Молекулярная генетика

Кіріспе

   Генетика - белгілердің тұқым қуалау заңдылықтарын және олардың өзгергіштіктерін зерттейтін ғылым. Адамзатты балалардың біреуінің әкесіне, енді біреуінің шешесіне ұқсас болып, ал ата-анасы белгілерінің жиынтығына ұқсас ұрпақтардың да жиі кездесу мәселесі үнемі қызықтырды. Тұқым қуалау белгілерін қай заң бойынша анықтау - міне, бұл генетиканың міндеті. Ғылым ретінде генетиканың негізін салушы чех жаратылыс зерттеушісі Грегор (Иоганн) Мендель (1822-1884) деп есептеледі. Атап айтқанда, оған бірінші рет ата-анадан ұрпақтарына белгілер беру заңдылығын байқап көрудің сәті түсті.

    Гетика тірі организмдердің тұқым қуалаушылық қасиетін ғана емес, олардың өзгергіштігін де зерттейді. Өзгергіштік деп организмдердің даму онтогенезінде жаңа белгілер мен қасиеттерге ие болу қабілеттігін айтады. Бұл барлық тірі организмге тән қасиет. Өзгергіштіктің екі түрі болады: тұкым қуалайтын және тұқым қуаламайтын (модификациялық). 

   Молекулалық генетика - организмдердің өзгергіштік  және тұқым қуалау қасиеттерінің  молекулалық негізін зерттейді. Молекулалық генетика XX ғасырдың 40 – 50-жылдарында генетикалық мәселелерді  шешуде физика мен химия ғылымдарының жетістіктерін пайдаланудың нәтижесінде  пайда болды.Молекулалық генетиканың  ең негізгі жетістіктері – геннің химиялық құрылымының анықталуы (1953), организмнің тұқым қуалау ақпаратының  қолдануы мен оны жазылу әдісін талдау, гендік инженерия әдістерін зерттеу болып табылады.

Медициналық генетика — тұқым қуалайтын аурулар, олардан сақтану, оларды анықтау және емдеу туралы ғылым, генетиканың бір саласы. Медициналық генетиканың дамуына молекулалық генетика ашқан ғылыми жаңалықтардың тигізетін әсері зор.

3

Осы заманның молекулалық генетиканың негізгі шешетін мәселесі — тұқым қуалаушылықтың молекулалық негізін анықтап, оның механизмін зерттеу. Бұл — жасуша тіршілігін және тірі жүйедегі организмдердің барлық деңгейдегі биологиялық бағыну тәртібін анықтайды.

 Бүгінгі таңда тұқым қуалайтын  1 мыңнан аса ауру түрлері бар,  соның 400-ден астамы бір ғана  ген мутациясының себебінен болады. Жаңа туылған нәрестелердің орта  есеппен 5%-ындағы кемтарлық олардың  генетикалық материалына тікелей  байланысты. Гендік терапия ауру  адамның соматикалық немесе ұрықтық  (алғашқы дамуы стадиясында) клеткасындағы  кемістікті түзетумен байланыстырыла  жүргізіледі. Бірақ мұндай емдеудің  қиыншылығы — геннің жеткізілу  механизмімен тығыз байланысты, яғни ген қажетті жасушаға  дұрыс жеткізіліп, организмнің жұмыс  істеу қабілеті жақсарып, оған  ешқандай қауіп-қатер төнбеуі  керек. Қазіргі уақытта гендік  терапия тұқым қуалайтын ауруларға  бейім адамдарды, жұқпалы, тағыда  басқа ауруларды емдеуде жиі  қолданылады. Мысалы, меланома, гемофилия,  анемия, гиперхолестеринемия, Паркинсон  ауруы, Дюшени бұлшық ет дистрофиясы,  атеросклероз. Болашақта молекулалық  генетиканың жетістіктерін тек  тұқым қуалайтын ауруларды ғана  емес, қатерлі ісік және созылмалы  вирустық инфекция ауруларын  емдеуде қолдану көзделіп отыр. Мысалы, осы күні меланоманы емдеуде  лимфоцитті пайдаланады, себебі, зақымданған органға лимфоцит  енгізу — жақсы нәтиже беруде. Қазақстандағы медициналық генетика  саласындағы зерттеулер 20 ғасырдың  басынан басталады. Қазір медициналық  генетикамен Ана мен баланың  денсаулығын қорғайтын ғылыми-зерттеу  орталығы, ҚазҰМУ, Ақмола, Семей, Қарағанды,  Батыс Қазақстан медицин академиялары, Жалпы генетика және цитология,  Қазақ онкология және радиология  ғылыми-зерттеу институттары, тағыда  басқа мекемелер шұғылданады. 

   4

Негізгі бөлім

2.1 Генетикадағы алғашқы сынақтар

Зерттеу зерзатына асбұршақты өздігінен  тозанданатын өсімдікті таңдап аллы. Әлі ашылмаған бір жабық гүлдің ішінде өз аталығының тозаңымен гүланалық  ұрықтанады. Жұмыртқажасушаға өзге дарақтан генетикалық материал түспейді. Егер өсімдіктің тұқымы сары болса, ондай  өсімдікте тұмысында жасыл түсті  ата тектердің болуы мүмкін емес. Асбұршақтың табитатта айқас  тозаңдана алмайтыны да мәлім . Ешқандай кездейсоқтық (өзге өсімдіктерден тозаңның «ұшып келуі» тәрізді) болған жоқ. Егер қолдан айқас тозаңдандырылған болса, тозаң пісіп жетілгенге дейін аталықтаржұлып алынды.

   Сынақтәжірибелер  бірнеше рет қайталанып, қайта-қайта  тексерілді. Мендель математик болғандықтан, он белгісізді табу үшін 10 теңдеу қажеттігін түсінді. 10 есептің барлығын бір амалмен орындауға болмайды. Сондықтан ол тек бір ғана белгінің тірқым қуашу бойынша қалай берілетінін зерттеу керек деп шешті. Ол әрбір сынақтәжірибеде бір балама белгі бойынша зерттеп, көптеген тәжірибелор қойды. Бар болғаны екі балама белгі бойынша айқын ерекшеленетін ) түрлі асбұршақ іріктемелері алынды. Мысалы, сары және жасыл түсті жетілген тұқым, биік және аласа өскен өсімдік немесе тегіс және әжімделген тұқымдар, ақ немесе қарақошқыл гүлдер болды. Барлығы жеті белгі зерттелді. Ата-енелер формалары тек бір жұп белгілері бойынша ғана ерекшеленетін шағылыстыру моногибридті будандастыру деп аталады. Егер екі жұп белгілерінде айырмашылық болса, бұл дигибридті будандастыру болады да, осылай жалғаса береді.Нәтижелерді талдау үшін санақ (статистика ) әдісі қолданылды. Ұрпақтардың (асбұршақ түсі) барлық белгілері есепке алынды.Олардың арақатынасы математикалық жолмен дәлме-дәл талданды. 

5

2.2 Генетикадағы Мендель тәжірибелері

Мендель асбұршақ өсімдігін 2 жыл бақылаудан бастады. Ол асбұршақ тұқымының түстері  бойынша тек екі баламасы: сары және жасыл тұқымы болатынына көз  жеткізді. Сондай-ақ олардың өздігінен  тозанданатынып анықтады. Ол бір-бір  жұп белгілері бойыша ерекшеленетін  ата-енелер формасын алды. Сынақ тәжірибенін;біреуінде  сары және жасыл тұқымдар, екіншісінде  тегіс және өжімді тұқым, үішншісінде  биік және аласа өскен өсімдіктер зерттелді. Мендель ата-ене формаларын «таза тармақ» деп атады. Олардың  бұлай ата- луы «сары» дарақта  «жасыл» ата тек болмауына  негізделген (өздігінентозанданған кезде  бұлай болмайды). Ал «жасыл» дарақта  «сары» ата тектің болуы мүмкін емес, өйткені «сары» тозаң ешқашан  «жасыл» өсімдік гүланалығының  аузына түскен емес. Мендель айқас  тозандан- дырды, яғни «сары» өсімдіктің тозаңымен «жасыл» гүлді, ал керісінше  «жасыл» тозаңмен «сары» гүлді тозандандырды . Ол алынған ұрпақтарды бірінші  ұрпақ «будандары» деп атады.

    Сары және жасыл өсімдіктердің  барлық ұрпақтары - бірінші ұрпақ  будандары - қайта тозаңдандыру жиынтығы бойынша сары тұқымды болып шықты. Сол кезде Мендель сары түсті  басым түс - доминантты түс (латынша dominans - басымдылық) деп атап, оны А  бас әрпімен белгіледі. Жасыл  түс басылыңқы - рецессивті түс (латынша recessus - шегіншек, басылыңқы) деп аталып, а кіші әріппен белгіленеді. Генетикада басым аллелъ - басылыңқы аллельдің  керінуіне (толық немесе ішінара) басымдылық көрсететін ген жұптарының бірі. Соған  сәйкес басылыңқы аллель - бұл басым  аллельдің қатысында сырттай  білінбейтін аллель. Генетикада будандарда бір белгілердің екіншісінен  басым болуы басымдылық деп аталады, яғни тек басым белгілер ғана сырттай  білінеді.

Барлық  тәжірибелерден осыған ұқсас нәтижелер  алынды.Басқа белгілерден де осылай болды. Тегіс және өжімді тұқымдарды будандастырған кезде бірінші ұрпақтағы  будандардың барлығы тегіс болып  шықты. Сол сияқты қызыл (кошқыл қызыл) түс - ақ түстен, биік өсімдік ала-сасынан, тағы сол сияқтылар басым болды.

6

Бірінші ұрпақ будандарының біркелкілік  ережесі немесе заңы деп аталған  генетикалық негізгі заңдылықтардың бірі міне осылай ашылды. Кейінірек  ол Мендельдің бірінші заңы немеее Басымдық заңы деп аталды.

   Сол жазда Мендель тәжірибелердің екінші кезеңіне кірісті. Ол сары тұқымды будандарды жинап, олардан өздігінен тозаңдана  алатын өсімдіктер өсірді. Мендель  сөйтіп екінші ұрпақ будандарын, яғни бірінші ұрпақ будандарының ұрпақтарын алды. Бұл дарақтардың ата-енелері  сары түсті болды. Алайда әрбір ата-ене  ата тектерінің біреуінен «өжесі»  немесе «бабасы» жасыл түсті болып  шықты. Екінші ұрпақта сары және жасыл  дарақтар арақатынасы: ұрпақтардың 3 бөлігі - сары және 1 бөлігі жасыл түсте пайда  болды.

    Жойылып кеткен жасыл рең «немерелерінде»  қайтадан пайда болған. Мендель мұны ажырау деп атады. Анығырақ айтқанда екінші ұрпақ. буданы сары және жасылға  бөлінеді. Бірінші ұрпақтың сары будандарынан сары және 3:1 арақатынаста жасыл ұрпақтардың  пайда болу құбылысы Мендельдің екінші заңы немесе Ажырау заңы деп аталды.

   Генетикалық (гибридологиялық) талдау әдісінің мәні Мендель қолданған әдістен құралады. Генетикалық талдау - генетиканың  негізгі және ерекше әдісі.

   Мендель тәжірибелерінің маңызы

Мендель тұқым қуалау материалының ата-енелердің  екеуінен бірдей арақатынаста ұрпаққа  өтетініне көз жеткізді. Жұмыртқажасушасы бар 

7

аналық  дарақтан және шөуеті бар аталық дарақтан («тозаң дәні бар») ұрпақка көшеді.Мендель  хромосоманың болатынын білмесе  де, олардың саны туралы түсінігі болмаса  да, әрбір ересек дарақтың жыныс  жасушалары қосылуының нәтижесі екенін данышпандықпен болжады. Демек, кез  келген ағзаның зигота түрінде пайда  болу сәтінен бастап, өлгенге дейін  ата-ененің біреуінен бір-бір фактордан, екі данада әркайсысында «тұқым куалау факторы» болады. Жинақтап келгенде тұтас  ағзаның диплоидтығы он екі әріппен  белгілене бастады. Ал гаметалар - жұмыртқажасушалар  мен сперматозоидтар (өсімдіктерде аталық жасушалар) бір әріппен белгіленді, өйткені олар тек бір-бірден ғана «тұқым куалау факторларын» жеткізеді, демек, гаплоидты.

Мендель тәжірибелер нәтижелерінің  қисынды талдауы негізінде болжау жасады, ол қазіргі кезде Гаметалар  тазалығының заңы деп аталуда. Осы  болжамға сәйкес гаметалар (жыныс жасушалары) ата-енелерінің біреуінен таза қалпында тек бір ғана тұқым қуалау факторын (ұрығын) жеткізеді, оны өзінің екінші ата-енесінен алынған өзге тұқым  қуалау факторына (ұрығына) араластырмайды. Әжесінен келген тұқымның жасыл түсі ешбір сары түспен «нашарлатылмай», «өкесінің» («анасының») жыныс жасушасына таза қалпында түсті. Жасыл түсті  белгіні жеткізетін екі жыныс  жасушасы қосылған кезде ата-енесініц екеуінде сары түстен болғандығына қарамастан, жасыл ұрпақтар қалыитасты.

Түс ерекше нәруыз - пигментпен анықталады. Пигмент (бояу-тек) белгіленген тәртіпте дәлме-дәл  орналасқан аминқышқылдардың белгілі  мөлшерін камтиды. Бұл тәртіп үш әріпті генетиқалық кодпен ДНҚ

8

молекуласында жазылған (оның бір аминқышқылы үш нуклеотидпен кодка түсіріледі). Бір  нәруыз туралы ақпарат жазылған ДНҚ  үлескісі ген деп  аталады. Сары және жасыл түсті белгінің балама белгілері бірнеше (немесе бір) аминқышқылдардың орналасу тәртібі үйлеспейтін нәруыздармен айқын анықталады. Құрамы бойынша әр түрлі болса да бұл нәруыздар құрылысы бойынша (аминқышқылдар мөлшері, кұрылымы) ұқсас болуы керек, өйткені екеуі де түсті анықтайды. Осы нәруыздарды кодқа түсіретін гендер дәл сол гомологиялық хромосомалар үлескілерінде орналасады. Дәл сол нәруыз синтезіне жауап беретін, бірақ әр түрлі аминқышкылдың біріздішгін аныктайтын гендер аллельді гендер, аллеломорфтар немесе аллельдер деп аталады.

2.3 Генетикалық есептеулердегі таңбалау

9

Генотип - бұл  генетиқалық есептерде АА, Аа немесе аа әріптерімен белгіленетін таңбалы  ағза гендерінің жиынтығы. Фенотип - бұл  генетиқалық белгілердің сырттай  пайда болуы. Фенотипті генотиптің көзге көрінетін кескіні деуге  де болады. Мәселен, АА генотипінде  немесе Аа фенотипінде - сары, ал аа генотипінде  фенотип жасыл болады .

Генотипінде тек бір іріктеме аллелі ғана болатын  тіршілік иелері гомозиготалар (жалғыз зиготалы) деп аталады. Екі данада (әкесінен және анасынан) тек бір  іріктеме белгісі болатын дарақ. Олар өз ұрпақтарына тек осы типтің белгілерін береді. Олардың барлық гаметалары бір іріктеменікі - барлығында бір аллель болады. АА генотипі - басымдық бойынша гомозигота немесе басым  гомозигота, ал аа генотип басыңқылық бойынша гомозигота немесе басылыңқы  гомозигота деп аталады.

Ал Аа генотипі гаметалардың екі іріктемесін  береді. Олардың біреуі (50%) А сары реңді гендерін жеткізеді, қалғандарын (50%) а жасыл реңді гендер жеткізеді. Мұндай ағзалар гетерозиготалар  деп аталады. Гетерозиготалар - жасушаларында  бір геннің екі аллелі болатын (әр түрлі белгілерді жеткізетін әр текті  зиготалар) ағзалар.

Тәжірибелер және олардың нәтижелерінің барысын  жазу үшін генетикалық таңбалау пайдаланылады.

   Р- ата-ене дарақтары. (Латынша ≪parento≫ (ата- ене) сөзінің бірінші әрпі.)

   ♂- еркек дарағы (әкесі). Марстың астронпмиялық белгісі.

   ♀- әйел дарағы (шешесі). Шолпанның астрономиялық белгісі.

   ×- дарақтар арасындағы шағылысты белгілейтін  белгі.*F- шағылыс үдерісінің нәтижесі, яғни ұрпақтар. (Латынша filii -балалар)сөзінің  бірінші әрпі):

   Ғ1 - балалар; Ғ2 - немерелер; Ғ3 - шөберелер, тағы сол тәрізділер.

   A- басымдық белгі немесе ген.

   a- басыңкылық белгі немесе ген. 
 

10

2.4 Пеннет торы

Әр түрлі  гаметалар типтерінің үйлесімділігін жеңіл анықтау үшін ағылшын генетигі Р.Пеннет тор жасауды ұсынды. Кейіннен бұл Пеннет торы деп аталды. Тордың сол жағындағы тік сызық бойымен  аналық, жоғары жағындағы көлденең сызық бойымен аталық гаметаларды  орналастырады. Ал тордың ұяларында  аналық және аталық гаметалардың үйлесуінен пайда болған зиготалар жазылады. Пеннет тордың көмегімен екінші ұрпақ  дараларының фенотипі мен генотипін  оңай анықтайды.