🗊Презентация ДНК – ның теломерлік бөлімдерінің репликациялануы

ДНК – ның теломерлік бөлімдерінің репликациялануы Жаңадан синтезделген әрбір тізбектер бір – бірімен  тығыз жанасқан көптеген фрагменттерден тұрады. Көршілес фрагменттердің бір біріне жалғануы ДНК – лигаза  (Л) ферменттері арқылы жүзеге асады.

ДНК – полимераза  ферменттері сияқты ДНК – лигазаларда  нуклеотидтерді фосфодиэфирлік байланыс арқылы байланыстырады. Осылайша ДНК молекуласының негізгі бөлігі репликацияланады, ал оның ұштары, яғни теломералық учаскілер, ерекше жолмен репликацияланады. Бұл үдеріске ерекше фрагменттер теломеразалар қатынасады. ДНК – полимераза  ферменттері сияқты ДНК – лигазаларда  нуклеотидтерді фосфодиэфирлік байланыс арқылы байланыстырады. Осылайша ДНК молекуласының негізгі бөлігі репликацияланады, ал оның ұштары, яғни теломералық учаскілер, ерекше жолмен репликацияланады. Бұл үдеріске ерекше фрагменттер теломеразалар қатынасады. Теломераза жасушаның әрбір бөлінуінде азды-көпті қысқарған хромосома ұштарын қалпына келтіруші фермент.  Теломер хромосомалардың ұшы.

ДНҚ молекуласының толық репликацияланбайтындығын, алғаш рет 1971жылы  А. М. Оловников айтқан болатын. Мұның мәні мынада ; жоғарыда сипатталған ДНК полимеразалық жүйе аналық ДНК молекуласының жіпшелерінің 3` ушын толық репликацияламайды, яғни жаңадан синтездеоген ДНК тізбектері 5` ұшы жағынан қысқа болады. Себебі әрбір жаңа ДНК тізбегі қысқа «РНК ұйытқыдан» басталады. Кейін ол ерекше нуклеазалар арқылы алынып тасталады, бірақ босаған учаске дезоксинуклеотидтермен толтырыла алмайды, себебі ДНК полимеразалар өз бетінше «РНК — ұйытқысыз» ДНК синтезін бастай алмайды. Ол тек полинуклеотидті 3` ұшынан ұзартады. Бұл жерде ондай участке жоқ, сондықтан жаңа тізбек матрицадан қысқа болады.

ДНК молекуласының мұндай ұшын (бір тізбегі ұзын, екіншісі қысқа) үшкір ұшы немесе оверхенга деп аталады. ДНК молекуласының мұндай ұшын (бір тізбегі ұзын, екіншісі қысқа) үшкір ұшы немесе оверхенга деп аталады. ДНК- ның үшкір ұшы тұрақсыз болады, себебі экзонуклеазалар ұзын ұшындағы артық нуклеотидтерді бір – бірлеп алып тастап ДНК ұштарын тұйықтайды. Қалай болғанда да, жасушаның әрбір бөлінуінен кейін хромасома қысқарып отырады. Әрбір репликациядан кейін ДНК молекуласы РНК – ұйытқы  ұзындығына сәйкес 10-15 нуклеотидке қысқаруы тиіс болғанымен, шындығында  50-65 нуклеотид жұбына қысқарады. Бұл ДНК полимеразалық кешенінің қасиетіне байланысты болады.

Адамның ядролық ДНК – ның   1 молекуласының орташа ұзындығы  120 миллион нуклеотид жұптарына тең десек, жасушаның әрбір бөлінуінде теломераза белсендігінсіз ДНК молекуласы  0,00005% ға қысқарады екен. Бұл әрине өте аз. Бірақ, табиғатта теломера ұзындығын қалпына келтіріп отыратын тетіктер болмаса түбінде хромасомалар жойылып кеткен болар еді. Тек сондықтан ған хромосомалар теломерлерінің толық репликацияланбау проблемасының биологиялық маңызы орасан зор. Сонымен қатар, бұл құбылыс ағзалардың қартаю, канцерогенез проблемаларымен де тығыз байланысты. Адамның ядролық ДНК – ның   1 молекуласының орташа ұзындығы  120 миллион нуклеотид жұптарына тең десек, жасушаның әрбір бөлінуінде теломераза белсендігінсіз ДНК молекуласы  0,00005% ға қысқарады екен. Бұл әрине өте аз. Бірақ, табиғатта теломера ұзындығын қалпына келтіріп отыратын тетіктер болмаса түбінде хромасомалар жойылып кеткен болар еді. Тек сондықтан ған хромосомалар теломерлерінің толық репликацияланбау проблемасының биологиялық маңызы орасан зор. Сонымен қатар, бұл құбылыс ағзалардың қартаю, канцерогенез проблемаларымен де тығыз байланысты.

Ғылыми деректер бойынша хромосома ұштарында генетикалық ақпарат болмайтын көптеген арнайы гексонуклеотид (6 нуклеотидтен тұратын) бірізділіктер қайталанып орналасқан. Ғылыми деректер бойынша хромосома ұштарында генетикалық ақпарат болмайтын көптеген арнайы гексонуклеотид (6 нуклеотидтен тұратын) бірізділіктер қайталанып орналасқан. ДНК – ның  теломерлік бөлімдерінде осындай мыңдаған гексонуклеотидтер қайталанады. Олардың жалпы ұзындығы адам эмбрионы жасушаларында 10-15 мың нуклеотид жұптарына тең. Сонымен, хромосоманың екі теломерлік ұшы, адамның ядролық ДНК молекуласының ұзындығының  0,02% құрайды.

Теломерлік қайталанулардан ешқандай генетикалық ақпарат болмайды, сондықтан да теломерасыз олардың біршама бөлігі түсіп қалған күннің өзінде де геном бірқалыпты қызмет ете береді. Теломердің негізгі қызметінің өзі де осы болса керек, яғни олар геномның маңызды бөлімін толық репликациялаудан қорғап, буферлік қызмет атқарады. Теломерлік қайталанулардан ешқандай генетикалық ақпарат болмайды, сондықтан да теломерасыз олардың біршама бөлігі түсіп қалған күннің өзінде де геном бірқалыпты қызмет ете береді. Теломердің негізгі қызметінің өзі де осы болса керек, яғни олар геномның маңызды бөлімін толық репликациялаудан қорғап, буферлік қызмет атқарады. Әйтсе де, теломеразадан біржола бас тартуға болмайды, себебі жасушаның бөліну үдерісінде күндердің күнінде ДНК – ның  теломерлік участкілері қысқарып жойылуы мүмкін. Сонымен қатар теломерлік учаскілер ереше, арнай қызметтер де атқарады. Сондықтан ол белгілі бір шекке дейін ғана қысқарады.

Теломералар төмендегідей қызметтер атқарады: 1.Механикалық қызметі: a)     Теломералар хромосомаларды ядро матриксіне бекіндіреді. b)    Теломералар хромосома хроматидаларының ұштарын бір – бірімен  тіркестіреді. 2. Тұрақтандырушы қызмет: a)     Жасушада теломераза болған жағдайда, терамералар ДНК – ның  кодтаушы бөлімін толық репликацияланбаудан сақтайды. b)    Егер жасушада теломераза болмаса, онда ол үзілген хромосома ұштарын қалпына келтіріп тұрақтандырады.

3. Гендердің экспрессиялануына әсер етуі. 3. Гендердің экспрессиялануына әсер етуі. Теломераға жақын орналасқан гендер экспрессиясы төмен болады (репрессияланған). Мұны транскрипциялық үнсіздік немесе сайлингсинг деп атайды. Теломердің айтарлықтай қысқаруы оларға жақын орналасқан гендерді активтендіреді, мысалы Rap 1 не TFR 1 гендерінің активтенуі.

4.  « Есептеу» қызметі. 4.  « Есептеу» қызметі. ДНК – ның  теломерлік бөлімдері теломеразасыз жасушаның бөлінуін есептеп отыратын репликометр болып табылады. Жасуша үшін оның қанша рет бөлінгеніне қарағанда, теломера ұзындығының сындарлы деңгейіне жеткенге дейін қанша рет бөлінуінің қалғаны маңыздырақ. Сондықтан да теломера жасушаның теломерасыз қанша рет бөліне алатынын есептейтін құрылым болып табылады.

Теломера ұзындығы сындарлы деңгейге жеткенде ол өзінің жоғарыда аталған қызметтерін атқара алмайды. Нәтижеде жасуша циклы бұзылып, жасуша өледі. Теломера ұзындығы сындарлы деңгейге жеткенде ол өзінің жоғарыда аталған қызметтерін атқара алмайды. Нәтижеде жасуша циклы бұзылып, жасуша өледі. Сондықтан да, барлық жасушаларда немесе тек эмбриональдық жасушаларда, ДНК —  ның  толық репликацияланбаған учаскілері қалпына келуі қажет. Бұл қызметті ерекше фермент теломераза атқарады.

Эукариоттардағы ДНҚ репликациясының ерекшелiктерi: 1.Репликация жартылай консервативтi әдiспен жүредi. Ескi ДНҚ-ның әр тiзбегiн қалып ретiнде пайдаланып, ДНҚ–полимераза ферментi комплементарлық принцип бойынша бос нуклеотидтерден екiншi тiзбектi түзедi. Ол үшін тiзбектер арасындағы сутектiк байланыстар үзіліп, ДНҚ-ның екi тiзбегі бiр бiрiнен ажырап, босаңсып, “репликация айырын” түзедi. 2. ДНҚ молекуласының аса ұзын болуына байланысты репликация бiрден бiрнеше жерден басталып (полирепликонды түрде), екi бағытта келесi “репликативтiк айырмен” кездескенше жүредi. Репликацияның басталатын нүктелері нуклеотидердiң арнайы ретiмен анықталып “инициация нүктесi” деп аталады. Олардың саны әр хромосоманың ДНҚ-да нақты белгілі болады. Репликацияның басталу нүктесiнен келесi “репликация айырымен” кездесетiн жерге дейiнгi ДНҚ-ның бөлiгi репликон деп аталады - бұл репликация бiрлiгi. Прокариоттар мен органоидтардағы (митохондриялар мен пластидтер) ДНҚ молекуласының хромосомалық ДНҚ-нан айырмашылығы - оларда тек бiр “инициация нүктесi” болады, сондықтан олар бiр репликон деп саналады.

3. Жасушадағы ДНҚ-ның репликациясы жасушалық циклдың S-кезеңiнде жүредi. Бiрақ, репликондардың репликациясы бiркелкi емес, асинхронды түрде жүредi. Мысалы, рРНҚ туралы ақпараты бар ДНҚ бөлiктерi S-кезеңiнiң басында екi еселенедi де, басқа бөлiктерi кейiн еселенедi. Митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы көбiнесе жасушаның әрбір бөлiнуі алдында, G2-кезеңiнде, болып кетедi. Ал бөлiнбейтiн жасушаларда (мысалы бауыр жасушалары) митохондириялық ДНҚ-ның репликациясы физиологиялық ескіруге байланысты митоздық циклдың фазаларына тәуелсiз жүреді. 3. Жасушадағы ДНҚ-ның репликациясы жасушалық циклдың S-кезеңiнде жүредi. Бiрақ, репликондардың репликациясы бiркелкi емес, асинхронды түрде жүредi. Мысалы, рРНҚ туралы ақпараты бар ДНҚ бөлiктерi S-кезеңiнiң басында екi еселенедi де, басқа бөлiктерi кейiн еселенедi. Митохондриялық ДНҚ-ның репликациясы көбiнесе жасушаның әрбір бөлiнуі алдында, G2-кезеңiнде, болып кетедi. Ал бөлiнбейтiн жасушаларда (мысалы бауыр жасушалары) митохондириялық ДНҚ-ның репликациясы физиологиялық ескіруге байланысты митоздық циклдың фазаларына тәуелсiз жүреді. 4. РНҚ синтезі тек 5’ -3’ бағытта жүретiн, ал ДНҚ тiзбектерiнiң қарама қарсы (антипаралельді) болғандықтан, ДНҚ-ның бiр тiзбегi үздiксiз түзiлiп, лидерлiк деп, екiншiсi соңынан бiр тiзбекке жалғанатын кішірек үзінділер (Оказаки фрагменттерi) түрiнде синтезделіп, iлесушi тізбек деп аталады.

Жалпы ДНК репликациясы про - және эукариоттарда ұксас, 6ipaK эукариоттарда синтез жылдамдыгы бірқатар төмен (1 сек - 100-300 нуклеотид шамасында) болады, прокариоттарда (1 сек 1000-3000 нуклеотид шамасында) жылдамырак жүреді. Ce6e6i, эукариоттың ДНҚ-сы акуызбен бepiK байланысқан, ол оның деспиральдануын тежейді, репликациясын баяулатады. Жалпы ДНК репликациясы про - және эукариоттарда ұксас, 6ipaK эукариоттарда синтез жылдамдыгы бірқатар төмен (1 сек - 100-300 нуклеотид шамасында) болады, прокариоттарда (1 сек 1000-3000 нуклеотид шамасында) жылдамырак жүреді. Ce6e6i, эукариоттың ДНҚ-сы акуызбен бepiK байланысқан, ол оның деспиральдануын тежейді, репликациясын баяулатады.

Репликация, транскрипция және трансляция - прокариоттар мен эукариоттардың барлық жасушаларында жүретiн ақпарат ағымының негiзгi жолдары. Бұл процесстердiң негiзгi принциптерiн Ф.Крик ашып “молекулалық биологияның орталық догмасы” ретiнде келесi түрде ұсынған (1958 ж.). Репликация, транскрипция және трансляция - прокариоттар мен эукариоттардың барлық жасушаларында жүретiн ақпарат ағымының негiзгi жолдары. Бұл процесстердiң негiзгi принциптерiн Ф.Крик ашып “молекулалық биологияның орталық догмасы” ретiнде келесi түрде ұсынған (1958 ж.). ДНҚ репликация ДНҚ транскрипция РНҚ трансляция белок Кейiнірек, тұқым қуалау ақпаратының басқа да (қосымша) жолдармен берiлетiні ашылған. Соған байланысты, қазіргi кезде бұл схема өзгерiп, мынадай түрде көрсетiледi. ДНҚ репликация ДНҚ  а-РНҚ трансляция белок