Maqsad: genlarning xususiyatlari va funktsional rolini o'rganish

Kirish
Diskret irsiy omillarning birinchi g'oyasi 1865 yilda G. Mendel tomonidan yaratilgan (yoki aksincha, hipotetik tarzda e'lon qilingan). 1909da Daniya biologi va genetikasi V. Iogansen irsiy omillarni genlar deb atadi. Xromosomada yotadigan, o'z-o'zini boshqarish qobiliyatiga ega bo'lgan va rekombinatsiya, mutatsiya va genetik funktsiyaning minimal birligi bo'lgan genning moddiy zarrasi tushunchasi XX asrning 20-yillari oxirida paydo bo'ldi.

Mavzuning dolzarbligi: hozirgi vaqtda gen genetik materialning elementar funktsional birligi hisoblanadi. Zamonaviy genetika barcha tirik organizmlarda genlarning mavjudligini isbotladi va organizmlarning barcha morfologik belgilari, ularda fiziologik va biokimyoviy reaktsiyalar rivojlanib, genlar nazorati ostida davom etayotganini aniqladi. Shu munosabat bilan tirik organizmlarning rivojlanishi va faoliyatida genlarning rolini, shuningdek, patologiyalarning rivojlanishini baholash qiyin. Shuning uchun genlarning xususiyatlari va funktsiyalarini batafsil o'rganish irsiy kasalliklarning patogenezi haqidagi g'oyalarni olish, ularning oldini olish, tashxis qo'yish va davolash usullarini yaratish va takomillashtirish uchun zarurdir.

Maqsad: genlarning xususiyatlari va funktsional rolini o'rganish

Vazifalar:

1. Gen tushunchasini bering.

2. Genlarning xususiyatlarini o'rganish.

3. Gen funktsiyalarini o'rganish.

Gen tushunchasi

Gen (yunon tilidan. genos jinsi, kelib chiqishi) polipeptid (oqsil) molekulasi, mRNA molekulalari, rrna, trna kodlovchi genomik nuklein kislota molekulasining bir qismidir. So'nggi yillarda kontseptsiyani yana bir aniqlashtirish yuz berdi. Endi gen xromosomadagi transkripsiyaning birligiga mos keladigan DNK molekulasining tartibga solish ketma-ketligi bilan bog'liq. "Gen" tushunchasi organizmning bir yoki bir nechta elementar xususiyatining avlodida uzluksizlikni ta'minlaydigan irsiy materialning tizimli va funktsional birligini anglatadi.

Xromosomadagi genning joylashuvi gen (genetik) lokus deb ataladi. Gen bor (shakl. 1) chapda 5 '- oxiri (genning boshi) va o'ngda z ' - oxiri( genning oxiri); ular orasida eksonlar, intronlar va boshqa tarkibiy elementlar mavjud.

Tartiblash ma'lumotlariga asoslanib, inson genomida 30 000 genidan bir oz ko'proq, 70 000-100 000 emas, balki ilgari aytilganidek. Yuzlab genlar, ehtimol, inson tomonidan bakteriyalardan tortib, gorizontal uzatish natijasida olingan. Ko'pgina genlar 50 000 juft nukleotid (n.) ga teng. Genga to'g'ri keladigan xromosomalarning o'rtacha uzunligi 27 000 n. biroq, bu o'rtacha qiymatdan 100 marta kichik yoki 100 marta katta bo'lgan genlar mavjud.

Inson genlari boshqa o'rganilgan organizmlarga qaraganda murakkabroq. Muqobil birlashma tufayli sintezlangan oqsil mahsulotlarining soni genlar sonidan 1,5-2 marta ko'pdir. Shu bilan bir qatorda birlashma hodisasi quyidagicha. Turli to'qimalarda RNK jarayonida bir xil asosiy RNK transkriptidan bir emas, balki bir nechta turli mRNA transkriptlari hosil bo'ladi. Shunga ko'ra, sintezlangan polipeptidlar ham boshqacha bo'ladi. Shunday qilib, bir xil DNK ketma-ketligi bir emas, balki bir nechta turli polipeptidlarni kodlashi mumkin.

Gen xususiyatlari:
DNK molekulasidagi nukleotidlar ketma-ketligi polipeptid molekulasida aminokislotalar ketma-ketligiga tarjima qilingan ifoda yoki ish.

Alleel holati. Genning tashkiliy tuzilishi-diall model, ya'ni genlarning aksariyati ikkita muqobil variant - homolog xromosomalarda bir xil (bir xil) lokuslarda joylashgan allellar shaklida mavjud. Homolog xromosomalarda bir xil lokuslarda joylashgan genlar allel genlar deb ataladi, ya'ni. ota-ona genlarining har bir juftligi bir xil genning bir ota-onasi va bir nusxasi (alleli) mavjud. Agar bir ota-ona juftining genlari homolog va homolog bo'lmagan ota-ona xromosomalari juftlarining turli (noaniq) lokuslarida bo'lsa, unda bu noaniq genlardir.

Yaxlitlik. Polipeptid sintezini dasturlashda gen bo'linmas bir birlik sifatida ishlaydi.

Diskret. Biologik turlarda turli xil belgilarning rivojlanishi turli xil xromosomalarda turli lokuslarda joylashgan turli genlar tomonidan nazorat qilinadi. Bundan tashqari, diskret o'zini namoyon qiladi:

mutatsiyaga nisbatan mustaqillik;

boshqa genlardan namoyishning qisman mustaqilligi;

zigotlarning hosil bo'lishida alleli genlar bilan aralashmaslik;

o'tish davrida bo'linmaslik va aralashmaslik;

mayozdagi segregatsiya davrida sinapsis mustaqilligi;

miyozda segregatsiya paytida allel genlarni ajratish;

ko'pgina nodavlat genlar uchun segregatsiya mustaqilligi;

mahalliylashtirishning mustaqilligi, geni funktsiyasining lokalizatsiyaga befarqligi va noyob bog'liqligi;

genlarni boshqarish mustaqilligi.

O'ziga xoslik. Har bir tizimli gen faqat nukleotidlarning joylashishiga xos tartibga ega va faqat ma'lum bir xususiyat yoki ularning guruhining rivojlanishini aniqlaydi. "Gen" atamasi taklif qilinganidan so'ng darhol ma'lum bir tashqi fenotipik xususiyatlarning rivojlanishini aniqlaydigan irsiy daromadlarni ifodalash uchun ishlatilgan. 1941 yil JK. Bidl va E. Tatum gipotezani ilgari surdi:"bir gen - bitta ferment". Keyin dastlabki formulalar o'zgardi:" bir gen - bitta protein "yoki"bir gen - bitta polipeptid". Bugungi kunda bu kontseptsiya eskirgan, chunki ma'lumki, butun genom bo'ylab tarqalgan genlar tomonidan kodlangan oqsillar mavjud. Bir gen ta'siri ostida bir guruh belgilar rivojlansa, bu pleiotropik ta'sir yoki ta'sir haqida.

Barqarorlik. Mutatsiyalar (tuzilishi va funktsiyasi buzilishi) bo'lmasa, gen barqaror shaklida avlodlar bir qator uzatiladi.

Lability-bir necha marta mutatsiya qilish qobiliyati.

Gen vazifalari
1961da Franz. olimlar F. Jakob va J. mono genlarni topdi. strukturaviy, nazorat xos oqsillar (asosan fermentlar) sintezini, va tarkibiy genlar faoliyatini nazorat tartibga soluvchi: funktsional bo'lmagan heterojen ikki genlar guruhlari bor. Keyinchalik olib borilgan tadqiqotlar tarkibiy genlarning faoliyatini tartibga solishning murakkab mexanizmini aniqladi. va genetik axborotni "o'qish" jarayonining ba'zi tafsilotlari aniqlandi

Inson genlari haqida to'plangan ma'lumotlar asosiy mahsulot funktsiyalari bo'yicha quyidagi tarkibiy genlarni ajratish imkonini beradi:

fermentlar;

protein funksiyasi modulatorlari;

retseptorlari;

transkripsiyonel omillar;

hujayra ichidagi matritsa;

hujayra tashqari Matrix;

transmembran tashuvchilar;

kanallar;

hujayra signallari;

gormonlar;

ekstraktsiya tashuvchilar;

immunoglobulinlar.

Albatta, hali noma'lum harakatlar bilan genlar ham mavjud. Eng katta funktsional kategoriya fermentlarni kodlovchi genlardir (jami 31,2%). Protein funktsiyasi (2%) ning 13,6 marta kam gen-modulatorlari. Ular stabillashadi, faollashtiradi, koagulyatsiyalanadi yoki oqsil funktsiyalariga ta'sir qiladi. Boshqa gen toifalarining har biri jami 10% dan kam.

Hujayra genlarning qat'iy muvofiqlashtirilgan funktsiyalari tufayli ishlaydi. Odatda inson hujayralarining asosiy jarayonlarida ishtirok etadigan genlarning miqdoriy taqsimoti quyidagicha:

RNK va oqsillarni sintez qilish-22%;

hujayra bo'linishi-12%;

hujayra signallari-12%;

hujayra himoyasi-12%;

metabolizm ( metabolizm) - 17%;

uyali tuzilmalar-8%;

noma'lum funktsiya-17%.

Ma'lumki, atributlarni meros qilib olishning asosiy qoidalaridan biri-bu o'zaro almashinishning ekvivalentligi, ya'ni ota yoki onadan olingan allelning teng funktsiyasidir. Biroq, batafsil tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, bu qoida bajarilmasligi mumkin. Gen funktsiyalari o'zaro bog'liq va ontogenez davomida allellardan birining differentsial o'chirilishiga qadar o'zgarishi mumkin. Bunday merosxo'rlik holatlari genetik bosim bilan izohlanadi. Genetik imprinting-bu ota-onalardan birining xromosomalari lokuslarini differentsial ravishda "belgilash" epigenetik jarayon bo'lib, ularda joylashgan genlarning ifodasini o'chirishga olib keladi. Natijada, imprintingga moyil bo'lgan genom uchastkalarida monoallel (biallel emas) gen ifodasi aniqlanadi, ya'ni, agar onaning geniga tatbiq etilsa, faqat otaning ifodasi va aksincha.

Xulosa
Shunday qilib, noyob xususiyatlar va funktsiyalarga ega bo'lgan genlar tufayli sayyoramizdagi barcha tirik organizmlar o'z turlarini davom ettirib, ota-onalarning belgilarini meros qilib olishadi. Genlar haqida doimo chuqurlashib borayotgan va rivojlanayotgan ma'lumotlar genetik muhandislikning asosi bo'lib, uning asosiy maqsadi (tibbiyot uchun) genetik jihatdan aniqlangan kasalliklarni davolash usullarini ishlab chiqishdan iborat.

Adabiyotlar ro'yxati

Bochkov N. P. klinik genetika-darslik. - 3-e Ed. o'tish: saytda harakatlanish, qidiruv va qo'shimcha. — 2004. O'tish: saytda harakatlanish, qidiruv

Mutovin G. R. klinik genetika. Irsiy patologiyaning genomikasi va proteomikasi: Ucheb. foyda. - 3-e Ed., pererab. va qo'shimcha. - 832 p.: il.

Golubovskiy M. D. genetika asri: g'oyalar va tushunchalarning evolyutsiyasi. - Sankt-Peterburg.: Borey Art, 2000. — 262 bilan.

Bskish, O.-ya. L. tibbiy biologiya va umumiy genetika: "davolash ishi" mutaxassisligi bo'yicha oliy ta'lim muassasalari talabalari uchun darslik: darslik / O.-ya. L. Bekish, Vl Bekish. -2-e Ed. o'tish: saytda harakatlanish, qidiruv va qo'shimcha.- Vitebsk: VGMU nashriyoti, 2011. - 544 bilan.

http://www.hameleon.su

Prokaryot genom

Prokaryotlar bakteriyalar va siyanobakteriyalar bilan ifodalanadi. Ularning genomida ring xromosomasining bir qismi bo'lgan nukleotid ketma – ketliklari, shuningdek genomning qo'shimcha elementlari-plazmidlar, transpozonlar, integronlar, fagilar, profaglar, faj va plazmid DNKning qoldiqlari mavjud.

Nukleoidning tuzilishi. Bakterial xromosoma haploid to'plamiga ega, ikki zanjirli DNK bilan ifodalanadi, ringga yopiladi. E. coli 5x106 p. n dan iborat., uning molekulyar massasi 2,5-3,0 x 109 ha. Bakterial xromosoma nukleoid deb ataladi, chunki u yadro membranasi bilan o'ralgan emas, ixchamgina yotqizilgan va ba'zi joylarda membranaga biriktirilgan (20-40 biriktirma joylari). U looplar hosil qilish uchun salbiy superspiralizatsiyani qayd etadi. Elektron mikroskopida nukleoidning markazida 12 S RNKning maxsus molekulalari tomonidan aniqlangan va yadro tuzilishini shakllantiradigan 140 dan 4,5 looplarga aniqlanadi. Nukleoidning markazida histonga o'xshash nu oqsillari (barcha nukleoid oqsillarining 50%) mavjud. Biroq, bakterial xromosoma eukaryotlardan farqli ravishda histonlardan tashkil topgan nukleosomga ega emas. Fosfat guruhlari tomonidan hosil qilingan katta salbiy DNK zaryadlari natriy, magniy va sink ionlari bilan neytrallanadi.

Despiralizanye ko'chadan bu sohalarda transkripsiyonu bor, deb, membrana bo'ylab yolg'on, va ozod I-RNK darhol membrana joylashgan ribozomlar (polisomalar), kiradi. Bu murakkab substratlarni hujayradan tashqari hazm qilish uchun muhim bo'lgan hujayra tashqari oqsil-fermentlarni atrof muhitga tez chiqarishga yordam beradi.

Genomning ko'pligi.Prokaryotlar genomning ko'pligi bilan ajralib turadi, ya'ni bitta hujayra ichida 4, 8 va bir xil xromosomaning 40 nusxasidan ko'p bo'lishi mumkin. Bu holat replikatsiya va hujayra bo'linishi jarayonlarining muvozanati tufayli yuzaga keladi.

Hujayra bo'linishi va replikatsiya.Prokaryotlarda mitoz va miyoz yo'q. Ko'paytirish oddiy ikkilik bo'linish orqali amalga oshiriladi, undan oldin DNK molekulasining ikki barobar ko'payishi-qo'shimcha zanjirni sintez qilish orqali amalga oshiriladi. Ko'pchilik prokaryotlarda R. ikki tomonlama, ba'zi plazmidlardan tashqari, xromosoma bir replikondir, chunki u bitta kelib chiqishi – replikatsiya boshlanishi.

Replikatsiyadan deyarli darhol ba'zi nukleotidlarning metilasyonu amalga oshiriladi-A, g, C, ayniqsa, cheklash saytlarida. Bu o'z DNKning gidrolizini cheklash yo'li bilan oldini olish uchun muhimdir. Ushbu jarayonni ta'minlaydigan fermentlar tizimi "cheklash-modifikatsiya" tizimi deb ataladiva uning asosiy vazifasi hujayra ichiga kirgan barcha begona DNKni yo'q qilishdir.

Prokaryotlarda genomning iqtisodi bir nechta kodlovchi ketma – ketliklarni o'z ichiga olganligi bilan namoyon bo'ladi-15-20%, odamlarda kodlash bo'lmagan DNK sekanslari 80-90% ni tashkil qiladi. Prokaryotlarning xromosomasining asosiy qismi tizimli va tartibga soluvchi genlar bilan ifodalanadi. Strukturaviy genlar metabolik jarayonlar, hujayra o'sishi va bo'linishi bilan bog'liq asosiy oqsil va fermentlarning sintezini kodlaydi. Tartibga soluvchi genlar metabolik jarayonlarni genlarni "yoqish" yoki "o'chirish" orqali boshqaradigan regulyator oqsillarining sintezini kodlaydi.
Prokaryotlarning kodlash ketma-ketliklari ko'p nusxalar bilan ifodalanadi, masalan, genomdagi rep ketma-ketligi 580 marta takrorlanadi. GTSTGGG ketma-ketligi 5000 juft nukleotidlar uchun takrorlanishi mumkin-bu rekombinaz rec-BCD uchun ketma-ketlikdir. Prokaryotlarning chiziqli xromosomalarida kodlanmagan ketma-ketliklar orasida eukaryotlarning telomerlariga o'xshash ketma-ketliklar mavjud. Prokaryotlarda gen oilalari ham mavjud, masalan, E. coli p-RNK va T-RNK genlarini o'z ichiga olgan operonlar oilasiga ega.

Halqa xromosomasida genlarning joylashishiga kelsak, quyidagi naqsh mavjud: asosiy funktsiyalarning genlari (replikatsiya, o'sish va bo'linish) replikatsiya boshlanishining kelib chiqish markaziga yaqin joylashgan va ikkilamchi funktsiyalarning genlari distal, ya'ni terminus markaziga yaqinroq-replikatsiya tugash nuqtasi. Bu juda muhim, chunki replikatsiya oxirigacha davom etmasa ham, asosiy funktsiyalarning genlari hali ham ikki barobar ko'p.

ESCHERICHIA COLI TO'LIQ GENOMIDA NIMALAR MUMKIN?
Hozirgi vaqtda E. coli, shubhasiz , mavjud
bo'lgan eng ko'p o'rganilgan
hujayradir.

G. Stent

E. coli Escherichia coli molekulyar genetikaning klassik ob'ekti bo'lib, u genetik materialni tashkil etishning eng fundamental muammolarini o'rganish uchun ishlatilgan. E. coli K12 shtammi 1946 yilda J. Lederberg va E. Tatum tomonidan bakteriyalarda rekombinatsiyalar mavjudligini isbotlash uchun muvaffaqiyatli ishlatilgan. Keyinchalik J.Lederberg uning uchun birinchi genetik xaritani, F.Yakob va E.Volman esa birinchi halqa xaritasini tuzdilar. 1963 yilda J.Kirns E. coli ning dumaloq genomini replikatsiya jarayonida suratga oldi.

Taxminan 30 yil oldin, genetikadagi ulkan rivojlanish birinchi genning ketma-ketligi edi. 1970-yillarning oxiriga kelib, ketma-ketlik texnologiyasi oddiyroq va odatiy holga aylandi. Shundan so'ng genomik DNK va RNK, birinchi navbatda kichik faglar, so'ngra katta faglar va hujayra organellalari (mitoxondriyalar va xloroplastlar) va plazmidlar (F-omil va boshqalar) viruslari ketma-ketlashtirildi. Nihoyat, 1980-yillarning oxirida bakteriyalar, zamburug'lar, o'simliklar, hasharotlar, sutemizuvchilar va odamlarning butun hujayra genomlarini ketma-ketlashtirish bo'yicha birinchi xalqaro dasturlar ishga tushirildi.

Bu nima uchun kerak? Hujayra genomi mutanosib genlar tizimidir - butun hujayra metabolizmi, rivojlanishi, morfogenez va o'z-o'zini ko'paytirishni boshqarish uchun etarli bo'lgan genetik ma'lumotlar arxivi [1, 2]. Xususan, hujayra genomida barcha asosiy genetik jarayonlar - replikatsiya, transkripsiya, translatsiya, rekombinatsiya, segregatsiya va boshqalar uchun genlar mavjud. Butun genom ketma-ketligi turli xil molekulyar tizimlar va genomlarning genetik murakkabligini taqqoslash va baholash, ilgari noma'lum genlarni aniqlash, turli genlar va genomlarning funktsional va tarkibiy o'xshashligini qiyosiy tahlil qilish, kompleksni tashkil etishning umumiy tamoyillarini ochib berish imkonini beradi. hujayra molekulyar genetik nazorat tizimlari.

E. coli K12 butun genom ketma-ketligi loyihasi 1991 yilda doktor Fred Blattner (Genetik laboratoriya, Viskonsin universiteti, Madison, AQSh) rahbarligida boshlangan. 1997 yil yanvar oyida asosiy natijalar GenBank kompyuter ma'lumotlar bazasiga o'tkazildi [3] va 1997 yil sentyabr oyida Amerikaning Science jurnalida ishtirokchilarni ketma-ketlashtirish guruhining yakuniy maqolasi nashr etildi [4]. E. coli K12 genomining to'liq DNK ketma-ketligi fanning mulkiga aylandi. Quyida biz ushbu tadqiqotlarning asosiy natijalarini kerakli sharhlar bilan umumlashtiramiz, chunki bunday noyob material molekulyar genetik tashkilot va evolyutsiyaning ko'plab fundamental savollariga javob berishga imkon beradi.

1-jadval
Ba'zi ketma-ket prokaryotik va eukaryotik hujayra genomlarining umumiy xarakteristikalari

Biologik ob'ekt, ko'rinish

L (Mb)

Tsistronlar soni

Yil

1. Mycoplasma genitalium

0,580

470

1995 yil

2. Mycoplasma pneumoniae

0,816

677

1996 yil

3. Borrelia burgdorferi

0,910

853

1997 yil

4. Aquifex aeolicus

1.551

1512

1998 yil

5. Methanococcus jannaschii

1.66

1738

1996 yil

6. Helicobacter pylori

1.667

1590

1997 yil

7. Metanobakteriya termoavtotrofik

1.751

1855 yil

1997 yil

8. Haemophilus influenzae

1.830

1743

1995 yil

9. Archaeoglobus fulgidus

2.178

2436

1997 yil

10. Bacillus subtilis

4.214

4100

1997 yil

11. Escherichia coli

4.639

4288

1997 yil

12. Saccharomyces cerevisiae

12.068

5885

1996 yil

13. Caenorabditis elegans

100,0

12178

1998 yil

14. Drosophila melanogaster

120,0

13600

2000

15. Homo sapiens

2910.0

38588

2001 yil

Eslatma. Jadval 1995-1998 yillarda "Nature", "Science", "NAR" va boshqa jurnallarda chop etilgan asl maqolalar, shuningdek GenBank ma'lumotlar bazasi [3] va so'nggi nashrlar bo'yicha tuzilgan. Mumkin bo'lgan tsistronlar va ularning oqsillarini baholash va taqqoslash usullari talqin qilishda ba'zi noaniqliklarga imkon beradi. Shuning uchun tsistronlarning taxminiy sonini yakuniy deb qabul qilmaslik kerak. Ba'zi ORFlarning tsistron sifatidagi reytinglari aniqlanishi mumkin.

Shuni ham yodda tutingki, E. coli bilan parallel ravishda bakteriyalar va eukariotlarning ko'plab boshqa hujayrali genomlari ketma-ketlikda joylashgan. 1997 yil oxiriga kelib, 8 ta to'liq hujayra genomlari nashr etildi va 1998 yil yozida 15 ta to'liq genomlar nashr etildi (1-jadval). Ular orasida mikoplazmalar, enterobakteriyalar, arxebakteriyalar, xamirturush va nematodalarning genomlari bor. Keyingi o'rinda boshqa bakteriyalar va zamburug'lar, shuningdek, Drosophila, Arabidopsis, bug'doy, guruch, makkajo'xori, sichqonlar va, nihoyat, odamlarning genomlari. Umuman olganda, bu yo'nalish endi genomika deb ataladi. Bu, ehtimol, zamonaviy molekulyar genetikaning asosiy o'sish nuqtalaridan biri.

E. coli K12 MG 1655 liniyasi to'g'ridan-to'g'ri ketma-ketlik uchun tanlangan , undan chiqarib tashlandi va boshqa genetik manipulyatsiyalar minimallashtirildi. Ushbu chiziq genomining uzunligi L =4639221 bp Bu ketma-ketlik E. coli K12 halqa genetik xaritasiga to'g'ri keladi, konjugatsiyani uzatish vaqti bilan 100 daqiqa davomida kalibrlanadi. Xaritaning kelib chiqishi oxirgi T va thrL genlari orasidan tanlanadi.

E. coli K12 genomining DNK ketma-ketligining umumiy xarakteristikalari quyidagilardan iborat: genomning 87,8% ni haqiqiy va ehtimoliy protein kodlovchi genlar yoki tistronlar egallaydi. Ularning taxminan 1/3 qismi avval ma'lum bo'lgan, qolganlari esa kodlash va kodlanmagan hududlar o'rtasida xarakterli farqlarga ega bo'lgan ko'plab xususiyatlarni kompleks taqqoslash yo'li bilan juda ko'p yangi ochiq tarjima ramkalari (mumkin bo'lgan tsistronlar yoki ORFlar) orasidan tanlangan. . Ushbu tsistronalarning 38% ning vazifalari noma'lum.

- 0,8% - barqaror RNK fraktsiyalari genlari (t-RNK, r-RNK va boshqalar).
- 0,7% - kodlanmagan takrorlashlar.
- genomning 11,0% - funktsional saytlar va tartibga solish va boshqa funktsiyalarni bajaradigan boshqa sohalar.

Shunday qilib, E. coli K12 genomi genlar bilan juda zich yuklangan (~ 88,5%), intergenik hududlar nisbatan kichik ulushni (~ 11%) egallaydi. 4288 ta aniqlangan yoki bashorat qilingan tsistronlar orasida 1853 tasi ilgari tasvirlangan va 2435 tasi yangi. Eng katta tsistronda 7149 bp mavjud. (2383 kodon), uning vazifasi noma'lum. Sistronning o'rtacha hajmi 951 bp ni tashkil qiladi. (317 kodon). Tsistronlar orasidagi o'rtacha interval 118 bp. Biroq, intergen intervallari ko'pincha turli xil funktsional joylarni o'z ichiga oladi, ya'ni ular tartibga solish funktsiyalarini bajaradilar. Bundan tashqari, tsistronlarda intronlar mavjud emas - ichki kodlanmagan hududlar.

Ma'lumki, tsistronlar DNK va mRNKda boshlang'ich va oxirgi tinish belgilari bilan farqlanadi. Umumiy shaklda ular ilgari ma'lum bo'lgan va genetik kodga kiritilgan. Biroq, ular E. coli genomida turli chastotalarda uchraydi:

Ma'lumki, tsistronlar DNK va mRNKda boshlang'ich va oxirgi tinish belgilari bilan farqlanadi. Umumiy shaklda ular ilgari ma'lum bo'lgan va genetik kodga kiritilgan. Biroq, ular E. coli genomida turli chastotalarda uchraydi:

Boshlang'ich tinish belgilari

Yakuniy tinish belgilari

ATG-3542

TAA-2705

GTG-612

TGA-1257

TTG-130

TAG-326

ATT-1

CTG-1

Qizig'i shundaki, 405 juft qo'shni tsistronlarda intergenik intervallar umuman yo'q: birining tarjimasining boshlanishi belgisi ikkinchisining oxiri belgisi bilan qisman mos keladi:

(boshlash) (boshlash) (boshlash) (boshlash)
ATGA, TAATG, TGATG, GTGA va boshqalar.
[con] [con] [con] [con]

1998 yil yanvar holatiga ko'ra [5] molekulyar genetik nazorat tizimi va E. coli metabolik tarmog'ining murakkabligini quyidagicha tavsiflash mumkin:

1. Genom DNK uzunligi (Mb)

4.6

2. Genlarning umumiy soni

4909

3. Sistronlar soni

<4288/td>

4. Ular kodlaydigan fermentlar soni

804

5. Metabolik reaksiyalar soni

988

6. Metabolik yo'llar soni

123

7. Moddalar almashinuvida ishtirok etuvchi kimyoviy moddalar soni

1303

8. T-RNK fraksiyalari soni (t-RNK genlari)

79 (86)

9. Regulyator oqsillar soni

60

Bunday hollarda mutaxassislar: "4909 gen bilan hayot" deyishadi. Metabolizm qiyin, ammo og'ir emas. Kelajakda bu ko'rsatkichlar yangi bilimlar tufayli tadqiqot jarayonida ortishi mumkin.

2-jadvalda tsistronlarning 22 funktsional sinfga bo'lgan batafsil tasnifi keltirilgan. Bu erda hujayra resurslarining taxminan 1/4 qismi kichik molekulalarning metabolizmi, 1/8 qismi makromolekulalar almashinuvi va 1/5 qismi hujayra tuzilmalari bilan bog'liq. va jarayonlar. Kichik molekulalarning metabolizmida nukleotidlar (58 tsistron), aminokislotalar (131) sintezi, parchalanishi va o'zgarishi asosiy rol o'ynaydi; energiya jarayonlari (243), transport (146), markaziy oraliq metabolizm (188) va boshqa jarayonlar. Jumladan, asosiy genetik jarayonlarni bajaruvchi tizimlarga quyidagilar kiradi:

- DNK replikatsiyasi, rekombinatsiyasi, modifikatsiyasi va reparatsiyasi - 115 (2,68%);
- RNKning transkripsiyasi, sintezi, metabolizmi va modifikatsiyasi - 55 (1,28%);
- oqsillarni translatsiya va posttranslatsiyadan keyingi modifikatsiyasi - 182 (4,24%) + 21 rRNK geni + 86 tRNK genlari.

Bundan tashqari, boshqa barcha oqsillarning to'g'ri fazoviy qadoqlanishini shakllantirishga hissa qo'shadigan yordamchi oqsillar - chaperonlar sintezini boshqaradigan 9 ta tsistron topildi . Bu jarayon o'z-o'zini tashkil qilish yoki oqsillarni katlama deb ataladi.

Turli xil yordamchi funktsiyalardan tashqari, bu tizimlar birgalikda sizerni - hujayraning o'zini o'zi ko'paytirishning universal tizimini tashkil qiladi [1, 2]. Sizer hujayraning molekulyar genetik boshqaruv tizimining yadrosidir. Ishtirok etuvchi genlarning ta'sirchan soniga qaramay (~ 460, barcha genlarning 10% dan ortig'i), o'lchovchining asosiy blok diagrammasi juda oddiy [1, 6].

Keyinchalik, transkripsiyaning funktsional birliklarining xilma-xilligini ko'rib chiqing. E. coli va boshqa enterobakteriyalarning genomi boshqariladigan transkripsiya birliklari - operonlarning mavjudligi bilan tavsiflanadi . Birinchi operonlar E. colida aniq topilgan : laktoza shakarining fermentatsiyasini boshqaruvchi lak operon, triptofan aminokislotalarining sintezini boshqaruvchi trp operon va boshqalar [qarang. 6]. Operonlarning muhim xususiyati - boshqariladigan metabolitning kontsentratsiyasi va uning sintezi yoki parchalanishi uchun fermentlarni ishlab chiqarish o'rtasidagi aloqaning mavjudligi. E. coli genomida jami 2584 ta operon aniqlangan va taxmin qilingan . Ular orasida: 73% 1 tsistronni o'z ichiga oladi;

- 16% - 2 tsistron;
- 4,6% - 3 tsistron (shu jumladan lak -operon);
- 6% - 4 va undan ko'p tsistrona (shu jumladan trp-, uning -operonlari).
Ularning barchasida kamida 1 ta promouter mavjud - transkripsiyaning dastlabki belgisi.

Operonlar maxsus funktsional nazorat joylari orqali tartibga soluvchi oqsillar tomonidan nazorat qilinadi. Misol uchun, lak operonning repressor oqsili o'z operatorini , funktsional maydonni taniydi va u orqali transkripsiyani boshlash funktsiyasini bostiradi. Ba'zida operonlar bir nechta tartibga soluvchi oqsillarga bo'ysunadi va bir nechta tartibga solish joylariga ega [1, 6].

Hammasi bo'lib, ketma-ketlik ma'lumotlariga ko'ra, tartibga soluvchi funktsiyalarga ega bo'lgan 45 ta tsistrona oqsillari va 133 ta taxminiy tartibga soluvchi oqsillarning tsistronlari aniqlandi. Ularning aksariyati, ehtimol, operonlarni boshqarish bilan shug'ullanadi.

Shunday qilib, prognoz qilingan nazorat joylari (asosan operonlar) bo'lgan hududlarda 89,2% bitta protein (shu jumladan trp operon)

bilan tartibga solinadi ; - 8,4% - 2 oqsil (shu jumladan lak -operon); - 2,4% - 3 yoki undan ortiq protein. O'z navbatida, ushbu hududlar - 81,2% - 1 ta boshqaruv sayti; - 12,2% - 2 ta nazorat uchastkasi (shu jumladan lak- operon); - 6,6% - 3 yoki undan ortiq boshqaruv saytlari.

Bu shuni anglatadiki, ko'pchilik operonlar juda sodda tarzda tartibga solinadi. Bunda ular ko'plab umumiy va maxsus oqsil nazorat qiluvchi omillar ta'siriga duchor bo'lgan eukaryotik genlardan sezilarli darajada farq qiladi.

E. coli genomida replikatsiyaning 2 funksional birligi mavjud. F.Blattner va boshqalar ularni replikatorlar deb atashgan [ 4].

Replikatsiyaning umumiy ikki tomonlama kelib chiqishi (ori, kelib chiqishi) taxminan 84,5 daqiqa konjugativ uzatish mintaqasida lokalize qilinadi va ~250 zarbani oladi. Ushbu zonada ikki tomonlama replikatsiya boshlanadi. Replichore 1 soat yo'nalishi bo'yicha, Replichore 2 soat yo'nalishi bo'yicha yo'naltirilgan. Ikkala jarayon ham genetik xaritaning qarama-qarshi qismida, ~ 34-35 daqiqada tugaydi, bu erda ularning har biri alohida yo'naltirilgan terminal belgisiga (ter) ega - T1 va T2. Shuni ta'kidlash kerakki, an'anaviy ravishda ori va ter belgilari bilan chegaralangan replikatsiya saytlari replikonlar deb ataladi [6].

2-jadval
E. coli tsistronlari va oqsillarining 22 funktsional sinflar bo'yicha taqsimlanishi

Funktsiya sinfi

Proteinlar soni

%

1. Tartibga solish funksiyasi

45

1.05

2. Putativ tartibga solish funktsiyasi

133

3.10

3. Hujayra tuzilishi

182

4.24

4. Putativ membrana oqsillari

o'n uch

0,30

5. Putativ strukturaviy oqsillar

42

0,98

6. Faglar, transpozonlar, plazmidlar

87

2.03

7. Tashish va bog'lovchi oqsillar

281

6.55

8. Putativ transport oqsillari

146

3.40

9. Energiya almashinuvi

243

5.67

10. DNKning replikatsiyasi, rekombinatsiyasi, modifikatsiyasi va tiklanishi

115

2.68

11. RNKning transkripsiyasi, sintezi, almashinuvi va modifikatsiyasi

55

1.28

12. Oqsillarning tarjimasi, translatsiyadan keyingi modifikatsiyasi

182

4.24

13. Uyali jarayonlar, shu jumladan moslashish va himoya qilish

188

4.38

14. Kofaktorlar, protez guruhlari va tashuvchilar biosintezi

103

2.40

15. Taxminan shaperonlar

to'qqiz

0,21

16. Nukleotidlarning biosintezi va almashinuvi

58

1.35

17. Aminokislotalarning biosintezi va almashinuvi

131

3.06

18. Yog 'kislotalari va fosfolipidlar almashinuvi

48

1.12

19. Uglerod birikmalarining katabolizmi

130

3.03

20. Markaziy oraliq metabolizm

188

4.38

21. Ta'kidlangan fermentlar

251

5.85

22. Boshqa ma'lum genlar (gen mahsulotlari va fenotiplari noma'lum)

26

0,61

23. Gipotetik, tasniflanmagan, noma’lum

1632

38.06

24. Jami

4288

100.00

E. coli K12 genomi , shuningdek, ko'p sonli ixtiyoriy (fakultativ) qo'shimchalar - profaglar, plazmidlar va transpozonlarni o'z ichiga oladi. Ushbu inklyuziyalarning 87 ta tsistrona va oqsillari aniqlangan (2-jadval). Ularning soni har xil bo'lishi mumkin, chunki ular harakatchan, genomga kirishga va undan ajralib chiqishga qodir. Bu eng yaxshi mo''tadil fag l va bu chiziqda mavjud bo'lmagan jinsiy omil (plazmid) F uchun namoyon bo'ldi. Ko'pgina faglar genomdan butunlay chiqarib tashlanmaydi, ularning ba'zi genlarini u erda iz sifatida qoldiradilar. Mustaqil harakat va rivojlanishga qodir bo'lmagan bu qoldiqlar "sirli" faglar deb ataladi. Ushbu nasldagi fakultativ qo'shimchalar orasida turli xil transpozonlarning (IS) 41 nusxasi topilgan., plazmidlarni kiritish va chiqarib tashlash jarayonlarida ishtirok etadi.

Nihoyat, shuni ta'kidlash kerakki, E. coli genomida bir qator funktsional va funktsional bo'lmagan takrorlanishlar mavjud. Oktamer GCTGGTGG "rekombinatsiya issiq nuqtalari" ga (deb ataladi ) mos keladi. U ikkala yo'nalishda ham yuzlab pozitsiyalarda uchraydi va konjugativ rekombinatsiya va boshqa genetik jarayonlarda asosiy rol o'ynaydi. Uzunligi ~ 40 bp bo'lgan kichik palindromik takroriy REPning ko'p nusxalari (581) topildi . Ularning vazifasi noma'lum. Hammasi bo'lib, ular genom DNKsining 0,54% ni egallaydi. Boshqa takrorlashlar ham ma'lum. Asosan, ular intercistron oraliqlariga tushadi.

Shunday qilib, E. coli ning molekulyar genetik boshqaruv tizimi murakkab bo'lsa-da, juda tushunarli bo'lib chiqdi. Genom barcha asosiy genetik jarayonlar va tizimlarning oqsillarini kodlaydi: u monomerlarning sintezi va metabolizmini, energiyani, transportni, hujayra jarayonlarini va himoya reaktsiyalarini nazorat qiladi. Aniqlangan oqsillarning 38 foizining funktsiyalari hali ma'lum bo'lmasa-da, ular allaqachon aniqlangan funktsional guruhlarga qo'shiladi. Transkripsiyaning boshqariladigan birliklari sifatida operonlar E. coli K12 va boshqa prokaryotik hujayralardagi genlarni tashkil qilishning dominant variantidir.

E. coli va boshqa ob'ektlarning molekulyar genetik tizimlarini qiyosiy tahlil qilish (1-jadvalga qarang) ko'plab homolog genlarni aniqlash, genomlarning o'xshashlik darajasini baholash, shuningdek, gipotetik (yoki) ning minimal murakkabligi haqida taxminlar qilish imkonini berdi. balki birlamchi?) hujayra. Hujayrani tashkil qilish uchun ma'lum bir minimal molekulyar tuzilmalar va jarayonlar zarurligi aniq. 1-jadvalda genlar soni va birinchi ketma-ket hujayra genomlarining o'lchami haqidagi ma'lumotlar jamlangan. Mycoplasma M. Genitalium minimal genomga ega- 0,58 Mb, 470 gen. Genomlarni taqqoslash natijasida ma'lum bo'ldiki, avtonom hayotga va o'z-o'zini ko'paytirishga qodir bo'lgan minimal hujayra kamida 250-300 ta eng muhim genlarni o'z ichiga olishi kerak. Bir guruh yapon tadqiqotchilari [7] 127 genga ega tizimda hujayraning barcha asosiy metabolik ehtiyojlarini, RNK genomining translatsiyasi va replikatsiyasini ta'minlash mumkinligini ko'rsatdi. To'g'ri, bu holda hujayra DNK arxividan, ta'mirdan va boshqa muhim himoya va shovqin immunitetidan mahrum bo'lishi kerak, bu esa uni evolyutsion jihatdan himoyasiz qiladi.

Xulosa qilib aytganda, men K.S.

Adabiyot

Ratner V.A. Molekulyar genetik boshqaruv tizimlari haqida tushuncha. Novosibirsk: Nauka, 1993. 120 b.

Ratner VA, Zharkikh AA, Kolchanov NA va boshqalar. Molekulyar evolyutsiya. Berlin ea: Springer-Verlag, 1996. 433 p.

INTERNETdagi veb-sayt: http://ncbi.nlm.nih.gov/genbank/genomes

Blattner FR, Plunket III.G., Bloch CA va boshqalar. Escherichia coli K12 ning to'liq genom ketma-ketligi // Fan. 1997. V. 277. B. 1453-1462.

Karp PD, Riley M. EcoCyc: E. coli genlari va metabolizm ensiklopediyasi. http://ecocyc.PangeaSystems.com/ecocyc/ecocyc.html

Ratner V.A. Molekulyar genetika: tamoyillari va mexanizmlari. Novosibirsk: Nauka, 1983. 256 b.

Tomita M. va boshqalar. 127 genga ega virtual hujayra // Proc. 1-stajyor. Konf. "Genomni tartibga solish va tuzilmasining bioinformatikasi (BGRS'98)", Novosibirsk: Inst. Sitol. Genet., 1998. V. 1. P. 97-99.

V.A.Ratner, biologiya fanlari doktori,
Rossiya Fanlar akademiyasining Sibir bo‘limi Sitologiya va genetika instituti professori, Novosibirsk