Nazorat savollariga javoblar

Molekulyar biologiya va biotexnologiyaning qanday yutuqlarini bilasiz?

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.^[1]

5. 
   Hujayraning kimyoviy tarkibini tasvirlab bering?
   

Translyatsiya jarayonining yo`nalishi va jadalligi asosan uchta omilga bog`liq bo`lishi mumkin: a) informatsion matritsalarning miqdori ya`ni maxsus mRNKlar. Maxsus RNKlar miqdori esa ularning sinteziga, tashiluviga, saqlanishiga, faollanishiga va parchalanishiga bog`liqdir. b) Translyatsiya apparatining boshqa komponentlarining mavjudligiga, ya`ni ribosomalar, tRNK, aminokislotalar, ATF, GTF, sintetazalarga, translyatsiya`ning ribosomalardan tashqarigi komponentlariga, regulyator oqsillarning mavjudligiga bog`liqdir. v) zarur fizik-kimyoviy sharoitlarning (pH) mavjudligiga.

Oqsillar sintezining boshqariluvi tashabbuskor kompleksning shakllanishiga ham bog`liqdir.

Oqsillarning sintezlanishi jarayoni initsiatsiyadan tashqari elongatsiya va terminatstya jarayonlarini ham utadi. Aminokislotalar polipeptidlarning tarkibiga kirishi uchun ular avvalo faollanishi zarur. Ushbu jarayon ATF va tRNK-sintetaza fermenti ishtirokida borib aminoatsiladenilat hosil bo`lishi bilan qaror topadi. Bu birikma esa yuqoridagi fermentlar ishtirokida maxsus tRNKga birikadi. Bu yerda shuni aytib o`tish lozimki, har bir aminokislota uchun eng kamida bitta maxsus tRNK va bitta aminoatsil-tRNK-sintetaza mavjuddir.

Polipeptid zanjirining ortishi mRNK molekulasining 5-tomonidan boshlanib oqsil sintezining uchta bosqichi davriy ravishda, to polipeptid zanjiri to`la shakllangunicha davom etadi.

Oqsil sintezining birinchi bosqichida aminokislotani ribosomaga tashib kelgan maxsus tRNK o`zining triplet antikodoni bilan aminoatsil markazidagi (A) mRNK molekulasining uxshash kodoni bilan birikadi (10.3-rasm). Bu bog`lanish elongatsiya`ning ikki faktori EG` mavjudligiga bog`liq. Bularning bittasi GTF bilan uzaro bog`lanadi.

Oqsil sintezining ikkinchi bosqichida peptidiltransferaza fermenti ishtirokida tRNK bilan birikkan aminokislota va polipetid zanjiridagi mavjud aminokislota o`rtasida peptid bog`i vujudga keladi. Bunda peptidil markazda (P) joylashgan polipeptid yangi aminokislota o`rniga, ya`ni A-markazga suriladi. Shuning bilan birgalikda GTF parchalanadi va elongatsiya omili hamda GDF ajraladi.

Oqsil sintezining uchinchi bosqichida peptidil-tRNK A-markazdan P-markazga tomon siljiydi va shuning bilan birgalikda P-markazdagi tRNK ajraladi. Ammo tRNK molekulasining P-markazdan ajralishi uchun elongatsiya`ning uchinchi omili zarur. Ushbu uchinchi omilning ribosoma bilan uzaro ta`siri GTFaza faolligini beradi. Ribosomaning surilishi natijasida mRNK kodonining navbatdagisi A-markazga tushadi. Translokatsiya jarayoni uchun ikkinchi GTF energiyasi ishlatiladi.

Ribosomalardagi polipeptid zanjirining sintezi to mRNK kodonlarining oxiriga (terminal mRNK kodoniga)yetmagunicha davom etadi. Bu kodon bilan terminatsiya`ning oqsil omili (RF) bog`lanadi.

Terminasiya`ning oqsil omili (RF) faqatgina kerakli kodonni tanib qolmasdan badkim polipeptid zanjirining tRNK molekulasidan ajralishini ham taminlaydi. Polipeptid ajralganidan so`ng deatsillashgan tRNK va mRNK molekulalari ham ajraladi. Ammo mRNK molekulasining ajralishi ikkita ribosomadan tashqarigi oqsilli omil va STF energiyasi zarur.
Oqsil molekulasi sintezlanishi jarayoni ribosomalarning initsiatsiya omillaridan (IF3) biri ishtirokidagi subbirliklarga parchalanishi bilan tugaydi. Ammo mRNK molekulasi ko`p marotaba qayta-qayta oqsil sintezida qatnashishi mumkin.
Elongatsiya va terminatsiya jarayonlarining boshqariluvi hozircha yaxshi o`rganilgan emas. Ammo ribosomalarning peptidil markazda peptid zanjirining sintezi mikromuhitning fizik-kimyoviy sharoitlari xususan Mg2+, Ca2+, Mn2+ va pH (8,3-8,4) alohida o`rin tutadi.
Hujayralardagi berilgan bir vaqt mobaynidagi oqsillar sintezi ma’lum bir fiziologik programmani ham bajaradi. Ushbu jarayon hujayralarda maxsus oqsillar sintezlanayotgan davrda yaqqol ko`zga tashlanadi. Elongatsiya omillari, rRNK miqdori faol matritsalar va tRNK miqdoriga mos ravishda bo`ladi.
Hujayraning fiziologik holati o`zgargan vaqtda yuqoridagi barcha omillarning miqdori kamayishi yoki birgalikda ko`payishi mumkin. Model tajribalar asosida tRNK miqdorining ko`pligi oqsil sintezlanishi jarayoniga salbiy ta`sir qilishi kuzatilgan. Oqsil sintezlanishining kamayishi esa mRNK molekulasining yadrodan sitoplazmaga tashiluvini to`xtatadi.

Binobarin, hujayrada faqatgina har xil oqsillarning translyatsiyasini va turli RNK molekulalarining transkriptsiyasi koordinatsiyasigina emas, balki, butun ushbu jarayonlarning o`zaro yaqin munosabatlarini ishini ham boshqaruvchi tizim mavjuddir. Transkripsiya va translyatsiya jarayonlari hujayra tuzilmalari shakllanishining birinchi bosqichidir. Hujayra ichki tuzilmalari shakllanishining keyingi bosqichlari bular molekulalardan yirikroq komplekslarni yig`ish va ularni joy-joyiga yetkazishdir.

Oqsillarning birlamchi tuzilishi ya`ni polipeptid zanjiridagi aminokislotalarning ketma-ketligi uning ikkilamchi va uchlamchi tuzilishini ham belgilaydi.
Oqsil molekulalarining boshqa bir oqsil yoki oqsil bo`lmagan organik birikmalar bilan o`zaro ta`siri natijasida ularning to`rtlamchi tuzilishini vujudga kelishiga, ularning esa mo`ljallangan yirik molekulyar tuzilmalar hosil qilishiga turtki beradi.
Yuqoridagi barcha oqsil molekulasining o`zgarishidagi bosqichlar ya`ni uning ribonuklein matritsasining sintezidan boshlab to nadmolekulyar oqsil molekulasining ma’lum bir hujayra tuzilmasi tarkibiga kirishigacha o`z-o`zini qurish jarayonlari bilan bog`liq. Mana shu jarayonlargina, asosan, hujayra tuzilmalarining shakllanishi va biogenezi asosida yotadi (XI.9-rasm).
O`z-o`zini qurish bu bir xil yoki har xil jinsli molekulalarning spontan agregatsiyasi jarayoni bo`lib, molekulalarning tartiblanishiga va ko`p komponentli tuzilmaning hosil bo`lishiga olib keladi.
O`z-o`zini qurish mexanizmi kuchsiz o`zaro ta`sirlarga asoslangandir. Molekulalarning tartiblanishiga birinchi navbatda uzoqdan (0,7 nm masofadagi) ta`sir qiluvchi elektrostatik kuch sabab bo`ladi. So`ngra esa molekulalarning o`zaro tortishishi vodorod bog`lari hosil bo`lishi bilan borib oxirgi navbatda 0,1 nm masofada van-der-valsov va gidrofob ta`sirlar yuzaga kela boshlaydi. Van-der-valsov kuchlari neytral atomlar va molekulalar orasida ularning qutblanishi natijasida yuzaga keladi.

O`z-uzini qurish mexanizmining tanlovchanligi biopolimerlarning molekulasida o`z «jufti» molekulasini tanishga qaratilgan lokuslarning mavjudligi bilan taminlanadi. Sterik tuzilmalarning bir nechta atom yoki bir guruh atomlar bilan juft-juft kovalent bo`lmagan uzaro ta`siri komplementarlik (bir-birini to`lg`azish) deyiladi. O`z-o`zini qurish erkin energiyaning kamayishi bilan borganligi tufayli o`z-o`zidan boraveradi. Ammo o`z-o`zini qurish jarayonida faqatgina kuchsiz bog`lar qatnashganligi u qaytar jarayondir.

O`z-o`zini qurish xarakteri biopolimerning birlamchi tuzilishi bilan belgilansada, ko`pchilik hollarda agregatsiya jarayonining qo`shimcha boshqarilishi kuzatiladi.
Biologik tizimlarning o`z-o`zini qurishi membranalar fosfolipidlarining bisloy holatida azotli asoslar va nuklein kislotalarning komplementar ketma-ketligi, ferment va substratning, oqsil-retseptorning va effektorning (masalan fitogormonlarning) o`zaro ta`siri, ko`p komponentli fermentli tizimlarning yig`ilishi va boshqa bir qancha jarayonlarning o`zaro birgalikdagi munosabati natijasida yuz beradi. Masalan, xloroplastlardagi ribulozodifosfatkarboksilaza fermenti sakkizta yirik va sakkizta mayda subbirliklardan yig`iladi.
Katta subbirliklar xloroplastlarda sintezlanib va katalitik vazifani bajarsa, maydalari sitoplazmada sintezlanadi, hamda ferment faolligini boshqarishda qatnashadi.
Ayrim olimlarning fikricha (B.F.Poglazov, 1977) tirik hujayralarda bir-biri bilan komplementar bog`langan fermentlar bloki yoki boshqa biopolimerlar mavjud bo`lib, ular ham o`z navbatida bir-biri bilan komplementar ravishda birlashgan bo`lib, bir butun o`zaro bog`langan tizimini tashkil qiladi.
Binobarin, suvli muhitda, shu jumladan sitoplazmada ham moddalarning agregatsiyasi natijasida ushbu moddalarning suyuq kristall holati vujudga keladi.
Suyuq-kristall holat. Ushbu holatni moddalarning to`rtlamchi ko`rinishi deb qarash mumkin. Moddalarning suyuq-kristall holati ularning suyuq holatiga nisbatan ko`proq, qattiq holatiga nisbatan esa kamroq tartiblashgandir. Oqsillar, nukiein kislotalar, polisaxaridlar, lipidlar suvda suyuq-kristall hosil qiladi. Suyuq-kristalloidlarning eng muhim tomonlaridan biri bu ular tuzilmalarining tartibliligi va yuqori harakatchanligidir.

Tirik organizmda va o’lik tabiatda uchraydigan barcha elementlar va

moddalar orasida farq yo’q, degan iboraga qanday qaraysiz?
Barcha tirik organizmlar o`ziga xos belgilariga hajmga: shaklga, modda almashinuviga, harakatchanlik, ta'sirlanish qobiliyatiga, o`sish, ko`payish xususiyatlariga ega. Tirik organizmlar o`rtasida aniq farq bo`lishiga qaramasdan, o`lik va tirik organizmlar o`rtasida farq shartli belgilangan. Masalan, viruslar tirikmi yoki o`likmi? Bu savolga javobni ularning qaerda, qanday holda mavjudligiga qarab javob berish mumkin. Tirik bo`lmagan organizmlar, ham yuqoridagi xususiyatlarning bir nechasiga ega bo`lishi mumkin, ammo shu xossalarga birdaniga ega bo`la olmaydi. Kristallar to`yintirilgan eritmada tez o`sadi, natriy metallining bo`lakchasi suv yuzida tez harakatlanadi, moy tomchilari, glitserin va spirt aralashmalari xuddi amyobaga o`xshab harakat qiladi.


Hayot ko`rinishida bo`lgan ko`pgina harakatlar fizik va kimyoviy qonunlarga asoslangan, tirik bo`lmagan hayotga bo`ysunadi. Shulardan kelib chiqib, biz hayot hodisalarining kimyoviy va fizikaviy asosini yaxshi bilsak, tirik jonlarning sintezlanishini ham tushunamiz. A Konbergning 1958 yilda, DNK maxsus molekulalarini fermentativ yo`l bilan sintezlashi, hayotning paydo bo`lish qonuniyatlarini bilishda katta ahamiyatga ega bo`ldi.


Bir vaqtlar vitalizm tarafdorlari, hayotni ma'lum bo`lmagan fizik va kimyoviy qonuniyatlar yaratadi va kuzatib boradi, degan xulosalar qilishgan. Hayotning ko`pgina hodisalari ular tasavvurida sirli kashfiyot bo`lib, bu hodisalarni o`rganish uchun ma'lum ilmiy izlanishlarni taklif qilgandilar.


Ma'lumki, har bir tirik organizm o`ziga xos shakl va tashqi ko`rinishga ega, voyaga yetmagan indivumlar o`ziga xos kattalikda shakllangan. Tirik bo`lmaganlarning, albatta, hajmi va shakli doimo bir xil bo`lmaydi. Tirik organizmlar maxsus vazifalarni bajaruvchi turli qismlardan iborat bo`lib, ular maxsus murakkab tashkillanish bilan xarakterlidir.


Barcha tirik organizmlar o`simlik va hayvonlarning hujayrasi bo`ladi, bunday organizmlar eng asosiy qismi o`zi alohida yashashi mumkin. Ammo har bir organizmning hujayrasi o`ziga xos xususiyatga ega. Hujayraning hajmi va shakli o`zgarishi mumkin. Hujayrani tashqi muhitdan ajratib turuvchi plazmatik membranasi bor, hujayra asosini yadro tashkil qiladi, yadro maxsus parda bilan o`ralgan. Yadro hujayra hayotida alohida o`rin egallab, uning vazifalarini tartibga solib turadi. Ko`p hujayrali tirik organizmlar-hayvonlar va o`simliklar o`ta tartib bilan murakkab tashkillanishga ega. Hujayra to`qimadan tashkil topsa, to`qima organlardan, organlar esa organlar tizimidan tashkil topgan bo`ladi.


Protoplazma orqali amalga oshadigan organizmning o`sishi, tiklanishi hamda mavjud bo`lishi uchun lozim bo`lgan barcha kimyoviy jarayonlar yig`indisiga modda almashinuvi yoki "metabolizm" deb ataladi. Har bir hujayradagi protoplazma uzluksiz o`zgarib turadi va bu jarayonda yangi moddalarni o`ziga singdiradi, ularni turli xil kimyoviy o`zgarishga duchor qiladi, yangi protoplazma quradi va kinetik energiyaga hamda issiqlikni potensial energiyaga aylantirib, yirik molekulali oqsil, yog` va uglevodlar hosil qilish bilan birga bu moddalarni juda oddiy birikmalarga aylantiradi.


Energiyaning uzluksiz sarflanishi tirik organizmlar uchun xos bo`lgan xususiyatdir. Ayrim protoplazma turlari juda aktiv modda almashish xususiyatiga ega. Buni masalan, bakteriyalarda kuzatish mumkin. Yana boshqa tiplari, masalan, urug` va spora protoplazmalarida modda almashinuv o`ta past darajada bo`lib, uni sezish juda qiyin. Ba'zan bir turga mansub organizmlarda modda almashinuvi yosh, jins, sog`lomlik darajasiga, endokrin bezlari yoki homiladorlik kabi omillarga qarab o`zgarib boradi.


Almashuv jarayoni anabolik yoki katabolik bo`lishi mumkin. "Anabolizm" atamasi shunday kimyoviy jarayonlarga qo`llanadiki, bu vaqtda eng oddiy moddalar birikib, o`zaro murakkab moddalar hosil qiladi, bu narsa energiya to`planishi va yangi protoplazma hosil bo`lishiga, xajmi oshishiga va nihoyat o`sishga olib keladi.


Katobolizm deb, hosil bo`lgan murakkab moddalarning energiyani sarflashi va uni yo`q qilib, protoplazmaning yo`qolib borishiga aytiladi. Har ikkala jarayon ham uzluksiz ravishda boradi. Bu jarayonlar bir-biri bilan o`ta bog`liq bo`lib, ularni bir-biridan ajratish qiyin.


Murakkab birikmalar parchalanadi va ularning asos qismi bir-biri bilan birlashib, yangi kombinatsiyalar hosil qiladi. Katabolizmning anabolizm bilan mos kelishini tanamizdagi hujayralarda uzluksiz ravishda uglerod, oqsil va yog`larni o`zaro aylanishidan ham ko`rish mumkin. Anabolik jarayonlar katta energiya talab qilgani uchun energiya beradigan qandaydir katabolik jarayonlar bo`lishi va natijada ko`plab molekulalar hosil bo`lishi lozim.