Mundarija: kirish I. Bob. Pro va eukariot gen elementlarining asosiy tuzilishi

I.BOB. PRO VA EUKARIOT GEN ELEMENTLARINING ASOSIY TUZILISHI
1.1. Pro va eukariot gen elementlarining asosiy tuzilishi
Prokariot organizmlarda gen strukturaviy yaxlit, butun bo‘ladi. Bunda genlar erkin yalang‘och holatda bo‘luvchi DNK molekulasining uzluksiz bo‘lagini tashkil etadi. Ularning genlarida genetik axborot uzluksiz kodlangan bo‘ladi. Ularni yaxlit genlar deb yuritiladi. Prokariotlar uchun genlarning nisbiy oddiy tuzilishi xarakterlidir. Shunday qilib bakteriyaning, fajing yoki virusning tarkibiy generi odatda bitta enzimatik reaktsiyani nazorat qiladi. Prokaryotlarga xos bo'lgan bir necha genlarni tashkil qilishning operon tizimi. Bir operonning genlari (metabolitning biosintezi izchil bosqichlarini amalga oshiruvchi oqsillarni (fermentlarni) kodlovchi 1, 2 yoki undan ko'p bog'laydigan tarkibiy genlardan tashkil topgan genetik materialning bir qismi, odatda 1 tizimli gen; elementlar) bakteriyalarning rishta xromosomasida joylashgan va ketma-ket yoki shunga o'xshash sintez reaktsiyalarini (laktoz, gistidin va boshqa operonlar) bajaradigan fermentlarni nazorat qiladi va nazorat qiladi. Bakteriyofaglar va viruslardagi genlarning tuzilishi asosan bakteriyalarga o'xshaydi, ammo ular murakkab va homogen genom bilan bog'liq. Misol uchun, genlar bir-biri bilan to'qnashib, faj va viruslarda topildi va eukaryotik viruslarning konakçı hujayraning metabolizmiga to'liq bog'liqligi genlarning ekson-intron tuzilishi paydo bo'lishiga olib keldi
. Eukariotik genlar, bakteriyalardan farqli o'laroq, intervalgacha mozaik tuzilishga ega. Kodlash ketma-ketligi (exons) kodlash (intron) bilan ajralib turadi. Exon [eng. ex (pressi) o'n -expression, expressiveness] - oqsilning asosiy tuzilishi haqida ma'lumotga ega bo'lgan genning bo'limi. Genda ekzonlar kodlash bo'lmagan hududlar bilan ajralib turadi - intronlar. Intron (lotin intervalidan) oqsilning asosiy tuzilishi haqida ma'lumot olib bormaydigan va ekson deb ataladigan kodlash hududlari orasida joylashgan bir bo'lak. Natijada, eukaryotlarning tizimli genlari mos keladigan mRNKdan ancha uzoqroq nukleotid ketma-ketliklariga ega, bu esa eksonlarga mos keladigan nukleotidlar ketma-ketligini ko'rsatadi. Transkriptsiya jarayonida gen haqida ma'lumot DNKdan exon va intronlardan tashkil topgan oraliq mRNAga yoziladi. Eukariot organizm genlari esa ayrim strukturaviy qismlarga bo‘lingan bo‘ladi. Ularni bo‘lingan genlar deyiladi. Eukariot genlari strukturaviy va funksional jihatidan ikkita guruhdan iborat: a) genetik kodga ega bo‘lgan nukleotidlar ekzonlar deb ataladi; b) genetik kodga ega bo‘lmagan nukleotidlar intronlar deyiladi. Ekzon va intron fragmentlari genda ketma-ket ma’lum tartibda joylashgan bo‘ladi. Eukariot genlarining funksional holatga kelishi uchun ularning tarkibidagi barcha intronlar qirqib olib tashlanib, barcha ekzonlar esa bir-biri bilan bo‘lingan genda joylashgan tartibda ulanib yaxlit gen holatiga keltiriladi.Prokariot 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, 4,6x106juft 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 3x106genga 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 1kv ga teng.Gen tuzilishi ixtisoslashgan tashkilotdir ketma-ketlik a tarkibidagi elementlar gen. Genlarda yashash uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar mavjud hujayralar omon qolish va ko'payish uchun.^[1][2] Ko'pgina organizmlarda genlar DNKdan iborat bo'lib, bu erda ma'lum DNK ketma-ketligi genning funktsiyasini belgilaydi. Gen - bu ko'chirildi (ko'chirilgan) DNKdan RNKyoki kodlashsiz bo'lishi mumkin (ncRNA) to'g'ridan-to'g'ri funktsiyali yoki oraliq xabarchi bilan (mRNA) keyin tarjima qilinadi oqsil. Ushbu bosqichlarning har biri gen tarkibidagi ma'lum ketma-ketlik elementlari yoki mintaqalar tomonidan boshqariladi. Shuning uchun har bir gen funktsional bo'lishi uchun bir nechta ketma-ketlik elementlarini talab qiladi.^[2] Bunga aslida ketma-ketlik kiradi kodlaydi funktsional oqsil yoki ncRNA, shuningdek bir nechta tartibga solish ketma-ketligi mintaqalar. Ushbu mintaqalar bir necha bor qisqa bo'lishi mumkin tayanch juftliklari, ko'p minglab asosiy juftliklarga qadar.Gen tuzilishining ko'p qismi bir-biriga o'xshashdir eukaryotlar va prokaryotlar. Ushbu umumiy elementlar asosan umumiy nasab ning uyali hayot organizmlarda 2 milliard yildan ko'proq vaqt oldin.^[3] Eukaryotlar va prokaryotlar o'rtasidagi gen tuzilishidagi asosiy farqlar ularning divergent transkripsiyasi va tarjima mexanizmlarini aks ettiradi. Gen tuzilishini tushunish genni anglashning asosidir izoh, ifodava funktsiya.Ham ökaryotik, ham prokaryotik genlarning tuzilishlariga bir nechta ichki ketma-ketlik elementlari kiradi. Ning ko'p bosqichli jarayonida har bir element o'ziga xos funktsiyaga ega gen ekspressioni. Ushbu elementlarning ketma-ketligi va uzunligi o'zgarib turadi, lekin ko'pgina genlarda bir xil umumiy funktsiyalar mavjud.^[2] Garchi DNK er-xotin zanjirli molekuladir, odatda faqat bitta zanjir ma'lumotni kodlaydi RNK polimeraza oqsillarni kodlashni ishlab chiqarish uchun o'qiydi mRNA yoki kodlamaydigan RNK. Ushbu "ma'no" yoki "kodlash" qatori 5 dan 3 gacha ishlaydi. yo'nalish bu erda raqamlar magistralning uglerod atomlariga ishora qiladi riboza shakar. The ochiq o'qish doirasi Shuning uchun genning (ORF) qismi odatda sezgir ipining o'qilishi yo'nalishini ko'rsatadigan o'q sifatida ifodalanadi.^[7]
Regulyatsion ketma-ketliklar genlarning uchlarida joylashgan. Ushbu ketma-ketlik mintaqalari transkriptsiya qilingan mintaqaning yonida bo'lishi mumkin (the targ'ibotchi) yoki ko'p kilobazalar bilan ajratilgan (kuchaytirgichlar va susturucular).^[8] Promouter genning 5 'uchida joylashgan va yadro promotor ketma-ketligi va proksimal promouterlik ketma-ketligidan iborat. Yadro promouter RNK polimeraza va DNKni RNKga nusxalash uchun zarur bo'lgan boshqa oqsillarni bog'lash orqali transkripsiyani boshlash joyini belgilaydi. Proksimal promotor mintaqasi bog'lanadi transkripsiya omillari yadro promotorining RNK-polimeraza yaqinligini o'zgartiradi.^[9][10] Genlar majburiy ravishda targ'ibotchilar faoliyatini yanada o'zgartiradigan bir nechta kuchaytiruvchi va susturucu ketma-ketliklar bilan tartibga solinishi mumkin aktivator yoki repressor oqsillar. Kuchaytirgichlar va susturucular gendan uzoq masofada joylashgan bo'lishi mumkin, ko'p minglab tayanch juftlari. Shuning uchun turli xil transkripsiya omillarining bog'lanishi turli vaqtlarda va turli hujayralardagi transkripsiyaning boshlanish tezligini tartibga soladi. DNK bo'limi ko'plab raqobatdosh faollashtiruvchilar va repressorlar hamda RNK-polimeraza bilan o'zaro ta'sir o'tkaza oladigan tartibga soluvchi elementlar bir-birini qoplashi mumkin. Masalan, ba'zi bir repressor oqsillari polimeraza bog'lanishining oldini olish uchun yadro promotoriga bog'lanishi mumkin.^[14] Ko'p tartibga soluvchi ketma-ketlikdagi genlar uchun transkripsiya tezligi barcha elementlarning hosilasi hisoblanadi.^[15] Aktivatorlar va repressorlarni bir nechta tartibga soluvchi ketma-ketliklar bilan bog'lash transkripsiyani boshlashga kooperativ ta'sir ko'rsatadi.
Garchi barcha organizmlar transkripsiya aktivatorlaridan ham, repressorlardan ham foydalanishsa-da, ökaryotik genlar "sukut bo'yicha", prokaryotik genlar esa "sukut bo'yicha".Eukaryotik genlarning asosiy promouteri odatda ekspression paydo bo'lishi uchun promotor elementlar tomonidan qo'shimcha faollashtirishni talab qiladi. Prokaryotik genlarning asosiy promouteri, aksincha, kuchli ekspression uchun etarli va repressorlar tomonidan tartibga solinadi.Proteinni kodlash genlari uchun mRNKni oqsilga tarjima qilishga tayyorlash uchun uni qayta ishlashdan so'ng qo'shimcha tartibga solish qatlami paydo bo'ladi. Faqat orasidagi mintaqa boshlang va To'xta kodonlar oxirgi oqsil mahsulotini kodlaydi. Yon tarjima qilinmagan mintaqalar (UTR) qo'shimcha tartibga soluvchi ketma-ketliklarni o'z ichiga oladi. The 3 'UTR o'z ichiga oladi terminator ketma-ketlik, bu transkripsiyaning so'nggi nuqtasini belgilaydi va RNK polimerazasini chiqaradi. The 5 ’UTR bog'laydi ribosoma, tarjima qiladigan oqsillarni kodlovchi mintaqa qatoriga aminokislotalar bu katlama oxirgi oqsil mahsulotini hosil qilish uchun. Kodlamaydigan RNKlar uchun genlar bo'lsa, RNK tarjima qilinmaydi, aksincha burmalar to'g'ridan-to'g'ri funktsional bo'lishi. Eukaryotlar.Eukaryotik genlarning tuzilishiga prokaryotlarda mavjud bo'lmagan xususiyatlar kiradi. Ularning aksariyati bilan bog'liq transkripsiyadan keyingi modifikatsiya ning oldingi mRNKlar ishlab chiqarish etuk mRNK oqsilga tarjima qilishga tayyor. Eukaryotik genlar odatda prokaryotlarga nisbatan gen ekspressionini boshqarish uchun ko'proq tartibga soluvchi elementlarga ega. Bu, ayniqsa, to'g'ri keladi ko'p hujayrali eukaryotlar, masalan, odamlar, bu erda genlar ekspressioni boshqacha darajada o'zgarib turadi to'qimalar. Eukaryotik genlar tuzilishining asosiy xususiyati shundaki, ularning transkriptlari odatda bo'linadi exon va intron mintaqalar. Exon mintaqalari finalda saqlanib qoladi etuk mRNK molekula, intron mintaqalar esa birlashtirilgan Transkripsiyadan keyingi ishlov berish paytida (chiqarilgan).^[22] Darhaqiqat, genning intron mintaqalari ekzon mintaqalariga qaraganda ancha uzunroq bo'lishi mumkin. Birlashtirilib ekzonlar bitta uzluksiz oqsillarni kodlovchi mintaqalarni hosil qiladi va qo'shilish chegaralari aniqlanmaydi. Eukaryotik transkripsiyadan keyingi ishlov berish ham qo'shadi 5 'shapka mRNK boshlanishigacha va a poli-adenozin dumi mRNK oxirigacha. Ushbu qo'shimchalar mRNKni barqarorlashtiradi va uni boshqaradi transport dan yadro uchun sitoplazma, garchi bu xususiyatlarning hech biri to'g'ridan-to'g'ri gen tuzilishida kodlanmagan bo'lsa hamProkaryotik genlarning umumiy tashkil etilishi eukariotlardan sezilarli farq qiladi. Eng aniq farq shundaki, prokaryotik ORFlar ko'pincha a ga birlashtiriladi polikistronik operon umumiy tartibga soluvchi ketma-ketliklar nazorati ostida. Ushbu ORFlarning barchasi bir xil mRNKga transkripsiyalanadi va shu bilan birgalikda tartibga solinadi va ko'pincha tegishli funktsiyalarni bajaradi. Har bir ORF odatda o'ziga xosdir ribosomalarni bog'lash joyi (RBS) shunday qilib ribosomalar bir vaqtning o'zida bir xil mRNKdagi ORFlarni tarjima qiladi. Ba'zi operonlarda translyatsion birikma ham ko'rsatiladi, bu erda operon ichidagi bir nechta ORFlarning tarjima stavkalari bir-biriga bog'langan. Bu ribosoma ORF oxirida biriktirilgan bo'lib qolganda va yangi RBSga ehtiyoj sezmasdan keyingisiga o'tishda sodir bo'lishi mumkin. Translational coupling, shuningdek, ORFning tarjimasi RNK ikkilamchi tuzilishidagi o'zgarishlar orqali keyingi RBS-ning mavjudligiga ta'sir qilganda ham kuzatiladi. Bitta mRNKda bir nechta ORFga ega bo'lish faqat prokaryotlarda mumkin, chunki ularning transkripsiyasi va tarjimasi bir vaqtning o'zida va bir xil subcellular joyda bo'ladi. promotorning yonidagi ketma-ketlik prokaryotlarda asosiy tartibga soluvchi element hisoblanadi. Operator ketma-ketligi bilan bog'langan repressor oqsillari RNK polimeraza fermentiga jismoniy to'sqinlik qiladi va transkripsiyaning oldini oladi. Riboswitches prokaryotik UTRlarda keng tarqalgan yana bir muhim tartibga solish ketma-ketligi. Ushbu ketma-ketliklar kalitning kontsentratsiyasiga qarab RNKdagi muqobil ikkilamchi tuzilmalar o'rtasida almashinadi metabolitlar. Keyin ikkilamchi tuzilmalar blokirovka qiladi yoki RBS kabi muhim ketma-ketlik mintaqalarini ochib beradi. Prokaryotlarda intronlar juda kam uchraydi va shuning uchun prokaryotik genlarni boshqarishda muhim rol o'ynamaydi. Prokariotlar va eukariotlar