Genetik axborot uzatilishini kuzatish. Mundarija: kirish i-bob: genetik axborot uzatilishini kuzatish

I-BOB: GENETIK AXBOROT UZATILISHINI KUZATISH
1.1. Genetik axborot - oqsil molekulasining tuzilishi.
Genetik axborot - oqsil molekulasining tuzilishi haqidagi axborotning DNK (dezoksiribonuklein kislota)da nukleotidlarning birin-ketin kelish tartibi shaklida kimyoviy tilda yozilishi. G. a.niig realizatsiya qilinishi replikatsiya va transkripsiya holida amalga oshadi. Replikatsiya jarayonida DNK oqsil sintezida bevosita ishtirok etmaydi. Ona hujayra bo’linayotganida DNK ham ikkiga ajraladi. Har bir zanjir qarshisida komplementarlik asosida ik-kinchi DNK zanjiri hosil bo’ladi. DNK replikatsiyasi deb ataladigan bu jarayon irsiy belgilarning nasldannaslga o’zgarmay o’tishini ta’minlaydi. Genetik ahborotni amalga oshishining ikkinchi bosqichi oqsil sintezini boshqaruvchi uch xil RNK (ribonuklein kislota) molekulasining sintez qilinishidan iborat. Bu jarayon transkripsiya (ko’chirib yozish) deyiladi. RNKning barcha turlari yadroda sintezlanadi. Informatsion RNK (iRNK) translyatsiya jarayonida DNK zanjirlarining birida hosil bo’lib, uning ayrim bo’lagidan aniq nusxa ko’chirib oladi. RNK molekulasida DNK dan uglevod dezokriboza o’rniga riboza, azotli asos timinning o’rniga uratsil bo’lishi hamda bitta zanjirli ekanligi bilan farq qiladi. iRNK DNKdagi oqsil tuzilishi haqidagi axborotni oqsil sintez bo’ladigan ribosomaga tashib keltiradi. Oqsil sintezida transport RNK (tRNK) ham ishtirok etadi. Bu RNK sitoplazmadagi aminokislotalarni ribosomaga yetkazib beradi. Oqsil sintezida ishtirok etadigan uchinchi molekula — bu ribosomal RNK (rRNK) hisoblanadi. Oqsil sintezida iRNK molekulasidagi nukleotidlar tartibi shaklida yozilgan G. a. aminokislotalarning oqsil molekulasida joylanishi tartibiga o’tkazilishi translyatsiya (tarjima qilish) jarayoni deb ataladi. ma'lum bir chastota diapazonida yoki ma'lum bir uzatish tezligida elektr quvvati cheklangan elektromagnit signallarning uzatilishini ta'minlaydigan texnik vositalar to'plami va tarqatuvchi vosita deb ataladi.

1 -jadval Diskret va uzluksiz (analog) xabarlarni farqlash.Guruch. 1 Diskret axborot uzatish kanalining blok diagrammasi
1 -rasmda va 2 -rasmda: IS - xabar manbai (nutq signali, axborot o'lchash datchigi, kompyuter va boshqalar); PSS- elektr bo'lmagan miqdorni elektrga aylantirish; Transmitter- uzatilgan xabarni aloqa liniyasi (LAN) orqali uzatiladigan signalga aylantiradi. Raqamli axborot uzatish tizimlarida uzatuvchi vaqtni tanlash va signal darajasini kvantlashtirishni amalga oshiradi; TO- kodlovchi diskret xabarlarni kod pulslari ketma -ketligiga aylantiradi; Maud- modulyator uzatiladigan signalning joriy qiymatlariga muvofiq (modulyatsion signal) jismoniy jarayon parametrini (axborot tashuvchi) o'zgartiradi; G- tashuvchining tebranish generatori; SH- chiziqli bo'lmagan element; BIZ- signal kuchaytirgichi; Fper- uzatuvchi filtr; Qabul qiluvchi- uzatilgan xabarni signaldan asosiy tarmoqli signaliga ajratilishini ta'minlaydi; Fpr- qabul qiluvchi filtr; BIZ- signal kuchaytirgichi; Dem- demodulyator modulyatsiyalangan signalni modulyatsion signalga aylantiradi; Dekabr- dekoder diskret kanalli chiqish signalidan diskret xabarni tiklaydi; Yordamchi reg- yordamchi registrda ma'lumotlarni qayta ishlash davomiyligi uchun ma'lumotlar saqlanadi. Analog uzatish kanallarida demodulyatsiya qilingan signal, qoida tariqasida, xabar oluvchiga darhol keladi. Signal chastotali konvertatsiya qilingan holda yoki bo'lmasdan qabul qilinishi mumkin; Agar- chastota konvertori; Get- yordamchi (maxsus) generator; Sm- mikser kirish va heterodin signalini ko'paytiradi; D- detektor (demodulyator) modulyatsiya qilingan signalning spektrini yuqori chastotadan past chastotalarga o'tkazishi bilan modulyatsiyalangan signalni o'zgartiradi; Diskret axborotni uzatish tizimlarida xabarlarni tiklashning ikkita usuli-elementlardan elementlarga qabul qilish va umuman qabul qilishdan foydalaniladi. Bitli qabul qilishda kod belgilariga mos keladigan qabul qilingan signal elementlari tahlil qilinadi. Bunday holda, demodulyatorning chiqishida kodli belgilar ketma -ketligi paydo bo'ladi, u keyinchalik diskret xabarni qayta tiklaydi. Signalni umuman olganda, to'liq kodli so'z tahlil qilinadi va u yoki bu xabar bilan aniqlanadi. Qabul qiluvchilar kirish signalini tahlil qiladi va uzatilgan xabar to'g'risida qaror qabul qiladi. Qabul qiluvchining bu operatsiyalar amalga oshiriladigan qismi qaror qabul qilish davri deb ataladi. Element-element qabul qilishda qarorlar sxemasining funktsiyalari demodulyator va dekoder tomonidan bajariladi. SP- aralashuv manbai; PS- xabar oluvchi - iste'molchi yoki xabar mo'ljallangan qurilma; Modem- modulyator va demodulyator to'plami; Kodek- kodlovchi va dekoderlar to'plami; LS- aloqa liniyasi - signallarni uzatish uchun ishlatiladigan vosita. Aloqa liniyalari sifatida quyidagilar ishlatiladi: simlar, kabel yadrolari, relslar, elektromagnit to'lqinlar tarqaladigan makon, tola. Genetik uzatish jarayoni ma `lumot molekulyar biologiyaning markaziy dogmasi: DNK-RNK-oqsil bilan belgilanadi. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, gendan oqsilgacha bo'lgan yo'l juda murakkab va bir necha mustaqil bosqichlarda parchalanmaydi. Birinchi bosqichda "qayta yozish»Bir -birini to'ldiruvchi RNK molekulasini sintez qilish orqali genning nukleotid ketma -ketligi (transkripsiya). Transkripsiya RNK-polimerik ferment tomonidan boshqariladi va hujayra yadrosida birlamchi RNK transkript molekulalarini (preRNK) hosil bo'lishiga olib keladi. PreRNK molekulasi transkripsiya qilingan genning DNK shablonining aniq nusxasidir. Sintez qilingan pre-RNK kamolotga yetish (ishlov berish) bosqichidan o'tadi: bu bosqich zanjirning oxirgi hududlarini modifikatsiyalashni (molekulaning turg'unligiga hissa qo'shadi) va kodlanmagan hududlarni, nitronlarni asosiy RNK transkriptidan olib tashlashni o'z ichiga oladi. Jarayon " kesish"Birlashtirish deb ataladigan intronlar pre -RNKning kamolotidagi eng muhim bo'g'in bo'lib, RNKda faqat gen ekonlarini to'ldiruvchi semantik mintaqalar ketma -ket" tikilgan "bo'lib qolishiga olib keladi. Ekishni amalga oshirishda asosiy signal rolini har bir ekzonning yonida joylashgan nukleotidlar ketma-ketligi o'ynaydi. Mutatsiyalar biriktiriladigan joylarda lokalizatsiya qilinganida, preRNKdan intronni olib tashlashning samimiy mexanizmlari buzilishi mumkin va natijada tizimli anormal peptid sintezi sodir bo'lishi mumkin. Intronlarni olib tashlanganidan keyin hosil bo'lgan etuk RNK axborot yoki xabarchi RNK (mRNK) deyiladi; mRNKning uzunligi transkripsiya qilingan genning o'zi va uning asosiy RNK transkriptidan ko'p marta qisqa. Genetik axborot uzatishlarni kuzatish deganda genetik axborotning ko’chirilishi, ya’ni irsiy xususiyatlarning uzatilishi tirik organizmlarning noyob xossasi hisoblanadi. Genetik axborotning saqlanishi va uzatilishi nuklein kislotalarning vazifalari hisoblanadi. Yadro xromosomalari va organizm hujayrasining mitoxondriya va xloroplastlaridagi DNK da joylashgan genetik dastur bir xil. Ularning ixtisoslashuvidagi farqlar hujayra rivojlanishi davomida genetik axborotning taqsimlanishida namoyon bo’ladi. Shuning uchun yetilgan, differentsiallangan hujayralar, masalan miya to’qimasi, jigar hujayralari bir-biridan molekulyar komponentlari to’plami bilan farqlanadi. Turli xil hujayralarning shakllanishini sxema ko’rinishida ifodalash mumkin: Turli xil organizmlarda aniqlangan genetik axborot ko’chirilishining 3 xil usulini ta’kidlash mumkin: 1. Replikatsiya – nusxa olish yoki ikki hissa ko’payish. Bu fundamental jarayon hujayralarning bo’linishi, nasliy belgilarning avlodlarga o’zgarmay uzatilishidan iborat. Bunda genetik axborotning o’tkazilishi nuklein kislotalarning bir sinfida, ya’ni DNK dan DNK ga yoki ayrim viruslarda RNK dan RNK ga bo’lib amalga oshadi. 2. Genetik axborotni nuklein kislotalarning turli sinflari o’rtasida – DNK dan RNK ga o’tkazilishi transkriptsiya yoki ko’chirib olish deb aytiladi. Replikatsiyadan farqli ravishda transkriptsiyada DNK molekulasida joylashgan axborot to’liq o’tkazilmaydi, uning ayrim qismlarigina ko’chiriladi. Transkriptsiya natijasida hamma turdagi RNK lar: asosiy (mRNK, tRNK, rRNK) va minor RNK lar hosil bo’ladi. Bundan kelib chiqadiki, DNK sistronlari faqat polipeptid zanjirining strukturasi to’g’risida emas, balki tRNK, rRNK va minor RNK strukturalari to’g’risida ham axborot saqlaydi. Transkriptsiya to’g’ri – DNK dan RNK ga va teskari – RNK dan DNK ga bo’lishi mumkin. Teskari transkriptsiya birinchi bo’lib onkornavirus deb ataluvchi shish hosil qiladigan RNK li viruslarda aniqlangan bo’lib, ular xo’jayin-hujayraning DNK sida teskari transkriptsiya yo’li bilan joylashib oladilar. Virus RNK sining nusxasi - DNK ning begona qismi hujayrada shishli transformatsiyaga olib keladi. Balki, teskari transkriptsiya faqat hujayraning shishli transformatsiyasida emas, ularning me’yoriy hayot faoliyatida yoki differentsiyallanish jarayonida ham ahamiyatga ega bo’lishi mumkin. Teskari transkriptsiya mRNK dan boshqa barcha turdagi RNK lar uchun bo’lishi mumkin. 3. Genetik axborotning makromolekulalarning turli sinflari o’rtasida, ya’ni mRNK dan oqsilga o’tkazilishi translyatsiya yoki tarjima deb aytiladi. Genetik axborot ko’chirilishining bu turida nuklein kislotalarda yozilgan axborotni oqsillar sintezida aminokislotalar tartibiga o’tkazilishidir. Bunda faqat mRNK translyatsiya qilinadi. rRNK va tRNK translyatsiyada yordamchi vazifasini bajaradi. Translyatsiya faqat to’g’ri – mRNK dan oqsilga tomon bo’ladi va u orqaga qaytmaydi. Hujayrada genetik axborotning ko’chirilishi uzluksiz jarayon bo’lib, uni quyidagi sxemada ifodalash mumkin: Hozirgi zamon biologiyasining asosiy postulati DNK RNK ni yaratadi, RNK oqsilni, DNK ning o’zi axborot xazinasi, u oqsil biosintezida bevosita ishtirok etmaydi. Demak, genlar ta’sirida ikki turdagi makromolekulalar birlamchi mahsulot sifatida hosil bo’ladi. Bular avvalo oqsil va RNK ning rRNK, tRNK va minor RNK kabi ba’zi turlaridir. Genetik axborot uzatilishining hamma turlari matritsa (qolip) mexanizmiga asoslangan. Bu esa ularning har biri uchun qolip zarurligini bildiradi. Replikatsiyada DNK ning bir zanjiri (viruslarda RNK), transkriptsiyada – DNK ning bir qismi (to’g’ri transkriptsiya yoki teskari transkriptsiya, translyatsiyada esa – mRNK, ya’ni faqatgina nuklein kislota qolip bo’lishi mumkin. Qolip hujayradagi genetik axborotning juda aniqlik va tejamkorlik bilan o’tkazilishini ta’minlaydi. Nuklein kislotali qolipdan mos keluvchi aniq nusxani olish nukleotidlarning azotli asoslarini to’g’ri komplementarligini, ya’ni unga asosan A bilan T (RNK da U bilan) va G bilan S ning juftlashishini ta’minlaydi. Shu sababli har bir yangi polinukleotid zanjirida nukleotidlar qolipga mos tushadi. Replikatsiyaning molekulyar asoslari. Replikatsiyaning molekulyar asoslari. Nazariy jihatdan DNK replikatsiyasining bir nechta variantlari (usullari) bo’lishi mumkin: 1) konservativ usulda DNK ning bola qo’sh spirali ona DNK zanjiridan ajralmaydi; 2) yarim konservativ usulda ona DNK zanjiri ajralib ularning har biridan bola DNK ning komplementar zanjiri hosil bo’ladi; 3) dispersiv usulda ona DNK bir necha joyidan uziladi va undan DNK ning yangi zanjirlari hosil bo’ladi.1957 yilda Meselson va Stal tirik organizmlarda DNK replikatsiyasi yarim konservativ mexanizm bo’yicha borishini aniqlashdi. DNK replikatsiyasi uchun quyidagi sharoitlar zarur: 1) DNK ning yangi zanjiri uchun struktura materiali sifatida dezoksiribonukleozidtrifosfatlar (dATF, dGTF, dSTF, dTTF) bo’lishi kerak; 2) DNK ning qo’sh zanjiri ochilishi kerak; 3) tomizg’i hosil bo’lishi kerak; 4) DNK yangi polinukleotidli zanjirining sintezi va tomizg’i hosil bo’lishida ishtirok etuvchi fermentlar bo’lishi kerak. Jarayonning har bir bosqichi maxsus fermentlar ishtirokida boradi. 1. Ajtratuvchi oqsillar DNK ning qo’sh zanjirini komplementar asoslari o’rtasidagi vodorod bog’larini uzadi. Natijada qo’sh zanjir ochilib, alohida zanjirlarga ajraladi (tashqaridan bu “zamok” ning ochilishiga o’xshaydi). DNK ning ochilgan qismi replikativ vilka deb aytiladi. Uning hosil bo’lishida bir yo’la 200 molekulagacha ajratuvchi oqsillar ishtirok etadi, shuning uchun replikativ vilkaning har bir shoxchasida yangi DNK sintezi boshlanishi mumkin hamda 2000 gacha juftlashmagan asoslardan iborat bo’ladi. Ajratuvchi oqsillarning ta’sir mexanizmi to’liq o’rganilmagan, bunda balki DNK zanjirining ajralishi uchun ATF energiyasi sarflanishi mumkin. 2. “Tomizg’i” DNK ga bog’liq RNK polimeraza – odatda transkriptsiyada ishtirok etadigan fermentlar – RNK-polimerazalarning alohida varianti bo’lib, replikativ vilkadagi DNK ning komplementar qismida RNK “tomizg’i” (“praymer”) hosil qiladi. RNK-tomizg’ining sintezi 5¹ uchidan 3¹ uchiga qarab boradi. RNK da nukleotidlarning kelish tartibini DNK – matritsa belgilab beradi, nukleotidlarning 5¹→ 3¹ fosfodiefir bog’lari yordamida bog’lanishi RNK-polimeraza ishtirokida amalga oshadi. 3. DNK-polimerazalar. Prokariotlarda I, II va III turdagi DNK-polimeraza shakllari ma’lum. Ularning hammasi 2 turdagi faollikka ega: polimeraza va nukleaza. Polimerazali faollik dezoksiribonukleotidlar orasidagi 5¹→ 3¹ fosfodiefir bog’larining hosil bo’lishida, nukleazali faollik esa fosfodiefir bog’larining gidrolizida namoyon bo’ladi. DNK polimeraza I replikatsiyada RNK-tomizg’ini parchalaydi va uning o’rnida DNK ning komplementar qismini sintezlaydi. DNK-polimeraza II juda past polimerazali faollikka ega, uning replikatsiyadagi vazifasi aniqlanmagan. DNK-polimeraza III replikatsiyaning asosiy fermenti bo’lib, DNK qo’sh zanjirining ajralgan zanjirida yangi DNK ning komplementar qismini 5¹→ 3¹ yo’nalishda sintezlaydi. 4. Ribonukleaza H. Replikatsiyaning borishida RNK-tomizg’i gidrolizida DNK-polimeraza I bilan birga ishtirok etadi. 5. DNK-ligazalar (biriktiruvchi fermentlar). Yangi sintezlangan DNK qismlarini bir-biri bilan bog’lovci vazifasini bajaradigan bir nechta fermentlar aniqlangan. DNK-ligazalar NAD+ dan adenilil manbai sifatida foydalanib 3¹→ 5¹ fosfodiefir bo’g’larini hosil qiladi. Endi mana shu guruhga DNK-polimeraza III yordamida bittadan dezoksiribonukleotidlar ulanishi bilan DNK sintezi 5¹→ 3¹ yo’nalishda davom etadi (zanjir elongatsiyasi), RNK-DNK gibridli zanjiri hosil bo’ladi. Bunda DNK-polimeraza III DNK ning qisqa fragmentlari (Okazaki fragmentlari)ni replikativ ayrining boshqa ona zanjiridan sintezlaydi. DNK-polimeraza III sintez borishi davomida nukleotidlarning noto’g’ri juftlashganda xatolarni tuzatishi mumkin. Agar xatolik ro’y bersa, bu nukleotid o’sha zahotiyoq fermentning nukleazali faolligi hisobiga parchalanadi, yangi nukleotidlar to’g’ri juftlashganda esa uning mavjud bo’lgan DNK fragmentiga biriktiradi. RNK-tomizg’i DNK-polimeraza III ning ta’siridan keyin maxsus ribonukleaza H yoki DNK polimeraza I yordamida to’liq xalos bo’ladi. RNK-tomizg’i egallagan oldingi joyda DNK-polimeraza I yordamida DNK zanjiri o’sa boshlaydi. Sintezlangan DNK fragmentlari (Okazaki fragmentlari)ning birikishi 3¹→ 5¹ yo’nalishida DNK-ligaza yordamida amalga oshadi. Keyingi tekshirishlar DNK sintezining initsiatsiyasi yana ham murakkab ekanligini ko’rsatdi. Praymazaning ta’siri oldidan kamida 5 ta oqsildan iborat kompleks hosil bo’lishi zarur ekanligi aniqlandi. Bu oqsillardan biri ATF energiyasidan foydalanib, DNK zanjiri bo’ylab harakatda bo’ladi, ya’ni praymazaning faollanishi uchun zarur bo’ladi, deb gumon qilinadi. Replikatsiyaning o’zi birin-ketin keladigan bir qancha bosqichlardan iborat. Bu bocqichlarning hammasi juda katta tezlikda, oliy darajada aniq o’tadi. DNK ning qo’sh spirali zich o’ralgan tuzilma va kodlaydigan asoslar burama ichida bo’lganidan replikatsiya qiladigan fermentlar matritsaning nukleotidlar qatorini “o’qishi” uchun ona DNK sining zanjirlari hech bo’lmasa, kalta bir bo’lagida yechilgan bo’lishi lozim. Qo’sh zanjir o’rimining yechilishi va ikkala zanjir yangidan qo’shilib ketmasligi uchun ularni bir-biridan ma’lum masofada tutib turish vazifasini bir nechta maxsus oqsillar bajaradi. Xelikaza (helix – burama, spiral so’zidan olingan) nomli fermentlar DNK ning replikativ ayri yaqinidagi qisqa bo’laklarni yechib beradilar; buning uchun 2 molekula ATF gidrolizidan hosil bo’ladigan energiya kerak. ajralgan zanjirlar qaytadan qo’shilib ketmasligi uchun DNK-bog’lovchi oqsillar, replikatsiya jarayonida zanjirlarning juda tez yechilishida uzilib ketmasligi uchun giraza (guration – aylanish so’zidan olingan), eukariotlarda topoizomeraza va yana bir qator fermentlar va oqsillar, matritsa va initsiatorlar qatnashadi. Shuningdek, qisqa ajralish va birikishlar DNK-giraza fermenti yordamida sodir bo’ladi. U xelikazaga replikatsiya uchun DNK ni qayta aylantirishga yordam beradi. Zanjirlarning yoyilishida har bir qo’sh asosning ajratilishi uchun ikki molekula ATF – gidroliz energiyasi sarf bo’ladi. Umuman, DNK ning yoyilishi DNK replikatsiyasining eng qiziqarli va eng murakkab muammolaridan biridir. 1969 yilda yapon olimi Reydji Okazaki har ikkala zanjir bir vaqtda replikatsiya qilinganda bir zanjir uzluksiz, ikkinchi yangi zanjir esa kalta fragmentlar shaklida sintezlanishini kashf etdi. Uzluksiz sintezlanadigan zanjir “boshlovchi”, uzilib sintezlanadigani “kechikkan” zanjir deb ataladi. So’ngra Okazaki fragmentlarining sintezi uchun tomizg’i sifatida RNK ning kichik bo’lakchalari kerak ekanligi ma’lum bo’ldi, chunki DNK-polimerazaning o’zi zanjirni initsirlay olmaydi. Keyingi vaqtda har ikkala zanjirning ham kalta fragmentlar shaklida sintezlanishi isbotlandi.