2-Mavzu: Transkripsiya, translyatsiya va oqsil sintezi Transkripsiya jarayoni

Kodlash hududlari: Nukleotidlar ketma-ketligining transkriptning ekzonlari bilan qoplangan qismi tegishli aminokislotalar ketma-ketligiga tarjima qilish uchun ishlatiladi va kodlash hududlari deb ataladi. Kodlash hududining uzunligi har doim uchdan ko'p bo'ladi va har bir aminokislotaning ta'rifi uchun uchta nuklein kislotasi ("kodon") kerak bo'lishining bevosita natijasidir. 4 3 =64 ta nukleotid tripletlari, ammo atigi 20 ta aminokislotalar mavjud bo'lganligi sababli, ma'lum bir aminokislota bir nechta tripletlar bilan kodlanishi mumkin. Triplet va aminokislota o'rtasidagi muvofiqlik "genetik kod" ni ham belgilaydigan kodon jadvali bilan berilgan. Organizmlarning kodon jadvallari asosan bir xil, ammo so'nggi 30 yil ichida ozgina o'zgarishlar aniqlangan. Kodonlar "dekodlanadi" va ribosoma tomonidan peptid polimerlariga tarjima qilinadi. Kodlash hududlari boshlang'ich kodon bilan boshlanadi va to'xtash kodoni bilan tugaydi. Umuman olganda, boshlang'ich kodon AUG tripletidir va to'xtash kodon UAA, UAG yoki UGA dan biridir.

Poly(A) dumi: O'zgaruvchan uzunlikdagi 3´ poli(A) dumi - bu pre-mRNKning 3´ uchiga qo'shilgan adenin nukleotidlarining uzun ketma-ketligi (ko'pincha bir necha yuz). Bu quyruq mRNK 13,14 yadrosi, tarjimasi va barqarorligidan eksportga yordam beradi.

miRNKlar kichik, kodlanmaydigan RNK molekulalari bo'lib, ular gen ekspressiyasini transkripsiyadan keyingi bostirishga yo'naltiradi. Bizning yechimlarimiz miRNK tadqiqotini izolatsiyadan kashf qilish, profillash, miqdorni aniqlash, tekshirish va funktsional tahlil orqali amalga oshirish imkonini
Qiyosiy (evolyutsion) genomikaning tadqiqot maqsadlari:

• 
  har xil turlardagi genomlarni solishtirish;
  
• 
  sinteniya munosabatlarining barqarorligini tahlil qilish (har xil turlardagi bir xil tartibda joylashgan genlarga ega katta segmentlarni solishtirish);
  
• 
  genom tuzilishidagi polimorfizm.
  

Qiyosiy genomika - bu turli organizmlarning genomik xususiyatlarini taqqoslaydigan biologik tadqiqot sohasi. Genomik belgilar DNK ketma-ketligini, genlarni, genlar tartibini, regulyator ketma-ketliklarni va boshqa genomik struktura belgilarini o'z ichiga oladi. Genomikaning ushbu bo'limida genom loyihalar natijasida olingan genomning barcha yoki katta qismlaridagi asosiy biologik o'xshashlik va farqlar, shuningdek, organizmlar o'rtasidagi evolyutsion munosabatlar o’zaro taqqoslash orqali o'rganiladi.

Qiyosiy genomikaning asosiy principi shundan iboratki, ikki organizmning umumiy xususiyatlari ko'pincha ular o'rtasida evolyutsion tarzda saqlanib qolgan DNKda kodlanadi. Shu sababli, qiyosiy genomik yondashuvlar genom ketma-ketliklarini taqqoslashning ba'zi shakllarini yaratish va taqqoslashda ortologik ketma-ketliklarni (ajdodlari bo'lgan ketma-ketliklar) izlash va bu ketma-ketliklar qay darajada saqlanib qolganligini tekshirishdan boshlanadi.
1995 yilda ikkita organizmning butun genomi (ya'ni, Haemophilus influenzae va Mycoplasma genitalium bakteriyalarining genomi) aniqlangandan so’ng, ular qiyosiy genomikada har bir yangi genom ketma-ketligini tahlil qilishda standart komponent hisoblandi. 2000-yillarning oxirida DNK sekvens texnologiyalari, ayniqsa keyingi avlod sekvenslash texnikasidagi yutuqlar tufayli genomni o’rganishda qo’lga kiritilgan ko’plab yutuqlar tufayli bu soha yanada murakkablashdi va bu ko'plab genlarni bitta tadqiqotda aniqlashga imkon berdi. Qiyosiy genomika odam va shimpanze kabi bir-biriga yaqin bo'lgan organizmlar o'rtasidagi o'xshashlikning yuqori darajasini va eng muhimi, odam va achitqi Saccharomyces cerewiae kabi bir-biriga yaqin bo’lmagan organizmlar o'rtasidagi o'xshashlikni aniqladi. Shuningdek, u turli evolyutsiya yo'nalishlari natijasida gen kompozisiyasida juda ko’p xilma-xilliklar kelib chiqqanligini ko’rsatdi.
Qiyosiy genomika dastlab 1980-yillarning boshlarida - viruslar genlarini solishtirishga asoslangan davrdan boshlab paydo bo’lgan. Masalan, hayvonlarni zararlovchi kichik RNK-viruslar (pikornaviruslar) va o'simliklarni zararlovchi (no'xat mozaikasi) viruslari ketma-ketliklari solishtirilganda, qisman ularning genlari tartibida sezilarli darajada o'xshashliklar borligi aniqlangan. 1986 yilda har biri 100 dan ortiq genni o'z ichiga olgan skvchechak virusi va Epstein-Barr virusi genlarini taqqoslab olingan ma’lumotlar asosida, kengroq miqyosdagi birinchi qiyosiy genomik tadqiqot ishlarining natijasi nashr etildi.
Hujayraviy organizmlarning birinchi to'liq genom ketma-ketligi Haemophilus influenzae bakteriyasida aniqlangan bo’lib, 1995 yilda nashr etilgan. Ikkinchi to’liq o’qilgan genom ketma-ketligi kichik parazit bakteriya - Mycoplasma genitaliumga tegishli bo’lib, o'sha yili chop etilgan. Ushbu maqolalardan keyin yangi genlar haqidagi ma’lumotlar qiyosiy genomik tadqiqotlar asosida olina boshladi.
YAngi avlod sekvenatorlari asosida olingan natijalar birinchi marta 2007 yilda taqdim etildi. Bu sekvenatorlar tadqiqotchilarga genom ma’lumotlarning katta miqdorini olish va bir vaqtning o’zida bir necha prokariotlar genomini o’qish imkonini berdi.
Birinchi yuqori aniqlikdagi butun genomni taqqoslash tizimi 1998 yilda Art Delcher, Kasif va Steitberg tomonidan ishlab chiqilgan va ular Genom Tadqiqotlar Institutida (TIGR) gi hamkorlari bilan barcha qarindoshlik darajasi yuqori mikroorganizmlarni solishtirish uchun bu tizimni qo'llagan. Tizim MHS deb ataladi va 1999 yilda Acids Research jurnalida nashr qilingan. Tizim tadqiqotchilarga qayta tartiblash, bir asosli mutatsiyalar, teskari, tandem takrorlar va boshqa polimorfizmlarni aniqlashga yordam beradi. SHuningdek, virulentlik, patogenlik va antibiotiklarga chidamlilik uchun mas'ul bo'lgan polimorfizmlarni aniqlash imkonini ham beradi.
Saccharomyces cerewisiae (1996), Caenorhabditis elegans (1998) va Drosophila melanogaster (2000) larning to’liq genom nukleotidlar ketma-ketligi aniqlangandan so’ng, Djeral’d M. Rubin va hamkorlari “Eukariotlar qiyosiy genomikasi” nomli maqola chop etdilar.
Genomika molekulyar filogenetik sistematika usullari arsenalini kengaytirdi va genomlarning molekulyar evolyutsiyasi makromolekulyar o'zgarishlar ekanligini ko'rsatdi, bu esa taksonlarning genotipik munosabatlari yoki farqlarini hal qilish imkonini beradi.
Nuklein kislotalarning o’qilishi natijasida genom rekonstruksiyalarning jadal rivojlanishi sistematika g'oyalariga tub o'zgarishlar kiritdi. Ko'pgina turlarda 16S rRNK genlarini tahlil qilish organizmlarni uch domenli (Archaea, Bacteria va Eubacteria)sistematikasiga olib keldi.
Arxebakteriyalar domenining ochilishi o'tgan asrdagi molekulyar filogenetik sistematikaning eng katta yutug'i edi va zamonaviy megasistematikani yaratishda muhim qadam bo’ldi.

• 
  Hayotning uch domeni vakillarining genomlarini qiyosiy o'rganish evolyutsiyaning asosiy hujayraviy jarayonlari paydo bo'lish ketma-ketligi bosqichlarini rekonstruksiya qilish bo'yicha tadqiqotlarni rivojlantirdi;
  
• 
  Translyatsiyada ishtirok etadigan umumiy oqsillar, shuningdek metabolik fermentlar (trikarbon kislotasi siklining fermentlari, glikoliz, nukleotidlar almashinuvi) barcha domenlarda umumiy bir xil hisoblanadi. Demak, translatsiya jarayonlari va metabolik reaktsiyalar uchta asosiy domen ajralishdan oldin paydo bo'lgan deb taxmin qilinadi.
  
• 
  Translyatsiya, ehtimol, "RNK dunyosi" dan "DNK dunyosi" ga o'tishdan oldin paydo bo'lgan. Transkripsiya translyatsiyadan kechroq paydo bo'lgan, hatto gen repressiyasi va DNKning kompaktizatsiyasi ham keyinroq paydo bo'ldi, bu genom hajmining oshishiga yordam berdi (Borinskaya va Yankovskiy, 1999).
  

Genomlarni o'rganish tirik organizmlar kelib chiqish jarayonlarini rekonstruksiya qilishda (qayta qurishda) yangi istiqbollarpni yaratdi.
Genomik tadqiqotlar evolyutsiya jarayonining uchta asosiy yo'nalishini ajratib ko'rsatdi va tavsifladi:

1. 
   Vertikal evolyutsiya (evolyutsiya "yuqoriga") har xil turlarda gomolog bo'lgan ajdodlarning ortologik genlari asosiy to'plamining irsiylanishi bilan tavsiflanadi. Duplikatsiya, mutatsiya va rekombinatsiya jarayonlari paralog (bitta genomda homolog) genlarning shakllanishiga olib keladi, bu oqsillar to'plamining va yaqin turlarda fenotipik o'zgarishlar diapazonining kengayishiga olib keladi.
   

2. Reduksion evolyutsiya (evolyutsiya “pastga”) organizmlarning muhit sharoitiga moslashishlari natijasida, ularda genlar sonining qisqarishiga, funksiyalarni, metobolizm yo’lini, organellarni va boshqa shu kabilarni yo’qolishiga olib keladi. Bunga ko’plab patogen bakteriyalar yaqqol misol bo’ladi, ya’ni obligat parazitlar “xo’jayin” hujayraning metobolik tizimlaridan foydalanadilar va o’zlarining o’xshash analog sistemalariga ehtiyoj sezmaydilar.
3. Lateral’ genomika - turli domenlarga tegishli yaqin va filogenetik jihatdan uzoq turlar o’rtasida genlarning gorizontal’ o’tishiga asoslangan evolyutsion yo’nalish. Gorizontal gen almashinuvi ayniqsa eubakteriyalar va arxebakteriyalarda turlar xilma-xilligiga olib kelgan asosiy mexanizmlardan biri hisoblanadi.
Ortologik genlar - filogenetik jihatdan bog'liq bo'lgan organizmlarning turlanish jarayonida ajralib chiqqan gomologik genlari; turli turlardagi umumiy ajdoddan kelib chiqqan va evolyutsiyada vertikal ravishda uzatiladigan genlar.
Ikki gen ikki turda, agar ular turlar bo'linishi natijasida paydo bo'lgan va keyinchalik tur bilan ajralib ketgan bo'lsa ortolog bo'ladi. Ko'pincha (lekin shart emas) ortologlar evolyutsiya orqali o'z funktsiyalarini saqlab qoladilar (qarang. Paralog genlar). Bir-biriga yaqin turlarning orfologlari bir xil funktsiyaga ega.
Paraloglar - bir xil genomda mavjud bo'lgan, lekin evolyutsiyada birlamchi ketma-ketlikning ko'payishi (ikki marta ko'payishi) natijasida paydo bo'ladigan ketma-ketliklar. Paralog genlar genlar oilasini tashkil qiladi va bir oila genlari o'rtasidagi konversiya hodisalari juda tez-tez uchraydi. Konvergensiya oqsillarni kodlaydigan funktsional genlar ketma-ketligi o'rtasida sodir bo'lishi mumkin; shuningdek, psevdogenlar orasida - genomning qaysidir funktsional genga ketma-ketligi bo'yicha homolog bo'lgan, lekin mahsulotni RNK yoki oqsil shaklida berish qobiliyatini yo'qotgan bo'limlari; funktsional genning psevdogen ketma-ketligiga konvergensiyasi ham sodir bo'lishi mumkin (va bu ba'zi hollarda ishlash uchun zarur bo'lgan genning yo'qolishi tufayli embrion rivojlanish patologiyasining rivojlanishiga olib keladi) yoki aksincha, psevdogenning konvergensiyasi bo'lishi mumkin. funktsional gen ketma-ketligi namunasi.
Ortologlar, paraloglar. Ksenaloglar.

• 
  Genomikada "homolog" atamasi gomologik oqsilga ham, uni kodlovchi genga ham (DNK ketma-ketligiga) nisbatan qo'llaniladi. Anatomik tuzilmalarda bo'lgani kabi, oqsil yoki DNK ketma-ketligi o'rtasidagi homologiya umumiy ajdodlar nuqtai nazaridan aniqlanadi. DNKning ikkita segmenti turlanish hodisasi (ortologlar) yoki takrorlanish hodisasi (paraloglar) tufayli umumiy ajdodlarga ega bo'lishi mumkin.
  
• 
  Oqsillar yoki DNK o'rtasidagi gomologiya ko'pincha ketma-ketlik o'xshashligi asosida noto'g'ri xulosaga keladi. "Foiz gomologiyasi" va "ketma-ket o'xshashlik" atamalari ko'pincha bir-birining o'rnida ishlatiladi. Anatomik tuzilmalarda bo'lgani kabi, yuqori ketma-ketlik o'xshashligi konvergent evolyutsiya tufayli yoki qisqaroq ketma-ketlikda bo'lgani kabi, tasodif tufayli yuzaga kelishi mumkin. Bunday ketma-ketliklar o'xshash, ammo gomologik emas.
  
• 
  Gomologik ketma-ketliklar, agar ular genlarni ko'paytirish hodisasi bilan ajratilgan bo'lsa, paralog hisoblanadi: agar organizmdagi gen bir genomda ikki xil pozitsiyani egallash uchun ko'paytirilsa, u holda ikkita nusxa paralogdir. Paralog genlar ko'pincha bir xil turga tegishli, ammo bu shart emas. Masalan, odamlarning gemoglobin geni va shimpanzelarning miyoglobin geni paraloglardir. 
  
• 
  Mioglobin va gemoglobinni kodlovchi genlar qadimgi paraloglar hisoblanadi. Xuddi shunday, gemoglobinlarning to'rtta ma'lum sinfi (gemoglobin A, gemoglobin A2, gemoglobin B va gemoglobin F) bir-birining paraloglaridir. Ushbu oqsillarning har biri kislorodni tashishning bir xil asosiy funktsiyasini bajaradigan bo'lsa-da, ular allaqachon funktsiyalari bo'yicha bir oz farq qilgan: xomilalik gemoglobin (gemoglobin F) kattalardagi gemoglobinga qaraganda kislorodga nisbatan yuqori yaqinlikka ega.
  
• 
  Gomologik gen (yoki homolog) - umumiy ajdod tomonidan ikki turda meros bo'lib qolgan gen. Gomologik genlar ketma-ketlikda o'xshash bo'lishi mumkin bo'lsa-da, o'xshash ketma-ketliklar homolog bo'lishi shart emas.
  
• 
  Ortologlar - bu homolog genlar bo'lib, unda bir turlanish hodisasidan keyin gen ajralib chiqadi, lekin gen va uning asosiy funktsiyasi saqlanib qoladi.
  
• 
  Agar bir turda gen ko'paytirilsa, natijada takrorlanadigan genlar bir-birining paraloglari bo'ladi, garchi vaqt o'tishi bilan ular ketma-ketlik tarkibi va funktsiyasi jihatidan farq qilishi mumkin.
  
• 
  Ortologik va paralog genlar ikki turdagi gomologik genlar, ya'ni umumiy DNK ajdodlari ketma-ketligidan kelib chiqadigan genlardir. Orfologik genlar turlanish hodisasidan keyin, paralog genlar esa tur ichida bir-biridan ajralib chiqadi. Boshqacha qilib aytganda, ortologik va paralog atamalar genetik ketma-ketlikning farqlanishi va spetsifikatsiya yoki genetik duplikatsiya bilan bog'liq bo'lgan gen mahsulotlari o'rtasidagi munosabatlarni tavsiflaydi.
  
• 
  A multigenlar oilasi bitta asl nusxasini ko'paytirish yo'li bilan hosil bo'lgan bir nechta o'xshash genlarning to'plamidir. Gen va umuman shunga o'xshash biokimyoviy funktsiyalarga ega. Shunday oilalardan biri gemoglobin kichik birliklari; o'nta gen turli xil xromosomalarning ikkita klasterida joylashgan bo'lib, ular a-globin va b-globin lokuslaridir. Ushbu ikki gen klasteri taxminan 500 million yil oldin ma’lum genning takrorlanishi natijasida paydo bo'lgan deb o'ylashadi.