Биоинформатика фанига кириш. Биоинформатика фанининг ривожланиш


Download 58.36 Kb.
Pdf ko'rish
Sana04.10.2023
Hajmi58.36 Kb.
#1691524
Bog'liq
1Кириш



 Кириш 
Биоинформатика фанига кириш. Биоинформатика фанининг ривожланиш 
тарихи ва биоинформатика фани истиқболлари. Асосий атамалар ва 
тушунчалар.
1.Bioinformatika fanining rivojlanish tarixi va bioinformatika fani istiqbollari. 
Bugungi kunga qadar bioinformatikaga turlicha ta'riflar beriladi, biroq asosan 
bioinformatika deganda turli biologik axborotlarni tahlil qilishda komp'yuterdan 
foydalanish tushuniladi. 
Shuningdek «bioinformatika» termini qo’llanilish maydoni ham kengaydi va 
biologik ob'ektlar bilan bog‘liq barcha matematik algoritmlardan hamda biologik 
tadqiqotlarda qo‘llaniladigan axborot-kommunikasiya texnologiyalaridan 
foydalanilmoqda. Bioinformatikada informatikadagi kabi amaliy matematika, 
statistika va boshqa aniq fanlar usullaridan foydalangan holda. Molekulyar 
biologiya, biokimyo, biofizika, ekologiya, genetika va qator tabiiy fanlar 
sohalariga kirib bordi. 
Bioinformatika - biologik ma'lumotlarni qayta ishlash uchun komp'yuter 
texnikasidan foydalanishdir. Bioinformatika asosan genomni tadqiq etish, oqsil 
strukturasi tahlili va taxmini, oqsillarning o‘zoro va boshqa molekulalar bilan 
o‘zoro ta'sirini tahlil etish, evolyusiya jarayonini modellashtirish bilan 
shug‘ullanadi. Bioinformatika va uning usullari hozirda barch tabiiy keng 
qo’llanilib kelinmoqda. 
Demak, bioinformatika biologiya va informatika fanlari chegarasida joylashgan fan 
bo‘lib, bunda biologiya deyilganda albatta uning genetika va molekulyar biologiya 
bilan bog‘liq bo‘lgan sohalari tushuniladi. Bioinformatikaning yaralish tarixi 13 
asrlarga borib taqaladi. Matematika tarixiga Fibonachchi (Fibonacci) nomi bilan 
kirib kelgan yosh ital'yan Pizalik Leonardo (Leonardo of Pisa) biologik 
jarayonning birinchi matematik modelini tuzgan holda quyonlarnig ko‘payishi 
to‘g‘risidagi masalani tavsiflab bergan. XX asrning 20 yillariga kelib esa yana bir 
ital'yan olimi Vito Vol'terra (Vito Volterra) “yirtqich-o‘lja” ko‘rinishidagi ikki 
biologic turning o‘zaro harakati modelini yaratdi. 40 yillar oxirida biologiyaga 
fizik va matematiklar kirib kela boshladi. Biologiyaning zamonaviy tarixi 1953 
yildan, amerika olimlari Jeyms Uotson (James Watson) hamda Frensis Krik 
(Francis Crick) tomonidan DNK ning qo‘sh spiralligi kashf qilingan davrdan 
boshlandi.(1-rasm) 


1-rasm 
1955 yilda F.Senger ilk bor insulin molekulasi aminokislotalar ketma – ketligini 
aniqlagandan so‘ng bu sohada juda katta yutuqlarga erishildi va ko‘pgina yirik 
laboratoriyalar bakteriya, achitqi, sichqon va odam organizmi genomini 
to‘laligicha aniqlash ustida izlanishlar olib bordilar. To‘plangan ma'lumotlar esa 
butunjahon ma'lumotlar bazalarida saqlanib kelinmoqda. To‘plangan ma'lumotlarni 
qayta tekshirish, ular orasidan keyingi tadqiqotlarda foydalanish mumkin, 
foydalilarini tanlab olish bioinformatika oldida turgan vazifalardan biridir. 
Bioinformatika - kirish va qo'llanmalar
• 
Ko'p sonli prokariotik va eukariotik genomlar ketma-ketlikda va kelajakda 
genomik ma'lumotlarga kirish va ularni yangi bilimlarni kashf qilish uchun sintez 
qilish zamonaviy biologik tadqiqotlarning asosiy mavzulariga aylandi. 
• 
Genomik ma'lumotni qazib olish murakkab hisoblash vositalaridan 
foydalanishni talab qiladi. 
• 
Shuning uchun biologlarning yangi avlodi uchun genomik davrdagi yangi 
muammolarni hal qilish uchun ma'lumotlarni ehtiyotkorlik bilan saqlash, tashkil 
etish va indeksatsiya qilish bilan bog'liq bo'lgan tadqiqot sohasini boshlash va 
tanishish juda muhimdir. 
• 
Axborot fanlari bioinformatika deb ataladigan sohani ishlab chiqarish uchun 
biologiyada qo'llanilgan. 
• 
Bu biologik tadqiqot muammolarini hal qilish uchun mavjud bo'lgan 
zamonaviy hisoblash vositalari bilan bog'liq. 
• 
Bioinformatika atamasi Paulien Xogeweg va Ben Xesper tomonidan "biotik 
tizimlarda informatsion jarayonlarni o'rganish" ni tavsiflash uchun kiritilgan va u 


birinchi biologik ketma-ketlik ma'lumotlari tarqatila boshlanganda erta 
foydalanishni topdi.
• 
Bioinformatika - bu biologik ma'lumotlarni tushunish usullari va dasturiy 
vositalarini ishlab chiqadigan fanlararo sohadir. 
• 
Bioinformatikaning soha sifatida rivojlanishi so'nggi 30-40 yil ichida 
molekulyar biologiya va informatika yutuqlarining natijasidir. 
• 
Bioinformatika fanlarning fanlararo sohasi sifatida biologik ma'lumotlarni 
tahlil qilish va sharhlash uchun biologiya, informatika, axborot muhandisligi, 
matematika va statistikani birlashtiradi.
• 
Bioinformatikaning asosiy yo'nalishlari qatoriga biologik ma'lumotlar 
bazalari, ketma-ketlikni moslashtirish, gen va promotorni bashorat qilish, 
molekulyar filogenetik, tarkibiy bioinformatika, genomika va proteomika kiradi. 
• 
Bioinformatika hisoblash biologiyasi deb nomlanuvchi tegishli sohadan farq 
qiladi. 
• 
Bioinformatika genlar va genomlarning ketma-ketligi, tarkibiy va 
funktsional tahlillari va ularga mos keladigan mahsulotlar bilan cheklanadi va 
ko'pincha hisoblash molekulyar biologiyasi hisoblanadi. 
• 
Biroq, hisoblash biologiyasi hisoblashni o'z ichiga olgan barcha biologik 
maydonlarni qamrab oladi. 
Bioinformatika barcha turdagi biologik ma'lumotlarni boshqarishda hisoblash 
vositalarini ishlab chiqish va qo'llash sifatida, hisoblash biologiyasi esa 
bioinformatika uchun ishlatiladigan algoritmlarni nazariy ishlab chiqish bilan 
cheklangan. 


Bioinformatika qo'llanmalari
Ko'ra Science Daily , bioinformatika, shu jumladan, ko'p jihatdan ishlatiladi 
DNK-ketliklar , genlar , oqsillar va evolyutsiyasi modellashtirish .
Biz bularning tafsilotlariga to'xtalmaymiz. Bioinformatikaning taniqli qo'llanilishi 
aniq tibbiyot va profilaktika tibbiyotida mavjud . Aniq tibbiyotda alohida bemorlar 
uchun sog'liqni saqlash texnikasi, shu jumladan davolash usullari va amaliyoti 
moslashtirilmoqda. Aniq tibbiyot kasalliklarni davolash yoki davolashdan ko'ra, 
kasalliklarning oldini olish choralarini ishlab chiqishdan iborat. Ushbu sohalarning 
ayrim yo'nalishlari gripp , saraton , yurak kasalliklari va diabetdir. Bemorlarda 
genetik o'zgarishlarni aniqlash bo'yicha tadqiqotlar o'tkazildiolimlarga yaxshiroq 
davolash usullari va hatto mumkin bo'lgan profilaktika choralarini taklif 
qilishlariga imkon berish. Bioinformatikaning saraton kasalligini davolashdagi roli 
haqida ko'proq ma'lumotni Milliy saraton institutining ushbu maqolasidan 
o'qishingiz mumkin . 
Kasalliklarni aniqlash
Bioinformatikaning yana bir muhim qo'llanilishi dori vositalarini yaratishdir. Biz 
simptomlarni davolash bilan emas, balki kasallikni hisoblash vositalari yordamida 
tushunishimiz, kasallik sababini aniqlashimiz va tegishli dorilar bilan davolashimiz 
mumkin. Bu bioinformatikaning bir nechta ilovalari. Bioinformatika, shu jumladan 
mikrobiologiya, gen texnologiyasi va qishloq xo'jaligi bilimlaridan 
foydalaniladigan ko'plab vaziyatlar mavjud. 
Bioinformatika izlanuvchilarni faqatgina DNK va oqsil tuzilishi haqida nazariy 
bilim va ularni tadqiq qilish uchun kerakli jihozlar bilan ta'minlab qolmasdan, 
aniqlangan ketma – ketliklarni solishtirish, ularni funksiyasini aniqlash va dori 
preparatlari ishlab chiqish imkonini beradi. (2-rasm) 


2-rasm 
Gen - bu bir oqsil molekulasining birlamchi tuzilishi haqida ma'lumotni o'z ichiga 
olgan DNK molekulasining bo'limi. Shuningdek, barcha turdagi RNKlarning 
tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga olgan genlar va regulyator genlar 
mavjud. Gen irsiyat birligi deb hisoblanadi . 
Axborotni uzatish genetik kod yordamida amalga oshiriladi - nukleotidlar va 
aminokislotalarning uchliklari (uchliklari) o'rtasidagi yozishmalar. 
Ushbu yozishmalar Yerdagi barcha tirik mavjudotlar uchun universal bo'lgan 
genetik kod jadvallari shaklida ochilgan va nashr etilgan. DNKdagi 
nukleotidlarning uchlik ketma-ketligi (va mRNKdagi uchliklarning bir-birini 
to'ldiruvchi ketma-ketligi) oqsil tarkibidagi aminokislotalarning ketma-ketligini 
aniqlaydi. Masalan: 
Uzoq DNK molekulalarida genlar ketma-ket ishlaydi va bog'lanish guruhlarini 
hosil qiladi. Har bir bunday molekula xromosoma hosil bo'lishining asosidir. 
Xromosoma - bu DNK molekulasi va uning ixcham qadoqlanishiga hissa 
qo'shadigan oqsillar majmuasi. Eng uzun DNK interfeysda hujayra bo'linishidan 
oldin, ya'ni bo'linishlar orasidagi hujayra hayoti davrida paydo bo'ladigan ikki 
baravar ko'payish (replikatsiya) davrida. 
Birinchidan, DNK zanjirlari orasidagi vodorod aloqalari uziladi, so'ngra zanjirlar 
ajralib chiqadi va bir-birini to'ldiruvchi nukleotidlar har bir ipning nukleotidlariga 


eritmadan keladi, so'ngra yangi hizalanmış nukleotidlar DNK polimeraza fermenti 
yordamida zanjirlarga tikiladi va hosil bo'lgan ikkita ikki zanjirli molekulalar 
spirallarni hosil qiladi. Ushbu ikkita bir xil molekulalar - xromatidlar tsentromera 
deb nomlangan nuqtada bog'lanib qoladi. Ikki xromatid xromosoma shu tarzda 
hosil bo'ladi. Bo'linish boshida har bir bunday xromosoma spiral shaklida bo'ladi. 
Bunda DNK torlari maxsus oqsillarga o'raladi, qisqa va qalinroq tuzilmalar hosil 
bo'ladi - xromosomalar yorug'lik mikroskopi ostida ko'rinadigan bo'ladi. 
NUKLEOTIDLAR 
Nukleotidlar pentoza (riboza yoki dezoksiriboza), fosfor kislotasi qoldig'i va beshta 
azotli asoslardan iborat. Pentozlar - beshta uglerod atomiga ega monosaxaridlar. 
Azotli asoslar pirimidin hosilalari - sitozin, uratsil, timin yoki purin hosilalari - 
adenin va guanin. Nukleotidlar - nukleozidlarning fosforli efirlari. 
Nukleozidlar - azotli asoslarning riboza yoki dezoksiriboza bilan birikmalari. 
Tabiatda timin va ribozadan iborat nukleosid yo'q. 
Tabiatda pentozaning beshinchi uglerod atomida fosforillangan nukleotidlar keng 
tarqalgan. Ribonukleotidlar azotli asosga qarab nomlanadi: uridil (UMP), guanil 
(GMF), sitidil (CMP), adenil (dAMP) kislotalar. 
Deoksiribonukleotidlar - disoksyadenilik (dAMP), deoksiguanil (dGMP), 
deoksuridilik (dUMP), deoksitsitidiloid (dCMP), deoksitimidil (dTMP) kislotalar. 
Eng mashhur birikma AMP (adenozin monofosforik kislota) bo'lib, u yana ikkita 
fosforik kislota qoldig'ini qo'shishi va ATP-adenozin trifosforik kislota hosil qilishi 
mumkin. Bu energiyaga boy birikma. Fosforik kislota qoldiqlari o'rtasida 
bog'lanishlar hosil bo'lganda, nukleotidlarda ko'p energiya to'planadi. Ushbu 


bog'lanish uzilganda, an'anaviy kovalent bog'lanish buzilganidan ancha ko'p 
energiya ajralib chiqadi. Bunday bog'liqlik makroerjik (yunoncha makro - katta, 
ergon) deb nomlanadi- ish) va ~ bilan belgilanadi. Bu metabolizm jarayonida 
nukleotidlarda energiya to'plash uchun ishlatiladigan yuqori energiya aloqalari. 
ATP molekulasida ikkita yuqori energiyali bog'lanish mavjud. ATP energiya 
ajralib chiqishi bilan ADP (adenozin difosforik kislota) yoki AMP ga gidrolitik 
ravishda ajraladi. U ADP dan fosforik kislota qoldig'ini qo'shib olinadi va bu 
energiya to'planishi bilan birga keladi. 1 molekula fosforik kislota parchalanishi 
deyarli 42 kJ energiya chiqishi bilan birga keladi. 
Ribosomalarning faolligi uchun energiya manbai - oqsil sintezi ham 
guanozin trifosfatdir. 
Nukleotidlar polinukleotidlar - nuklein kislotalarga birlashishga qodir. 
NUKLEIN KISLOTALAR 
Ular birinchi marta 1869 yilda shveytsariyalik biokimyogar F. Mischer (1844-
1895) tomonidan tasvirlangan. Hujayralar yadrosida aniqlangan, bu nom qaerdan 
kelib chiqqan (lot. Nucleus - yadro ). Nuklein kislotalar ayniqsa meristem 
hujayralarida, tiklanadigan to'qimalarda, sekretsiya bezlarida va xavfli o'sma 
hujayralarida juda ko'p. Bu monomerlari nukleotidlar bo'lgan murakkab yuqori 
molekulyar moddalardir. 
Nukleotid azotli asos, uglevod (pentoza) va fosfor kislotasining qoldiqlaridan 
iborat. 
Pentozaga qarab nuklein kislotalarning ikki turi ajratiladi: ribonuklein kislota 
(RNK, riboza kiradi) va dezoksiribonuklein kislota (DNK, dezoksiriboza kiradi). 
Azotli asoslar pirimidin hosilalari - sitozin, uratsil, timin yoki purin hosilalari - 
adenin va guanin. RNK nukleotidlari tarkibida azotli asoslar mavjud: adenin (A), 
guanin (G), sitozin (C), uratsil (U). DNK nukleotidlari azotli asoslarni o'z ichiga 
oladi: adenin (A), guanin (G), sitozin (C), timin (T). Shunday qilib, DNK ham, 
RNK ham to'rt turdagi nukleotidlarni o'z ichiga oladi. Ularda azotli asoslarning uch 
turi keng tarqalgan va ular to'rtinchi DNK (timin) va RNK (uratsil) bilan ajralib 
turadi. 


Nuklein kislotalar pentozalar zanjirlariga asoslangan bo'lib, ular fosfatlar bilan 
almashinib turadi (har bir fosfor kislotasi qoldig'i fosfodiester bog'lanishi bilan 
bitta pentoza qoldig'ining beshinchi uglerod atomi va ikkinchi pentoza qoldig'ining 
uchinchi uglerod atomi bilan bog'lanadi). Nuklein kislotasini hosil qilish uchun 
bog'langan nukleotidlar zanjirlarining uchlari har xil. Bir uchida, beshinchi pentoza 
atomi bilan bog'langan fosfat mavjud. Ushbu uchi 5'-uchi (5-tub uchi) deb 
nomlanadi. Boshqa tomondan, fosfat bilan bog'lanmagan OH guruhi pentozaning 
uchinchi atomi - 3 'uchi yonida qoladi. 
Nuklein kislotalar fazoviy birlamchi tuzilishga (chiziqli), shuningdek, murakkab 
(ikkilamchi, uchlamchi) fazoviy tuzilishga ega bo'lib, u vodorod aloqalari tufayli 
hosil bo'ladi. Bu nukleotidlarning joylashishidagi o'ziga xos ketma-ketlik. 
Tanadagi DNK molekulalari barqaror (o’zgarmas), RNK molekulalari labil 
(o’zgaruvchan).
DNK reparatsiyasi. DNK bitta zanjirining buzilgan qismini to’g’rilanishi yoki 
reparatsiyasini chegaralangan replikatsiya sifatida qarash mumkin. 


Hujayradagi hayotiy faoliyatning uzluksizligi va tartibini ta'minlaydigan kodlar 
genlarda uchraydi. Axborot dasturida 4 harfli alifbo ishlatiladi. Har bir harf 
nukleotid turiga ishora qiladi. Harflar bilan ifodalangan genetik kod (genetik kod) ; 
Bu DNK yoki mRNKdagi asosiy ketma-ketliklarni va ushbu ketma-ketliklar 
bo'yicha sintez qilingan oqsil tarkibidagi aminokislotalar ketma-ketligidagi 
uyg'unlikni anglatadi. Genetik kod er yuzidagi barcha tirik mavjudotlar uchun 
universal bo'lgan uch kodlar shaklida bo'ladi. 
DNK uchta nukleotiddan iborat kodlarni hosil qiladi. Parollar; U adenin, guanin, 
sitozin va timin nukleotidlaridan hosil bo'ladi. DNKdagi ushbu uchta nukleotid 
kodlari birlashib, genlarni hosil qiladi. 
Tirik tuzilmalarda joylashgan barcha oqsillarni sintezi uchun 20 xil aminokislotalar 
talab qilinadi. 20 xil aminokislotalarni shifrlash uchun kamida 20 xil kalit bo'lishi 
kerak. Agar har bir nukleotid kodni ifoda etgan bo'lsa, ko'pi bilan (4 1 ) 4 xil kod 
hosil bo'lgan bo'lar edi. Bu oqsil sintezi uchun zarur bo'lgan 20 turdagi 
aminokislotalarni kodlash uchun etarli emas edi. Agar kodlar ikkita nukleotiddan 
iborat bo'lsa, ko'pi bilan (4 2 ) 16 turdagi aminokislotalar uchun kodlar hosil 
bo'lishi mumkin edi. 20 turdagi aminokislotalarni ham shifrlash mumkin emas. 
Natijada, barcha 20 turdagi aminokislotalarni ikkitadan ortiq nukleotidni o'z ichiga 
olgan kodlash tizimi bilan kodlash mumkin. Shuning uchun genetik kod 3 ta 
nukleotiddan iborat bo'lishi kerak. Bu shuni anglatadiki, jami (4 3 ) 64 turdagi 
parollar yaratilgan. Ushbu tizim 20 xil aminokislotalarni osonlikcha kodlash 
imkonini beradi. 
Genetik kod DNK yoki mRNK tarkibidagi kodonlar deb nomlangan, ular uch karra 
nukleotid sekanslaridan tashkil topgan kodlarda ifodalanadi. Uchta nukleotidni o'z 
ichiga olgan 64 ta maxsus kodon aniqlandi. mRNK tarkibidagi 64 turdagi 


kodonlarning uch turi aminokislotalarni kodlamaydi, bu kodonlar to'xtash yoki 
terminator kodonlari deyiladi . Ushbu kodonlar oqsil sintezini tugatuvchi 
signallardir. Qolgan 61 turdagi kodonlar 20 xil aminokislotalarni kodlash uchun 
ishlatiladi. 
Aminokislotalarning ayrim turlari bir nechta kodonga ega. Masalan, serin 
aminokislota olti xil kodon bilan kodlanishi mumkin. Metionin va triptofan 
aminokislotalari bitta kodon bilan kodlangan. Aminokislotalarning bir nechta 
kodon tomonidan kodlanishi qobiliyati tirik mavjudotni mumkin bo'lgan 
mutatsiyalarga qarshi himoya qiluvchi muhim mexanizmdir. 
Masalan, serin aminokislotani kodlovchi kodonlar mRNKdagi UCU, UCC, UCA, 
UCG, AGU, AGC . DNKdagi AGA kodoni bilan gendan sintezlangan mRNK 
UCU kodonini olib yuradi. Serin aminokislota uchun ushbu kodon kodlari. Misol 
uchun, natijada bir gen mutatsiyasiga AGA kodon AGG gen kodondan sintez 
mRNA'sının kodon bu ishi evaziga bo'ladi UCC mos ravishda. Mutatsiya 
natijasida mRNA kodoni o'zgarganligi sababli serin aminokislotasi ham 
kodlanganligi sababli, oqsil sintezi paytida hech qanday nosozlik yuz bermagan, 
boshqacha aytganda, bu mutatsiya tirik mavjudotlarda o'z ta'sirini ko'rsatmagan. 
DNKdagi kod aminokislotani kodlaydi. Masalan , DNKdagi hamkori TAA bo'lgan 
kodon mRNKga AUU kodoni sifatida ko'chiriladi. Ushbu kodon aminokislota 
izolösinni kodlaydi. Kodonlarga mos keladigan tRNKdagi uch karra nukleotidlar 
ketma-ketligi antikodon deb ataladi. Aminokislota izolösiniga mos keladigan 
antikodon kodi UAA . Oqsil sintezi jarayonida to'xtaydigan kodonlarga biron bir 
aminokislotalar va tRNKlar tushmaydi. 


Oqsil sintezi metionin aminokislota ham kodlanadigan AUG kodonidan 
boshlanganligi sababli , bu kod boshlanish kodoni deb ataladi. UAA, UAG, UGA 
stop kodon sifatida ifodalanadi. MRNKdagi kodonlar va ular kodlagan 
aminokislotalar quyidagi jadvalda keltirilgan . 
Bioinformatika quyidagi masalalarni hal etishda qo‘llaniladi: 
1. 
Oqsillarning birlamchi strukturasi xaqidagi ma'lumotlar asosida ikkilamchi 
va uchlamchi strukturasini aytib berish va modellashtirish
2. 
Oqsil va nuklein kislotalarni birlamchidan to uchlamchi strukturalarigacha 
bo‘lgan ma'lumotlarni saqlash va boshqarish; 
3. 
Praymerlarni konstruksiyalarini yaratish; 
4. 
Ma'lum bir gen maxsulotlarining vazifasini taxmin qilish; 
5. 
Molekulyar tahlil natijasiga ko’ra genomni tahrir qilish. 
6. 
filogenetik tahlillar olib borish. 
Hozirgi vaqtda bioinformatik mutahasislar uchun istiqbolli bo’lgan sohalar:
1. 
Bioinformatika fani bo‘yicha malakaga ega bo‘lgan mutaxassislarga ko‘plab 
ilmiy-tadqiqot va farmasevtik kompaniyalarida talabning yuqoriligi. 
2. 
Foydali genlarni aniqlash va o‘zgartirilgan genomli mahsulot ishlab 
chiqaruvchi tashkilotlarning bioinformatik mutaxassislarni jalb etishi. 
3. 
Bioinformatika sohasidagi mutaxassislarni genomika va proteomika 
yo’nalishi uchun zarurligi. 
4. 
Biohavsizlik yo’nalishida turli tahlillarni yoritishda bioinformatik 
mutahassis zarurligi. 



Download 58.36 Kb.

Do'stlaringiz bilan baham:




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling