Mavzu: Molekulyar biologiyaning metodlari Reja

Mavzu: Molekulyar biologiyaning metodlari


Reja:

1. Molekulyar biologiyaning paydo bo’lish tarixi va rivojlanish tarixi.

2. Molekulyar biologyaning ilmiy tadqiqot metodlari.
3. Molekulyar biologiya fanining nazariy va amaliy ahamiyati.
4.Molekulyar biologiyaning texnikasi
5.Molekulyar klonlash
6.Polimeraza zanjiri reaktsiyasi va Jel elektroforezi
7.Makromolekulani tozalash va tekshirish
Molekulyar biologiya fani hayotni paydo bo’lishini molekulyar darajada o’rganadi, ya’ni tirik organizmlarning asosiy xossalari, o’sishi va rivojlanishi, ko’payish va differentsiyalanish, irsiyat va immunitet, harakatlanish va tashqi muhitga moslashish va boshqa juda ko’p biologik makromolekulalarning molekulyar asosini o’rganishga va tushuntirishga qaratilgan fan.
Molekulyar biologiya fani XX asrning 2-yarmida dunyoga keldi. Bu davrda umuman biologiya fanida juda ko’p ilmiy tadqiqotlar yaratildi, ba’zan XX asrni «Biologiya asri» deb ham ataladi.
1944 yilda bir guruh ingliz olimlari mikroblarning naslini o’zgartiradigan mikroblar transformatsiyasini chiqaradigan omilllar DNK molekulasi ekanligining kashf etilishi tarixiy voqea bo’ldi.
Molekulyar biologiya - hayotning asosiy xususiyatlari namoyon boʻlishini molekulyar darajada oʻrganadigan fan. Molekulyar biologiyaning muhim yoʻnalishlariga irsiy axborotni amalga oshirish mexanizmlari va hujayraning genetik apparati strukturasi hamda funksional tuzilishini tekshirish (molekulyar genetika), viruslarning hujayra bilan oʻzaro taʼsiri mexanizmlarini oʻrganish (molekulyar virusologiya, organizmning immun reaksiyalari qonuniyatlarini aniqlash (molekulyar immunologiya), energiyaning hosil boʻlishi va oʻzgarishining molekulyar asoslari (molekulyar bioenergetika) va boshqalar kiradi. Molekulyar biologiya hayotiy hodisalarni makromolekulalar, yaʼni oqsil va nuklein kislotalar yoki juda sodda tuzilishga ega boʻlgan xayotiy obʼyektlar — hujayra komponentlari, yaʼni mitoxondriy, xloroplast, ribosoma, yadro, hujayra membranalari, viruslar va prionlar darajasida tekshiradi.
Molekulyar biologiya 20-asrning 50-yillarida biokimyo fanidan ajralib chiqdi va mustaqil fan sifatida shakllandi. Molekulyar biologiya terminini birinchi marta ingliz olimi U. Astberi qoʻllagan. Molekulyar biologiyaning vujudga kelishi koʻpincha F. Krik va J. Uotson tomonidan 1953 yilda DNK molekulasi gipotetik modelining kashf etilishi bilan bogʻlanadi. Bu modelda DNK ning biologik funksiyasi uning kimyoviy tuzilishi bilan bogʻliq ekanligi koʻrsatilgan. Shuni taʼkidlash kerakki, DNK molekulasi oʻzida irsiy axborotni saklashi haqidagi dastlabki maʼlumot 1944 yilda O. Everi va uning xodimlari tomonidan aniqlangan. Molekulyar biologiyaning shakllanishida genetika, mikrobiologiya, virusologiya sohasidagi tadqiqotlar katta ahamiyatga ega boʻldi. Shu bilan birga aniq fanlar — fizika, kimyo, matematika, kristallografiya va, ayniqsa, rentgen struktura taxlili boʻyicha erishilgan yutuqlar molekulyar biologiyaning rivojlanishiga ijobiy taʼsir koʻrsatdi. Molekulyar biologiya sohasidagi kashfiyotlarga ayrim oqsillarning strukturaviy tuzilishi va ular bajaradigan funksiyasi bilan strukturasi oʻrtasidagi bogʻlanishning aniqlanishi (M. Peruts, J. Kendryu, F. Senger, K. Ani-fensen, Yu. Ovchinnikov va boshqalar); nuklein kislotalar va ribosomalarning tuzilishi hamda biologik funksiyalari mexanizmlarning oʻrganilishi (J. Uotson, F. Krik, R. Xolli, N. A. Belozerskiy, A. Bayev), qaytar transkriptaza fermentining kashf etilishi (X. Temin, D. Baltimor), genetik kodning maʼnosi ochib berilishi (M. Nirenberg , S. Ochoa), oqsil biosintezining asosiy boskichlari (F. Krik, F. Jakob, J. Mono, A. Spirin) va nuklein kislotalarning hosil boʻlish mexanizmlari aniqlanishi (A. Korenberg , S. Ochoa), viruslarning strukturaviy tuzilishi va ular replikatsiyasi mexanizmlari hamda genetik muhandislik metodlarining ishlab chiqilishi (P. Berg , V. Arber, G. O. Smit, D. Natane), genning sintezlanishi (X. Korana), prionlarning strukturaviy va funksional xususiyatlari aniqlanishi (S. Prusner), odam genomining toʻliq oʻrganilishi va embrional oʻq hujayralarining kashf etilishi (M. Evene, J. Tompson, J. Bekker) misol boʻla oladi.
Oʻzbekistonda Molekulyar biologiyaning rivojlanishi oʻtgan ayerning 60-yillariga toʻgʻri keladi. Uning rivojlanishi biokimyo sohasidagi tadqiqotlar bilan chambarchas bogʻliq. Molekulyar biologiya fan sifatida dastlab hozirgi OʻzMU ning biokimyo kafedrasida 1966 yildan oʻqitila boshlandi (Yo. Toʻraqulov).
Molekulyar biologiya soxasidagi ilmiy-tadqiqot ishlari Oʻzbekiston FA Biokimyo instituti faoliyati bilan bogʻliq. Bu sohada erishilgan yutuklarga olimlarimizdan Y. Toʻraqulov, A. Ibragimov, T. Soashov, B. Tosh-muhamedov, A. Abdukarimov, M. Raximov, Sh. Solihov, Sh. Azimova, T. Yusupov, O. Odilova va boshqa katta hissa qoʻshgan. Molekulyar biologiya qishloq xoʻjaligida (koʻp mahsulot beradigan zotlar va hosildor navlar olish maqsadida hayvon va oʻsimliklarning irsiy apparatni boshqarish va yoʻnaltirilgan oʻzgarishlar hosil qilishda), mikrobiologiya sanoati (biologik faol polipeptidlar, oqsillar va aminokislotalarni bakteriyalar yordamida sintezlash)da, tibbiyot turli sohalari (virusologiya, immunologiya)npnt nazariy asosi sifatida katta amaliy ahamiyatga ega. Hozirgi davrda molekulyar biologiya oldida xavfli oʻsmalar va irsiy kasalliklarning molekulyar muammolarini oʻrganish, ularning oldini olish, katalitik reaksiyalar, gormonlar, zaharli va dorivor moddalar taʼsirining molekulyar mexanizmlarini aniqlash, xotira mexanizmi va nerv jarayonlari tabiatini aniqlash kabi muammolarni hal qilish vazifalari turibdi. Molekulyar biologiya biokimyo, biofizika, bioorganik kimyo va biotexnologiya bilan birga biologiyaning bitta umumiy yoʻnalishi boʻlgan fizik-kimyoviy biologiyaga kiradi
Molekulyar biologiyaning fan tariqasida dunyoga kelishi Jeyms Uotson bilan Jeyms Krikning kashfiyotiga bog’liq. Bu olimlar tomonidan DNK dezoksiribonuklein kislotasining modeli kashf etilgan, ya’ni DNK molekulasi qo’sh spiral tuzilishga ega ekanligini isbot qildilar (1953). Bu kashfiyot irsiy belgilar qanday saqlanadi va avloddan-avlodga qanday o’tadi, degan muammolarni ham hal qilish imkoniyatini berdi. «Transkriptsiya» va «Translyatsiya» mexanizmlar aniqlandi. So’ngra genetik kodlarni «molekulyar genetikadagi» muammolari xal qilindi. Genetik kod muammosini hal qilinishi avvalo qaysi nukleotid yoki nukleotidlar to’plami qanday aminokislotani ifodalashi mumkin, degan masalani hal qilishdan iborat.
1953 yilda Gamov (AQSh) genetik kod 3 ta nukleotid to’plamdan (tripletlikoddan) tashkil topgan bo’lishi kerak, degan g’oyani ilgari surdi. Haqiqatan ham, bunda 4 xil nukleotid yordamida 64 ta kombinatsiya hosil qilish mumkin. 1961 yil boshlarida ingliz olimi Krik genetik kod muammosining matematik analiziga asoslanib, kod haqiqatda ham tripletli xarakterga ega, degan xulosaga kelgan. Triplet Krik ifodasiga ko’ra kodon deb nomlangan.
Molekulyar biologiya kompleks fan hisoblanadi, chunki u yuksak molekulyar organik birikmalarning tuzilishi haqidagi eng so’nggi ilmiy ma’lumotlariga asoslanadi.
Molekulyar biologiya eng muhim biologik makromolekulalarning turli shakllari va ularning evolyutsiya formalarini o’rganadi. Bu fan eng avvalo nuklein kislotalarning, oqsillar va boshqa makromolekulalarning strukturasini, shuningdek eng muhim hujayra komponentlari (xromosom) yadro, plazmatik membrana, mitoxondriyalar, Golji kompleksi, lizosomalar, ribosomalarning strukturaviy tuzilishi bilan ularning bajaradigan funktsiyasi orasidagi bog’lanishni o’rganadi.
Shunday qilib, molekulyar biologiya evolyutsiya qanday borishini, uning mexanizmini ochib beradi, ya’ni jonli organizmlar uchun xos bo’lgan rivojlanish fenomenini ham molekulyar tekislikda oqsillar va nuklein kislotalarning o’zaro munosabati, reaktsiyalari shaklida ifodalaydi.
Molekulyar biologiyaning ilmiy tadqiqot ishlarida keng qo’llaniladigan metodlari va asboblari: elektron mikroskop, ultratsentrifuga, rentgen-struktura analizi, xromotografiya, elektroforez, nishonlangan atomlar va xakazo
XX asrning 2-yarmida ko’plab mamlakatlarda o’limga sababchi bo’lgan turli yuqumli kasalliklar (vabo, o’lat, chechak) yo’qotildi. Ammo keyingi vaqtda yuqumli kasalliklar kamaygan bo’lsa, rak, yurak qon tomir sistemalarining jarohatlanishi, moddalar almashinuvi kasalliklari, ruhiy va nasliy (irsiy) kasalliklar juda ham ko’paydi. Tirik sistemalarning strukturaviy tuzilishi va funktsiyasini mukammal o’rganilgandagina, kasalliklarning tabiatini to’g’ri aniqlanadi va davolanadi yoki kasalliklarni oldini olish mumkin.
Molekulyar biologiya va gen injenerligining turli tarmoqlari nihoyatda jadallik bilan rivojlanmoqda, birinchi darajali ahmiyatga ega masala-insonning jismoniy va ruhiy holati, funktsiyasi, imkoniyati boshqarilishi molekulyar asosini tushunishdir.
1. 2000 yili Britaniyalik olim Djon Salston va Amerikalik olim Kreygu Venterlar tomonidan birinchi bo’lib odam genomining xaritasi yaratildi. Odamning genetik kodi 3,1 milliard ma’lum izchillikdan joylashgan nukleotiddan ibort bo’lib, ular odam DNK molekulasini hosil qiladi, genetik kod DNKda nukleotid shaklida yozilgan. Yuqorida qayd etilgan olimlar «Odam genomida» qaysi genlar inson hayotiga qanday ta’sir ko’rsatishini, ya’ni uning sochining rangidan to yurak-qon tomir yoki rak kasalliklariga olib kelish mumkinligini aniqlashga kirishdilar.

2. Shimpanzening genomi rasshifrlandi.

Genetiklar aqlli odamning ajdodlriga yaqin bo’lgan shimpanzening genomini to’liq rasshifrovka qilishga erishdilar. Shimpanzening genomi 2.8mlrd.-genetk kod «harflari» DNK asosini tashkil etadi. Olimlar shuni ta’kidlashdiki, mutatsiyalar oqsillarning o’zgarishi bilan bog’liq, odamning 29% genlari shimpanzeniki bilan o’xshashdir. Ya’ni odamdagi ba’zi genlargina to’liq yoki qisman shimpanzeniki bilan gomologikdir. Biroq turlar genomi o’rtasidagi o’xshashlik va farq juda ko’pdir. Masalan, sichqonning 2 turi- Mus muskulus va Mus spretus genomidagi farq taxminan odam bilan shimpanze o’rtasidagidek, lekin yuqoridagi sichqon turlari bir-biri bilan ko’proq o’xshashdir. Uy itlarining tashqi ko’rinishidagi o’xshashlik ma’lumki ko’p bo’lishi mumkin, biroq ularning genomining o’xshashligi 99,85%. Shunday ekan, evolyutsion nuqtaiy - nazardan odam va shimpanze o’rtasidagi farqlar turlarga zarar ham, foyda ham olib kelmaydi.
Shuning uchun olimlar oldida shunday vazifa qo’yilganki, 2 turning bir-biridan 5-8 mln yil oldin ajralgan bo’lsa, ular orasidagi paydo bo’lgan genetik o’zgarishlarni isbotlash kerak. Hozircha hech qanday dalillar yo’q.
Olimlar 13454 genni tezkor evolyutsiya belgilarni topish uchun solishtirib ko’rishgan. Shu bilan birga 1 ta «harf» va «indamas»mutatsiyalar miqdori ham solishtirilgan. 2 ta tur DNK sini solishtirish shuni ko’rsatadiki, mutatsiyalarning o’rtacha miqdori ishtirokida tabiiy tanlash orqali o’zgaruvchanlik sodir bo’ladi. Shu izlanish natijasida o’rganilgan 585 genlarning ko’pchiligi immun va reproduktiv sistemalar bilan bog’langandir. Ular esa «indamas» mutatsiyalardan ko’ra oqsilli mutatsiyalarni o’zida mujassamlashtiradi. Shimpanze va odam orasidagi farqni topish maqsadida oqsilli mutatsiyalarni ham o’rganyaptilar.

Uilyam Astberi molekulyar biologiyani 1961 yilda tasvirlab bergan Tabiat, kabi:

... mos keladigan molekulyar reja uchun klassik biologiyaning keng ko'lamli namoyishlari ostida izlash g'oyasiga ega bo'lgan asosiy fanlar nuqtai nazaridan yondashuv, yondashuv emas. Bu, xususan shakllari biologik molekulalar va [...] asosan uch o'lchovli va tuzilishga ega - bu shunchaki morfologiyani takomillashtirish degani emas. U bir vaqtning o'zida genezisi va funktsiyasini o'rganishi kerak.^[4]
Molekulyar biologiyadan kelib chiqadigan ba'zi klinik tadqiqotlar va tibbiy muolajalar gen terapiyasi molekulyar biologiyadan foydalanish yoki molekulyar hujayra biologiyasi tibbiyotda endi shunday ataladi molekulyar tibbiyot. Molekulyar biologiya turli qismlarning shakllanishi, harakatlari va qoidalarini tushunishda ham muhim rol o'ynaydi hujayralar undan samarali foydalanib, yangisini maqsad qilib olish mumkin giyohvand moddalar, kasallikni aniqlash va hujayra fiziologiyasini tushunish.
Molekulyar biologiya 1930-yillarda fanning rasmiy bo'limi sifatida tashkil etilgan bo'lsa-da, bu atama 1938 yilgacha ishlab chiqilmagan Uorren Uayver. O'sha paytda Weaver Tabiiy fanlar bo'yicha direktor edi Rokfeller jamg'armasi kabi texnologiyalarning so'nggi yutuqlari tufayli biologiya sezilarli o'zgarishlarga duch kelmoqda deb ishongan Rentgenologik kristallografiya.^[6][7]
Molekulyar biologiya mexanizmlari bilan bog'liq savollarga javob berishga urinish sifatida paydo bo'ldi genetik meros va a tuzilishi gen. 1953 yilda, Jeyms Uotson va Frensis Krik ning DNKning ikki tomonlama spiral tuzilishini e'lon qildi Rentgenologik kristallografiya tomonidan qilingan ish Rosalind Franklin va Moris Uilkins. Uotson va Krik DNKning tuzilishini va molekula ichidagi o'zaro ta'sirlarni tasvirlab berishdi. Ushbu nashr molekulyar biologiya bo'yicha tadqiqotlarni jadal boshladi va mavzuga qiziqishni oshirdi. ^[8]
Boshqa biologik fanlar bilan aloqasi

O'rtasidagi sxematik bog'liqlik biokimyo, genetika va molekulyar biologiya
Quyidagi ro'yxat molekulyar biologiya va boshqa tegishli sohalar o'rtasidagi fanlararo aloqalar nuqtai nazarini tavsiflaydi.^[9]

•