1-mavzu. Fanning maqsadi va vazifalari reja Foydalaniladigan adabiyotlar Biotexnologiya fanining vazifasi va ahamiyati

Mavzu: Genetik kod
REJA:
1.Dezoksiribonuklein kislotani (DNK) urganish tarixi va uni urgangan olimlar.
2.DNK ning struktura tuzilishi.
3.DNK ning tarkibidagi azotli asoslar va nukleotidlar.
4.DNK sintezi xakidagi ma’lumotlar.
5.RNKning kimyoviy tarkibi.
6.RNKning turlari va ularning vazifalari.
7.Genetik kod.
F.Misher 1869 yili xujayra yadrosidan nordon xossaga ega bulgan aloxida moddani ajratib oldi va uni nuklein deb atadi.1879 yilda A.Kossel nukleinning kimyoviy tarkibini urgana boshladi.1889 yili R.Altmann nuklein kislotasi degan terminni fanga kiritdi va nuklein tarkibida fosfor kislotasidan tashkari azotli asoslardan purin, pirimidin va undan tashkari 5atom uglerodi bulgan (kand) bulishini kursatdi.1930 yillarga kelib 5 atomli uglerodi bulgan uglevodlarning nuklein kislotasining tuzilishidagi urni va nuklein kislotasi tarkibidagi bir gurux uglevodlarda bitta atom kislorod kam bulishligi aniklandi.P.Levin shu guruxga kiruvchi uglevodni dezoksiriboza, ikkinchisini esa riboza deb atadi. Shundan keyin nuklein kislotalar dezoksiribonuklein (DNK) va ribonuklein (RNK) kislotalari deb ataladigan buldi.
Riboza molekulasida uglerodga ON guruxi, dezoksiriboza esa N atomi boglanadi.
DNK va RNK bir-biridan azotli asoslari bilan fark kiladi.DNK tarkibida azotli asoslardan adenin,guanin,sitozin va timinlar buladi. RNK molekulasida timin uratsil bilan almashgan. Adenini va guaninni purin, sitozin va timinni pirimidin asoslari deb yuritiladi. Azotli asos va riboza yeki dezoksiriboza birikmasini nukleozid deyiladi.
Nukleozidga fosfor kislotasi koldigi birlashsa nukleotid xosil buladi. Nukleotidlar bir-biri bilan fosfor kislotasi orkali birlashib, uzun DNK yeki RNK ipini xosil kiladi.
Nuklein kislotalari yukori molekulali birikmalar bulib, ular tarkibiga juda kup nukleotidlar kiradi. DNK molekulasi 10-15 ming nukleotiddan iborat bulib, yukori molekulyar ogirlikka egadir.E.Chergaff 1950 yili barcha organizmlarning DNK molekulasida adeninning soni timinnikiga, guaninnikiga esa sitozinning soniga doimo tugri kelishini anikladi. Demak, purin asoslari bilan pirimidin asoslarining soni teng. Barcha organizmlarda DNK molekulasidagi nukleotidlar uxshash, lekin ular soni va kanday tartibga kelishi bilan fark kiladi. DNK molekulasi kanday tuzilganligini aniklash uzok yillar davomida muammo bulib keldi. Lekin 1950 yillarda M.Uilkins DNK molekulasini rentgen nuri yordamida tekshirishdan olingan natijalarni murakkab matematik usullar bilan xisoblashlardan keyin DNK molekulasining fazrviy rentgenogrammasini oldi. Keyinchalik ya’ni 1953 yili amerikalik genetik Dj.Uotson va angliyalik genetik F.Krik rentgen nuri yerdamida kimeviy va matematik usulda olingan DNK tugrisidagi bilimlarini umumlashtirib, uning struktura tuzilishini anik kursatuvchi chizmani (modelni) yaratdilar.
Bu chizma Uotson-Krik nomi bilan ataladigan buldi. Bu chizmaga kura, DNK molekulasi ikkita uzun va ingichka ipdan iborat bulib, bu iplar bir-biriga eshilgan xolda bitta uk atrofida buralib aylanma xolida joylashadi. Bakteriya xujayrasidagi DNK molekulasining uzunligi 1sm ga teng bulsa, odam tana xujayrasi DNK molekulasining uzunligi esa 1m dan oshadi. DNK zanjirini tashkil kilgan ipning xar biri polimer bulib, undagi bitta nukleotid ikkinchi nukleotid bilan uzlaridagi dezoksiriboza bilan fosfor bogi orkali birikadi.
Ikkala ip uzaro yana azotli asoslar birikkan buladi. Adenin Timin bilan (A-T) guanin esa sitozin bilan (G-S) birikadi. A va T urtasida ikkita vodorod bogi, G bilan S urtasida esa uchta vodorod bogi bor. Bundan kurinib turibdiki, G-S asoslari A-T ga karaganda uzaro mustaxkamrok boglangan. Nukleotidlar orasidagi masofa 3,4 A ga teng. DNK zanjiri ung tomonga aylanadigan buramni (spiralni) xosil kiladi. Uning bitta tulik aylanasi unta nukleotiddan iborat bulib, uzunligi 34 A ga teng. Kush zanjirning diametri esa 20 A ga teng, chunki xalkasining uzunligi 12 A ga teng bulgan purin asoslari, xalkasining uzunligi 8 A bulgan pirimidin asoslari bilan birlashadi.
G.Sten 1957 yiliDNK molekulasining ikki xissa oshishi (replikatsiya) ning kuyidagi 3 ta usulda borishligini kursatdi.
1.Kush zanjir buzilmasdan (konservativ) – yangi DNK molekulasi xosil buladi.
2.Kush zanjir ikkiga ajralib (yarim konservativ), kush zanjirli DNK molekulasi uzilmasdan bir-biridan ajraladi va xar birining karshisida ularga komplimentar (mos) bulgan DNK zanjiri xosil buladi.
3.Kush zanjir buzilib, bulaklarga ajralib (dispersion) yangi DNK zanjiri dastlabki DNK molekulasining buzilishidan vujudga kelgan bulaklarining xar xil tuzilmasidan xosil buladi.
DNK molekulasining replikatsiyasini tushuntiruvchi yukoridagi usullardan yarim konservativ usul Uotson va Kriklar taklif kilgan DNK strukturasining tuzilishiga mos keladi. DNK molekulasining yarim konservativ usulda ikkilanishida dastlab azotli asoslar urtasidagi vodorod bogi uziladi.
Uzilish bulgandan keyin kush zanjir ajrala boshlaydi va xar bir ajralgan zanjir uz atrofiga karioplazmada bulgan nukleotidlardan uziga komplimentar bulganini olib, yangi zanjir xosil kiladi.Shu usulda xosil bulgan DNK molekulasi oldingisiga aynan uxshash buladi.DNK replikatsiyasining yarim konservativ usuli yukori tuzilgan xayvonlar va usimliklarda yaxshi urganilgan.Dj.Teylor dukkakli usimlik massasini 3N bilan tamgalangan timidini bor suyuklikka tushiradi va unda usimtani xujayraning bir marotaba bulinishi uchun ketadigan vakt davomida ushladi. Shu usul bilan xromosomalarning barchasini 3N bilan tamgaladi. Usimtalar keyin radioaktiv tamgasi bulmagan, lekin kolxitsini bulgan ozukada ustiriladi. Kolxitsinda xromatidalar kutblarga ketmasdan xujayraning urtasida koladi. Birinchi mitoz paytida xromasomalarning ikkala xromatidasi xam tamgalandi. Xujayrlarning ikkinchi mitotik bulinishida esa xromatidaning fakat bittasida radiaktiv tamgalar paydo buldi va tajriba natijalari DNK ning yarim konservativ usulda ikkilanishini isbot kildi. Teyler tajribalarining natijalari boshka kupgina olimlar tomonidan usimlik, xayvon va odam xromasomalarini urganish jarayenida xam tasdiklandi. Xromasomalarning yarim konservativ ikkilanishi DNK molekulasining yarim konservativ ikkilanishiga juda mos keladi. DNK molekulasining yarim konservativ usulda ikkilanishini tushuntirish uchun avvalo bir nechta savollarga javob topishimiz kerak. Masalan, DNK ning biri ikkinchisi atrofiga uralgan komplementar iplari kanday kilib bir-biridan ajraladi. DNK molekulasi ikkilanishida kanday fermentlar ishtirok etadi va boshkalar DNK ning ikkilanishida fermentlarning urnini dastlab A.Korenberg (1956) urgandi va bakteriya xujayrasidan DNK polimeraza fermentini ajratib oldi. Lekin DNK ning ikkilanishida fakat DNK polimeraza ishtirok etmasdan yana bir kancha fermentlar katnashar ekan.Masalan: DNK molekulasi zanjiri gelikaza fermenti yerdamida tarkatiladi.Bu ferment DNK zanjiri burilishiga karama-karshi katta tezlikda xarakat kiladi.Bakteriya xromasomasida uning aylanma tezligi minutiga 4800 ta DNK buramiga teng buladi.Ferment yordamida uzilgan DNK ning yakka zanjirida ikkilanish boshlanadi.Xar bir yakka bog karshisida yangi bog paydo bulishidan DNK ning kush zanjiri xosil buladi.DNK polimeraza fermenti esa yakka zanjirli DNK molekulasida 5 dan 3 tomonga karab xosil bulayetgan yangi DNK bogining usishini ta’minlaydi. DNK molekulasi uzilganda unda 5 va 3 li bulaklar paydo buladi.5 li bulagi yangi DNK zanjirining sintezida nusxa beruvchi (matritsa) xisoblanadi. 3li bulagida esa DNK ning yangi bogi uchun kerakli nukleotidlar yigiladi va shu bulak xisobiga DNK ning yangi zanjiri usadi va shakllanadi. Shuning uchun DNK bulagining oxirgi 3 rakamiga ega bulagini xosil kiluvchi (zatravka) yeki praymera deb ataladi. Barcha DNK polimeraza fermentlari DNK sintezini 3-ON radikali bor joydan boshlaydi. Chunki ON radikali tezda uz urnini bera oladi va unga fosfat bogi birikadi. Demak, ikkilanish bulayetgan DNK buralmalarini ikkala bogida bir paytda sintez xech kachon bir tomonga karab yunalgan bulmaydi.
R.Okazakning (1968) fikricha DNK zanjirining ikkiga ajralgan xar bir yakka zanjirida sintez kilinadigan yangi DNK molekulasi kalta-kalta polinukleotid bulaklar (fragmentlar) xosil bulishi xisobiga boradi. Bu bulaklardan yangi DNK zanjirining yuzaga kelishi 5 bulakdan 3 ga 5-3 tomon karab yunalgan buladi. Bu bulaklar keyinchalik bir-birlari bilan birlashib umumiy polinukleotid ipini xosil kiladi.
5-3 bulakdan sintez kilingan yaxlit uzun ipga ustunlik kiluvchi 3-5 bulakdan xosil bulgan ipga esa kechikuvchi ip deyiladi. DNK polimeraza eukariot 100-200, prokariot xujayralarida esa 1000-2000 nukleotiddan iborat bulgan DNK bulaklarini sintez kiladi.
Bu balakchalar ligaza fermenti yordamida bir-biriga birlashtirilgach umumiy ip xosil buladi. DNK sintezi juda tez ketadigan jarayen bulib, bakteriyalarda xar bir sekundda yangi ipni xosil kiluvchi ona ipga - (matritsa) 500 ta, viruslarda esa 900 ta nukleotid birikadi. Bakteriyalarning barcha DNK si (4x10 p.n) 20 minut ichida tulik yangilanadi. Eukariot xujayralarda esa bu jarayen ancha sekinrok boradi. Lekin eukariot xujayralari xromasomasida replikonlar juda kup buladi. Shuning uchun bir vaktning uzida bitta xromasomaning bir necha joyida DNK sintezi boshlanadi.
REPLIKON-DNK sintezi boshlanadigan joy. Bakteriya xromasomasida fakat bitta replikon buladi.
RNK xam polimer bulib, monomerlari nukleotidlardir. RNK da xam DNK ga uxshash azotli asos, uglevod (riboza) va fosfat kislota bor. RNK da uglevodlardan riboza bulib, azotli asoslardan timin uratsil bilan almashgan. RNK molekulasining zanjiri DNK nikiga karaganda kalta va molekulyar ogirligi xam kichikdir. RNK ning 3 xili ma’lum:1.i-RNK. Bir necha yuz nukleotiddan iborat bulib, irsiy axborotni DNK molekulasidan kuchirib uni yadrodan oksil sintez kilinayetgan joyga (sitoplazmaga) chikaradi.
2.t-RNK, molekulasida 70 ga yakin nukleotid bulib, oksil sintezi bulayetgan joyga, ya’ni ribosomaga tegishli aminokislotalarni tashib keltiradi.
3.r-RNK xujayradagi ribosomalarning tarkibiga kirib, 4-6 ming nukleotiddan tashkil topgan buladi. Yukori tuzilgan organizmlar xujayrasida RNK ning barcha turlari nusxa beruvchi xisoblangan DNK dan sintez kilinadi.
i-RNK DNK molekulasidagi oksil tugrisidagi axborotni uziga kuchirib oladi. Bir molekula i-RNK, DNK molekulasining bitta genga tugri keladigan bo‘lagidan axborotni ko‘chirib oladi va bu axborot asosida bir molekula oksildagi aminokislotalarning ketma-ket joylashishini belgilaydi. i-RNK yadrodan sitoplazmaga chikib ribosoma bilan birlashgach, sintez kilinishi kerak bulgan oksilga nisbatan nusxa beruvchi (matritsa) bulib xisoblanadi. RNK ning DNK asosida sintez kilinish jarayeniga transkripsiya deyiladi. DNK asosida RNK ni sintez kiladigan RNK polimeraza fermentini R.B.Xesin raxbarligida rus olimlari urganishdi va oltita-2ta α, va 3ta β, τ, δ bulaklaridan iborat ekanligini kursatdilar. Bu bulaklardan biri ya’ni sigma-omil DNK molekulasining kaysi joyidan boshlab, kerakli oksil uchun axborot kuchirishni belgilaydi, ya’ni i-RNK sintezi boshlanadigan joyni topadi. Bu joyga promotor deyiladi. Odatda promotorda A va T nukleotidlari juda kup buladi. Shuning uchun zanjirning bu joyida nukleotidlarning ketma-ket joylashishi TATA kurinishida buladi va RNK sintezi zanjirning shu joyidan boshlanadi. RNK sintezi boshlangach sigma-omil DNK dan ajraladi.
Bakteriyalardan i-RNK sintezi tezligi xarorat 37 gradius S bulganda sekundiga 40-45 nukleotidga teng buladi. Transkripsiyaning tugallanishi DNK molekulasiga RNK polimeraza fermentining yana bir bulagi bulgan S(RO) - omilning birikishiga boglik. Bu fermentni terminatsiya fermenti deyiladi.
Uning DNK ga birikishi bilan DNK molekulasining terminator uchastkasida transkripsiya tugaydi. Yadroda sintez kilingan i-RNK sitoplazmaga chikib ribosoma bilan birlashadi va uzidagi axborotni oksil molekulasiga utkazadi. Irsiy axborotning oksil molekulasiga utkazilishiga translyatsiya deyiladi. Bakteriyalarda bitta RNK polimeraza uch xil ya’ni i-RNK, t-RNK, r-RNK larni xam sintez kila olishi mumkin.
T-RNK oksil sintezi uchun kerakli aminokislotalarni oksil sintez kilinayotgan joyga olib keladi. Birinchi marta 1964 yili alanin aminokislotasi t-RNK sining strukturasi tulik urganilib, uning 77 ta nukleotiddan iborat ekanligi aniklandi. t-RNKning i-RNK kodoniga tugri keladigan joyini antikodon deyiladi. t-RNK molekulasi odatda uzun ipcha xolida bulmasdan komplimentar kismlari /azotli asoslari/ bilan bir-biriga yakinlashganda ular orasida vodorod boglari xosil bulganligi uchun, yigilgan xolda buladi. t-RNK molekulasining mustaxkam va turgun bulishi undagi komplimentar kismlar orasidagi vodorod boglarining kupligi bilan belgilanadi.
Vodorod boglari kancha kup bulsa molekula shuncha mustaxkam va turgun buladi. t-RNK ning shunday mustaxkam strukturasi beda bargining shakliga uxshab ketadi. Bu molekulaning ikkita faol nuktasi bulib, biri /antikodon/ bilan i-RNK ga /kodon/ birlashsa, ikkinchisi bilan aminokislotaga birikadi.