3-мавзу: Геномлар хилма-хиллиги ва уларнинг структураси Режа

Терминатор (терминатор участка) структур ген зонасидан кейин бошланади. У транскрипция ва трансляция жараёнининг тугашини таъминлайди. Терминатор уч муҳим блокдан тузилган: ТК (тугатувчи (терминирловчи) кодон), PD (ГЦ-палиндроми) и ТА-зона. Уларни кўриб чиқамиз.
ТК -- терминирловчи кодон рибосомада трансляция жараёнининг тугатилиши учун муҳимдир.ДНК да қуйидаги триплетлар билан ифодаланиши мумкин: ТАА, ТАГ ёки ТГА. и-РНК – бу УАА, УАГ ёки УГА (маъносиз) стоп-кодонлар ёки нонсенс-кодонлар бўлади. Улар бирор аминокислотани кодламайди, шу сабабли трансляция жараёнида улар туфайли полипептид синтези тугатилади.
PD -- палиндроми – терминатор зона – асосан ГЦ- ва ЦГ-жуфтликлардан иборат, ДНК да хочсимон шаклли, РНК да эса сочтўғнағич (шпилька) шаклли структурани ҳосил қилувчи инвертирланган (180 градусга ўзгарган) кетма-кетликлар. Палиндромлар учун горизонтал ва вертикал бўйича бир-бирини тўлдирувчилик хусусияти хосдир. Айнан ген (оперон) терминатори таркибидаги ГЦ-палиндроми тегишли участкадаги РНК-полимеразанинг ҳаракатини ва и-РНК синтезини секинлаштиради, шунингдек, транскрипцияни тормозлайди.
ТА – терминатор зонаси – ТА-нуклеотид жуфтлари кўп марта такрорланувчи ДНК участкаси (маъноли ДНК занжирида тимин, матрица занжирида эса аденин қолдиқлари такрорланади). Матрица занжирдаги ТА-ДНК участкасидан транскрипция пайтида РНК-полимераза и-РНК нинг урацил қолдиқларидан тузилган уридил думча деб аталувчи туговчи учини синтезлайди.
Эукариотларда генлар тузилиши. Тузилиши ва транскрипция характерига кўра эукариотлар ген тузилиши прокариотлар генидан сезиларли даражада фарқ қилади. Уларнинг ажралиб турадиган асосий хусусиятлари қуйидагилардан иборат:

• 
  Узуқ-узуқлик, яъни, мРНК да ифодаланадиган (экзон) ва ифодаланмайдиган (интрон) нуклеотидлар кетма-кетликларининг алмашиниб келиши;
  
• 
  Ноёб генлар билан бир қаторда қайта-қайта такрорланувчи бир неча такрорий генлар мавжудлиги;
  
• 
  Деярли барча генлар алоҳида жойлашган, фақат т-РНК ва р-РНК ҳамда гистон генлари бактерияларнинг оперонини эслатувчи кластерларда йиғилган.
  
• 
  Оперонларга гуруҳланмайди, шу сабабли уларнинг ҳар бири ўз промотори ва терминаторига эга.
  

Шунингдек, эукариотлар гени таркибига 5′- ва 3′- транслирланмайдиган соҳа (область) лар ҳам киради. 5′- транслирланмайдиган соҳада промоторлар жойлашади. преРНК синтезининг юқори тезлигини таъминловчи промоторлар кучли, паст тезлигини таъминловчи промоторлар кучсиз деб аталади. Шундай промоторлар борки, ишлаши учун бошқа қандайдир молекулалар иштирокини талаб қилади. Бундай промоторлар индуцибель промоторлар дейилади. Геннинг 3′- транслирланмайдиган соҳасида мРНК процессинги ва трансляцияни бошқаришда қатнашувчи кетма-кетликлар ўрнашган.
Эукариотларда генлар мозаик структурасининг кашф қилиниши фандаги кичик инқилоблардан саналади.
Экзон ва интрон терминлари 1978 йилда Уолтер Гильберт томонидан фанга киритилган ва дарҳол илмий жамоатчилик томонидан қабул қилинган. Эукариотларнинг эволюцион ривожланиши кўп жиҳатдан мозаик генларнинг пайдо бўлиши билан боғлиқ.Оқсил кодловчи кетма-кетлик (экзон) лардан фарқли равишда, интронлар сони ва узунлиги ҳаёт тузилишининг мураккаблашуви билан бевосита боғлиқдир. Бир ҳужайрали эукариотларда, масалан, ачитқиларда интронлар пре-РНК нинг 10 % дан 20 % гача қисмини эгаллаб,уларнинг ўртача узунлиги 100 нуклеотиддан кам ҳамда улар экзоннинг 1000 нуклеотидига 1-3 зичлик билан тақсимланган. Юксак ўсимликлар генида 2-4 тагача интронлар бўлиб, уларнинг узунлиги 250 нуклеотид атрофида, пре-РНК нинг 50 % га яқин қисмини эгаллайди. Ҳайвонларда, масалан, дрозофила ва нематодаларда интронларнинг ўртача узунлиги 500 жуфт асосгача, одамларда эса нуклеотидлар сони 3400 гача етиб, ўртача ҳар бир генга 6-7 тадан тўғри келади, улар бирламчи РНК-транскриптнинг 95 % дан кўпроқ қисмини ташкил қилади.
Шундай қилиб, эукариотлар гени қуйидаги асосий уч элементдан тузилган:
1. Транскрипция бирлиги бўлган кодловчи ҳудудлар ва уларнинг ён томонида ўрнашган транслирланмайдиган соҳалар (экзон ва интрон);
2. Транскрипция жараёнини назорат қилувчи асосий регулятор кетма-кетликлар (промотор ва терминатор);
3. Транскрипция даражасини оширувчи ёки камайтирувчи сегмент генлар (энхансер ва сайленсер).
Функционал хусусиятига кўра генлар икки гуруҳга ажралади: структур ва регулятор. Регулятор генлар фаолияти бошқа генлар, яъни структур генлар экспрессиясига таъсир қилиш орқали намоён бўлади. Шундай қилиб, оқсил маҳсулотлари ҳосил бўлишида бу генларнинг ҳар бири ўзига хос, яъни структур генлар мақсадли, регулятор генлар ёрдамчи генлардир.
Ўз навбатида ушбу генларни структурасига кўра қуйидаги таркибий қисмларга ажратиш мумкин:

1. 
   Оқсиллар ҳақидаги ахборот шифрланган кодловчи қисм - экзонлар
   
2. 
   Генлар орасида жойлашган, аксарияти бирор бир оқсилни кодламайдиган, эукариотлар гени учун характерли кенг кўламли ва кўп сонли-интронлар
   

Оқсилларни кодламаслигига қарамасдан интронлардан ҳам РНК синтезланиши мумкин (non-protein-coding RNA – ncRNA). Масалан, Caenorhabditis elegans да олиб борилган тадқиқотлар натижасида бундай РНК лар ген экспрессиясини бошқаришда сезиларли роль ўйнаши ҳақидаги маълумотлар олинди.
Lin-4 генининг маҳсулотлари интронлардан олинган кичик кодланмаган РНК эканлиги аниқланди. Улар lin-14 генининг экспрессиясини ҳамда ўз навбатида бу ҳайвонларнинг постэмбрионал ривожланишини бошқаради.
Алоҳида структур генлар гуруҳи промотор, энхансер, сайленсер ва инсуляторлар каби ДНК кетма-кетликлари кўринишидаги генларнинг регулятор зоналаридан таркиб топган. Бундан ташқари геномда яна прокариотларга ҳам эукариотларга ҳам хос бўлган геномнинг махсус мобил элементлари-транспозонлар ҳам мавжуд. Дастлаб транспозонларнинг мавжудлиги паразитизм сифатида қабул қилинган, чунки улар фаол ҳолатда бўлганда ўзларининг нусхаларини геном бўйлаб тарқатадилар, оқсилларни кодловчи генларни парчалаб, турли хил мутациялар ва генларнинг нотўғри ишлашига олиб келади. Ушбу хавф билан боғлиқ ҳолда, ҳужайра геномни транспозон фаолияти таъсиридан ҳимоя қилиши керак. Бундай ҳимояланишнинг бир неча механизмлари мавжуд бўлиб, аммо сўнгги йиллардаги тадқиқотлар улардан асосийси РНК-интерференция эканлигини кўрсатди, кичик РНК лар ёрдамида мобил элементлар экспрессияси бостирилади. (RNAi). Баъзан камдан-кам ҳолларда транспозонлар фаоллиги эволюция жараёнида муҳим роль ўйновчи фойдали мутацияларни чақиради.
Геном размери (ДНК участкаси узунлиги) одатда минг (ёки миллион) жуфт нуклеотидларда ҳамда морганидларда айтилади. Кейинги номланиш генларни уланиши таҳлилига асосланган, яъни генлар орасидаги ўлчам 1 сантиморганид бўлганда (0,01 морганид), мейозда улар ўртасидаги кроссинговер эҳтимоллиги 1% га тенгдир.
Тирик организмларнинг геномлари – вируслардан то ҳайвонларгача – размерлари бўйича 6 тартибга фарқ қиладилар: бир неча минг жуфт асосдан бир неча миллиард жуфт асосгача.
Генларнинг сони бўйича диапазон анча қисқа бўлиб 4 тартибни ташкил қилади, яъни кам миқдордаги 2-3 ген энг оддий вирусларда ва юқори кўрсаткичга яқин бўлган 40 минг ген баъзи ҳайвонларда учрайди.
Геномларнинг размери ва генларнинг сони бўйича геномлар 2 синфга аниқ фарқланиши мумкин:
1 синф: Катта бўлмаган компакт геномлар. Уларнинг размери одатда 10 млн жуфт асосдан кўп бўлмаган ҳамда геном размери ва генлар сони бўйича қатъий мутаносибликка эга. Бундай геномларга барча вируслар ва прокариотлар эгадир. Бу организмларда генлар зичлиги минг жуфт асосда 0,5 дан 2 тагача генни ташкил қилади ва генлар ўртасида жуда қисқа участкалар мавжуд бўлиб геномнинг 10-15% ини эгаллайди. Бундай геномлардаги генлараро участкалар асосан регулятор элементлардан ташкил топган.
2 синф: Жуда катта ҳажмли геномлар бўлиб уларнинг размери 100 млн жуфт асосдан ортиқдир. Уларнинг геномлари ва генлари миқдори ўтасида аниқ ўзаро боғлиқлик мавжуд эмас. Бу синфга кўп ҳужайрали эукариотларнинг ва баъзи 1 ҳужайрали эукариотларнинг катта геномлари киради. Биринчи синф геномларидан фарқ қилган ҳолда бу синф геномларидаги кўпчилик нуклеотидлар на оқсил ва на РНК кодловчи кетма-кетликларга киради.
Узоқ вақт давомида юксак эукариотлар геномини жуда кам қисми (5%) экспрессияланади деб келинган. Яъни бунга оқсиллар ва баъзи керак бўлган РНКлар кетма-кетлигини кодловчи қисмлар киради дейилган, лекин кейинги йиларда маълум бўлишича ҳайвонлар ҳужайрасида 79% дан ортиқ геном қисми транскрипция бўлар экан. Шу билан бирга кўп транскриптлар ДНКни иккала комплементар занжиридан транскрипцияланади ва баъзи шароитларда хроматиннинг компакт центромери ҳам транскрипцияланар экан.
Геномнинг бирламчи маҳсулоти РНК ҳисоблансада биологияни ривожланиши учун янги парадигма, яъни кодланмайдиган РНК регулятор функциясига эгалиги таклиф қилинмоқда (Mattick, 2007), ҳамда РНК кўп ҳужайрали организмлардаги барча онтогенезларга асосланган соматик ҳужайралардаги эпигенетик модификацияларни бошқаради.