D-looop gaenlari va ularning tasnifi

1.2 Yangi modda turining aniqlanishi
DNK kabi Kimyoviy modda 1868 yilda Iogan Fridrix Misher tomonidan yiringli hujayralar qoldiqlaridan ajratilgan. U azot va fosforni o'z ichiga olgan moddani ajratib oldi. Avvaliga yangi moddaga nom berildi nuklein, va keyinchalik, Misher bu moddaning kislotali xususiyatlarga ega ekanligini aniqlaganida, moddaga nom berildi nuklein kislotasi. Yangi kashf etilgan moddaning biologik funktsiyasi noaniq edi va uzoq vaqt davomida DNK tanadagi fosfor ombori hisoblangan. Bundan tashqari, 20-asrning boshlarida ham ko'plab biologlar DNKning ma'lumot uzatish bilan hech qanday aloqasi yo'qligiga ishonishgan, chunki ularning fikricha, molekula tuzilishi juda bir xil va kodlangan ma'lumotni o'z ichiga olmaydi.
Asta-sekin, genetik ma'lumotni tashuvchisi ilgari o'ylangandek, oqsillar emas, balki DNK ekanligi isbotlandi. Birinchi hal qiluvchi dalillardan biri O.Averi, Kolin Makleod va Maklin Makkartining (1944) bakteriyalarning transformatsiyasiga oid tajribalaridan olingan. Ular pnevmokokklardan ajratilgan ajralish uchun transformatsiya deb ataladigan narsa (o'lik patogen bakteriyalarning qo'shilishi natijasida zararsiz madaniyat tomonidan kasallik qo'zg'atuvchi xususiyatlarga ega bo'lish) javobgar ekanligini ko'rsatishga muvaffaq bo'ldilar. DNK. Amerikalik olimlar Alfred Xershi va Marta Cheyz (1952-yilda Xershi Cheyz tajribasi) radioaktiv yorliqli oqsillar va bakteriofaglar DNKsi bilan oʻtkazilgan tajriba shuni koʻrsatdiki, infektsiyalangan hujayraga faqat fagning nuklein kislotasi uzatiladi va fagning yangi avlodida bir xil oqsillar mavjud. va nuklein kislota asl fag sifatida.
1950-yillarga qadar DNK ning aniq tuzilishi, shuningdek, irsiy ma'lumotni uzatish usuli noma'lum bo'lib qoldi. DNK nukleotidlarning bir nechta zanjirlaridan iborat ekanligi aniq ma'lum bo'lsa-da, hech kim bu zanjirlarning nechtasini va ular qanday bog'langanligini aniq bilmas edi.
DNK qo'sh spiralining tuzilishi 1953 yilda Frensis Krik va Jeyms Uotson tomonidan Moris Uilkins va Rozalind Franklin tomonidan olingan rentgen ma'lumotlari va "Chargaff qoidalari" asosida taklif qilingan, unga ko'ra har bir DNK molekulasida qat'iy nisbatlar kuzatiladi. , azotli asoslar sonini bir-biriga bog'lash. turli xil turlari. Keyinchalik Uotson va Krik tomonidan taklif qilingan DNK tuzilishi modeli isbotlandi va ularning ishlari qayd etildi. Nobel mukofoti 1962 yilda fiziologiya yoki tibbiyot yo'nalishi bo'yicha. O'sha paytda saraton kasalligidan vafot etgan Rozalind Franklin laureatlar qatoriga kirmadi, chunki mukofot vafotidan keyin berilmaydi.
Qizig'i shundaki, 1957 yilda amerikaliklar Aleksandr Rich, Gari Felsenfeld va Devid Devis uchta spiraldan tashkil topgan nuklein kislotani tasvirlab berishgan. Va 1985-1986 yillarda Moskvada Maksim Davidovich Frank-Kamenetskiy ikki zanjirli DNK ikki emas, balki uchta DNK zanjiridan tashkil topgan H-shakl deb ataladigan shaklga qanday buklanganligini ko'rsatdi.
Molekulaning tuzilishi.
Dezoksiribonuklein kislotasi (DNK) biopolimer (polianion), uning monomeri nukleotiddir.
Har bir nukleotid dezoksiriboza shakariga 5" pozitsiyasida biriktirilgan fosfor kislotasi qoldig'idan iborat bo'lib, unga to'rtta azotli asoslardan biri ham 1" pozitsiyasida glikozid bog'i (C-N) orqali bog'langan. Bu nuklein kislotalarning nomlarida qayd etilgan DNK va RNK o'rtasidagi asosiy farqlardan birini tashkil etuvchi xarakterli shakarning mavjudligi (RNK tarkibida riboza shakar mavjud). Nukleotidga misol sifatida adenozin monofosfatni keltirish mumkin, bunda fosfat va ribozaga biriktirilgan asos adenindir (rasmda ko'rsatilgan).
Molekulalarning tuzilishiga ko'ra nukleotidlarni tashkil etuvchi asoslar ikki guruhga bo'linadi: purinlar (adenin [A] va guanin [G]) bir-biriga bog'langan besh va olti a'zoli geterotsikllar orqali hosil bo'ladi; pirimidinlar (sitozin [C] va timin [T]) - olti a'zoli heterosikl.
Istisno sifatida, masalan, PBS1 bakteriofagida asoslarning beshinchi turi DNKda - urasil ([U]) da uchraydi, pirimidin asosi bo'lib, halqada metil guruhi yo'qligi bilan timindan farq qiladi, odatda timin o'rnini bosadi. RNKda.
Shuni ta'kidlash kerakki, timin va urasil avval o'ylangandek, mos ravishda DNK va RNK bilan qattiq chegaralanmagan. Shunday qilib, ba'zi RNK molekulalari sintez qilingandan so'ng, ushbu molekulalardagi urasillarning katta qismi timinga aylanadigan maxsus fermentlar yordamida metillanadi. U transport va ribosoma RNKlarida uchraydi.
Ikki tomonlama spiral.
DNK polimeri ancha murakkab tuzilishga ega. Nukleotidlar uzun polinukleotid zanjirlariga kovalent bog'langan. Aksariyat hollarda bu zanjirlar (bir zanjirli DNK genomlariga ega bo'lgan ba'zi viruslar bundan mustasno) vodorod bog'lari yordamida juft-juft bo'lib, qo'sh spiral deb ataladigan ikkilamchi tuzilishga birlashtiriladi. Zanjirlarning har birining asosi o'zgaruvchan shakar fosfatlaridan iborat. Bitta DNK zanjirida qo'shni nukleotidlar fosfodiester bog'lari bilan bog'langan bo'lib, ular bitta nukleotidning dezoksiriboza molekulasining 3 "-gidroksil (3" - OH) guruhi va 5 "-fosfat guruhi o'rtasidagi o'zaro ta'sir natijasida hosil bo'ladi. 5"-RO 3) boshqasining. DNK zanjirining assimetrik uchlari 3" (uch primer) va 5" (besh primer) deb ataladi. DNK sintezida zanjir qutbliligi muhim rol o'ynaydi (zanjirning cho'zilishi faqat erkin 3' uchiga yangi nukleotidlarni qo'shish orqali mumkin).
Yuqorida aytib o'tilganidek, tirik organizmlarning katta ko'pchiligida DNK bir emas, balki ikkita polinukleotid zanjiridan iborat. Bu ikkita uzun zanjir bir-biriga qarama-qarshi bo'lgan uning tarkibiy zanjirlarining azotli asoslari o'rtasida hosil bo'lgan vodorod aloqalari bilan barqarorlashadigan qo'sh spiral shaklida bir-birining atrofida o'ralgan. Tabiatda bu spiral ko'pincha o'ng qo'lda. DNK molekulasini tashkil etuvchi ikkita ipning 3" uchidan 5" oxirigacha bo'lgan yo'nalishlar qarama-qarshidir (iplar bir-biriga "antiparallel").
Ikki tomonlama spiralning kengligi 22 dan 24 A gacha yoki 2,2 - 2,4 nm, har bir nukleotidning uzunligi 3,3 A (0,33 nm) ni tashkil qiladi. Spiral zinapoyaning yon tomonida, DNK qo'sh spiralida, molekulaning fosfat magistrallari orasidagi bo'shliqlarda qadamlarni ko'rish mumkin bo'lganidek, halqalari perpendikulyar tekislikda joylashgan asoslarning chetlarini ko'rish mumkin. makromolekulaning uzunlamasına o'qiga.
Ikki tomonlama spiralda kichik (12 Å) va katta (22 Å) truba ajralib turadi. Ikki zanjirli DNKdagi o'ziga xos ketma-ketliklarga biriktirilgan transkripsiya omillari kabi oqsillar, odatda, asosiy yivdagi asosiy qirralar bilan o'zaro ta'sir qiladi, bu erda ular qulayroqdir.
Iplardan biridagi har bir tayanch ikkinchi ipdagi bitta aniq asos bilan bog'langan. Bunday o'ziga xos bog'lanish to'ldiruvchi deyiladi. Purinlar pirimidinlarni to'ldiruvchi (ya'ni ular bilan vodorod bog'larini hosil qilish qobiliyatiga ega): adenin faqat timin bilan, sitozin esa guanin bilan bog'laydi. Qo'sh spiralda zanjirlar DNK asosi ketma-ketligiga bog'liq bo'lmagan hidrofobik o'zaro ta'sirlar va stacking orqali ham bog'langan.
Qo'sh spiralning bir-birini to'ldiruvchiligi bir ipda mavjud bo'lgan ma'lumot boshqa ipda ham mavjudligini anglatadi. To'ldiruvchi asos juftlari orasidagi o'zaro ta'sirlarning qaytarilishi va o'ziga xosligi DNK replikatsiyasi va tirik organizmlardagi DNKning boshqa barcha funktsiyalari uchun muhimdir.
Vodorod aloqalari kovalent bo'lmaganligi sababli ular osonlikcha buziladi va tiklanadi. Er-xotin spiralning zanjirlari fermentlar (spiral) ta'sirida yoki yuqori haroratda fermuar kabi ochilishi mumkin. Turli tayanch juftliklari har xil miqdordagi vodorod aloqalarini hosil qiladi. AT ikkita, GC - uchta vodorod bog'i bilan bog'langan, shuning uchun GCni buzish uchun ko'proq energiya talab qilinadi. HC juftlarining ulushi va DNK molekulasining uzunligi zanjirlarning dissotsiatsiyasi uchun zarur bo'lgan energiya miqdorini aniqlaydi: HC ning yuqori miqdori bo'lgan uzun DNK molekulalari ko'proq refrakterdir.
DNK molekulalarining funksiyasi tufayli oson ajratilishi kerak boʻlgan qismlari, masalan, bakterial promotorlardagi TATA ketma-ketligi odatda koʻp miqdorda A va T ni oʻz ichiga oladi.
DNKdagi azotli asoslar kovalent modifikatsiyaga ega bo'lishi mumkin, bu gen ekspressiyasini tartibga solishda qo'llaniladi. Masalan, umurtqali hayvonlar hujayralarida 5-metilsitozin hosil qilish uchun sitozin metilatsiyasi somatik hujayralar tomonidan gen ekspresyon profilini qiz hujayralarga o'tkazish uchun ishlatiladi. Sitozin metilatsiyasi DNK qo'sh spiralidagi tayanch juftligiga ta'sir qilmaydi. Umurtqali hayvonlarda somatik hujayralardagi DNK metilatsiyasi CH ketma-ketligidagi sitozin metilatsiyasi bilan chegaralanadi. O'rtacha darajasi metillanish turli organizmlarda, masalan, nematodada farqlanadi Caenorhabditis elegans Sitozin metilatsiyasi kuzatilmaydi va umurtqali hayvonlarda 1% gacha metillanishning yuqori darajasi aniqlangan. Boshqa asosiy modifikatsiyalarga bakteriyalarda adenin metilatsiyasi va kinetoplastlarda "J-asos" hosil qilish uchun urasil glikozillanishi kiradi.
Genning promotor qismida 5-metilsitozin hosil bo'lishi bilan sitozin metilatsiyasi uning faol bo'lmagan holati bilan bog'liq. Sitozin metilatsiyasi sutemizuvchilarda inaktivatsiya uchun ham muhimdir. DNK metilatsiyasi genomik imprintingda qo'llaniladi. Kanserogenez jarayonida DNK metilatsiyasi profilidagi sezilarli buzilishlar sodir bo'ladi.
Ga qaramasdan biologik roli, 5-metilsitozin o'z-o'zidan o'z amin guruhini yo'qotishi mumkin (deaminatsiyalanadi), timinga aylanadi, shuning uchun metillangan sitozinlar mutatsiyalar sonining ko'payishi manbai hisoblanadi.
NK turli mutagenlar, jumladan oksidlovchi va alkillovchi moddalar, shuningdek, yuqori energiyali elektromagnit nurlanish - ultrabinafsha va rentgen nurlanishi bilan zararlanishi mumkin. DNKning shikastlanish turi mutagenning turiga bog'liq. Masalan, ultrabinafsha nurlar DNKda timin dimerlarini hosil qilish orqali zarar etkazadi, ular qo'shni asoslar o'rtasida kovalent bog'lanishlar hosil bo'lganda paydo bo'ladi.
Erkin radikallar yoki vodorod peroksid kabi oksidlovchilar DNKning bir nechta shikastlanishiga olib keladi, jumladan bazaviy modifikatsiyalar, ayniqsa guanozin, shuningdek, DNKdagi ikki zanjirli uzilishlar. Ba'zi ma'lumotlarga ko'ra, har bir inson hujayrasida oksidlovchi birikmalar ta'sirida kuniga 500 ga yaqin asoslar buziladi. Zararning har xil turlari orasida eng xavflisi ikki zanjirli uzilishlardir, chunki ularni tuzatish qiyin va xromosoma bo'limlarini yo'qotish (o'chirish) va translokatsiyaga olib kelishi mumkin.
Ko'pgina mutagen molekulalar ikkita qo'shni tayanch juftligi orasiga kiradi (interkalatsiyalanadi). Ushbu birikmalarning aksariyati, masalan, etidium, daunorubitsin, doksorubitsin va talidomid aromatik tuzilishga ega. Interkalatsiya qiluvchi birikma asoslar orasiga o'rnatilishi uchun ular qo'sh spiralning tuzilishini ajratishi, ochishi va buzishi kerak. DNK tuzilishidagi bu o'zgarishlar transkripsiya va replikatsiyaga xalaqit berib, mutatsiyalarni keltirib chiqaradi. Shuning uchun interkalatsiya qiluvchi birikmalar ko'pincha kanserogenlar bo'lib, ulardan eng mashhurlari benzopiren, akridinlar va aflatoksindir. Ushbu salbiy xususiyatlarga qaramay, transkripsiya va DNK replikatsiyasini inhibe qilish qobiliyati tufayli interkalatorlar tez o'sib borayotgan saraton hujayralarini bostirish uchun kimyoterapiyada qo'llaniladi.
Agar siz arqonning uchlarini olib, ularni turli yo'nalishlarda bura boshlasangiz, u qisqaradi va arqonda "super rulonlar" hosil bo'ladi. DNK ham supero'ralgan bo'lishi mumkin. Oddiy holatda DNK zanjiri har 10,4 asos uchun bitta burilish qiladi, lekin o'ta o'ralgan holatda spiral qattiqroq yoki burilmagan bo'lishi mumkin. Supertwistingning ikki turi mavjud: musbat - oddiy burilishlar yo'nalishi bo'yicha, ularda asoslar bir-biriga yaqinroq joylashgan; va salbiy - teskari yo'nalishda. Tabiatda DNK molekulalari, odatda, fermentlar - topoizomerazlar tomonidan kiritilgan salbiy supercoillingda bo'ladi. Ushbu fermentlar DNKda transkripsiya va replikatsiya natijasida yuzaga keladigan qo'shimcha burilishlarni olib tashlaydi.
Chiziqli xromosomalarning uchlarida telomerlar deb ataladigan maxsus DNK tuzilmalari joylashgan. Bu hududlarning asosiy vazifasi xromosoma uchlarining yaxlitligini saqlashdir. Telomerlar, shuningdek, DNK uchlarini eksonukleazlar tomonidan degradatsiyadan himoya qiladi va ta'mirlash tizimining faollashishini oldini oladi. An'anaviy DNK polimerazalari xromosomalarning 3" uchlarini replikatsiya qila olmagani uchun buni maxsus ferment telomeraza bajaradi.
Inson hujayralarida telomerlar ko'pincha bir zanjirli DNK bilan ifodalanadi va TTAGGG ketma-ketligining bir necha ming takrorlanuvchi birliklaridan iborat. Guaninga boy boʻlgan bu ketma-ketliklar xromosomalarning uchlarini barqarorlashtiradi va ikkita oʻzaro taʼsir qiluvchi bazadan emas, toʻrttadan iborat boʻlgan G-quadroplekslar deb ataladigan juda noodatiy tuzilmalarni hosil qiladi. Barcha atomlari bir tekislikda joylashgan to'rtta guanin asoslari asoslar o'rtasidagi vodorod aloqalari va uning markazida metall ionining (ko'pincha kaliy) xelatlanishi bilan barqarorlashtirilgan plastinka hosil qiladi. Ushbu plitalar bir-birining ustiga o'rnatiladi.
Xromosomalarning uchlarida boshqa tuzilmalar ham paydo bo'lishi mumkin: asoslar bir zanjirda yoki turli parallel zanjirlarda joylashgan bo'lishi mumkin. Ushbu "stack" tuzilmalarga qo'shimcha ravishda, telomerlar T-looplar yoki telomerik halqalar deb ataladigan katta halqaga o'xshash tuzilmalarni hosil qiladi. Ularda bir zanjirli DNK telomerik oqsillar tomonidan barqarorlashtirilgan keng halqa shaklida joylashgan. T-halqaning oxirida bir zanjirli telomerik DNK ikki zanjirli DNK bilan birlashadi va bu molekuladagi iplarning juftlanishini buzadi va iplardan biri bilan bog'lanish hosil qiladi. Ushbu uch ipli shakllanish D-loop deb ataladi.
DNK genetik ma'lumot tashuvchisi bo'lib, genetik kod yordamida nukleotidlar ketma-ketligi sifatida yozilgan. Tirik organizmlarning ikkita asosiy xususiyati DNK molekulalari bilan bog'liq - irsiyat va o'zgaruvchanlik. DNK replikatsiyasi deb ataladigan jarayon davomida asl zanjirning ikkita nusxasi hosil bo'ladi, ular bo'linganda qiz hujayralar tomonidan meros qilib olinadi, natijada hosil bo'lgan hujayralar genetik jihatdan asl nusxaga o'xshash bo'ladi.
Genetik ma'lumot genomning transkripsiya (DNK shablonida RNK molekulalarining sintezi) va translyatsiya (RNK shablonidagi oqsillarni sintezi) jarayonlarida ifodalanishi paytida amalga oshiriladi.
Nukleotidlar ketma-ketligi turli xil RNK turlari haqida ma'lumotni "kodlaydi": ma'lumot yoki shablon (mRNK), ribosoma (rRNK) va transport (tRNK). Ushbu turdagi RNKlarning barchasi transkripsiya jarayonida DNKdan sintezlanadi. Ularning oqsil biosintezidagi roli (tarjima jarayoni) boshqacha. Messenger RNK oqsildagi aminokislotalarning ketma-ketligi haqida ma'lumotni o'z ichiga oladi, ribosoma RNK ribosomalar uchun asos bo'lib xizmat qiladi (asosiy vazifasi mRNK asosida alohida aminokislotalardan oqsil yig'ish bo'lgan murakkab nukleoprotein komplekslari), RNK aminokislotalarni etkazib berishdir. kislotalar oqsillarni yig'ish joyiga - ribosomaning faol markaziga, mRNK bo'ylab "o'rmalab yuruvchi".
Ko'pgina tabiiy DNKlar ikki zanjirli tuzilishga ega, chiziqli (eukariotlar, ba'zi viruslar va bakteriyalarning ma'lum avlodlari) yoki aylana (prokaryotlar, xloroplastlar va mitoxondriyalar). Ba'zi viruslar va bakteriofaglar chiziqli bir zanjirli DNKni o'z ichiga oladi. DNK molekulalari zich joylashgan, kondensatsiyalangan holatda bo'ladi.Eukariot hujayralarda DNK asosan xromosomalar to'plami shaklida yadroda joylashgan. Bakterial (prokaryotlar) DNK odatda sitoplazmada nukleoid deb ataladigan tartibsiz shakldagi shakllanishda joylashgan bitta dumaloq DNK molekulasi bilan ifodalanadi. Genomning genetik ma'lumotlari genlardan iborat. Gen - bu irsiy ma'lumotni uzatish birligi va organizmning ma'lum bir xususiyatiga ta'sir qiluvchi DNK bo'limi. Genda transkripsiya qilingan ochiq o'qish ramkasi, shuningdek, ochiq o'qish ramkalarining ifodasini boshqaruvchi promouter va kuchaytiruvchi kabi tartibga soluvchi elementlar mavjud.
Ko'pgina turlarda umumiy genom ketma-ketligining faqat kichik bir qismi oqsillarni kodlaydi. Shunday qilib, inson genomining atigi 1,5% ni oqsil kodlovchi ekzonlar tashkil etadi va inson DNKsining 50% dan ortig'i kodlanmaydigan takrorlanuvchi DNK ketma-ketliklaridan iborat. Bunday bo'lishining sabablari katta raqam eukaryotik genomlarda kodlanmaydigan DNK va genom o'lchamidagi katta farq (C-qiymati) hal qilinmagan ilmiy sirlardan biridir; ushbu sohadagi tadqiqotlar, shuningdek, DNKning ushbu qismida relikt viruslarning ko'p sonli bo'laklariga ishora qiladi.
Hozirgi vaqtda "keraksiz DNK" sifatida kodlanmaydigan ketma-ketliklar g'oyasiga zid bo'lgan ko'proq dalillar to'planmoqda (Eng. keraksiz DNK). Telomerlar va sentromeralar bir nechta genlarni o'z ichiga oladi, ammo ular xromosoma funktsiyasi va barqarorligi uchun muhimdir. Odamning kodlanmagan ketma-ketliklarining keng tarqalgan shakli psevdogenlar, mutatsiyalar natijasida inaktivlangan genlarning nusxalari. Bu ketma-ketliklar molekulyar sutemizuvchilarga o'xshaydi, lekin ba'zida ular genlarning ko'payishi va keyingi divergensiya uchun boshlang'ich material bo'lib xizmat qilishi mumkin. Tanadagi oqsil xilma-xilligining yana bir manbai - muqobil biriktirishda "kesish va yopishtiruvchi chiziqlar" sifatida intronlardan foydalanish. Nihoyat, oqsillarni kodlamaydigan ketma-ketliklar snRNK kabi uyali yordamchi RNKlarni kodlashi mumkin. Inson genomining yaqinda o'tkazilgan transkripsiyaviy tadqiqoti shuni ko'rsatdiki, genomning 10% poliadenillangan RNKni keltirib chiqaradi va sichqon genomini o'rganish uning 62% transkripsiyalanganligini ko'rsatdi.
DNKda kodlangan genetik ma'lumot o'qilishi va oxir-oqibat hujayralarni tashkil etuvchi turli biopolimerlarning sintezida ifodalanishi kerak. DNK zanjirining asosiy ketma-ketligi transkripsiya deb ataladigan jarayonda "qayta yoziladigan" RNKning asosiy ketma-ketligini bevosita aniqlaydi. mRNK holatida bu ketma-ketlik oqsilning aminokislotalarini belgilaydi. mRNK nukleotidlar ketma-ketligi va aminokislotalar ketma-ketligi o'rtasidagi bog'liqlik genetik kod deb ataladigan tarjima qoidalari bilan belgilanadi. Genetik kod uchta nukleotiddan (ya'ni, ACT CAG TTT va boshqalar) tashkil topgan kodonlar deb ataladigan uch harfli "so'zlardan" iborat. Transkripsiya jarayonida genning nukleotidlari RNK polimeraza tomonidan sintez qilingan RNKga ko'chiriladi. Ushbu nusxa, mRNK holatida, ribosoma tomonidan dekodlanadi, u mRNK ketma-ketligini aminokislotalarga biriktirilgan transport bilan bog'lash orqali xabarchi RNKni "o'qiydi". 3 ta harfli birikmalarda 4 ta asos ishlatilganligi sababli, jami 64 ta kodon mavjud (4³ kombinatsiya). Kodonlar 20 ta standart aminokislotalarni kodlaydi, ularning har biri aksariyat hollarda bir nechta kodonga mos keladi. mRNKning oxirida joylashgan uchta kodondan biri aminokislota degani emas va oqsilning oxirini aniqlaydi, bular "to'xtash" yoki "bema'nilik" kodonlari - TAA, TGA, TAG.
Hujayra bo'linishi bir hujayrali organizmning ko'payishi va ko'p hujayrali organizmning o'sishi uchun zarurdir, lekin bo'linishdan oldin hujayra genomni ko'paytirishi kerak, shunda qiz hujayralar asl hujayra bilan bir xil genetik ma'lumotni o'z ichiga oladi. DNKning ikki baravar ko'payishi (replikatsiyasi) nazariy jihatdan mumkin bo'lgan bir nechta mexanizmlardan yarim konservativi amalga oshiriladi. Ikki zanjir ajratiladi, so'ngra har bir etishmayotgan komplementar DNK ketma-ketligi DNK polimeraza fermenti tomonidan qayta ishlab chiqariladi. Bu ferment qo'shimcha asoslar juftligi orqali to'g'ri asosni topib, uni o'sib borayotgan zanjirga qo'shib, polinukleotid zanjirini quradi. DNK polimeraza yangi zanjirni boshlay olmaydi, faqat mavjud bo'lgan zanjirni hosil qiladi, shuning uchun u primaz tomonidan sintez qilingan qisqa nukleotidlar zanjiri (primer) kerak. DNK polimerazalari faqat 5" --> 3" yo'nalishda zanjirlanishi mumkinligi sababli, antiparallel iplarni nusxalash uchun turli mexanizmlar qo'llaniladi.
DNKning barcha funktsiyalari uning oqsillar bilan o'zaro ta'siriga bog'liq. O'zaro ta'sirlar o'ziga xos bo'lmagan bo'lishi mumkin, bu erda oqsil har qanday DNK molekulasiga yopishadi yoki ma'lum bir ketma-ketlikning mavjudligiga bog'liq. Fermentlar DNK bilan ham o'zaro ta'sir qilishi mumkin, ulardan eng muhimi DNKning asosiy ketma-ketligini RNKga transkripsiyada yoki yangi DNK zanjiri sintezida - replikatsiyada ko'chiradigan RNK polimerazalaridir.
DNKning nukleotidlar ketma-ketligiga bog'liq bo'lmagan oqsillar va DNKning o'zaro ta'sirining yaxshi o'rganilgan misollari strukturaviy oqsillar bilan o'zaro ta'sir qilishdir. Hujayrada DNK bu oqsillar bilan bog'lanib, xromatin deb ataladigan ixcham strukturani hosil qiladi. Prokariotlarda xromatin kichik ishqoriy oqsillarni - gistonlarni DNKga biriktirish natijasida hosil bo'ladi, prokariotlarning kamroq tartiblangan kromatinida gistonga o'xshash oqsillar mavjud. Gistonlar disk shaklidagi oqsil strukturasini - nukleosomani hosil qiladi, ularning har birining atrofida DNK spiralining ikkita burilishi joylashgan. Gistonlar va DNK o'rtasidagi nospesifik bog'lanishlar gistonlarning ishqoriy aminokislotalarining ion bog'lari va DNKning shakar-fosfat magistralining kislotali qoldiqlari tufayli hosil bo'ladi. Ushbu aminokislotalarning kimyoviy modifikatsiyalari metillanish, fosforlanish va asetillanishni o'z ichiga oladi. Ushbu kimyoviy modifikatsiyalar DNK va gistonlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchini o'zgartiradi, transkripsiya omillariga o'ziga xos ketma-ketliklarning mavjudligiga ta'sir qiladi va transkripsiya tezligini o'zgartiradi. Xromatinning o'ziga xos bo'lmagan ketma-ketliklarga biriktiruvchi boshqa oqsillari jellarda yuqori harakatchanlikka ega bo'lgan oqsillardir. ko'p qismi uchun katlanmış DNK bilan. Bu oqsillar xromatinda yuqori tartibli tuzilmalarni hosil qilishda muhim ahamiyatga ega. DNKga biriktiruvchi oqsillarning maxsus guruhi bitta zanjirli DNK bilan bog'langan oqsillardir. Odamlarda bu guruhning eng yaxshi tavsiflangan oqsili replikatsiya oqsili A bo'lib, ularsiz qo'sh spiral bo'shashadigan jarayonlarning aksariyati, jumladan replikatsiya, rekombinatsiya va ta'mirlash sodir bo'lmaydi. Ushbu guruhning oqsillari bir zanjirli DNKni barqarorlashtiradi va yadro halqalarining shakllanishi yoki nukleazlar tomonidan parchalanishini oldini oladi.
Shu bilan birga, boshqa oqsillar ma'lum ketma-ketliklarni taniydi va biriktiradi. Bunday oqsillarning eng ko'p o'rganilgan guruhi transkripsiya omillarining turli sinflari, ya'ni transkripsiyani tartibga soluvchi oqsillardir. Ushbu oqsillarning har biri ko'pincha promouterda ketma-ketlikni taniydi va gen transkripsiyasini faollashtiradi yoki bostiradi. Bu transkripsiya omillarini RNK polimeraza bilan bevosita yoki vositachi oqsillar orqali bog'lash orqali sodir bo'ladi. Polimeraza avval oqsillar bilan birlashadi va keyin transkripsiyani boshlaydi. Boshqa hollarda transkripsiya omillari promotorlarda joylashgan gistonlarni o'zgartiruvchi fermentlarga biriktirilishi mumkin, bu esa DNKning polimerazalarga kirishini o'zgartiradi.
Maxsus ketma-ketliklar genomning ko'p joylarida sodir bo'lganligi sababli, bir turdagi transkripsiya omili faolligining o'zgarishi minglab genlarning faolligini o'zgartirishi mumkin. Shunga ko'ra, bu oqsillar ko'pincha atrof-muhit o'zgarishlariga, organizmning rivojlanishiga va hujayralar differentsiatsiyasiga javoban tartibga solinadi. Transkripsiya omillarining DNK bilan o'zaro ta'sirining o'ziga xosligi aminokislotalar va DNK asoslari o'rtasidagi ko'plab aloqalar bilan ta'minlanadi, bu ularga DNK ketma-ketligini "o'qish" imkonini beradi. Bazalar bilan eng ko'p aloqa asosiy yivda sodir bo'ladi, bu erda bazalar qulayroqdir.
DNKning nukleotidlar ketma-ketligiga bog'liq bo'lmagan oqsillar va DNKning o'zaro ta'sirining yaxshi o'rganilgan misollari strukturaviy oqsillar bilan o'zaro ta'sir qilishdir. Hujayrada DNK bu oqsillar bilan bog'lanib, xromatin deb ataladigan ixcham strukturani hosil qiladi. Prokariotlarda xromatin kichik ishqoriy oqsillarni - gistonlarni DNKga biriktirish orqali hosil bo'ladi, prokariotlarning kamroq tartiblangan xromatini gistonsimon oqsillarni o'z ichiga oladi. Gistonlar disk shaklidagi oqsil strukturasini - nukleosomani hosil qiladi, ularning har birining atrofida DNK spiralining ikkita burilishi joylashgan. Gistonlar va DNK o'rtasidagi nospesifik bog'lanishlar gistonlarning ishqoriy aminokislotalarining ion bog'lari va DNKning shakar-fosfat magistralining kislotali qoldiqlari tufayli hosil bo'ladi. Ushbu aminokislotalarning kimyoviy modifikatsiyalari metillanish, fosforlanish va asetillanishni o'z ichiga oladi. Ushbu kimyoviy modifikatsiyalar DNK va gistonlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchini o'zgartiradi, transkripsiya omillariga o'ziga xos ketma-ketliklarning mavjudligiga ta'sir qiladi va transkripsiya tezligini o'zgartiradi. Xromatinning o'ziga xos bo'lmagan ketma-ketliklarga biriktirilgan boshqa oqsillari, asosan, katlanmış DNK bilan bog'langan jellarda yuqori harakatchanlikka ega bo'lgan oqsillardir. Bu oqsillar xromatinda yuqori tartibli tuzilmalarni hosil qilishda muhim ahamiyatga ega. DNKga biriktiruvchi oqsillarning maxsus guruhi bitta zanjirli DNK bilan bog'langan oqsillardir. Odamlarda bu guruhning eng yaxshi tavsiflangan oqsili replikatsiya oqsili A bo'lib, ularsiz qo'sh spiral bo'shashadigan jarayonlarning aksariyati, jumladan replikatsiya, rekombinatsiya va ta'mirlash sodir bo'lmaydi. Ushbu guruhning oqsillari bir zanjirli DNKni barqarorlashtiradi va yadro halqalarining shakllanishi yoki nukleazlar tomonidan parchalanishini oldini oladi.
Printsipni kashf qilgandan keyin molekulyar tashkilot DNK kabi modda 1953 yilda rivojlana boshladi molekulyar biologiya. Bundan tashqari, tadqiqot jarayonida olimlar DNK qanday rekombinatsiyalanganligi, uning tarkibi va inson genomimiz qanday joylashishini aniqladilar.