Kirish i-bob. Gen konsepsiyasi evolyutsiyasi haqida umumiy tushuncha

2.2. Start va stop kodon
Begin — transkripsiyaning boshlanishi , End —transkripsiyaning tugashi, DNA — DNK. Transkripsiya bosqichlari Transkripsiya (lotincha transcriptio —ko‘chirib yozish) — bu barcha tirik organizmlarda amalga oshadigan, matritsa sifatida DNK ishlatilishi bilan boradigan RNK sintezlanish jarayonidir. Boshqacha aytganda, bu jarayon genetik axborotni DNK dan RNK ko‘chirish jarayonidir.Transkripsiya DNK ga bog‘liq bo‘lgan RNK –polimeraza fermenti tomonidan katalizlanadi.RNK sintezi jarayoni 5'- dan 3'- oxirga tomon yo‘nalishda boradi, ya‘ni DNK ning matritsa zanjiri bo‘ylab RNK polimeraza 3'-5' yo‘nalishda xarakatlanadi.Transkripsiya initsiatsiya, elongatsiyava terminatsiya bosqichlaridan iborat.Transkripsiya initsiatsiyasi. Transkripsiyaning initsiatsiyasi — murakkab jarayon bo‘lib, transkripsiyalanuvchi ketma – ketlik yonidagi DNK ketma – ketligiga va (eukariotlarda esa genomning nisbatan uzoqdagi uchastkalari — enxanserlar va saylenserlarga) turli xil oqsil omillarining mavjudligiga yoki mavjud emasligiga bog‘liq. Transkripsiyaning elongatsiyasi. RNK – polimerazaning transkripsiya initsiatsiyasidan elongatsiyaga o‘tish vaqti xali aniqlangan emas. Ichak tayoqchasi RNK – polimerazasi misolida bu o‘tishini uchta uchta asosiy bioximiyaviy xodisa xarakterlaydi: sigma – faktorning ajralishi, matritsa bo‘ylab ferment molekulasining birinchi translokatsiyasi va transkripsion materialning kuchli stabillashuvi, u RNK- polimerazada tashqari RNK ning o‘suvchi zanjirini va transkripsiyalanuvchi DNK ni o‘z ichiga oladi. Bu xodisa eukariotlar RNK – polimerazasi uchun xam xosdir.Initsiyasiyadan elongatsiyaga o‘tish ferment, promotor, transkripsiya initsiatsiyasining omili orasida aloqalarning uzilishi, bir qator xollarda esa RNK – polimerazani elongatsiyaga nisbatan kompetentlik xolatiga o‘tishi bilan boradi. (masalan, RNK – polimerazadagi CTD-domenining fosfolirlanishi). Elongatsiya fazasi o‘sib borayotgan transkriptning ajralib chiqishi va fermentning matritsadan dissotsilanishi bilan tugaydi (terminatsiya). Elongatsiya bosqichida taxminan 18 juft DNK bir – biriga birikib ketgan bo‘ladi. DNK matritsa ipining taxminan 12 jufti RNK ning o‘sib borayotgan oxiri bilan gibrid spiral xosil qiladi.RNK – polimerazaning matritsa bo‘ylab oldinga xarakatlanishida uning echilishi ro‘y beradi, orqada esa DNK juft spiralining tiklanishi amalga oshadi. SHu bilan bir paytda RNK o‘sib borayotgan zanjirining navbatdagi bo‘g‘ini va RNK – polimeraza ajralib chiqadi. Bu ko‘chishlar RNK – polimeraza va DNK nisbiy aylanishi bilan amalga oshishi zarur. Xromatin transkripsiyasida xujayrada bu jarayonni borishini tasavvur qilish qiyin. SHuning uchun DNK bo‘ylab bunday aylanishni oldini olish uchun RNK - polimeraza bilan topoizomerazalar xarakat qiladi. Elongatsiya asosiy elongirlovchi omillar yordamida amalga oshadi. Ularsiz jarayon muddatidan oldin tugab qolishi mumkin edi. Oxirgi paytlarda regulyator omillar xam elongatsiyani boshqarishi mumkinligini ko‘rsatuvchi ma‘lumotlar xam paydo bo‘la boshladi. RNK – polimeraza elongatsiya jarayonida genning muayyan uchastkalarida tanaffuslar qiladi. Bu xolat substratlarning past konsentratsiyalarida aniq – ravshan ko‘rinadi. Matritsaning ba‘zi bir uchastkalarida RNK - polimerazaxarakatlanishida tanaffuslar substratlarning optimal konsentratsiyalarida xam ro‘y beradi.Bu tanaffuslarning davomiyligi elongatsiya omillari bilan boshqarilishi mumkin.Terminatsiya. Bakteriyalarda transkripsiya terminatsiyasining ikkita mexanizmi mavjud :
ro-bog’liq mexanizmida Rho (ro) oqsili DNK va mRNK matritsa orasidagi vodorod bog‘larni destabillab, RNK molekulasini ajratib chiqaradi. ro-bog‘liq bo‘lmagan mexanizmda transkripsiya sintezlangan RNK molekulasi poyacha – sirtmoq xosil qilgan paytda to‘xtaydi. Ularda bir nechta uratsillar (…UUUU) joylashadi, bu esa RNK molekulasini DNK matritsasidan ajralishiga olib keladi. Eukariotlarda transkripsiya terminatsiyasi kamroq o‘rganilgan.Bu jarayon RNK ning kesilishi bilan borib, undan keyin uning 3' oxiriga ferment bir nechta adeninlarni qo‘shadi (…AAAA). Ularning soniga mazkur transkriptning stabilligi bog‘liqdir.Transkripsion fabrikalar. Transkripsiya jarayoni transkripsion fabrikalar deb nomlangan, ulkan, ba‘zi – bir xisob – kitoblarga ko‘ra 10 MDa bo‘lgan, taxminan 8 RNK- polimeraza II saqlagan va keyingi protsessing bilan splaysing komponenti, undan tashqari yangi sitezlangan transkriptning to‘g‘irlanishi xisobiga borishini ta‘kidlovchi bir qator eksperimental ma‘lumotlar mavjud. Xujayra yadrosida RNK – polimerazaning jarayonga kiritilgan va eruvchan puli orasida doimiy almashinuv amalga oshadi. Aktiv RNK-polimeraza bunday kompleksga kirititadi, u esa o‘z navbatida xromatinning tuzilmaviy tapshkil topishini kompktlashtiruvchi birlik xisoblanadi. Oxirgi ma‘lumotlar transkripsion fabrikalarning mavjudligi va transkripsiya amalga oshmagan paytda ular xujayrada fiksatsiyalanganninidan va mustaqil yadroviy subkompartment ekanligidan guvoxlik beradi (ular xujayraning yadro matriksi bilan ta‘sirlashishi xaqida xech qanday ma‘lumot yo‘q).
RNK – polimeraza I, II yoki III saqlovchi transkripsion fabrikalar kompleksi mass - spektrometriya yordamida taxlil qilindi. Oqsil sintezi murakkab, ko‘p bosqichli jarayon bo‘lib, DNK, RNK va bevosita oqsilsintezlovchi tizimining funksional holatiga bog‘liq. Oqsil sintezida uch xil RNK ishtirok etadi. Demak, transkripsiya jarayoni oqsil sintezi faoligini belgilovchi asosiy omildir.Genlarning ekspressiyasi transkripsiyani tezlashtiradi, repressiyasi esa mazkur jarayonni sekinlashtiradi. Ribosomada oqsillar jarayonini boshqarish mexanizmini tushuntirish uchun 161 yil ikki fransuz olimlari F.Jakob va J.Mono genlar induksiyasi va repressiyasi nazariyasini taklif qildilar. Olimlar E.coli ning β-galaktozidaza faolligini induksiyasini tadqiqi qilish asosida operon gipotezasini ishlab chiqqanlar.DNK- molekulasida muayyan chegaralangan sigment-qismlar bo‘lib, ular iRNK molekulasini sintezlashda ishtirok etib, ularni strukturali genlar yoki operon deyiladi. Jakob va Mono o‘z tajribalarida o‘rgangan laktozani induksiyalaydigan uchta ferment βgalaktozidaza, bu ferment laktozani glyukoza va galaktozaga parchalaydi. Ikkinchi ferment galaktozidpemeaza bo‘lib, u laktozani hujayra membranasidan ko‘chiriladi. Uchinchiferment galaktozidtransatsetilaza atsetil qoldig‘ini galaktozaga etkazadi. Bu genlarni z,y va α deb atalib, ular ichak tayoqchasi xromosomasida yonma-yon joylashgan. Operon strukturali genlardan tashqari o‘z tarkibida gen-operator, gen-regulyator bo‘lib, oxirgisi oqsil tabiatli repressorni kodlaydi. Gen-operatorga yondosh holda promotor joylashgan. Bu qism transkripsiyaninginitsiatsiyasini boshlang‘ich sayti hisoblanadi. Oqsil-repressor genoperator bilan bog‘langanida promotor faoliyati qisman to‘xtatiladi.Bu jarayon o‘z faoliyatida RNK-polimeraza fermentini promotorga bog‘lanishiga imkoniyat bermaydi, natijada transkripsiya to‘xtatiladi.
Hujayrada β-galaktozidazaning hosil bo‘lishi laktozani gidrolizlanishiga sababchi bo‘ladi. Natijada energiya manbai bo‘lgan glyukozaning to‘planishiga olib keladi. Transkripsiyaning tezligi vaβ- galaktozidazaning sintezi laktoza repressor (induktorini) miqdorini kamaytirib, Lacoeronning faoliyati esa repressiyaga uchraydi. SHunday qilib, genlarning regulyasiyasi teskari bog‘lanish orqali amalga oshadi. Mazkur jarayonda markaziy o‘rinni oqsil-repressor egallaydi. U 4-ta subbrlik va ikkita bog‘lovchi markazdan iborat. Ular laktoza induktori va gen-operator bilan bog‘lanadilar. Mazkur markazlar bir vaqtda faoliyat ko‘rsatmay, balki navbat bilan ishlaydi.Agar oqsil-repressor induktor yoki gen-operator bilan bog‘langan bo‘lsa, induksiya boshlanadi, Lac-operonning faoliyati repressiyaga uchraydi. Operon vazifasining boshqarilish usullarini yana bir xili aniqlangan. Bakteriya glyukozali muhitda o‘stirilsa, laktozali operon faoliyat ko‘rsatmaydi.Bu jarayonda muayyan mahsulotglyukozani parchalovchi katobolit bu jarayonni repressiyalaydi.ma‘lum bo‘lishicha, RNK-polimeraza mahsus oqsil SAR orqali promotorga bog‘lanadi.Mazkur sAMF bilan bog‘langan kompleks katobolit genlarni faollashtiradi.
Glyukozaning katoboliti sAMF ni hosil qilishda ishtirok etadigan adenilatsiklaza fermentini ingibirlash natijasida kompleks shakllanmaydi, laktozali operon induksiyaga uchramaydi. SHunday qilib, transkripsiyaning faoliyati SAR-sAMF kompleksini promotor bilan bog‘lanishiga bog‘liq. Laktozali operonda β-galaktozidazaning substrati laktoza bo‘lib, u oqsil-repressorni inaktivatsiya holatiga keltirishi natijasida fermentning sintezi boshlanib, operonning faoliyati tiklanadi.Fermentlar sintezini regulyasiyasi boshqacha usulda ham amalga oshishi mumkin.Jumladan, bakteriyada aminokislota triptofanning sintezida qatnashadigan ferment faoliyatida kuzatish mumkin. Bu jarayon quyidagicha sodir bo‘ladi. Oqsil-repressor faol bo‘lmagan prorepressor holida sintezlaadi. Fermentning oxirgi mahsuloti bo‘lgan triptofan oqsil-repsorni faollashtiruvchi omil bo‘lib, u gen-operator bilan bog‘langanda transkripsiya to‘xtaydi. Regulyasiyaning yana bir mexanizmi bu transkripsiya faoliyatini pasaytiruvchi jarayon bo‘lib, bu atgenuatsiya deyiladi. Bakteriya hujayrasining birinchi strukturali gen bilan gen-operator o‘rtasida 140-150 nukleotid qoldig‘idan tashkil topgan joyda etakchi, lider attenuator qatori jooylashgan. Oxirgi mahsulot, jumladan triptofan yig‘ilganda va RNK-polimeraza attenuatorga etganda operon o‘z faoliyatini to‘xtadi. Oxirgi mahsulot kamayganda transkripsiya yana o‘z faoliyatini boshlaydi. Prokariot organizmlarda regulyator jarayoni transkripsiya, translyasiya jarayoniga nisbatan asosiy rolni o‘ynaydi. Transkripsiya bosqichidagi regulyatorlik mexanizmlari prokariot va eukariot organizmlari o‘rtasida umumiy o‘xshashaliklarni kuzatish mumkin. Ular o‘rtasida ayrim farqlar ham bor. Jumladan, eukariot hujayralari uchun genlarning amplitfikatsiyasi va ularning joylanishio‘ziga xos xususiyatga ega. Ko‘rsatilgan ikkita mexanizm ham sintezlanayotgan oqsillar nushasini keskin ko‘payishiga sababchi bo‘lib, metabolizm realizatsiyasini amalga oshiradi.Eukariot hujayralarda DNK oqsillari (gistonlar) bilan o‘ralib, nukleosoma shaklida bo‘ladilar.Bunday holatda genlarning transkripsiyasi bo‘lmaydi. Genlarning ekspressiyasi uchun transkriptonlar oqsil o‘ramidan ozod bo‘lishi, ya‘ni deblokirlanishi zarur. Demak, nukleosomalarning shakllanishi va buzilishi eukariot genlarning regulyasiyasida asosiy omil bo‘lib xizmat qiladi. Gormonlarning bevosita ta‘siri natijasida yadroviy oqsil-gistonlarfosforlanishi natijasida nukleosomalar tarkibiy qismlarga ajraladilar.SHunday holatga matritsaga initsiatsiya omillari bog‘lanib, transkripsiya boshlanib, RNK sinteziga sababchi bo‘ladi.Gormonlar ta‘siri to‘xtasa, nukleosomalar o‘z g‘olatlaprini tiklaydilar. Genlar faolligining boshqarilishida gistonlarning atsetillanishi va deatsetillanishi katta ahamiyat kasb etadi. Ma‘lumki, eukariot organizmlarda transkripsiya uchun mahsus oqsillar talab etilib, ular transkripsion omil deyiladi.Mazkur oqsillar kompleksi RNK polimeraza bilan bog‘lanib, initsiatsiya majmuasining shakllanishiga samarali xizmat qiladi. Atsetillanishda ferment gistonatsetilaza oqsillar kompleksi bo‘lgan transkripsiyali omillar bilan bog‘lanadi. Translyatsiya mexanizmi - Oqsil biosintezi. Ribosomada DNK ko‘rinishiga ega bo‘lgan, lekin tarkibi jihatidan farq qiladigan RNK ga mRNK yoki iRNK deyiladi. Translyatsiya – yadrodan mRNK sitoplazmaga transportlanishi va ribosomalarda oqsil sintez bo‘lishidir. Oqsil sintezida mRNK bilan bir qatorda kuzatuvchi informafer oqsilning ahamiyati katta.Translyatsiya ikki bosqichdan iborat. Ikkala bosqichi hujayrada turlicha yig‘ilgan (hujayraning har hil qismida joylashgan) bo‘ladi.

1. 
   Bosqich: Rekognitsiya – aminokislotani tanish. Bu jarayon gialoplazmada amalga oshiriladi.
   

2- Bosqich: Oqsilning sintez bo’lishi – ribosomada sodir bo‘ladi. I- etap - Rekognitsiya, yoki aminokislotani tanish 1-bosqich. Aminokislotani tanishdan maqsad shundan iboratki, har bir aminokislotani o‘zini tRNK si mavjud bo‘lib, tRNK o‘zining aktseptor qismidagi SSA–OH guruhi bilan aminokislotaning karboksil guruh tomoni bilan bog‘lashdan iborat. Shunday ekan tRNK o‘z o‘zidan o‘zining aminokislotasi bilan boglana olmaydi. Aminokislota faollanishi kerak bo‘ladi. Shu maqsad uchun hujayra shirasida, tarjima qilishda ―tarjimon‖ vazifasini bajaruvchi spetsifik fermentlar mavjud. Spetsifik fermentlar aminoatsil-tRNK-sintetazalar (qisqartirilgan ko‘rinishi ARS azalar) deb ataladi. Proteinogen aminokislotalarga mos ravishda kamida 20 turdagi ARS azalar mavjud.ARS azalar – yuqori molekulali (molekulyar massasi 100.000-240.000), to‘rtlamchi qurilishga ega. Ular tRNK va aminokislotalarni o‘ziga xos ravishda taniydi va ularning birikishini quyidagi reaktsiya orqali katalizlaydi:
Prokariot eukariot hujayralar yagona DNK genomini saqlovchi gaploid organizmlardir. Prokariot hujayra DNKsi hamma oqsil va nuklein kislotalarni kodirlab xromosoma tarkibiga kiradi. Masalan, E.coli yagona xromosomaga ega bo‘lib, u DNK, RNK va oqsil komplekslarini o‘zida saqlaydi. DNK uzuksimon (yoki halqasimon) molekulaga ega bo‘lib, 4,6x106 juft asos yoki 4600kv (k=kilo=ming, v=base-asosni) saqlaydi. Uzuk diametri taxminan 1mm. dagi uzuksimon molekula diametri 1mkmga teng bo‘lib, DNKsi hujayrada ixcham holda joylashgan. Eukariot hujayralar prokariot hujayralaridan murakkab tuzilgan bo‘lib, diploid holda bo‘ladi. E.colidan nematodalar DNKsi taxminan 40 marta, salamandrlar DNKsi 40000 marta katta. Odam hujayrasi DNKsi E.colidan 700 marta katta. Eukariot hujayralarda DNK hujayra yadrosining alohida fragmentlari bo‘lishi xromosomalarda joylashgan. DNK 400 dan (achitqida) 100000 kv (odamda) asosga ega. Agar ikki zanjirli DNKni bir chiziq bo‘ylab tizib chiqsak, u juda uzayib ketgan bo‘lar edi. (masalan, odam hujayrasida 1,74m). shuning uchun xromosomalar kuchli kondensirlangan strukturaga ega, aks holda u yadroga sig‘magan bo‘lar edi. Eukariot hujayra DNKsi strukturasi jihatidan prokariot hujayra DNKsi strukturasiga juda o‘xshaydi. Ular bir-biridan molekulasining uzunligi va spetsifik nukleotid ketma-ketligining joylashuvi bilan farq qiladi. Masalan, E.coli 2000 struktura genga ega bo‘lib, har birining uzunligi 1500 juft asosga teng. Odam genomi 3x106 genga ega bo‘ladigan bo‘lsa, bu 50000 atrofidagi juft asosga ega bo‘ladi. har xil organizmlarda genlar sonini har xil baholash mumkin, genning o‘rtacha uzunligi 1 kvga teng. Organizm DNKsi (juft asos) Genlar soni SV40(hayvon virusi) T4(bakteriofag) E.coli (bakteriya) Odam gaploid hujayrasi 5,0x103 2,0x105 4,6x106 2,8x109 5 200 4600 100000-500000 Qo‘sh zanjir DNK kondensatsiyasi natijasida molekulaning uzunligi 10000 martagacha qisqaradi. Bu ikki yo‘l bilan amalga oshadi:
1. Sferasimon kalava hosil qilish yo‘li bilan; 2. DNKning yuqorilama spiral ko‘rinishini hosil qilish yo‘li bilan. Sferasimon kalava hosil bo‘lish yo‘li viruslarda, DNKning yuqorilama spiral ko‘rinishi hamma prokariot, eukariot hujayralarda va eukariot hujayralarni zararlovchi viruslarda uchraydi. DNKning sferasimon kalavalanishi natijasida kompakt «shpulka»(«mokki») hosil bo‘ladi. T4 bakteriofagda ikki qavatlama shpulka hosil qilgan DNK fagning boshiga o‘ralib ikosaedra formasini hosil qiladi. Boshida kalava o‘rami tashqi, keyin ichki qavatni o‘raydi. Ular orasida ozgina ochiq joy qoladi. DNKning qolgan qismi har ikki qavatdan ham o‘tib, virusning markaziy qismidan dumi tomonga chiqib turadi. Boshqa viruslarda DNK xudi T4 ga o‘xshab o‘ralmagan bo‘lsa ham shunga o‘xshash bo‘ladi. Qo‘sh zanjir DNKning yuqorilama spiral ko‘rinishi DNKning kuchli taranglashishi natijasida yuqoriga qarab o‘z-o‘zidan spiral holda buralishidan hosil bo‘ladi. DNKning barqaror, kompakt formasi kerakli, pishiq DNK sferasimon kalavasi va DNK yuqorilama spiral ko‘rinishi manfiy zaryadlangan fosfat gruppalari bevosita bir-biriga yaqin. Ikala gruppa bir-biridan itariladi, lekin uzoqlashib ketmaydi, ularning uzoqlashib ketmasligini musbat zaryadlangan poliamin degan moda ta’minlab turadi. Bu moda prokariot, eukariot hujayralarda, ko‘proq viruslarda uchraydi. Poliamin moddalar qatoriga kiruvchi eukariot hujayralarda uchrovchi spermidin