Genomika asoslari

Noyob genlar. Bu genomda bitta nusxada taqdim etilgan genlar. Ushbu genlar tarkibiga ba’zi strukturaviy va boshqaruvchi genlar kiradi. Shu bilan birga, strukturaviy va boshqaruvchi genlarning aksariyati genomda bitta nusxada emas, balki ikki, uch yoki undan ortiq nusxada taqdim etiladi. Ehtimol, bu ba’zi bir biologik ma’noga ega, zararli omillarga qarshi turish nuqtai nazaridan - bitta gen zararlanganda uning nusxasi funktsiyani oladi. Boshqa barcha turdagi genlar shu jumladan, turli xil RNKlarni kodlaydigan genlar noyob hisoblanmaydi.
Genlar oilasi. Inson genomidagi nukleotidlar ketma-ketligini o’rganish natijasida nukleotidlar ketma-ketligida ilgari noyob deb hisoblangan ba’zi strukturaviy va boshqaruvchi genlarga juda o’xshash nusxalari va DNK mintaqalari aniqlangan. Keyingi tadqiqotlar shuni ko’rsatdiki, inson genomida genlarni takrorlaydigan genetik jarayon mavjud. Ushbu jarayon yaxshi tavsiflangan va uni takrorlash ikki baravar oshirish deyiladi. Genomda takrorlanish natijasida noyob gen bilan birga uning nusxasi paydo bo’ladi.
Inson evolyutsiyasi bir necha ming yillarga cho’zilganligini hisobga olsak, bu uzoq vaqt davomida ajdod genining takrorlanishi natijasida uning bir emas, balki bir nechta nusxalari shakllanganligi aniq. Ushbu nusxalar, agar ularda mutatsiyalar yuzaga kelmasa, asosiy gen vazifasini o’tashi mumkin edi. Agar keyinchalik tiklanmagan nusxa tuzilishida zarar mutatsiya sodir bo’lgan bo’lsa, unda bunday nusxaning ekspressiyasi to’xtaydi va genomda ishlamaydigan psevdogen harakatsiz, jim gen paydo bo’ldi. Zarar ko’rgan gen o’z faoliyatini davom ettirganda va aslidan farqli oqsil ribosomalarda sintezlanganda yana bir narsa yuz berishi mumkin edi. Agar bu oqsilning funktsiyasi hayotga mos keladigan bo’lsa, bunday organizm ko’payib, mutant gen genlar oilasida qolgan holda o’z avlodlariga o’tdi. Ikki nusxadagi va keyingi o’zgarishlar natijasida ma’lum bir ajdod genidan paydo bo’lgan genlar to’plamiga genlar oilasi deyiladi. Oila uchta turdagi genlarni o’z ichiga olishi mumkin:

• 
  Faol gen yoki uning nusxalari,
  

·-Faolsiz nusxalar - pseudogenlar.
· Mutant genlar va boshqalar.
Qoida tariqasida mutatsiyani har doim o’z funktsiyasini to’xtatadigan psevdogenda topish mumkin.
So’nggi paytlarda ba’zi mutant genlarning faoliyati masalasi immunologlarni qiziqtirmoqda. Oddiy gen tuzilishidan farq qiladigan mutatsiya natijasida nukleotidlar ketma-ketligiga ega bo’lgan holda, bunday gen transkripsiya qilinadi va keyinchalik tuzilishi o’zgargan nuqsonli oqsilga translyatsiya qilinadi. Ma’lumki, bunday oqsillar organizmda begona bo’lib, turli xil allergik reaktsiyalar paydo bo’lishiga olib kelishi mumkin.
Genlar oilalari genomda bir necha marta takrorlanishi mumkin, bir xromosomada, yonma-yon joylashgan tandem yoki bir-biridan minglab tayanch juftlari bilan ajralib turishi mumkin. Ba’zi hollarda ular turli xromosomalarga tarqalishi mumkin. Qanday bo’lmasin, genlar oilasida dublikatsiyalarning mavjudligi genomning zararlanishiga nisbatan ko’proq chidamliligini ta’minlaydi.
DNKning oraliq ketma-ketliklari
Genlar oilasi Bu bir xil xromosomadagi oila
Genlarning oilalarga birikishi ko’plab inson genlariga xosdir - globin, gistonlar, interferonlar, aktin va tubulin, tRNK, rRNK va boshqalarni kodlovchi genlar.
Globin oqsilining a- va b-zanjirlari (inson gemoglobin molekulalari) ikkita gen a va b bilan kodlangan. Voyaga etgan odamda globin genlari ikki oila - a va b tomonidan kodlanadi, a - oilaga ikkita a genlari kiradi, bitta psevdogen a. B oilasi bitta b geni va bitta psevdogendan iborat. Bundan tashqari, har bir klaster globinni kodlovchi tegishli genlarni o’z ichiga oladi embriogenezning turli bosqichlari. Natijada ancha noqulay tuzilish yuzaga keladi. Globinning zanjirini kodlovchi ikkita bir xil genning a-klasterida va faqat bitta faol genning b-klasterida mavjudligi, b-zanjirga ko’proq zarar yetkazishini ko’rsatadi. va, albatta, yuqorida tavsiflangan 100 ta beqaror gemoglobinning ko’pchiligida mutatsiya b zanjiriga ta’sir qiladi.
Hujayra uchun nihoyatda muhim bo’lgan boshqa oqsillar gistonlardir. DNK molekulasi bilan o’zaro aloqada bo’lib, ular submolekulyar tuzilmalarni - nukleosomalarni hosil qiladi. Ilgari gistonlar beshta turli xil H1, H2A, H2B, H3 va H4 oqsillari bilan ifodalanishini va turli xil funktsiyalar bilan ta’minlanganligini aniqlangan - xromosomalarning kondensatsiyalanishida ishtirok etish, genlarning ekspressiyasini, replikatsiya va boshqalar. Ammo ularning faoliyatida o’z genlarini boshqarish uchun maxsus tizim yaratilishiga olib kelgan bitta xususiyat mavjud: qisqa vaqt ichida DNK replikatsiyasi (gistonlar DNK bilan nukleosomalar hosil qilganda), hujayra ularni zudlik bilan va ko’p miqdorda talab qiladi. Evolyutsiyada ushbu muammoning universal yechimi topildi - har xil organizmlar genomida barcha 5 giston genlari butun blok - klaster shaklida joylashgan. Ushbu klaster ko’p marta takrorlangan. Tovuq genomida ularning takrorlanish chastotasi 10 ga yaqin, odamlarda 20 ga yaqin, dengiz kirpilarining ayrim turlarida klasterlar 300-600 marta takrorlanadi. Oddiy sharoitlarda, ko’p takrorlanishlardan faqat ahamiyatsiz qismi ishlaydi. Ammo replikatsiya paytida genomda mavjud bo’lgan barcha takrorlanishlar transkripsiya qilinadi, bu hujayra uchun zarur bo’lgan gistonlarning sezilarli darajada ko’payishiga olib keladi. Genlarning bir necha marta takrorlanishi nafaqat qisqa vaqt ichida ko’p sonli gistonlarning tezkor sintezini ta’minlaydi, balki bir vaqtning o’zida butun giston-kodlash kompleksining ishonchliligini oshiradi.
Ko’p sonli genlar RNKning ikki turini - transport (tRNK) va ribosomal (rRNK) ni ham kodlaydi. Eukaryotlarda ikkinchisi 5, 8S -, 18S - va 28S - rRNK uch turiga bo’linadi. Ularni kodlovchi genlar ko’p marta takrorlanadi.
Genning bitta nusxasiga mutatsiya zarar normal ishlayotgan o’nlab yoki yuzlab genlar fonida ko’rinmas bo’lib qoladi. Bundan kelib chiqadiki, mutatsiyalar ta’siri evolyutsiya jarayonida tashlanib ketadigan darajada aniq bo’lgunga qadar genomda yetarli miqdordagi mutatsion nusxalar to’planib qolishi mumkin. Biroq, bu kuzatilmaydi. Savol tug’iladi: qanday qilib zararli mutatsiyalarning doimiy to’planishi takrorlangan genlarda sodir bo’lmaydi? Shubhasiz, mutatsiyalarni evolyutsion tanlash mexanizmi bo’lishi kerak. Bir nechta mexanizmlar mavjud. Biroq, ularning hech biri to’liq isbotlanmagan. Qanday bo’lmasin, takrorlangan genlarni zararli mutatsiyalardan himoya qilishga qaratilgan mexanizm evolyutsion ravishda belgilanadi va hujayra genomining himoya tizimining bir qismidir.
Yuqorida aytib o’tilganlarga asoslanib, mutatsiyalarga genlarning qarshiligini oshirish bo’yicha azaliy muammoni hal qilish juda oddiy bo’lib tuyulishi mumkin - genlarning nusxalarini olish va ko’paytirish. Bu ishdan yiroq bo’lib chiqdi. Genlarni E. koli hujayrasida klonlash orqali ko’paytirishga urinishlar induksiya qilingan mutatsiyalarning pasayishiga olib kelmagan, aksincha, o’chirish darajasini oshirgan holatlar mavjud. Buning sababi nima, hozircha aniq emas.