Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
DNA inside the nucleus of eukaryotic cells
Nuclear DNA (nDNA), or nuclear deoxyribonucleic acid, is the DNA contained within each cell nucleus of a eukaryotic organism. It encodes for the majority of the genome in eukaryotes, with mitochondrial DNA and plastid DNA coding for the rest. It adheres to Mendelian inheritance, with information coming from two parents, one male and one female—rather than matrilineally (through the mother) as in mitochondrial DNA.
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.
Nuclear DNA is a nucleic acid, a polymeric biomolecule or biopolymer, found in the nucleus of eukaryotic cells. Its structure is a double helix, with two strands wound around each other, a structure first described by Francis Crick and James D. Watson (1953) using data collected by Rosalind Franklin. Each strand is a long polymer chain of repeating nucleotides. Each nucleotide is composed of a five carbon sugar, a phosphate group, and an organic base. Nucleotides are distinguished by their bases: purines, large bases that include adenine and guanine; and pyrimidines, small bases that include thymine and cytosine. Chargaff's rules state that adenine always pairs with thymine, and guanine always with cytosine. The phosphate groups are held together by a phosphodiester bond and the bases are held together by hydrogen bonds.
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.
Nuclear DNA and mitochondrial DNA differ in many ways, starting with location and structure. Nuclear DNA is located within the nucleus of eukaryote cells and usually has two copies per cell while mitochondrial DNA is located in the mitochondria and contains 100–1,000 copies per cell. The structure of nuclear DNA chromosomes is linear with open ends and includes 46 chromosomes and contains for example 3 billion nucleotides in humans while the structure of Mitochondrial DNA chromosome is usually closed, circular, and contains for example 16,569 nucleotides in humans. Nuclear DNA in animals is diploid, ordinarily inheriting the DNA from two parents, while mitochondrial DNA is haploid, coming only from the mother. The mutation rate for nuclear DNA is less than 0.3% while that of mitochondrial DNA is generally higher.
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.
Nuclear DNA is known as the molecule of life and contains the genetic instructions for the development of all eukaryotic organisms. It is found in almost every cell in the human body, with exceptions such as red blood cells. Everyone has a unique genetic blueprint, even identical twins. Forensic departments such as the Bureau of Criminal Apprehension (BCA) and Federal Bureau of Investigation (FBI) are able to use techniques involving nuclear DNA to compare samples in a case. Techniques used include polymerase chain reaction (PCR), which allows one to utilize very small amounts of DNA by making copies of targeted regions on the molecule, also known as short tandem repeats (STRs).
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.
Like mitosis, meiosis is a form of eukaryotic cell division. Meiosis gives rise to four unique daughter cells, each of which has half the number of chromosomes as the parent cell. Because meiosis creates cells that are destined to become gametes (or reproductive cells), this reduction in chromosome number is critical — without it, the union of two gametes during fertilization would result in offspring with twice the normal number of chromosomes. Meiosis creates new combinations of genetic material in each of the four daughter cells. These new combinations result from the exchange of DNA between paired chromosomes. Such an exchange means that the gametes produced through meiosis often exhibit considerable genetic variation. Meiosis involves two rounds of nuclear division, not just one. Prior to undergoing meiosis, a cell goes through an interphase period in which it grows, replicates its chromosomes, and checks all of its systems to ensure that it is ready to divide. Like mitosis, meiosis also has distinct stages called prophase, metaphase, anaphase, and telophase. A key difference, however, is that during meiosis, each of these phases occurs twice — once during the first round of division, called meiosis I, and again during the second round of division, called meiosis II.
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.
Prior to cell division, the DNA material in the original cell must be duplicated so that after cell division, each new cell contains the full amount of DNA material. The process of DNA duplication is usually called replication. The replication is termed semiconservative since each new cell contains one strand of original DNA and one newly synthesized strand of DNA. The original polynucleotide strand of DNA serves as a template to guide the synthesis of the new complementary polynucleotide of DNA. The DNA single strand template serves to guide the synthesis of a complementary strand of DNA. DNA replication begins at a specific site in the DNA molecule called the origin of replication. The enzyme helicase unwinds and separates a portion of the DNA molecule after which single strand binding proteins react with and stabilize the separated, single stranded sections of the DNA molecule. The enzyme complex DNA polymerase engages the separated portion of the molecule and initiates the process of replication. DNA polymerase can only connect new DNA nucleotides to a pre existing chain of nucleotides. Therefore, replication begins as an enzyme called primase assembles an RNA primer at the origin of replication. The RNA primer consists of a short sequence of RNA nucleotides, complementary to a small, initial section of the DNA strand being prepared for replication. DNA polymerase is then able to add DNA nucleotides to the RNA primer and thus begin the process of constructing a new complementary strand of DNA. Later the RNA primer is enzymatically removed and replaced with the appropriate sequence of DNA nucleotides. Because the two complementary strands of the DNA molecule are oriented in opposite directions and the DNA polymerase can only accommodate replication in one direction, two different mechanisms for copying the strands of DNA are employed. One strand is replicated continuously towards unwinding, separating the portion of the original DNA molecule; while the other strand is replicated discontinuously in the opposite direction with the formation of a series of short DNA segments called Okazaki fragments. Each Okazaki fragment requires a separate RNA primer. As the Okazaki fragments are synthesized, the RNA primers are replaced with DNA nucleotides and the fragments are bonded together in a continuous complementary strand.
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.
Damage of nuclear DNA is a persistent problem arising from a variety of disruptive endogenous and exogenous sources. Eukaryotes have evolved a diverse set of DNA repair processes that remove nuclear DNA damages. These repair processes include base excision repair, nucleotide excision repair, homologous recombinational repair, non homologous end joining and microhomology mediated end joining. Such repair processes are essential for maintaining nuclear DNA stability. Failure of repair activity to keep up with the occurrence of damages has various negative consequences. Nuclear DNA damages, as well as the mutations and epigenetic alterations that such damages cause, are considered to be a major cause of cancer. Nuclear DNA damages are also implicated in aging and neurodegenerative diseases.
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.
Nuclear DNA is subject to mutation. A major cause of mutation is inaccurate DNA replication, often by specialized DNA polymerases that synthesize past DNA damages in the template strand (error prone trans lesion synthesis). Mutations also arise by inaccurate DNA repair. The microhomology mediated end joining pathway for repair of double strand breaks is particularly prone to mutation. Mutations arising in the nuclear DNA of the germline are most often neutral or adaptively disadvantageous. However, the small proportion of mutations that prove to be advantageous provide the genetic variation upon which natural selection operates to generate new adaptations.