O'tish tufayli DNK o'zgarishi. DNK molekulasining tuzilishi
DNK molekulasi qo'sh spiral hosil qiluvchi ikkita zanjirdan iborat. Uning tuzilishi birinchi marta 1953 yilda Frensis Krik va Jeyms Uotson tomonidan shifrlangan.
Dastlab, bir-birining atrofida aylangan bir juft nukleotid zanjiridan tashkil topgan DNK molekulasi nima uchun bunday shaklga ega ekanligi haqida savollar tug'dirdi. Olimlar bu hodisani komplementarlik deb atashgan, ya'ni uning iplarida faqat ma'lum nukleotidlar bir-biriga qarama-qarshi joylashgan bo'lishi mumkin. Masalan, adenin doimo timinga, guanin esa sitozinga qarama-qarshidir. DNK molekulasining bu nukleotidlari komplementar deyiladi.
Sxematik ravishda bu quyidagicha ko'rsatilgan:
T - A
C - G
Bu juftliklar aminokislotalarning joylashish tartibini belgilaydigan kimyoviy nukleotid bog'ini hosil qiladi. Birinchi holda, u biroz zaifroq. C va G o'rtasidagi aloqa kuchliroq. Komplementar bo'lmagan nukleotidlar bir-biri bilan juftlik hosil qilmaydi.
Tuzilishi haqida
Demak, DNK molekulasining tuzilishi alohida. U bir sababga ko'ra bunday shaklga ega: haqiqat shundaki, nukleotidlar soni juda ko'p va uzun zanjirlarni joylashtirish uchun juda ko'p joy kerak. Aynan shuning uchun zanjirlar spiral buramalarga xosdir. Ushbu hodisa spiralizatsiya deb ataladi, u iplarni besh yoki olti marta qisqartirishga imkon beradi.
Bunday rejaning ba'zi molekulalari organizm tomonidan juda faol ishlatiladi, boshqalari kamdan-kam hollarda. Ikkinchisi, spiralizatsiyaga qo'shimcha ravishda, supercoiling kabi "ixcham qadoqlash" ga ham duchor bo'ladi. Va keyin DNK molekulasining uzunligi 25-30 marta qisqaradi.
Molekulaning "qadoqlanishi" nima?
Giston oqsillari superkoillanish jarayonida ishtirok etadi. Ular ip yoki novda uchun g'altakning tuzilishi va ko'rinishiga ega. Ularga spirallangan iplar o'ralgan bo'lib, ular darhol "ixcham o'ralgan" va kam joy egallaydi. U yoki bu ipni ishlatish zarurati tug'ilganda, u spiraldan, masalan, giston oqsilidan chiqariladi va spiral ikkita parallel zanjirga aylanadi. DNK molekulasi bu holatda bo'lganda, undan kerakli genetik ma'lumotlarni o'qish mumkin. Biroq, bitta shart mavjud. Agar DNK molekulasining tuzilishi burilmagan bo'lsa, ma'lumot olish mumkin. O'qish uchun mavjud bo'lgan xromosomalar euchromatinlar deb ataladi va agar ular superspirallashgan bo'lsa, ular allaqachon heterokromatinlardir.
Nuklein kislotalar
Nuklein kislotalar, oqsillar kabi, biopolimerlardir. Asosiy funktsiya irsiy (genetik ma'lumotni) saqlash, amalga oshirish va uzatishdir. Ular ikki xil: DNK va RNK (deoksiribonuklein va ribonuklein). Ulardagi monomerlar nukleotidlar bo'lib, ularning har birida fosfor kislotasi qoldig'i, besh uglerodli shakar (dezoksiriboza / riboza) va azotli asos mavjud. DNK kodi 4 turdagi nukleotidlarni o'z ichiga oladi - adenin (A) / guanin (G) / sitozin (C) / timin (T). Ular tarkibidagi azotli asosda farqlanadi.
DNK molekulasida nukleotidlar soni juda katta bo'lishi mumkin - bir necha mingdan o'nlab va yuzlab millionlargacha. Bunday ulkan molekulalarni elektron mikroskop orqali ko'rish mumkin. Bunday holda, nukleotidlarning azotli asoslarining vodorod aloqalari bilan o'zaro bog'langan polinukleotid zanjirlarining qo'sh zanjirini ko'rish mumkin bo'ladi.
Tadqiqot
Tadqiqotlar davomida olimlar turli tirik organizmlardagi DNK molekulalarining turlari har xil ekanligini aniqladilar. Shuningdek, bitta zanjirning guanini faqat sitozin bilan, timin esa adenin bilan bog'lanishi mumkinligi aniqlandi. Bitta zanjirning nukleotidlarining joylashishi parallel zanjirga to'g'ri keladi. Polinukleotidlarning ana shunday komplementarligi tufayli DNK molekulasi duplikatsiya va o'z-o'zini ko'paytirishga qodir. Ammo birinchi navbatda, qo'shilgan nukleotidlarni yo'q qiladigan maxsus fermentlar ta'sirida qo'shimcha zanjirlar ajralib chiqadi va keyin ularning har birida etishmayotgan zanjirning sintezi boshlanadi. Bu har bir hujayrada ko'p miqdorda mavjud bo'lgan erkin nukleotidlar bilan bog'liq. Natijada, "ota-molekula" o'rniga tarkibi va tuzilishi jihatidan bir xil bo'lgan ikkita "qizi" hosil bo'ladi va DNK kodi asl nusxaga aylanadi. Bu jarayon hujayra bo'linishining kashshofidir. U barcha irsiy ma'lumotlarning ona hujayralaridan qiz hujayralariga, shuningdek, barcha keyingi avlodlarga o'tkazilishini ta'minlaydi.
Gen kodi qanday o'qiladi?
Bugungi kunda nafaqat DNK molekulasining massasi hisoblab chiqiladi, balki ilgari olimlar uchun mavjud bo'lmagan murakkabroq ma'lumotlarni ham topish mumkin. Masalan, tananing o'z hujayrasidan qanday foydalanishi haqida ma'lumotni o'qishingiz mumkin. Albatta, dastlab bu ma'lumot kodlangan shaklda bo'lib, ma'lum bir matritsa shakliga ega va shuning uchun uni RNK bo'lgan maxsus tashuvchiga o'tkazish kerak. Ribonuklein kislota yadro membranasi orqali hujayra ichiga singib ketishi va ichidagi kodlangan ma'lumotlarni o'qishi mumkin. Shunday qilib, RNK yadrodan hujayraga yashirin ma'lumotlarning tashuvchisi bo'lib, uning DNKdan farqi shundaki, unda dezoksiriboza o'rniga riboza, timin o'rniga urasil mavjud. Bundan tashqari, RNK bir zanjirli.
RNK sintezi
DNKning chuqur tahlili shuni ko'rsatdiki, RNK yadrodan chiqqandan so'ng u sitoplazmaga kiradi va u erda ribosomalarga (maxsus ferment tizimlari) shablon sifatida birlashtirilishi mumkin. Qabul qilingan ma'lumotlarga asoslanib, ular protein aminokislotalarining tegishli ketma-ketligini sintez qilishlari mumkin. Ribosoma triplet kodidan paydo bo'lgan oqsil zanjiriga qaysi turdagi organik birikmalar biriktirilishi kerakligini bilib oladi. Har bir aminokislota uni kodlaydigan o'ziga xos tripletga ega.
Zanjirning shakllanishi tugagandan so'ng, u o'ziga xos fazoviy shaklga ega bo'ladi va o'zining gormonal, qurilish, fermentativ va boshqa funktsiyalarini bajarishga qodir bo'lgan oqsilga aylanadi. Har qanday organizm uchun bu gen mahsulotidir. Undan genlarning barcha turdagi sifatlari, xossalari va ko'rinishlari aniqlanadi.
Genlar
Avvalo, DNK molekulasining tuzilishida nechta gen borligi haqida ma'lumot olish maqsadida sekvensiya jarayonlari ishlab chiqilgan. Va tadqiqot olimlarga bu masalada uzoqqa borishga imkon bergan bo'lsa-da, ularning aniq sonini bilish hali mumkin emas.
Bir necha yil oldin, DNK molekulalarida taxminan 100 000 gen mavjud deb taxmin qilingan. Biroz vaqt o'tgach, bu ko'rsatkich 80 000 ga kamaydi va 1998 yilda genetiklar bitta DNKda atigi 50 000 ta gen mavjudligini ta'kidladilar, bu DNKning butun uzunligining atigi 3% ni tashkil qiladi. Ammo ularni genetiklarning so'nggi xulosalari hayratda qoldirdi. Endi ular genomda 25-40 mingta birlik borligini ta'kidlamoqdalar. Ma'lum bo'lishicha, xromosoma DNKsining atigi 1,5 foizi oqsillarni kodlash uchun javobgardir.
Tadqiqotlar shu bilan to‘xtab qolmadi. Parallel genetik muhandislik mutaxassislari guruhi bitta molekuladagi genlar soni roppa-rosa 32 000 ta ekanligini aniqladi. Ko'rib turganingizdek, aniq javob olish hali ham mumkin emas. Juda ko'p qarama-qarshiliklar. Barcha tadqiqotchilar faqat o'zlarining topilmalariga tayanadilar.
Evolyutsiya bo'lganmi?
Molekulaning evolyutsiyasi haqida hech qanday dalil yo'qligiga qaramay (chunki DNK molekulasining tuzilishi mo'rt va kichik o'lchamga ega), olimlar baribir bitta taxminni ilgari surdilar. Laboratoriya ma'lumotlariga asoslanib, ular quyidagi tarkibning versiyasini aytishdi: molekula paydo bo'lishining dastlabki bosqichida oddiy o'z-o'zini ko'paytiruvchi peptid shakliga ega bo'lib, qadimgi okeanlarda mavjud bo'lgan 32 tagacha aminokislotalarni o'z ichiga olgan.
O'z-o'zini ko'paytirishdan so'ng, tabiiy tanlanish kuchlari tufayli molekulalar o'zlarini tashqi elementlarning ta'siridan himoya qilish qobiliyatiga ega. Ular uzoqroq yashay boshladilar va ko'p miqdorda ko'paya boshladilar. O'zlarini lipid pufagida topib olgan molekulalar o'zlarini ko'paytirish uchun barcha imkoniyatlarga ega bo'lishdi. Bir qator ketma-ket tsikllar natijasida lipid pufakchalari hujayra membranalari shaklini oldi va faqat keyinchalik - taniqli zarralar. Shuni ta'kidlash kerakki, bugungi kunda DNK molekulasining istalgan qismi murakkab va yaxshi ishlaydigan tuzilma bo'lib, uning barcha xususiyatlari olimlar tomonidan hali to'liq o'rganilmagan.
Zamonaviy dunyo
Yaqinda isroillik olimlar soniyada trillionlab operatsiyalarni bajara oladigan kompyuterni yaratdilar. Bugungi kunda bu Yerdagi eng tez avtomobil. Butun sir innovatsion qurilma DNK dan ishlaydi. Professorlarning aytishicha, yaqin kelajakda bunday kompyuterlar hatto energiya ishlab chiqarishga qodir.
Rehovotdagi (Isroil) Veyzman instituti mutaxassislari bir yil avval molekulalar va fermentlardan iborat dasturlashtiriladigan molekulyar kompyuter yaratilishini e’lon qilgan edi. Ular silikon mikrochiplarni almashtirdilar. Shu kungacha jamoa oldinga intildi. Endi faqat bitta DNK molekulasi kompyuterni kerakli ma'lumotlar bilan ta'minlashi va kerakli yoqilg'i bilan ta'minlashi mumkin.
Biokimyoviy "nanokompyuterlar" fantastika emas, ular tabiatda allaqachon mavjud va har bir tirik mavjudotda namoyon bo'ladi. Ammo ko'pincha ular odamlar tomonidan boshqarilmaydi. Aytaylik, "Pi" sonini hisoblash uchun odam hali biron bir o'simlikning genomida operatsiya qila olmaydi.
Ma'lumotlarni saqlash/qayta ishlash uchun DNKdan foydalanish g'oyasi birinchi marta 1994 yilda olimlarning yorqin boshlarini urdi. Aynan o'sha paytda molekula oddiy matematik masalani hal qilish uchun ishlatilgan. O'shandan beri bir qator tadqiqot guruhlari DNK kompyuterlari bilan bog'liq turli loyihalarni taklif qilishdi. Ammo bu erda barcha urinishlar faqat energiya molekulasiga asoslangan edi. Bunday kompyuterni oddiy ko'z bilan ko'ra olmaysiz, u probirkadagi suvning shaffof eritmasiga o'xshaydi. Unda mexanik qismlar yo'q, faqat trillionlab biomolekulyar qurilmalar - va bu faqat bir tomchi suyuqlikda!
Inson DNKsi
Odamlar qanday inson DNKsi borligini 1953 yilda, olimlar birinchi marta dunyoga DNKning ikki torli modelini ko'rsatishga muvaffaq bo'lganlarida bilishgan. Buning uchun Kirk va Uotson Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi, chunki bu kashfiyot 20-asrda asos bo'ldi.
Vaqt o'tishi bilan, albatta, ular nafaqat taklif qilingan versiyada bo'lgani kabi, tuzilgan inson molekulasi ham ko'rinishi mumkinligini isbotladilar. Batafsilroq DNK tahlilidan so'ng ular Z-ning A-, B- va chap qo'l shaklini topdilar. A shakli ko'pincha istisno hisoblanadi, chunki u namlik etishmasligi bilan hosil bo'ladi. Ammo bu faqat laboratoriya tadqiqotlarida mumkin, tabiiy muhit uchun bu g'ayritabiiy, tirik hujayrada bunday jarayon bo'lishi mumkin emas.
B-shakli klassik bo'lib, ikki tomonlama o'ng qo'l zanjiri sifatida tanilgan, ammo Z-shakli nafaqat orqaga, chapga burilgan, balki ko'proq zigzag ko'rinishga ega. Olimlar G-quadrupleks shaklini ham aniqladilar. Uning tuzilishida 2 emas, balki 4 ta ip. Genetiklarning fikriga ko'ra, bu shakl guaninning ortiqcha miqdori bo'lgan joylarda paydo bo'ladi.
Sun'iy DNK
Bugungi kunda sun'iy DNK allaqachon mavjud bo'lib, u haqiqiyning bir xil nusxasi; u tabiiy qo'sh spiralning tuzilishini mukammal tarzda takrorlaydi. Ammo, asl polinukleotiddan farqli o'laroq, sun'iyda faqat ikkita qo'shimcha nukleotid mavjud.
Dublyaj haqiqiy DNKning turli xil tadqiqotlari jarayonida olingan ma'lumotlar asosida yaratilganligi sababli, uni nusxalash, o'z-o'zidan ko'paytirish va rivojlantirish ham mumkin. Mutaxassislar taxminan 20 yil davomida shunday sun'iy molekulani yaratish ustida ishlamoqda. Natijada, genetik kodni tabiiy DNK kabi ishlata oladigan ajoyib ixtiro.
Mavjud to'rtta azotli asosga genetika tabiiy asoslarni kimyoviy modifikatsiya qilish usuli bilan yaratilgan qo'shimcha ikkitasini qo'shdi. Tabiiy DNKdan farqli o'laroq, sun'iy DNK juda qisqa bo'lib chiqdi. U faqat 81 ta asosiy juftlikni o'z ichiga oladi. Biroq, u ham ko'payadi va rivojlanadi.
Sun'iy ravishda olingan molekulaning replikatsiyasi polimeraza zanjiri reaktsiyasi tufayli sodir bo'ladi, ammo hozircha bu mustaqil ravishda emas, balki olimlarning aralashuvi bilan sodir bo'ladi. Ular mustaqil ravishda aytib o'tilgan DNKga kerakli fermentlarni qo'shib, uni maxsus tayyorlangan suyuq muhitga joylashtiradilar.
Yakuniy natija
DNK rivojlanishining jarayoni va yakuniy natijasiga mutatsiyalar kabi turli omillar ta'sir ko'rsatishi mumkin. Bu tahlil natijalari ishonchli va ishonchli bo'lishi uchun materiya namunalarini majburiy o'rganishga olib keladi. Masalan, otalikni aniqlash testi. Ammo mutatsiya kabi hodisalar kamdan-kam sodir bo'lganidan quvonmaslik mumkin emas. Shunga qaramay, tahlil asosida aniqroq ma'lumot olish uchun materiya namunalari doimo qayta tekshiriladi.
O'simlik DNKsi
Yuqori texnologiyali sekvensiya (HTS) tufayli genomika sohasida inqilob amalga oshirildi - o'simliklardan DNKni ajratib olish ham mumkin. Albatta, o‘simlik materialidan yuqori sifatli DNK molekulyar og‘irligini olish DNK ning mitoxondriyalari va xloroplastlari nusxalarining ko‘pligi, shuningdek, polisaxaridlar va fenolik birikmalarning yuqori darajasi tufayli ma’lum qiyinchiliklar tug‘diradi. Bunday holda, biz ko'rib chiqayotgan strukturani izolyatsiya qilish uchun turli usullar qo'llaniladi.
DNKdagi vodorod aloqasi
DNK molekulasidagi vodorod aloqasi elektromanfiy atomga biriktirilgan musbat zaryadlangan vodorod atomi o'rtasida hosil bo'lgan elektromagnit tortishish uchun javobgardir. Ushbu dipol o'zaro ta'siri kimyoviy bog'lanish mezoniga kirmaydi. Lekin u molekulalararo yoki molekulaning turli qismlarida, ya'ni intramolekulyar tarzda amalga oshirilishi mumkin.
Vodorod atomi ushbu bog'lanishning donori bo'lgan elektronegativ atomga biriktirilgan. Elektromanfiy atom azot, ftor, kislorod bo'lishi mumkin. U - markazsizlashtirish orqali - vodorod yadrosidan elektron bulutini o'ziga tortadi va vodorod atomini (qisman) musbat zaryadlangan qiladi. H ning kattaligi boshqa molekulalar va atomlarga nisbatan kichik bo'lgani uchun zaryad ham kichikdir.
DNKni dekodlash
DNK molekulasini dekodlashdan oldin olimlar birinchi navbatda juda ko'p hujayralarni olishadi. Eng to'g'ri va muvaffaqiyatli ish uchun sizga millionga yaqin kerak bo'ladi. Tadqiqot davomida olingan natijalar doimiy ravishda taqqoslanadi va qayd etiladi. Bugungi kunda genomlar ketma-ketligi kamdan-kam uchraydigan narsa emas, balki arzon protsedura.
Albatta, bitta hujayraning genomini ochish noto'g'ri mashqdir. Bunday tadqiqotlar davomida olingan ma'lumotlar olimlarni qiziqtirmaydi. Ammo shuni tushunish kerakki, hozirda mavjud bo'lgan barcha dekodlash usullari, ularning murakkabligiga qaramay, etarli darajada samarali emas. Ular sizga DNKning atigi 40-70 foizini o'qishga imkon beradi.
Biroq, Garvard professorlari yaqinda genomning 90% dekodlanishi mumkin bo'lgan usulni e'lon qilishdi. Texnika ajratilgan hujayralarga primer molekulalarni qo'shishga asoslangan bo'lib, ular yordamida DNK replikatsiyasi boshlanadi. Ammo bu usulni ham muvaffaqiyatli deb bo'lmaydi, uni fanda ochiq qo'llashdan oldin uni hali ham takomillashtirish kerak.
DNK molekulasi polinukleotid bo'lib, uning monomerik birliklari to'rtta deoksiribonukleotiddir (dAMP, dGMP, dCMP va dTMP). Turli organizmlarning DNKsidagi nisbat va nukleotidlar har xil. Asosiy azotli asoslardan tashqari, DNKda kichik asoslarga ega bo'lgan boshqa deoksiribonukleotidlar ham mavjud: 5-metilsitozin, 5-gidroksimetilsitozin, 6-metilaminopurin.
Biologik makromolekulalarni o'rganish va mukammal rentgen naqshlarini olish uchun rentgen kristallografiya usulini qo'llash mumkin bo'lgandan so'ng, DNKning molekulyar tuzilishini aniqlash mumkin bo'ldi. Bu usul atomlarning kristall klasteriga tushayotgan parallel rentgen nurlari dastasi diffraktsiya naqshini hosil qilishiga asoslanadi, bu asosan shu atomlarning atom massasiga, ularning fazoda joylashishiga bog'liq. O'tgan asrning 40-yillarida DNK molekulasining uch o'lchovli tuzilishi haqida nazariya ilgari surildi. U.Astberi bu bir-birining ustiga qo'yilgan tekis nukleotidlar to'plami ekanligini isbotladi.
DNK molekulasining birlamchi tuzilishi
Nuklein kislotalarning birlamchi tuzilishi DNK polinukleotid zanjiridagi nukleotidlar ketma-ketligini bildiradi. Nukleotidlar bir-biriga fosfodiester bog'lari orqali bog'langan bo'lib, ular bir nukleotidning dezoksiribozasining 5-pozitsiyasidagi OH guruhi va boshqasining pentozasining 3-pozitsiyasidagi OH guruhi o'rtasida hosil bo'ladi.
Nuklein kislotalarning biologik xossalari polinukleotid zanjiridagi nukleotidlarning sifat nisbati va ketma-ketligi bilan belgilanadi.
Turli organizmlardagi DNKning nukleotid tarkibi o'ziga xosdir va (G + C) / (A + T) nisbati bilan belgilanadi. O'ziga xoslik koeffitsientidan foydalanib, turli xil kelib chiqadigan organizmlarda DNK nukleotid tarkibining heterojenlik darajasi aniqlandi. Shunday qilib, yuqori o'simliklar va hayvonlarda (G + C) / (A + T) nisbati biroz o'zgarib turadi va 1 dan katta qiymatga ega. Mikroorganizmlar uchun o'ziga xoslik koeffitsienti keng doirada - 0,35 dan 2,70 gacha o'zgarib turadi. Shu bilan birga, berilgan biologik tur bir xil nukleotid tarkibidagi DNKni o'z ichiga oladi, ya'ni bir turning DNKsi GK asos juftlarining tarkibi bo'yicha bir xil deb aytish mumkin.
DNK nukleotid tarkibining heterojenligini o'ziga xoslik koeffitsienti bo'yicha aniqlash hali uning biologik xususiyatlari haqida ma'lumot bermaydi. Ikkinchisi polinukleotid zanjiridagi alohida nukleotid joylarining turli ketma-ketligi bilan bog'liq. Bu DNK molekulalaridagi genetik ma'lumotlar uning monomerik birliklarining ma'lum bir ketma-ketligida kodlanganligini anglatadi.
DNK molekulasida RNK sintezi (transkripsiya), (translyatsiya) sintez jarayonlarini boshlash va tugatish uchun mo'ljallangan nukleotidlar ketma-ketligi mavjud. O'ziga xos faollashtiruvchi va inhibitiv tartibga soluvchi molekulalarni bog'lash uchun xizmat qiluvchi nukleotidlar ketma-ketligi, shuningdek, hech qanday genetik ma'lumotni olib yurmaydigan nukleotidlar ketma-ketligi mavjud. Molekulani nukleazlar ta'siridan himoya qiluvchi o'zgartirilgan hududlar ham mavjud.
DNKning nukleotidlar ketma-ketligi muammosi hali to'liq hal etilmagan. Nuklein kislotalarning nukleotidlar ketma-ketligini aniqlash molekulalarni alohida bo'laklarga o'ziga xos nukleaza bo'linish usulidan foydalanishni o'z ichiga olgan mashaqqatli jarayondir. Bugungi kunga kelib, turli xil kelib chiqishi tRNKlarining ko'pchiligi uchun azotli asoslarning to'liq nukleotidlar ketma-ketligi aniqlangan.
DNK molekulasi: ikkilamchi tuzilish
Uotson va Krik qo'sh spiral modelini ishlab chiqdilar. Ushbu modelga ko'ra, ikkita polinukleotid zanjiri bir-biriga o'raladi va shu bilan bir xil spiral hosil qiladi.
Ulardagi azotli asoslar strukturaning ichida, fosfodiester magistral esa tashqarida joylashgan.
DNK molekulasi: uchinchi darajali tuzilish
Hujayradagi chiziqli DNK cho'zilgan molekula shakliga ega, u ixcham tuzilishga o'ralgan va hujayra hajmining atigi 1/5 qismini egallaydi. Masalan, inson xromosoma DNKsining uzunligi 8 sm ga etadi va u uzunligi 5 nm bo'lgan xromosomaga sig'adigan tarzda o'ralgan. Bunday uslublar spirallashgan DNK tuzilmalari mavjudligi tufayli mumkin. Bundan kelib chiqadiki, kosmosdagi DNKning ikki zanjirli spiralini ma'lum uchinchi darajali tuzilishga - o'ta spiralga yanada buklash mumkin. DNKning superkoil konformatsiyasi yuqori organizmlar xromosomalariga xosdir. Bunday uchinchi darajali tuzilma nukleoprotein kompleksini (xromatin) tashkil etuvchi oqsillarni tashkil etuvchi aminokislotalar qoldiqlari bilan barqarorlashadi. Binobarin, DNK asosan asosiy oqsillar - gistonlar, shuningdek kislotali oqsillar va fosfoproteinlar bilan bog'langan.
vatson va qichqiriq shuni ko'rsatdi DNK ikkita polinukleotid zanjiridan iborat. Har bir zanjir o'ng tomonga spiral shaklida o'raladi va ularning ikkalasi bir-biriga o'raladi, ya'ni bir xil o'q atrofida o'ngga buralib, qo'sh spiral hosil qiladi.
Zanjirlar antiparallel, ya'ni ular qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan. DNKning har bir zanjiri shakar-fosfat magistralidan iborat bo'lib, uning bo'ylab asoslar qo'sh spiralning uzun o'qiga perpendikulyar joylashgan; qo'sh spiralning qarama-qarshi ikkita zanjirining qarama-qarshi asoslari vodorod bog'lari bilan bog'langan.
shakar fosfat umurtqalari ikkita ipli qo'sh spiral DNKning fazoviy modelida aniq ko'rinadi. Ikki zanjirning shakar-fosfat magistrallari orasidagi masofa doimiy va asosiy juftlik, ya'ni bitta purin va bitta pirimidin egallagan masofaga teng. Ikkita purin juda ko'p joy egallaydi va ikkita pirimidin ikkita zanjir orasidagi bo'shliqlarni to'ldirish uchun juda kam joy egallaydi.
Molekula o'qi bo'ylab qo'shni asos juftlari bir-biridan 0,34 nm masofada joylashgan bo'lib, bu rentgen nurlari naqshlarida topilgan davriylikni tushuntiradi. Spiralning to'liq burilishi 3,4 nm, ya'ni 10 ta asosiy juftlikka to'g'ri keladi. Bir ipdagi nukleotidlar ketma-ketligiga hech qanday cheklovlar yo'q, lekin tayanch juftlik qoidasi tufayli bir zanjirdagi bu ketma-ketlik ikkinchi ipdagi nukleotidlar ketma-ketligini aniqlaydi. Shuning uchun biz qo'sh spiralning ikkita ipi bir-birini to'ldiruvchi deb aytamiz.
vatson va qichqiriq haqida xabar e’lon qildi sizning DNK modelingiz 1953 yilda "" jurnalida va 1962 yilda Moris Uilkins bilan birgalikda ular ushbu ish uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi. O'sha yili Kendry va Perutz oqsillarning uch o'lchovli tuzilishini aniqlash bo'yicha rentgen nurlari difraksion tahlili orqali amalga oshirgan ishlari uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi. Ushbu mukofotlar topshirilgunga qadar saraton kasalligidan vafot etgan Rozalind Franklin laureatlar ro'yxatiga kiritilmagan, chunki Nobel mukofoti vafotidan keyin berilmaydi.
Taklif etilayotgan strukturani genetik material sifatida tan olish uchun u quyidagilarga qodirligini ko'rsatish kerak edi: 1) kodlangan ma'lumotni tashish va 2) aniq takrorlash (ko'paytirish). Uotson va Krik ularning modeli ushbu talablarga javob berishini bilishgan. Birinchi maqolasining oxirida ular vazminlik bilan ta'kidladilar: "Biz taxmin qilgan aniq bazaviy juftlik darhol genetik materialning mumkin bo'lgan nusxa ko'chirish mexanizmini postulatsiya qilishga imkon berishi bizning e'tiborimizdan chetda qolmadi".
Xuddi shu 1953 yilda nashr etilgan ikkinchi maqolada ular o'zlarining modelining genetik nuqtai nazardan ta'sirini muhokama qilishdi. Bu kashfiyot qanday ekanligini ko'rsatdi aniq tuzilma allaqachon molekulyar darajadagi funktsiya bilan bog'lanishi mumkin, molekulyar biologiyaning rivojlanishiga kuchli turtki berdi.
MOSKVA, 25 aprel - RIA Novosti, Tatyana Pichugina. Bundan roppa-rosa 65 yil muqaddam britaniyalik olimlar Jeyms Uotson va Frensis Krik DNK tuzilishini dekodlash, yangi fan – molekulyar biologiya asoslarini qo‘yishga bag‘ishlangan maqola e’lon qilgan edi. Bu kashfiyot insoniyat hayotida ko'p narsalarni o'zgartirdi. RIA Novosti DNK molekulasining xossalari va u nima uchun muhimligi haqida gapirib beradi.
19-asrning ikkinchi yarmida biologiya juda yosh fan edi. Olimlar hujayrani endigina o'rganishni boshladilar va irsiyat tushunchasi, garchi Gregor Mendel tomonidan ilgari surilgan bo'lsa ham, keng qabul qilinmadi.
1868 yil bahorida yosh shveytsariyalik shifokor Fridrix Misher ilmiy ish bilan shug'ullanish uchun Tyubingen universitetiga (Germaniya) keldi. U hujayra qanday moddalardan iboratligini aniqlashni maqsad qilgan. Tajribalar uchun men yiringdan olish oson bo'lgan leykotsitlarni tanladim.
Yadroni protoplazma, oqsil va yog'lardan ajratib, Misher tarkibida fosfor ko'p bo'lgan birikmani topdi. U bu molekulani nuklein (lotincha "yadro" - yadro) deb atagan.
Ushbu birikma kislotali xususiyatga ega edi, shuning uchun "nuklein kislotasi" atamasi paydo bo'ldi. Uning "deoksiribo" prefiksi molekulada H-guruhlari va qandlar mavjudligini bildiradi. Keyin ma'lum bo'ldiki, aslida bu tuz, lekin nomi o'zgartirilmagan.
20-asrning boshlarida olimlar nuklein polimer (ya'ni takrorlanuvchi birliklarning juda uzun moslashuvchan molekulasi), birliklar to'rtta azotli asosdan (adenin, timin, guanin va sitozin) va nukleindan iborat ekanligini allaqachon bilishgan. xromosomalarda - bo'linadigan hujayralarda yuzaga keladigan ixcham tuzilmalarda mavjud. Ularning irsiy xususiyatlarni uzatish qobiliyatini amerikalik genetik Tomas Morgan Drosophila ustida o'tkazilgan tajribalarda ko'rsatdi.
Genlarni tushuntiruvchi model
Ammo dezoksiribonuklein kislotasi, qisqartirilgan DNK, hujayra yadrosida nima qilishi uzoq vaqt davomida tushunilmagan. U xromosomalarda qandaydir strukturaviy rol o'ynaydi, deb ishonilgan. Irsiyat birliklari - genlar - oqsil tabiatiga tegishli edi. Bu yutuqni amerikalik tadqiqotchi Osvald Averi amalga oshirdi, u genetik material bakteriyadan bakteriyaga DNK orqali uzatilishini eksperimental tarzda isbotladi.
DNKni o'rganish kerakligi aniq bo'ldi. Lekin qanday? O'sha paytda olimlar uchun faqat rentgen nurlari mavjud edi. Biologik molekulalar orqali porlash uchun ular kristallanishi kerak edi, bu qiyin. Protein molekulalarining tuzilishini rentgen nurlari namunalaridan dekodlash Cavendish laboratoriyasida (Kembrij, Buyuk Britaniya) amalga oshirildi. U erda ishlaydigan yosh tadqiqotchilar Jeyms Uotson va Frensis Krik DNK bo'yicha o'zlarining eksperimental ma'lumotlariga ega emas edilar, shuning uchun ular Qirol kolleji hamkasblari Moris Uilkins va Rozalind Franklinning rentgenogrammalaridan foydalanganlar.
Uotson va Krik rentgen nurlari naqshlariga to'liq mos keladigan DNK strukturasi modelini taklif qildilar: ikkita parallel ip o'ng qo'l spiraliga o'ralgan. Har bir zanjir o'z qandlari va fosfatlarining umurtqa pog'onasiga bog'langan va asoslar orasiga cho'zilgan vodorod aloqalari bilan bir-biriga bog'langan ixtiyoriy azotli asoslar to'plamidan iborat. Bundan tashqari, adenin faqat timin bilan, guanin esa sitozin bilan birlashadi. Ushbu qoida bir-birini to'ldirish printsipi deb ataladi.
Uotson va Krik modeli DNKning to‘rtta asosiy vazifasini tushuntirib berdi: genetik materialning replikatsiyasi, uning o‘ziga xosligi, molekulada axborotni saqlash va mutatsiyaga kirishish qobiliyati.
Olimlar o'zlarining kashfiyotlarini 1953 yil 25 aprelda Nature jurnalida nashr etishdi. O'n yil o'tgach, Moris Uilkins bilan birga ular biologiya bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi (Rozalind Franklin 1958 yilda 37 yoshida saraton kasalligidan vafot etgan).
“Hozir, oradan yarim asrdan ko‘proq vaqt o‘tgandan so‘ng shuni aytish mumkinki, DNK tuzilishining ochilishi biologiya fanining rivojlanishida fizikada atom yadrosining ochilishi kabi rol o‘ynadi.Atom tuzilishining aniqlanishi yangi, kvant fizikasining tug'ilishi va DNK tuzilishining ochilishi yangi, molekulyar biologiyaning tug'ilishiga olib keldi", deb yozadi taniqli genetik olim, DNK tadqiqotchisi, "Eng muhimi" kitobi muallifi Maksim Frank-Kamenetskiy. Molekula”.
Genetik kod
Endi bu molekulaning qanday ishlashini aniqlash qoldi. DNK hujayradagi barcha ishlarni bajaradigan hujayra oqsillarini sintez qilish bo'yicha ko'rsatmalarga ega ekanligi ma'lum edi. Proteinlar aminokislotalarning takrorlanuvchi to'plamlaridan (ketma-ketligidan) tashkil topgan polimerlardir. Bundan tashqari, faqat yigirmata aminokislotalar mavjud. Hayvon turlari bir-biridan hujayralardagi oqsillar to'plami, ya'ni aminokislotalarning turli ketma-ketligi bilan farqlanadi. Genetika bu ketma-ketliklar genlar tomonidan o'rnatiladi, deb ta'kidladi, ular o'sha paytda ishonilganidek, hayotning birinchi qurilish bloklari bo'lib xizmat qiladi. Ammo genlar nima ekanligini hech kim bilmas edi.
Aniqlikni Katta portlash nazariyasi muallifi, fizik Georgiy Gamov, Jorj Vashington universiteti (AQSh) xodimi kiritdi. Uotson va Krikning ikki zanjirli DNK spiral modeliga asoslanib, u gen bu DNKning bir bo'limi, ya'ni bog'lanishlarning ma'lum bir ketma-ketligi - nukleotidlar, deb taklif qildi. Har bir nukleotid to'rtta azotli asosdan biri bo'lganligi sababli, to'rtta element yigirmani qanday kodlashini aniqlash kerak. Bu genetik kod ortidagi g'oya edi.
1960-yillarning boshlariga kelib, oqsillar ribosomalardagi aminokislotalardan sintezlanishi aniqlandi - bu hujayra ichidagi o'ziga xos "zavod". Protein sintezini boshlash uchun ferment DNKga yaqinlashadi, genning boshida ma'lum bir sohani taniydi, genning kichik RNK ko'rinishidagi nusxasini sintez qiladi (u matritsa deb ataladi), so'ngra aminokislotalardan oqsil o'stiriladi. ribosoma.
Shuningdek, ular genetik kod uch harfli ekanligini aniqladilar. Bu bitta aminokislotaga uchta nukleotid mos kelishini anglatadi. Kod birligi kodon deb ataladi. Ribosomada mRNKdan olingan ma'lumotlar kodon bo'yicha ketma-ket o'qiladi. Va ularning har biri bir nechta aminokislotalarga mos keladi. Shifr nimaga o'xshaydi?
Bu savolga AQShdan Marshall Nirenberg va Geynrix Mattei javob berdi. 1961 yilda ular birinchi marta Moskvadagi biokimyoviy kongressda o'z natijalarini e'lon qilishdi. 1967 yilga kelib, genetik kod to'liq shifrlangan edi. Bu barcha organizmlarning barcha hujayralari uchun universal bo'lib chiqdi, bu ilm-fan uchun juda katta oqibatlarga olib keldi.
DNK tuzilishi va genetik kodning ochilishi biologik tadqiqotlarni butunlay qayta yo'naltirdi. Har bir shaxsning o'ziga xos DNK ketma-ketligiga ega bo'lishi sud tibbiyotini tubdan o'zgartirdi. Inson genomining dekodlanishi antropologlarga turimiz evolyutsiyasini o‘rganishning butunlay yangi usulini berdi. Yaqinda ixtiro qilingan CRISPR-Cas DNK muharriri juda rivojlangan genetik muhandislikka ega. Ko'rinib turibdiki, bu molekulada insoniyatning eng dolzarb muammolari: saraton, irsiy kasalliklar, qarishning yechimi ham saqlanadi.
Molekulyar genetika – irsiyatni molekulyar darajada o'rganadigan genetika bo'limi.
Nuklein kislotalar. DNK replikatsiyasi. Matritsa sintez reaksiyalari
Nuklein kislotalar (DNK, RNK) 1868 yilda shveytsariyalik biokimyogari I.F. Misher. Nuklein kislotalar monomerlar - nukleotidlardan tashkil topgan chiziqli biopolimerlardir.
DNK - tuzilishi va funktsiyalari
DNKning kimyoviy tuzilishi 1953 yilda amerikalik biokimyogari J. Uotson va ingliz fizigi F. Krik tomonidan ochilgan.
DNKning umumiy tuzilishi. DNK molekulasi 2 ta zanjirdan iborat bo'lib, ular bir-birining atrofida va umumiy o'q atrofida spiral shaklida o'ralgan (11-rasm). DNK molekulalari 200 dan 2x10 gacha 8 ta tayanch juftlikni o'z ichiga olishi mumkin. DNK molekulasining spiral bo'ylab qo'shni nukleotidlar bir-biridan 0,34 nm masofada joylashgan. Spiralning to'liq burilishi 10 ta asosiy juftlikni o'z ichiga oladi. Uning uzunligi 3,4 nm.
Guruch. 11 . DNK struktura diagrammasi (ikki spiral)
DNK molekulasining polimerizmi. DNK molekulasi - bioploimer murakkab birikmalar - nukleotidlardan iborat.
DNK nukleotidining tuzilishi. DNK nukleotidi 3 ta boʻgʻindan iborat: azotli asoslardan biri (adenin, guanin, sitozin, timin); deoksisiriboza (monosaxaridlar); fosfor kislotasi qoldig'i (12-rasm).
Azotli asoslarning 2 guruhi mavjud:
purin - adenin (A), guanin (G), ikkita benzol halqasini o'z ichiga oladi;
pirimidin - timin (T), sitozin (C), bitta benzol halqasini o'z ichiga oladi.
DNK quyidagi turdagi nukleotidlardan iborat: adenin (A); guanin (G); sitozin (C); timin (T). Nukleotidlarning nomlari ularning tarkibini tashkil etuvchi azotli asoslarning nomlariga mos keladi: adenin nukleotid azotli asos adenin; guanin nukleotid azotli asos guanin; sitozin nukleotid azotli asos sitozin; timin nukleotid azotli asos timin.
DNKning ikkita zanjirini bitta molekulaga birlashtirish
Bir zanjirning A, G, C va T nukleotidlari mos ravishda boshqa zanjirning T, C, G va A nukleotidlari bilan bog'langan. vodorod aloqalari. A va T orasida ikkita vodorod bog'i, G va C o'rtasida uchta vodorod bog'i hosil bo'ladi (A=T, G≡C).
A - T va G - C asos juftlari (nukleotidlar) bir-birini to'ldiruvchi, ya'ni o'zaro mos keladigan deb ataladi. bir-birini to'ldirish- bu juftlashgan DNK zanjirlarida nukleotidlarning bir-biriga kimyoviy va morfologik muvofiqligi.
5 ’ 3 ’
1 2 3
3’ 5’
Guruch. 12 DNK qo'sh spiralining bo'limi. Nukleotidning tuzilishi (1 - fosfor kislotasi qoldig'i; 2 - dezoksiriboza; 3 - azotli asos). Nukleotidlarning vodorod aloqalari yordamida ulanishi.
DNK molekulasidagi zanjirlar antiparallel, ya'ni qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilgan, shuning uchun bir ipning 3' uchi ikkinchi ipning 5' uchiga qarama-qarshi bo'ladi. DNKdagi genetik ma'lumot 5' uchidan 3' uchigacha yoziladi. Bu zanjir sezgir DNK deb ataladi,
chunki genlar shu yerda. Ikkinchi ip - 3'–5' genetik ma'lumotni saqlash uchun standart bo'lib xizmat qiladi.
DNKdagi turli asoslar soni o'rtasidagi nisbat 1949 yilda E. Chargaff tomonidan o'rnatildi.Chargaff har xil turlarning DNKsida adenin miqdori timin miqdoriga, guanin miqdori esa guanin miqdoriga teng ekanligini aniqladi. sitozin.
E. Chargaff qoidasi:
DNK molekulasida A (adenin) nukleotidlari soni har doim T (timin) nukleotidlari soniga yoki ∑ A dan ∑ T=1 ga nisbatiga teng. G (guanin) nukleotidlarining yig'indisi C (sitozin) nukleotidlarining yig'indisiga yoki ∑ G ning ∑ C=1 nisbatiga teng;
purin asoslarining yig'indisi (A + G) pirimidin asoslari yig'indisiga (T + C) yoki ∑ (A + G) ning ∑ (T + C) ga nisbati \u003d 1;
DNK sintezi usuli - replikatsiya. Replikatsiya - fermentlar nazorati ostida yadroda amalga oshiriladigan DNK molekulasining o'z-o'zidan ikkilanishi jarayoni. DNK molekulasining o'z-o'zidan ikkilanishi sodir bo'ladi bir-birini to'ldirishga asoslanadi- juftlashgan DNK zanjirlarida nukleotidlarning bir-biriga qattiq mos kelishi. Replikatsiya jarayonining boshida DNK molekulasi ma'lum bir sohada ochiladi (despiralizatsiya qilinadi) (13-rasm), vodorod aloqalari esa ajralib chiqadi. Ferment ishtirokida vodorod bog'lari uzilishidan keyin hosil bo'lgan har bir zanjirda DNK polimeraza, DNKning qiz zanjiri sintezlanadi. Sintez uchun material hujayralar sitoplazmasidagi erkin nukleotidlardir. Ushbu nukleotidlar ikkita asosiy DNK zanjirining nukleotidlarini to'ldiruvchi qatorda joylashgan. DNK polimeraza fermenti DNK shablon zanjiriga komplementar nukleotidlarni biriktiradi. Masalan, nukleotid uchun LEKIN shablon zanjiri polimeraza nukleotid qo'shadi T va shunga mos ravishda G nukleotidiga, C nukleotidiga (14-rasm). Komplementar nukleotidlarning o'zaro bog'lanishi ferment yordamida sodir bo'ladi DNK ligazalari. Shunday qilib, DNKning ikkita qiz zanjiri o'z-o'zini ko'paytirish orqali sintezlanadi.
Bir DNK molekulasidan hosil bo'lgan ikkita DNK molekulasi yarim konservativ model, chunki ular eski ota-ona va yangi qiz zanjirlaridan iborat va ota-molekulaning aniq nusxasi (14-rasm). Replikatsiyaning biologik ma'nosi irsiy ma'lumotni ota-ona molekulasidan bolaga aniq o'tkazishda yotadi.
Guruch. 13 . DNK molekulasining ferment yordamida despiralizatsiyasi
1
Guruch. 14 . Replikatsiya - bir DNK molekulasidan ikkita DNK molekulasining hosil bo'lishi: 1 - qiz DNK molekulasi; 2 - onalik (ota-onalik) DNK molekulasi.
DNK polimeraza fermenti faqat DNK zanjiri bo'ylab 3' –> 5' yo'nalishda harakatlanishi mumkin. DNK molekulasidagi komplementar zanjirlar qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltirilganligi va DNK polimeraza fermenti DNK zanjiri bo'ylab faqat 3'->5' yo'nalishda harakatlanishi mumkinligi sababli, yangi zanjirlarning sintezi antiparallel davom etadi ( antiparallelizm printsipiga ko'ra).
DNKning joylashuvi. DNK hujayra yadrosida, mitoxondriya va xloroplastlarning matritsasida joylashgan.
Hujayradagi DNK miqdori doimiy va 6,6x10 -12 g.
DNK funktsiyalari:
Genetik ma'lumotlarning bir qator avlodlarida molekulalarga va - RNKga saqlanishi va uzatilishi;
Strukturaviy. DNK xromosomalarning strukturaviy asosidir (xromosoma 40% DNKdan iborat).
DNK turlarining o'ziga xosligi. DNKning nukleotid tarkibi tur mezoni bo'lib xizmat qiladi.
RNK, tuzilishi va funktsiyalari.
Umumiy tuzilish.
RNK bitta polinukleotid zanjiridan tashkil topgan chiziqli biopolimerdir. RNKning birlamchi va ikkilamchi tuzilmalarini farqlang. RNKning birlamchi strukturasi bir zanjirli molekuladan iborat bo'lsa, ikkilamchi strukturasi ko'ndalang shaklda bo'lib, t-RNKga xosdir.
RNK molekulasining polimerizmi. RNK molekulasi 70 ta nukleotiddan 30 000 tagacha nukleotid bo'lishi mumkin. RNKni tashkil etuvchi nukleotidlar quyidagilardan iborat: adenil (A), guanil (G), sitidil (C), urasil (U). RNKda timin nukleotidi urasil nukleotid (U) bilan almashtiriladi.
RNK nukleotidining tuzilishi.
RNK nukleotidi 3 birlikdan iborat:
azotli asos (adenin, guanin, sitozin, urasil);
monosaxarid - riboza (ribozada har bir uglerod atomida kislorod mavjud);
fosfor kislotasi qoldig'i.
RNK sintezi usuli - transkripsiya. Transkripsiya, replikatsiya kabi, shablon sintez reaktsiyasidir. Matritsa DNK molekulasidir. Reaksiya DNK zanjirlaridan birida komplementarlik tamoyiliga muvofiq boradi (15-rasm). Transkripsiya jarayoni DNK molekulasining ma'lum bir joyda despiralizatsiyasi bilan boshlanadi. Transkripsiyalangan DNK zanjiri mavjud targ'ibotchi - RNK molekulasi sintezi boshlanadigan DNK nukleotidlari guruhi. Ferment promotor bilan bog'lanadi RNK polimeraza. Ferment transkripsiya jarayonini faollashtiradi. Komplementarlik printsipiga ko'ra, hujayra sitoplazmasidan transkripsiyalangan DNK zanjiriga keladigan nukleotidlar tugallanadi. RNK polimeraza bir zanjirdagi nukleotidlarning hizalanishini va RNK molekulasining shakllanishini faollashtiradi.
Transkripsiya jarayonida to'rt bosqich mavjud: 1) RNK polimerazaning promotor bilan bog'lanishi; 2) sintezning boshlanishi (boshlanish); 3) cho'zilish - RNK zanjirining o'sishi, ya'ni nukleotidlarning bir-biriga ketma-ket biriktirilishi mavjud; 4) tugatish - mRNK sintezining tugallanishi.
Guruch. 15 . Transkripsiya sxemasi
1 - DNK molekulasi (ikki zanjirli); 2 – RNK molekulasi; 3-kodonlar; 4 - targ'ibotchi.
1972 yilda amerikalik olimlar - virusolog H.M. Temin va molekulyar biolog D. Baltimor o'simta hujayralarida viruslarda teskari transkripsiyani aniqladilar. teskari transkripsiya RNKdan DNKga genetik ma'lumotni qayta yozish. Jarayon ferment yordamida amalga oshiriladi. teskari transkriptaza.
Funktsiya bo'yicha RNK turlari
Messenger yoki messenjer RNK (i-RNK yoki mRNK) genetik ma'lumotni DNK molekulasidan oqsil sintezi joyiga - ribosomaga o'tkazadi. RNK polimeraza fermenti ishtirokida yadroda sintezlanadi. U barcha turdagi hujayra RNKlarining 5% ni tashkil qiladi. mRNK 300 nukleotiddan 30 000 tagacha nukleotidni (RNK orasidagi eng uzun zanjir) o'z ichiga oladi.
Transfer RNK (t-RNK) aminokislotalarni oqsil sintezi joyiga, ribosomaga olib boradi. U xoch shakliga ega (16-rasm) va 70 - 85 nukleotiddan iborat. Uning hujayradagi miqdori hujayra RNK ning 10-15% ni tashkil qiladi.
Guruch. 16. t-RNK tuzilishi sxemasi: A-D - vodorod bog'lari bilan bog'langan juft nukleotidlar; E - aminokislotalarning biriktirilish joyi (akseptor joyi); E - antikodon.
3. Ribosomal RNK (r-RNK) yadrochada sintezlanadi va ribosomalar tarkibiga kiradi. Taxminan 3000 nukleotidni o'z ichiga oladi. U hujayra RNK ning 85% ni tashkil qiladi. Bu turdagi RNK yadroda, ribosomalarda, endoplazmatik retikulumda, xromosomalarda, mitoxondriyal matritsada, shuningdek plastidalarda uchraydi.
Sitologiya asoslari. Oddiy vazifalarni hal qilish
Vazifa 1
Agar DNKda 50 ta sitozin nukleotid topilsa, DNKda qancha timin va adenin nukleotidlari bor, bu barcha nukleotidlarning 10% ni tashkil qiladi.
Yechim. DNK qo'sh zanjiridagi komplementarlik qoidasiga ko'ra, sitozin har doim guaninni to'ldiruvchidir. 50 ta sitozin nukleotidlari 10% ni tashkil qiladi, shuning uchun Chargaff qoidasiga ko'ra, 50 ta guanin nukleotidlari ham 10% ni tashkil qiladi yoki (agar ∑C = 10% bo'lsa, ∑G = 10%).
C+G juft nukleotidlarining yig‘indisi 20% ni tashkil qiladi.
Bir juft nukleotidlar yig'indisi T + A \u003d 100% - 20% (C + G) \u003d 80%
DNKda qancha timin va adenin nukleotidlari borligini bilish uchun quyidagi nisbatni bajarish kerak:
50 sitozin nukleotidlari → 10%
X (T + A) → 80%
X \u003d 50x80: 10 \u003d 400 dona
Chargaff qoidasiga ko'ra, ∑A= ∑T, shuning uchun ∑A=200 va ∑T=200.
Javob: DNKdagi timin, shuningdek, adenin nukleotidlari soni 200 ta.
Vazifa 2
DNKdagi timin nukleotidlari umumiy nukleotidlar sonining 18% ni tashkil qiladi. DNK tarkibidagi boshqa turdagi nukleotidlarning foizini aniqlang.
Yechim.∑T=18%. Chargaff qoidasiga ko'ra, ∑T=∑A, demak, adenin nukleotidlari ham 18% (∑A=18%) ni tashkil qiladi.
T + A tayanch juftligining yig'indisi 36% (18% + 18% = 36%). Bir juft nukleotid uchun Gi C ni tashkil qiladi: G + C \u003d 100% -36% \u003d 64%. Guanin har doim sitozinni to'ldiruvchi bo'lganligi sababli, ularning DNKdagi tarkibi teng bo'ladi,
ya'ni ∑ G= ∑C=32%.
Javob: guaninning tarkibi, sitozin kabi, 32% ni tashkil qiladi.
Vazifa 3
20 ta sitozin DNK nukleotidlari umumiy nukleotidlar sonining 10% ni tashkil qiladi. DNK molekulasida nechta adenin nukleotidlari mavjud?
Yechim. DNKning qo'sh zanjirida sitozin miqdori guanin miqdoriga teng, shuning uchun ularning yig'indisi: C+G=40 nukleotid. Nukleotidlarning umumiy sonini toping:
20 sitozin nukleotidlari → 10%
X (nukleotidlarning umumiy soni) → 100%
X=20x100:10=200 dona
A + T \u003d 200 - 40 \u003d 160 dona
Adenin timinni to'ldiruvchi bo'lganligi sababli, ularning tarkibi teng bo'ladi,
ya'ni 160 dona: 2=80 dona yoki ∑A=∑T=80.
Javob: DNK molekulasida 80 ta adenin nukleotidlari mavjud.
Vazifa 4
Agar chap ipning nukleotidlari ma'lum bo'lsa, o'ng DNK zanjirining nukleotidlarini qo'shing: AGA - TAT - GTG - TCT
Yechim. Berilgan chap zanjir bo'yicha o'ng DNK zanjirini qurish komplementarlik tamoyiliga muvofiq amalga oshiriladi - nukleotidlarning bir-biriga qat'iy muvofiqligi: adenon - timin (AT), guanin - sitozin (G-C). Shuning uchun o'ng DNK zanjirining nukleotidlari quyidagicha bo'lishi kerak: TCT - ATA - CAC - AGA.
Javob: o'ng DNK zanjirining nukleotidlari: TCT - ATA - CAC - AGA.
Vazifa 5
Transkripsiyalangan DNK zanjiri quyidagi nukleotid tartibiga ega bo'lsa, transkripsiyani yozing: AGA - TAT - THT - TCT.
Yechim. i-RNK molekulasi DNK molekulasining zanjirlaridan birida komplementarlik tamoyiliga muvofiq sintezlanadi. Biz transkripsiyalangan DNK zanjiridagi nukleotidlarning tartibini bilamiz. Shuning uchun mRNKning komplementar zanjirini qurish kerak. Shuni esda tutish kerakki, timin o'rniga RNK molekulasi urasilni o'z ichiga oladi. Natijada:
DNK zanjiri: AGA - TAT - TGT - TCT
i-RNK zanjiri: UCU - AUA - ACA - AGA.
Javob: i-RNK nukleotidlar ketma-ketligi quyidagicha: UCU - AUA - ACA -AGA.
Vazifa 6
Teskari transkripsiyani yozing, ya'ni mRNK zanjiri quyidagi nukleotidlar ketma-ketligiga ega bo'lsa, taklif qilingan mRNK fragmentiga muvofiq ikki zanjirli DNK molekulasining fragmentini tuzing:
GCG – ACA – UUU – UCG – CSU – ASU – AGA
Yechim. Teskari transkripsiya mRNKning genetik kodiga asoslangan DNK molekulasining sintezidir. DNK molekulasini kodlovchi i-RNK nukleotidlarning quyidagi tartibiga ega: GCG - ACA - UUU - UCG - CGU - AGU - AGA. Unga to'ldiruvchi DNK zanjiri: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA - TCT. DNKning ikkinchi zanjiri: GCH-ACA-TTT-TCG-CGT-AGT-AGA.
Javob: teskari transkripsiya natijasida DNK molekulasining ikkita zanjiri sintezlandi: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA va GCH - ACA - TTT - TCH - CHT - AGT - AGA.
Genetik kod. oqsil biosintezi.
Gen- bitta o'ziga xos oqsilning birlamchi tuzilishi haqidagi genetik ma'lumotlarni o'z ichiga olgan DNK molekulasining bo'limi.
Genning ekzon-intron tuzilishieukariot
targ'ibotchi- ferment biriktiradigan DNKning cho'zilishi (uzunligi 100 nukleotidgacha) RNK polimeraza transkripsiya uchun zarur;
2) tartibga solish sohasi- gen faolligiga ta'sir qiluvchi zona;
3) genning tarkibiy qismi- oqsilning birlamchi tuzilishi haqidagi genetik ma'lumotlar.
Proteinning asosiy tuzilishi haqida genetik ma'lumotni olib yuruvchi DNK nukleotidlari ketma-ketligi - ekzon. Ular, shuningdek, mRNKning bir qismidir. Oqsilning birlamchi tuzilishi haqida irsiy ma'lumotga ega bo'lmagan DNK nukleotidlari ketma-ketligi - intron. Ular mRNKning bir qismi emas. Transkripsiya jarayonida maxsus fermentlar yordamida mRNK molekulasini hosil qilish jarayonida mRNK dan intronlarning nusxalari kesiladi va ekzonlarning nusxalari birlashtiriladi (20-rasm). Bu jarayon deyiladi qo'shish.
Guruch. 20 . Splicing sxemasi (eukariotlarda etuk mRNKning shakllanishi)
genetik kod - polipeptid zanjiridagi aminokislotalar ketma-ketligiga mos keladigan DNK molekulasi yoki mRNKdagi nukleotidlar ketma-ketligi tizimi.
Genetik kodning xususiyatlari:
Uchlik(ACA – GTG – GCG…)
Genetik kod bu uchlik, chunki 20 ta aminokislotalarning har biri uchta nukleotidlar ketma-ketligi bilan kodlangan ( uchlik, kodon).
Nukleotid tripletlarining 64 turi mavjud (4 3 = 64).
Aniqlik (aniqlik)
Genetik kod bir ma'noli emas, chunki nukleotidlarning har bir alohida tripleti (kodon) faqat bitta aminokislotani kodlaydi yoki bitta kodon har doim bitta aminokislotaga mos keladi (3-jadval).
Ko'plik (ortiqchalik yoki degeneratsiya)
Xuddi shu aminokislotalarni bir nechta tripletlar (2 dan 6 gacha) kodlash mumkin, chunki 20 ta protein hosil qiluvchi aminokislotalar va 64 ta triplet mavjud.
Davomiylik
Genetik ma'lumotni o'qish bir yo'nalishda, chapdan o'ngga sodir bo'ladi. Agar bitta nukleotid tushib qolsa, uni o'qiyotganda qo'shni tripletdan eng yaqin nukleotid o'z o'rnini egallaydi, bu genetik ma'lumotning o'zgarishiga olib keladi.
Ko'p qirralilik
Genetik kod barcha tirik organizmlarga xosdir va bir xil tripletlar barcha tirik organizmlarda bir xil aminokislotalarni kodlaydi.
Boshlanish va tugash uchliklari bor(boshlang'ich uchlik - AUG, terminal uchlik UAA, UGA, UAG). Ushbu turdagi tripletlar aminokislotalarni kodlamaydi.
Bir-biriga yopishmaslik (diskretlik)
Genetik kod bir-biriga mos kelmaydi, chunki bir xil nukleotid bir vaqtning o'zida ikkita qo'shni tripletning bir qismi bo'la olmaydi. Nukleotidlar faqat bitta tripletga tegishli bo'lishi mumkin va agar ular boshqa tripletga qayta joylashsa, genetik ma'lumotlar o'zgaradi.
3-jadval - Genetik kod jadvali
|
Kodon asoslari |
|||||
Eslatma: Aminokislotalarning qisqartirilgan nomlari xalqaro terminologiyaga muvofiq berilgan.
Protein biosintezi
Protein biosintezi - plastik almashinuv turi hujayradagi moddalar, fermentlar ta'sirida tirik organizmlarda paydo bo'ladi. Protein biosintezi oldidan matritsa sintezi reaksiyalari (replikatsiya - DNK sintezi; transkripsiya - RNK sintezi; translatsiya - oqsil molekulalarining ribosomalarda yig'ilishi) sodir bo'ladi. Protein biosintezi jarayonida 2 bosqich ajratiladi:
transkripsiya
efirga uzatish
Transkripsiya paytida yadro xromosomalarida joylashgan DNK tarkibidagi genetik ma'lumotlar RNK molekulasiga o'tadi. Transkripsiya jarayoni tugagandan so'ng, mRNK yadro membranasidagi teshiklar orqali hujayra sitoplazmasiga kiradi, ribosomaning 2 bo'linmasi orasida joylashgan va oqsil biosintezida ishtirok etadi.
Tarjima genetik kodni aminokislotalar ketma-ketligiga aylantirish jarayonidir. Translyatsiya hujayra sitoplazmasida EPS (endoplazmatik retikulum) yuzasida joylashgan ribosomalarda amalga oshiriladi. Ribosomalar katta va kichik bo'linmalardan tashkil topgan o'rtacha diametri 20 nm bo'lgan sferik granulalardir. mRNK molekulasi ribosomaning ikkita bo'linmasi orasida joylashgan. Translatsiya jarayonida aminokislotalar, ATP, i-RNK, t-RNK, aminokislotalar t-RNK sintetaza fermenti ishtirok etadi.
kodon- bitta aminokislotani kodlaydigan ketma-ket uchta nukleotiddan iborat DNK molekulasi yoki i-RNK bo'limi.
Antikodon- t-RNK molekulasining uchta ketma-ket nukleotidlardan tashkil topgan va m-RNK molekulasining kodonini to'ldiruvchi bo'limi. Kodonlar mos keladigan antikodonlarni to'ldiruvchi bo'lib, ular bilan vodorod bog'lari orqali bog'lanadi (21-rasm).
Protein sintezi bilan boshlanadi AVG kodoni boshlang. Undan ribosoma
RNK molekulasi bo'ylab uchlik-uchlik harakat qiladi. Aminokislotalar genetik koddan kelib chiqadi. Ularning ribosomadagi polipeptid zanjiriga qo'shilishi tRNK yordamida sodir bo'ladi. tRNKning birlamchi tuzilishi (zanjir) shakli xochga o'xshab ikkilamchi tuzilishga o'tadi va shu bilan birga unda nukleotidlarning komplementarligi saqlanib qoladi. t-RNKning quyi qismida aminokislota biriktirilgan qabul qiluvchi joy mavjud (16-rasm). Aminokislotalarning faollashishi ferment yordamida amalga oshiriladi aminoatsil tRNK sintetaza. Ushbu jarayonning mohiyati shundaki, bu ferment aminokislotalar va ATP bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bunday holda, bu ferment, aminokislotalar va ATP bilan ifodalangan uch kompleks hosil bo'ladi. Aminokislota energiya bilan boyitiladi, faollashadi, qo'shni aminokislotalar bilan peptid aloqalarini hosil qilish qobiliyatiga ega bo'ladi. Aminokislotalarni faollashtirish jarayonisiz aminokislotalardan polipeptid zanjiri hosil bo'lmaydi.
tRNK molekulasining qarama-qarshi, yuqori qismida uchlik nukleotidlar mavjud. antikodon, uning yordamida t-RNK uning komplementar kodoniga biriktiriladi (22-rasm).
Birinchi tRNK molekulasi faollashtirilgan aminokislota bilan o'z antikodonini mRNK kodoniga bog'laydi va ribosomada bitta aminokislota paydo bo'ladi. Keyin ikkinchi t-RNK antikodon bilan mRNKning mos keladigan kodoniga biriktiriladi. Shu bilan birga, 2 ta aminokislotalar allaqachon ribosomada bo'lib, ular orasida peptid aloqasi hosil bo'ladi. Birinchi tRNK ribosomadagi polipeptid zanjiriga aminokislota berishi bilanoq ribosomani tark etadi. Keyin 3-aminokislota dipeptidga biriktiriladi, uni uchinchi t-RNK va boshqalar olib keladi Protein sintezi terminal kodonlarning birida - UAA, UAG, UGAda to'xtaydi (23-rasm).
1 – mRNK kodon; kodonlarUCG-UCG; CUA-CUA; CGU-CSU;
2 – t-RNK antikodon; antikodon GAT - GAT
Guruch. 21 . Tarjima bosqichi: mRNK kodoni mos keladigan komplementar nukleotidlar (asoslar) tomonidan tRNK antikodoniga tortiladi.
