Кіріспе

Эукариоттық жасушалардың ядросының ішіндегі ДНК. Ядролық ДНК (nDNA), немесе ядролық дезоксирибонуклеин қышқылы – эукариоттық организмдердің әрбір жасуша ядросында орналасқан ДНК. Ол эукариоттар геномының көп бөлігін кодтайды, ал қалған бөлігін митохондриялық ДНК және пластидтік ДНК кодтайды. Ол мендель заңдылықтары бойынша тұқым қуалады, ақпарат екі ата-анадан – әкеден және шешеден келеді, митохондриялық ДНК-дағыдай аналық желі арқылы емес.

Құрылымы

Ядролық ДНҚ – нуклеин қышқылы, полимерлі биомолекула немесе биополимер, эукариотты жасушалардың ядросында табылған. Оның құрылымы екі жіпті спираль, екі жіп бір-біріне оралған, бұл құрылымды алғаш рет Фрэнсис Крик пен Джеймс Д. Уотсон (1953) Розалинд Франклиннің жинаған деректеріне сүйене отырып сипаттады. Әрбір жіп – қайталанатын нуклеотидтерден тұратын ұзын полимерлік тізбек. Әрбір нуклеотид бес көміртекті қант, фосфат тобы және органикалық негізден құралған. Нуклеотидтер негіздері арқылы ерекшеленеді: пуриндер – аденин мен гуаниннен тұратын үлкен негіздер; пиримидиндер – тимин мен цитозиннен тұратын кіші негіздер. Шаргаффтың заңдары бойынша аденин әрқашан тиминмен, ал гуанин әрқашан цитозинмен жұптасады. Фосфат топтары фосфодиэстерлік байланыс арқылы, ал негіздер сутектік байланыс арқылы байланысқан.

Митохондриялық ДНҚ-ның айырмашылықтары

Ядролық ДНҚ мен митохондриялық ДНҚ орналасуы және құрылысы тұрғысынан көптеген айырмашылықтарға ие. Ядролық ДНҚ эукариот жасушаларының ядросы ішінде орналасқан және әдетте бір жасушада екі дана болады, ал митохондриялық ДНҚ митохондрияда орналасқан және бір жасушада 100–1000 данаға жетеді. Ядролық ДНҚ хромосомаларының құрылымы ашық ұштары бар сызықтық болып келеді, 46 хромосомадан тұрады және мысалы, адамда 3 миллиард нуклеотидтен құралған, ал митохондриялық ДНҚ хромосомасының құрылымы көбінесе жабық, дөңгелек пішіндес және мысалы, адамда 16,569 нуклеотидтен тұрады. Жануарлардағы ядролық ДНҚ диплоидты, әдетте екі ата-анадан ДНҚ мұраға алынады, ал митохондриялық ДНҚ гаплоидты, тек анадан беріледі. Ядролық ДНҚ-ның мутация деңгейі 0,3%-дан төмен, ал митохондриялық ДНҚ-ның мутация деңгейі көбінесе жоғары.

Соттық-медициналық

Ядролық ДНҚ – өмір молекуласы деп аталады және барлық эукариоттық организмдердің дамуына қажетті генетикалық нұсқауларды қамтиды. Ол адам денесіндегі көбінесе барлық жасушада табылады, бірақ қызыл қан жасушалары сияқты кейбір жасушаларда жоқ. Әр адамның генетикалық коды бірегей, тіпті бір жұп егіздердің де. Қылмыстық істерді тергеу бюросы (BCA) және Федералдық тергеу бюросы (FBI) сияқты сот-медициналық бөлімдер, қылмыстық істегі үлгілерді салыстыру үшін ядролық ДНҚ-ны қолданатын әдістерді пайдалана алады. Осы әдістердің ішінде полимераза тізбектік реакция (ПТР) бар, ол молекуладағы белгілі бір аймақтардың көшірмелерін жасау арқылы ДНҚ-ның өте аз мөлшерін пайдалануға мүмкіндік береді, бұл аймақтар қысқа тандемді қайталаулар (STR) деп аталады.

Жасушаның бөлінуі

Митоз сияқты мейоз да эукариоттық жасушаның бөлінуінің бір түрі. Мейоз нәтижесінде төрт ерекше қыз клетка пайда болады, олардың әрқайсысында аталық клетканың хромосомаларының санының жартысы болады. Мейоз гаметтерге (немесе репродуктивті жасушаларға) айналуға арналған жасушаларды жасайтындықтан, хромосомалардың санының төмендеуі өте маңызды - ол болмаса, ұрықтандыру кезінде екі гаметтің бірігуі хромосомалардың санынан екі есе көп ұрпақ әкеледі. Мейоз әр төрт қыз клеткасында генетикалық материалдың жаңа комбинацияларын жасайды. Бұл жаңа комбинациялар жұптасқан хромосомалар арасындағы ДНК алмасудан пайда болады. Мұндай алмасу мейоз арқылы пайда болған гаметалардың жиі едәуір генетикалық өзгеріске ие екенін білдіреді. Мейозис ядролық бөлінудің бір емес, екі кезеңін қамтиды. Мейозға ұшырағанға дейін жасуша бір кезеңнен өтеді, ол өсіп, хромосомаларын көбейтіп, бөлінуге дайын екендігін тексеру үшін барлық жүйелерін тексереді. Митоз сияқты мейоз да профаза, метафаза, анафаза және телофаза деп аталатын ерекше сатыларға ие. Алайда, негізгі айырмашылық - мейоз кезінде бұл фазалардың әрқайсысы екі рет - бірінші мейоз I деп аталатын бөліну кезеңінде бір рет және екінші мейоз II деп аталатын бөліну кезеңінде қайтадан пайда болады.

Көшіру

Жасушаның бөлінуінен бұрын бастапқы жасушадағы ДНК материалы қайталануы керек, сондықтан жасушаның бөлінуінен кейін әрбір жаңа жасушада ДНК материалының толық мөлшері болады. ДНҚ-ның көбейіп кету процесін әдетте репликация деп атайды. Бұл репликация жартылай консервативті деп аталады, өйткені әрбір жаңа жасушада бір түпнұсқалық ДНК және бір жаңа синтезделген ДНК желісі болады. ДНҚ-ның бастапқы полинуклеотидтік желісі жаңа комплементарлы полинуклеотидтік ДНҚ-ның синтезін басқаруға арналған үлгі ретінде қызмет етеді. ДНК-ның бір жіптік үлгісі ДНК-ның қосымша жіпінің синтезін басқаруға қызмет етеді. ДНҚ-ның репликациясы ДНК молекуласының репликацияның шығу тегі деп аталатын белгілі бір жерінен басталады. Геликаза ферменті ДНК молекуласының бір бөлігін ажыратып, бөліп алады, содан кейін бір жіпті белдіктер ДНК молекуласының бөлінген, бір жіпті бөліктерімен әрекеттеседі және тұрақтандырады. Энзимдік кешенді ДНК полимераза молекуланың бөлінген бөлігін қосып, репликация процесін бастайды. ДНК полимераза тек жаңа ДНК нуклеотидтерін бұрыннан бар нуклеотидтер тізбегіне ғана қоса алады. Сондықтан репликация примаза деп аталатын фермент репликацияның басында РНК-ның праймерін құрастыра бастайды. РНҚ праймері репликация үшін дайындалып жатқан ДНК-ның бастапқы шағын бөлігіне қосымша РНҚ нуклеотидтерінің қысқа тізбекінен тұрады. ДНК полимеразасы РНК праймеріне ДНК нуклеотидтерін қоса алады және осылайша ДНК-ның жаңа қосымша жіптерін құру процесін бастайды. Кейін РНК-праймер ферменттер арқылы алынып тасталып, оның орнына ДНҚ нуклеотидтерінің тиісті реті енгізіледі. ДНҚ молекуласының екі толықтырғыш жіктері қарама-қарсы бағытта бағытталғандықтан және ДНҚ полимераза тек бір бағытта ғана репликацияны қамтамасыз ете алады, сондықтан ДНҚ жіктерін көшірудің екі түрлі механизмі қолданылады. Бір жіп түпнұсқа ДНК молекуласының бөлігін бөліп, үзілу бағытында үздіксіз қайталанады; ал екінші жіп кері бағытта үздіксіз қайталанады, Оказаки фрагменттері деп аталатын қысқа ДНК сегменттерінің сериясы пайда болады. Оказакидің әрбір фрагменті үшін жеке РНК-ның бастапқы түрін жасау қажет. Оказаки фрагменттері синтезделген кезде РНК праймерлері ДНК нуклеотидтерімен алмастырылады және фрагменттер үздіксіз қосымша жіпте біріктіріледі.

ДНҚ зақымдануы мен қалпына келтіруі

Ядролық ДНК-ның зақымдануы әр түрлі бүлдіруші эндогенді және экзогенді көздерден туындайтын тұрақты проблема болып табылады. Эукариоттар ядролық ДНК зақымдануын жоятын әр түрлі ДНК жөндеу процестерін дамытты. Бұл жөндеу процестеріне негізді экзиция жөндеу, нуклеотидтік экзиция жөндеу, гомологты рекомбинациялық жөндеу, гомолог емес ұшты біріктіру және микрогомология арқылы араласқан ұшты біріктіру жатады. Мұндай жөндеу процестері ядролық ДНҚ тұрақтылығын сақтау үшін өте маңызды. Жөндеу жұмыстарының зақымданудың пайда болуына сәйкес келмеуі әр түрлі жағымсыз салдарға әкеледі. Ядролық ДНҚ зақымдануы, сондай-ақ осындай зақымданулар туғызатын мутациялар мен эпигенетикалық өзгерістер қатерлі ісікке себепші болып саналады. Ядролық ДНҚ зақымдануы қартаю мен нейродегенеративті ауруларға да әсер етеді.

Мутация

Ядролық ДНҚ мутацияға ұшырайды. Мутацияның басты себебі – ДНҚ-ның қателі репликациясы, көбінесе үлгілік тізбектегі ДНҚ зақымдануын синтездейтін арнайы ДНҚ полимеразалар арқылы (қатеге бейім трансляциялық синтез). Мутациялар ДНҚ-ның дұрыс емес жөнделуі салдарынан да пайда болады. Екі тізбектің үзілуін жөндеуге арналған микрогомологияға негізделген ұшқыш қосылу жолы мутацияға аса бейім. Жыныс жасушаларының ядролық ДНҚ-сында туындайтын мутациялар көбінесе бейтарап немесе бейімделуге зиянды болады. Дегенмен, пайдалы болып шығатын мутациялардың шағын үлесі табиғи іріктеудің әсерімен жаңа бейімделулерді қалыптастыру үшін генетикалық өзгерісті қамтамасыз етеді.