Məlumat

DNT molekulu bir polinükleotid zəncirindən və ya ikisi bir-birinə bağlıdır?

DNT molekulu bir polinükleotid zəncirindən və ya ikisi bir-birinə bağlıdır?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Molekulyar biologiya müəllimimiz bizə DNT-nin ikiqat spiraldan ibarət olduğunu söylədi iki DNT molekulları hidrogen bağları ilə bir-birinə bağlıdır. İş ondadır ki, indiyə qədər mən həmişə bir DNT molekulunun iki zəncirdən ibarət olduğunu düşünürdüm, bunlar polinükleotidlərdir, hər ikisi bir-birinə bağlıdır. İki DNT molekulunun dimeri qoşa spiral adlandırmaq texniki baxımdan düzgün görünsə də, müəllimimlə eyni şeyi söyləyən bir əlaqə tapa bilmirəm.

Dəqiq terminologiyanın nə olduğunu bilmək mənə maraqlı idi.


Qeyd etdiyiniz kimi, bu əsas biologiya ola bilsə də, ziddiyyətli məlumat alarkən aydınlıq axtarmaq yaxşı bir şeydir. Soruşmaqdan utanmayın. :)


… molekulyar biologiya müəllimimiz bizə DNT-nin ikiqat spiralının hidrogen bağları ilə bağlanmış iki DNT molekulundan ibarət olduğunu söylədi.

Hörmətlə müəlliminiz səhv deyir. Tək, cüt zəncirli DNT molekulundan ibarətdir iki spiral formalı polinükleotidlərdir və hidrogen bağı vasitəsilə bir-birinə bağlıdırlar.

Hər bir polinükleotidin vurğulanması

Hidrogen bağının vurğulanması


Alberts B, Johnson A, Lewis J və başqaları tərəfindən Hüceyrənin Molekulyar Biologiyası, 4-cü nəşrə görə, yalnız əlavə yoxlama üçün:

DNT molekulundan ibarətdir iki dörd növ nukleotid alt bölməsindən ibarət uzun polinükleotid zəncirləri. Bu zəncirlərin hər biri DNT zənciri və ya DNT zənciri kimi tanınır. Hidrogen bağları nukleotidlərin əsas hissələri arasında iki zənciri bir arada tutur.

Beləliklə, müəlliminiz DNT molekulu kimi hər bir polinükleotidə, məsələn, DNT zəncirinə istinad edir. Bunun əvəzinə o, sözdən istifadə etməlidir: tək DNT molekulu spiralvari polinükleotidlər olan iki DNT zəncirindən ibarətdir.


Hmm, düşünürəm ki, müəllim əslində düzgündür və əvvəlki izahat, çox gözəl şəkildə dərslik diaqramlarına istinad etsə də, bir az yanlışdır.

Burada məsələ DNT strukturunda hidrogen bağının təbiətidir. Kimyəvi kontekstdə, ümumiyyətlə, bir molekul, əsasən kovalent bağlar vasitəsilə bir-birinə bağlanmış atomların toplusudur. Hidrogen bağları təbiətinə görə keçicidir - əgər onlar olmasaydı, ikiqat zəncirli DNT oxumaq üçün açıla bilməzdi! Beləliklə, DNT-nin 5' ucundan 3' ucuna qədər bir zəncir bir molekuldur. Bunun əksi tamamlayıcı zəncir DNT-nin başqa bir molekuludur. Bu, bir PCR reaksiyası həyata keçirdiyiniz kimi vacibdir (məsələn), primerlər kimi tək, zəncirli DNT-dən istifadə edərdiniz - beləliklə, bu DNT molekulu olardı. Həmçinin, əgər hidrogen bağlarından molekulyar növlərin müəyyənləşdirilməsi vasitəsi kimi istifadə etsək, o zaman su yalnız bir molekul olardı - bütün bu H2O molekullar bir-biri ilə hidrogen bağları vasitəsilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar!

Bəs ikiqat sarmal quruluş haqqında nə demək olar? Bu, hər bir nukleotidin kimyəvi quruluşunun (və bu atomların kimyəvi xassələrinin) nəticəsidir ki, atomları sıx bir şəkildə bağlamaq üçün hidrogen bağı kömək edir - bu, ikisi arasında molekullararası qarşılıqlı təsirlərin termodinamikasının qəbul etdiyi bir formadır. DNT molekulları.

Beləliklə, bir DNT zəncirinin bir molekuldur. DNT-nin iki zənciri (iki molekul) bizə təbii, sabit, spiral forma verir.


Bu yaxınlarda yenidən gündəmə gəldi, icazə verin, sırf semantik sual olduğuna inandığım şeylə bağlı öz arqumentlərimi ümumiləşdirim.

  • Ciddi kimyəvi terminlərlə desək, IUPAC tərifinə görə, nə ikiqat zəncirli DNT (dsDNA), nə də onun ayrı-ayrı ayrı zəncirləri molekul deyil, Vikipediya məqaləsində deyildiyi kimi, çox atomlu iondur.

  • Əgər "molekul" terminini ionlara şamil etsəniz və yalnız kovalent kimyəvi əlaqə və bölünməzliyin tarixi meyarlarını (kiçik kimyəvi növlərə tətbiq edildiyi kimi) nəzərə alsanız, DNT-nin ayrı-ayrı zəncirlərinin molekul olduğu, lakin dsDNA-nın olmadığı qənaətinə gəlmək olar. qəbul edilmiş cavabdakı iddianın əksinə!

  • Bununla belə, praktikada bir çox müəlliflər dsDNA-ya molekul kimi istinad edirlər, ehtimal ki, onu iki (fərqli) tək stenddən konseptual olaraq fərqli hesab etdikləri üçün. kimi qəbul edirəm istifadə, lakin bunun olduğunu vurğulayın yox istənilən əsasında formal yenidən tərif mənim bildiyim molekulyar biologiya üçün 'molekul' termini.

  • Baxmayaraq ki, bəzi dərslik müəllifləri dsDNT-nin ayrı-ayrı zəncirləri üçün "molekul" terminindən istifadə etməkdən çəkinirlər - ehtimal ki, izahatda aydınlıq üçün - bu istifadə başqaları tərəfindən geniş yayılmışdır (məsələn, Lakowicz, DNT Technology).

  • Məsələn, SV40 virusunun tək zəncirli DNT genomunun molekul olduğunu, lakin dairəvi dsDNA plazmidinin fərdi zəncirinin belə olmadığını iddia etmək absurd görünür. RNT üçün müqayisə edilə bilən sualda vəziyyət mürəkkəbləşir. Bir zəncirinin böyük miqdarda sintez olunduğu dsRNA viruslarını nəzərdən keçirək: RNT molekulu deyilsə, nə sintez olunur?

  • Ancaq eyni şəkildə dsDNA-nın bir molekul olmadığını, məsələn, kimyəvi çarpaz əlaqədən sonra birləşdiyini iddia etmək absurd görünür.

  • Fikrimcə, bu sual yalnız praktiki əhəmiyyət kəsb edərsə qeyri-müəyyənlik yarana bilər 'molekul' təsvirini həm dsDNA-ya, həm də onun tək zəncirlərinə tətbiq etməkdən. Mən belə bir qeyri-müəyyənlik görmürəm, özbaşına, və bunun sırf semantik sual olduğunu müdafiə edin.

Buna görə də mən belə qənaətə gəlirəm ki, “molekul” termininin ya dsDNT-yə, ya da əksinə, onun ayrı-ayrı tək zəncirlərinə aid olması ilə bağlı iddialar həm mənasız, həm də əsassızdır.


Dərsin izahçısı: DNT kəşfi və strukturu Biologiya

Bu izahatda biz DNT-nin strukturunu necə təsvir edəcəyimizi və onun kəşfinə edilən töhfələri təsvir edəcəyik.

Nuklein turşuları genetik məlumat daşıyan biokimyəvi molekulların bir növüdür. Hər bir canlı hüceyrədə nuklein turşuları hüceyrənin funksiyalarını idarə etməkdən məsuldur, bu da öz növbəsində orqanizmin bütün xüsusiyyətlərinə nəzarət edir: görünüşü, ölçüsü, qidalanma tələbləri və s. Orqanizmlər çoxaldıqda, valideynin nuklein turşularında olan məlumatlar nəsillərə ötürülür.

Nuklein turşularının iki növü var: DNT və ya dezoksiribonuklein turşusu və RNT və ya ribonuklein turşusu. Bu molekullar ilk növbədə hər canlı hüceyrənin nüvəsində olur. Adətən canlı orqanizmlər öz genetik məlumatlarını DNT-də saxlayır, RNT molekulları isə bu məlumatın ötürülməsində və şərhində kömək edir.

Açar termin: Nuklein turşuları

DNT və RNT nuklein turşularıdır. Onlar nukleotid monomerlərindən hazırlanmış polimerlərdir. Bu makromolekullar genetik məlumatı saxlamaq və ötürmək üçün uyğunlaşdırılmışdır.

Tərif: DNT (deoksiribonuklein turşusu)

DNT həyat üçün genetik göstərişləri daşıyan molekuldur. O, bir-birinə dolanaraq ikiqat spiral əmələ gətirən iki nükleotid zəncirindən ibarətdir.

Tərif: RNT (ribonuklein turşusu)

RNT, genetik məlumatı ötürməyə və bu məlumatı zülalları sintez etmək üçün şərh etməyə kömək edən tək zəncirli polinükleotiddir. Bəzi viruslarda RNT DNT əvəzinə genetik materialı daşıyır.

19-20-ci əsrlərdə elm adamları DNT, onun quruluşu və funksiyaları haqqında məlumatları kəşf etməyə başladılar. Bu kəşflər müasir elmin bir sıra sahələrində yeniliklərin əsasını təşkil edən dönüş nöqtəsi oldu. Bu gün DNT-nin necə göründüyü və onun “həyatın planı” kimi necə fəaliyyət göstərdiyi barədə aydın təsəvvürümüz var.

DNT ilk dəfə 1869-cu ildə molekulu təcrid edən və onun asidik təbiətli olduğunu müəyyən edən Fridrix Mişer tərəfindən kəşf edilmişdir. 20-ci əsrin əvvəllərində bir neçə alim qrupu DNT-nin funksiyalarını anlamaq üçün tədqiqat aparmağa başladı və 1952-ci ilə qədər DNT-nin genetik materialın daşıyıcısı olduğu qəti şəkildə müəyyən edildi. Bu tədqiqatlara paralel olaraq, 1950-ci illərin əvvəllərində digər elm adamları DNT molekulunun quruluşunu izah edən bir model təklif etmək üçün çalışırdılar. 1953-cü ildə James Watson və Francis Crick DNT-nin ikiqat sarmal olduğunu irəli sürdülər. Onlar Rozalind Franklin və Moris Uilkinsin işlərinə əsaslanaraq bu nəticəyə gələ bildilər.

Bu alimlərin DNT-nin strukturunun kəşfinə verdiyi töhfələr haqqında daha çox məlumat əldə etməzdən əvvəl gəlin quruluşu özümüz anlayaq!

DNT molekulunun necə göründüyünü təsəvvür etmək üçün əvvəlcə nərdivanı təsəvvür edin. Pilləkənin iki uzun, paralel dirəyi var, pilləkənləri müəyyən fasilələrlə. İndi təsəvvür edin ki, bu nərdivan Şəkil 1-də göstərildiyi kimi bükülmüşdür. Bu, DNT molekulunun formasıdır: bir-birinin ətrafında bükülmüş iki zəncir. Bu forma ikiqat sarmal adlanır.

Açar termin: Double Helix

İkiqat spiral bükülmüş nərdivan formasıdır, xüsusilə DNT molekulunun formasıdır.

Bu ikiqat sarmaldakı hər bir zəncir bir polimerdir, yəni monomerlər adlanan bir neçə kiçik, təkrarlanan vahidlərdən ibarətdir. Nuklein turşularında fərdi monomerə nukleotid deyilir. Buna görə də DNT-nin bütün zəncirinə polinükleotid deyilir. Şəkil 2 fərdi nukleotidin DNT zəncirində harada oturduğunu göstərir.

Açar termin: nukleotid

Nukleotid bir nuklein turşusu polimerinin monomeridir. Nukleotidlər pentoza şəkəri, fosfat qrupu və azot tərkibli əsasdan ibarətdir.

Əsas termin: Polinükleotid

Polinukleotidlər nuklein turşularını təşkil edən polimerlərdir. Onlar nukleotidlər adlanan çoxlu təkrarlanan alt bölmələrdən ibarətdir.

Hər bir nukleotidin üç komponenti var: pentoza şəkər molekulu, fosfat qrupu və azot tərkibli əsas. Biz bu fərdi komponentlərin hər birinə nəzər salacağıq və onların bir nukleotid və nəhayət polinükleotid zəncirini yaratmaq üçün bir-birinə necə bağlandığını öyrənəcəyik.

“Pentoza şəkəri” beş karbon atomundan ibarət şəkər molekulunun başqa adıdır. DNT-də pentoza şəkərinə deoksiriboza deyilir. Beş karbon atomu Şəkil 3-də göstərildiyi kimi qapalı halqa şəklini alır. Bu halqadakı hər bir karbon atomu birinci karbondan başlayaraq nömrələnir.

(“1 əsas” kimi oxunur), halqadakı oksigen atomundan saat əqrəbi istiqamətində hərəkət edir və ilə bitən

(“5 əsas” kimi oxuyun) aşağıda göstərildiyi kimi.

Açar termin: Pentoza şəkəri

Pentoza şəkər beş karbon atomunu ehtiva edən bir şəkər molekuludur. DNT-dəki pentoza şəkəri deoksiriboza şəkəri, RNT-dəki pentoza şəkəri isə riboza şəkəridir.

Öyrəndiyimiz kimi, iki növ nuklein turşusu var: DNT və RNT. RNT-də pentoza şəkərinə riboza deyilir. Riboza quruluşu dezoksiribozadan yalnız bir nöqtədə fərqlənir. Da, də

ribozun karbonu, hidroksil qrupu var (

), Şəkil 3-də gördüyünüz kimi dezoksiriboza molekulunda yoxdur.

Şəkil 4-də gördüyünüz kimi pentoza şəkərinin karbon atomu azotlu əsasla kovalent şəkildə bağlıdır. Azotlu əsasla bağlı olan pentoza şəkər molekuluna nukleozid deyilir.

DNT-də dörd müxtəlif azotlu əsas var: adenin (A), guanin (G), timin (T) və sitozin (C). RNT-də timin urasil (U) ilə əvəz olunur. Bunlardan adenin və quaninə purinlər deyilir və onlar iki halqalı quruluşa malikdirlər. Timin, sitozin və urasil isə tək halqalı quruluşa malikdir və pirimidinlər adlanır. Bu strukturlar Şəkil 5-də göstərilmişdir.

Nukleotidin son komponenti fosfat qrupudur. Pentoza şəkər molekulunda hər

karbon atomu Şəkil 6-da göstərildiyi kimi fosfat qrupuna kovalent şəkildə bağlıdır. Fosfat qrupuna bağlı nukleozid nukleotid əmələ gətirir. Milyonlarla bu nukleotid birləşərək polinükleotid zəncirini əmələ gətirir.

İndi biz tək bir nukleotidin necə göründüyünü bilirik. Bəs bu fərdi vahidlər bir polinükleotid zəncirini yaratmaq üçün necə bir-birinə bağlıdır? Hər bir nukleotid və onun qonşusu arasında fosfodiester bağı adlanan bir bağ var. Bu bağın necə yarandığını görək.

Tərif: Fosfodiester bağı

Fosfodiester bağı bir fosfat qrupu ilə iki şəkər molekulu arasında əmələ gələn kimyəvi bağdır.

Hər bir nukleotidin bir fosfat qrupuna necə bağlı olduğunu xatırlayın

onun pentoza şəkərinin karbonu? Bu fosfat qrupu ilə bağ əmələ gətirir

) hər bir qonşu nukleotidin Şəkil 7-də göstərildiyi kimi. Bu əlaqə fosfodiester rabitəsi adlanır. "Di" "iki" deməkdir, burada iki ester bağının meydana gəldiyini göstərir, çünki fosfat qrupu hər iki tərəfdən bir şəkər molekuluna bağlanır.

Bu bağlar bir neçə nukleotidi bir-birinə bağlayaraq bir polinükleotid zəncirini meydana gətirdikdə, zəncirin şəkər molekulu ilə fosfat qrupu arasında növbələşdiyi kimi göründüyünü görə bilərsiniz. Buna görə də polinükleotid zəncirinin bu hissəsi şəkər-fosfat onurğası adlanır.

Nümunə 1: DNT komponentlərinin müəyyən edilməsi

DNT-nin quruluşunun sadə diaqramı verilmişdir. Bu strukturun hansı hissəsi X etiketi ilə göstərilir?

  1. Şəkər-fosfat onurğası
  2. Trigliserid zənciri
  3. Ribosomal alt bölmə
  4. Azotlu əsaslar
  5. Riboz şəkər onurğası

Cavab verin

DNT hər canlı hüceyrədə genetik məlumat daşıyan molekuldur. DNT molekulu nukleotidlər adlanan təkrarlanan vahidlərdən ibarət iki polinükleotid zəncirindən ibarətdir.

Tək bir nukleotid pentoza şəkərindən, azotlu əsasdan və fosfat qrupundan ibarətdir. Pentoza şəkər beş karbon atomundan ibarət şəkər molekuludur. DNT-də pentoza şəkəri dezoksiriboza, RNT-də isə pentoza şəkəri ribozadır. Sualdakı diaqramda siz boz beşbucaq şəklində təmsil olunan deoksiriboza şəkərlərini görə bilərsiniz.

Hər pentoza şəkər azotlu bir bazaya bağlanır. DNT-də dörd müxtəlif növ azotlu əsaslar var: adenin (A), guanin (G), timin (T) və sitozin (C). Şəkildə azotlu əsaslar DNT molekulunun daxilində gördüyünüz çəhrayı, yaşıl, mavi və narıncı quruluşlardır. Azotlu əsasa bağlanmış pentoza şəkərinə nukleozid deyilir.

Hər pentoza şəkəri də yuxarıdakı şəkildə sarı dairələr kimi təmsil olunan bir fosfat qrupuna bağlıdır. Bir fosfat qrupuna bağlı bir nukleozid nukleotid adlanır.

Fərdi nukleotidlər fosfodiester bağları adlanan bağlar yaradaraq uzun polinükleotid zəncirləri yaratmaq üçün birləşirlər. Bir nukleotidin fosfat qrupu ilə növbəti nukleotidin pentoza şəkəri arasında fosfodiester bağı əmələ gəlir. Fiqurun hər iki tərəfində fərdi nukleotidlər uzun zəncirləri belə əmələ gətirir.

İndi bir DNT molekulunun komponentləri haqqında bildiyimizə görə, sualda verilən variantlara qısaca nəzər salaq. Onlardan ikisini – ribosomal subunit və trigliserid zəncirini – dərhal aradan qaldıra bilərik, çünki onlar DNT strukturunun bir hissəsi deyillər. Riboza şəkər onurğasını da aradan qaldıra bilərik, çünki baxdığımız quruluş RNT deyil, DNT-dir.

Şəkildə X işarəsi ilə qeyd olunan bölmədə sanki zəncir boz pentoza şəkər və sarı fosfat qrupu arasında növbələşir. Bu strukturlara şəkər-fosfat onurğaları deyilir.

DNT-nin X etiketli hissəsi buna görə də şəkər-fosfat onurğasıdır.

İndiyə qədər tək uzun, təkrarlanan bir polinükleotid zəncirinin necə əmələ gəldiyini başa düşmüşük və onun hansı komponentlərdən ibarət olduğunu bilirik. Ancaq unutmayın ki, DNT zənciri ikiqat spiraldır, yəni bir yox, iki polinükleotid zəncirinə malikdir və bir-birinin ətrafında bükülür! Bu formanı yaratmaq üçün bir DNT zəncirinin digəri ilə necə əlaqəsi var?

Bu, əvvəllər öyrəndiyimiz azotlu əsaslar vasitəsilə həyata keçirilir. DNT-nin bir zəncirindəki hər bir azotlu əsas əks zəncirdəki azotlu bazaya bağlanır. Bükülmüş nərdivan formasındakı "pillələr" belə yaranır!

Bu azotlu əsaslar bağlandıqda, bunu xüsusi bir şəkildə edirlər. DNT-də adenin yalnız əks zəncirdəki timinlə, guanin isə yalnız sitozinə bağlana bilər. Bu qayda “tamamlayıcı baza cütləşməsi” adlanır və DNT-nin müəyyənedici xüsusiyyətlərindən biridir. Şəkil 8-də göstərildiyi kimi, adenin iki hidrogen rabitəsi vasitəsilə timinlə, quanin isə üç hidrogen rabitəsi vasitəsilə sitozinə bağlanır.

Əsas Terim: Tamamlayıcı Baza Cütləşməsi

DNT əsasları xüsusi qaydalara uyğun olaraq cütləşə bilər, burada adenin (A) timin (T), guanin (G) isə sitozinə (C) bağlanır. RNT-də urasil (U) timin (T) ilə əvəz olunur. Tamamlayıcı baza cütləşməsinin bu qaydaları DNT replikasiyası və transkripsiyası üçün vacibdir.

Misal 2: DNT Strukturunda Bağların Müəyyənləşdirilməsi

DNT-də iki zənciri ikiqat sarmalda bir yerdə saxlamaq üçün əsas cütləri arasında hansı növ bağ əmələ gəlir?

Cavab verin

DNT molekulu nukleotidlər adlanan təkrarlanan alt bölmələrdən ibarət polimerdir. Tək bir nukleotiddə pentoza şəkəri, fosfat qrupu və azotlu əsas var.

Bu nukleotidlərdən bəziləri aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi uzun, polinükleotid zəncirləri yaratmaq üçün bir-birinə bağlanır. Bu xətti zənciri meydana gətirmək üçün bir nukleotidlə növbəti nukleotid arasında yaranan bağlara fosfodiester bağları deyilir.

Suala baxsaq görərik ki, “fosfodiester bağları” variantlardan biridir. Bu seçimi aradan qaldıra bilərik, çünki indi bildiyimiz kimi, fosfodiester bağları iki DNT zəncirini bir-birinə bağlamaq əvəzinə, şəkər-fosfat onurğasını meydana gətirmək üçün bir nukleotidi digərinə bağlayır.

Yuxarıda çəhrayı, yaşıl, mavi və narıncı rənglərlə təmsil olunan azotlu əsaslar iki ipi bir yerdə tutmaqdan məsuldur. DNT-də dörd müxtəlif növ azotlu əsaslar var: adenin (A), guanin (G), timin (T) və sitozin (C). İki DNT zəncirinin bir-birinə bağlandığı zaman, onlar tamamlayıcı əsas cütləşməsini izləyirlər: adenin iki hidrogen bağı vasitəsilə timinlə, guanin isə üç hidrogen bağı vasitəsilə sitozinə bağlanır.

Deməli, iki DNT zəncirini bir arada tutan bağ növü hidrogen bağıdır.

Nümunə 3: Azotlu əsaslar arasında hidrogen bağlarının sayının müəyyən edilməsi

Hansı DNT əsasları arasında 2 hidrogen rabitəsi əmələ gəlir?

Cavab verin

DNT molekulu nukleotidlər adlanan təkrarlanan alt bölmələrdən ibarət polimerdir. Tək bir nukleotiddə pentoza şəkəri, fosfat qrupu və azotlu əsas var.

Bu nukleotidlərdən bir neçəsi aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi iki uzun polinükleotid zəncirini yaratmaq üçün bir-birinə bağlanır.

Yuxarıda çəhrayı, yaşıl, mavi və narıncı rənglərlə təmsil olunan azotlu əsaslar iki ipi bir yerdə tutmaqdan məsuldur. DNT-də dörd müxtəlif növ azotlu əsaslar var: adenin (A), guanin (G), timin (T) və sitozin (C). DNT-nin iki zənciri bir-birinə bağlandıqda, onlar tamamlayıcı əsas cütləşməsinə əməl edirlər: adenin yalnız timinlə, guanin isə yalnız sitozinə bağlana bilər.

Aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, adenin iki hidrogen bağı vasitəsilə timinlə, guanin isə üç hidrogen bağı vasitəsilə sitozinə bağlanır.

İndi suala və verilən variantlara nəzər salsaq, görərik ki, düzgün cavab A və T arasında iki hidrogen bağı əmələ gətirir.

İndi biz DNT-nin bütün müxtəlif komponentlərini və onların bir-biri ilə necə əlaqə saxladığını bildiyimizə görə, DNT molekulunun tam strukturunu yaratmaq üçün onları birləşdirə bilərik. Bu, Şəkil 9-da göstərilmişdir.

Şəkər molekulunda hər bir karbon atomunun necə nömrələndiyini xatırlayın? Şəkil 9-a diqqətlə baxsanız, görə bilərsiniz ki, sol teldə yuxarıda sərbəst fosfat qrupu və sərbəst hidroksil qrupu (

) dibdə. Sol yuxarıdakı fosfat qrupu sonuncu şəkərə bağlıdır

DNT zəncirinin sonu. Bu ipin dibində sərbəst hidroksil qrupu sonuncu şəkərə bağlanır

karbon, buna görə də biz bunu adlandırırıq

İndi Şəkil 9-un sağ tərəfindəki ipə nəzər salın. Görə bilərsinizmi harada

bu ipin ucları var? The

sonu aşağıdadır və

sonu zirvədədir! İki DNT zəncirinin tamamlayıcı əsas cütləşməsi ilə bir-birinə bağlandığı zaman, onlar bir-birinə antiparalel olurlar. Bu o deməkdir ki, iki DNT zəncirinin hər birinin fərqli ucları var (

) eyni tərəfdə, Şəkil 9-da gördüyünüz kimi. Antiparalel təbiət DNT-nin digər müəyyənedici xüsusiyyətidir.

İndi DNT-nin strukturu ilə tanış olduğumuz üçün bu kompleks molekulun genetik məlumatı necə saxladığı ilə maraqlanırsınız! Haqqında öyrəndiyimiz azotlu əsaslar burada həlledici rol oynayır.

Hüceyrənin öz funksiyalarını yerinə yetirməsi üçün ehtiyac duyduğu məlumat DNT zəncirinə kodlanır. Bir polinükleotid zəncirində azotlu əsasların ardıcıllığını "oxumaq" olar.

son. Bazaların sırası bir hüceyrənin şərh edə biləcəyi, kodu xüsusi funksiyaları yerinə yetirən xüsusi zülallara çevirən bir genetik kod meydana gətirir. Məsələn, DNT-dəki azotlu əsasların ardıcıllığı gözlərinizin rənginə və ya saçınızın buruq və ya düz olmasına nəzarət edən zülalın kodunu yarada bilər!

Öyrəndik ki, DNT zəncirləri tamamlayıcı baza cütləşməsini izləyir. Azotlu əsasların ardıcıllığının qısa bir nümunəsini nəzərdən keçirək

Şəkil 10-da göstərildiyi kimi son.

İndiyə qədər bu izahatda biz DNT-nin iki mühüm, müəyyənedici xüsusiyyəti haqqında öyrəndik: tamamlayıcı baza cütləşməsi və antiparalel təbiət. Bu xüsusiyyətlərə dair biliklərimizi burada tətbiq etsək, tamamlayıcı DNT ardıcıllığını anlaya bilməliyik!

Müəyyən edən xüsusiyyətlərdən biri DNT-nin iki zəncirinin bir-birinə antiparalel olmasıdır, yəni onların əks istiqamətdə hərəkət etməsidir. Bizə verilən iplə bağlı məlumatlar bülletendə öz əksini tapır

istiqamət. Bu o deməkdir ki, digər ipdən qaçmalıdır

. Bu etiketləri diaqrama əlavə edə bilərik.

İndi tamamlayıcı ipdəki əsasların ardıcıllığı haqqında düşünək. DNT-nin digər müəyyənedici xüsusiyyəti tamamlayıcı baza cütləşməsidir: adenin timinlə, guanin isə sitozinlə cütləşir. Bu məlumatdan istifadə edərək, Şəkil 11-də göstərildiyi kimi, tamamlayıcı ardıcıllığı anlamaq üçün tamamlayıcı ipdəki əsasların ardıcıllığını doldura bilərik.

Buna görə də DNT-nin əks zənciri birinci zəncirdə daşınan kodun tamamlayıcı versiyasını daşıyır. Bu, əslində tək bir DNT molekulunun eyni məlumatın iki tamamlayıcı nüsxəsini daşıması deməkdir!


Genetik materialın tərifi :

Genetik material Bitkilər, Heyvanlar və mikroorqanizmlər kimi orqanizmlərin genetik məlumatlarını daşıyan və nəsildən sonrakı nəslə ötürülən materiala genetik material deyilir. Formada olan məlumatlar gendir və çoxalma, böyümə və inkişaf, fotosintez və s. kimi çox metabolik reaksiyalara nəzarət edir.

Genetik materialın növləri :

İki növ genetik material DNT var və ikincisi RNT-dir.

RNT: RNT (riboz nuklein turşusu)

  1. RNT tərkibində riboza şəkəri olan bir növ nuklein turşusudur.
  2. Ümumiyyətlə RNT tək zəncirlidir. Xətti RNT-də azot əsasları cütləşməmiş, lakin qatlanmış RNT-də azot əsasları müəyyən bölgələrdə qoşalaşmışdır.
  3. Beləliklə, purin pirimidin nisbəti 1: 1 ola bilər və ya olmaya da bilər. Bir-biri ilə fosfodiester əlaqəsi ilə bağlanmış ribonukleotidlər adlanan bir çox kiçik vahidləri birləşdirərək əmələ gəlir.
  4. Hər bir ribonukleotid üç kimyəvi maddədən, riboza şəkərindən, fosfat qrupundan və bir növ azot bazasından (A, G, U və ya C) ibarətdir. RNT-də purin kimi A, G, pirimidin kimi C, U (T əvəzinə) var.
  5. İki növ RNT var: Genetik RNT. və Qeyri-genetik RNT.

Genetik RNT : Genetik material kimi fəaliyyət göstərən RNT-yə genetik RNT deyilir. Genetik məlumatları saxlayır və daşıyır. Bəzi viruslarda (bitki viruslarında) olur.

Qeyri-genetik RNT: Genetik material kimi fəaliyyət göstərməyən RNT qeyri-genetik RNT adlanır. Zülal sintezində iştirak edir və həmçinin hüceyrənin bəzi digər funksiyalarını yerinə yetirir. Bəzi viruslar istisna olmaqla, bütün orqanizmlərdə mövcuddur.

Qeyri-genetik RNT növləri:

2. DNT : DNT (DeoksiRiboz nuklein turşusu) :

DNT, RNT virusları istisna olmaqla, bütün canlı orqanizmlərin genetik materialıdır. Watson və Crick modelinə (1953) görə, DNT ikiqat sarmal meydana gətirən zəncir adlanan iki polinükleotid zəncirindən ibarətdir. DNT-nin iki zənciri bir-birini tamamlayır. İki zəncir iki ipin azot əsasları arasında mövcud olan zəif hidrogen bağları ilə birlikdə tutulur. Hər bir polinükleotid zəncirinin 3' və 5' ucları var. 5' ucu sərbəst fosfat qrupuna və 3' ucu sərbəst OH qrupuna malikdir. DNT-nin miqdarı orqanizmdən orqanizmə dəyişir.

DNT orqanizmin funksiyaları üçün zəruri olan orqanizmlərin bütün genetik məlumatlarını ehtiva edir.

DNT genetik materialdır :

DNT-nin genetik material olduğunu sübut edən qısa təcrübələr:

Griffith təcrübəsi (1928) :

  • Frederik Qriffit Diplo coccus pneumoniae bakteriyasına səbəb olan pnevmoniya üzərində təcrübə aparıb.
  • Bakteriyaların iki ştammı var: a) Hamar ştamm (S ştammı) kapsullaşdırılmış və patogen. b) Kobud ştam (R ştammı) kapsullaşdırılmamış və patogen deyil.
  • Hamar ştamm kapsullaşdırılmış və patogen və ya virulant, kobud ştam isə kapsullaşdırılmamış və patogen və ya virulantdır.

Griffith bu bakteriyaları siçanlara yeritdi və aşağıdakı nəticələr əldə etdi:

  1. R-sürtünmə yeridilmiş bakteriyalar sağ qaldı
  2. S ştammı vurulan bakteriyalar öldü
  3. İstilik öldürdü S-ştammı vurulan bakteriyalar sağ qaldı
  4. İstilik öldürdü S- ştammı + canlı R Ştamına vurulan bakteriyalar öldü.
  • Dördüncü dəstənin ölmüş siçanlarından təcrid olunmuş bakteriyalarda hər iki ştamın hüceyrələri olduğu aşkar edilmişdir.
  • Bu onu göstərir ki, dördüncü dəstdə və ya təcrübədə istilik öldürülmüş S ştammı bəzi R ştamının S ştamma çevrilməsinə səbəb olmuşdur.
  • Yuxarıdakı təcrübələrdən Qriffit belə nəticəyə gəldi ki, patogen olmayan K ştammı bakteriyaları aktiv transformasiya prinsipi i sayəsində patogen S-ştammı bakteriyalarına çevrilir. e., genetik material.
  • Griffith genetik materialın kimyəvi təbiətini müəyyən edə bilmədi.

Avery, Macleod və tərəfindən sınaq

  1. Avery, Macleod və McCarty bakterial transformasiya təcrübəsini davam etdirdilər və DNT-ni genetik material olaraq təyin etdilər.
  2. Onlar karbohidratları, zülalları və DNT fraksiyalarını patogen S-ştammı Diplococcus pneumonia bakteriyasından ayırdılar. Hər bir fraksiya ayrı, patogen olmayan R-ştamm hüceyrə kulturalarına aşağıdakı kimi əlavə edildi:
  3. i) R-hüceyrələri +S-ştammı Rhüceyrələrinin karbohidratları.
  4. R-hüceyrələri + S-ştammı R-hüceyrələrinin zülalı.
  5. R-hüceyrələri + S-ştammının DNT-si R-hüceyrələri + S hüceyrələri
  6. R-hüceyrələri + S-ştammının DNT-si + DNT-az fermenti >R hüceyrələri.
  7. Beləliklə, R-hüceyrələrinin yalnız DNT-dən simvolları götürərək S-hüceyrələrinə çevrildiyi aşkar edildi. DNT aza (DNT məhv edən ferment əlavə olunduqda, transformasiya baş vermədi, deməli, DNT maddəni, yəni genetik materialı dəyişdirir.

Hershey və Chase DNT-ni genetik material kimi göstərirlər :

  1. Hershey və Chase (1952) bakteriyaya hücum edən bakteriofaq şəklində T-dən istifadə etdilər.
  2. Onlar radioaktiv S³⁵ və P³² (zülallar S³⁵, DNT isə p³² ilə etiketlənir) istifadə etdilər.
  3. Bakteriyalar bu radioaktiv izotopları, S³⁵ və p³² ayrı-ayrılıqda ehtiva edən mühitdə yetişdirildi.
  4. Sonra bakteriyalar faglarla aşağıdakı şəkildə yoluxmuşdur:

A) S³⁵ mühitdə yetişən bakteriyalar :

  1. Bakteriya S³⁵-u zülallarına daxil etdi.
  2. Bu bakteriyaları yoluxduran faqlar da S³⁵ ilə etiketləndi.
  3. Bu S³⁵ etiketli faqlar radioaktiv olmayan bakteriyalar üzərində yetişdirilmişdir.
  4. İnfeksiyadan sonra zülal örtükləri və bakteriya hüceyrələri sentrifuqasiya yolu ilə ayrıldı və onların radioaktivliyi ölçüldü.
  5. Bütün radioaktivliyin zülal örtükləri ilə əlaqəli olduğu və heç birinin bakteriya hüceyrəsi ilə əlaqəli olmadığı aşkar edildi.
  6. Bu, infeksiya zamanı fagın zülallarının bakteriya hüceyrəsinə daxil olmadığını göstərirdi.

B) P³² mühitində yetişən bakteriyalar:

  1. Bu bakteriyalar öz DNT-sinə P³² daxil etdi.
  2. Bu bakteriyalar üzərində yetişdirildikdən sonra faqlar da P³²-ni birləşdirir.
  3. Radioaktiv olmayan bakteriyalarla yoluxduqdan sonra zülal örtüyü və bakteriyalar ayrıldı.
  4. Bu halda, bütün radioaktivlik zülal qabığında deyil, bakteriyalarda aşkar edilmişdir.
  5. Bu təcrübələr bakteriyaya yalnız faq DNT-nin daxil olduğunu sübut etdi.

Prokaryotik hüceyrə Genetik material :

Prokaryotik hüceyrələrin genetik materialı təxminən 1 mm uzunluğunda ikiqat zəncirli dairəvi DNT molekuludur. Bu dairəvi DNT molekulu əsasən zülalların köməyi ilə qatlanır və qablaşdırılır və nəticədə hüceyrədə son uzunluq 1 μm olur. O, genomun bir nüsxəsini ehtiva edir, buna görə də prokaryotik hüceyrələr haploiddir.

Bir çox bakteriyalarda əsas dairəvi DNT molekulundan əlavə plazmidlər də var. Plazmidlər müxtəlif ölçülü iki zəncirli, dairəvi DNT molekullarıdır. Onlar genetik məlumatın kiçik bir faizini ehtiva edir və bakterial DNT-nin 1-2% -ni təşkil edir. Bakteriya, bakteriyanın əsas DNT molekulundan asılı olmayaraq təkrarlanan bir və ya bir neçə plazmiddən ibarət ola bilər. Plazmidlərin tərkibində olan genlər arasında antibiotik müqavimət genləri və genetik materialın bir bakteriyadan digərinə ötürülməsində iştirak edən genlər var. Plazmidlər həm bir-biri ilə, həm də bakteriyanın əsas DNT molekulu ilə genetik material mübadiləsi, həmçinin onu bir bakteriyadan digərinə daşımaq qabiliyyətinə malikdir. Bu yolla daxil olduqları bakteriyaya çevrilir və ona yeni xüsusiyyətlər verirlər. Plazmidlər Genetik Mühəndislik texnikalarının qiymətli alətidir.

Eukaryotik hüceyrə Genetik material:

Eukaryotik hüceyrələrin genetik materialı prokaryotlardan daha uzundur. Hər bir eukaryotik hüceyrədə mövcud olan ümumi DNT tək bir molekul deyil, çoxlu xətti molekullardan ibarətdir, onların sayı və uzunluğu müxtəlif növ orqanizmlər üçün xarakterikdir. DNT molekulları xromatin fibrilləri yaratmaq üçün zülallarla doludur. Hər bir insan diploid hüceyrəsindəki ümumi DNT təxminən 2 m uzunluqdadır və diametri bir metrin on milyonda biri olan nüvəyə sığacaq dərəcədə toplanır!

Elektron mikroskopda xüsusi müalicədən sonra xromatin filamentləri muncuq təsbehinə bənzəyir. Hər bir "muncuq" nukleosom adlanır və xromatinin təşkilinin əsas vahididir. Nukleosom 146 əsas cüt DNT və histon adlanan səkkiz molekul zülaldan ibarətdir. DNT histon oktamerinin ətrafına sarılır. Nukleosomlar qatlanır, nəticədə DNT daha çox qablaşdırılır və nəticədə xromatin fibrilləri əmələ gəlir. Qatlanmada digər növ zülallar iştirak edir.

Eukaryotik hüceyrənin genetik materialına nəzər salsaq, onun hüceyrə dövrünün mərhələsindən asılı olaraq müxtəlif xarakterik formalarda göründüyünü görərik. Mezofaza zamanı genetik material aşağı aqreqasiya dərəcəsinə malikdir və xromatin fibrilləri şəbəkəsini əmələ gətirir. Nəticədə, xromatin lifləri mikroskop altında fərdi strukturlar kimi görünmür. Replikasiyanın sonunda hər bir xromatin fibril ikiqat artmışdır. Hər bir fibrilin iki nüsxəsi sentriol adlanan bir quruluşla bir-birinə bağlıdır. Bacı xromatidsis termini sentromere bağlı vaxt ərzində dublikat xromosomları təsvir etmək üçün istifadə olunur.

Mitoxondriya və xloroplastların öz genetik materialı var

Mitoxondriya və xloroplastların öz DNT-ləri var. Mitoxondrilərin və xloroplastların genetik materialı onların müvafiq olaraq oksidləşdirici fosforlaşma və fotosintez kimi funksiyaları haqqında məlumatları ehtiva edir və az sayda zülalları kodlaşdırır. Lakin mitoxondriya və xloroplastların funksiyası üçün zəruri olan zülalların əksəriyyəti nüvənin DNT-sində olan genlər tərəfindən kodlanır. Bu fakt göstərir ki, bu orqanoidlər hüceyrə nüvəsindən müstəqil deyil və buna görə də yarı avtonom olaraq xarakterizə olunur.

Əksər orqanizmlərdəki mitoxondrial DNT dairəvi molekuldur. Hər mitoxondridə dairəvi DNT molekulunun iki-on nüsxəsi var. Bununla belə, bəzi aşağı protozoalarda o, xətti olur. Yüksək orqanizmlərin ziqotu yalnız yumurtadan gələn mitoxondriləri ehtiva edir. Buna görə mitoxondrial genlərin mənşəyi anadandır. Xloroplast DNT dairəvi molekuldur və mitoxondrial DNT-dən daha böyükdür.

Virusların DNT və ya RNT genetik materialı var

Bu viruslar DNT və ya RNT ola bilən bir növ nuklein turşusunu ehtiva edir. Virus DNT-si tək və ya cüt zəncirli, xətti və ya dairəvi ola bilər. RNT virusları adətən xətti RNT-yə malikdir (nadir hallarda o, siklikdir), bu, tək və ya iki zəncirli ola bilər. Viruslar və onların həyat dövrü müvafiq fəsildə təhlil ediləcək.


İçindəkilər

DNT adətən tək bir zəncir kimi deyil, bir-birinə möhkəm bağlanmış bir cüt zəncir şəklində mövcuddur. [9] [12] Bu iki uzun tel bir-birinin ətrafında ikiqat sarmal şəklində dolanır. Nukleotid həm molekulun onurğa sümüyünün bir seqmentini (zənciri bir yerdə saxlayan) və bir nukleobazanı (sarmaldakı digər DNT zəncirləri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan) ehtiva edir. Şəkərlə əlaqəli bir nukleobazaya nukleozid, şəkər və bir və ya bir neçə fosfat qrupu ilə əlaqəli əsasa isə nukleotid deyilir. Çoxlu əlaqəli nukleotidlərdən ibarət olan biopolimer (DNT-də olduğu kimi) polinükleotid adlanır. [13]

DNT zəncirinin onurğa sütunu alternativ fosfat və şəkər qruplarından ibarətdir. [14] DNT-dəki şəkər pentoza (beş karbonlu) şəkər olan 2-deoksiribozadır. Şəkərlər, qonşu şəkər halqalarının üçüncü və beşinci karbon atomları arasında fosfodiester bağları yaradan fosfat qrupları ilə birləşir. Bunlar 3′-ucu (üç əsas uc) və 5′-ucu (beş əsas uc) karbon kimi tanınır, əsas simvol bu karbon atomlarını dezoksiribozun qlikozid bağı əmələ gətirdiyi əsasdan ayırmaq üçün istifadə olunur. . Buna görə də, hər hansı bir DNT zəncirinin normal olaraq bir ucu var, burada ribozun 5′ karbonuna (5′ fosforil) bir fosfat qrupu və digər ucunda isə 3′ karbonuna birləşmiş sərbəst hidroksil qrupu var. riboza (3' hidroksil). Şəkər-fosfat onurğası boyunca 3′ və 5′ karbonların oriyentasiyası hər bir DNT zəncirinə istiqamət (bəzən polarite də deyilir) verir. Nuklein turşusunun ikiqat spiralında bir zəncirdəki nukleotidlərin istiqaməti digər zəncirdəki yönünün əksinədir: zəncirlər antiparaleldir. DNT zəncirlərinin asimmetrik uclarının beş əsas uc (5′) və üç əsas uc (3′) istiqamətli olduğu deyilir, 5′ ucunda terminal fosfat qrupu, 3′ ucunda isə son hidroksil qrupu var. DNT və RNT arasındakı əsas fərqlərdən biri şəkərdir, DNT-dəki 2-deoksiriboza RNT-də alternativ pentoza şəkər ribozası ilə əvəz olunur. [12]

Nukleobazanın təsnifatı

Qeyri-kanonik əsaslar

DNT-də dəyişdirilmiş əsaslar meydana gəlir. Bunlardan birincisi, genomunda tapılan 5-metilsitozin idi Mycobacterium tuberculosis 1925-ci ildə. [20] Bu qeyri-kanonik əsasların bakterial viruslarda (bakteriofaqlarda) olmasının səbəbi bakteriyalarda mövcud olan məhdudlaşdırıcı fermentlərdən qaçmaqdır. Bu ferment sistemi ən azı qismən bakteriyaları virusların yoluxmasından qoruyan molekulyar immun sistemi kimi fəaliyyət göstərir. [21] Əsasların modifikasiyası sitozin və adenin, daha çox yayılmış və dəyişdirilmiş DNT əsasları, bitki və heyvanlarda gen ifadəsinin epigenetik nəzarətində mühüm rol oynayır. [22]

DNT-də tapılan qeyri-kanonik əsasların siyahısı

DNT-də bir sıra qeyri-kanonik əsasların meydana gəldiyi məlumdur. [23] Bunların əksəriyyəti kanonik əsasların və urasilin modifikasiyasıdır.

  • Dəyişdirilib Adenozin
    • N6-karbamoil-metiladenin
    • N6-metiadenin
    • 7-Deazaquanin
    • 7-Metilquanin
    • N4-metilsitozin
    • 5-Karboksilsitozin
    • 5-formilsitozin
    • 5-qlikosilhidroksimetilsitozin
    • 5-Hidroksisitozin
    • 5-metilsitozin
    • α-qlutamitimidin
    • α-Putressiniltimin
    • Baza J
    • Urasil
    • 5-dihidroksipentaurasil
    • 5-Hidroksimetildeoksiyurasil
    • Deoksiyarxeozin
    • 2,6-Diaminopurin (2-Aminoadenin)

    Yivlər

    Əkiz spiral zəncir DNT onurğasını təşkil edir. İplər arasındakı boşluqları və ya yivləri izləyən başqa bir ikiqat sarmal tapıla bilər. Bu boşluqlar əsas cütlərə bitişikdir və bir bağlama yeri təmin edə bilər. İplər bir-birinə nisbətən simmetrik yerləşmədiyi üçün yivlər qeyri-bərabər ölçülü olur. Bir oluğun, əsas yivin eni 22 angströms (2,2 nm), digəri, kiçik yivin eni 12 Å (1,2 nm) təşkil edir. [24] Əsas yivin eni o deməkdir ki, əsasların kənarları kiçik yivdən daha böyük yivdə daha əlçatandır. Nəticədə, ikiqat zəncirli DNT-də xüsusi ardıcıllıqla bağlana bilən transkripsiya faktorları kimi zülallar adətən əsas yivdə ifşa olunmuş əsasların tərəfləri ilə təmasda olur. [25] Bu vəziyyət hüceyrə daxilində DNT-nin qeyri-adi konformasiyalarında dəyişir (aşağıya bax), lakin əsas və kiçik yivlər həmişə DNT-nin adi B formasına çevrildiyi təqdirdə görünəcək ölçü fərqlərini əks etdirmək üçün adlandırılır.

    Əsas cütləşmə

    SsDNA və dsDNA

    Laboratoriyada bu qarşılıqlı təsirin gücünü hidrogen bağlarının yarısını qırmaq üçün lazım olan temperaturu, onların ərimə temperaturunu (həmçinin adlanır) tapmaqla ölçmək olar. Tm dəyər). DNT cüt spiralındakı bütün əsas cütləri əridikdə, zəncirlər ayrılır və məhlulda tamamilə müstəqil iki molekul kimi mövcuddur. Bu tək zəncirli DNT molekullarının vahid ümumi forması yoxdur, lakin bəzi konformasiyalar digərlərindən daha sabitdir. [30]

    Hiss və antisens

    DNT ardıcıllığı zülala çevrilən xəbərçi RNT nüsxəsi ilə eynidirsə, "hiss" ardıcıllığı adlanır. [31] Qarşı teldəki ardıcıllığa "antisens" ardıcıllığı deyilir. DNT-nin eyni zəncirinin müxtəlif hissələrində həm sens, həm də antisens ardıcıllıqları mövcud ola bilər (yəni hər iki zəncir həm sens, həm də antisens ardıcıllığı ehtiva edə bilər). Həm prokaryotlarda, həm də eukaryotlarda antisens RNT ardıcıllığı əmələ gəlir, lakin bu RNT-lərin funksiyaları tam aydın deyil. [32] Təkliflərdən biri budur ki, antisens RNT-lər RNT-RNT baza cütləşməsi vasitəsilə gen ifadəsinin tənzimlənməsində iştirak edir. [33]

    Prokaryotlarda və eukariotlarda, daha çox plazmidlərdə və viruslarda bir neçə DNT ardıcıllığı üst-üstə düşən genlərə malik olaraq məna və antisens zəncirləri arasındakı fərqi bulandırır. [34] Bu hallarda bəzi DNT ardıcıllığı ikiqat vəzifə yerinə yetirir, bir zəncir boyunca oxunduqda bir zülalı, digər zəncir boyunca əks istiqamətdə oxunduqda ikinci zülalı kodlayır.Bakteriyalarda bu üst-üstə düşmə gen transkripsiyasının tənzimlənməsində iştirak edə bilər, [35] viruslarda isə üst-üstə düşən genlər kiçik viral genomda kodlaşdırıla bilən məlumatın miqdarını artırır. [36]

    Superburulma

    DNT supercoiling adlı prosesdə DNT ip kimi bükülə bilər. DNT "rahat" vəziyyətdə olarkən, bir zəncir, adətən, hər 10,4 əsas cütdə bir dəfə qoşa sarmalın oxu ətrafında dövr edir, lakin DNT bükülürsə, iplər daha sıx və ya daha sərbəst sarılır. [37] Əgər DNT spiral istiqamətində bükülürsə, bu müsbət superburulmadır və əsaslar bir-birinə daha sıx bağlanır. Əgər onlar əks istiqamətdə bükülürsə, bu, mənfi super qıvrımdır və əsaslar daha asan ayrılır. Təbiətdə əksər DNT-də topoizomerazlar adlanan fermentlər tərəfindən təqdim edilən cüzi mənfi super qıvrılma var. [38] Bu fermentlər həmçinin transkripsiya və DNT replikasiyası kimi proseslər zamanı DNT zəncirlərinə daxil olan burulma gərginliyini aradan qaldırmaq üçün lazımdır. [39]

    Alternativ DNT strukturları

    DNT A-DNT, B-DNT və Z-DNT formalarını ehtiva edən bir çox mümkün konformasiyalarda mövcuddur, baxmayaraq ki, funksional orqanizmlərdə yalnız B-DNT və Z-DNT birbaşa müşahidə edilmişdir. [14] DNT-nin qəbul etdiyi konformasiya hidratasiya səviyyəsindən, DNT ardıcıllığından, super qıvrılmanın miqdarından və istiqamətindən, əsasların kimyəvi modifikasiyalarından, metal ionlarının növündən və konsentrasiyasından və məhlulda poliaminlərin mövcudluğundan asılıdır. [40]

    A-DNT rentgen şüalarının difraksiya nümunələrinin və həmçinin B-DNT-nin dərc edilmiş ilk hesabatlarında DNT-nin yönümlü lifləri üçün yalnız məhdud miqdarda struktur məlumatı təmin edən Patterson çevrilmələrinə əsaslanan analizlərdən istifadə edilmişdir. [41] [42] Daha sonra Wilkins tərəfindən alternativ təhlil təklif edildi və b., 1953-cü ildə üçün in vivo Bessel funksiyalarının kvadratları baxımından yüksək hidratlı DNT liflərinin B-DNT rentgen difraksiya-səpilmə nümunələri. [43] Eyni jurnalda Ceyms Uotson və Frensis Krik DNT rentgen şüalarının difraksiya nümunələrinin molekulyar modelləşdirmə analizlərini təqdim edərək, strukturun ikiqat sarmal olduğunu göstərdilər. [9]

    Baxmayaraq ki B-DNT forması hüceyrələrdə olan şəraitdə ən çox yayılmışdır, [44] bu, dəqiq müəyyən edilmiş konformasiya deyil, hüceyrələrdə mövcud olan yüksək nəmlənmə səviyyələrində baş verən əlaqəli DNT konformasiyaları ailəsidir [45]. Onların müvafiq rentgen şüalarının difraksiyası və səpilmə nümunələri əhəmiyyətli dərəcədə pozğunluğu olan molekulyar parakristallar üçün xarakterikdir. [46] [47]

    B-DNT ilə müqayisədə, A-DNT forması dayaz, geniş kiçik yivə və daha dar, daha dərin əsas yivə malik daha geniş sağ əlli spiraldir. A forması qeyri-fizioloji şəraitdə DNT-nin qismən susuzlaşdırılmış nümunələrində baş verir, hüceyrədə isə DNT və RNT zəncirlərinin hibrid cütləşmələrində və ferment-DNT komplekslərində istehsal oluna bilər. [48] ​​[49] Bazaların metilləşmə yolu ilə kimyəvi cəhətdən dəyişdirildiyi DNT seqmentləri konformasiyada daha böyük dəyişikliyə məruz qala və Z formasını qəbul edə bilər. Burada iplər daha çox yayılmış B formasının əksinə olaraq, sol əlli spiral şəklində spiral ox ətrafında fırlanır. [50] Bu qeyri-adi strukturlar xüsusi Z-DNT bağlayıcı zülallar tərəfindən tanınır və transkripsiyanın tənzimlənməsində iştirak edə bilər. [51]

    Alternativ DNT kimyası

    Uzun illərdir ki, ekzobioloqlar kölgə biosferinin, hazırda məlum olan həyatdan köklü şəkildə fərqli biokimyəvi və molekulyar proseslərdən istifadə edən Yerin mikrob biosferinin mövcudluğunu təklif edirlər. Təkliflərdən biri DNT-də fosfor əvəzinə arsen istifadə edən canlı formalarının mövcudluğu idi. 2010-cu ildə GFAJ-1 bakteriyasının mümkünlüyünə dair bir hesabat açıqlandı [52] [53] tədqiqat mübahisəli olsa da, [53] [54] və sübutlar bakteriyanın arsenin DNT onurğasına daxil edilməsinin fəal şəkildə qarşısını aldığını göstərir. və digər biomolekullar. [55]

    Dördbucaqlı strukturlar

    Xətti xromosomların uclarında telomer adlanan DNT-nin ixtisaslaşmış bölgələri yerləşir. Bu bölgələrin əsas funksiyası hüceyrəyə telomeraz fermentindən istifadə edərək xromosom uclarını təkrarlamağa imkan verməkdir, çünki normal olaraq DNT-ni təkrarlayan fermentlər xromosomların həddindən artıq 3′ uclarını kopyalaya bilmirlər. [56] Bu xüsusi xromosom qapaqları həmçinin DNT uclarını qorumağa kömək edir və hüceyrədəki DNT təmir sistemlərinin onları düzəldilməli olan zədə kimi müalicə etməsinə mane olur. [57] İnsan hüceyrələrində telomerlər adətən sadə TTAGGG ardıcıllığının bir neçə min təkrarını ehtiva edən tək zəncirli DNT uzunluqlarıdır. [58]

    Quaninlə zəngin olan bu ardıcıllıqlar, digər DNT molekullarında olan adi baza cütləri deyil, dörd əsas vahiddən ibarət yığılmış dəstlərin strukturlarını formalaşdırmaqla xromosom uclarını sabitləşdirə bilər. Burada guanin tetradı kimi tanınan dörd guanin əsası düz boşqab əmələ gətirir. Bu düz dörd əsaslı vahidlər daha sonra sabit G-dördbucaqlı struktur yaratmaq üçün bir-birinin üstünə yığılır. [60] Bu strukturlar bazaların kənarları arasında hidrogen bağlanması və hər dörd əsaslı vahidin mərkəzində metal ionunun şelasiyası ilə sabitləşir. [61] Dörd əsasdan ibarət mərkəzi dəst ya əsasların ətrafında bükülmüş tək teldən, ya da hər biri mərkəzi quruluşa bir baza töhfə verən bir neçə müxtəlif paralel teldən gələn digər strukturlar da yaradıla bilər.

    Bu yığılmış strukturlara əlavə olaraq, telomerlər də telomer ilmələri və ya T-halqaları adlanan böyük ilmə strukturları meydana gətirirlər. Burada tək zəncirli DNT telomer bağlayan zülallar tərəfindən sabitləşən uzun bir dairədə qıvrılır. [62] T-halqasının ən sonunda, tək zəncirli telomer DNT, telomer zəncirinin köməyi ilə qoşa zəncirli DNT bölgəsində tutulur və iki zəncirvari DNT-ni və iki zəncirdən birinə əsas cütləşməsini pozur. Bu üç zəncirli quruluş yerdəyişmə döngəsi və ya D-halqası adlanır. [60]

    Budaqlanmış DNT

    DNT-də köhnəlmə, DNT-nin başqa bir şəkildə tamamlayan ikiqat zəncirinin sonunda tamamlayıcı olmayan bölgələr mövcud olduqda baş verir. Bununla belə, budaqlanmış DNT üçüncü DNT zəncirinin təqdim edildiyi və əvvəlcədən mövcud olan ikiqat zəncirinin aşınmış bölgələri ilə hibridləşə bilən bitişik bölgələri ehtiva edərsə baş verə bilər. Budaqlanmış DNT-nin ən sadə nümunəsi yalnız üç DNT zəncirini əhatə etsə də, əlavə zəncirləri və çoxlu filialları əhatə edən komplekslər də mümkündür. [63] Budaqlanmış DNT nanotexnologiyada həndəsi formalar yaratmaq üçün istifadə edilə bilər, aşağıdakı texnologiyada istifadələr bölməsinə baxın.

    Süni əsaslar

    Bir neçə süni nukleobazalar sintez edilmiş və Hachimoji DNT adlı səkkiz əsaslı DNT analoquna uğurla daxil edilmişdir. S, B, P və Z adlandırılan bu süni əsaslar bir-biri ilə proqnozlaşdırıla bilən şəkildə (S–B və P–Z) bağlanmağa, DNT-nin ikiqat sarmal strukturunu qorumağa və RNT-yə transkripsiyaya malik ola bilirlər. Onların mövcudluğu Yer kürəsində təkamül keçirən dörd təbii nukleobaz haqqında xüsusi bir şeyin olmadığının göstəricisi kimi qəbul edilə bilər. [64] [65] Digər tərəfdən, DNT yalnız DNT-nin transkripti rolunu oynamayan, həm də hüceyrələrdə bir çox işi molekulyar maşın kimi yerinə yetirən RNT ilə sıx bağlıdır. Bunun üçün bir quruluşa bükülməlidir. Göstərilmişdir ki, bütün mümkün strukturların yaradılmasına imkan vermək üçün müvafiq RNT üçün ən azı dörd baza tələb olunur, [66] daha çox sayı da mümkündür, lakin bu, ən az səy göstərməyin təbii Prinsipinə ziddir.

    Əsas modifikasiyalar və DNT qablaşdırması

    Genlərin ifadəsi DNT-nin xromosomlarda, xromatin adlanan quruluşda necə paketləndiyindən təsirlənir. Baza modifikasiyaları qablaşdırmada iştirak edə bilər, gen ifadəsi aşağı olan və ya ümumiyyətlə olmayan bölgələr adətən sitozin əsaslarının yüksək metilasiya səviyyəsini ehtiva edir. DNT-nin qablaşdırılması və onun gen ifadəsinə təsiri, həmçinin DNT-nin xromatin quruluşuna bükülmüş olduğu histon zülal nüvəsinin kovalent modifikasiyası və ya xromatinin yenidən qurulması kompleksləri tərəfindən həyata keçirilən yenidən modelləşdirmə yolu ilə də baş verə bilər (bax: Xromatinin yenidən qurulması). Bundan əlavə, DNT metilasiyası və histon modifikasiyası arasında qarşılıqlı əlaqə var, buna görə də onlar xromatinə və gen ifadəsinə koordinasiyalı şəkildə təsir edə bilər. [67]

    Məsələn, sitozin metilasiyası xromosomların X-inaktivasiyası üçün vacib olan 5-metilsitozin istehsal edir. [68] Metilasiyanın orta səviyyəsi orqanizmlər - qurdlar arasında dəyişir Caenorhabditis elegans sitozin metilasiyası yoxdur, onurğalılarda isə daha yüksək səviyyələr var, onların DNT-sinin 1%-ə qədəri 5-metilsitozin ehtiva edir. [69] 5-metilsitozinin əhəmiyyətinə baxmayaraq, timin əsasını tərk edərək deaminasiya edə bilər, buna görə də metilləşdirilmiş sitozinlər xüsusilə mutasiyaya meyllidirlər. [70] Digər əsas modifikasiyalara bakteriyalarda adenin metilasiyası, beyində 5-hidroksimetilsitozinin olması [71] və kinetoplastidlərdə "J-əsas" yaratmaq üçün urasilin qlikosilasiyası daxildir. [72] [73]

    Zərər

    DNT DNT ardıcıllığını dəyişən bir çox növ mutagenlər tərəfindən zədələnə bilər. Mutagenlərə oksidləşdirici maddələr, alkilləşdirici maddələr, həmçinin ultrabənövşəyi işıq və rentgen şüaları kimi yüksək enerjili elektromaqnit şüalanma daxildir. İstehsal edilən DNT zədələnməsinin növü mutagenin növündən asılıdır. Məsələn, UV şüaları pirimidin əsasları arasında çarpaz əlaqə olan timin dimerləri istehsal edərək DNT-yə zərər verə bilər. [75] Digər tərəfdən, sərbəst radikallar və ya hidrogen peroksid kimi oksidləşdiricilər əsas modifikasiyalar, xüsusən də guanozin və ikiqat zəncirli qırılmalar da daxil olmaqla bir çox zərər formaları yaradır. [76] Tipik bir insan hüceyrəsində oksidləşdirici zədələnmiş təxminən 150.000 əsas var. [77] Bu oksidləşdirici lezyonlardan ən təhlükəlisi cüt zəncirli qırılmalardır, çünki onları təmir etmək çətindir və nöqtə mutasiyaları, daxiletmələr, DNT ardıcıllığından silinmələr və xromosom translokasiyaları yarada bilər. [78] Bu mutasiyalar xərçəngə səbəb ola bilər. DNT təmir mexanizmlərinə xas məhdudiyyətlərə görə, insanlar kifayət qədər uzun yaşasalar, hamısı nəticədə xərçəngə tutulacaqdılar. [79] [80] Reaktiv oksigen növlərini yaradan normal hüceyrə prosesləri, hüceyrə suyunun hidrolitik fəaliyyəti və s. səbəbiylə təbii olaraq baş verən DNT zədələri də tez-tez baş verir. Bu zədələrin əksəriyyəti təmir edilsə də, hər hansı bir hüceyrədə bərpa proseslərinin fəaliyyətinə baxmayaraq, bəzi DNT zədələri qala bilər. Bu qalan DNT zədələri məməlilərin postmitotik toxumalarında yaşla birlikdə toplanır. Bu yığılma qocalmanın əsas səbəbi kimi görünür. [81] [82] [83]

    Bir çox mutagenlər iki bitişik baza cütü arasındakı boşluğa uyğunlaşır, buna deyilir interkalasiya. Əksər interkalatorlar aromatik və planar molekullardır, bunlara etidium bromid, akridinlər, daunomisin və doksorubisin daxildir. İnterkalatorun baza cütləri arasında yerləşməsi üçün əsaslar bir-birindən ayrılmalı, qoşa spiralın açılması ilə DNT zəncirlərini təhrif etməlidir. Bu, həm transkripsiyanı, həm də DNT replikasiyasını maneə törədir, toksiklik və mutasiyalara səbəb olur. [84] Nəticədə, DNT interkalatorları kanserogen, talidomid vəziyyətində isə teratogen ola bilər. [85] Benzo[ kimi digərləria]piren diol epoksid və aflatoksin replikasiyada səhvlərə səbəb olan DNT əlavələri əmələ gətirir. [86] Buna baxmayaraq, DNT transkripsiyasını və replikasiyasını maneə törətmək qabiliyyətinə görə, digər oxşar toksinlər də sürətlə böyüyən xərçəng hüceyrələrini maneə törətmək üçün kemoterapiyada istifadə olunur. [87]

    DNT adətən eukaryotlarda xətti xromosomlar, prokaryotlarda isə dairəvi xromosomlar şəklində meydana gəlir. Hüceyrədəki xromosomlar dəsti onun genomunu təşkil edir, insan genomunda 46 xromosomda düzülmüş təxminən 3 milyard əsas cüt DNT var. [88] DNT-nin daşıdığı məlumat gen adlanan DNT parçaları ardıcıllığında saxlanılır. Genlərdə genetik məlumatın ötürülməsi tamamlayıcı baza cütləşməsi ilə əldə edilir. Məsələn, transkripsiyada hüceyrə bir gendəki məlumatdan istifadə etdikdə, DNT ardıcıllığı DNT ilə düzgün RNT nukleotidləri arasındakı cazibə vasitəsilə tamamlayıcı RNT ardıcıllığına kopyalanır. Adətən, bu RNT nüsxəsi daha sonra RNT nukleotidləri arasında eyni qarşılıqlı təsirdən asılı olan tərcümə adlanan prosesdə uyğun zülal ardıcıllığı yaratmaq üçün istifadə olunur. Alternativ olaraq, bir hüceyrə DNT replikasiyası deyilən bir prosesdə sadəcə öz genetik məlumatını kopyalaya bilər. Bu funksiyaların təfərrüatları buradakı digər məqalələrdə işıqlandırılır, əsas diqqət DNT və genomun funksiyasına vasitəçilik edən digər molekullar arasındakı qarşılıqlı təsirlərə verilir.

    Genlər və genomlar

    Genomik DNT, hüceyrənin kiçik həcmlərinə uyğunlaşmaq üçün DNT kondensasiyası adlanan prosesdə sıx və nizamlı şəkildə yığılmışdır. Eukariotlarda DNT hüceyrə nüvəsində, az miqdarda mitoxondriya və xloroplastlarda yerləşir. Prokaryotlarda DNT nukleoid adlanan sitoplazmada qeyri-müntəzəm formalı bir cismin daxilində saxlanılır. [89] Bir genomdakı genetik məlumat genlər daxilində saxlanılır və orqanizmdə bu məlumatın tam dəsti onun genotipi adlanır. Gen irsiyyət vahididir və orqanizmdə müəyyən bir xüsusiyyətə təsir edən DNT bölgəsidir. Genlər transkripsiya edilə bilən açıq oxu çərçivəsini və açıq oxu çərçivəsinin transkripsiyasını idarə edən promotorlar və gücləndiricilər kimi tənzimləyici ardıcıllıqları ehtiva edir.

    Bir çox növdə, genomun ümumi ardıcıllığının yalnız kiçik bir hissəsi zülal kodlayır. Məsələn, insan genomunun yalnız təxminən 1,5%-i zülal kodlayan ekzonlardan, insan DNT-sinin isə 50%-dən çoxu kodlaşdırılmayan təkrarlanan ardıcıllıqlardan ibarətdir. [90] Eukaryotik genomlarda bu qədər kodlaşdırılmayan DNT-nin olmasının səbəbləri və genom ölçüsündə fövqəladə fərqlər, yaxud C-dəyəri, növlər arasında "C-dəyəri müəmması" kimi tanınan uzun müddət davam edən tapmacanı təmsil edir. [91] Bununla belə, zülal kodlaşdırmayan bəzi DNT ardıcıllıqları gen ifadəsinin tənzimlənməsində iştirak edən funksional kodlaşdırılmayan RNT molekullarını hələ də kodlaya bilər. [92]

    Bəzi kodlaşdırılmayan DNT ardıcıllığı xromosomlarda struktur rol oynayır. Telomerlər və sentromerlər adətən bir neçə gen ehtiva edir, lakin xromosomların funksiyası və sabitliyi üçün vacibdir. [57] [94] İnsanlarda kodlaşdırılmayan DNT-nin bol forması mutasiya nəticəsində əlil olmuş genlərin surətləri olan psevdogenlərdir. [95] Bu ardıcıllıqlar adətən sadəcə molekulyar fosillərdir, baxmayaraq ki, onlar bəzən genlərin çoxalması və divergensiya prosesi vasitəsilə yeni genlərin yaradılması üçün xam genetik material kimi xidmət edə bilirlər. [96]

    Transkripsiya və tərcümə

    Gen, genetik məlumatı ehtiva edən və orqanizmin fenotipinə təsir göstərə bilən DNT ardıcıllığıdır. Bir gen daxilində, bir DNT zəncirinin boyunca əsasların ardıcıllığı bir xəbərçi RNT ardıcıllığını təyin edir, sonra bir və ya bir neçə protein ardıcıllığını təyin edir. Genlərin nukleotid ardıcıllığı ilə zülalların amin turşusu ardıcıllığı arasındakı əlaqə toplu olaraq genetik kod kimi tanınan tərcümə qaydaları ilə müəyyən edilir. Genetik kod üç hərfli “sözlərdən” ibarətdir kodonlar üç nukleotid ardıcıllığından əmələ gəlir (məsələn, ACT, CAG, TTT).

    Transkripsiyada bir genin kodonları RNT polimeraza tərəfindən messenger RNT-yə kopyalanır. Bu RNT nüsxəsi daha sonra amin turşularını daşıyan RNT-ni köçürmək üçün messenger RNT-ni əsas cütləşdirərək RNT ardıcıllığını oxuyan bir ribosom tərəfindən deşifrə edilir. 3 hərfli birləşmələrdə 4 əsas olduğundan, 64 mümkün kodon var (4 3 birləşmə). Bunlar iyirmi standart amin turşusunu kodlayır və əksər amin turşularına birdən çox mümkün kodon verir. Kodlaşdırma bölgəsinin sonunu bildirən üç "dayan" və ya "cəfəngiyyat" kodonları da var, bunlar TAA, TGA və TAG kodonlarıdır.

    Replikasiya

    Hüceyrə bölünməsi bir orqanizmin böyüməsi üçün vacibdir, lakin hüceyrə bölündükdə, genomunda DNT-ni təkrarlamalıdır ki, iki qız hüceyrəsi də ana ilə eyni genetik məlumata malik olsun. DNT-nin iki zəncirli quruluşu DNT replikasiyası üçün sadə mexanizm təmin edir. Burada iki zəncir ayrılır və sonra hər bir zəncirinin tamamlayıcı DNT ardıcıllığı DNT polimeraza adlı bir ferment tərəfindən yenidən yaradılır. Bu ferment tamamlayıcı əsas cütləşməsi vasitəsilə düzgün bazanı taparaq və onu orijinal zəncirlə birləşdirərək tamamlayıcı ipi düzəldir. DNT polimerazları yalnız DNT zəncirini 5′-dən 3′-ə qədər uzada bildiyindən, qoşa sarmalın antiparalel zəncirlərini köçürmək üçün müxtəlif mexanizmlərdən istifadə edilir. [97] Beləliklə, köhnə zəncirdəki əsas yeni zəncirdə hansı bazanın görünəcəyini diktə edir və hüceyrə DNT-nin mükəmməl surəti ilə sona çatır.

    Hüceyrədənkənar nuklein turşuları

    Əksəriyyəti hüceyrə ölümü ilə ayrılan çılpaq hüceyrədənkənar DNT (eDNA) ətraf mühitdə demək olar ki, hər yerdə mövcuddur. Onun torpaqda konsentrasiyası 2 μq/L, təbii su mühitində isə 88 μq/L qədər yüksək ola bilər. [98] eDNA üçün müxtəlif mümkün funksiyalar təklif edilmişdir: o, üfüqi gen transferində iştirak edə bilər [99] qida maddələri ilə təmin edə bilər [100] və ionların və ya antibiotiklərin toplanması və ya titrlənməsi üçün bufer rolunu oynaya bilər. [101] Hüceyrədənkənar DNT bir neçə bakteriya növünün biofilmlərində funksional hüceyrədənkənar matris komponenti kimi çıxış edir. O, biofilmdə spesifik hüceyrə növlərinin yapışmasını və yayılmasını tənzimləmək üçün tanınma faktoru kimi çıxış edə bilər [102] biofilmin əmələ gəlməsinə kömək edə bilər [103] və biofilmin fiziki gücünə və bioloji stresə qarşı müqavimətinə kömək edə bilər. [104]

    Hüceyrəsiz fetal DNT ananın qanında tapılır və inkişaf etməkdə olan döl haqqında çoxlu məlumatı müəyyən etmək üçün ardıcıllıqla edilə bilər. [105]

    Ətraf mühitin DNT-si adı altında eDNA təbiət elmlərində ekologiya, suda, havada və ya quruda növlərin hərəkəti və mövcudluğunun monitorinqi və ərazinin biomüxtəlifliyinin qiymətləndirilməsi üçün tədqiqat vasitəsi kimi istifadənin artmasına səbəb olmuşdur. [106] [107]

    DNT-nin bütün funksiyaları zülallarla qarşılıqlı əlaqədən asılıdır. Bu zülal qarşılıqlı təsirləri qeyri-spesifik ola bilər və ya zülal xüsusi olaraq tək bir DNT ardıcıllığına bağlana bilər. Fermentlər də DNT-yə bağlana bilər və bunlardan transkripsiya və DNT replikasiyasında DNT əsas ardıcıllığını kopyalayan polimerazlar xüsusilə vacibdir.

    DNT-ni bağlayan zülallar

    DNT-ni bağlayan struktur zülallar qeyri-spesifik DNT-zülal qarşılıqlı təsirlərinin yaxşı başa düşülən nümunələridir. Xromosomların daxilində DNT struktur zülallarla komplekslərdə saxlanılır. Bu zülallar DNT-ni xromatin adlanan kompakt bir quruluşda təşkil edir. Eukariotlarda bu quruluş DNT-ni histonlar adlanan kiçik əsas zülallar kompleksinə bağlayarkən, prokaryotlarda isə bir çox növ zülallar iştirak edir. [108] [109] Histonlar nukleosom adlanan disk formalı kompleksi əmələ gətirir və onun səthinə bükülmüş iki zəncirli DNT-nin iki tam növbəsini ehtiva edir. Bu qeyri-spesifik qarşılıqlı təsirlər histonlardakı əsas qalıqlar vasitəsilə əmələ gəlir, DNT-nin turşu şəkər-fosfat onurğası ilə ion bağları yaradır və beləliklə, əsas ardıcıllığından böyük ölçüdə müstəqildir. [110] Bu əsas amin turşusu qalıqlarının kimyəvi modifikasiyasına metilləşmə, fosforlaşma və asetilləşmə daxildir. [111] Bu kimyəvi dəyişikliklər DNT və histonlar arasında qarşılıqlı təsirin gücünü dəyişir, DNT-ni transkripsiya faktorlarına daha çox və ya daha az əlçatan edir və transkripsiya sürətini dəyişir.[112] Xromatində olan digər qeyri-spesifik DNT bağlayıcı zülallara əyilmiş və ya təhrif olunmuş DNT-yə bağlanan yüksək hərəkətlilik qrupunun zülalları daxildir. [113] Bu zülallar nukleosom massivlərinin əyilməsində və onların xromosomları təşkil edən daha böyük strukturlara yerləşdirilməsində vacibdir. [114]

    DNT bağlayan zülalların fərqli bir qrupu, xüsusi olaraq tək zəncirli DNT-ni bağlayan DNT bağlayan zülallardır. İnsanlarda replikasiya zülalı A bu ailənin ən yaxşı başa düşülən üzvüdür və DNT replikasiyası, rekombinasiya və DNT təmiri də daxil olmaqla qoşa spiralın ayrıldığı proseslərdə istifadə olunur. [115] Bu bağlayıcı zülallar, deyəsən, tək zəncirli DNT-ni stabilləşdirir və onu kök döngələrinin əmələ gəlməsindən və ya nükleazlar tərəfindən parçalanmasından qoruyur.

    Bunun əksinə olaraq, digər zülallar müəyyən DNT ardıcıllığına bağlanmaq üçün təkamül keçirmişdir. Bunlardan ən intensiv şəkildə öyrənilən müxtəlif transkripsiya faktorlarıdır ki, bunlar transkripsiyanı tənzimləyən zülallardır. Hər bir transkripsiya faktoru müəyyən bir DNT ardıcıllığı dəstinə bağlanır və bu ardıcıllıqları öz promotorlarına yaxın olan genlərin transkripsiyasını aktivləşdirir və ya maneə törədir. Transkripsiya faktorları bunu iki şəkildə edir. Birincisi, onlar ya birbaşa və ya digər vasitəçi zülallar vasitəsilə transkripsiyadan məsul olan RNT polimerazanı bağlaya bilərlər, bu, polimerazanı promotorda yerləşdirir və onun transkripsiyaya başlamasına imkan verir. [117] Alternativ olaraq, transkripsiya faktorları promotorda histonları dəyişdirən fermentləri bağlaya bilər. Bu, DNT şablonunun polimeraza əlçatanlığını dəyişir. [118]

    Bu DNT hədəfləri orqanizmin genomunda baş verə bildiyindən, bir növ transkripsiya faktorunun aktivliyindəki dəyişikliklər minlərlə genə təsir edə bilər. [119] Nəticə etibarı ilə, bu zülallar çox vaxt ətraf mühit dəyişikliklərinə və ya hüceyrə diferensasiyası və inkişafına cavabları idarə edən siqnal ötürülməsi proseslərinin hədəfi olur. Bu transkripsiya faktorlarının DNT ilə qarşılıqlı təsirinin spesifikliyi zülalların DNT əsaslarının kənarları ilə çoxsaylı təmasda olmasından irəli gəlir və onlara DNT ardıcıllığını “oxumağa” imkan verir. Bu baza-qarşılıqlı təsirlərin əksəriyyəti əsasların ən əlçatan olduğu əsas yivdə edilir. [25]

    DNT-ni dəyişdirən fermentlər

    Nükleazlar və ligazalar

    Nukleazlar fosfodiester bağlarının hidrolizini kataliz edərək DNT zəncirlərini kəsən fermentlərdir. DNT zəncirlərinin uclarından nukleotidləri hidroliz edən nükleazlara ekzonükleazlar, zəncirlərin içərisində kəsilən endonükleazlara isə deyilir. Molekulyar biologiyada ən çox istifadə edilən nukleazlar DNT-ni xüsusi ardıcıllıqla kəsən məhdudlaşdırıcı endonükleazlardır. Məsələn, solda göstərilən EcoRV fermenti 6 əsaslı 5′-GATATC-3' ardıcıllığını tanıyır və üfüqi xəttdə kəsik edir. Təbiətdə bu fermentlər məhdudlaşdırıcı modifikasiya sisteminin bir hissəsi kimi fəaliyyət göstərərək, bakteriya hüceyrəsinə daxil olduqda, faj DNT-ni həzm etməklə bakteriyaları faj infeksiyasına qarşı qoruyur. [121] Texnologiyada bu ardıcıllıqla xüsusi nükleazlar molekulyar klonlama və DNT barmaq izinin alınmasında istifadə olunur.

    DNT ligazaları adlanan fermentlər kəsilmiş və ya qırılmış DNT zəncirlərini yenidən birləşdirə bilər. [122] Liqazalar zəncirlənmiş DNT replikasiyasında xüsusilə vacibdir, çünki onlar replikasiya çəngəlində istehsal olunan DNT-nin qısa seqmentlərini DNT şablonunun tam surətinə birləşdirirlər. Onlar həmçinin DNT təmiri və genetik rekombinasiyada istifadə olunur. [122]

    Topoizomerazlar və helikazlar

    Topoizomerazlar həm nukleaz, həm də liqaz aktivliyi olan fermentlərdir. Bu zülallar DNT-də super qıvrılmanın miqdarını dəyişir. Bu fermentlərin bəziləri DNT spiralını kəsərək və bir bölmənin fırlanmasına icazə verərək işləyir, bununla da onun fermentin super qıvrılma səviyyəsini azaldır və sonra DNT qırılmasını möhürləyir. [38] Bu fermentlərin digər növləri bir DNT spiralını kəsə və sonra spirala yenidən qoşulmazdan əvvəl bu qırılmadan ikinci DNT zəncirini keçirməyə qadirdir. [123] DNT replikasiyası və transkripsiyası kimi DNT ilə əlaqəli bir çox proseslər üçün topoizomerazlar tələb olunur. [39]

    Helikazlar bir növ molekulyar motor olan zülallardır. Əsaslar arasında hidrogen bağlarını qırmaq və DNT ikiqat sarmalını tək zəncirlərə ayırmaq üçün nukleosid trifosfatlarda, əsasən adenozin trifosfatda (ATP) kimyəvi enerjidən istifadə edirlər. [124] Bu fermentlər fermentlərin DNT əsaslarına daxil olması lazım olan əksər proseslər üçün vacibdir.

    Polimerazlar

    Polimerazlar nukleozid trifosfatlardan polinükleotid zəncirlərini sintez edən fermentlərdir. Onların məhsullarının ardıcıllığı mövcud polinükleotid zəncirləri əsasında yaradılır - bunlar deyilir şablonlar. Bu fermentlər artan polinükleotid zəncirinin sonunda 3′ hidroksil qrupuna dəfələrlə bir nukleotid əlavə etməklə fəaliyyət göstərir. Nəticədə, bütün polimerazlar 5′-dən 3′-ə qədər istiqamətdə işləyir. [125] Bu fermentlərin aktiv yerində daxil olan nukleozid trifosfat bazası şablona cütləşir: bu, polimerazalara öz şablonlarının tamamlayıcı zəncirini dəqiq sintez etməyə imkan verir. Polimerazlar istifadə etdikləri şablon növünə görə təsnif edilir.

    DNT replikasiyasında DNT-dən asılı DNT polimerazları DNT polinükleotid zəncirlərinin surətlərini yaradır. Bioloji məlumatı qorumaq üçün hər bir nüsxədə əsasların ardıcıllığının şablon zəncirindəki əsasların ardıcıllığını tam şəkildə tamamlaması vacibdir. Bir çox DNT polimerazaları korrektor fəaliyyətinə malikdir. Burada polimeraza uyğun olmayan nukleotidlər arasında əsas cütləşməsinin olmaması ilə sintez reaksiyasında təsadüfi səhvləri tanıyır. Uyğunsuzluq aşkar edilərsə, 3'-dən 5'ə qədər eksonükleaz aktivliyi aktivləşdirilir və yanlış baza çıxarılır. [126] Əksər orqanizmlərdə DNT polimerazaları replizom adlanan və DNT qısqacları və ya helikazlar kimi çoxsaylı köməkçi subunitləri ehtiva edən böyük kompleksdə fəaliyyət göstərir. [127]

    RNT-dən asılı DNT polimerazaları bir RNT zəncirinin ardıcıllığını DNT-yə köçürən polimerazaların ixtisaslaşdırılmış sinfidir. Bunlara retroviruslar tərəfindən hüceyrələrin infeksiyasında iştirak edən viral ferment olan əks transkriptaza və telomerlərin təkrarlanması üçün tələb olunan telomeraz daxildir. [56] [128] Məsələn, HİV tərs transkriptazı QİÇS virusunun təkrarlanması üçün fermentdir. [128] Telomeraza qeyri-adi bir polimerazadır, çünki onun strukturunun bir hissəsi olaraq öz RNT şablonu var. Xromosomların uclarında telomerləri sintez edir. Telomerlər qonşu xromosomların uclarının birləşməsinin qarşısını alır və xromosom uclarını zədələnmədən qoruyur. [57]

    Transkripsiya bir DNT zəncirinin ardıcıllığını RNT-yə köçürən DNT-dən asılı RNT polimeraza tərəfindən həyata keçirilir. Bir genin transkripsiyasına başlamaq üçün RNT polimeraza promotor adlanan DNT ardıcıllığına bağlanır və DNT zəncirlərini ayırır. Daha sonra o, DNT-nin terminator adlanan bölgəsinə çatana qədər gen ardıcıllığını messencer RNT transkriptinə köçürür, burada dayanır və DNT-dən ayrılır. İnsan DNT-dən asılı DNT polimerazalarında olduğu kimi, insan genomunda olan genlərin əksəriyyətini transkripsiya edən ferment olan RNT polimeraza II çoxlu tənzimləyici və köməkçi alt bölmələri olan böyük bir protein kompleksinin bir hissəsi kimi fəaliyyət göstərir. [129]

    DNT spiral adətən DNT-nin digər seqmentləri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmur və insan hüceyrələrində fərqli xromosomlar hətta nüvədə "xromosom əraziləri" adlanan ayrı-ayrı sahələri tutur. [131] Fərqli xromosomların bu fiziki ayrılması DNT-nin məlumat üçün sabit anbar kimi fəaliyyət göstərə bilməsi üçün vacibdir, çünki xromosomların qarşılıqlı əlaqədə olduğu bir neçə dəfədən biri genetik rekombinasiya baş verən zaman cinsi çoxalma zamanı baş verən xromosomal krossoverdə olur. Xromosomal krossover, iki DNT spiralının qırılması, bir hissəsinin dəyişdirilməsi və sonra yenidən birləşməsidir.

    Rekombinasiya xromosomların genetik məlumat mübadiləsinə imkan verir və genlərin yeni kombinasiyalarını yaradır ki, bu da təbii seçmənin səmərəliliyini artırır və yeni zülalların sürətli təkamülündə mühüm rol oynaya bilər. [132] Genetik rekombinasiya həmçinin DNT təmirində, xüsusən də hüceyrənin ikiqat zəncirli qırılmalara reaksiyasında iştirak edə bilər. [133]

    Xromosomal krossoverin ən çox yayılmış forması homoloji rekombinasiyadır, burada iştirak edən iki xromosom çox oxşar ardıcıllığı paylaşır. Qeyri-homoloji rekombinasiya hüceyrələrə zərər verə bilər, çünki xromosom translokasiyaları və genetik anormallıqlar yarada bilər. Rekombinasiya reaksiyası RAD51 kimi rekombinazlar kimi tanınan fermentlər tərəfindən kataliz edilir. [134] Rekombinasiyada ilk addım ya endonükleazın, ya da DNT-nin zədələnməsinin səbəb olduğu ikiqat zəncirli qırılmadır. [135] Qismən rekombinaz tərəfindən katalizləşdirilən bir sıra addımlar daha sonra iki sarmalın ən azı bir Holliday qovşağı ilə birləşməsinə gətirib çıxarır ki, burada hər bir sarmaldakı tək zəncirdən bir seqment digər spiraldakı tamamlayıcı zəncirlə bağlanır. Holliday qovşağı tetraedral qovşaq quruluşudur ki, bir ipi digəri ilə əvəz edərək cüt xromosomlar boyunca hərəkət edə bilir. Rekombinasiya reaksiyası daha sonra birləşmənin parçalanması və sərbəst buraxılan DNT-nin yenidən bağlanması ilə dayandırılır. [136] Yalnız oxşar qütblü zəncirlər rekombinasiya zamanı DNT mübadiləsi aparır. İki növ parçalanma var: şərq-qərb dekoltesi və şimal-cənub dekoltesi. Şimal-cənub bölünməsi DNT-nin hər iki zəncirini kəsir, şərq-qərbdə isə bir DNT zəncirinin toxunulmazlığı var. Rekombinasiya zamanı Holliday qovşağının formalaşması genetik müxtəlifliyi, genlərin xromosomlar üzərində mübadiləsini və vəhşi tipli virus genomlarının ifadəsini mümkün edir.

    DNT həyatın bütün formalarının fəaliyyət göstərməsinə, böyüməsinə və çoxalmasına imkan verən genetik məlumatı ehtiva edir. Bununla belə, DNT-nin 4 milyard illik həyat tarixində bu funksiyanı nə qədər yerinə yetirdiyi bəlli deyil, çünki həyatın ən erkən formalarının RNT-dən öz genetik materialı kimi istifadə edə biləcəyi irəli sürülür. [137] [138] RNT həm genetik məlumat ötürə, həm də ribozimlərin bir hissəsi kimi kataliz apara bildiyi üçün erkən hüceyrə mübadiləsinin mərkəzi hissəsi kimi çıxış etmiş ola bilər. [139] Nuklein turşusunun həm kataliz, həm də genetika üçün istifadə olunacağı bu qədim RNT dünyası dörd nukleotid əsasına əsaslanan mövcud genetik kodun təkamülünə təsir göstərmiş ola bilər. Bu baş verə bilər, çünki belə bir orqanizmdə müxtəlif əsasların sayı replikasiyanın dəqiqliyini artıran az sayda baza ilə ribozimlərin katalitik effektivliyini artıran çoxlu sayda əsaslar arasında mübadilədir. [140] Bununla belə, qədim genetik sistemlərə dair birbaşa dəlil yoxdur, çünki əksər fosillərdən DNT-nin bərpası qeyri-mümkündür, çünki DNT ətraf mühitdə bir milyon ildən az müddətə yaşayır və məhlulda yavaş-yavaş qısa fraqmentlərə parçalanır. [141] Köhnə DNT ilə bağlı iddialar irəli sürülüb, xüsusən də 250 milyon il yaşı olan duz kristalından canlı bakteriyanın təcrid olunması haqqında hesabat [142] lakin bu iddialar mübahisəlidir. [143] [144]

    DNT-nin tikinti blokları (adenin, guanin və əlaqəli üzvi molekullar) kosmosda yerdən kənarda formalaşmış ola bilər. [145] [146] [147] Urasil, sitozin və timin daxil olmaqla həyatın kompleks DNT və RNT üzvi birləşmələri də laboratoriyada kosmosda tapılanları təqlid edən şəraitdə, pirimidin kimi başlanğıc kimyəvi maddələrdən istifadə etməklə əmələ gəlmişdir. meteoritlərdə tapıldı. Pirimidin, kainatda ən çox karbonla zəngin kimyəvi maddə olan polisiklik aromatik karbohidrogenlər (PAH) kimi qırmızı nəhənglərdə və ya ulduzlararası kosmik toz və qaz buludlarında əmələ gəlmiş ola bilər. [148]

    2021-ci ilin fevral ayında elm adamları, ilk dəfə olaraq, heyvan qalıqlarından DNT-nin ardıcıllığını bildirdilər. [149] [150]

    Genetik mühəndislik

    DNT-ni orqanizmlərdən təmizləmək, məsələn, fenol-xloroformun çıxarılması və laboratoriyada məhdudlaşdırıcı həzmlər və polimeraza zəncirvari reaksiya kimi manipulyasiya etmək üçün üsullar işlənib hazırlanmışdır. Müasir biologiya və biokimya bu üsullardan rekombinant DNT texnologiyasında intensiv istifadə edir. Rekombinant DNT digər DNT ardıcıllığından yığılmış süni DNT ardıcıllığıdır. Onlar virus vektorundan istifadə etməklə plazmidlər şəklində və ya uyğun formatda orqanizmlərə çevrilə bilərlər. [151] İstehsal olunan genetik cəhətdən dəyişdirilmiş orqanizmlər rekombinant zülallar kimi məhsullar istehsal etmək üçün istifadə oluna bilər, tibbi tədqiqatlarda istifadə edilə bilər [152] və ya kənd təsərrüfatında yetişdirilə bilər. [153] [154]

    DNT profilləşdirmə

    Ədliyyə alimləri cinayət yerində tapılan qan, sperma, dəri, tüpürcək və ya saçda DNT-dən istifadə edərək, cinayətkar kimi bir şəxsin uyğun DNT-sini müəyyən edə bilərlər. [155] Bu proses formal olaraq DNT profilləşdirmə adlanır və buna da deyilir DNT barmaq izi. DNT profilləşdirmədə qısa tandem təkrarları və mini peyklər kimi təkrarlanan DNT-nin dəyişən bölmələrinin uzunluqları insanlar arasında müqayisə edilir. Bu üsul adətən uyğun DNT-ni müəyyən etmək üçün son dərəcə etibarlı bir texnikadır. [156] Bununla belə, əgər səhnə bir neçə nəfərin DNT-si ilə çirklənirsə, identifikasiya çətinləşə bilər. [157] DNT profili 1984-cü ildə İngilis genetiki Ser Alec Jeffreys tərəfindən işlənib hazırlanmışdır [158] və ilk dəfə 1988-ci ildə Enderbi cinayətləri işində Kolin Piçforku mühakimə etmək üçün məhkəmə tibb elmində istifadə edilmişdir. [159]

    Məhkəmə-tibb elminin inkişafı və indi qan, dəri, tüpürcək və ya saçın kiçik nümunələri üzərində genetik uyğunluq əldə etmək imkanı bir çox işlərin yenidən araşdırılmasına səbəb olmuşdur. İlkin müayinə zamanı elmi cəhətdən qeyri-mümkün olan dəlilləri indi üzə çıxarmaq olar. Bəzi yerlərdə ikiqat təhlükə qanununun aradan qaldırılması ilə birlikdə bu, əvvəlki məhkəmələrin münsiflər heyətini razı salmaq üçün kifayət qədər sübut təqdim etmədiyi hallarda işlərin yenidən açılmasına imkan verə bilər. Ağır cinayətlərdə ittiham olunan şəxslərdən uyğun məqsədlər üçün DNT nümunəsi təqdim etmələri tələb oluna bilər. Məhkəmə-tibbi olaraq əldə edilən DNT uyğunlaşmalarına qarşı ən açıq müdafiə, dəlillərin çarpaz çirklənməsinin baş verdiyini iddia etməkdir. Bu, yeni ağır cinayət hadisələri ilə bağlı vasvası ciddi prosedurların aparılması ilə nəticələndi.

    DNT profili, həmçinin ailə üzvləri ilə uyğunlaşdırma yolu ilə kütləvi itkilərin qurbanlarını, [160] ciddi qəzalarda cəsədləri və ya bədən hissələrini və kütləvi müharibə qəbirlərindəki fərdi qurbanları müsbət müəyyən etmək üçün uğurla istifadə olunur.

    DNT profili, həmçinin, kiminsə bir uşağın bioloji valideyni və ya babası olub-olmadığını müəyyən etmək üçün DNT-nin atalıq testində istifadə olunur. Normal DNT sıralama üsulları doğuşdan sonra baş verir, lakin ana hələ hamilə olarkən atalığı yoxlamaq üçün yeni üsullar var. [161]

    DNT fermentləri və ya katalitik DNT

    DNAzimlər və ya katalitik DNT adlanan dezoksiribozimlər ilk dəfə 1994-cü ildə kəşf edilmişdir. [162] Bunlar əsasən in vitro seçim və ya eksponensial zənginləşdirmə yolu ilə ligandların sistematik təkamülü adlanan kombinator yanaşma vasitəsilə təsadüfi DNT ardıcıllığının böyük hovuzundan təcrid olunmuş tək zəncirli DNT ardıcıllıqlarıdır. (SELEX). DNT-zimlər müxtəlif kimyəvi reaksiyaları kataliz edir, o cümlədən RNT-DNT-nin parçalanması, RNT-DNT-nin bağlanması, amin turşularının fosforilasiyası-defosforilasiyası, karbon-karbon bağının formalaşması və s. [163] DNT-zimlərin ən geniş şəkildə öyrənilmiş sinfi müxtəlif metal ionlarını aşkar etmək və terapevtik agentləri hazırlamaq üçün istifadə edilmiş RNT-parçalayan növlərdir. GR-5 DNAzimi (qurğuşun spesifik), [162] CA1-3 DNAzimləri (mis üçün spesifik), [164] 39E DNAzimi (uranil spesifik) və NaA43 DNAzimi də daxil olmaqla bir neçə metal-spesifik DNAzim bildirilmişdir. natrium spesifik). [165] Natrium üçün digər metal ionlarına nisbətən 10.000 qatdan çox seçici olduğu bildirilən NaA43 DNAzimi hüceyrələrdə real vaxt natrium sensoru hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir.

    Bioinformatika

    Bioinformatika DNT nuklein turşusu ardıcıllığı məlumatları da daxil olmaqla bioloji məlumatların saxlanması, əldə edilməsi, axtarışı və manipulyasiyası üçün texnikaların işlənib hazırlanmasını əhatə edir. Bunlar kompüter elmində, xüsusən də simli axtarış alqoritmlərində, maşın öyrənməsində və verilənlər bazası nəzəriyyəsində geniş tətbiq edilən irəliləyişlərə səbəb oldu. [166] Nükleotidlərin xüsusi ardıcıllığını axtarmaq üçün daha böyük hərflər ardıcıllığı içərisində hərflər ardıcıllığının baş verməsini tapan sətir axtarışı və ya uyğunlaşdırma alqoritmləri hazırlanmışdır. [167] DNT ardıcıllığı homoloji ardıcıllıqları müəyyən etmək və onları fərqləndirən spesifik mutasiyaları tapmaq üçün digər DNT sekansları ilə uyğunlaşdırıla bilər. Bu üsullar, xüsusən də çoxlu ardıcıl düzülmə, filogenetik əlaqələrin və zülal funksiyasının öyrənilməsində istifadə olunur. [168] İnsan Genom Layihəsi tərəfindən istehsal edilənlər kimi bütün genomların DNT ardıcıllıqlarını təmsil edən məlumat dəstlərindən hər bir xromosomda genlərin və tənzimləyici elementlərin yerlərini müəyyən edən qeydlər olmadan istifadə etmək çətindir. Protein və ya RNT kodlayan genlərlə əlaqəli xarakterik nümunələrə malik olan DNT ardıcıllığının bölgələri, tədqiqatçılara müəyyən gen məhsullarının mövcudluğunu və onların təcrid olunmamışdan əvvəl orqanizmdə mümkün funksiyalarını proqnozlaşdırmağa imkan verən gen tapma alqoritmləri ilə müəyyən edilə bilər. eksperimental olaraq. [169] Bütün genomlar da müqayisə oluna bilər ki, bu da konkret orqanizmin təkamül tarixinə işıq sala bilər və mürəkkəb təkamül hadisələrinin tədqiqinə imkan verir.

    DNT nanotexnologiyası

    DNT nanotexnologiyası DNT və digər nuklein turşularının unikal molekulyar tanınma xüsusiyyətlərindən istifadə edərək faydalı xüsusiyyətlərə malik öz-özünə yığılan budaqlanmış DNT komplekslərini yaradır. [170] Beləliklə, DNT bioloji məlumatın daşıyıcısı kimi deyil, struktur material kimi istifadə olunur. Bu, iki ölçülü dövri qəfəslərin (həm kafel əsaslı, həm də DNT origami metod) və çoxüzlü formalarda üçölçülü strukturlar. [171] Nanomexaniki qurğular və alqoritmik özünü montaj da nümayiş etdirilmişdir [172] və bu DNT strukturları qızıl nanohissəciklər və streptavidin zülalları kimi digər molekulların düzülməsini şablonlaşdırmaq üçün istifadə edilmişdir. [173]

    Tarix və antropologiya

    DNT zamanla mutasiyaları topladığı və sonradan miras qaldığı üçün o, tarixi məlumatları ehtiva edir və DNT ardıcıllığını müqayisə edərək, genetiklər orqanizmlərin təkamül tarixini, onların filogeniyasını öyrənə bilirlər. [174] Filogenetikanın bu sahəsi təkamül biologiyasında güclü vasitədir. Bir növ daxilindəki DNT ardıcıllığı müqayisə edilərsə, populyasiya genetikləri müəyyən populyasiyaların tarixini öyrənə bilərlər. Bu, ekoloji genetikadan antropologiyaya qədər olan tədqiqatlarda istifadə edilə bilər.

    Məlumat saxlama

    Məlumat üçün saxlama cihazı kimi DNT böyük potensiala malikdir, çünki elektron cihazlarla müqayisədə daha yüksək saxlama sıxlığına malikdir. Lakin yüksək xərclər, yavaş oxuma və yazma müddətləri (yaddaşın gecikməsi) və kifayət qədər etibarlılıq onun praktik istifadəsinə mane olub. [175] [176]

    DNT ilk dəfə 1869-cu ildə atılmış cərrahi sarğıların irinində mikroskopik maddə aşkar edən isveçrəli həkim Fridrix Mişer tərəfindən təcrid edilmişdir. Hüceyrələrin nüvələrində yaşadığı üçün onu "nüklein" adlandırdı.[177] [178] 1878-ci ildə Albrecht Kossel "nuklein"in zülal olmayan komponentini, nuklein turşusunu təcrid etdi və daha sonra onun beş əsas nukleobazını təcrid etdi. [179] [180]

    1909-cu ildə Phoebus Levene RNT-nin əsasını, şəkərini və fosfat nukleotid vahidini müəyyən etdi (o zaman "maya nuklein turşusu" adlandırıldı). [181] [182] [183] ​​1929-cu ildə Levene "timus nuklein turşusu"nda (DNT) dezoksiriboza şəkəri müəyyən etdi. [184] Levene, DNT-nin fosfat qrupları ("tetranukleotid fərziyyəsi") vasitəsilə bir-birinə bağlanmış dörd nukleotid vahidindən ibarət olduğunu irəli sürdü. Levene zəncirin qısa olduğunu və əsasların sabit bir ardıcıllıqla təkrarlandığını düşünürdü. 1927-ci ildə Nikolay Koltsov irsi xüsusiyyətlərin "hər bir zəncirdən şablon kimi istifadə edərək yarı konservativ şəkildə təkrarlanan iki güzgü zəncirindən" ibarət "nəhəng irsi molekul" vasitəsilə miras alınacağını təklif etdi. [185] [186] 1928-ci ildə Frederik Qriffit öz təcrübəsində aşkar etdi ki, "hamar" formanın əlamətləri Pnevmokok öldürülmüş "hamar" bakteriyaları canlı "kobud" forma ilə qarışdırmaqla eyni bakteriyaların "kobud" formasına keçirilə bilər. [187] [188] Bu sistem DNT-nin genetik məlumat daşıdığına dair ilk aydın təklifi verdi.

    1933-cü ildə bakirə dəniz kirpisi yumurtalarını tədqiq edərkən, Jean Brachet DNT-nin hüceyrə nüvəsində olduğunu və RNT-nin yalnız sitoplazmada olduğunu irəli sürdü. O dövrdə "maya nuklein turşusu" (RNT) yalnız bitkilərdə, "timus nuklein turşusu" (DNT) isə yalnız heyvanlarda meydana gəldiyi düşünülürdü. Sonuncunun hüceyrə pH-ni tamponlama funksiyası olan bir tetramer olduğu düşünülürdü. [189] [190]

    1937-ci ildə Uilyam Astberi DNT-nin nizamlı bir quruluşa malik olduğunu göstərən ilk rentgen şüalarının difraksiya nümunələrini yaratdı. [191]

    1943-cü ildə Osvald Averi həmkarları Colin MacLeod və Maclyn McCarty ilə birlikdə Qriffitin təklifini (Avery-MacLeod-McCarty təcrübəsi) dəstəkləyərək DNT-ni transformasiya prinsipi kimi müəyyən etdi. [192] 1951-ci ilin sonlarında Frensis Krik Kembric Universitetinin nəzdindəki Cavendish Laboratoriyasında James Watson ilə işləməyə başladı. DNT-nin irsiyyətdəki rolu 1952-ci ildə Alfred Hershey və Marta Chase Hershey-Chase təcrübəsində DNT-nin enterobakteriya faq T2-nin genetik materialı olduğunu göstərdikdə təsdiqləndi. [193]

    1952-ci ilin mayında Rozalind Franklinin nəzarəti altında işləyən aspirant Raymond Qoslinq DNT-nin yüksək nəmləndirici səviyyələrində "Şəkil 51" [194] kimi etiketlənmiş rentgen şüalarının difraksiya şəklini çəkdi. Bu foto Watson və Crick-ə Maurice Wilkins tərəfindən verilmişdir və onların DNT-nin düzgün strukturunu əldə etmələri üçün çox vacib idi. Franklin Crick və Watsona dedi ki, onurğalar kənarda olmalıdır. Bundan əvvəl Linus Pauling, Watson və Crick, içərisində zəncirləri və əsasları xaricə yönəlmiş səhv modellərə sahib idilər. Onun DNT kristalları üçün kosmos qrupunu müəyyən etməsi Crick-ə iki DNT zəncirinin antiparalel olduğunu göstərdi. [195]

    1953-cü ilin fevralında Linus Pauling və Robert Corey, fosfatları oxun yaxınlığında, əsasları isə kənarda olan üç bir-birinə bağlı zəncirdən ibarət nuklein turşuları üçün bir model təklif etdi. [196] Watson və Crick, DNT-nin ikiqat sarmalının ilk düzgün modeli kimi qəbul edilən modellərini tamamladılar. 28 fevral 1953-cü ildə Crick, Kembricdəki The Eagle pubında müştərilərin nahar vaxtını kəsdi və bildirdi ki, o və Watson "həyatın sirrini kəşf etdilər". [197]

    Jurnalın 25 aprel 1953-cü il sayı Təbiət Watson və Crick cüt sarmal strukturu DNT və onu dəstəkləyən sübutlar verən beş məqalədən ibarət bir sıra nəşr etdi. [198] Quruluş haqqında " başlıqlı məktubda məlumat verildi.NÜKLEİN TURŞULARININ MOLEKUL QURULUŞU A Dezoksiriboza nuklein turşusu üçün struktur", dedilər ki, "Bizim fərz etdiyimiz xüsusi cütləşmə dərhal genetik materialın mümkün surətini çıxarma mexanizmini təklif edir." [9] Bu məktubun ardınca Franklin və Qoslinqin məktubu gəldi. öz X-şüalarının difraksiya məlumatlarının və onların orijinal analiz metodlarının ilk nəşri [42] [199] Sonra Wilkins və onun iki həmkarının məktubunun tədqiqini ehtiva edən məktubu izlədi. in vivo B-DNA X-ray nümunələri və mövcudluğu dəstəklənir in vivo Watson və Crick strukturu. [43]

    1962-ci ildə Franklinin ölümündən sonra Watson, Crick və Wilkins birlikdə Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatını aldılar. [200] Nobel mükafatları yalnız yaşayanlara verilir. Kəşf üçün kimin kredit alması ilə bağlı mübahisə davam edir. [201]

    1957-ci ildə etdiyi təsirli təqdimatda Crick, DNT, RNT və zülallar arasındakı əlaqəni qabaqcadan xəbər verən molekulyar biologiyanın mərkəzi dogmasını ortaya qoydu və "adaptor fərziyyəsini" ifadə etdi. [202] 1958-ci ildə Meselson-Stahl eksperimenti vasitəsilə izlənilən ikiqat sarmal strukturun nəzərdə tutduğu replikasiya mexanizminin yekun təsdiqi. [203] Crick və əməkdaşlarının sonrakı işi göstərdi ki, genetik kod Har Qobind Xorana, Robert U. Holli və Marşal Uorren Nirenberqə genetik kodu deşifrə etməyə imkan verən kodon adlanan əsasların üst-üstə düşməyən üçlülərinə əsaslanır. [204] Bu tapıntılar molekulyar biologiyanın doğulmasını əks etdirir. [205]


    CH450 və CH451: Biokimya - Molekulyar Səviyyədə Həyatın Müəyyənləşdirilməsi

    4.1 DNT və RNT-nin strukturu

    4.2 Xromosomlar və Qablaşdırma

    4.3 İnsan genomunun ardıcıllığı

    4.4 İstinadlar

    4.1 DNT-nin strukturu və RNT

    Zülallar, lipidlər və mürəkkəb karbohidratlarla (polisaxaridlər) yanaşı, nuklein turşuları bütün məlum həyat formaları üçün vacib olan dörd əsas makromolekul növündən biridir. Nuklein turşuları iki əsas makromolekuldan ibarətdir: Deoksiribonuklein turşusu (DNT)ribonuklein turşusu (RNT) bütün məlum orqanizmlərin və virusların inkişafı, işləməsi, böyüməsi və çoxalması üçün genetik təlimatları daşıyan. DNT makromolekulu (Şəkil 4.1) bir-birinə dolanaraq ikiqat spiral əmələ gətirən iki polinükleotid zəncirindən ibarətdir. RNT makromolekulu adətən müqayisəli DNT molekulundan çox qısa olan tək polinükleotid zənciri kimi mövcuddur.

    Şəkil 4.1: DNT cüt spiralının quruluşu. Quruluşdakı atomlar elementlər tərəfindən rənglə kodlanır və iki əsas cütün təfərrüatlı strukturları sağ altda göstərilir.

    Nuklein turşusu monomerinin əsas strukturu aşağıdakılardır nukleozid, şəkər qalığından + 1′ mövqeyində şəkər qalığına bağlanan azotlu əsasdan ibarətdir (Şəkil 4.2). RNT monomerləri üçün istifadə olunan şəkər ribozdur, DNT monomerləri isə ribozun 2-ci mövqeyində hidroksil funksional qrupunu itirmiş dezoksiribozdan istifadə edirlər. DNT molekulu üçün standart DNT strukturuna daxil edilmiş dörd azotlu əsas var. Bunlara daxildir Purinlər: Adenin (A) və Guanin (G) və Pirimidinlər: Sitozin (C) və Timin (T). RNT, Timin istisna olmaqla, DNT ilə eyni azotlu əsaslardan istifadə edir. RNT strukturunda timin Urasil (U) ilə əvəz olunur.

    Şəkər qalığının 5-ci mövqeyində bir və ya bir neçə fosfat qrupu bir nukleozidlə birləşdikdə, bu adlanır. nukleotid. Nukleotidlər neçə fosfat daxil olduğundan asılı olaraq üç ləzzət var: bir fosfatın birləşməsi nukleozid monofosfat, iki fosfatın birləşməsi a əmələ gətirir nukleozid difosfat, və üç fosfatın birləşməsi a əmələ gətirir nukleozid trifosfat(Şəkil 4.2).

    Şəkil 4.2 Nuklein turşularının monomer quruluş blokları. Şəkər qalığına (qlikozid bağı) azotlu əsas birləşməsinin yeri qırmızı rənglə göstərilmişdir.

    DNT sintezi zamanı əmələ gələn qoşa sarmal bir neçə əsas fiziki xüsusiyyətə malikdir (Şəkil 4.3). DNT elə yığılır ki, nukleozid monofosfatlar böyüyən DNT zəncirlərinə daxil olsun. Amin turşularının R-qruplarının spiralın xarici tərəfində yerləşdiyi α-spiral zülalından fərqli olaraq, DNT cüt spiralında azotlu əsaslar içəriyə doğru yerləşdirilir və bir-birinə baxır. DNT-nin onurğası təkrarlanan şəkər-fosfat-şəkər-fosfat qalıqlarından ibarətdir. Bir zəncirdəki pirimidin həmişə digərində purinlə qoşalaşırsa, əsaslar ikiqat sarmal modelə uyğun gəlir. From Chargaff'ın qaydaları, iki zəncir A ilə T və G ilə C cütləşəcək. Bu, keto bazasını amin bazası ilə, purinlə pirimidinlə cütləşdirir. A və T arasında iki, üçü isə G və C arasında əmələ gələ bilər. G:C əsas cütlüyündəki bu üçüncü H bağı G-də əlavə ekzosiklik amin qrupu ilə C-də C2 keto qrupu arasındadır. pirimidin C2 keto qrupu A:T əsas cütlüyündə hidrogen bağlanmasında iştirak etmir.

    Bundan əlavə, zəncir daxilində şəkər molekulunun istiqaməti tellərin istiqamətini müəyyən edir. Nukleotid monomerinin bir hissəsini təşkil edən fosfat qrupu həmişə dezoksiriboza şəkər qalığının 5-ci mövqeyinə bağlıdır. Yeni gələn nukleotidi qəbul edə bilən sərbəst son dezoksiriboza şəkərinin 3-hidroksil mövqeyidir. Beləliklə, DNT istiqamətlidir və həmişə 5'-dən 3'ə doğru sintez olunur. Maraqlıdır ki, DNT ikiqat spiralının iki zənciri əks istiqamətdə yerləşir və ya başdan quyruğa doğru istiqamətlənir.

    Şəkil 4.3 DNT-nin strukturu: Aşağı diaqramda nukleozid monofosfatın nuklein turşularının strukturunda düzülüşü göstərilir. Yuxarı sağda dörd nukleotid iki əsas cütü əmələ gətirir: timin və adenin (birləşir). ikiqat hidrogen bağları) və guanin və sitozin (birləşir üçqat hidrogen bağları). Ayrı-ayrı nukleotid monomerləri şəkər və fosfat molekullarında zəncirvari birləşərək, yuxarı solda göstərilən nuklein turşusunun iki ‘onurğasını’ (qoşa spiral) əmələ gətirir.

    Həm DNT, həm də RNT sintezi üçün monomer kimi tələb olunan nukleotid yüksək enerjidir. nukleozid trifosfat. Nukleotidin polimer quruluşa daxil olması zamanı iki fosfat qrupu, (P)i-Pi , çağırdı pirofosfat) hər bir trifosfat daxil olan nukleotiddən ayrılır və reaksiya zamanı daha da hidroliz olur, nukleozid monofosfat artan RNT və ya DNT zəncirinə daxil olan (Şəkil 4.4). Daxil olan nukleozid trifosfatın birləşdirilməsi, artan DNT polimerinin 3′-OH-nin nukleofil hücumu ilə vasitəçilik edilir. Beləliklə, DNT sintezi yönlüdür, yalnız molekulun 3-ucunda baş verir.

    Pirofosfatın sonrakı hidrolizi (Pi-Pi) ümumi reaksiyanın mənfi olmasını təmin edən böyük miqdarda enerji buraxır ΔG. P-nin hidrolizii-Pi –> 2Pi Nə var ΔG = -7 kkal/mol və ümumi mənfi təmin etmək üçün vacibdir ΔG (-6,5 kkal/mol) DNT sintez reaksiyası. Pirofosfatın hidrolizi də əks reaksiyanı təmin edir, pirofsoforiz, artan DNT zəncirindən yeni daxil edilmiş nukleotidin çıxarılması baş verməyəcək.

    Bu reaksiya DNT-də DNT polimerazaları kimi tanınan fermentlər ailəsi tərəfindən həyata keçirilir. Eynilə, RNT sintezi üçün RNT polimerazaları tələb olunur. Polimeraza reaksiya mexanizmlərinin daha ətraflı təsviri DNT-nin Replikasiyası və Təmiri və DNT Transkripsiyasını əhatə edən X və Y Fəsillərində əhatə olunacaq.

    Şəkil 4.4 Nuklein turşularının sintezi: Nuklein turşusu sintezində artan nukleotidlər zəncirinin 3' OH-i daxil ediləcək növbəti NTP-də (mavi) α-fosfata hücum edir, nəticədə fosfodiester əlaqəsi və pirofosfat (PPi) buraxılır. DNT polimeraza əlavə olaraq pirofosfatın hidrolizinə vasitəçilik edir, əks reaksiyanın baş verməsinin qarşısını alır və reaksiyanı irəli aparmaq üçün kifayət qədər enerji buraxır. DNT-nin sintezi bu diaqramda göstərilmişdir.

    DNT ilk dəfə 1869-cu ildə Fridrix Mişer tərəfindən təcrid edilmişdir. DNT quruluşunun ikiqat sarmal modeli ilk dəfə jurnalda dərc edilmişdir. Təbiət 1953-cü ildə James Watson və Francis Crick tərəfindən, (1954-cü ildə X, Y, Z koordinatları) 1952-ci ildə Rosalind Franklin-dən DNT-nin mühüm rentgen şüaları difraksiya şəklinə əsaslanaraq, ardınca Raymond Gosling, Maurice Wilkins ilə daha aydınlaşdırılmış DNT təsviri, Alexander Stokes və Herbert Wilson və Erwin Chargaff tərəfindən əsas cütləşmə kimyəvi və biokimyəvi məlumatlar. Əvvəlki model üç zəncirli DNT idi.

    DNT-nin quruluşunun ikiqat sarmal olmasının dərk edilməsi genetik məlumatın canlı orqanizmlərdə saxlanması və kopyalanması üçün əsas cütləşmə mexanizmini aydınlaşdırdı və geniş şəkildə 20-ci əsrin ən mühüm elmi kəşflərindən biri hesab olunur. Crick, Wilkins və Watson kəşfə verdiyi töhfələrə görə 1962-ci ildə Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatının üçdə birini aldı. (Franklin, sıçrayışlı rentgen difraksiya məlumatlarından DNT strukturunu formalaşdırmaq üçün istifadə edildi, 1958-ci ildə öldü və buna görə də Nobel Mükafatına namizəd ola bilmədi.)

    Watson və Crick iki DNT zəncirinin –- hər biri eyni ox ətrafında sarılmış sağ tərəfdəki sarmalda – –”i təklif etdilər. İki ip tamamlayıcı əsas cütlər arasında H-bağlanması ilə bir yerdə tutulur (T ilə A cütləri və C ilə G cütləri) (Şəkil 4.5). Diqqət yetirin ki, yuxarıdan, aşağıya, bir DNT əsas cütünə baxarkən, baza cütlərinin DNT onurğasına bağlandığı mövqe bərabər məsafədə deyil, lakin bu birləşmə bir tərəfi digərindən üstün tutur. Bu, DNT kimi tanınan qeyri-bərabər boşluqlar və ya boşluqlar yaradır əsas yiv daha böyük boşluq üçün və kiçik yivdaha kiçik boşluq üçün (Şəkil 4.5). Bölgədəki DNT ardıcıllığına əsaslanaraq, azotlu əsas cütlərində mövcud olan azot və oksigen atomlarının yaratdığı hidrogen bağı potensialı əsas və kiçik yivlərdə unikal tanınma xüsusiyyətlərinə səbəb olur və xüsusi zülal tanınma sahələrinin yaradılmasına imkan verir.

    Şəkil 4.5 DNT-nin böyük və kiçik yivləri. DNT-nin əsas və kiçik yiv tərəflərinin əmələ gəlməsini göstərən (A) A-T əsas cütünün və (B) G-C əsas cütünün yuxarıdan görünüşü. (C) Göstərilən əsas və kiçik yivlərlə DNT ikiqat sarmalının yan görünüşü. DNT onurğası yaşıl rəngdə, azotun hidrogenlə əlaqəsinin potensial yerləri mavi, oksigenin hidrogenlə bağlanma yerləri isə qırmızı rəngdə göstərilmişdir.

    Yuxarıya qayıt

    İkiqat sarmal strukturunda variasiyanı təmin edən əsas və kiçik yivlərə əlavə olaraq, spiralın oxun düzülüşü həll dərəcəsi kimi digər təsir edən amillərlə birlikdə ikiqat sarmalın üç formasına səbəb ola bilər. A forması (A-DNT), the B forması (B-DNT),Z forması (Z-DNT)(Şəkil 4.6). Qoşa spiralın həm A, həm də B formaları sağ əlli spirallardır, B forması isə üstünlük təşkil edən formadır. in vivo. A-formalı sarmal normanın 75%-dən aşağı susuzlaşdırma şəraiti baş verdikdə və əsasən müşahidə edildikdə yaranır. in vitro X-ray kristaloqrafiyası təcrübələri zamanı DNT spiralının quruması zamanı. Bununla belə, ikiqat sarmalın A forması baş verə bilər in vivo RNT ikiqat zəncirli konformasiya qəbul etdikdə və ya RNT-DNT kompleksləri əmələ gəldikdə. RNT molekulundakı riboza şəkər onurğasının 2′-OH qrupu sterik maneə səbəbindən RNT-DNT hibridinin B-konformasiyasını qəbul etməsinə mane olur.

    Yaranan üçüncü növ ikiqat sarmal Z-forması və ya Z-DNT kimi tanınan sol əlli spiral quruluşdur. Bu struktur motiv daxilində onurğa sütununda fosfatlar ziqzaq şəklində görünür və Z-DNT adını verir (Şəkil 4.6). in vitro, DNT-nin Z forması pirimidin və purinləri əvəz edən qısa ardıcıllıqla və yüksək duzluluq mövcud olduqda qəbul edilir. Bununla belə, Z forması müəyyən edilmişdir in vivo, DNT-nin qısa bölgələrində, DNT-nin olduqca çevik olduğunu və müxtəlif konformasiyaları qəbul edə biləcəyini göstərir. A-, B- və Z-formalı DNT arasında xüsusiyyətlərin müqayisəsi Cədvəl 4.1-də göstərilmişdir.

    DNT-nin B-formasının (ən çox yayılmış) ölçüləri
    • bp arasında 0,34 nm, hər növbə üçün 3,4 nm, hər növbə üçün təxminən 10 bp
    • 1,9 nm (təxminən 2,0 nm və ya 20 Angstrom) diametrdə

    Şəkil 4.6 DNT cüt spiralının əsas konformasiyaları. (A) DNT-nin müxtəlif əsas formalarında mərkəzi oxun müxtəlif yerlərini, B-konformasiyasında təmsil olunan əsas cütləri ilə yuxarıdan göstərir. (B) A-formalı DNT, (C) B-formalı DNT və (D) Z-formalı DNT-nin yan görünüşü.

    Cədvəl 4.1 B-forma, A-forma və Z-DNT-nin müqayisəsi
    B-Forması A-Forma Z-Forması
    spiral hissi Sağ əlli Sağ əlli Solaxay
    növbə başına baza cütləri 10 11 12
    bp başına şaquli artım 3.4 Å 2.56 Å 19 Å
    bp başına fırlanma +36° +33° -30°
    spiral diametri 19 Å 19 Å 19 Å

    DNT-nin ikiqat zəncirli spiralı həmişə sabit olmur. Bunun səbəbi, iplər arasındakı pilləkən keçidlərinin kovalent olmayan, geri çevrilə bilən qarşılıqlı təsirlər olmasıdır. DNT ardıcıllığından asılı olaraq denaturasiya (ərimə) yerli və ya geniş yayılmış ola bilər və DNT-nin replikasiyası, transkripsiyası və təmiri də daxil olmaqla müxtəlif mühüm hüceyrə proseslərini həyata keçirməyə imkan verir.

    Kiçik birləşmə və ya zülal ilə həm ardıcıllığın spesifikliyi, həm də qarşılıqlı təsir (kovalent və ya olmasın) müvafiq olaraq x, y və ya z oxunda əsas cütləri fırlanan əyilmə, yuvarlanma və bükülmə effektlərinə səbəb ola bilər (Şəkil 4.7) və buna görə də helix'in ümumi təşkilatını dəyişdirin. Bundan əlavə, sürüşdürmə və ya çevirmə effektləri də spiralın həndəsi oriyentasiyasını dəyişdirə bilər (Şəkil 4.7). Beləliklə, çevirmə effektləri və (daha az dərəcədə) yuxarıda müəyyən edilmiş digər hərəkətlər spiral daxilində və ya onun uclarında ikiqat zəncirli sabitliyi modullaşdırır. Həqiqətən də, fizioloji şəraitdə DNT spiralının hər iki ucunda yerli DNT ‘nəfəs alması’ sübut edilmiş və daxili DNT bölgələrində B-dən Z-DNT-yə struktur keçidləri müşahidə edilmişdir. Bu tip yerli açıq DNT strukturları spesifik zülallar üçün yaxşı substratlardır və bu da ‘qapalı’ sarmalın açılmasına səbəb ola bilər. DNT-nin replikasiyası və təmiri prosesləri XX Fəsildə və DNT transkripsiyası və transkripsiyanın tənzimlənməsi X və Y fəsillərində daha ətraflı müzakirə olunacaq.

    Şəkil 4.7 DNT cüt spiralının lokallaşdırılmış struktur modifikasiyası. (a) X, y və z azları ilə baza cütünün oriyentasiyası, spiral mərkəzi oxu ilə əlaqədar əsasların müxtəlif növ fırlanma növləri (əymə, yuvarlanma və ya burulma) və ya sürüşmə (sürüşmə, sürüşmə) ilə nəticələnir. (b) Bir spiral döngədə təxminən 11 əsas cütü olan Matove B-DNT. (c) DNT spiralının açılması (yuxarıdakı narıncı ox) və DNT sarmalının uzanması (ΔUzunluğu) ilə nəticələnən qonşu baza cütləri arasında kiçik molekulun (mavi rənglə göstərilmişdir) mono- və ya bis-interkalasiyası. Müəyyən edilmiş DNT interkalasiya edən birləşmə üçün spesifik olan X və y Å dəyərləri. (d) Bəzi DNT sabitliyini pozan alkilləşdirici agentlər (mavi rənglə göstərilən əlavələr) tərəfindən törədilən DNT-nin əyilməsinin, təməlin sürüşməsinin və ya ikiqat zəncirinin açılmasının təsviri. Calladine və Drew'in sxematik qutu təsvirindən uyğunlaşdırılmışdır.

    Yuxarıya qayıt

    4.2 Xromosomlar və Qablaşdırma

    Eukaryotik hüceyrələrdə DNT adlanan uzun xətti strukturlar şəklində təşkil edilir xromosomlar(Şəkil 4.8). A xromosom orqanizmin genetik materialının (genomunun) bir hissəsi və ya hamısı ilə dezoksiribonuklein turşusu (DNT) molekuludur.Əksər eukaryotik xromosomlara şaperon zülallarının köməyi ilə DNT molekuluna bağlanan və onun idarəolunmaz dolaşıq halına gəlməsinin qarşısını alan qablaşdırma zülalları daxildir. Tipik hüceyrə bölünməsindən əvvəl bu xromosomlar DNT replikasiyası prosesində təkrarlanır və hər bir qız hüceyrəsi üçün tam xromosom dəstini təmin edir. Xromosomun təkrarlanan qollarına deyilir xromatidlər. Mitoz zamanı qız hüceyrələrə ayrılmazdan əvvəl replikasiya olunmuş xromatidlər xromosom adlanan struktur tərəfindən bir yerdə saxlanılır. sentromer.

    Şəkil 4.8 Replikasiya olunmuş və Qatılaşdırılmış Eukaryotik Xromosomun Diaqramı. (1) Xromatid – S fazasından sonra xromosomun iki eyni hissəsindən biridir. (2) Centromere – iki xromatidin birləşdiyi nöqtə. (3) Qısa qol deyilir səh Uzun qol deyilir q

    Eukaryotik orqanizmlər (heyvanlar, bitkilər, göbələklər və protistlər) öz DNT-lərinin çoxunu hüceyrə nüvəsində xətti nüvə DNT kimi, bəzilərini isə mitoxondrilərdə dairəvi mitoxondrial DNT kimi və ya xloroplastlarda dairəvi xloroplast DNT kimi saxlayırlar. Bunun əksinə olaraq, prokariotların (bakteriyalar və arxeyaların) orqanoid strukturları yoxdur və beləliklə, DNT-lərini yalnız sitoplazmanın bir bölgəsində saxlayırlar. nukleoid bölgə. Prokaryotik xromosomlar ibarətdir iki zəncirli dairəvi DNT.

    Bir hüceyrənin genomu çox vaxt hüceyrənin özündən əhəmiyyətli dərəcədə böyükdür. Məsələn, 46 xromosomu olan bir insan hüceyrəsinin DNT-si bir cərgədə uzansaydı, o, 6 futdan (2 metr) çox uzanardı! Necə ola bilər ki, genetik məlumat təkcə hüceyrəyə deyil, hüceyrənin nüvəsinə də sığsın? Eukaryota bu problemi ətrafdakı super sarma və qablaşdırma DNT-nin birləşməsi ilə həll edir zülalların histon ailəsi (aşağıda təsvir edilmişdir). Prokaryotlarda histonlar yoxdur (bir neçə istisna olmaqla). Prokaryotlar istifadə edərək DNT-lərini sıxmağa meyllidirlər nukleoidlə əlaqəli zülallar (NAPs)superburulma(Şəkil 4.9).

    DNT-nin super sarılmasıDNT zəncirinin həddindən artıq və ya aşağı sarılmasına aiddir və həmin zəncirdəki gərginliyin ifadəsidir (Şəkil 4.9). Supercoiling DNT-nin sıxlaşdırılması kimi bir sıra bioloji proseslərdə və genetik koda çıxışı tənzimləməklə vacibdir. DNT supercoiling güclü DNT mübadiləsi və bəlkə gen ifadə təsir göstərir. Bundan əlavə, kimi müəyyən fermentlər topoizomerazlar DNT replikasiyası və ya transkripsiyası kimi funksiyaları asanlaşdırmaq üçün DNT topologiyasını dəyişdirə bilirlər.

    B-DNT-nin ikiqat sarmal seqmentində iki zəncir hər 10,4-10,5 əsas cüt ardıcıllıqla bir dəfə spiral oxu ətrafında bükülür. Bəzi fermentlərin edə biləcəyi kimi bükülmələrin əlavə edilməsi və ya çıxarılması gərginlik yaradır. Bükülmə gərginliyi altında olan bir DNT seqmenti iki ucu birləşdirilərək dairəyə bağlansa və sonra sərbəst hərəkət etməsinə icazə verilsəydi, dairəvi DNT sadə səkkiz rəqəmi kimi yeni bir forma bükülərdi (Şəkil 4.9). Belə bir əyrilik a supercoil. “supercoil” isim forması tez-tez DNT topologiyası kontekstində istifadə olunur.

    Şəkil 4.9 DNT Supercoiling. Məhdud ucları olan xətti DNT molekullarının superdolaqlı quruluşu. DNT dupleksinin spiral təbiəti aydınlıq üçün buraxılmışdır.

    DNT-nin çoxaldılması və transkripsiyası zamanı pozitiv şəkildə çox sarılmış (aşırı sarılmış) DNT keçici olaraq əmələ gəlir və dərhal rahatlaşmasa, bu prosesləri inhibə edir (tənzimləyir). Sadə səkkiz rəqəmi ən sadə supercoildir və dairəvi DNT-nin bir çox və ya çox az spiral bükülmələri yerləşdirmək üçün qəbul etdiyi formadır. Səkkiz rəqəminin iki lobu bir-birinə nisbətən ya saat əqrəbinin, ya da saat əqrəbinin əksi istiqamətində fırlanan kimi görünəcək, bu, sarmalın həddindən artıq və ya alt-üst olmasından asılıdır. Yerləşdirilən hər bir əlavə spiral burulma üçün loblar öz oxu ətrafında daha bir fırlanma göstərəcək. Bir qayda olaraq, əksər orqanizmlərin DNT-si mənfi şəkildə superburulur.

    Dairəvi DNT-nin lobal əyilmələri, məsələn, yuxarıdakı səkkiz lobun fırlanması kimi adlandırılır. qıvrılmaq. Yuxarıdakı misal bükülmə və bükülmənin bir-birinə çevrilə biləcəyini göstərir. Supercoiling riyazi olaraq cəmi ilə təmsil oluna bilər bükmək qıvrılmaq (Şəkil 4.9). The bükməkDNT-də spiral döngələrin sayı, qıvrılma isə qoşa spiralın öz üzərində keçdiyi dəfələrin sayıdır (bunlar super sarmallardır). Əlavə spiral bükülmələr müsbətdir və müsbət superburulmaya səbəb olur, subtractive burulma isə mənfi superburulmaya səbəb olur. Bir çox topoizomeraz fermentləri super sarğı hiss edir və DNT topologiyasını dəyişdirərkən onu ya yaradır, ya da dağıtır.

    Qismən xromosomlar çox böyük ola bildiyinə görə ortadakı seqmentlər sanki ucları lövbərlənmiş kimi hərəkət edə bilər. Nəticədə, onlar artıq bükülməni xromosomun qalan hissəsinə paylaya bilməyəcəklər və ya bükülmədən bərpa etmək üçün bükülmələri udmaq iqtidarında ola bilməzlər - seqmentlər çevrilə bilər. superburulmuş, başqa sözlə. Süper qıvrılmaya cavab olaraq, ucları birləşmiş kimi, müəyyən miqdarda qıvrılmağı qəbul edəcəklər.

    Aşırı qıvrılmış dairəvi DNT iki əsas struktur təşkil edir a plektonem və ya a toroid, və ya hər ikisinin kombinasiyası (Şəkil 4.9). Mənfi şəkildə çox qıvrılmış bir DNT molekulu ya bir başlanğıclı sol əlli spiral yaradacaq, toroid, və ya terminal döngələri olan iki başlanğıclı sağ əlli spiral, the plektonem. Plektonemlər adətən təbiətdə daha çox rast gəlinir və bu, əksər bakterial plazmidlərin alacağı formadır (Şəkil 4.10). Daha böyük molekullar üçün hibrid strukturların əmələ gəlməsi adi haldır – toroiddə bir döngə plektonemə uzana bilər (Şəkil 4.10). DNT supercoilling bütün hüceyrələrdə DNT qablaşdırılması üçün vacibdir və gen ifadəsində də rol oynayır.

    Şəkil 4.10 Bakterial DNT Supercoiling. Atom qüvvəsi mikroskopiyası (AFM) burularaq rahatlaşan (A) və mənfi super qıvrılmış (B) bakterial plazmidlərin vizuallaşdırılması pBR322. (C) Hibrid toroidal-plektonem quruluşunu göstərən E. coli xromosom DNT-nin elektron mikroskopiya şəkli.

    Süper qıvrımlı quruluş meydana gətirməklə yanaşı, bakteriyalardan gələn dairəvi xromosomların aşağıdakı proseslərdən keçdiyi sübut edilmişdir. katenasiyadüyünləmə topoizomeraz fermentlərinin inhibəsi ilə. Katenasiyaiki dairəvi DNT zəncirinin zəncir halqaları kimi bir-birinə bağlanması prosesidir, halbuki DNT düyünlənməsi tək dairəvi DNT strukturunda meydana gələn bir-birinə qarışan strukturlardır. in vivo, topoizomeraz fermentlərinin fəaliyyəti düyünləri və katenoidləri DNT strukturuna qarışmamaq üçün vacibdir.

    Şəkil 4.11 DNT katenasiyası və düyünlənməsi. Üst quruluş bakterial DNT-nin mənfi supercoiled formasını göstərir. Topoizomeraz fermentinin fəaliyyətinin inhibə edilməsi xromosom quruluşunun rahatlaşmasına, katenasiyasına və düyünlənməsinə səbəb olur.

    Xloroplast və mitoxondrial DNT-nin dairəvi təbiətinə diqqət yetirin, bu orqanoid strukturlarının hər ikisi üçün bakteriya mənşəli olduğunu göstərir. Ardıcıl uyğunlaşmalar daha da dəstək verir endosimbiotik nəzəriyyə, Bu, bakteriyaların erkən eukaryotik orqanizmlər tərəfindən udulduğunu və sonradan həzm olunmaqdansa, onların eukaryotik həmkarı ilə simbiotik olduğunu təklif edir.

    Mövcud orqanizmlərin hüceyrələrində, mitoxondrilərdə olan zülalların böyük əksəriyyəti (məməlilərdə təxminən 1500 müxtəlif növdür) nüvə DNT-si ilə kodlanır. Bununla belə, insan mitoxondrial genomunun ardıcıllığı 13 zülal üçün kodlaşdıran 16569 əsas cütü aşkar etmişdir (Şəkil 4.12). ATP istehsalı zamanı elektron daşınması üçün mitoxondri yolla istehsal olunan zülalların çoxu tələb olunur (Şəkil 4.12).

    Şəkil 4.12 Mitoxondrial Genom. Mitoxondriya, ikiqat membranı olan orqanoid strukturlarıdır, müstəqil bir prokaryotik orqanizm kimi yarandığı güman edilir və əvvəlcə bir eukaryotik orqanizm tərəfindən udulmuş və burada simbiotik bir analoqa çevrilmişdir. Mitoxondriyada alfaprotobakteriyalarla yüksək ardıcıllıqla oxşarlığı olan dairəvi xromosom DNT var. İnsan mitoxondrial genomu 13 zülal və ribosomal RNT (rRNT) komponentlərini kodlayan 16569 əsas cütü ehtiva edir.

    Yuxarıya qayıt

    Eukaryotik xromosomlar içərisində, xromatin zülalları olaraq bilinir histonlar, DNT-ni yığcamlaşdırın və təşkil edin. Bu sıxlaşdırıcı strukturlar DNT və digər zülallar arasında qarşılıqlı əlaqəyə rəhbərlik edir, DNT-nin hansı hissələrinin transkripsiya olunduğunu idarə etməyə kömək edir.

    Histonlar eukaryotik hüceyrə nüvələrində olan yüksək qələvi zülallardır ki, DNT-ni nukleosomlar adlanan struktur vahidlərə yığır və sifariş edir. Onlar xromatinin əsas zülal komponentləridir, DNT-nin ətrafında dolanan makaralar kimi fəaliyyət göstərir və genlərin tənzimlənməsində rol oynayırlar. Histonlar olmasaydı, xromosomlardakı açılmamış DNT çox uzun olardı (insan DNT-sində uzunluq və enə nisbəti 10 milyondan 1-ə bərabərdir). Məsələn, hər bir insan diploid hüceyrəsi (23 cüt xromosom ehtiva edir) histonlarda təxminən 1,8 metr DNT yarasına malikdir, diploid hüceyrədə təxminən 90 mikrometr (0,09 mm) xromatin var.

    Histonların beş əsas ailəsi mövcuddur: H1/H5, H2A, H2B, H3 və H4. H2A, H2B, H3 və H4 histonları əsas histonlar, H1/H5 histonları isə bağlayıcı histonlar kimi tanınır.

    Əsas histonların hamısı dimerlər kimi mövcuddur, onların hamısı histon qat domeninə sahibdirlər: iki döngə ilə bağlanmış üç alfa spiral (Şəkil 4.13). Məhz bu spiral quruluş fərqli dimerlər arasında, xüsusən də baş-quyruq üslubunda (həmçinin əl sıxma motivi adlanır) qarşılıqlı əlaqəyə imkan verir. Nəticədə dörd fərqli dimer bir araya gələrək bir oktamer nukleosom nüvəsini meydana gətirir, diametri təxminən 63 Angstromdur. Təxminən 146 baza cütü (bp) DNT bu nüvə hissəciyinin ətrafında 1,65 dəfə sol əlli super spiral döngə ilə sarılaraq eni təxminən 100 Angstrom olan hissəcik verir. nukleosom.

    Şəkil 4.13 Nukleosom nüvəsinin strukturu. H2A və H2B histonları dimerləşir, H3 və H4 histonları isə dimerləşir. Hər birinin iki dimeri birləşərək histon nüvəsinin oktomeri əmələ gətirir. DNT ikiqat sarmal nukleosom quruluşunu meydana gətirən oktomer nüvəsi ətrafında 1,65 dəfə fırlanır.

    Şəkil uyğunlaşdırılmışdır: Nucleosom Structure

    Bağlayıcı histon H1 bağlayır nukleosom DNT-nin giriş və çıxış yerlərində, beləliklə, DNT-ni yerində kilidləyir və daha yüksək səviyyəli strukturun formalaşmasına imkan verir (Şəkil 4.14). Ən əsas belə formalaşma 10 nm-lik lif və ya simli konformasiyadakı muncuqlardır. Bu, hər bir cüt nukleosomu (həmçinin bağlayıcı DNT olaraq adlandırılır) ayıran təxminən 50 əsas cüt DNT ilə nukleosomların ətrafına DNT-nin bükülməsini nəzərdə tutur.

    Nukleosomda 120-dən çox birbaşa protein-DNT qarşılıqlı əlaqəsi və bir neçə yüz su vasitəçiliyi var. Birbaşa zülal – DNT qarşılıqlı təsirləri oktamer səthinə bərabər şəkildə yayılmır, əksinə diskret yerlərdə yerləşir. Bunlar, iki bitişik histondan α1 spiralını istifadə edən α1α1 sahəsinin və L1 və L2 döngələri ilə əmələ gələn L1L2 sahəsinin oktamerində iki növ DNT bağlama yerlərinin əmələ gəlməsi ilə bağlıdır. Həm yan zəncirli əsas, həm də hidroksil qrupları və DNT onurğa fosfatları ilə əsas zəncir amidləri arasında duz əlaqələri və hidrogen bağı DNT ilə qarşılıqlı əlaqənin əsas hissəsini təşkil edir. Bu vacibdir, çünki nukleosomların genomlar boyunca hər yerdə paylanması onun ardıcıllıqla spesifik olmayan DNT-ni bağlayan amil olmasını tələb edir. Nukleosomlar bəzi DNT ardıcıllıqlarını digərlərindən üstün tutsalar da, onlar praktiki olaraq istənilən ardıcıllıqla bağlana bilirlər, bunun da su ilə əlaqəli qarşılıqlı təsirlərin formalaşmasında çevik olması ilə əlaqədar olduğu düşünülür. Bundan əlavə, zülal yan zəncirləri və dezoksiriboza qrupları arasında qeyri-qütblü qarşılıqlı əlaqə yaranır və arginin yan zənciri oktamer səthinə baxdığı bütün 14 yerdə DNT kiçik yivinə daxil olur. Oktamer səthi ətrafında DNT bağlayan yerlərin paylanması və gücü nukleosom nüvəsindəki DNT-ni təhrif edir. DNT qeyri-bərabər əyilmişdir və həmçinin bükülmə qüsurlarını ehtiva edir. Məhlulda sərbəst B-formalı DNT-nin bükülməsi hər növbədə 10,5 bp təşkil edir. Bununla belə, nukleosomal DNT-nin ümumi bükülməsi hər növbədə cəmi 10,2 bp təşkil edir, hər növbədə 9,4 ilə 10,9 bp arasında dəyişir.

    Histon quyruğunun uzantıları histonların kütləsinin 30%-ə qədərini təşkil edir, lakin yüksək daxili elastikliyinə görə nukleosomların kristal strukturlarında görünmür və əsasən strukturlaşdırılmamış hesab olunurlar (Şəkil 4.14). H3 və H2B histonlarının N-terminal quyruqları hər 20 bp-də DNT-dən çıxan iki DNT zəncirinin kiçik yivlərindən əmələ gələn kanaldan keçir. Histon H4-ün N-terminal quyruğu, əksinə, kristal quruluşda H2A-H2B dimerinin yüksək turşuluqlu səth bölgəsi ilə qarşılıqlı təsir təşkil edən yüksək əsaslı amin turşuları (16-25) bölgəsinə malikdir. nukleosomların yüksək nizamlı strukturu üçün potensial olaraq müvafiq olan başqa bir nukleosomun. Bu qarşılıqlı əlaqənin fizioloji şəraitdə də baş verdiyi düşünülür və H4 quyruğunun asetilləşməsinin xromatinin daha yüksək dərəcəli strukturunu pozduğunu göstərir.

    Şəkil 4.14 Ümumi Nukleosom Strukturu. (A) Nükleosom strukturunun yan görünüş diaqramı, histon oktomeri mavi, DNT cüt spiralı qırmızı və histon H1 bağlayıcısı yaşıl rənglə göstərilmişdir. (B) Histon oktomerinin əlaqəli DNT spiral ilə üst görünüşünü göstərir. Qeyd edək ki, H3 və H2B-dən olan histon quyruqları DNT-dən çıxır.

    DNT ikiqat spiralının əmələ gəlməsi xromosom strukturunun birinci dərəcəli qablaşdırmasını təmsil edir (Şəkil 4.15). Nukleosomların əmələ gəlməsi eukaryotik xromosomlar üçün qablaşdırmanın ikinci səviyyəsini təmsil edir. In vitro məlumatlar göstərir ki, nukleosomlar daha sonra ya Histon H1 bağlayıcı zülalları ilə birləşən 6 nukleosomdan ibarət olan solenoid struktura, ya da solenoid konstruksiyaya bənzər ziqzaq quruluşa çevrilir (Şəkil 4.15). Həm solenoid, həm də ziqzaq strukturlarının diametri təxminən 30 nm-dir. Solenoid və ziqzaq strukturlarından məlumat verildi in vitro məlumatların baş verməsi hələ təsdiqlənməyib in vivo.

    İnterfaza zamanı hər bir xromosom xromosom ərazisi (CT) kimi tanınan məkan baxımından məhdud, təxminən elliptik bir domen tutur. Hər bir xromosom ərazisi daha yüksək dərəcəli xromatin vahidlərindən ibarətdir

    Hər biri 1 Mb. Bu bölmələr, ehtimal ki, solenoid/ziqzaq struktur motivlərini ehtiva edən daha kiçik döngə domenlərindən qurulmuşdur. Digər tərəfdən, 1Mb domenlər özləri daha yüksək səviyyəli xromatin strukturlarında daha kiçik vahidlər kimi xidmət edə bilər.

    Xromosom ərazilərinin nüvə ətrafında radial düzüldüyü məlumdur. Bu tənzimləmə həm hüceyrə, həm də toxuma tipinə xasdır və eyni zamanda təkamüllə qorunur. Xromosom ərazilərinin radial quruluşunun onların gen sıxlığı və ölçüsü ilə əlaqəli olduğu göstərildi. Bu vəziyyətdə, genlə zəngin xromosomlar daxili mövqeləri tutur, daha böyük, gen baxımından zəif xromosomlar isə periferiya ətrafında yerləşirlər. Xromosom əraziləri həm də dinamik strukturlardır, genlər “açıldıqdan” sonra periferiyadan içəriyə doğru yerləşə bilirlər. Digər hallarda, genlər əks istiqamətdə hərəkət edə bilər və ya sadəcə olaraq öz mövqelərini saxlaya bilər. Genlərin xromosom ərazilərindən interxromatin bölməsinə və ya qonşu xromosom ərazisinə çıxarılması çox vaxt böyük dekondensasiya olunmuş xromatin ilmələrinin əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunur.

    Şəkil 4.15 Xromosom quruluşu. (1) DNT ikiqat spiralının diametri təxminən 2 nm-dir. (2) Nukleosom nüvəsinin strukturunun diametri təxminən 11 nm-dir. (3) Solenoid/ziqzaq strukturunun diametri təqribən 30 nm-dir və hüceyrələrarası faza zamanı xromosom ilmələri (4) və mitoz zamanı daha sıxlaşdırılmış xromosom əraziləri (5) yaratmaq təklif edilir.

    Xromosom ərazisinin düzülməsini təsvir edən modellər

    3C (“xromosom konformasiyasının tutulması”) və 4C (“xromosom konformasiyasının çipdə tutulması” və “dairəvi xromosomun konformasiyasının tutulması”) kimi yüksək məhsuldarlıqlı biokimyəvi üsulların inkişafı ilə qonşu xromatin əraziləri arasında çoxsaylı məkan qarşılıqlı əlaqəsi yaranmışdır. təsvir edilmişdir (Şəkil 4.16). Bu təsvirlər bütün genom üçün (məsələn, insan limfoblastoid hüceyrə xətti üçün) məkan yaxınlıq xəritələrinin qurulması ilə tamamlandı. Birlikdə, bu müşahidələr və fiziki simulyasiyalar xromosom ərazilərinin struktur təşkilini təyin etmək məqsədi daşıyan müxtəlif modellərin təklifinə səbəb oldu:

    Şəkil 4.16 Xromosom ərazisinin (KT) strukturunun kompüter modelləri. CT-IC modelində diskret CT-lər arasındakı boşluq işıq və elektron mikroskopda görünə bilər və interkromatin bölməsi (IC) adlanır. Transkripsiya fabrikləri (TF, yaşıl rəng) əsasən perixromatin bölgəsində lokallaşdırılmışdır. ICN modelində interchromatin bölməsi görünmür. Bunun əvəzinə, CT-lər arasındakı boşluq tez-tez eyni transkripsiya fabriklərini paylaşan dekondensasiya edilmiş xromatin döngələrinin qarışması ilə işğal edilir.

    1. Xromosom ərazisi-xromatinlərarası bölmə (CT-IC) modeli iki əsas bölməni təsvir edir: xromosom əraziləri (CT) və interxromatin bölməsi (IC). Bu modeldə xromosom əraziləri interkromatin bölməsi adlanan bitişik 3D məkanla əlaqəli bir-birinə bağlı xromatin şəbəkəsi yaradır. Sonuncu həm işıq, həm də elektron mikroskopiyadan istifadə etməklə müşahidə edilə bilər.

    Tək bir xromosom ərazisi daxilində fazalararası xromosom xromosom kondensasiyası səviyyəsinə əsasən müəyyən edilmiş bölgələrə bölünür. Burada fazalararası xromosomun daxili hissəsi daha çox qatılaşdırılmış xromatin domenlərindən və ya daha yüksək dərəcəli xromatin liflərindən ibarətdir, xromosom periferiyasının ətrafında isə perixromatin bölgəsi kimi tanınan daha çox dekondensasiya olunmuş xromatinin nazik (<200 nm) təbəqəsi tapıla bilər. Funksional olaraq, perixromatin bölgəsi əsas transkripsiya bölməsini təmsil edir və eyni zamanda ən çox transkripsiya RNT birləşməsinin baş verdiyi bölgədir. DNT replikasiyası [20] və DNT təmiri [21] də əsasən perixromatin bölgəsində həyata keçirilir. Nəhayət, perixromatin fibrilləri adlanan yeni yaranan RNT transkriptləri də perikromatin bölgəsində əmələ gəlir. Perixromatin fibrilləri daha sonra interchromatin bölməsindən təmin edilən amillərin təsirinə məruz qalır.

    Dehqani və başqalarının təklif etdiyi qəfəs modeli. transkripsiyanın yalnız interchromatin bölməsi ilə perixromatin bölgəsi arasındakı interfeysdə deyil, daxili, daha qatılaşdırılmış xromosom ərazilərində də baş verdiyinə dair məlumatlara əsaslanır. ESI (elektron spektroskopik görüntüləmə) istifadə edərək, Dehgani et al. xromatinin diametri 10-30 nm olan deoksi-ribonukleoprotein lifləri silsiləsi şəklində təşkil olunduğunu göstərdi. Bu işdə, CT-IC modelində xromosom əraziləri arasında böyük kanallar kimi təsvir edilən interchromatin bölmələri aydın deyildi. Bunun əvəzinə, xromatin lifləri xromosom ərazilərinin periferiyasında qarışan nüvə boyunca boş bir xromatinin şəbəkəsi yaratdı. Beləliklə, bu şəbəkə daxilində xromosomlararası və daxili boşluqlar mahiyyətcə bitişikdir və birlikdə nüvədaxili məkanı təşkil edir.

    2. Xromatinlərarası Şəbəkə (ICN) modeli bir-birinə qarışan xromatin liflərinin/ilklərinin həm cis- (eyni xromosom daxilində) və trans- (müxtəlif xromosomlar arasında) əlaqə yarada biləcəyini proqnozlaşdırır. Bu qarışma vahiddir və xromosom ərazisi ilə xromatinlərarası bölmə arasında fərqi funksional olaraq mənasız edir. ICN modelinin üstünlüyü yüksək xromatin dinamikasına və diffuziyaya bənzər hərəkətlərə imkan verməsidir. Müəlliflər təklif edirlər ki, davam edən transkripsiyanın xüsusi lokuslar arasında assosiasiyaları sabitləşdirməklə spesifik xromosomlar arasında qarışma dərəcəsinə təsir göstərir. Bu cür qarşılıqlı təsirlər çox güman ki, lokusların transkripsiya fəaliyyətindən asılıdır və buna görə də hüceyrə tipinə xasdır.

    Heteroloji xromosomlar arasında qarışmanın həcmini və tezliyini ölçməklə xromosom ərazilərinin hüceyrə tipinə xas təşkili tədqiq edilmişdir. Xromosomların bir-birinə qarışdığı bölgələrin xəritəsini çıxarmaq üçün 3C (xromosom konformasiyasının tutulması) və FISH (flüoresan in situ hibridləşməsi) üsullarından istifadə etməklə, bu bölgələrin daha yüksək aktiv gen sıxlığını ehtiva etdiyi və transkripsiya aktivləşdirmə və repressiya markerləri ilə zənginləşdiyi aşkar edilmişdir. aktivləşdirilmiş RNAPII. Fərqlənməmiş siçan embrion kök (ES) hüceyrələrində, diferensiasiyanın erkən mərhələlərindəki ES hüceyrələrində və terminal differensiallaşmış NIH3T3 hüceyrələrində CT-lərin mövqelərini müqayisə edərək, tam differensiallaşmış hüceyrələrin differensiallaşmamış və ya daha az olanlarla müqayisədə daha yüksək RNAPII zənginləşməsinə malik olduğu göstərildi. -diferensial hüceyrələr. Tapıntılar bir-birinə qarışan bölgələrin nüvədə funksional əhəmiyyətə malik olması fikrini dəstəkləyir və onların təşkilini hüceyrə tipindən asılı olaraq izah edərək, diferensiallaşma prosesi zamanı xromosom ərazilərinin radial və nisbi mövqelərinin necə təkamül etdiyini başa düşmək üçün əsas verir.

    3. Freyzer və Bikmor modeli transkripsiya fabriklərini bölüşmək üçün xromosom ərazilərindən yaranan və nüvə məkanında genişlənən nəhəng xromatin döngələrinin funksional əhəmiyyətini vurğulayır. Bu halda hər ikisi cis-trans- dekondensasiya olunmuş xromatinin ilmələri eyni transkripsiya fabriki tərəfindən birgə ifadə edilə və birgə tənzimlənə bilər.

    4. Xromatin polimer modelləri geniş diapazonlu xromatin döngəsi ölçülərini qəbul edin və genomik lokuslar və xromosom əraziləri arasında müşahidə olunan məsafələri, həmçinin verilmiş lokuslar arasında təmasların yaranma ehtimallarını proqnozlaşdırın. Bu modellər nüvə təşkilatını başa düşmək üçün entropiyanın əhəmiyyətini vurğulayan fizikaya əsaslanan yanaşmaları tətbiq edir. Üç mümkün homopolimer vəziyyətinə əsaslanan strukturlara malik konformasiyalı xromatin ansambllarının mövcudluğunu təklif etməklə, bu modellər həm də son tədqiqatlardan sonra şübhə altına alınan ənənəvi 30 nm xromatin lifinə alternativ strukturlar təqdim edir.

    Bu təsvir edilmiş modelləri dəstəkləmək üçün eksperimental sübutların olmaması ilə yadda saxlamaq lazımdır ki, onlar yalnız aralıq xromatin strukturlarının struktur və kimyəvi xassələrini fərziyyə etməyə və cavabsız sualları vurğulamağa xidmət edir. Məsələn, xromatin hərəkətinin sürətinə və dərəcəsinə nəzarət etmək üçün mövcud mexanizmlər hələ də müəyyən edilməmişdir.

    Yuxarıya qayıt

    Telomer strukturları

    Xətti xromosomların uclarında telomer adlanan DNT-nin ixtisaslaşmış bölgələri yerləşir (Şəkil 4.17). Bu bölgələrin əsas funksiyası hüceyrəyə telomeraz fermentindən istifadə edərək xromosom uclarını təkrarlamağa imkan verməkdir, çünki normal olaraq DNT-ni təkrarlayan fermentlər xromosomların həddindən artıq 3′ uclarını kopyalaya bilmirlər. Bu xüsusi xromosom qapaqları həmçinin DNT uclarını qorumağa kömək edir və hüceyrədəki DNT təmir sistemlərinin onları düzəldilməli olan zədə kimi qəbul etmələrini dayandırır. İnsan hüceyrələrində telomerlər adətən sadə TTAGGG ardıcıllığının bir neçə min təkrarını ehtiva edən tək zəncirli DNT uzunluqlarıdır.

    DNT replikasiyası zamanı ikiqat zəncirli DNT açılır və DNT polimeraza yeni zəncirləri sintez edir. Bununla belə, DNT polimeraza bir istiqamətli şəkildə (5'-dən 3'-ə qədər) hərəkət etdiyi üçün yalnız aparıcı zəncir davamlı olaraq təkrarlana bilər. Geridə qalan zəncir vəziyyətində, DNT replikasiyası kəsilir. İnsanlarda kiçik RNT primerləri geridə qalan DNT zəncirinə bağlanır və DNT təxminən 100-200 nukleotiddən ibarət kiçik hissələrdə sintez olunur ki, bunlara Okazaki fraqmentləri deyilir. RNT primerləri çıxarılır, DNT ilə əvəz olunur və Okazaki fraqmentləri bir-birinə bağlanır. Geridə qalan zəncirinin sonunda RNT primerini yapışdırmaq mümkün deyil, yəni hüceyrə hər bölündükdə az miqdarda DNT itiriləcək. Bu "son replikasiya problemi" hüceyrə üçün ciddi nəticələrə malikdir, çünki bu, genetik məlumatın itirilməsi ilə DNT ardıcıllığının düzgün şəkildə təkrarlana bilməyəcəyi deməkdir.

    Bunun qarşısını almaq üçün xromosomların sonunda telomerlər yüzlərlə, minlərlə dəfə təkrarlanır. Hüceyrə bölünməsi hər dəfə baş verdikdə, telomerik ardıcıllığın kiçik bir hissəsi son replikasiya problemi ilə itirilir və bununla da genetik məlumat qorunur. Bir nöqtədə telomerlər kritik dərəcədə qısa olur. Bu aşınma hüceyrənin bölünə bilmədiyi hüceyrə qocalmasına və ya apoptotik hüceyrə ölümünə səbəb olur. Telomerlər Hayflick limitinin əsasını təşkil edir, hüceyrənin qocalığa çatmadan neçə dəfə bölünə biləcəyini göstərir.

    Telomerlər telomerlərin uzunluğunu uzadan telomeraz fermenti tərəfindən bərpa oluna bilər (Şəkil 4.17). Telomeraz aktivliyi immunitet sisteminin kök hüceyrələri və limfosit hüceyrələri kimi müntəzəm bölünməyə məruz qalan hüceyrələrdə tapılır. Telomerlər, Telomerlərin Alternativ Uzadılması (ALT) yolu ilə də uzadıla bilər. Bu vəziyyətdə telomerlər uzadılmaq əvəzinə, homoloji rekombinasiya yolu ilə xromosomlar arasında keçid edilir. Telomerlərin dəyişdirilməsi nəticəsində bir qız hüceyrəsi daha qısa telomerlərə, digər dəstdə isə daha uzun telomerlərə sahib olacaq.

    Telomer uzadılmasının mənfi tərəfi, nəzarətsiz hüceyrə bölünməsi və xərçəng potensialıdır. Xərçəng hüceyrələrinin əksəriyyətində anormal yüksək telomeraz aktivliyi aşkar edilmişdir və telomeraz olmayan şişlər tez-tez ALT yolunun aktivləşməsini nümayiş etdirirlər. Genetik məlumatı itirmə potensialı ilə yanaşı, qısa telomerləri olan hüceyrələr xromosomların düzgün olmayan rekombinasiyası üçün yüksək risk altındadır, bu da genetik qeyri-sabitliyə və aneuploidiyaya (anormal sayda xromosom) səbəb ola bilər.

    Şəkil 4.17 Telomer strukturu. (A) Telomerlər xromosomların sonunda yerləşir və burada replikasiya zamanı DNT itkisindən qorunmağa kömək edir. (B) Telomerlərin təkrarlanması ilə əmələ gələn DNT dördlü. DNT onurğasının ilməli konformasiyası tipik DNT sarmalından çox fərqlidir. Mərkəzdəki yaşıl kürələr kalium ionlarını təmsil edir.

    Quaninlə zəngin olan bu telomer ardıcıllıqları digər DNT molekullarında olan adi baza cütləri deyil, dörd əsas vahiddən ibarət yığılmış dəstlərin strukturlarını formalaşdırmaqla xromosom uclarını sabitləşdirə bilər (Şəkil 4.17). Burada dörd guanin bazası düz bir boşqab meydana gətirir və bu düz dörd əsaslı vahidlər daha sonra sabit G-dördbucaqlı struktur yaratmaq üçün bir-birinin üstünə yığılır. Bu strukturlar bazaların kənarları arasında hidrogen bağlanması və hər dörd əsas vahidin mərkəzində bir metal ionunun şelasiyası ilə sabitləşir. Digər strukturlar da yaradıla bilər ki, dörd əsasdan ibarət mərkəzi dəst ya əsasların ətrafında bükülmüş bir ipdən, ya da hər biri mərkəzi quruluşa bir baza töhfə verən bir neçə müxtəlif paralel teldən gəlir.

    Bu yığılmış strukturlara əlavə olaraq, telomerlər də telomer ilmələri və ya T-halqaları adlanan böyük ilmə strukturları meydana gətirirlər. Burada tək zəncirli DNT telomer bağlayan zülallar tərəfindən sabitləşən uzun bir dairədə qıvrılır. T-halqasının ən sonunda, tək zəncirli telomer DNT, telomer zəncirinin köməyi ilə cüt zəncirli DNT bölgəsində tutulur və iki zəncirli DNT-ni və iki zəncirdən birinə əsas cütləşməsini pozur. Bu üç zəncirli quruluş yerdəyişmə döngəsi və ya D-halqası adlanır.

    Yuxarıya qayıt

    4.3 İnsan genomunun ardıcıllığı

    İnsanlarda hər hüceyrə normal olaraq 23 cüt xromosom ehtiva edir, cəmi 46. Bu cütlərdən iyirmi ikisi adlanır. autosomlar, həm kişilərdə, həm də qadınlarda eyni görünür. 23-cü cüt, cinsi xromosomlar, kişilər və qadınlar arasında fərqlənir. Qadınlarda X xromosomunun iki nüsxəsi, kişilərdə isə bir X və bir Y xromosomu var (Şəkil 4.18). Hər növün özünəməxsus xromosom tamamlayıcısı var. Məsələn, toyuqlarda 39 cüt xromosom (cəmi 78), 38 otosomal cüt və bir cüt cinsi xromosom (Z və W) var. Bu növdə ZW toyuqları dişi, ZZ toyuqları isə erkəkdir.

    İnsan genomunun ümumi uzunluğu 3 milyard baza cütündən çoxdur. İnsan genomunun ümumi uzunluğu 3 milyard baza cütündən çoxdur. Genom həmçinin mitoxondrial DNT-ni də əhatə edir (Şəkil 4.12).

    Şəkil 4.18 DNT Karyotipi. 22 autosom ölçüsünə görə nömrələnir. Digər iki xromosom X və Y cinsi xromosomlardır. İnsan xromosomlarının cüt-cüt düzülmüş bu şəkli a adlanır karyotip. Karyotipləradətən ağ qan hüceyrələrindən hər bir xromosom üçün xarakterik struktur xüsusiyyətləri aşkar edən standart boyama prosedurlarından istifadə etməklə hazırlanır.

    İlk insan genomu ardıcıllığı 2001-ci ilin fevralında İnsan Genomu Layihəsi və Celera Korporasiyası tərəfindən demək olar ki, tam qaralama formada nəşr edilmişdir. 2004-cü ildə İnsan Genomu Layihəsinin sekvensləmə səylərinin tamamlandığı elan edilmiş, layihə genom ardıcıllığının nəşri ilə. İnsan genomu layihəsi üzərində işləyən tədqiqatçılar insan genomunu üç əsas yolla deşifrə etdilər: genomumuzdakı bütün əsasların sırasını və ya “ardıcıllığını” müəyyən etmək, “genomun əsas hissələri üçün genlərin yerlərini göstərən xəritələr hazırlamaq”. bütün xromosomlarımız və irsi xüsusiyyətlərin (məsələn, genetik xəstəliklər üçün olanlar) nəsillər boyu izlənilə biləcəyi əlaqə xəritələri adlanan şeyi istehsal edir.

    Tam genom ardıcıllığının əldə edilməsindən əvvəl insan genlərinin sayının təxminləri 50.000 ilə 140.000 arasında dəyişirdi (bu təxminlərə zülal kodlaşdıran genlərin daxil olub-olmaması ilə bağlı bəzən qeyri-müəyyənlik var). Genom ardıcıllığının keyfiyyəti və zülal kodlaşdıran genləri müəyyən etmək üsulları yaxşılaşdıqca, tanınmış protein kodlaşdıran genlərin sayı 19.000-20.000-ə qədər azaldı. Bununla belə, zülalları kodlaşdırmayan tənzimləyici RNT-ləri ifadə edən genlərin oynadığı rolun daha dolğun başa düşülməsi genlərin ümumi sayını ən azı 46.831-ə, üstəgəl daha 2300 mikro-RNT geninə çatdırdı. 2012-ci ilə qədər nə RNT, nə də zülalları kodlaşdıran funksional DNT elementləri də qeyd olundu. Zülal kodlayan ardıcıllıqlar genomun yalnız çox kiçik bir hissəsini (təxminən 1,5%) təşkil edir, qalan hissəsi isə kodlaşdırılmayan RNT genləri, tənzimləyici DNT ardıcıllığı, uzun kəsişən nukleotid elementləri (Xətlər), qısa kəsişən nukleotid elementləri (SINE) ilə əlaqələndirilir. ), intronlar və hələ heç bir funksiyası müəyyən edilməmiş ardıcıllıqlar.

    Xatırladaq ki, a genfunksiyası olan bir molekulu kodlayan DNT və ya RNT-də nukleotidlərin ardıcıllığı kimi müəyyən edilir. Gen ifadəsi zamanı DNT əvvəlcə RNT-yə kopyalanır. RNT birbaşa funksional ola bilər və ya bir funksiyanı yerinə yetirən bir zülal üçün ara şablon ola bilər. Gen quruluşugen daxilində ixtisaslaşmış ardıcıllıq elementlərinin təşkilidir (Şəkil 4.19). Genlər canlı hüceyrələrin yaşaması və çoxalması üçün lazım olan məlumatları ehtiva edir. DNT şablonundan RNT istehsalına gətirib çıxaran transkripsiya prosesləri və messencer RNT (mRNA) ardıcıllığından zülal istehsal edən tərcümə gen daxilindəki xüsusi ardıcıllıq elementləri və ya bölgələri tərəfindən idarə olunur. Buna görə də hər bir gen funksional olması üçün bir neçə ardıcıl element tələb edir. Buraya funksional zülal və ya ncRNA-nı faktiki kodlaşdıran ardıcıllıq, həmçinin çoxsaylı tənzimləyici ardıcıllıq bölgələri daxildir. Bu bölgələr bir neçə baza cütü qədər qısa, minlərlə baza cütü uzunluğunda ola bilər.

    Gen quruluşunun çox hissəsi eukariotlar və prokaryotlar arasında oxşardır. Bu ümumi elementlər, əsasən, təqribən 3,8 milyard illik təkamülü olan orqanizmlərdə hüceyrə həyatının ümumi əcdadından irəli gəlir. Eukariotlar və prokaryotlar arasında gen strukturunda əsas fərqlər onların fərqli transkripsiya və tərcümə mexanizmlərini əks etdirir. Gen quruluşunu anlamaq, gen annotasiyasını, ifadəsini və funksiyasını başa düşməyin əsasını təşkil edir.

    Şəkil 4.19. Eukaryotik gen ifadəsi prosesi. Üst mavi panel eukaryotik genlər üçün ümumi olan struktur elementləri göstərir. Gen transkripsiyası prosesi post-translationally dəyişdirilməli olan bir mesajçı RNT (mRNA) molekulu istehsal edir, boz panel, kodlaşdırılmayan intron ardıcıllıqlarını silmək və 5′-CAP və Poly-A-Tail bölmələrini əlavə etmək üçün. Yetkin mRNT nüvədən sitoplazmaya daşınır, burada ribosom tərəfindən protein ardıcıllığına çevrilir, qırmızı panel.

    Həm eukaryotik, həm də prokaryotik genlərin strukturları bir neçə yuvalanmış ardıcıllıq elementlərini əhatə edir. Hər bir element gen ifadəsinin çox mərhələli prosesində xüsusi funksiyaya malikdir. Bu elementlərin ardıcıllığı və uzunluqları müxtəlifdir, lakin eyni ümumi funksiyalar əksər genlərdə mövcuddur. DNT ikiqat zəncirli molekul olsa da, adətən zəncirlərdən yalnız biri RNT polimerazının zülal kodlayan mRNT və ya kodlaşdırmayan RNT istehsal etmək üçün oxuduğu məlumatı kodlayır. Bu ‘sense’ və ya ‘kodlaşdırma’ zəncir, 5′-dən 3′-yə qədər istiqamətdə işləyir, burada rəqəmlər onurğanın riboza şəkərinin karbon atomlarına istinad edir. The açıq oxu çərçivəsi Buna görə də bir genin (ORF) adətən hiss zəncirinin oxunduğu istiqaməti göstərən ox kimi təmsil olunur.

    Tənzimləyici ardıcıllıqlar genlərin ekstremitələrində yerləşir. Bu ardıcıllıq bölgələri ya transkripsiya edilmiş bölgənin yanında ola bilər (təbliğatçısı) və ya bir çox kilobaza ilə ayrılır (gücləndiricilər və səsboğucular). Promotor genin 5′ sonunda yerləşir və a-dan ibarətdir əsas promotor ardıcıllığı və a proksimal promotor ardıcıllığı. The əsas promouterDNT-ni RNT-yə köçürmək üçün lazım olan RNT polimerazı və digər zülalları bağlayaraq transkripsiyanın başlanğıc yerini qeyd edir. The proksimal promotor bölgə əsas promotorun RNT polimeraza yaxınlığını dəyişdirən transkripsiya faktorlarını bağlayır. Genlər aktivator və ya repressor zülallarını bağlayaraq promotorların fəaliyyətini daha da dəyişdirən çoxsaylı gücləndirici və səsboğucu ardıcıllıqla tənzimlənə bilər. Gücləndiricilər və səsboğucular gendən, minlərlə baza cütlüyündən uzaqda yerləşə bilər. Müxtəlif transkripsiya faktorlarının bağlanması, buna görə də, müxtəlif vaxtlarda və müxtəlif hüceyrələrdə transkripsiyanın başlama sürətini tənzimləyir.

    Tənzimləyici elementlər bir-biri ilə üst-üstə düşə bilər, DNT-nin bir hissəsi bir çox rəqabət aparan aktivatorlar və repressorlar, eləcə də RNT polimeraza ilə qarşılıqlı əlaqədə ola bilər. Məsələn, bəzi repressor zülalları polimerazanın bağlanmasının qarşısını almaq üçün nüvə promotoruna bağlana bilər. Çoxlu tənzimləyici ardıcıllığı olan genlər üçün transkripsiya sürəti bütün elementlərin birləşmiş məhsuludur. Aktivatorların və repressorların çoxsaylı tənzimləyici ardıcıllıqla bağlanması transkripsiyanın başlanmasına kooperativ təsir göstərir.

    Protein kodlaşdıran genlər üçün əlavə bir tənzimləmə təbəqəsi mRNT-ni zülala çevrilməyə hazırlamaq üçün emal edildikdən sonra meydana gəlir. Yalnız başlanğıc və dayanma kodonları arasındakı bölgə son protein məhsulunu kodlayır. Yan tərəfdəki tərcümə olunmamış bölgələr (UTRs) əlavə tənzimləyici ardıcıllıqları ehtiva edir. 3′ UTR transkripsiya üçün son nöqtəni qeyd edən və RNT polimerazanı buraxan terminator ardıcıllığını ehtiva edir. 5' UTR ribosomu bağlayır, zülal kodlayan bölgəni son protein məhsulunu yaratmaq üçün qatlanan amin turşuları silsiləsinə çevirir. Kodlaşdırmayan RNT-lər üçün genlər vəziyyətində RNT tərcümə edilmir, əksinə birbaşa funksional olmaq üçün bükülür.

    Eukaryotik genlərin quruluşuna prokaryotlarda rast gəlinməyən xüsusiyyətlər daxildir. Bunların əksəriyyəti zülala çevrilməyə hazır yetkin mRNT yaratmaq üçün pre-mRNA-ların post-transkripsiya modifikasiyası ilə əlaqədardır. Eukaryotik genlər adətən prokaryotlarla müqayisədə gen ifadəsini idarə etmək üçün daha çox tənzimləyici elementlərə malikdir. Bu, xüsusilə çoxhüceyrəli eukariotlara aiddir, burada gen ifadəsi müxtəlif toxumalar arasında geniş şəkildə dəyişir.

    Eukaryotik genlərin quruluşunun əsas xüsusiyyəti onların transkriptlərinin adətən aşağıdakılara bölünməsidir. ekzonintronbölgələr. Ekson bölgələri mRNT-nin kodlayıcı hissəsidir və son yetkin mRNT molekulunda saxlanılır, intron bölgələri kodlaşdırılmır və transkripsiyadan sonrakı emal zamanı kəsilir (eksizlənir). Həqiqətən, bir genin intron bölgələri ekzon bölgələrindən xeyli uzun ola bilər. Bir-birinə birləşdirildikdən sonra ekzonlar vahid davamlı zülal kodlaşdırma bölgəsini meydana gətirir və birləşmə sərhədləri aşkar edilmir. Eukaryotik transkripsiyadan sonrakı emal həmçinin mRNT-nin başlanğıcına 5′ qapaq və mRNT-nin sonuna poliadenozin quyruğu (poli-A-quyruq) əlavə edir. Bu əlavələr mRNT-ni sabitləşdirir və onun nəqlini nüvədən sitoplazmaya yönəldir.

    Prokaryotik genlərin ümumi təşkili eukariotlarınkından əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənir. Ən bariz fərq, prokaryotik ORF-lərin tez-tez a adlanan bir quruluşda qruplaşdırılmasıdır polikistronik operontənzimləyici ardıcıllıqların ümumi dəstinin nəzarəti altında (Şəkil 4.20). Bu ORF-lərin hamısı eyni mRNT-yə transkripsiya edilir və buna görə də birgə tənzimlənir və tez-tez əlaqəli funksiyaları yerinə yetirir. Hər bir ORF adətən öz ribosom bağlama sahəsinə (RBS) malikdir ki, ribosomlar eyni mRNT-də müxtəlif ORF-ləri eyni vaxtda tərcümə etsinlər. Bəzi operonlar həmçinin operon daxilində çoxsaylı ORF-lərin tərcümə sürətlərinin əlaqələndirildiyi tərcümə birləşməsini də nümayiş etdirirlər. Bu, ribosom bir ORF-nin sonunda bağlı qaldıqda və yeni RBS-ə ehtiyac olmadan sadəcə olaraq digərinə keçdikdə baş verə bilər. ORF-nin tərcüməsi RNT-nin ikincil strukturunda dəyişikliklər vasitəsilə növbəti RBS-nin əlçatanlığına təsir etdikdə də translational birləşmə müşahidə olunur. Tək mRNT-də çoxlu ORF-nin olması yalnız prokaryotlarda mümkündür, çünki onların transkripsiyası və tərcüməsi eyni vaxtda və eyni hüceyrəaltı yerdə baş verir.

    Şəkil 4.20 Prokaryotik genlərin ifadəsi prosesi. Üst mavi panel tipik prokaryotik polikistronik operonun təşkilini göstərir, burada çoxlu genlər ümumi tənzimləyici elementlərlə tənzimlənir və tək mRNT kimi transkripsiya edilir. Eukaryotik sistemlərdən fərqli olaraq, nəticədə mRNT və zülal tərcüməsində post-translational modifikasiya çox azdır və ya heç yoxdur. qırmızı panel, tez-tez transkripsiya tamamlanmamışdan əvvəl baş verir.

    The operator ardıcıllığı promotorun yanında prokaryotlarda əsas tənzimləyici elementdir. Operator ardıcıllığına bağlı olan repressor zülalları RNT polimeraza fermentini fiziki olaraq maneə törədir, transkripsiyaya mane olur. Riboswitchlər prokaryotik UTR-lərdə tez-tez mövcud olan digər mühüm tənzimləyici ardıcıllıqdır. Bu ardıcıllıqlar əsas metabolitlərin konsentrasiyasından asılı olaraq RNT-də alternativ ikincili strukturlar arasında keçid edir. İkinci dərəcəli strukturlar daha sonra ribosomal bağlanma yerləri kimi mühüm ardıcıllıq bölgələrini bloklayır və ya aşkar edir. İntronlar prokaryotlarda olduqca nadirdir və buna görə də prokaryotik genlərin tənzimlənməsində əhəmiyyətli rol oynamır.


    DNT və RNT arasındakı oxşarlıqlar:

    Aydındır ki, hər ikisi nuklein turşusu adlanan makromolekullar sinfindəndir və genetik materialdır.

    Hər ikisi beş karbon-pentoza şəkər, fosfat və azotlu əsaslardan ibarətdir.

    Hər ikisi tək bir nukleotid vahidindən və ya monomerlərdən ibarət polinükleotid zəncirləridir.

    Hər iki biomolekul polimeraza fermenti tərəfindən sintez olunur.

    Praktiki olaraq, həm DNT, həm də RNT spirt istifadə edərək çökdürülə bilər.

    DNT nukleotidlərdən ibarət olan və yer üzündəki bütün canlı orqanizmlərdə mövcud olan irsi vahiddir. DNT-nin funksional vahidinə gen deyilir, gen allellərinin alternativ forması xromosomlarda yerləşir.

    Sağ əlli simmetriyaya malik B-formalı DNT, demək olar ki, bütün orqanizmlərdə daha çox rast gəlinir.

    Bütün DNT-nin bütün haploid dəsti genom adlanır, bizim genomumuz təxminən 3,2 milyard əsas cütü ehtiva edir.

    RNT tək zəncirli nuklein turşusu molekullarıdır, həmçinin şəkər, fosfat və azotlu əsaslardan ibarətdir. Uzun bir amin turşusu zəncirini kodlayan DNT-dən transkripsiya edilmiş mRNT.

    RNT-də timin əvəzinə urasil var və RNT polimeraza ilə sintez olunur.

    Bundan əlavə, RNT retroviruslar adlanan bəzi viruslarda genetik materialdır.


    DNT ikiqat sarmal

    DNT-nin ikiqat spiralı, tamamlayıcı azot əsaslarını əhatə edən şəkər və fosfat onurğası ilə bükülmüş bir pilləkən kimi görünür.

    Öyrənmə Məqsədləri

    DNT-nin quruluşunu təsvir edin

    Əsas Çıxarışlar

    Əsas Nöqtələr

    • DNT-nin quruluşu bükülmüş pilləkənə bənzəyən ikiqat spiral adlanır.
    • Şəkər və fosfat onurğa sütununu təşkil edir, azot əsasları isə mərkəzdə yerləşir və iki ipi bir yerdə saxlayır.
    • Azot əsasları yalnız müəyyən bir şəkildə cütləşə bilər: T ilə cütləşmə və C ilə G cütləşməsi. Buna deyilir baza cütləşməsi.
    • Səbəbiylə baza cütləşməsi, DNT zəncirləridir tamamlayıcı bir-birinə, əks istiqamətlərdə axır və antiparalel iplər adlanır.

    Əsas Şərtlər

    • mutasiya: DNT-nin replikasiyası zamanı baza cütləşməsində hər hansı bir səhv
    • şəkər-fosfat onurğası: DNT monomerləri arasında güclü kovalent bağlar yaradan nərdivanın xarici dəstəyi.
    • baza cütləşməsi: DNT əsaslarının bir-birinə düzülməsi və bir-birinə bağlanmasının xüsusi yolu A həmişə T ilə və G həmişə C ilə.

    DNT ikiqat sarmaldır: Doğma DNT antiparalel ikiqat sarmaldır. Fosfat onurğası (əyri xətlərlə göstərilir) xaricdə, əsasları isə içəridədir. Bir zəncirdən olan hər bir əsas, əks zəncirdən bir baza ilə hidrogen bağı vasitəsilə qarşılıqlı təsir göstərir.

    İkiqat sarmal strukturu

    DNT iki spiral quruluşa malikdir, şəkər və fosfat spiralın xarici tərəfində DNT-nin şəkər-fosfat əsasını təşkil edir. Azotlu əsaslar daxili hissədə cüt-cüt yığılır, pilləkən pillələri kimi cütlər bir-birinə hidrogen bağları ilə bağlanır. Spiralın iki teli əks istiqamətlərdə axır. Bu antiparalel oriyentasiya DNT replikasiyası və bir çox nuklein turşusu qarşılıqlı əlaqəsi üçün vacibdir.

    Baza cütləri

    Yalnız müəyyən növ əsas cütləşməyə icazə verilir. Bu, Adeninin Timinlə, Quaninin Sitozinlə cütləşməsi deməkdir. Bu, əsas tamamlayıcı qayda kimi tanınır, çünki DNT zəncirləri bir-birini tamamlayır.

    Bir ipin ardıcıllığı AATTGGCC olarsa, tamamlayıcı zəncir TTAACCGG ardıcıllığına sahib olacaqdır.

    Antiparalel iplər: İkiqat zəncirli DNT molekulunda iki zəncir bir-birinə antiparalel olur ki, biri digərinə nisbətən tərs olur. Fosfat onurğası kənarda, əsasları isə ortada yerləşir. Adenin timinlə hidrogen bağları (və ya əsas cütləri), sitozinlə isə guanin əsas cütləri əmələ gətirir.

    DNT replikasiyası

    DNT replikasiyası zamanı hər bir zəncir kopyalanır, nəticədə bir valideyn DNT zəncirindən və yeni sintez edilmiş zəncirdən ibarət qız DNT ikiqat sarmal yaranır. Bu zaman mutasiya baş verə bilər. Mutasiya azot əsaslarının ardıcıllığının dəyişməsidir. Məsələn, AATTGGCC ardıcıllığında mutasiya ikinci T-nin G-yə dəyişməsinə səbəb ola bilər. Çox vaxt bu baş verəndə DNT özünü düzəltməyə və orijinal bazanı ardıcıllığa qaytarmağa qadirdir. Ancaq bəzən təmir uğursuz olur, nəticədə müxtəlif zülallar yaranır.


    Şəkil 8.4. Meyoz zamanı rekombinasiya nəsillərdə yeni allel birləşmələri yaradır. Bir homoloji cüt xromosom "dörd zəncirli" mərhələdən başlayaraq təsvir edilmişdir. Hər bir xətt xromatiddə dupleks DNT molekuludur. Atadakı iki xromosom (ata tərəfdən baba və nənədən miras qalmış) mavi və yaşıl, anadakı homoloji xromosomlar (ana baba və babadan miras qalmış) qəhvəyi və çəhrayıdır. Bütün xromosomlarda A, B və C genləri var, fərqli nömrələr fərqli allellərə aiddir. Bu təsvirdə, kişi cinsi hüceyrələrinin inkişafı zamanı xromosomun qısa qolunda krossover C geninin 4-cü allelini A geninin 1-ci allel və B geninin 2-ci alleli ilə, eləcə də qarşılıqlı düzülüşlə əlaqələndirir. Xromosomun uzun qolundakı krossover qadın germ hüceyrəsinin inkişafı üçün təsvir edilmişdir və yeni birləşməni A3, B3 və C1 edir. Uşaq yeni A1B2C4 və A3B3C1 xromosomlarına sahib ola bilər. Qeyd edək ki, bu birləşmələrin heç biri ata və ya anada olmayıb.

    Vaxt keçdikcə rekombinasiya bir lokusdakı allelləri əlaqəli lokusdakı allellərdən ayıracaqdır. Nəsillər boyu bir xromosom sabit deyil, əksinə, "mayedir" və çoxlu müxtəlif allel birləşmələrinə malikdir. Bu, qeyri-funksional (daha az funksional) allellərin populyasiyadan təmizlənməsinə imkan verir. Əgər rekombinasiya baş verməsəydi, onda bir zərərli mutant allel bütün xromosomun populyasiyadan çıxarılmasına səbəb olardı. Bununla belə, rekombinasiya ilə mutant alleli həmin xromosomdakı digər genlərdən ayırmaq olar. Daha sonra mənfi seçim populyasiyadan bir genin qüsurlu allellərini çıxara bilər, eyni zamanda yalnız mutant genlə sıx əlaqədə olan genlərin allellərinin tezliyinə təsir göstərir. Əksinə, genlərin nadir faydalı allelləri yaxınlıqdakı genlərin hər hansı potensial zərərli mutant allelləri ilə geri dönməz şəkildə əlaqələndirilmədən populyasiyada sınaqdan keçirilə bilər. Bu, mutasiya üçün effektiv hədəf ölçüsünü bütün xromosomun deyil, bir genin ölçüsünə yaxın saxlayır.

    Göbələklərdə rekombinasiyadan heteroduplekslərin sübutu

    Rekombinasiyanın baş vermə mexanizmi ilk növbədə göbələklərdə, məsələn, qönçələnmə mayalarında tədqiq edilmişdir. Saccharomyces cerevisiae və filamentli göbələk ascomycetes, və bakteriyalarda. Göbələklər mayoz keçir və buna görə də onların rekombinasiya sistemlərinin bəzi aspektləri bakteriyadan daha çox bitki və heyvanlarınkına bənzəyir. Bununla birlikdə, bakteriyalarda rekombinasiyanın genetik və biokimyəvi tədqiqatları ilə aşkar edilən fermentativ funksiyaların eukaryotik orqanizmlərdə də qarşılıqları olduğu sübut olunur. Biz rekombinasiya modelləri üçün əsasən göbələklərdə, fermentativ yollar üçün isə bakteriyalarda aparılan tədqiqatlara istinad edəcəyik.

    Rekombinasiya mexanizminə dair bir çox mühüm fikirlər göbələklərdə aparılan tədqiqatlardan əldə edilmişdir. Əsas müşahidələrdən biri odur ki, rekombinasiya heterodupleks bölgəsinin formalaşması ilə baş verir, yəni rekombinasiya məhsullarında bir xromosomdan bir zəncir və digər xromosomdan tamamlayıcı zəncir olan bir bölgə var. Beləliklə, rekombinasiya iki fərqli molekulun rekombinant DNT texnologiyası ilə birləşməsindən fərqli olaraq sadə kəsmə və yapışdırma əməliyyatı deyil. İki rekombinasiya edən molekul birləşərək uzunluqlarının bir hissəsində hibrid və ya heterodupleks əmələ gətirir.

    Filamentli göbələklərin anatomiyası və fiziologiyası Ascomycetes rekombinasiya zamanı əmələ gələn bu heterodupleksi müşahidə etməyə imkan verir. Meyoz keçirən bir hüceyrə 4n xromosom komplementi ilə başlayır (yəni diploid sayı iki dəfə çoxdur) və dörd haploid hüceyrə meydana gətirmək üçün iki dövrə hüceyrə bölünməsindən keçir. Göbələklərdə bu haploid mikrob hüceyrələri spordur və onlar birlikdə askusda olur. Meyozun dörd məhsulunun fenotipini araşdırmaq üçün onlar parçalanma yolu ilə ayrıla və fərdi şəkildə örtülə bilər. Buna deyilir tetrad analizi .

    Göbələk Ascomycetes bir addım da irəli gedir. Meioz tamamlandıqdan sonra germ hüceyrələri daha bir təkrarlama və mitoz dövrünü keçir. Bu, meyotik məhsullardakı hər bir DNT dupleksinin hər bir fərdi polinükleotid zəncirini (yaxud nuklein turşusu biokimyasında istifadə edilən mənada "zəncir") ayrıca spora ayırır. Askusdakı səkkiz spor dörd homoloji xromosomdakı səkkiz polinükleotid zəncirinin hər birinin genetik tərkibini əks etdirir. (Hər bir homoloji xromosomdakı iki bacı xromatid meiozdan sonra iki xromosoma çevrilir və hər bir xromosom iki polinükleotid zəncirinin dupleksidir.)

    Ascusdakı səkkiz sporun sırası Ascomycetes sporların homoloji xromosomlardan nəslini əks etdirir. Şəkil 8.5-də göstərildiyi kimi, bir homoloji xromosomda “mavi” alleli və digərində “qırmızı” alleli olan heterozigot normal olaraq dörd “mavi” spor və dörd “qırmızı” spor əmələ gətirir. Eyni fenotipə malik olan dörd spor bir homoloji xromosomdan əldə edilmişdir və askusda bir-birinə bitişikdir. Buna a deyilir 4:4 valideyn nisbəti , yəni heterozigotun valideyninin fenotiplərinə münasibətdə.

    Heterodupleksin əmələ gəlməsinin sübutu normal 4:4 nisbətindən sapmalardan irəli gəlir. Bəzən a 3:5 valideyn nisbəti müəyyən bir genetik marker üçün görünür. Bu, bir allelin bir polinükleotid zəncirinin itirildiyini (askusda müvafiq fenotipə malik 4-1=3 sporun verilməsi) və digər allelin polinükleotid zənciri ilə əvəz edildiyini (müvafiq fenotipə malik 4+1=5 sporun verilməsi) göstərir. ). Şəkil 8.5-də göstərildiyi kimi, bu, 3 mavi spor və 5 qırmızı spordur. Bu geni ehtiva edən xromosomun seqmenti iki allelin hər birindən bir zəncirlə heterodupleks idi. Bu göbələkdə meyozdan sonra təkrarlanma və mitoz dövrü iki zənciri örtük analizində fərqli bir fenotip yaradan iki allele ayırmağa imkan verir. Beləliklə, bu 3:5 nisbətindən qaynaqlanır post-meyotik seqreqasiya müxtəlif allellərin iki zəncirindən. Bu göbələkdə heterodupleks bölgəsi örtük analizi ilə birbaşa müşahidə edilə bilər.

    Heterodupleks bölgəsi xromosomlar arasında rekombinasiya ilə əlaqələndirilir. Digər genlər Şəkil 8.5-də göstərilən heterodupleks bölgəsini əhatə edir. Bir çox hallarda, bu cinah genlərinin allellərinin düzülüşü valideyn xromosomlarında olandan dəyişərək rekombinasiyanı əks etdirir. Məsələn, heterodupleks bölgəsi solda A geni və sağda C geni ilə əhatə olunmuş B genində olsun. Hər bir genin mavi alleli və qırmızı alleli var, valideyn xromosomlarını AbBbCb və ArBrCr edir. Üçüncü və dördüncü sporlarda (heterodupleksli xromosomdan əldə edilən) A və C genləri (B-yə əlavə olaraq) tərəfindən təyin olunan fenotiplərə nəzarət edilsəydi, onlar AbBbCr və AbBrCr qeyri-parental xromosomların fenotiplərini görərdilər. Flanking markerlərindəki bu dəyişiklik (gen A və C) rekombinasiyanı əks etdirir. Beləliklə, heterodupleks rekombinasiyaya məruz qalmış markerlər arasında tapıla bilər.

    Digər markerlər 2:6 valideyn nisbətini göstərə bilər. Bu o deməkdir ki, allellərdən biri (şək. 8.5-də əvvəllər mavi) adlanan prosesdə digər allele (indi qırmızı) dəyişdirilib. gen çevrilməsi . Bu, rekombinasiya səbəbindən dəyişdirilmiş cinah işarələri arasında baş verə bilər. Beləliklə, heterodupleks kimi, gen çevrilmə bölgəsi rekombinasiya ilə əlaqələndirilir. Rekombinasiya üçün modellər hər iki fenomeni təklif olunan mexanizmə daxil etməlidir.

    Şəkil 8.5. Meyoz zamanı sporlar əmələ gəlir Ascomycetes valideyn DNT zəncirlərinin genetik tərkibini əks etdirir. 4n vəziyyətində olan dörd homoloji xromosom, hər DNT zənciri üçün bir xətt olmaqla, dupleks DNT molekulları kimi göstərilir. İki bacı xromatidi mavi və iki bacı xromatidi qırmızıdır ki, bu da onların xromosom boyunca xüsusi genlər üçün örtük analizində fərqlənmə qabiliyyətini əks etdirir. Meyoz dörd homoloji xromosomun hər birini fərqli bir hüceyrəyə yerləşdirir və bu növdə onu təkrarlama və mitoz izləyir ki, səkkiz sporun hər biri (askusu təmsil edən uzunsov ellipsdəki dairələr) hər birinin genetik tərkibinə malikdir. meiosis nəticəsində dörd xromosomda səkkiz DNT zənciri (hər bir xromosomda iki tamamlayıcı zəncir). Heterodupleks bölgəsi postmeyotik seqreqasiyadan sonra 3:5 valideyn nisbəti kimi görünə bilər. Gen çevrilmə bölgəsi 2:6 valideyn nisbəti kimi görünə bilər.

    Sual 8.3. Təsəvvür edin ki, siz 8 spora bənzər göbələk əmələ gətirən bir göbələk öyrənirsiniz Ascomycetes , burada meiozun məhsulları əlavə təkrarlanma və mitoz dövrünü tamamlayır. Siz markerlər üçün homoziyalı olan valideyni cütləşdirməklə heterozioz ştammı yaradırsınız ley+ , Sm R, ade 8+ və başqa idi ley -, Sm S, ade 8-. Əvvəlki tədqiqatlar göstərdi ki, hər üç marker verilən ardıcıllıqla əlaqələndirilir. Bu cüt allellərin hər biri örtük analizində fərqlənə bilər. Alel ley + leysin auksotrofiyası verir, halbuki ley - lösin prototrofiyası verir. Alel Sm R, spektinomisinə qarşı müqavimət göstərir Sm S bu antibiotikə həssasdır. ilə göbələklərin koloniyaları ade 8+ allel bir boşqabda uyğun şəraitdə qırmızı rəng verir, lakin olanlar ade 8- ağdır. Bir askusdan olan fərdi sporların təhlili aşağıdakı fenotip nəticələrini verdi. Sporlar askusda olduqları ardıcıllıqla nömrələnir. Hər bir sporda xromosomun müvafiq genotipləri hansılardır? Bu nəticələri rekombinasiya ilə bağlı necə şərh edirsiniz?


    Fəsil 05 - Makromolekulların quruluşu və funksiyası

    • Karbohidratlara şəkərlər və onların polimerləri daxildir.
    • Ən sadə karbohidratlar monosakkaridlər və ya sadə şəkərlərdir.
    • Disakaridlər və ya ikiqat şəkərlər kondensasiya reaksiyası ilə birləşən iki monosaxariddən ibarətdir.
    • Polisaxaridlər bir çox monosaxaridlərin polimerləridir.

    Ən kiçik karbohidratlar olan şəkərlər yanacaq və karbon mənbəyi kimi xidmət edir.

    • Monosaxaridlər ümumiyyətlə CH2O vahidinin bir neçə misli olan molekulyar düsturlara malikdirlər.
      • Məsələn, qlükoza C6H12O6 formuluna malikdir.
      • Karbonil qrupunun yerindən asılı olaraq şəkər aldoz və ya ketozdur.
      • Şəkərlərin adlarının çoxu -ose ilə bitir.
      • Qlükoza, aldoz və fruktoza, ketoza, struktur izomerləridir.
      • Qlükoza və digər altı karbonlu şəkərlər heksozlardır.
      • Beş karbonlu onurğalar pentozlardır, üç karbonlu şəkərlər triozlardır.
      • Məsələn, qlükoza və qalaktoza, hər ikisi altı karbonlu aldozlar, asimmetrik karbonlar ətrafında hissələrinin məkan düzülüşü ilə fərqlənirlər.
      • Maltoza, səməni şəkəri, iki qlükoza molekulunun birləşməsindən əmələ gəlir.
      • Saxaroza, süfrə şəkəri, qlükoza və fruktoza birləşməsindən əmələ gəlir. Saxaroza bitkilərdə şəkərin əsas daşınma formasıdır.
      • Laktoza, süd şəkəri, qlükoza və qalaktozun birləşməsindən əmələ gəlir.

      Şəkərlərin polimerləri olan polisaxaridlər saxlama və struktur rollarına malikdir.

      • Polisaxaridlər qlikozid bağlarla birləşən yüzlərlə-minlərlə monosaxariddən ibarət polimerlərdir.
      • Bəzi polisaxaridlər saxlama üçün xidmət edir və şəkər lazım olduğundan hidrolizə olunur.
      • Digər polisaxaridlər hüceyrə və ya bütün orqanizm üçün tikinti materialları kimi xidmət edir.
      • Nişasta tamamilə qlükoza monomerlərindən ibarət saxlama polisaxarididir.
        • Bu monomerlərin əksəriyyəti qlükoza molekulları arasında 1-4 əlaqə (1 nömrəli karbondan 4 nömrəli karbon) ilə birləşir.
        • Nişastanın ən sadə forması amiloza budaqsızdır və spiral əmələ gətirir.
        • Amilopektin kimi budaqlanmış formalar daha mürəkkəbdir.
        • Bitkilərlə qidalanan heyvanlar, xüsusilə nişasta ilə zəngin hissələr, nişastanı qlükozaya hidroliz edə bilən həzm fermentlərinə malikdir.
        • Glikogen amilopektin kimi yüksək şaxələnmişdir.
        • İnsanlar və digər onurğalılar qaraciyər və əzələlərdə bir günlük qlikogen ehtiyatını saxlayırlar.
        • Bitkilər ildə demək olar ki, yüz milyard ton sellüloza istehsal edir. Yer üzündə ən çox yayılmış üzvi birləşmədir.
        • Fərq əslində qlükoza üçün bir qədər fərqli iki halqa quruluşunun olması faktına əsaslanır.
        • Bu iki halqa forması 1 nömrəli karbona bağlı hidroksil qrupunun üzük müstəvisinin üstündə (beta qlükoza) və ya aşağıda (alfa qlükoza) sabit olması ilə fərqlənir.
        • Alfa qlükoza ilə tikilmiş polimerlər spiral quruluşlar əmələ gətirərkən, beta qlükoza ilə tikilmiş polimerlər düz strukturlar əmələ gətirir.
        • Beta qlükoza ilə qurulmuş düz strukturlar bir zəncirdəki H atomlarına digər tellərdə OH qrupları ilə hidrogen bağları yaratmağa imkan verir.
        • Bitki hüceyrə divarlarında bu şəkildə bir yerdə saxlanılan paralel sellüloza molekulları mikrofibrillər adlanan hissələrə qruplaşdırılaraq bitkilər (və insanlar üçün taxta kimi) üçün güclü tikinti materialları meydana gətirirlər.
        • İnsan qidasında olan sellüloza həzm sistemindən keçir və nəcislə “həllməyən lif” kimi xaric edilir.
        • Həzm traktından keçərkən, sellüloza bağırsaq divarlarını aşındırır və bəlğəmin ifrazını stimullaşdırır, qidanın keçməsinə kömək edir.
        • Bəzi göbələklər də sellülozu həzm edə bilir.
        • Xitin sellülozaya bənzəyir, ancaq onun tərkibində hər bir qlükoza monomerində azot tərkibli əlavə var.
        • Saf xitin dəridir, lakin kalsium karbonatın əlavə edilməsi ilə bərkidilə bilər.

        Konsepsiya 5.3 Lipidlər hidrofobik molekulların müxtəlif qrupudur

        • Digər makromolekullardan fərqli olaraq lipidlər polimer əmələ gətirmir.
        • Lipidlərin birləşdirici xüsusiyyəti odur ki, onların hamısının suya yaxınlığı azdır və ya heç yoxdur.
        • Bunun səbəbi, onların əsasən qeyri-polyar kovalent bağlar əmələ gətirən karbohidrogenlərdən ibarət olmasıdır.
        • Lipidlər forma və funksiya baxımından çox müxtəlifdir.

        Yağlar böyük miqdarda enerji saxlayır.

        • Yağlar ciddi polimerlər olmasa da, dehidrasiya reaksiyaları ilə daha kiçik molekullardan yığılmış böyük molekullardır.
        • Yağ iki növ daha kiçik molekuldan əmələ gəlir: qliserin və yağ turşuları.
          • Gliserol, hər bir karbona bir hidroksil qrupu əlavə edilmiş üç karbonlu bir spirtdir.
          • Yağ turşusu, çox vaxt 16-18 karbon uzunluğunda olan uzun bir karbon skeletinə bağlanmış bir karboksil qrupundan ibarətdir.
          • Uzun karbohidrogen skeletində çoxlu qeyri-qütblü C-H bağları yağları hidrofobik edir.
          • Yağlar sudan ayrılır, çünki su molekulları bir-biri ilə hidrogen bağlayır və yağları xaric edir.
          • Əgər yağ turşusunda karbon-karbon ikiqat bağları yoxdursa, o zaman molekul doymuş yağ turşusudur, mümkün olan hər mövqedə hidrogenlərlə doymuşdur.
          • Əgər yağ turşusunun karbon skeletindən hidrogen atomlarının çıxarılması nəticəsində əmələ gələn bir və ya bir neçə karbon-karbon qoşa bağı varsa, o zaman molekul doymamış yağ turşusudur.
          • Heyvan yağlarının çoxu doymuşdur.
          • Doymuş yağlar otaq temperaturunda bərk olur.
          • Bitki və balıq yağları otaq temperaturunda maye olur və yağlar adlanır.
          • İkiqat bağların yaratdığı bükülmələr molekulların otaq temperaturunda bərkimək üçün kifayət qədər sıx bir şəkildə yığılmasına mane olur.
          • Qida etiketlərindəki “hidrogenləşdirilmiş bitki yağları” ifadəsi doymamış yağların hidrogenin əlavə edilməsi ilə sintetik olaraq doymuş yağlara çevrildiyini bildirir.
            • Fıstıq yağı və marqarin lipidlərin yağ kimi ayrılmasının qarşısını almaq üçün hidrogenləşdirilir.
            • Bir qram yağ, nişasta kimi bir qram polisaxariddən iki dəfə çox enerji saxlayır.
            • Bitkilər hərəkətsiz olduqları üçün nişasta şəklində həcmli enerji yığımı ilə işləyə bilirlər. Bitkilər toxumlarda olduğu kimi səpələnmə və yığcam saxlama vacib olduqda yağlardan istifadə edirlər.
            • Heyvanlar enerji ehtiyatlarını özləri ilə aparmalı və daha yığcam yanacaq anbarına sahib olmaqdan faydalanmalıdırlar.
            • İnsanlar və digər məməlilər piyləri uzunmüddətli enerji ehtiyatı kimi piy hüceyrələrində saxlayırlar ki, onlar yağ yığıldıqca və ya anbardan çıxarıldıqca şişir və kiçilir.
            • Bu dərialtı təbəqə balinalar, suitilər və digər dəniz məməlilərinin əksəriyyətində xüsusilə qalındır.

            Fosfolipidlər hüceyrə membranlarının əsas komponentləridir.

            • Fosfolipidlərdə qliserola bağlı iki yağ turşusu və üçüncü yerdə bir fosfat qrupu var.
              • Fosfat qrupu mənfi yük daşıyır.
              • Müxtəlif fosfolipidlər yaratmaq üçün fosfat qrupuna əlavə kiçik qruplar əlavə oluna bilər.
              • Yağ turşularının quyruqları hidrofobikdir, lakin fosfat qrupu və onun əlavələri hidrofilik başlıq təşkil edir.
              • Bu tip quruluşa misel deyilir.
              • Yenə də hidrofilik başlıqlar ikiqatlının xarici tərəfində, sulu məhlulla təmasda olur və hidrofobik quyruqlar ikiqatlının içərisinə doğru yönəlir.
                • Fosfolipid ikiqatlı hüceyrə ilə xarici mühit arasında maneə yaradır.

                Steroidlərə xolesterol və müəyyən hormonlar daxildir.

                • Steroidlər dörd ərimiş halqadan ibarət karbon skeleti olan lipidlərdir.
                • Müxtəlif steroidlər üzüklərə bağlanan müxtəlif funksional qruplar tərəfindən yaradılır.
                • Əhəmiyyətli bir steroid olan xolesterin heyvan hüceyrə membranlarının tərkib hissəsidir.
                • Xolesterol həm də bütün digər steroidlərin sintez olunduğu xəbərçidir.
                  • Bu digər steroidlərin çoxu onurğalı cinsi hormonlar da daxil olmaqla hormonlardır.

                  Konsepsiya 5.4 Zülallar çoxlu strukturlara malikdir və nəticədə çoxlu funksiyalar mövcuddur

                  • Zülallar əksər hüceyrələrin quru kütləsinin 50%-dən çoxunu təşkil edir. Onlar demək olar ki, bir orqanizmin etdiyi hər şeydə köməkçidirlər.
                    • Protein funksiyalarına struktur dəstək, saxlama, daşıma, hüceyrə siqnalı, hərəkət və yad maddələrdən müdafiə daxildir.
                    • Ən əsası, protein fermentləri hüceyrələrdə katalizator funksiyasını yerinə yetirir, istehlak edilmədən kimyəvi reaksiyaları seçici şəkildə sürətləndirərək maddələr mübadiləsini tənzimləyir.
                    • Hər bir zülal növü mürəkkəb üçölçülü forma və ya konformasiyaya malikdir.

                    Amin turşuları zülalların əmələ gəldiyi monomerlərdir.

                    • Amin turşuları həm karboksil, həm də amin qrupları olan üzvi molekullardır.
                    • Bir amin turşusunun mərkəzində alfa karbon adlanan asimmetrik bir karbon atomu var.
                    • Alfa karbona dörd komponent əlavə olunur: bir hidrogen atomu, bir karboksil qrupu, bir amin qrupu və dəyişən R qrupu (və ya yan zəncir).
                      • Müxtəlif R qrupları 20 müxtəlif amin turşusunu xarakterizə edir.
                      • Bir qrup amin turşusu hidrofobik R qruplarına malikdir.
                      • Digər bir qrup amin turşusu hidrofilik olan qütb R qruplarına malikdir.
                      • Amin turşularının üçüncü qrupuna hüceyrə pH-da yüklənmiş (ionlaşmış) funksional qrupları olanlar daxildir.
                        • Bəzi turşu R qrupları karboksil qrupunun olması səbəbindən mənfi yüklüdür.
                        • Əsas R qruplarında müsbət yüklü amin qrupları var.
                        • Qeyd edək ki, bütün amin turşularının karboksil və amin qrupları var. Bu kontekstdə turşu və əsas terminləri yalnız R qruplarındakı bu qruplara aiddir.
                        • Yaranan kovalent bağ peptid bağı adlanır.
                        • Bir ucunda sərbəst amin qrupu (N-terminus) olan bir amin turşusu, digərində isə sərbəst karboksil qrupu (C-terminusu) olan bir amin turşusu var.

                        Bir polipeptidin amin turşusu ardıcıllığı müəyyən edilə bilər.

                        • Frederik Sanger və Kembric Universitetindəki həmkarları 1950-ci illərdə insulinin amin turşusu ardıcıllığını təyin etdilər.
                          • Sanger müəyyən yerlərdə insulini hidroliz etmək üçün zülal həzm edən fermentlərdən və digər katalizatorlardan istifadə edirdi.
                          • Daha sonra fraqmentlər xromatoqrafiya adlanan texnika ilə ayrıldı.
                          • Başqa bir agent tərəfindən hidroliz polipeptidi müxtəlif yerlərdə parçaladı və ikinci qrup fraqmentləri verdi.
                          • Sanger kiçik fraqmentlərdə amin turşularının ardıcıllığını təyin etmək üçün kimyəvi üsullardan istifadə etdi.
                          • Daha sonra müxtəlif agentlərlə hidroliz edilərək əldə edilən parçalar arasında üst-üstə düşən bölgələri axtardı.
                          • İllərlə səy göstərdikdən sonra Sanger insulinin tam əsas strukturunu yenidən qura bildi.
                          • Bir polipeptidin ardıcıllığı ilə bağlı addımların əksəriyyəti o vaxtdan avtomatlaşdırılmışdır.

                          Protein quruluşu zülal funksiyasını təyin edir.

                          • Funksional zülal burulmuş, qatlanmış və bənzərsiz formaya salınmış bir və ya bir neçə polipeptiddən ibarətdir.
                          • Zülalın üçölçülü konformasiyasının necə olacağını təyin edən amin turşularının sırasıdır.
                          • Zülalın spesifik konformasiyası onun funksiyasını təyin edir.
                          • Hüceyrə bir polipeptidi sintez etdikdə, zəncir ümumiyyətlə kortəbii şəkildə bükülür ki, bu zülalın funksional konformasiyasını qəbul edir.
                          • Qatlanma zəncirin hissələri arasında müxtəlif bağlarla gücləndirilir ki, bu da öz növbəsində amin turşularının ardıcıllığından asılıdır.
                            • Bir çox zülallar kürəvari, digərləri isə lifli formadadır.
                            • Məsələn, bir antikor müəyyən bir yad maddəyə bağlanır.
                            • Bir ferment müəyyən bir substratı tanıyır və ona bağlanır, kimyəvi reaksiyanı asanlaşdırır.
                            • Endorfin adlanan təbii siqnal molekulları insanlarda beyin hüceyrələrinin səthindəki xüsusi reseptor zülallarına bağlanaraq eyforiya yaradır və ağrıları aradan qaldırır.
                              • Morfin, heroin və digər opiat dərmanları endorfinləri təqlid edir, çünki onlar formada oxşardırlar və beynin endorfin reseptorlarına bağlana bilirlər.
                              • Bakteriyalara hücum edən bir ferment olan lizozim 129 amin turşusundan ibarətdir.
                              • Zülalın dəqiq ilkin quruluşu irsi genetik məlumatla müəyyən edilir.
                              • Qırmızı qan hüceyrələrində oksigeni daşıyan zülal olan hemoglobinin ilkin strukturunda müəyyən bir mövqedə bir amin turşusunun (valin) normal (qlutamik turşu) ilə əvəz edilməsi irsi qan pozğunluğu olan oraq hüceyrə xəstəliyinə səbəb ola bilər.
                              • Anormal hemoglobinlər kristallaşır, qırmızı qan hüceyrələrini oraq şəklində deformasiya edir və kapilyarları tıxanır.
                              • Azot atomuna birləşdirilmiş zəif müsbət hidrogen atomu yaxınlıqdakı peptid bağının oksigen atomuna yaxınlığa malikdir.
                              • Hər bir hidrogen bağı zəifdir, lakin bir çox hidrogen bağlarının cəmi zülalın bir hissəsinin strukturunu sabitləşdirir.
                              • Bu qədər hidrogen bağının olması hər bir ipək lifini eyni çəkidə olan polad ipdən daha möhkəm edir.
                              • Bu qarşılıqlı təsirlərə qütb və/və ya yüklü sahələr arasında hidrogen bağları, yüklü R qrupları arasında ion bağları və hidrofobik R qrupları arasında hidrofobik qarşılıqlı təsirlər və van der Waals qarşılıqlı təsirləri daxildir.
                              • Bu üç qarşılıqlı əlaqə nisbətən zəif olsa da, iki sistein monomerinin sulfhidril qrupları (SH) arasında əmələ gələn disulfid körpüləri adlanan güclü kovalent bağlar zülalın hissələrini bir-birinə bağlamaq üçün fəaliyyət göstərir.
                              • Kollagen üç polipeptiddən ibarət lifli bir zülaldır və ip kimi çox bükülür.
                                • Bu, birləşdirici toxumada kollagenin rolu üçün struktur gücü təmin edir.
                                • Dörd polipeptid alt bölməsindən ibarətdir: iki alfa və iki beta zəncir.
                                • Hər iki növ alt bölmə ilk növbədə alfa-spiral ikincil quruluşdan ibarətdir.
                                • Qatlanma zülalın hüceyrə daxilində sintezi zamanı baş verir.
                                • pH, duz konsentrasiyası, temperatur və ya digər amillərdəki dəyişikliklər zülalın açılmasına və ya denatürasiyasına səbəb ola bilər.
                                • Bu qüvvələr zülalın formasını saxlayan hidrogen bağlarını, ion bağlarını və disulfid körpülərini pozur.
                                • Bu, həddindən artıq yüksək hərarətin ölümcül ola biləcəyini izah edir. Yüksək bədən istiliyi ilə qandakı zülallar denatürasiyaya uğrayır.
                                • Buna baxmayaraq, bir zülalın yalnız ilkin quruluşundan uyğunluğunu təxmin etmək hələ də çətindir.
                                • Şaperoninlər polipeptidin son strukturunu təyin etmir, əksinə polipeptidin spontan qatlanarkən onu ayırmaq və qorumaq üçün işləyir.
                                • Bu üsul zülalın kristallaşmasına ehtiyac duymur.

                                Konsepsiya 5.5 Nuklein turşuları irsi məlumatları saxlayır və ötürür

                                • Bir polipeptidin amin turşusu ardıcıllığı gen kimi tanınan irsiyyət vahidi tərəfindən proqramlaşdırılır.
                                • Bir gen nuklein turşusu kimi tanınan bir polimer olan DNT-dən ibarətdir.

                                Nuklein turşularının iki növü var: RNT və DNT.

                                • Nuklein turşularının iki növü var: ribonuklein turşusu (RNT) və deoksiribonuklein turşusu (DNT).
                                  • Bunlar canlı orqanizmlərə mürəkkəb komponentlərini nəsildən-nəslə çoxaltmağa imkan verən molekullardır.
                                  • Hər bir DNT molekulu çox uzundur, yüzlərlə və minlərlə gendən ibarətdir.
                                  • Bir hüceyrə bölünərək özünü çoxaltmadan əvvəl onun DNT-si kopyalanır. Daha sonra nüsxələr növbəti nəsil hüceyrələrə ötürülür.
                                  • Zülallar DNT-də olan təlimatları yerinə yetirməkdən məsuldur.

                                  Nuklein turşusu ipi nukleotidlərin polimeridir.

                                  • Nuklein turşuları nukleotid monomerlərindən ibarət polimerlərdir.
                                  • Hər bir nukleotid üç hissədən ibarətdir: azotlu əsas, pentoza şəkər və fosfat qrupu.
                                  • Azot əsasları iki növdə olan karbon və azot halqalarıdır: purinlər və pirimidinlər.
                                    • Pirimidinlərin tək altı üzvlü halqası var.
                                      • Üç fərqli pirimidin var: sitozin (C), timin (T) və urasil (U).
                                      • İki purin adenin (A) və guanindir (G).
                                      • Şəkərlər arasındakı yeganə fərq, dezoksiribozada iki karbonda oksigen atomunun olmamasıdır.
                                      • Həm azotlu əsasda, həm də şəkərdə olan atomlar nömrələndiyi üçün şəkər atomlarının onları ayırd etmək üçün nömrədən sonra baş nöqtəsi var.
                                      • Beləliklə, şəkər halqasındakı ikinci karbon 2' (2 əsas) karbondur və halqadan yuxarı qalxan karbon 5' karbondur.
                                      • Pentoza və azotlu əsasın birləşməsi nukleoziddir.
                                      • Bu, azotlu əsaslardan ibarət əlavələrlə şəkər-fosfat birləşmələrinin təkrarlanan onurğasını yaradır.
                                      • Bir ucunda 5' karbona bağlanmış bir fosfat var, bu 5' ucudur.
                                      • Digər ucunda 3' karbonda hidroksil qrupu var, bu 3' ucudur.
                                      • Genlər normal olaraq yüzlərlə və minlərlə nukleotid uzunluğunda olduğundan, mümkün baza birləşmələrinin sayı demək olar ki, sonsuzdur.

                                      Varislik DNT cüt spiralının təkrarlanmasına əsaslanır.

                                      • RNT molekulu tək bir polinükleotid zəncirindən ibarətdir.
                                      • DNT molekullarında ikiqat spiral yaratmaq üçün xəyali ox ətrafında spiral olan iki polinükleotid zəncirləri var.
                                        • İkiqat sarmal ilk dəfə 1953-cü ildə James Watson və Francis Crick tərəfindən DNT strukturu olaraq təklif edilmişdir.
                                        • İki onurğa sütunu bir-birindən əks 5' -> 3' istiqamətlərdə hərəkət edir, bu tənzimləmə antiparalel adlanır.
                                        • Adenin (A) həmişə timin (T) və guanin (G) ilə sitozin (C) ilə cütləşir.
                                        • İki tel bir-birini tamamlayır.
                                        • Bu, orijinal cüt zəncirli DNT molekulunun iki eyni nüsxəsi ilə nəticələnir və daha sonra qız hüceyrələrə paylanır.

                                        DNT və zülalları təkamülün lent ölçüləri kimi istifadə edə bilərik.

                                        • Genlər (DNT) və onların məhsulları (zülallar) orqanizmin irsi fonunu sənədləşdirir.
                                        • DNT molekulları valideynlərdən nəsillərə ötürüldüyü üçün bacı-qardaşların DNT və zülallarında eyni növün qohum olmayan fərdlərindən daha çox oxşarlıq var.
                                        • Bu arqument növlər arasındakı əlaqələrə "molekulyar şəcərə" hazırlamaq üçün genişləndirilə bilər.
                                        • Fosil və molekulyar dəlillərə əsasən yaxından əlaqəli görünən iki növ də DNT və zülal ardıcıllığı baxımından daha yaxından əlaqəli növlərdən daha çox oxşar olmalıdır.
                                          • Əslində belədir.
                                            • Məsələn, bir hemoglobin polipeptidindəki 146 amin turşusunun ardıcıllığını müqayisə etsək, insanlar və qorillaların cəmi 1 amin turşusu ilə fərqləndiyini görərik.
                                              • İnsanlar və gibbonlar 2 amin turşusu ilə fərqlənir.
                                              • İnsanlar və rhesus meymunları 8 amin turşusu ilə fərqlənir.
                                              • İnsanlar və siçanlar 27 amin turşusu ilə fərqlənir.
                                              • İnsanlar və qurbağalar 67 amin turşusu ilə fərqlənir.

                                              Campbell/Reece Biology üçün mühazirə konturları, 7-ci nəşr, © Pearson Education, Inc. 5-1


                                              Ailə Ağacı DNT

                                              DNT əcdadlarının öyrənilməsi şəcərə ilə maraqlananlar üçün son dərəcə əlçatan və cəlbedici olur. Həm nüvə, həm də mitoxondrial DNT testləri istifadə olunur - mitoxondrial DNT yalnız ana xəttindən ötürülür. Qədim nəsillər ən yaxşı mitoxondrial DNT vasitəsilə aşkar edilir, çünki bu forma çox güman ki, toxunulmaz qalır.

                                              Bütün insanlar eyni DNT-ni paylaşırlar - ya da demək olar ki, eynidir. Sizinlə yad bir insan arasındakı DNT fərqi yalnız genomun yüzdə onda birində baş verir. Tək əsaslardakı fərqlərə tək nukleotid polimorfizmləri və ya “snips” deyilir. Məhz bu snipslər geniş coğrafi yerlərə və ya şəraitə görə qruplaşdırılır və fərdlərə kökləri haqqında çox əsas fikir verir.


                                              DNT molekulu bir polinükleotid zəncirindən və ya ikisi bir-birinə bağlıdır? - Biologiya

                                              Azotlu baza ya purin kimi tanınan ikiqat halqalı quruluşdur, ya da pirimidin kimi tanınan tək halqalı quruluşdur. Beş ümumi azotlu əsas var: adenin, guanin, timin, sitozin və urasil.

                                              Nukleotidlər bir nukleotidin fosfat qrupu ilə növbəti nukleotiddəki pentoza şəkərinin üçüncü karbon atomu arasında kovalent bağlarla birləşir. Bu, bütün polinükleotid zənciri boyunca şəkər - fosfat - şəkər - fosfatın alternativ onurğasını yaradır. RNT

                                              Polinükleotidlərin ən sadəsi pentoza şəkərinin həmişə riboza olduğu tək zəncirdir. Bu polinükleotidin adı üç hərf RNT ilə qısaldılmış şəkər r ibo n ukleik a ciddən gəlir. Adenin, guanin, sitozin və urasil həmişə RNT-də olan dörd azotlu əsaslardır.

                                              Hüceyrədə hər biri bir qədər fərqli rol oynayan bir neçə fərqli RNT forması var.

                                                mRNA: messenger RNT - bu molekullar DNT genlərindən alınan genetik mesajların tamamlayıcı nüsxələridir. Onlar öz "mesajlarını" hüceyrənin sitoplazmasında zülal sintez edən mexanizmə çatdırırlar.

                                              Deoksiriboza bu tip polinükleotiddə olan pentoza şəkəridir, buna görə də onun adı D eoksiribon nükleik A cid və ya DNT-dir. DNT-də olan azotlu əsaslar adenin, guanin, sitozin və timindir. DNT molekulları nərdivana bənzər bir quruluşda bir yerdə saxlanılan iki polinükleotid zəncirinə malikdir. İki zəncirin şəkər fosfat onurğaları əks istiqamətdə bir-birinə paralel uzanır. Nərdivanın hər bir "pilləsi" molekulun mərkəzinə qədər uzanan bir cüt azotlu əsas, bir purin və bir pirimidindir.

                                              Bu əsasların cütləşməsi həmişə adenin ilə timindir
                                              ( A - T )
                                              və sitozinlə guanin
                                              ( G - C ).

                                              İki polinükleotid zəncirinin şəkər-fosfat onurğaları bir-birinin ətrafında dolanır ("nərdivanı" spiral "pilləkən" halına gətirir). Bu üst quruluş "ikiqat sarmal" kimi tanınır.


                                              Videoya baxın: علم الأحياء تحت المجهر: ما الحمض النووي والحمض النووي الريبي (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Nazir

    Məndə bir şey var şəxsi mesajlar, səhvlər ....

  2. Tozshura

    Yuxarıda göstərilənlərin hamısına abunə oluram. Gəlin bu məsələni müzakirə edək. Burada və ya PM-də.

  3. Bagal

    I consider, what is it - your error.



Mesaj yazmaq