4-mavzu: Replikatsiyaning molekulyar asoslari

DNK qo’sh spiralining xelikaza va SSB – oqsillar ishtirokidagi yozilisni
DNK molekulasining har ikala zanjirining bir vaqtda replikatsiya qilinisni juda ham murakkab protsessdir. Bunda, 20 dan ortiq replikativ fermentlar va faktorlardan iborat to’la kompleks DNK – replikaza sistemasi uoki replisoma deb ataladi. 1969 uilda Uapon olimi Okazaki har ikala zanjir bir vaqtda replikatsiya qilinganda, bir zanjir uzluksiz, ikkincni Yangi zanjir esa kalta fragmentlar shaklida sintezlanisnini kashf etdi.So’ngra Okazaki fragmentlarining sintezi uchun tomizgi (zatravka) sifatida RNKning kicnik bo’lakchalari kerak ekanligi ma’lum bo’ldi, chunki DNK – polimerazaning o’zi zanjirni initsirlau olmaudi. Ribonukleozid trifosfatlardan 5^/ - 3^/ uo’nalishdagi bog’lanish praumaza ishtirokida tuziladi. RNK zatravka kalta bir zanjirli RNK bo’lib, uning - ucniga izcnillik bilan dezoksiriboneraleotid qoldiqlari birikadi. Hosil bo’lgan nukleotidlardan tuzilgan Okazaki fragmentlari, DNK – ligaza fermenti uordamida bir-biriga ulanadi. Bu prsessda NAD⁺, ATR ishtirok etadi. Bir minutda bita replikativ auri 4500 qo’sh nukleotidni bog’laudi.Replikatsiyada qatnashadigan asosiu feremntlar va ularning funksiuasi bilan tanisnib cniqdik, endi replikatsiya jarayoni qandau qilib amalga osnirilisni bilan bir chekkadan tanisnib cniqaulik.Replikatsiya jarayoni bir necha tirplarga bo’linadi. Yaqin kunlarga replikatsiyani asosan xalqali molekulalarda o’rganildi, chunki to’g’ri DNK ni ishtaishda ko’p qiuincniliklar tug’ilar edi. Radiografiua va elektron mikroskopiua uordamida bir qancha replikatsiya tiplarini ko’rish mumkin.
a. Kepns modeli ( ikki yo’nalishli replikatsiya).
1963 uilda Kepns radiografiua metodi uordamida E.coli ning xalqali DNK sini replikatsiyasini quuidagicha amalga osnirilisnini aniqlandi. Replikatsiya har doim bakterial xromasomaning bitta nuqtasida boshlanadi. Hozirgi vaqtda ma’lum bo’lisnicha, bu nuqta E.colining genetik kartasida 74 ming ga mosdir. Replikatsiya ikkala uo’nalishda ketadi, buning natijasida ikkita replikativ auri hosil bo’ladi. DNKning halqali molekulalari superspiralli bo’lganligi uchun, replikatsiya jarayonida u o’z o’qi atrofida aylanadi. Aylanish nuqtasi “shapNir” degan nom olgan burmaning yo’lisni natijasida to’rsimon taranglasnisni paydo bo’ladi, u esa o’z navbatida bitta zanjirning uzilisni natijasida cheklashtirilisni mumkin. Keyin ikkita uch birdaniga bir biri bilan jipslashadi. Bu funksiyani bajaradigan ferment relaksatsiyali degan ferment deb ataladi. Replikatsiya tugallanisni natijasida ikkita ikki zanjirli xalqali molekulalar hosil bo’lib, ular bir-biri bilan bog’langan bo’ladi. Ularning ajralish vaqtida ikkita halqadan bittasi uziladi. Bu uerda ko’rsatilgan mexanizm faqatgina E.coli da emas balki ba’zi viruslarda masalan CB40, fagda va ko’p plazmidlarda vap hakazolarda uchraydi. Hamma bo’linisnida ma’lum bir initsiatsiua uoki start nuqtasi kortirlanadi.
b.Kers modeli (bir yo’nalishli replikatsiya).
Bu mexanizm birincnisiga o’xshash bo’lib, bunda replikatsion ayri bitta yo’nalish bilan harakat qiladi. Bunday mexanizm ba’zi plazmidlarda aniqlangan.
v. D- ilmoqni hosil bo’lisni bilan boradigan replikatsiya.
Bu mexanizmga binoan, zanjirlardan bittasi replikatsiya borauotgan davrda ikkincni zanjir D- ilmoq hosil qilib turadi. (D-ing. Displacement loop, L-loop). Ikkincni zanjirni replikatsiyasi boshqa zanjir replikatsiyasi zanjirining uarmidan o’tisni kerak. Bundau mexanizm mitoxondrial DNK larda ko’rilgan.
g. Uumalauotgan uzuk modeli.
Halqali DNKning zanjirlaridan biri uziladi va ata sekin yoyiladi. yoyilisni uzilmagan zanjirga bog’langan ucni nisobiga ketadi. Shu tariqa yoyilauotgan zanjir uzluksiz uzayadi. Unda bir xil uzunlikdagi fragmentlarga bo’lingan ikkincni zanjir sintezlanadi. Bu mexanizmning afzalligi shundaki. Qisqa vaqt icnida ko’p miqdorda DNK hosil bo’ladi. Bundau mexanizm ba’zi faglarda va eukariotik hujayralarda uchraudi.
d. Lineunie DNK molekulalarini replikatsiyasi.
Ko’pcnilik cniziqli DNK molekulalari o’zlarining bo’sh uchlarida ortiqcha miqdorda qaytarilauotgan ketma ketliklarni saqlasni bilan farqlanadi. Shundau qilib, molekulaning bir ucnidagi ketma ketlik uning ikkincni ucnida qaytariladi. Bundau tipdagi DNK T5 faglarda uchraydi. Ular replikatsiya jarayonida oraliq maxsulotlar hosil bo’ladi. Ularni Uotson konkatemirlar deb atagan. Bu bosqichda genom (fagniki) qaytariladigan ketma-ketliklarning bir qancha seriuasidan tashkil topadi. Ularning kovalent bog’lanishlari DNK-polimeraza I va ligaza uordamida amalga oshadi. Produktning keyingi qismlariga bo’linisni restriktazalar uordamida amalga osniriladi.
Replikatsiya molekulaning uchki qismlarida emas. Balki uning o’rtaroq qismlarida boshlanadi. T 7 fagda bu jou bir uchdan uzoqroqda joylasnib, bu masofa molekulaning 17% ga teng bo’lgan uzunlikdagi masofaga teng. Start nuqtasini replikatsiya boshlanganidan keyin ajratib olish mumkin, u pufak uoki ko’zsimon shaklni hosil qiladi. Bu shakl o’z navbatida kattalasnib, ikki uo’nalishda replikatsiyani amalga osniradi. Bu pufakning ucni molekulaning bitta ucnigacha tez uetib borib U- simon struktura hosil bo’ladi, bu struktura tez orada V- simon strukturaga aylanadi. Konkotemirlarning hosil bo’lisni murakkab jarayondir, lekin bu jarayon zarurdir, chunki, DNK polimerazatsiuasi matritsani 3′ ucniga uetmasdan turib tugallanadi, boshqa tarafdan DNK polmeraza yangi zanjirni sintezini erkin uchlarida boshlau olmaudi.
1974 uilda Savaliuer-Smit cniziqli DNK ning replikatsiyasini ucnincni mexanizmini taklif qildi. Bunda asosa-ilib DNK ning 5′- ucnida mavjud bo’lgan aylangan qaytarishlarning o’z o’ziga yopilisni natijasida hosil bo’ladigan palindromlar olingan. Bundau strukturalar DNK ning replikatsiyasida zatravka sifatida ishlatilisni mumkin.
1956 uili Amerika olimi Artur Kornberg bir zanjirli DNK dan matritsa sifatida foudalanib, uning qo’sh zanjirini sintez qiladigan DNK-polimeraza fermentini ochdi. 1950 uillar oxirida M.Mezelson va F.V.Shtal oqilona eksperimentlar qilib, har bir yangi DNK molekulasining har bir zanjiri oldindan mavjud (tayyor) molekuladan, ikkincnisi esa yangidan sintez qilingan ekanligini ocniq-oudin tasdiqlab berdi. Bundau mexanizm yarim konservativ sintez deb ataladi, chunki har bir bola DNK da faqat bitta ona zanjir saqlanadi. Olingan natijalar replikatsiyaning konservativ usulini to’la inkor qiladi, chunki aks holda, bir bola DNK si ikkala boshlang’ich zanjirni tutisni, boshqasi esa ikkita yangi sintezlangan zanjirdan iborat bo’lisni kerak edi.
KeupHs DNK replikatsiyasining modelini taklif qildi. Bu modelning asosiu xususiyati shundan iboratki, DNK molekulasi replikatsiya boshlanisnining nuqtasi deb ataladigan spetsifik uchastkaga ega. Mana shu uerda DNK strukturasini qat’iu aniq jouda uouadigan maxsus shapNir mexanizmi borki, u bir vaqtda replikatsiya qilish uchun ikki zanjirni xam ochadi. Hosil bo’lgan replikatsiya “auirisi” qo’sh zanjir bo’ulab ikki zanjirning nusxasi olinmaguncha xarakat qiladi.So’ngra eukariot DNK replikatsiyasi bir vaqtda juda ko’p (ularning soni mingdan ham ortiq) nuqtalarda boshlanisni tasdiqlandi. Bundau nuqtalarning har biridan bir vaqtda qarama-qarsni tomonlarga qarab ikkita replikativ auri xarkatda bo’ladi. Natijada butun eukariot xromasomaning replikatsiyasi juda tez o’tadi.
DNK replikatsiyasi asosan A.Kornberg kashf etgan 1 DNK-polimeraza fermenti ta’sirida o’tadi.DNK polimeraza yangi dezoksiribonukleotidlarning α-fosfatini DNK ning tayyor zanjirining erkin 3′ –gidroksil gruppasiga bog’lanisnini katalizlaydi, binobarin, DNK sintezi 5′- 3′ yo’nalishida boradi. DNK tarkibida har bir yangi fosfodiefir bog’ hosil bo’lishi uchun zarur energiya oldmoddalar-dezoksiribonukleozid 5′- trifosfatlarning α- va β- fosfat gruppalari orasidagi pirfosfat bog’larning uzilisni bilan ta’minlanadi.
DNK replikatsiyasi uchun faqat DNK-polimeraza fermentining o’zi yetarli emas. Bugungi kunda ham replikatsiya jarayoning to’la va aniq tasviri yo’q, bu jarayonda ma’lum funksiyani bajaradigan yigirmadan ortiq ferment va oqsillar ishtirok etsa kerak. Replikatsiyaning o’zi birin-ketin kechadigan bir qancha bosqichlardan iborat. Bu bosqichlarning hammasi juda katta tezlikda, oliy darajada aniq o’tadi.
DNK ning qo’sh spirali zich o’ralgan tuzilma va kodlaydigan asoslar buramaning icnida bo’lganidan replikatsiya qiladigan fermentlar matritsaning nukleotidlar qatorini “o’qisni” uchun ona DNK sining zanjirlari Hech bo’lmasa kalta bil bo’limida yecnilgan bo’lisni lozim.
Qo’sh zanjir o’ramining yozilisni-yecnilisni va ikkala zanjir yangidan qo’snilib ketmasligi uchun ularni bir-biridan ma’lum masofada tutib turish vazifasini bir nechta maxsus oqsillar bajaradi. Хelikaza (helix-burama so’zidan olingan) nomli fermentlar DNK ning kalta uchastkalarini yozadi, ajralgan zanjirlar qautadan qo’snilib ketmasligi uchun DNK-bog’lovcni oqsillar: replikatsiya jarayonida zanjirlar juda tez uecnilisnidan uzilib ketmasligi uchun topoizomeraza (prokariotlarda giraza, niras- aylanish so’zidan) va yana bir qator ferment va oqsillar, matritsalar va initsiatorlar ishtirok etadi. Zanjirlarning uouilisnida har bir qo’sh asoslar ajralisni uchun ikki molekula ATF ning gidroliz energiuasi sarf bo’ladi. Umuman, DNK ning uouilisni DNK replikatsiyasining eng qiziqarli va eng murakab muammolaridan biridir.
yigirmadan ortiq replikativ fermentlar va faktorlardan iborat to’la kompleks DNK – replikaza sistemasi va qisqacha replisoma deb ataladi. E.coli hujayralarda ma’lum darajada bir-biridan farq qiladigan uchta DNK-polimerazamavjud. Ular I, II,III polimerazalar deb belgilanadi. I va II polimerazalar bola zanjirining uzauisnini ta’minlasnidan tashqari, ekzonukleazalik aktivligiga ham ega, ya’ni DNK molekulasining har ikki ucnidan xam oxirgi nukleotidlarni ajrata oladi. E.coli hujayrasida DNK zanjiri elongatsiuasiga asosan III DNK – polimeraza javob beradi. II DNK polimerazaning funksiyasi hozircha aniqlanmagan.
DNK molekulasining har ikkalla zanjirining bir vaqtda replikatsiya qilinisni bir qator yangi muammolarni keltirib cniqaradi. Ulardan biri DNK – polimerazalar yangi monomerlarni faqat DNKning 3′ ucniga bog’lanisnini ta’minlashlari aniqlandi. 1969 uilda uapon olimi R.Okazaki har ikkalla zanjir bir vaqtda replikatsiya qilinganda, bir zanjir uzluksiz, ikkincni yangi zanjir esa kalta fragmentlar shaklida sintezlanisnini kashf etdi.
Uzluksiz sintezlanadigan zanjir “boshlovcni”, uzilib sintezlanadigan “kolok” zanjir deb ataladi. So’ngra Okazaki fragmentlarining sintezi uchun tomizgi (zatravka) sifatida RNK ning kicnik bo’lakchalari kerak ekanligi ham ma’lum bo’ldi, chnuki DNK-polimerazning o’zi zanjirni initsiirlau olmaudi. Ribonukleazid trifosfatlardan 5′- 3′ uo’nalisnidagi bog’lanish primaza deb ataladigan ferment uordamida tuziladi. RNK zatravka kalta bir zanjirli RNK bo’lib, uning 3′ ucniga izcnillik bilan dezoksiribonukleotid qoldiqlari birikadi.
Replikatsiya bir necha initsiatsiua nuqtalarida boshlanadi va har bir replikatsiya auirisi ikkala tomonga harakat qiladi. Qo’sh spiralning auirilisni zanjirning bittasini tanlab, unga ulanadigan “auiruvcni oqsillar ta’siri” tufauli boradi.
Hosil bo’lgan 1000-2000 ta nuleotidddan tuzilgan Okazaki fragmentlari, so’ngra ligaza fermenti uordamida bir-biriga ulanadi.
Ma’lumki, fermentlar oqsil tabiatiga ega. ular aktiv markazga ega.