§25. Дезоксирибонуклеин қышқылының тосын мутациялары – генетикалық үдеріс – репликация қатесі
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: мутацияның дезоксирибонуклеин қышқылының репликациясымен байланысын анықтау.
Мутация дегеніміз не? Мутация өзгергіштіктің қандай типіне жатады? Тұқымқуалаушылық материалдың өзгеру мөлшеріне байланысты мутация қандай топтарға бөлінеді? Олардың ішінде қайсысы ең кіші болып саналады? ДНҚ репликациясы дегеніміз не? Ол қайда жүреді және не үшін қажет? Репликацияның жартылай консервативті механизмі қалай жүзеге асырылады?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін 7-сыныптан 50-параграфты, 10-сыныптан 7, 34-параграфтарды қайталау керек.
Индукцияланған және тосын мутациялар. Мутация – кездейсоқ «бұзылуға», қалыпты үдерістердегі тұқымқуалаушылық белгілерді берудегі қателерге байланысты тұқымқуалаушылық материалдың тұрақты өзгеруі екені естеріңде болар.
Барлық мутацияны тосын (табиғи) және индукцияланған – мутагендердің міндетті әсері кезіндегі және қолдан жасалған деп бөлуге болады. Индукцияланған мутацияларға: 1) мутагендердің белгілі бір дозасының әсерінен зертханада мақсатқа сай алынған; 2) ядролық бомбалау немесе АЭС-тегі апат салдарынан мутагендер шығарылған кезде алынған; 3) адам қатысынсыз, мысалы, жер сілкінген кезде геологиялық қабаттардың ығысуы нәтижесінде радиоактивті қазбалар жер бетіне шыққанда, табиғи мутагендік әсер күрт өзгергенде алынған мутациялар жатады.
Тосын мутациялар үнемі, өздігінен, қандай да бір өзгеше әсерсіз, ағзаның қалыпты тіршілік ету жағдайында пайда болады. Бірақ мұндай мутация мөлшері өте аз. Мысалы, ғалымдар әрбір нуклеотидтің бір жасушада болған кезінде 0,0000000001-ден 0,0000000000001%-ға дейінгі ықтималдылықта мутациялай алатынын есептеген. Бірақ жасушадағы нуклеотид мөлшерін және жасушалық бөлінуді ескерсек, көпжасушалы ағзаның бүкіл тіршілігінде (немесе бактерия жасушасының ұрпақтарының мөлшері) табиғи мутациялардың қандай да бір мөлшерінің пайда болуы ақылға қонбайтын болып есептелмейді.
Мутациялар тірі жасушада жүретін үдерістер барысында үнемі пайда болып отырады. Олар пайда болатын негізгі үдерістер бұл – ДНҚ репликациясы және генетикалық рекомбинация (генетикалық материалмен алмасу үдерістері).
Мутацияның репликациямен байланысы жүретін үдерістердің күрделілігімен және жоғары жиілігімен түсіндіріледі. Репликация – кез келген жасушаның көбеюіне міндетті түрде алғышарт болатын ДНҚ молекуласының екі еселену үдерісі. Бұл үдеріс – жеткілікті дәрежеде күрделі, сонымен бір мезгілде ерекше тез. Мысалы, эукариоттарда, секундына шамамен 100 нуклеотид, ал прокариоттарда мыңдаған нуклеотид репликацияланады. ДНҚ-ның – комплементарлық принципі бойынша белгілі бір жұп А–Т және Г–Ц түзетін екі тізбекті молекула екенін білесіңдер. Күрделі ферменттердің көп мөлшерімен бақыланатын репликация кезінде міндетті түрде «қателер» пайда болады. Ең жиі кездесетін және ең ұсақ мутациялар гендік немесе нүктелік деп аталады. Олар бір ген шегінде бір немесе бірнеше нуклеотидтің өзгеруі болып табылады. Тіпті мутагендер әсерінен бірнеше ген мутацияланса да, бұл жағдайда репликациядағы қатеге қайтадан синтезделген ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтер ретінің өзгеруі жатады.
Барлық мутацияларды – репликация «қатесін» жалпы 4 топқа бөлуге болады.
1. Ген жалпы бір нуклеотидке қысқа болғанда нуклеотидтің түсіп қалуы. Осындай өзгеру нәтижесінде нәруыздағы аминқышқылдарының барлық реті өзгереді.
2. Нуклеотидтердің екі еселенуі (дупликация). Бұл кезде де нуклеотидтің түсіп қалуы кезіндегідей өзгеріс болады, яғни жылжиды.
3. Нуклеотидтердің қондырылуы – генетикалық кодта бастапқы ДНҚ-ға тән емес артық нуклеотидтің пайда болуы. Бұл – екі еселенудің бір түрі.
4. Алмастыру – бір нуклеотидтің басқасымен алмасуына байланысты өзгеріс.
Мутацияның осы 4 тобы туралы мәліметтер 5-кестеде берілді.
21-сурет. Тосын мутациялар – репликация қатесі
1 – матрицалық немесе «аналық» ДНҚ молекуласы;
2 – матрицалыққа комплементарлы, қайтадан синтезделетін немесе «жас» ДНҚ тізбектері; 2а – негізгі тізбек; 2б – «кешігуші» немесе үзік тізбек;
3 – ДНҚ-полимераза – репликацияның негізгі ферменті (көптеген басқа, қосымша ферменттер сызбада көрсетілмеген);
4 – нүктелік гендік мутация – «алмастыру». Аденин нуклеотиді гуаниннің орнына пайда болды, себебі репликацияның алдыңғы турында цитозин химиялық мутаген – азотты қышқыл әсерінен урацилге өзгерді;
5 – нүктелік гендік мутация – «түсіп қалу». Гуанин нуклеотиді табиғаты кез келген химиялық мутаген әсерінен комплементарлы негіз алмады.
(Шындығында, осы екі мутация бір-біріне қарама-қарсы пайда болмайтынын ескеру керек).
Нуклеотидтердің алмасуы. Нуклеотидтерді химиялық тұрғыда өзгерте алатын мутагендер (көбінесе – химиялық заттар, сирек – физикалық агенттер) болады. Мысалы, цитозиннен азот тобын алу. Цитозин химиялық тұрғыда аденинге ұқсас болады. Нәтижесінде, оған қарсы ДНҚ тізбегіне гуаниннің орнына урацил (Ц–Г жұбының орнына ол жерде У–Г жұбы түзіледі) қосылуы мүмкін. ДНҚ репликациясы кезінде урацилге қарсы жаңа тізбекке аденин қосылады да, У–А жұбы түзіледі, келесі репликация кезінде ол Т–А жұбына алмасады.
Мутация-алмасудың осындай типі қандай жұп қай жұпқа алмасқанына байланысты 2 типке бөлінеді. Егер пиримидин басқа пиримидинге немесе пурин басқа пуринге алмасса, олар транзиция деп аталады. Егер пурин пиримидинге немесе керісінше өзгертілсе, онда мұндай нүктелік мутациялар трансверсия деп аталады.
Трансверсияның осылай жиі, ал транзицияның сирек кездесуі қатерлі ісік ауруларына себеп болуы мүмкін деп есептеледі.
Тосын және индукцияланған мутациялар, ДНҚ репликациясы, транзиция, трансверсия.
Білу және түсіну:
1. Репликация кезінде генетикалық ақпараттың абсолютті дәл көшірілуі неліктен маңызды екенін түсіндіріңдер.
2. Тосын мутациялар дегенді қалай түсінесіңдер?
Қолдану:
1. Мутацияны зерттеу не үшін керек?
2. Нүктелік мутацияның төрт түрін салыстырыңдар.
Талдау:
1. ДНҚ-ның №1 мутантты емес бөлігінің сызбасын оның №2, №3, №4, №5 мутантты бөліктерімен салыстырыңдар. 1) әрбір нұсқада қандай нуклеотид және триплеттің қайсысында мутацияға ұшыраған? 2) ұсынылған өзгерістердің әрқайсысы мутацияның қай типіне жататынын анықтаңдар:
№1 ТАЦ–ААГ–ЦЦА–ГЦА–ТТЦ–
№2 ТАЦ–ЦАА–ГЦЦ–АГЦ–АТТ–
№3 ТАЦ–ААГ–ЦЦЦ–ГЦА–ТТЦ–
№4 ТАЦ–ААГ–ЦЦА–ГАТ–ТЦГ–
№5 ТАЦ–ААА–ГЦЦ–АГЦ–АТТ–
2. Мутацияның төрт типінің әрқайсысында жүретін өзгерістерді сызба түрінде бейнелеңдер. Аминқышқылдарын болжап нөмірмен белгілеңдер. Аминқышқылдарының қайсысы қандай жағдайда өзгерістерге ұшырады?
Синтез:
1. Мутациялар неліктен репликация үдерісінде жиі жүретінін талқылаңдар.
2. Ғалымдардың пікірлерін талқылаңдар: «Жер ғаламшарында қазіргі кезде тіршілік ететін ағзалардың барлығы оның алғашқы мекендеушілеріне қатысты мутанттар болып табылады».
Бағалау:
1. Трансверсия, транзиция, нонсенс- және миссенс-мутациялар, олардың арасындағы айырмашылықтар туралы реферат жазыңдар.
2. Қосымша ақпарат көздерін және генетикалық код кестесін пайдаланып, «Талдау» тапсырмасы ретінде ұсынылған №1–5 ДНҚ-ның мутантты және мутантты емес нуклеотидтер ретін шифрлауға тырысып көріңдер. Мутантты және мутантты емес нәруыздардың аминқышқылдарын жазыңдар. Бұл мысалда әртүрлі мутацияның ықтимал салдарын бағалаңдар.