Mavzu: Prokariot va eukariot genomlarining molekulyar tuzilmasi

Kurs ishi

Fan: Molekulyar biotexnologiya

Mavzu:Prokariot va eukariot genomlarining molekulyar tuzilmasi



Bajardi: Shukrullozoda R

Tekshirdi: Ismailov Z.F.

Reja:

Kirish

Ι. Pro va eukaryotlar genomlari.

1.2. Prokaryotlarning genomlari.

1.2.1. Viruslarning genomlari.

1.2.2. Bakterial hujayraning nukleoidi.

1.2.3. Archaebakteriyalarning genomlari.

1.3. Eukariotlarning genomlari.

1.3.1. Eukaryotik genomning nukleotid ketma-ketligi.

1.3.2.Odam genomi.

1.3.2.1. Inson genomidagi oqsilni kodlaydigan genlar

1.3.2.2. Genomdagi kodlanmaydigan qismlar.

1.3.2.3. Inson tanasidagi genomik o’zgarishlar.

Glossariy

Tanqidiy fikrlashga oid savollar.

Mustaqil o'rganish uchun savollar.

Xulosa

Adabiyot

                                             


Kirish

      Prokariotik genomlarga mustaqil genlar va operonlar kiradi. Mustaqil genlar qo'shni genlardan kodlanmagan qismlar (speyserlar) tomonidan ajratilgan, ular odatda transkripsiya qilinmaydi. Mustaqil genlardan farqli o'laroq, operon umumiy tartibga solish tizimiga ega bo'lgan, tuzilma genlar guruhidir. Ushbu genlar har qanday biokimyoviy jarayonning izchil bosqichlarini amalga oshirishda ishtirok etadi. Dastlab, operonning modeli 1960 yilda frantsuz biokimyogarlari F. Jakob va J. Mono tomonidan laktozani bijg’ishi jarayoni misolida ishlab chiqilgan. Laktoza operonining kompleksiga sut shakarini fermentatsiyalash jarayonida ishtirok etadigan uchta fermentni kodlovchi uchta tarkibiy gen (Z, Y, A) kiradi. Asosiy ferment β-galaktozidaza. Operonni boshqarish tizimi promotor, operator va gen-regulyatorni o'z ichiga oladi. Eukaryotik genomning axborot makromolekulasi bu DNK bo'lib, u bir nechta xromosomalarga ko'p sonli oqsillar bilan komplekslar shaklida notekis taqsimlangan.

      Prokaryotik va eukaryotik genomning o'rtasidagi faoliyati bilan taqqoslaganda genlar ta'sirini boshqarishining ko'p bosqichli tabiati sezilarli farq bo’lib hisoblanadi. Prokaryotlarda faqat bitta uslubda boshqarish mumkin - operon tizimidan foydalangan holda transkripsiya darajasida. Eukaryotlarda, genlarning uzluksiz tuzilishi tufayli, ushbu boshqarish turiga posttranskriptiv (splaysing, modifikatsiya) boshqarish va translyatsiya darajasida (translyatsiya noaniqligi) qo'shiladi. Bundan tashqari, xromosomalarda gistonlar mavjudligi DNKning strukturaviy o'zgarishi mexanizmi yordamida xromosoma hududlarini faol (euxromatik) holatdan faol (geteroxromatik) holatga o'tkazish orqali genlarning ta'sirini guruhli nazorat qilish imkonini beradi. Bunday o'zgarishlar ba'zan butun xromosomalarga va hatto butun genomga ta'sir qiladi.    Eukaryotlardagi genlarning boshqarishilishi aksariyati RNK polimeraza genga bog'langanida sodir bo’ladi - transkripsiyaning boshlanishi. Prokaryotik hujayralar singari eukaryotik hujayralar boshqarish genlarga ega. Ammo eukaryotik boshqarislish genlari ko'proq oqsillarni o'z ichiga oladi va o'zaro ta'siri yanada murakkabroqdir.

Ι. Pro va eukaryotlar genomlari.

1.2. Prokaryotik genom

    Prokaryotlarning molekulyar tashkil etilishining asosiy xususiyati ularning hujayralarida (yoki virionlarlarda - virus zarralari, viruslar bo’lsa) sitoplazmasida yadro membranasi bilan o'ralgan yadro yo'qligi. Yadro yo'qligi - bu prokaryotlarda genomning maxsus tashkil etilishining tashqi ko'rinishidir, bu esa eukaryotik organizmlarda tubdan farq qiladi. Eukaryotlardan farqli o'laroq, prokaryotik genom juda ixcham tarzda qurilgan. Kodlanmaydigan nukleotidlar soni minimal, intronlar kam. Bundan tashqari, prokaryotlarda bir xil genli nukleotidlar ketma-ketligining ikki yoki hamma uchta qayd etish chegarasida oqsillarni kodlash uchun ishlatiladi, bu ularning hajmini ko'paytirmasdan ularning genomlarini kodlash potentsialini oshiradi. Prokaryotlarda eukaryotlarda ishlatiladigan gen ekspressiyasini boshqarishning ko'plab mexanizmlari hech qachon topilmaydi. Bu, eukaryotik hujayralarning hujayra ichidagi parazitlari sifatida, o'zlarining genetik potentsialining zaruriy qismini o'z ehtiyojlari uchun ishlatadigan hayvonlar va o'simliklarning viruslariga taalluqli emas. Shunday qilib, prokaryotik genom tuzilishining soddaligi, birinchi navbatda, ularning soddalashtirilgan hayot sikli bilan namoyon bo’ladi, bu davrda prokaryotik hujayralar, qoida tariqasida, eukaryotlarning ontogenetik rivojlanishida sodir bo'ladigan, ba'zi bir guruh genlaridan boshqalarga global miqyoda almashtirishlari yoki ularning ifoda darajalarining nozik o'zgarishi bilan bog'liq emas.

1.2.1. Virus genomlari

      H. Frenkel-Konratning so'zlariga ko'ra, "viruslar bir yoki bir nechta DNK yoki RNK molekulalaridan tashkil topgan zarrachalar bo'lib, odatda (lekin har doim ham emas) oqsil qobig’i bilan o'ralgan; viruslar o'zlarining nuklein kislotalarini bitta ho’jayin xujayradan boshqasiga o'tkazib, undan foydalanishlari mumkin va hujayra ichidagi replikatsiyani amalga oshiradigan fermentativ uskuna, ho’jayin xujayrasi ma'lumotlariga o'z ma'lumotlarini qo'shish orqali, ba'zan viruslar o'zlarining genomlarini teskari ravishda ho’jayin genomlariga kiritishi (integratsiya) mumkin va keyin ular "yashirin mavjudlik" ga olib keladi, yoki qandaydir tarzda ho’jayin hujayraning xususiyatlarini o'zgartiradi "2.

Viruslar hujayra ichidagi parazitlar bo'lib, ko'payish uchun ho’jayin hujayraning oqsil sintez qiluvchi apparatlaridan foydalanadilar. Virusning hayot aylanishi hujayraga kirib borishdan boshlanadi. Buning uchun u uning yuzasidagi maxsus retseptorlari bilan bog'lanadi yoki hujayraga nuklein kislotasini yuboradi, virion oqsillarini uning yuzasida qoldiradi yoki endotsitoz natijasida butunlay kirib boradi. Oxirida virus hujayra ichiga kirgandan keyin uni yechish kerak - membrana oqsillaridan genomik nuklein kislotalarning chiqishi, bu esa hujayrani ferment tizimlariga virusning gen ifodasini ta’minlaydigan virus genomini ochib beradi . Virus hujayraga kirgandan so'ng, uning ko'payishi sodir bo'lishi mumkin, ko'pincha hujayraning o'zi (virusning rivojlanish yo'li) nobud bo'lishi bilan xarakterlanadi. Bundan tashqari, virus uzoq vaqt davomida o'zini namoyon qilmasdan (latent infektsiya) hujayraning ichida mavjud bo'lishi mumkin. Bunday holda, uning genomi ho’jayin hujayraning genomiga qo'shilib, u bilan ko'payadi yoki xromosomadan tashqari holatda bo'ladi. Virusli genomli nuklein kislotasi hujayraga kirgandan so'ng, unda mavjud bo'lgan irsiy ma'lumotlar ho’jayin genetik tizimlar tomonidan dekodlanishi va virus zarralarining tarkibiy qismlarini sintez qilish uchun ishlatilishi kerak. Viruslar ko'payish uchun asosan ho’jayin xujayraning ferment tizimlaridan foydalanganligi sababli, ularning genomlari nisbatan kichik o'lchamlar bilan ajralib turadi va virionlarning tarkibiy oqsillarini, shuningdek viruslarning ko'payishi ehtiyojlari uchun hujayra metabolizmini tartibga soluvchi oqsil va fermentlarni kodlaydi, bu viruslarni ko'paytirish jarayonini iloji boricha samarali qiladi. Virionlar ichiga o'ralgan virusli genom bitta zanjirli yoki ikki zanjirli DNK yoki RNK bilan ifodalanishi mumkin. Bundan tashqari, barcha virusli genlar bir xil xromosomada joylashishi yoki bir nechta bloklarga (xromosomalarga) bo'linishi mumkin, ular birgalikda bunday viruslarning genomini tashkil qiladi. Masalan, retroviruslarda genom ikki zanjirli RNK bilan ifodalangan va o'nta segmentdan iborat. Bir zanjirli RNKni o'z ichiga olgan viruslarning genomlari ham yaxlit bo'lishi mumkin (masalan, retroviruslar) yoki segmentlangan (masalan, ortomiksoviruslar yoki adenaviruslar). RNK o'z ichiga olgan viruslarning genomlari faqat chiziqli RNK molekulalari bilan ifodalanadi. DNKni o'z ichiga olgan barcha ma'lum umurtqali viruslar bitta xromosomaga, chiziqli yoki dumaloq, bitta yoki juft tarmoqli o'ralgan genomga ega. Ba'zi viruslarda, masalan, gepatit B virusi, genom halqa shaklida yopiq holda yopilgan ikki zanjirli DNK molekulasi bo'lib, ikkala zanjirda bitta zanjirli mintaqalar turli joylarda joylashgan. Bir necha avlodlarda, masalan, adeno bilan bog'liq viruslar, turli xil virus zarrachalarida DNK to'ldiruvchi qo'shimcha elementlar mavjud.

1.2.2. Bakterial hujayraning nukleoidi.

      Elektron mikroskop yordamida yengil sharoitda bakterial hujayralarni dastlabki kimyoviy fiksatsiyasiz o'rganish shuni ko'rsatdiki, nukleoidlar ribosomalardan xoli bo'lgan rangli diffusion joylashgan. Bunday holda, nukleoidlarning tashqi qismidagi DNKning cho'zilgan bo'laklari atrofdagi sitoplazma tomon yo'naltiriladi. Maxsus antitanalar yordamida RNK polimeraza, DNK topoizomeraza I va gistonga o'xshash HU oqsillarining molekulalari nukleoidlar bilan bog'langanligi aniqlandi. DNKning nukleoid atrofidagi bo'shliqlari odatda transkripsiyada ishtirok etadigan bakterial xromosoma segmentlari sifatida talqin etiladi. Ushbu saytlar hujayraning fiziologik holatiga qarab, transkripsiya holatida bo'lgan yoki transkripsiya bostirilganida nukleoid ichiga tushadigan bakterial xromosomaning DNK zanjirlaridan iborat deb yuritiladi. A. Reiter va A. Changning fikriga ko'ra, elektron mikroskop ostida ko'rinadigan nukleoidlar yuzasining loyqa tuzilishi faol transkriptlangan DNK halqalarining harakatchan holatini aks ettiradi. Bakterial hujayralarning turli o'sish fazalarida nukleoid doimiy ravishda shaklini o'zgartiradi va bu ma'lum bakterial genlarning transkripsiya faoliyati bilan bog'liqdir. Eukaryotik xromosomalarda bo'lgani kabi, nukleoid DNK bakterial xromosomalarning ishlashiga va ularning hujayra ichidagi siqilishiga katta ta'sir ko'rsatadigan ko'plab DNKni bog'laydigan oqsillar, xususan, histonga o'xshash HU, H-NS va IHF oqsillari bilan birlashadi. Biroq, bakterial DNKning labiyali "kompaktosomalar" paydo bo'lishi (molekulyar mexanizmlarning barqaror turg'un nukleosomalariga o'xshashligi) hali ham noma'lum. So'nggi paytlarda protein tarkibiy qismi nisbatan past bo'lganligi bilan ajralib turadigan LP-xromatin (kam proteinli xromatin) bakteriyalariga qiziqish ortib bormoqda. Shunga o'xshash LP xromatin viruslarda, mitoxondriyada, plastidlarda va dinoflagellatlarda (flagellatlar) uchraydi. Shuning uchun, genetik materialning bunday strukturaviy tashkiloti universal deb ta’kidlanadi va prokaryotik organizmlarga xos bo'lgan gen ekspressiyasini tartibga solishning ma'lum shakllari bilan bog'liq. Bir hujayrali organizm bo'lgan bakteriya E. coli xromosomasi 4,6 × 106 nukleotid juftligi bo'lgan bitta dumaloq DNK molekulasidan iborat. Ushbu DNK taxminan 4,300 oqsilni kodlaydi, ammo bu oqsillarning faqat bir qismi hujayrada ma'lum bir vaqtda sintezlanadi. [1], [13].

1.2.3. Archaebakteriyalarning genomlari

     Archaebakteriyalar jamiyati - bu prokaryotlarning o'ziga xos va kam o'rganilgan taksonomik guruhidir. Arxeabakteriyalar ularning morfologiyasida odatiy eubakteriyalarga o'xshash bo'lishiga qaramay, molekulyar darajada ular eukariotlarga yaqin. Ushbu mikroorganizmlar ko'pincha eukaryotlarning prokaryotik evolyutsion ajdodlari deb hisoblanadi, shuning uchun arxaebakteriyalar genomining tuzilishini batafsil ko'rib chiqish o'rinli bo'ladi. Archaebacterium Methanococcus jannaschii, birinchi genom tuzilishi 1996 yilda aniqlangan, dengizning issiq, chuqur dengiz manbalarida topilgan. M. jannaschii genomi asosiy halqa xromosomasi va o'lchamlari mos ravishda 1700, 58 va 16 kb bo'lgan ikkita kichik xromosomadan tashqari elementlardan iborat. Shunga o'xshash genom o'lchamlari arxeo va eubakteriyalar uchun xosdir. Shunisi qiziqki, ushbu ta’rif qilingan termofilning DNKidagi GC tarkibi past va atigi 31% ni tashkil qiladi. Genom ixcham tarzda tashkil qilingan: DNKning kodlashning 1700 potentsial hududlari aniqlandi, har 1000 j.n.ga bittadan M. jannaschii-ning ko'pgina DNK joylari allaqachon ma'lum ketma-ketliklar bilan gomologiyani ko'rsatmaydi. Shunday qilib, M. Jannaschii boshqa prokaryotlar va eukaryotlardan o'ziga xos bo'lgan ko'plab genlar va funktsiyalar to'plamida farq qiladi. M. jannaschii genom tuzilishini tahlil qilish shuni ko'rsatdiki, genetik ma'lumotni qayta ishlash tizimlarini tashkil etuvchi genlar - transkripsiya, translyatsiya va DNK replikatsiyasi bakteriyalarga qaraganda eukaryotik genlarni ko'proq eslatadi. Shu bilan birga, translyatsiya tizimining genlari prokaryotlar, eukaryotlar va arxaebakteriyalarda eng konservativ (eng katta gomologiyaga ega) bo'lib chiqdi. Ulardan, rRNA genlari, shuningdek ba'zi ribosomal oqsillarning genlari universaldir. M. Jannaschiining o'ziga xos ribosomal oqsillari eukaryotlarda gomologga ega, ammo eubakteriyalarda emas. Ushbu arxaebakteriyadagi ma’lum translyatsiya omillarining aksariyati ham eukaryotik turga mansub bo'lgan. Xuddi shu narsa, ozroq bo'lsa-da, aminokislotali tRNK sintezlariga taalluqlidir. Transkripsiya tizimining genlarini qiyosiy tahlil qilish natijasida, M. jannaschii va eubakteriyalar RNK polimerazalari minimal fermentni tashkil etuvchi sub'ektlar orasida gomologiyani ko'rsatganligi aniqlandi, ammo arxebakteriyada eubakteriyalarga xos bo'lmagan kichik qo'shimcha qismlar mavjud va ularning gomologlari eukaryotik RNK polimerazalarida bo'ladi. M. jannaschii asosiy transkripsiya omillaridan faqat ikkitasi eukaryotlarga xosdir va bir yoki ikkita omil tegishli eukaryotik omillarning "odatiy" shakllari deb hisoblanadi. M. jannaschii genomini DNK polimerazasini kodlovchi Eukaryotik DNK polimerazasiga o'xshash bittagina gen topildi. Eubakteriyalarda DNKni ko'paytiradigan DNK polimeraza Pol III, M. jannaschii-da gomologga ega emas. Boshqa arxeakteriya oqsillari, shuningdek, eukaryotik oqsillar bilan yuqori gomologiyani ko'rsatadi: gistonlar, hujayralar bo'linishini boshqaruvchi oqsillar, proteasomalar, translyatsiyani uzaytirish omillari va rekonstruksiya va transport tizimlarining oqsillari M. jannaschii uchun, shuningdek, eubakteriyalar uchun, operonlar shaklida genlarning tashkil etilishi xarakterlidir. Biroq, birinchi holda, operonlar kamdan-kam uchraydi va deyarli har doim protein komplekslarining subbirlik genlarini birlashtiradi, masalan, RNK polimeraza, ribosomalar yoki metil koenzim M reduktaza. Shu bilan birga, ketma-ket metabolik reaktsiyalarni boshqarish printsipiga muvofiq birlashtirilgan genlarni o'z ichiga olgan operonlar juda kam uchraydi. M. jannaschida bunday genlarni tasodifiy ravishda genomga taqsimlash mumkin. Shunday qilib, arxaebakteriyalar maxsus jamiyatni tashkil etishiga va bir qator genetik xususiyatlariga ko'ra eukaryotlarga yaqinlashishiga qaramay, ularning genomlari hajmi va asosiy genlar to'plami mustaqil tirik bakteriyalarga xos bo'lib qolmoqda. [2], [4].

1.3. Eukaryotik genom

      Prokaryotlardan farqli o'laroq, eukaryotik genomning asosiy qismi yadro deb ataladigan maxsus hujayra tarkibiy qismida (organella) joylashgan bo'lib, ancha kichik qismi mitoxondriyalarda, xloroplastlarda va boshqa plastidalarda joylashgan. Prokaryotlar singari, eukaryotik genomning ma'lumotli makromolekulasi DNK bo'lib, u bir nechta xromosoma bo'ylab ko'p sonli oqsillarga ega komplekslar shaklida taqsimlanmagan. Ushbu eukaryotlarning DNK-oqsil komplekslariga xromatin deyiladi. Hujayra sikli davomida xromatin ketma-ket kondensatsiya - dekondensatsiya ko'rinishida yuqori darajada buyurtma qilingan strukturaviy o'zgarishlarga uchraydi. Mitoz metafazasida maksimal kondansatsiyaga ega bo'lgan somatik hujayralarda bu o'zgarishlar mikroskopda ko'rinadigan metafaza xromosomalarining shakllanishi bilan birga keladi. Xromosoma eukaryotlar to'plamining tashqi belgilar to'plamiga kariotip deyiladi. Ushbu belgilar biologik sistematikada keng qo'llaniladi. Eukaryotik genom prokaryotik genomdan bir qator jihatdan sezilarli darajada farq qiladi, shular qatorida uning ortiqligini ham ta'kidlash kerak. Eukaryotlardagi DNK tarkibi prokaryotlarga qaraganda o'rtacha kattaroq 2-3 dan kattaroqdir va hayvonlarning har xil turlarida 168 pg (amfibiyalar) dan 1 pg (ba'zi baliq turlari) gacha o'zgarib turadi. Bir kishining diploid genomiga ~ 6 pg DNK to'g'ri keladi, ularning umumiy uzunligi 6 dan 109 bp ga yaqinlashadi. Eukaryotik genomda DNKning ko'payishi, bu organizmlarning qo'shimcha genetik ma'lumotlarga bo'lgan ehtiyojining oshishi bilan izohlanmaydi, chunki ularning ko'pgina genom DNKlari odatda kodlanmagan nukleotidlar qatori bilan ifodalanadi. Evolyutsion rivojlanishning quyi bosqichlarida organizmlar genomlarining hajmi ko'proq yuqori darajada tashkil etilgan hayvonlar va o'simliklarning genomlaridan kattaroqdir. Hozirgi paytda eukaryotik genom DNKning ko'p qismi RNK va oqsillarni kodlamasligi va uning genetik funktsiyalari yaxshi o’rganilmaganligi ma'lum. [5],[9]

1.3.1. Eukaryotik genomning nukleotidlar ketma-ketligi

     Eukaryotlarning genomlari noyob va takrorlanuvchi nukleotidlar ketma-ketligidan iborat. Parchalangan DNK reassociatsiyasi kinetikasi asosida aniqlangan genomdagi noyob ketma-ketliklar tarkibi har xil organizmlar orasida farq qiladi va ular nisbati barcha DNKning 15–98% ni tashkil qiladi. Ko'p tarkibiy genlar noyob ketma-ketliklar fraktsiyasiga tushishiga qaramay, noyob ketma-ketliklarning aksariyati kodlanmaydi va odatda ushbu atamaning qabul qilingan ma'nosida genetik ma'lumotlarni o'z ichiga olmaydi: ular funktsional jihatdan muhim polipeptid zanjirlari yoki RNKlarni kodlamaydilar. Bunday noyob ketma-ketlikning ma’lum i namunasi - bu intronlardir, ularning umumiy hajmi kattaliklar tartibiga ega yoki ularni o'z ichiga olgan genlarning tashqi hujayralarining umumiy hajmidan kattaroqdir. Evukarotik genlarning mozaik (intron - ekzon) tuzilishining evolyutsion paydo bo'lishi, shuningdek, genlardagi intronlarning o'lchamlari va nisbiy pozitsiyalari merosning konservativ tabiati aniq biologik funktsiyalarga ega bo'lmagan holda nuklotidlar ketma-ketligida tabiiy tanlanish bosim omilining mavjud emasligi sababli to'liq izoh topa olmaydi. . W. Gilbert (1977) tushunchasiga ko'ra, hujayralar paydo bo'lishi, vaqt o'tishi bilan ko'p hujayrali organizmlarning evolyutsion paydo bo'lishi bilan bir vaqtning o'zida bir-biriga bog'liq bo'lmagan genlar orasida ekzon almashinuvini ta'minlagan holda keng qo'llanilgan. Bunday almashinuv ilgari boshqa oqsillarga tegishli bo'lgan tayyor polipeptidning funktsional ahamiyatli modullaridan (domenlaridan) iborat yangi mozaik tuzilishdagi oqsillarni shakllantirish bilan birga bo'lishi kerak. Ushbu kontseptsiya tarafdorlarining fikriga ko'ra, yangi funktsiyalarga ega bo'lgan oqsillar va fermentlarning shakllanishini keskin tezlashishi, shuningdek, bunday molekulyar mexanizmlarni amalga oshiradigan organizmlarning chuqur evolyutsion o'zgarishlaridir. Ushbu ko'rinish "intronlarning kech kelib chiqishi gipotezasi" deb nomlanadi. Boshqa bir J.E. Darnella va V.F. Dulitle (1978) gipotezasiga muvofiq, xozirgi intronalar "evolyutsion izohlar" dir. Intronlar bir vaqtlar yirik genlarning bir qismi bo'lgan. Evolyutsion nuqtai nazardan sir emaski, ko'p hujayrali organizmlarning genomida ko'p kodlanmagan takrorlanadigan ketma-ketlikning paydo bo'lishi. Bunday takrorlashlar bir nechta nusxada eukaryotlarning gaploid genomida namoyon bo'ladi. Takrorlashning zamonaviy tasnifida tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarni ajratish odat tusiga kiradi, ularning soni har bir gaploid genomiga 105 tadan oshadi va o'rtacha takrorlanadigan, 10-104 nusxada berilgan. Birinchisining puxta o'rganilgan vakili bu sun'iy satellit DNK bo'lib, u uzun tandemdan uzun bloklarda tashkil qilingan uzunligi 1–2 bp ni tashkil qiladi. Eukaryotlarning takrorlanadigan DNK ketma-ketliklaridan birinchilardan biri sun'iy satellit buzoq timusining DNKini kashf qildi. Ular o'zlarining ismlarini umumiy eukaryotik DNKni tsesium xloridning zichlik gradientida sentrifugalash orqali tahlil qilganda, yelkama-yelka (satellit) ko'rinishidagi optik zichlikning eng yuqori cho'qqisiga chiqdilar. Bu sun'iy yo'ldosh DNK fraktsiyasining bir hil nukleotid tarkibi bo'lib, unda ko'p sonli qisqa takrorlanishlar mavjudligi aniqlandi, bu sentrifugatsiya yordamida aniqlanadigan suzuvchi zichligini o'zgartirdi. Sun'iy satellit DNKning klassik ta'rifida Britten va boshq. (1974), sun'iy satellitlar CsCl zichlik gradyanida muvozanat ultratsentrifugatsiyasida asosiy DNKdan ajraladigan DNKning ahamiyatsiz tarkibiy qismi ekanligini ta'kidladi. Satellitlar bir qator xususiyatlar bilan ajralib turadi, ular orasida eng muhimi quyidagilar: a) DNKning qayta tiklanish jarayonida tezkor va aniq reassosatsiya; b) ko'p nusxalar; c) oddiy boshlang'ich struktura; d) bir hil kompozitsion (bir xil takrorlanadigan bloklarning kengaytirilgan klasterlari ketma-ket); e) purin - DNK zanjirlari bo'ylab nukleotidlarning tarqalishidagi pirimidin assimetriyasi; e) peritsentromerik geteroxromatin tarkibidagi konsentratsiya; g) xromosomalarning polifenizatsiyasi paytida cheklangan replikatsiya (replikatsiya ostida); h) xromosomalarning tandem shaklida (birin-ketin) joylashgan klasterlar mavjudligi.[9]

Eukaryotik genomda sun'iy satellit DNK tarkibi DNK umumiy miqdorining 5-50% ni tashkil qilishi mumkin. Mikro (asosiy takroriy blokda 1 dan 4 bp gacha) va minisatellitli (individual takrorlashda bp ko'proq) DNK hatto bitta turga mansub bo'lgan organizmlarning genomlarida nusxalar sonining yuqori o'zgaruvchanligi bilan ajralib turadi va ba'zi hollarda irsiy beqarorlikka ega, ya’ni normal va organizmning ba'zi patologik sharoitlarida. Ushbu xususiyat tufayli mini va mikrosatellitlar ko'pincha o'zgaruvchan sonli tandemli VNTR (variable number of tandem repeats) deb nomlanadi. Takrorlashning yana bir turi bu katta bloklarga ajratilmagan, ammo genom bo'ylab tarqalib ketgan takrorlanadigan DNK ketma-ketligi. Ushbu turdagi takrorlashlar, teskari holda o'rtacha takrorlangan chastotalarni takrorlash (MER) deb nomlanadi,va ikkita keng sinfga bo'linadi: SINE (qisqa interspersed elementlar) - qisqa va LINE (uzun interspersed elementlar) - uzun dispers elementlar. SINE elementlarining uzunligi 90-400 bp, LINE ketma-ketliklarining uzunligi esa 7 kb ga etadi. Odamlar genomidagi SINE sinfining sinchkovlik bilan o'rganilgan takrorlashlari va ba'zi primatlar - bu Alu takrorlashidir, uning takroriy birligi uzunligi ~ 300 bp. Alu takrorlanishlari inson genomida ~ 106 nusxada taqdim etiladi va o'rtacha har 4 Kbda sodir bo'ladi, bu DNK umumiy miqdorining ~ 5% ni tashkil qiladi. Strukturaviy o'xshash takrorlanadigan B1 deb nomlangan sichqonlar genomida topilgan va ko'plab sut emizuvchilarda boshqa nomlar bilan tasvirlangan. Garchi LINE ketma-ketliklarida retrotransposonlarning belgisi bo'lgan teskari transkriptaza genlari mavjud bo'lsa (retrovirus genomiga strukturaviy o'xshashlik bilan hayvonlarning ko'chma genetik elementlari), ammo ular ketma-ketlikning yo'qligi bilan ajralib turadi,ya’ni retrotranspozonlarga xos bo'lgan uzun terminal takrorlanadi (LTR). LINE ketma-ketligiga misol sifatida, hayvonlar genomida keng tarqalgan LINE-1 takrorlanishini eslatib o'tish mumkin. Sichqonlarning LINE-1 elementi ikkita ochiq o'qish maydonchasini o'z ichiga oladi, ORF-1 va ORF-2, ikkinchisi teskari transkriptazani o'tkazish uchun gomologik oqsilni kodlaydi. ORF-lar qisqa translyasiyalanmagan ketma-ketliklar va LINE-1 o'zlarini qisqa oldinga takrorlash (SDR) bilan ajratib turadi. 5-terminal takrorlash ketma-ketligi transkripsiya targ'ibotchisi sifatida ishlaydi. LINE-1 kemiruvchilarning bu qismi (lekin odamlar emas) monomerlar deb nomlangan A va F ikki xil takroriy qisqa tutamlardan qurilgan. Kalamushlarda monomerlarning uzunligi 600 bp ni tashkil qiladi Bundan tashqari, A- (lekin F emas) monomerlari promotorlarning faolligiga ega. Sun'iy yo'ldosh DNK singari SINE va LINE takrorlanishlari genetik beqarorlik bilan ajralib turadi. Ularning umumiy xususiyatlari transkripsiya va transpozitsiya qobiliyatidir. Mo'tadil takroriylardan olingan RNK ketma-ketliklari geterogen yadro RNKlarida uchraydi, bu erda ularning nisbati 20-30% ga etadi. Ikkala turdagi takrorlanuvchi elementlarning yangi nusxalari genomda retrotranspozitsiya yoki retropoziya deb nomlangan mexanizmning ishlashi natijasida paydo bo'lishi haqida tajriba dalillari mavjud. Bunday mexanizmning ishtirokida cDNA birinchi marta teskari transkriptaza ta'siri ostida tegishli takrorlanishning RNK transkript matritsasida hosil bo'ladi, keyinchalik retroviruslarda bo'lgani kabi genomning yangi lokusiga qo'shiladi. Bunday mexanizm eukarotik genomdagi ba'zi nukleotidlar ketma-ketliklarining nusxalarini mahalliy ravishda o'zgartirishga imkon beradi. Shunga qaramay, ko'pgina LINE ketma-ketliklari transpozitsiyani amalga oshirishga qodir emas va ularning ORFlari aniq psevdogenlarga - haqiqiy genlar ketma-ketligi uchun gomolog bo'lgan ifoda qilinmaydigan tartiblarga tayinlanishi mumkin.[8] Yuqorida aytib o'tilgan takrorlanuvchi ketma-ketliklar bilan bir qatorda, inson genomida 100000 dan ortiq LTR va retrovirus genomining minglab ketma-ketliklaridan iborat 2-3 MabR takroriy nusxalari mavjud. Eukaryotik genomda takroriy va noyob kodlanmagan ketma-ketliklar va ularning organizmlarning hayotiy sikli davomida yaqqol namoyon bo'lishiga qaramay, genomning ushbu va boshqa kodlanmagan elementlarining biologik ahamiyati aniq emas. Adabiyotda qizg'in muhokama qilingan ortiqcha genom DNKning "egoistligi" haqidagi gipoteza shubha tug'diradi, unga ko'ra barcha ortiqcha DNK genom parazit bo'lib, bir necha dastlabki ketma-ketliklarning aniq nusxalarini ko'chirish natijasida genomda tarqaladi. Darhaqiqat, DNK ajdodlari va DNKning biosintezi uchun energiya xarajatlari genomdagi "parazitar" DNK tarkibi genlarning nukleotidlari ketma-ketligini o'z ichiga olgan funktsional ahamiyatga ega DNK miqdoridan 2-3 kattaroq kattalikdagi hujayralardir. O'ziga xos DNK bilan "yuqtirgan" genom hujayralari, "parazit" bo'lmagan hujayralar bilan raqobatga bardosh berolmaydi, chunki genomning kamayishi uchun energiya xarajatlari sezilarli darajada oshadi. Bundan tashqari, egoistik DNK kontseptsiyasi, unga ko'ra "parazitar" nukleotidlar ketma-ketligi bo'yicha selektsiyaning evolyutsion bosimi mavjud emasligi, lokalizatsiya joylarining yuqori konservatizmini va filogenetik jihatdan yaqin bo'lgan organizmlarning gomologik genlaridagi intron miqdorini tushuntirib bermaydi, shuningdek takroriy nusxalar sonini qo'llab-quvvatlaydigan mexanizmni ko'rsatmaydi.[10]

Eukaryotik genom prokaryotlarga qaraganda ancha murakkab tuzilgan. Eukaryotik hujayraning genetik apparati hujayra yadrosi shaklida ajratilgan, uning ichida irsiyatning asosiy tashuvchilari xromosomalar joylashgan. Xromosomalar soni turlarga xos va ikkitadan (ot askaridasi) minggacha (tuban o'simliklar) o'zgaradi. Eukaryotik hujayralardagi DNK miqdori bakteriyalarga qaraganda ancha yuqori. C qiymati yordamida hisoblab chiqilgan – DNK gaploid soni miqdori, ya'ni genom bo'yicha turli xil turlarda 104 dan 1011 gacha o'zgarib turadi va ko'pincha turlarning tashkil etilish darajasi bilan bog'liq emas. Inson genomidagi DNK tarkibidan oshib ketgan C ning eng katta qiymatlari ba'zi baliqlar, dumli amfibiyalar va nilufarlarga xosdir.[3]

Eukaryotik genomda bitta nusxada faqat bir nechta gen mavjud. Ularning aksariyati turli xil nusxalarda taqdim etilgan. Yaqin bir xil genlar klasterlarni hosil qiladi. Klasterlarning mavjudligi genlarning rivojlanishida genlarning ko'payishi uchun muhim rol o'ynashini ko'rsatadi. Klaster namunasi: eritrotsitlar oqsillari genlari - globinlar. Gemoglobin - bu 4 polipeptid zanjiridan iborat bo'lgan tetramer: 2 va 2. Zanjirning har bir turi klasterda tashkil etilgan genlar bilan kodlangan. Odamlarda a-klaster 11-chi xromosoma, 16-xromosoma esa β-klaster joylashgan. K-klaster DNKning 50 ming b.p. hajmli qismini egallaydi besh funktsional faol gen va bitta psevdogenni o'z ichiga oladi. Psevdogenlar bir vaqtning o'zida faol genlardan mutatsion o'zgarishlar natijasida paydo bo'lgan, ishlamaydigan, relikt genlardir. Klasterdagi genlar bir-biridan speyser bilan ajratilgan - boshqaruvchi qismlar ba'zan bo'lishi mumkin bo'lgan transkripsiya qilinmagan qo'shimchalardir. Eukaryotik genlar va prokaryotik genlar o'rtasidagi asosiy farq shundaki, ularning ko'pchiligi uzluksiz tuzilishga ega va kodlash hududlaridan - ekzon va kodlanmagan qo'shimchalar - intronlardan iborat. Ekzonlarning uzunligi 100 dan 600 bp gacha, va intronalar bir necha o'nlabdan minglab bp gacha. Intronlar bir gen uzunligining 75% gacha bo'lishi mumkin. Genlarning uzluksiz tuzilishi ularning ishlashini yanada yaxshiroq nazorat qilish uchun asos yaratadi. Hosil bo'lmagan genlarni transkripsiya qilish natijasida birlamchi mahsulot - pro-mRNK hosil bo'ladi, bu genning to'liq nusxasi bo'lib, ekzon va intronga ham tegishli bo'limlarni o'z ichiga oladi. Transkripsiya jarayonida turli xil genlarni o'qiydigan uch xil RNK polimerazalari ishtirok etadi. RNAP-I turli xil rRNK shakllarining tuzilishini kodlovchi genlarni o'qiydi (5.8S, 18S, 28S). RNAP-II oqsillar va ba'zi snRNAlarning tuzilishini kodlovchi genlarni transkripsiya qiladi. Nihoyat, RNAP-III 5S rRNK, transport RNK va snRNA genlarini o'qiydi.[7]Turli xil miqdordagi protein transkripsiya omillaridan tashkil topgan protein kompleksi transkripsiya jarayonining boshlanishida ishtirok etadi. Sutemizuvchilarda uning umumiy massasi 600 kDa bo'lgan 12-14 polipeptidlar mavjud. Transkripsiyaning intensivligini tartibga solishda maxsus boshqaruvchi qismlar, enxanserlar va saylenserlar ishtirok etadi. Birinchisi kuchaytirildi, ikkinchisi transkripsiya jarayonini susaytiradi. Ular minglab bp tomonidan promoterdan olib tashlanishi mumkin. Ularning nazorati ostida tartibga soluvchi oqsillar sintez qilinadi. Transkripsiya jarayonida DNKdagi tarkibiy o'zgarishlar tufayli promotor, saylenser va enxnser birlashadi va boshqaruvchi oqsillar transkripsiya omillari yoki RNK polimeraza bilan o'zaro ta'sirlashadi. Pro-mRNK oqsil sintezi uchun matritsa rolini o'ynashi uchun u prosessing davri (ishlov berish) bosqichidan o'tishi kerak. Ushbu davrning asosiy hodisasi pro-mRNK-dan intronlarga mos keladigan qismlarni olib tashlash va qolgan ekzonlarni yagona zanjirga ulashdir. Ekzonlarni "bog'lash" jarayoni splaysing deb nomlanadi. Splaysingni amalga oshirishda mayda yadroviy RNK (snRNA) va oqsillar katta rol o'ynaydi. Jarayon barcha eukaryotlarda xuddi shunday davom etadi. SnRNA molekulalari ham pro-mRNK bilan, ham bir-biri bilan bir-birini to'ldiruvchi o'zaro ta'sir o'tkazadilar. Ular intronlarni olib tashlashni ta'minlaydi va ekzonlarni bir-biriga yaqin tutadilar. Splaysing jarayoni tabiatda alternativ bo'lishi mumkin, ya'ni. ekzonlarni o'zaro bog'lash turli kombinatsiyalarda amalga oshirilishi mumkin.

Ko'pgina genlarda o'nlab yoki undan ortiq ekzon mavjud, shuning uchun yetuk mRNK variantlari soni = 2n, bu erda n - ekzononlar soni. Alternativ ravishda taqsimlash ma'lumotni yozib olish tizimini tejamkor qiladi, chunki turli xil oqsillarni sintez qilish uchun bitta gendan ma'lumot olish mumkin. Bundan tashqari, u ma'lum bir protein mahsulotidagi hujayralar ehtiyojlariga qarab ma'lumot oqimini boshqarish imkoniyatini yaratadi. Xususan, immunoglobulinlar, transkripsiya omillari va boshqa oqsillarni sintez qilishda alternativ splaysing qo'llaniladi, mRNKning to'liq kamolotga chiqishi ikkala uchning modifikatsiyasini o'z ichiga oladi: 5'-uchidan qopqoq tuzilishini biriktirish va 3'-uchidan poliadenil zanjirini biriktirish. Kepning tuzilishi guanin nukleotidining 5'-uchidagi mRNKning terminal bazasiga birikishi natijasida hosil bo'ladi.[11]

              Eukaryotlardagi translyatsiya mexanizmi prokaryotikdan tubdan farq qilmaydi. Shu bilan birga, oqsillarni sintez qilishning ushbu bosqichida xizmat qiladigan oqsillarni translyatsiya qilish omillari bakteriyalarga qaraganda ancha ko'pdir. Eukaryotik genomning tuzilishini tavsiflashda xromosomalarning ixtisoslashgan terminali - telomeralar haqida aytmaslik mumkin emas. Telomerik DNK ko'p marta takrorlanadigan qisqa nukleotidlarning bloklaridan iborat. Birinchi marta telomerik DNK 6-8 juft nukleotidlarning bloklaridan tashkil topgan bir hujayrali protozoada o'rganildi. Bir zanjirda bu TTGGGG (G-boy zanjir) blok, ikkinchisida - AACCCC (C-boy zanjir). Odamlarda bu ketma-ketlik bitta TTAGGG bazasi bilan ajralib turadi, o'simliklarda universal TTTAGGG bloki mavjud. Odamlarda telomerik DNK uzunligi 2 dan 20 ming bp gacha Telomerik DNK hech qachon transkripsiya qilinmaydi va sun'iy sattelit DNK tarkibiga kiradi. Telomeraza fermenti xromosomalarning telomerik hududlari bilan o'zaro ta'sir qiladi, ularda yuzaga keladigan zararni yo'q qiladi. Hujayra qisqarishi ushbu ferment faolligining pasayishi natijasida tugaydigan qismlarning yo'qolishi natijasida telomerlarning qisqarishi bilan bog'liq.

    Prokaryotik genom bilan taqqoslaganda, eukaryotik genomning ishlashi o'rtasidagi sezilarli farq genlar ta'sirini boshqarishning ko'p bosqichli tabiati hisoblanadi. Prokaryotlarda faqat bitta turdagi boshqarish mumkin - operon tizimidan foydalangan holda transkripsiya darajasida. Eukaryotlarda, genlarning uzluksiz tuzilishi tufayli, ushbu boshqarish turiga transkriptiv (splaysing, modifikatsiya) tartibga solish va translyatsiya darajasida (tarjima noaniqligi) qo'shiladi. Bundan tashqari, xromosomalarda gistonlar mavjudligi DNKning strukturaviy o'zgarishi mexanizmi yordamida xromosomalarning faol (euxromatik) holatdan faol (geteroxromatik) holatga o'tishi mexanizmini ishlatib, genlarning ta'sirini guruh tomonidan nazorat qilish imkonini beradi. Bunday o'zgarishlar ba'zan butun xromosomalarga va hatto butun genomga ta'sir qiladi. Xromosoma boshqaruvi darajasiga misol sutemizuvchi va odam hujayralarida jinsiy xromatin (Barr tanalari) hosil bo'lishidir. Bu ikkita X xromosomasidan biri bo'lgan eng kondensatli va shuning uchun harakatsiz bo'lgan xromatinning katta donasidir . Butun genomning inaktivatsiyasiga misol hayvonlarda spermatogenez jarayoni bo'lib, uning davomida barcha sperma xromosomalari kondensatsiya bilan ushlanib qoladi va bu ularni harakatsiz qiladi. Bu mikroorganizmlarning DNKiga zarar yetganda (masalan, nurlanganda) himoya mexanizmidir. Agar ularda yuzaga keladigan mutatsiyalar ularni o'limga olib kelmasa, embrionni ajratish paytida erkak genomining funktsional faolligi tiklanganidagina ro'y berishi mumkin. Biroq, aksariyat mutatsiyalarning resessivligi, hech bo'lmaganda keyingi avlodgacha (gomozigoz holatiga o'tishdan oldin) yoki hatto uni yo'q qilgunga qadar ularning mumkin bo'lgan namoyon bo'lishiga turtki beradi [6], [3].