Gen va genom haqida tushuncha

S almonella typ’imurium bakteriyasida transduktsiya hodisasini ko’rsatuvchi tajriba sxemasi. 22A bakteriya shtammlari triptofanni sintez qila olmaydi (T^-), 2A - triptofanni sintezlovchi (T⁺) shtamm.

Uning o’ng tomoniga 2A(T⁺) shtamm bakteriyalari, chap tomoniga esa 22A(T^–) shtamm bakteriyalari joylashtirilgan. Tajriba uchun yana bitta biologik ob’ekt – shu bakteriyalar virusi – bakteriofag olinib uni idishning o’ng qismida joylashgan 2A (T⁺) shtamm bakteriyalar orasiga aralashtirib yuborildi. SHuni taokidlash kerakki idishdagi ikki shtamm bakteriyalarni ajratib turgan filg’tr teshiklari juda kichik bo’lib u orqali idishning ikki tomoniga joylashtirilgan ikkita har xil shtammga mansub bakteriyalar bir biri tomon o’ta olmas edi. Tajribada biologik ob’ekt sifatida ishtirok etayotgan viruslar esa bakteriyalarga nisbatan juda kichik bo’lganligi uchun filg’tr teshiklaridan bemalol o’tib turishlari mumkin edi. Tajriba natijasida quyidagi dalillar olindi. Viruslarni bakteriyaning 2A(T⁺) shtammi joylashtirilgan idishning o’ng tomoniga quyib yuborildi. Viruslar darrov bakteriyalarga hujum qila boshladilar. Ularning tanalaridagi oqsil bakteriya hujayrasining tashqarisida qoldirilib, DNK molekulalari esa bakteriya ichiga kirib olib tez ko’paya boshlagan. Oqibatda bakteriya hujayrasi ichida virusning ko’p sondagi yangi avlodlari paydo bo’lgan. Ular to’liq rivojlanib bo’lgach bakteriya hujayrasini yorib chiqib, idish ichiga tarqala boshlagan. Ularning bir qismi filg’tr teshiklari orqali idishning 22A(T^–) shtamm bakteriyalari joylashgan ikkinchi qismiga o’tib ularga ‘ujum qilib, hujayralarida ko’paya boshlagan. Bu yerda ham viruslar DNK lari bakteriyalarga kirib ko’paya boshlagan. Oqibatda bakteriyaning 22A(T^–) shtamm hujayralarida ham virusning ko’p sondagi yangi avlodlari paydo bo’lgan. Idishning chap tomonida joylashgan 22A(T^–) shtamm bakteriyalarining ba’zilarida 2A(T⁺) shtamm bakteriyalarigagina xos bo’lgan xususiyatlar paydo bo’lgan. Ular ham xuddi 2A(T⁺) shtamm bakteriyalari kabi triptofan aminokislotasini sintezlash hamda tarkibida triptofan bo’lmagan selektiv oziqada ham o’sadigan xususiyatiga ega bo’ldi. Bu g’ayri tabiiy ko’ringan ‘odisaning sababi quyidagicha. Virus DNK si 2A(T⁺) shtamm bakteriyasi ichida reduplikatsiya orqali ko’payish jarayonida bakteriya DNK molekulasining ayrim qismlarini 2A(T⁺) genini o’ziga qo’shib-tutashtirib oladi. Viruslar filg’tr orqali o’tib ikkinchi 22A(T^–) shtamm bakteriyalari tanasiga kirib ko’paya boshlaganda uning DNKsiga 2A(T⁺) shtammdan olib o’tgan T⁺ genini o’tkazadi. Buning natijasida 22A(T^–) shtamm bakteriyalariga 2A(T⁺) shtammning genlari o’tadi va irsiylanadi. Oqibatda 22A(T^–) bakteriyalari ham 2A(T⁺) bakteriyalari kabi triptofan moddasini sintezlay olish xususiyatiga ega bo’ldi. SHuning uchun ham ular tarkibida triptofan bo’lmagan selektiv mu’itda ham o’sib ko’paya oldi.

Mikroorganizmlar va viruslar ustida olib borilgan yuqorida bayon etilgan ilmiy tadqiqot ishlari natijasida dezoksiribonuklein kislotasi organizmlar irsiyatining moddiy asosi ekanligini va uning organizmlar belgi va xususiyatlarining kelgusi avlodlarga o’tkazish funktsiyasini bajarishligi ko’rsatildi.
DNK replikatsiyasi va rekombinatsiyasining molekulyar biologiyasi.
DNK ning replikatsiyasi quyidagi molekulyar genetik jarayonlar orqali amalga oshadi:
1) Qurilish bloki – nukleotidlarning sintezlanishi. Yangi DNK molekulalarining sintezlanishi uchun zarur qurilish bloki funktsiyasini hujayrada sintezlanib yig’ilgan dezoksiribonukleozid trifosfatlar bajaradi. Ularni ixchamroq qilib d-nukleozid-trifosfat tarzida atalib, dNP belgisi bilan ifodalanadi. Bundagi lotincha d - harfi dezoksiribozani, N - harfi nukleozid va nihoyat P-harfi fosfatni bildiradi. Nukleotid deb atalgan bu moddaning sintezlanishi quyidagi jarayonlar orqali amalga oshadi:
a) d-nukleozid (dN) ning sintezlanishi azotli asoslar (A, T, G va TS) ning bittasi dezoksiriboza bilan birikishi natijasida amalga oshadi. Bu sintez bitta molekula suv ajratish orqali kechadi.
b) d-nukleozid o’z navbatida energiya manbai bo’lmish ATF- adenozin trifosfor kislotasi bilan qo’shilib d-nukleozid-trifosfatni hosil qiladi. Bu jarayon ham kondensatsiya orqali amalga oshadi. SHunday holatda dNP ya’nii nukleotidlar DNK replikatsiyasining qurilish bloki funktsiyasini bajarishga tayyor bo’ladi.
2) Qo’sh spiral holatda buralgan DNK molekulasi buralishini yozilgan holatga keltirish va uni denaturatsiya qilish orqali ikkita polinukleotid zanjiriga ajratish replikatsiya namoyon bo’lishining ikkinchi bosqichidir. Bunda xelikaza fermenti yordamida DNK ning ikkita polinukleotid zanjiridagi nukleotidlarni bog’lab turgan vodorod bog’lari olib tashlanadi. Oqibatda DNK ikkita ayrim‑ayrim polinukleotid zanjiriga bir chetdan ajrala boshlaydi. Ikki polinukleotid zanjirlarining har qaysi birining yonida unga parallel komplementar holatda ikkita yangi polinukleotid zanjirlari sintezlanadi. DNK ning bunday holatdagi replikatsiyasini yarim konservativ usul deb ataladi.
SHunday qilib, ona DNK ning har ikkala polinukleotid zanjiri replikatsiya uchun andozalik (matritsalik) funktsiyasini bajaradi.
DNK replikatsiyasining yarim konservativ mexanizmining sxemasi
1–boshlang’ich DNK molekulasining bir qismi; 2–ikki zanjirning azotli asoslari o’rtasidagi vodorod bog’ining uzilishi; 3–hujayra sitoplazma-sidagi nukleotidlardan komple-mentar zanjirning hosil bo’lishi (rasmda qora rangda); 4–ikkita qiz DNK molekulalari; harflar bilan azotli asoslar belgilangan; A–adenin, T–timin, G–guanin, TS–tsitozin.
3) Yangi polinukleotid zanjirlarining sintezlanishi DNK – polimeraza I, DNK- polimeraza II va DNK- polimeraza III fermentlari ishtirokida amalga oshadi. Yuqorida qayd etilganidek DNK replikatsiyasi jarayonida yangi polinukleotid zanjirlarning sintezlanishi uchun qurilish bloki funktsiyasini dN trifosfat - nukleotidlar bajaradi. Ularning sintezlanayotgan polinukleotid zanjiriga joylashtirilishi quyidagi uchtaarayon orqali amalga oshadi.
1) Yangi polinukleotid zanjiriga ulanishdan oldin ulardan difosfat nukleaza ferment yordamida kesib tashlanadi. Oqibatda dN trifosfat dN monofosfatga aylanadi. Ularni odatda ixcham va qulay bo’lgan atama mononukleotid yoki ko’proq nukleotid deb yuritiladi. Trifosfatning monofosfatga parchalanishi natijasida ajralib chiqqan energiya ‘isobiga replikatsiya jarayoni namoyon bo’ladi.
2) SHunday qilib, tayyor nukleotidlar uch xil kimyoviy modda – azotli asos, dezoksiriboza va monofosfatlardan tashkil topgan bo’ladi. Tarkibida qaysi azotli asos mavjudligiga qarab ular 4 xil ya’ni adeninli – A (A), guaninli - G (G), timinli – T (T) va tsitozinli TS (C) nukleotidlar shaklida bo’ladilar. Ular DNK ning sintezlanayotgan polinukleotid zanjiriga muayyan tartibda, ketma-ket eski zanjirdagi nukleotidlarga komplementar holatda DNK polimeraza fermentlari yordamida ulanadi. Ulanayotgan ikkita nukleotid oralig’ida biri – biri bilan kondensatsiya jarayoni orqali murakkab efir bog’i hosil bo’ladi. Buning natijasida bitta nukleotidning fosfati bilan ikkinchi nukleotidning dezoksiribozasini bog’lab turuvchi fosfodiefir ko’prigi hosil bo’ladi. Ushbu ko’prik bitta nukleotid dezoksiribozasining 3 uglerod atomini ikkinchi nukleotiddagi 5 uglerod atomi bilan kislorod orqali ulanadi. Bayon etilgan jarayon orqali sintezlanayotgan polinukleotid zanjiriga navbatdagi nukleotid ulanadi.
3) DNK molekulasining sintezlanishida kechadigan so’nggi jarayon uning eski va yangi sintezlanayotgan nukleotid zanjirlarida joylashgan nukleotidlarni bir-biri bilan vodorod bog’lari orqali ulashdan iborat. Bu jarayon renaturatsiya deb ataladi. Renaturatsiya orqali adeninli nukleotid timinli nukleotid bilan ikkita vodorod bog’lari orqali, guaninli nukleotid tsitozinli nukleotid bilan uchta vodorod bog’lari orqali ulanadi. Oqibatda bitta qo’sh polinukleotid spiralga ega bo’lgan boshlang’ich DNK dan ikkita yangi qo’sh spiralli DNK molekulalari hosil bo’ladi. Ularning har ikkalasidagi polinukleotid zanjirlarining bittasi boshlang’ich DNK dan o’tgan, ikkinchisi yangi sintezlangan bo’ladi.
DNK replikatsiyasining yuqorida bayon etilgan asosiy printsiplari prokariot va eukariot organizmlarda o’xshash kechadi. Lekin molekulyar biologiyada olingan oxirgi dalillar ular DNK si replikatsiyasida ba’zi tafovutlar mavjud ekanligini ko’rsatdi. SHuning uchun biz ulardagi replikatsiyani alo’ida, tafovutlarini taokidlagan holda bayon etamiz.
Prokariot organizmlar – bakteriyalar va DNK ga ega viruslarda eukariotlardan farqli o’laroq shakllangan xromosoma bo’lmaydi, uning o’rniga halqasimon ko’rinishga ega bo’lgan erkin holdagi DNK molekulasi mavjud. Bundan tashqari prokariotlarning DNK sida replikatsiya nuqtasi faqat bitta bo’ladi. Binobarin, replikatsiya halqasimon DNK ning faqat bir joyidan boshlanib yuqorida qayd etilgan uchta jarayon orqali bitta boshlang’ich halqasimon DNK dan ikkita yangi halkasimon DNK sintezlanishi bilan tugallanadi. Ular yangi hosil bo’lgan ikkita hujayraga bittadan bo’lib o’tadi. SHuni alohida taokidlash zarurki, DNK replikatsiyasining molekulyar mexanizmi dastlab mikroorganizmlarda kashf etilgan edi. 1956 yilda amerikalik olim A.Kornberg E.coli bakteriyasi ishtirokida quyidagicha tajriba o’tkazdi. E.coli toza holda DNK polimeraza fermentini, dezoksiribonukleozidtrifosfatni (dN-trifosfatni) hamda andoza uchun uning halqasimon DNK sini ajratib olib ularni zarur sharoitlar sunoiy yaratilgan idishda aralashtirib kuzatildi. Oqibatda laboratoriya sharoitida DNK replikatsiyasi sodir bo’lishini namoyish qildi. Eukariot organizmlar replikatsiyasini o’rganish sohasidagi tadqiqotlarning rivojlanishida A.Kornbergning 1967 yildagi kashfiyotining natijalari katta ahamiyatga ega bo’ldi. DNK molekulasida mavjud bo’lmish ikkita polinukleotid zanjirlari antiparallel ravishda bo’ladi. Nukleotidlar ularning bittasida 5¹→3¹ yo’nalishida, ikkinchisida esa 3¹→5¹ yo’nalishida joylashgan bo’ladi. Boshqacha qilib aytganda ulardagi 5¹→3¹ bir–biriga qarama-qarshi joylashgan bo’ladi. SHuning uchun ham ularda yangi polinukleotid zanjirlari sintezlanishining boshlanish nuqtasi va yo’nalishi qarama-qarshi bo’ladi. DNK ning yo’nalishi 5¹→3¹ bo’lgan polinukleotid zanjiri yonida yangi zanjirning sintezlanishi uzluksiz, yaxlit holda kechadi. CHunki DNK polimeraza DNK ning faqat bitta 5¹→3¹ yo’nalishidagi polinukleotid zanjirinigina uzluksiz sintezlaydi.
D NK molekulasi replikatsiyasining yangi dalillar asosida tuzilgan molekulyar mexanizmi sxemasi.

Xromosoma strukturasining molekulyar sxemasi.

Xulosa
Replikatsiya natijasida sintezlangan birinchi qo’sh spiralli yangi DNK shu tarzda sintezlanadi. DNK ning 3¹→5¹ yo’nalishga ega bo’lgan ikkinchi yangi polinukleotid zanjirining sintezlanishi esa: a) teskari yo’nalishda bo’ladi; b) replikatsiyaning boshlanish nuqtalari ko’p bo’ladi; v) bu yo’nalishdagi polinukleotid zanjirining sintezi uchun oldin uning ayrim qismlarini sintezlab olinadi. Bu qismlarni Okazaka fragmentlari deb ataladi. Bu jarayon DNK-polimeraza III fermenti ishtirokida amalga oshadi. Ushbu polinukleotid zanjiri sintezining keyingi bosqichida Okazaka fragmentlar DNK-ligaza fermenti yordamida bir-biriga ketma-ket muayyan tartibda ulana boriladi. Oqibatda ikkinchi yangi polinukleotid zanjiri sintezlanadi. U ikkinchi boshlang’ich polinukleotid zanjiri bilan vodorod bog’lari orqali ulanib ikkinchi yangi qo’sh spiralli DNK ni hosil qiladi. DNK ning replikatsiyasi hujayra bo’linishi mitotik siklining DNK sintezi fazasida amalga oshadi.