Нуклеопротеидтер — нуклеин қышкылдарының белоктармен қосылуынан пайда болатын күрделі құрамалар. Нуклеопротеидтерге жасушалардың хромосомалары мен рибосомалар жатады.
Нуклеопротеидтердің негізгі қызметтері:
- Генетикалық ақпаратты сақтау және іске асыру
- Белоктардың синтезін қамтамасыз ету
Нуклеопротеидтердің компоненттері. Нуклеопротеидтердің құрылымдық компоненттері ретінде нуклеин қышқылдары полинуклеотидті тізбектен құралған. Полинуклеотидті тізбектің құрылымдық бірлгі – мононуклеотидтер болып табылады.
Нуклеоидтер: 1) пуринді; 2) пиримидинді болып келеді.
Пурин нуклеотидтердің биосинтезі
Пурин нуклеотидтердің биосинтезі үшін глутамин, глицин, аспаратат, көмір қышқыл газы, формил-ТГФК және метенил-ТГФК қажет, пурин ядросы пайда болады. Екі жолмен жүруі мүмкін:
Нуклеин қышқылының ыдырауы кезінде түзілген пуриндік азоттық негіздерден түзілуі, бұл жол клетка үшін тиімді. Пуриндық азоотық негіздердің жәй заттардан қайтадан түзілуі. Бірінші жолмен, яғни дайын пуриндық азотық негіздерден түзілуі фосфортибозилпирофосфаттың құрамындағы рибозофосфаттың топтың дайын азоттық негізбен байланыс түзуі арқылы жүреді. Осы байланыс түзілу үшін екі фермент қатысады.
- аденинфосфоррибозилтрансфераза – аденил қышқылының түзілуін қамтамасыз етеді.
- гипоксантин-гуанин –фосфоррибозилтрансфераза – инозин және гуанил қышқылдары түзуге қатысады.
- Гипоксантин + ФРПФ → инозинат + Н4 Р2 О7
- Гуанин + ФРПФ → гуанилат + Н4Р2О7
Сонымен, фосфортибозилпирофосфат АМФ, ГМФ-тың да синтезделуіне қатысады екен. Бұл ферменттердің белсенділігінің төмендеуі пуриндік азоттық негіздердің алмасуының бұзылуына әкеп соқтырып, несеп қышқылының әдеттегідей көп бөлінетіндегі байқалады. Сонымен қатар, мұндай науқастарда нейрофизиологиялық ауытқулар байқалады, яғни кісі ашуланшақ, ұрысқақ, ақыл-ойы кемістеу болып, өзін-өзі тістеп, жұлып тастауға бейім болады. Бұл байқалған науқастың белгілерін Леше – Нихан синдромы деп атайды.
Пуриндік негіздердің биосинтезінің екінші жолы, яғни жай қарапайым заттардан синтезделуі: глициннің, аспартаттың, глутамин қышқылының, тетрагидрофолий қышқылының және көмір қышқыл газының қатысуымен жүреді.
Пуринді нуклеотидтердің алмасуының соңғы өнімі- зәр қышқылының түзілуі бауырда жүреді. Ағза тәулігіне 0,5-1,0 грамм зәр қышқылы түзіліп, зәрмен шығарылады. Сау адам қанында орта есеппен 0,16-0,57 ммоль/л зәр қышқылы болады.
Перимидинді нуклеотиттердің биосинтезі.
Пуриндік нуклеотидтерге қарағанда, пиримидиндік нуклеотидтердің биосинтезінің бірден-бір ерекшелігі алдымен пириминдік сақинаның синтезі жүріп, сонан кейін пиримидиндық азоттық негіз рибозофосфатпен әрекетесіп нуклеотид түзеді.
Пиримидиндік азоттық негіздің синтезі карбомоилфосфаттың түзілуінен басталады. Карбомоилфосфат мочевинаның да синтезі үшін реакциялық зат, бірақта пиримидин синтезіне жұмсалатын карбомоилфосфат клетка цитолизінде синтезделсе, мочевина үшін митохондриде синтезделеді. Амин тобының доноры глутамин қышқылының амиді болып табылады.
Пиримидиндік азоттық негіздердің синтезінде шешуші кезең карбомоилфосфат пен аспартаттың қатысуымен
N-карбомоиласпартаттың түзілуі:
Осы кезеңдегі ФРПФ-трансфераза және оротидилатдекарбоксилаза ферменттерінің белсенділігі төмен болса оротацидурия ауруы дамиды. Бұл кезде орот қышқылының кристаллдармен несеп шығару жолдарының бітелуі, несеп жүруінің нашарлауы байқалады. Жас нәрестелердің өсуі тоқтап, шаштары сиреп, тырнақтары нашар өседі, көкбауырдың үлкеюді байқалады. Мұндай ауруларды уридинді дәрімен емдейді. Дегенмен, бұл жолмен емдегенде шаштың өсуі, көкбауыр қайта қалпына келгенімен, ақыл ойдың кемістігі қалпына келмейді. Уридилмонофосфор қышқылы уридилтрифосфатқа АТФ-тың қатысуымен айналады:
- УМФ + АТФ → УДФ + АДФ
- УДФ + АТФ → УТФ + АДФ
Нуклеин қышқылы
ХХ ғасырдың 30—40-жылдары организм өсіп-өнгенде өзінде бар қасиеттерін келесі ұрпақтарға жеткізудегі нуклеин қышқылдарының рөлі ғылыми тұрғыдан толықтай дәлелденді.1868 жылы швед биохимигі Ф.Мишер клетка ядросының құрамынан қышқылдық қасиеті бар затты бөліп алған. Оны алғаш рет ядродан тапқандықтан (латынша “нуклеус” — ядро) нуклеин қышқылы деп атады. 1951 жылы американдық биохимик Э.Чаргафф ДНҚ молекуласының құрамына 4 нуклеотид кіретіндігін тапты.
Нуклеин қышқылдары тірі клетка ядросының маңызды құрам бөлігі. Нуклеин қышқылдары (НҚ) рибонуклеин қышқылы (РНҚ) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) болып екі үлкен түрге бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар.
РНҚ мен ДНҚ айырмашылығы
РНҚ-ның ДНҚ-нан ерекшелігі – ол көбінесе бір тізбекті болады.РНҚ-ның екі түрінің:тасымалдаушы (тРНҚ) және рибосомальды (рРНҚ) өте күрделі құрылымы бар.Үшінші түрі-ақпаратты немесе матрицалық РНҚ (мРНҚ).РНҚ-ның барлық түрлері ДНҚ тізбектерінің бірінің көшірмесі болып табылады.
Матрицалық РНҚ клеткадағы барлық РНҚ –ның 3-5%құрайды. МРНҚ-дағы “шаншығыштар” ДНҚ-ның “шаншығыштары” реттеуші ақуыздарғагенетикалық мәтінді көшіретін орынды тануға көмектеседі.МРНҚ-ның екіншілік құрылымы-иілген тізбек,ал үшіншілік құрылымы-катушкаға оралған жіп тәрізді болады,мұнда катушканың қызметін-информофер деп аталатын ерекше тасымалдаушы ақуыз атқарады.
Көптеген мРНҚ-лар клеткада өте аз уақыт өмір сүреді.Бактериялық клеткаларда бұл уақыт минуттармен өлшенеді,ал сүтқоректілердің эритроциттерінде ядросынан айырылғаннан кейін де гемоглобин синтезі бірнеше күн бойы жүреді.
Репликация механизмі. Ажыратушы ақуыз әсерінен матрицалық ДНҚ-ның жұп спираліндегі негіздер арасындағы сутектік байланыстар үзіледі.Праймерлер синтезделген сайын РНҚ-полимераза ДНҚ-дан босап отырады.Ары қарай праймерге ДНҚ-полимераза 3-тың көмегімен сәйкес ДНҚ-лар 5-3 бағытында бір-біріне қосылады.Қорытындысында матрицалық ДНҚ-ның бір полинуклеотидтік тізбегнің бойында үзіліссіз РНҚ-ДНҚ гибридтік тізбегі синтезделеді.
Транскрипция механизмі.
- Инициация-ДНҚ-ға тәуелді РНҚ полимеразасы оперонның протоморлы геніне қосылады.
- Элонгация-РНҚ-ның полинуклеотидтік тізбегінің ұзаруыЖылдамдығы сек-на 40-50нукл.
- Терминация ерекше ақуыз –факторы терминдеуші кодондармен әрекеттесе отыра терминацияны үзеді.
Трансляция процесі кезінде мРНҚ кодондарының кезектілігінде құпияланған генетикалық ақпарат ақуыз молекуласының полипептидтік тізбектегі аминқышқылдарының түзу кезектілігіне аударылады,яғни ақуыздың матрицалық синтез процесі жүзеге асады. Клеткада әртүрлі орналасқан трансляция процесін 2 кезеңге бөлуге болады:
- рекогниция немесе аминқышқылдарын тану,гиалоплазмада өтеді
- тікелей ақуыз биосинтезі,рибосомада өтеді
Трансляцияның 2-кезеңін қамтамасыз ету үшін мынандай факторлар болуы қажет: мРНҚ, аминоацил-тРНҚ, инициация факторлары, инициациялаушы аминоацил-тРНҚ, пептидилтрансфераза ферменті, ГТФ-энергияның қайнар көзі ретінде, терминация факторлары, рибосомалар. Рибосомалардағы ақуыз синтезінің процесін 3 кезеңге бөлуге болады: инициация (басталуы), элонгация (полипептидтік тізбектің ұзаруы), және терминация- синтездің аяқталуы.
Инициация кезеңі. Ақуыз молекуласының полиептидтік тізбегінің биосинтезі цитозольде мРНҚ-ның пайда болуынан басталады, ол мРНҚ инициациясының F3 факторының қатысуымен рибосомалардың кіші суббірлігімен комплекс түзеді, бұл суббірлік мРНҚ-на 5”-соңына АУГ немесе ГУГ кодоны түрінде инициациялаушы кодон деңгейінде қосылады. Бұл кодондарға мет-тРНҚ-ның антикодоны сәйкес келеді. Осымен бір мезетте инициациялаушы мет-тРНҚ ГТФ және F2 инициация факторымен комплекс түзеді. Бұл комплекс F1 факторының қатысуымен мет-тРНҚ АУГ кодонымен жұптасатындай болып рибосоманың кіші суббірлігіне қосылады.
Элонгация кезеңі. Элонгация факторы EF1 қатысуымен және ГТФ гидролизі есебінен А-орталыққа мРНҚ кодонына комплементарлы сәйкес аминоацил-тРНҚ қосылады.Пептидилтрансферазаның әсерінен метиониннің қалдығы P-орталықтан met-тРНҚ-нан А-орталықтағы аминоацил тРНҚ-ның құрамындағы аминқышқылының аминотобына ауысады.Нәтижесінде А-орталықта диептил-тРНҚ түзіледі,P орталықта қалған тРНҚ босап шығады.
Терминация кезеңі. Полипептидтік тізбектің синтезі рибосоманың жолында мРНҚ-ның кез-келген бір терминалды триплеті –УАА,УАГ немесе УАГ кездескенше жалғаса береді.Бұл триплеттер аумағында рибосомадан тыс ақуыздар терминация факторының қатысуымен тРНҚ-ның соңғы молекуласы мен синтезделген пептид арасындағы байланыс гидролизденіп үзіледі де,рибосомалар полиептидтік тізбектен алыстай бастайды,ол тізбек ұзарған сайын өзінің екіншклік және үшіншілік құрылымына ие болады.
Нуклеотидтердің маңызы. Медицинада қолданылуы
Нуклеотидтердің биологиялық мәні туралы деректерге сүйене отыра, бұл қосылыстар емдік препаратар ретінде қолданыс табуда. Мысалы, глютамин қышқылы жүйке жүйесінің аурулары: эпилепсия, реактивтік жағдайлар, депрессия, Даун ауруы және т.б. емдеу үшін кеңінен қолданылуда. Сонымен қатар гликоколмен бірге прогрессивті бұлшық етті дистрофияларды емдеу үшін пайдаланылады. Құрамында калий және магний тұздары түрінде аспарагин қышқылы бар препараттар, аспаркам және панангин, миокардтағы алмасу процесстері мен қан айналымының зақымдалуын емдеу үшін пайдаланылады. Жүрек гликозидтерін шектен тыс пайдаланумен байланысты токсикалық салдары кезінде және т.б. қолданылады. Бауырдың аурулары мен токсикалық зақымдалуы кезінде, бауырдың майлы инфильтрациясы кезінде, белоктың дистрофиясы кезінде емдеу және аурудың алдын алу үшін метионин пайдаланылады. Атеросклерозбен ауыратын науқастарды метионинмен емдеу қанда холестериннің мөлшерін төмендетіп, фосфолипидтердің мөлшерін арттырады.
Жеке аминқышқылдары мен нуклеотиттердің биологиялық қасиетіне байланысты әр-түрлі дәрі-дәрмек жасалынады. Мысалы, глютамин қышқылы жүйке жүйесінің ауруларында қолданылады (эпилепсия, депрессия, Даун ауруы, психикалық дамуының артта қалуы.) Миокардит алмасу процессінде және қанайналым бұзылысында құрамында аспарагин қышқылы калий, магний тұзы түрінде аспаркам және панангин қолданылады. Менионин бауырдың токсикалық улану кезінде, бауыр циррозында, белок дистрофиясында қолданылады. Атеросклероз ауруымен ауратын науқастарға метионин еңгізгенде қандағы холестерин мөлшері азайып фосфолипиттер көбейеді. Гистидинді гепатит, асқазан жарасы және онекіелі ішек ауруларында қолданылады. Вицеин құрамында цистин, глутамат және глицин бар. Сонымен қатар АТФ, витамин В1, витамин РР, КJ, хлорлі кальций және хлорлі магнийді көз катарактасында көз тамызғышы ретінде қолданады
