Dnk. Strukturasi va funksiyasi

6. Biologik roli

20-30-yillarda sitogenetik tadqiqotlar. 20-asr irsiy belgilarning uzatilishi va saqlanishi yadro moddasida joylashgan xromosomalar bilan bog'liq ekanligiga guvohlik berdi. Irsiy moddaning oqsil emas, balki aniq DNK ekanligi 40-yillarda o'tkazilgan tadqiqotlar natijasida aniq bo'ldi. 20-asr bakteriyalar va bakteriofaglar haqida (qarang Gen).

1944 yilda Avery, McLeod va McCarthy (O. T. Avery , S. M. Mas - Leod , M. McCarty ) bakteriyalarda transformatsiya qiluvchi omilning tabiatini aniqladilar. Ular DNK bo'lib chiqdi. Transformatsiya jarayoni, shubhasiz, bir qator bosqichlardan iborat: bakterial hujayra tomonidan DNK molekulalarining teskari sorbsiyasi; bu molekulalarning hujayra ichiga kiritilishi; begona DNK molekulasining hujayra xromosomasiga integratsiyalashuvi, hosil bo'lgan murakkab strukturaning bo'linishi va rekombinantlarga o'tishi.
Bakterial viruslarni bakteriofag oqsiliga yoki DNKsiga kiritilgan radioaktiv yorliq yordamida elektron mikroskop ostida o'rganishda virus bakteriya hujayrasi yuzasiga o'rnatilib, unga faqat DNK molekulasini kiritishi ko'rsatildi. oqsil qobig'ini tashqarida qoldiradi. Virusning barcha irsiy ma'lumotlarini (genomini) o'z ichiga olgan hujayra ichiga kiradigan virus DNK molekulasi hujayrada yangi virus zarralarining paydo bo'lishiga, ularning ko'payishiga va lizisdan hujayraning o'limiga sabab bo'ladi.
Ba'zi mo''tadil faglar ba'zi bakterial hujayralarda infektsiyaning aniq belgilarini keltirib chiqarmaydi, ammo ularning DNKsi hujayra ichiga kirganda, bakteriya hujayrasining DNKsi bilan birlashib, bakteriyaning genomiga mahkam bog'lanadi. Bunday bakteriyalarning ko'p avlodlari bakteriofagni yashirin shaklda, hayotiy faoliyatning buzilishi belgilarini ko'rsatmasdan olib boradi. Biroq, noqulay sharoitlarda va har qanday zararli omillar, masalan, ionlashtiruvchi yoki ultrabinafsha nurlanish ta'sirida, bunday bakteriyalardagi virus ko'paya boshlaydi va bakteriyalarning lizisini (o'limini) keltirib chiqaradi. Virusning DNKsi bakteriyalar DNKsi bilan shunchalik kuchli bog'lanadiki, lizogen bakteriyalardan olingan virus bilan infektsiya virus DNKsi bilan birga bakteriyalar DNKsining bir qismini, ulardan bir qismini o'tkazish bilan birga keladi. bu bakteriyalarning irsiy xususiyatlari uzatiladi, ular yangi infektsiyalangan bakteriyalarda ham, virusning o'zida ham yo'q. Transformatsiyaga o'xshash bu hodisa transduksiya deb ataladi.
DNK zanjiridagi nukleotidlar ketma-ketligi RNK molekulasidagi nukleotidlarning to'ldiruvchi ketma-ketligiga qayta yoziladi - transkripsiya deb ataladi. Bu jarayon RNK polimeraza fermenti ishtirokida amalga oshiriladi. DNK dan RNK ga qayta yozilgan genetik ma'lumot oxir-oqibatda birlamchi strukturani (qurilayotgan oqsil molekulasidagi aminokislotalar qoldiqlari ketma-ketligini) aniqlaydi. Elektron mikroskop yordamida DNK shablonidagi RNK zanjirlarining o'sishini, ya'ni genning transkripsiya darajasidagi ishini ko'rish mumkin edi.
Genlarni amalga oshirish yoki ifodalash jarayonida genetik ma'lumotni kodlash sodir bo'ladi. DNK zanjiridagi ketma-ket joylashgan uchta nukleotid qoldig'i (triplet) RNK zanjiridagi komplementar tripletni kodlashi, bu esa o'z navbatida sintezlangan oqsilning polipeptid zanjiriga qat'iy belgilangan bitta aminokislota qo'shilishini nazorat qilishi ko'rsatilgan. Polipeptid zanjiri DNK bilan kollinear, ya'ni DNK tripletlarining chiziqli joylashishiga muvofiq sintezlanishi aniqlangan. Qaysi tripletlar har bir aminokislota kiritilishini kodlashi ma'lum.
Muayyan polipeptid zanjirining hosil bo'lishini kodlovchi DNK nukleotidlar ketma-ketligi strukturaviy gen yoki tsistrondir. Sistrondagi hatto bir juft nukleotidning o'zgarishi (nuqta mutatsiyasi) oqsil tuzilishining o'zgarishiga va uning biologik faolligini yo'qotishiga olib kelishi mumkin. Bunday nuqta mutatsiyalari o'tishlar ( G-C nukleotid juftligini A - T bilan almashtirish yoki aksincha), transversiyalar ( A - T ni T-A yoki G-C ni C-G bilan almashtirish, ya'ni komplementar asoslarning bir zanjirdan ikkinchisiga siljishi) bo'lishi mumkin. , bir juft nukleotidning kiritilishi yoki ularning bo'linishi (yo'qolishi). Transversiyalar va o'tishlar odatda qurilayotgan polipeptid zanjirida bitta aminokislota o'rnini bosishiga olib keladi, kiritish va bo'linish esa o'qish tartibining o'zgarishiga olib keladi va oqsil tuzilishining chuqur buzilishiga olib keladi. Bir vaqtning o'zida uchta juft nukleotidning, ya'ni butun tripletning kiritilishi yoki bo'linishi o'qish ketma-ketligini tiklaydi, bu triplet kodining eng muhim dalillaridan biri bo'lib xizmat qildi.
Yuqori organizmlarda genomdagi DNK miqdori millionlab oqsillarni kodlash uchun etarli. Haqiqatda, odamlarda va yuqori hayvonlarda genlar soni hech bo'lmaganda kichikroq bo'lib, 10 000 dan 100 000 gacha ko'rinadi. Shunday qilib, ortiqcha DNKning katta miqdori hech qanday strukturaviy genlarni olib yurmaydi va boshqa funktsiyalarni bajaradi. Aniqlanishicha, DNKning bir qismi transkripsiya jarayonida umuman ishtirok etmaydi va yuqori organizmlarda DNK shablonida sintez qilingan RNKning asosiy qismi hujayra oqsillari sintezida ishtirok etmasdan, hujayra yadrosi ichida parchalanadi. Shu munosabat bilan G.P. Georgiev gipotezani ilgari surdi, unga ko'ra operon (bir xil jarayonning barcha bosqichlarini katalizlashda ishtirok etuvchi fermentlar sintezini boshqaruvchi genlar ketma-ketligi) yuqori organizmlarda o'qish boshida joylashgan ko'p sonli tartibga soluvchi genlarni o'z ichiga oladi. Bunday operonda sintez qilingan gigant RNK molekulasi sitoplazmaga o'tish paytida parchalanadi, bu erda faqat tarkibiy genlar va hujayra oqsillarini sintez qilish kodlarini o'z ichiga olgan axborot RNKning o'zi kiradi. Ushbu RNKning qolgan qismi tartibga solish funktsiyalariga ega va yadro ichida parchalanadi.
Yuqori organizmlarning xususiyati ham hujayralar va to'qimalarning farqlanishidir. Xuddi shu organizmning (genomning) har bir diploid xujayrasining DNKsi tarkibidagi genlar sifat va miqdoriy jihatdan aynan bir xil, ammo turli to'qimalar va hujayralar o'z tarkibi, tuzilishi va funktsiyalarida keskin farq qilishi ular bilan izohlanadi. teng bo'lmagan oqsillarni sintez qiladi. Shunday qilib, faol genlarning faolligini tartibga solishdan tashqari, differentsiatsiya jarayonida genlarning ko'p qismi o'chiriladi yoki bloklanadi va odatda genomning kichik bir qismi faol bo'lib qoladi va ba'zi hollarda faqat bitta yoki bir nechta oqsil sintezlanadi. Masalan, retikulotsitlarda gemoglobin sintezi. Differensiallanish mexanizmlari asosan noaniq, ammo xromatin deoksiribonukleoproteinlarini tashkil etuvchi oqsillar transkripsiyaga aniq ta'sir ko'rsatishi ko'rsatilgan. Gistonlar bu jarayonni inhibe qiladi, kislotali oqsillar esa uni faollashtirishi mumkin. Xromatinning faol bo'lmagan hududlari sitologik jihatdan zichroq ko'rinadi, transkripsiya paytida, aksincha, xromatin bo'shashgan ko'rinadi va DNK zanjirlari gistonlardan qisman ajralib chiqadi. DNK transkripsiyasi xromatinning bo'shashgan hududlarida, faol genlar hududida xromosomalarning shishishi deb ataladigan puflarda sodir bo'lishi turli usullar bilan ko'rsatilgan.
Xulosa

DNK molekulasi o'ralgan arqon narvon (spiral) shaklida bo'lib, uning ustunlari juft nuklein asoslari bilan ifodalanadi. Adenin timin bilan, sitozin esa guanin bilan birlashadi.

DNKning asosiy ma'nosi - oqsil haqida ma'lumotni tashish qobiliyati va o'zini ko'paytirish qobiliyati. Bir-biriga bog'langan uchta nukleotidlar ketma-ketligi ma'lum bir aminokislota uchun koddir. Aminokislotalarning ketma-ketligidan organizmdagi rivojlanish va metabolizmning biokimyoviy mexanizmlarini boshqaruvchi oqsillar olinadi.
DNK, replikator molekula: DNK molekulasi ikki zanjirga bo'lingandan so'ng, har bir nukleobaza o'zining to'ldiruvchisini tortadi. Shunday qilib, adenin yangi timinni, guanin yangi sitozinni tortadi va hokazo. Oxirida ikkita yangi DNK molekulasi olinadi, ular asl nusxaning aniq nusxalaridir.
DNKning ikkinchi muhim xususiyati replikatsiya (ikki marta ko'payish) qobiliyatidir. Hujayra bo'linishidan oldin DNK "zinapoyasi" ochiladi va nukleotidlarning ikkita zanjiriga bo'linadi. Juftlanmagan nukleotidlar qo'shimcha juftlikni o'ziga jalb qila boshlaydi. Har bir adenin molekulasi timinni o'ziga tortadi, har bir sitozin molekulasi guaninni tortadi va shunga o'xshash "narvon" ning ikki yarmidan ikkita to'liq DNK spirallari olinmaguncha.
Aynan DNKning replikatsiya qilish qobiliyati eng oddiy mikrobdan tortib murakkab ko'p hujayrali organizmgacha bo'lgan barcha hayot shakllarining ko'payishiga imkon beradi.
Buni bilish evolyutsiyani molekulyar darajada o‘rganish, muayyan genlardagi o‘zgarishlar tarixini va ularning tashkil etilishini kuzatish hamda taksonomik guruhlar o‘rtasidagi DNK o‘xshashligi asosida filogenez modelini yaratish imkonini berdi. Biologiyadagi hamma narsa faqat evolyutsiya nurida mantiqiy bo'ladi.