Mavzu: genom strukturalari haqida tushuncha

MAVZU: GENOM STRUKTURALARI HAQIDA TUSHUNCHA.
Genom – organizm hujayrasida to`plangan irsiy materialning yig`indisi. Genom organizmni qurish va saqlab turish uchun kerak bo`lgan biologik axborotni o’zida saqlaydi. Barcha genomlar jumladan inson genomi va boshqa qolgan barcha hujayrali hayotga ega bo`lgan genomlar DNK dan tuzilgan, lekin ba‘zi bir viruslar genomi RNK dan iborat. Yana genom‖ terminining boshqacha talqini ham mavjud. Bunda genom deganda ma‘lum turning genetik materiallari xromosomalarni gaploid toplami yig`indisiga tushuniladi. Eukariotlarning genomi hajmi haqida gapirilganda, aynan genomning mana shu talqini haqida tushuniladi. Odamda (Homo sapiens) somatik hujayralar irsiy materiali yadroda joylashgan 23 juft xromosomada (22 juft autosoma va 1 juft jinsiy xromosoma) namoyon bo`ladi. Bundan tashqari hujayra ko`plab nusxadagi mitoxondrial DNK ga ega. Odamning 22 juft autosoma, X va Y jinsiy xromosomlari, mitoxondrial DNK birgalikda bo`lib taxminan 3,2 mlrd juft asosni tashkil qiladi.
Gen termini daniyalik botanik Vilgelm Iogans tomonidan 1909-yili ya‘ni Uilyam Betson ―genetik terminini kiritgandan 3 yil keyin fanga kirgan. Grekchadan tarjima qilinganda ―gen - bu ―avlod , shuning uchun ―genetika – bu ajdoddan avlodga belgilarni o`tishini o`rganuvchi fan. Genlarni o`rganish bilan genetika fani shug`ullanadi. Uni boshlab bergan Gregor Mendeldir . U 1865-yilda no`xatni chatishtirishda belgilarni avlodga o`tishini o`rganishga bag`ishlangan o`zining ilmiy ishlari natijasini e`lon qilgan.
Genom termini 1920-yilda Gans Vinkler tomonidan bir biologik tur organizmlarning xromosomalari gaploid toplamida yig`ilgan genlarni yozish uchun qo’llanilgan. Genom deganda genlarni bir butunlikka birlashtirishga tushuniladi. Avvaldan ―gen termini ma‘lum irsiy axborotni o`tkazishning nazariy birligi sifatida paydo bo`lgan. Keyinchalik eksperimental tasdiqlandiki, faqat DNK o`zida irsiy axborotni saqlaydi va bu holat molekulyar biologiyaning markaziy tushunchasi sifatida ko`rsatilgan.
Gen (grekcha avlod) — tirik organizmlarning strukturaviy va funksional irsiy birligi. Gen DNK ning shunday uchastkasiki, unda ma‘lum bir polipeptid yoki funksional RNK ketma-ketligi berilgan. Genlar aniqroq, genlar alleli organizmlarning ko`payishida ajdoddan avlodga o`tadigan irsiy belgilarni belgilab beradi. Ba‘zi organizmlar orasida, asosan bir hujayralilarda, ko`payish bilan bog`liq bo`lmagan holda genlarning gorizontal o`tishi uchrab turadi.
Gen – irsiy axborot birligi bo`lib, genom yoki xromosomada ma‘lum o`rinni egallagan va organizmda ma‘lum funksiyani nazorat qiladi.
Genning klassik belgilanishi: bitta gen – bitta belgi.
Shunday qilib, gen tushunchasi faqat DNK ni kodlanuvchi uchastkasi bilan cheklanmaydi, balki o`z ichiga regulyator ketma-ketligini olgan keng miqyosdagi konsepsiyani qamrab oladi. Genomning o`lchamini DNK uchastkalarining uzunligini odatda ming yoki million juft nukleotidlarda hamda morganidlarda o’lchanadi
. Keyingi usul genlarni ulanishini tahlil qilishga asoslangan: genlar orasidagi masofa 1 santimorganid 0,01 morganid bo`lganda ular o`rtasidagi krossingover ehtimolligi meyozda 1 % ga teng bo`ladi. Tirik oragnizmlarning genomlari – viruslardan to hayvonlargacha – o`lchami bo`yicha 6 darajaga farq qiladi: bir necha ming juft asosdan bir necha milliard juft asosgacha. Genlarning soni bo`yicha diapazon ancha qisqa: oddiy viruslarda 2-3 gendan va ba‘zi bir hayvonlarda 40 ming gengacha bo`ladi.
Genomning o`lchami va genlarning miqdoriga qarab genomlar 2 ta sinfga bo`linadi: 1) katta bo`lmagan kompakt genomlar, ular odatda 10 million juft asosdan ko`p bo`lmaydi; 2) katta o`lchamdagi genomlar, ularning tarkibi 100 million juft asosdan ko`p bo`ladi.
Genomikaning vazifasi butun hujayraning toliq genetik xususiyatlarini - tarkibidagi genlar sonini va ularning ketma-ketligini, har bir gen tarkibidagi nukleotidlar sonini va ularning ketma-ketligini aniqlash, har bir genning organizm metabolizmiga yoki umuman hayotiy faoliyatiga bog‘liq funksiyalarini aniqlashdan iboratdir. Genomika organizmning mohiyatini - uning potentsialini, turlarini va hatto individual boshqa organizmlardan farqini, tashqi ta‘sirlarga reaktsiyasini bashorat qilish, genlarning har biridagi nukleotidlar ketma-ketligini va genlar sonini bilib olishga imkon beradi.
Genomikaning maqsadi - hozirgi vaqtda amalga oshirilmagan hujayraning barcha potentsial xususiyatlari, masalan, ―jimjimador genlar haqida ma‘lumot olish, proteomika esa hujayralarni ma‘lum bir lahzada xarakterlashga imkon beradi, undagi barcha oqsillarni funksional ―suratga olish tarzida o’rnatadi. Uning proteomi darajasidagi hujayraning holati, ya‘ni, ifoda etilmagan genlardan farqli o’laroq ―ishlaydigan barcha fermentativ va strukturaviy oqsillarning to’plamini o’rganib boradi.
Genomika strukturalariga quyidagilar kiritiladi:
- Genomlarni to`liq sekvenirlash va ularning genetik murakkabligi molekulyar tizim sifatida taqqoslash va baholashi.
-Avval ma‘lum bo`lmagan genlarni aniqlash turli xil genlar va genomlarni funksional va strukturaviy o`xshashligini qiyosiy tahlil qilish.
- Murakkab hujayraviy molekulyar-genetik tizimni boshqarishning tuzilma prinsiplarini aniqlab olish.
Prokariotlar nisbatan oddiy gen tuzilishi bilan alohidalanib turadi. Bakteriya, fag yoki virusning strukturaviy genlari bitta fermentativ reaktsiyani boshqaradi. Prokariotlarga xos bo'lgan narsa bir nechta genlarni tashkil qiluvchi operon tizimidir. Bitta operon genlari (metabolit biosintezida ketma-ket bosqichlarni amalga oshiradigan oqsillarni (fermentlarni) kodlaydigan 1, 2 yoki undan ortiq bog'langan strukturaviy genlardan tashkil topgan genetik materialining bo'limi;
Eukariotik operon, qoida tariqasida, 1 ta strukturaviy genni o'z ichiga oladi. ; operon tartibga soluvchi elementlarni o'z ichiga oladi. Yaqin atrofdagi bakteriyaning halqa xromosomasida joylashgan va ketma-ket va yaqin sintez reaktsiyalarini (laktoza, gistidin va boshqa operonlar) amalga oshiradigan fermentlarni boshqaradi.
Bakteriofaglar va viruslardagi genlarning tuzilishi odatda bakteriyalarga o'xshaydi, lekin ancha murakkab va mezbon genom bilan bog'liqdir. Masalan, faglar va viruslarda genlarning bir-birining ustiga chiqishi aniqlangan va eukariotik viruslarga xos hujayra metabolizmiga to'liq bog'liqligi genlarning ekzon-intron strukturasining paydo bo'lishiga olib keldi.
Eukaryotik genlar, bakterial genlardan farqli o'laroq, intervalgacha mozaik tuzilishga ega. Kodlash ketma-ketliklari (eksonlar) kodlanmaydigan ketma-ketliklar (intronlar) bilan kesishadi. Exon [ingliz tilidan. ex (pressi) on - ifoda, ekspressivlik] - oqsilning birlamchi tuzilishi haqidagi ma'lumotni olib yuruvchi gen bo'limidir. Genda ekzonlar kodlanmaydigan hududlar - intronlar bilan ajralib turadi. Intron (lotincha inter - o'rtasida) - oqsilning birlamchi tuzilishi haqida ma'lumot o'tkazmaydigan va kodlash hududlari - ekzonlar orasida joylashgan gen hududi. Natijada, eukariotlarning strukturaviy genlari tegishli etuk tRNKga qaraganda uzunroq nukleotidlar ketma-ketligiga ega bo'lib, ularning nukleotidlar ketma-ketligi ekzonlarga mos keladi. Transkripsiya jarayonida gen haqidagi ma'lumotlar DNK dan ekzon va intronlardan tashkil topgan oraliq mRNK ga yozib boriladi. Keyin o'ziga xos fermentlar - restriksion fermentlar - bu pro-mRNKni ekson-intron chegaralari bo'ylab kesib tashlaydi, shundan so'ng ekzon hududlari bir-biriga fermentativ bog'lanib, etuk tRNKni (splaysing deb ataladi) hosil qiladi. Turli genlarda intronlar soni noldan ko'p o'nlabgacha, uzunligi esa bir necha tayanch juftlikdan bir necha minggacha o'zgarishi mumkin.
Ko’pgina tabiiy DNKlar ikki zanjirli strukturalarga ega bo‗lib, chiziqli tuzilishga egadir, eukariotlar, ayrim viruslar va bakteriyalarning alohida olingan avlodlari yoki halqasimon DNK turi prokariotlar, xloroplastlar va mitoxondriyalarda, chiziqli bir zanjirli DNK ba’zi viruslar va bakteriofaglarda uchraydi. In vivo sharoitida DNK zich spirallashgan bo‗lib, kondensirlangan holatda bo‗ladi. Eukariotlar hujayrasida DNK yadroda joylashgan va mitozning profaza, metafaza va anafaza bosqichida xromosoma to’plami shaklida yorug‘lik mikroskopida ko’rish mumkin. Bakterial prokariot hujayralar bitta halqasimon DNK molekulasiga ega bo’lib, sitoplazmada noto’g‘ri shaklda joylashgan va nukleoid deb ataladi. Genom irsiy ma‘lumoti genlardan tashkil topgan. Gen-irsiy ma‘lumotning irsiylanish birligi va DNK ma‘lum qismi bo‗lib, organizm ma‘lum aniq belgisini xarakterlab beradi. Gen ochiq transkripsiya jarayonida qatnashadigan faol qismiga ega, shuningdek boshqaruvchi ketma-ketliklarga ega bo’lib, ular promotor va enxanserlar deb ataladi, genning bu qismlari faol qismining ekspressisyasini boshqaradi. Ko‗pgina turlarda genom umumiy ketma-ketligining faqatgina kam qismi oqsil kodlash xususiyatiga egadir. Inson genomining 1,5% kodlanadigan ekzonlardan iboratdir, DNK ning 50% dan ko‗p qismi kodlanmaydigan takrorlanadigan ketma-ketliklardan iboratdir . Bunday kodlanmaydigan DNK ning kop miqdordagi genlarning mavjudligi va genomlar hajmidagi farqlari hozirgi kunga fan sohasining yechilmagan muammolarini ko’rsatib beradi.
Oqsil kodlamaydigan genomlar ketma-ketligi. Hozirgi vaqtda ―keraksiz DNK‖ ingliz tilidan ―junk DNA” atamasi sifatida ishlatiladi, ya‘ni kodlanmaydigan DNK ketma-ketliklar to’g‘risidagi ma‘lumotlar ko’paymoqda. Telomeralar va sentromeralarda oz sonli genlar mavjud, ammo ular xromosomalarning funksiysi va barqarorligi uchun muhimdir. Odamlarda ko’p uchraydigan kodlanmaydigan genlarpsevdogenlar bo‗lib, bular genlar nusxasi hisoblanadi, mutatsiyalar natijasida faolsizlangan shaklda saqlanadi. Bunday ketma-ketliklar molekulyar biologlar tilida, molekulyar qazilma boyliklar deyiladi va genlar duplikasiyasi va keyingi divergensiyasi uchun boshlang‘ich material bo‗lib xizmat qiladi. Organizmdagi oqsillar xilma-xilligining boshqa manbaiga–intronlarning alternativ splaysingi jarayonida kesish va yopishtirish jarayonida ishlatilishidir. Bundan tashqari oqsil kodlamaydigan ketma-ketliklar yordamchi hujayra RNK larni, masalan kichik -RNK larni kodlashda ishtirok etadi. Yaqinda inson genomi transkripsiya jarayoni ustida olib borilgan tajribalar ko’rsatishicha, genom 10% i poliadenillangan RNK hosil bo’lishida ishtirok etishi isbotlangan, uy sichqoni genomida olib borilgan tajribalar ko’rsatishicha, sichqon genomining 62% i transkripsiyalanish xususiyatiga ega.
Transkripsiya va translatsiya.
DNK dagi kodlangan irsiy ma‘lumot, oxirgi bosqichda biopolimerlar sitezida o’qilishi zarur bo’lib, ular mahsuloti hujayra tuzilmasida ishtirok etadi. DNK zanjiridagi asoslar ketma-ketligi to’g‘ridan-to’g‘ri RNK ketma-ketligini belgilaydi va ular transkripsiya jarayonida qatnashadi.. mRNK tarkibadagi ma‘lumot transkripsiya deb ataluvchi jarayonning aminokislotalar ketma-ketligida yozib boriladi. m-RNK dagi nukleotidlar ketma-ketligi va aminokislotalar ketma-ketligi o’rtasidagi nisbat translatsiya jarayonining genetik kod deb atalauvchi qonuniyatlari bilan belgilab boriladi. Genetik kod uchta harflardan, sozlardan iborat bo‗lib, kodon deb ataladi va uchta nukleotiddan tuzilgandir, masalan ACT, CAG, TTT va boshqalar. Genlar nukleotidlari transkripsiya vaqtida RNK-polimeraza fermenti ishtirokida RNK ga o’tkaziladi. Bu nusxa esa o’z o’rnida m-RNK dan ribosomalarda qaytadan kodlanadi, m-RNK dan nukleotidlar qayta o’qi‘ladi, mRNK ning aminokislotalarga birikkan t-RNK bilan jiftlashishini amalga oshiradi.Uchta xarfli kombinasiyalarda to’rt xil asoslar ishtirokini ahamiyatga olsak, 64 xil kodonlar -4³ -kombinasiyalar mavjudligini hisoblab topish mumkin. Kodonlar 20 xil standart aminokislotalarni kodlash xususiyatiga ega, ularning ko’pchiligiga bitta kodondan ko’p kodon tog‘ri keladi