциясына байланысты. Сперматозоидтарда клетканың құрғақ массасының 60% ДНҚ болып келеді. Басқа көптеген клеткаларда 1 ден 10% құрайды. ДНҚ-ның ең аз кездесетін жері қаңқа бұлшық еттерінде - 0,2% (клетканың құрғақ салмағына есептегенде).
Джеймс Уотсон және Френсис Крик (1953) ДНҚ құрылымын анықтады. Бұл еңбектегі жаңалықтарының ең бастысы- негіздердің комплементарлы орналасуының заңдылығы, яғни адениннің тиминге, ал гуаниннің цитозинге комплементарлы болуы А-Т, Г- Ц. Уотсона мен Крика моделі бойынша нуклеотидтердің құрамындағы дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдықтары спираль тәрізді ширатылған екі полинуклеотидтік тізбектердің бойында орналасқан, ал пуриндік және пиримидиндік негіздер тізбек қсіне перпендикуляр орналасады.
11сурет.ДНҚ-ның қос спиралінің құрылысы(Уотсон және Крик бойынша)
Форма В
Мұнда аденин әрқашан тиминмен, ал гуанин цитозинмен жұпталынады, яғни пуриндік және пиримидиндік негіздер бір бірімен комплементарлы байланысады. А мен Т екі сутектік байланыспен, ал Г мен Ц үш сутектік байланыспен жалғасқан (с. 11).
Нуклеин қышқылдарының құрылысы өте күрделі болады. Оларға төрт деңгейдегі реттік құрылым тән.
Бірінші реттік құрылымспираль түзіп ширатылған полинуклеотид тізбегі. Нуклеотид тізбегіндегі әрбір мононуклеотидтер өзара 3΄,5΄ –фосфодиэфирлік байланыспен байланысқан, яғни бірінші нуклеотидтің дезоксирибозасының С3-орындағы ОНтобы келесі мононуклеотидтегі С5 орындағы фосфор қышқылымен өзара әрекеттесіпғ фосфодиэфирлік байланыс түзеді.
12 сурет. ДНҚ-ның бірінші реттік құрылымы
Екінші реттік құрылымыекі полинуклеотид тізбектерінің ширатылып қос спираль түзуі. Полинуклеотид тізбектері бір-біріне қарама-қарсы орналасқан және олар өзара комплементарлы негіздер арқылы сутекті байланыстармен байланысқан.
Спиральдің бір айналымы 3,4 нм, ол 10 жұп нуклеотидтерден тұрады. ДНҚ молекуласының конфигурациясы оның гидраттану дәрежесіне байланысты біршама өзгеруі мүмкін.
Жасушаларда әдетте В-конфигурациясы болады ( гидраттану дәрежесі 75%). Екі тізбектің негіздері тізбек қсіне перпендикуляр орналасады және бір жазықтықта жатады (с.11)
Екінші реттік құрылымының қалыптасуын екі полинуклеотидтік тізбектеріндегі негіздер арасында түзілетін сутектік байланыстар қатысуымен қатар бір тізбектегі негіздер бірінің үстіне бірі орналасқан да, негіздердің өзара әрекеттесуі нәтижесінде пайда болған ван-дер-Ваальс күштері қамтамасыз етеді.
Теріс зарядты ДНҚ тізбегі мен оң зарядты гистон белоктарының өзара электростатикалық әрекеттесуі, қос спиральды ұстауға қатысатын қосымша фактор болып табылады.
Екіншілік деңгейдегі ДНҚ молекуласының қос спиралінің аралығында сутектік байланыстар үзіліп, екі ойыс пайда болады. Ойыстардың пайда болуына рН-тын өзгеруі мен жоғары температура себеп болады.
Сутектік байланыстардың түзілуі
13 сурет. ДНҚ құрылымы
Үшінші реттік құрылымы – эукариоттарда қос спиральды ДНҚ тізбегінің гистонға оралып, суперспираль түзуі нәтижесінде шар тәрізді төмпешіктер түзіледі. Гистондар 5 түрге бөлінеді — Н1 Н2a, Н2b, Н3, Н4. Н1 гистонынан басқа гистондардан октет құрылады. Бұл қктетке ДНҚ –ның тізбегінің 140 негіздер жұбынан түзілген бір бөлімі оралады, сөйтіп, нуклеосома түзіледі. Октетке оралған ДНҚ-ның бөлігі активті емес төмпешік түзеді, осы төмпешіктердің арасында ДНҚ-ның суперспиральданбаған активті бөлігі және белок Н1 орналасады. Бұл аймақ шамамен 50 жұп нуклеотидтерден тұрады.
Сурет 14.ДНҚ үшінші реттік құрылымы
ДНҚ-ның төртінші реттік құрылымы – хромосомаларында ДНҚ молекуласының өте тығыз орналасуы, ұзындығы бірнеше см-ге дейін жететін молекула,5 нм- ге дейін жинақталады (с.15).
Сурет 15.ДНҚ-ның төртінші реттік құрылымы
16. ДНҚ-ның тірі организмдер үшін маңызы.
Барлық генетикалық ақпараттар ДНҚ –да сақталған. ДНҚ белок биосинтезіне қатысады.