Молекулалық биология мен биохимия

Оқулықтық тірек

• Очкур Е.А., Құрманғалиева Ж., Нұртаева М. «Биология. 10-сынып ЖМБ», 10-сынып, Мектеп, 2019, б. 17–38, 61–76
• Ковшарь А.Ф., Асанов Н.Ғ., Соловьева А.Р., Ибраимова Б.Т., Куприй С.А. «Биология. 11-сынып», 1-бөлім, 11-сынып, 2020, б. 11–28

Негізгі ұғымдар

• Су – диполь (бұрыш 104,5°), сутектік байланыстар; әмбебап еріткіш, жоғары жылусыйымдылық; +4°C-та тығыздығы ең жоғары.
• Нәруыз – 20 аминқышқылынан тұратын полимер, пептидтік байланыс $-CO-NH-$.
• ДНҚ – қос спираль (1953), антипараллель, комплементар: A=T (2 сутектік байланыс), G≡C (3).
• Генетикалық код – триплетті, артық (азғындалған), әмбебап; 64 кодон.
• Орталық догма: ДНҚ → РНҚ → нәруыз.

Теория

Көмірсулар $C_n(H_2O)_m$:

Топ	Мысал
Моносахаридтер	рибоза, дезоксирибоза ($C_5$); глюкоза, фруктоза, галактоза ($C_6H_{12}O_6$)
Дисахаридтер	сахароза (глюкоза + фруктоза), мальтоза (глюкоза + глюкоза), лактоза (глюкоза + галактоза)
Полисахаридтер	крахмал (өсімдік қоры), гликоген (жануар қоры), целлюлоза (қабырға), хитин (буынаяқтылар, саңырауқұлақтар)

Липидтер – гидрофобты. Майлар (триглицеридтер) = глицерол + 3 май қышқылы; қаныққан (пальмитин, стеарин – қатты, жануар майы) және қанықпаған (олеин, линол – сұйық, өсімдік майы). Фосфолипидтер – амфифильді (мембрананың негізі). Стероидтар – холестерин, жыныс гормондары, өт қышқылдары.

Нәруыз құрылымының деңгейлері:

Деңгей	Сипаты	Байланыс
Бірінші реттік	аминқышқылдарының реті	пептидтік
Екінші реттік	α-спираль, β-қатпар	сутектік
Үшінші реттік	глобула/фибрилла	дисульфидті $-S-S-$, иондық, гидрофобты
Төртінші реттік	бірнеше полипептид (гемоглобин – 4)	–

Ферменттер. Активтену энергиясын төмендетеді. $E + S \rightleftharpoons ES \rightarrow EP \rightarrow E + P$. Белсенді орталық: байланыстырушы және каталитикалық аймақ. Модельдер: Фишердің «кілт – құлып» (1894) және Кошландтың индукцияланған сәйкестік моделі.

Ингибирлену	Бәсекелес	Бәсекелес емес
Ингибитор	субстратқа ұқсас, белсенді орталыққа	ұқсамайды, аллостерикалық орталыққа
$K_m$ / $V_{max}$	$K_m$ артады, $V_{max}$ өзгермейді	$K_m$ өзгермейді, $V_{max}$ төмендейді
Субстратты арттыру	жеңеді	жеңбейді
Мысал	сульфаниламидтер (ПАБҚ-мен бәсеке)	ауыр металдар (Pb²⁺, Hg²⁺)

Нуклеин қышқылдары.

	ДНҚ	РНҚ
Тізбек	қос	бір
Көмірсу	дезоксирибоза	рибоза
Негіздер	A, G, C, T	A, G, C, U
РНҚ түрлері: мРНҚ (3–5%, ақпаратты рибосомаға жеткізеді), тРНҚ (10–15%, «жоңышқа жапырағы», антикодон, CCA-ұшы), рРНҚ (80–85%, рибосома негізі, пептидтік байланысты катализдейді).
Чаргафф ережелері (1950): $A = T$, $G = C$, $A + G = T + C$.

Репликация – жартылай консервативті (Мезельсон мен Сталь): хеликаза (тарқатады), топоизомераза, праймаза (РНҚ-праймер), ДНҚ-полимераза (тек $5'\to3'$; жетекші тізбек – үздіксіз, кешігуші – Оказаки фрагменттері), ДНҚ-лигаза (фрагменттерді жалғайды).

Нәруыз биосинтезі.

1. Транскрипция (ядро, РНҚ-полимераза): промоторды (TATA-бокс) таниды → $3'\to5'$ матрица бойымен $5'\to3'$ РНҚ синтезделеді → терминатор.
2. Процессинг (эукариоттарда): 5'-кэп (7-метилгуанозин), 3'-поли(А)-құйрық (100–250 А), сплайсинг – интрондар кесіліп, экзондар жалғанады.
3. Трансляция (цитоплазма, рибосома): тРНҚ АТФ жұмсап аминқышқылын қосады → кіші 40S суббірлік старт-кодонды (АУГ, метионин) табады → 60S қосылады → элонгация → стоп-кодонда тоқтайды.

Генетикалық код қасиеттері: триплеттілік ($4^3 = 64$ кодон); артықтық (лейцин, серин, аргинин – 6 кодон; метионин АУГ мен триптофан УГГ – жалғыз кодон); әмбебаптық.

Формулалар

• Чаргафф: $\%A = \%T$, $\%G = \%C$, $\%A + \%G = 50\%$.
• Кодон саны: $4^3 = 64$.
• Гендегі нуклеотид саны (бір тізбек): $N = 3 \cdot (\text{аминқышқыл саны})$.

Мысалдар

1. Есеп. ДНҚ-да тимин 18%. Қалғандары? – $A = 18\%$, $G = C = \dfrac{100 - 36}{2} = 32\%$.
2. Есеп. ДНҚ тізбегі 3'-ТАЦ-ГГА-5'. мРНҚ? – 5'-АУГ-ЦЦУ-3'.
3. Есеп. Нәруыз 150 аминқышқылынан тұрады. мРНҚ-ның кодтаушы бөлігінде неше нуклеотид? – $150 \cdot 3 = 450$ (стоп-кодонсыз).
4. Сұрақ. Субстрат концентрациясын арттырғанда тежелу жойылды. Ингибирлену түрі? – Бәсекелес.

ҰБТ-дағы жиі қателер

• РНҚ-да тимин бар деу – РНҚ-да урацил.
• G мен C арасында 2 байланыс деу – 3, A мен T арасында 2.
• Сахарозаны екі глюкозадан деу – глюкоза + фруктоза; екі глюкоза – мальтоза.
• Бәсекелес емес ингибитор белсенді орталыққа қосылады деу – аллостерикалық орталыққа.
• Оказаки фрагменттері жетекші тізбекте түзіледі деу – кешігуші тізбекте.

Өзіңді тексер

1. Жануарлардың қор полисахариді? – Гликоген.
2. Нәруыздың екінші реттік құрылымын қандай байланыс ұстайды? – Сутектік байланыстар.
3. Тек бір кодонмен кодталатын аминқышқылдары? – Метионин (АУГ) және триптофан (УГГ).
4. Пре-мРНҚ-дан интрондарды не кеседі? – Сплайсосома (сплайсинг).
5. Оказаки фрагменттерін не жалғайды? – ДНҚ-лигаза.