Тиббий биология ва генетика Тиббиёт олийгохи талабалари учун дарслик

ДНК НИНГ КИМЁВИЙ ТУЗИЛИШИ

Ф. Мишер 1869-йили хужайра ядросида нордон хоссага эга бўлган алохида моддани ажратиб олди ва уни нуклеин деб атади. 1879-йилда А. Коссел нуклеиннинг кимёвий таркибини ўргана бошлади. 1889-йили Р. Алтманн нуклеин кислота деган терминни фанга киритди ва нуклеин таркибида фосфор кислотадан ташқари азотли асослардан пурин, пиримидин ва ундан ташқари 5 атом углероди бўлган углевод (қанд) бўлишини кўрсатди. 1930-йилларга келиб беш атомли углероди бўлган углеводларнинг нуклеин кислотасининг тузулишидаги ўрни ва нуклеин кислотаси таркидаги бир гурух углеводларда битта атом кислород кам бўлишлиги аниқланди. П. Левин шу гурухга кирувчи углеводнидезоксирибоза,иккинчисини эса рибоза деб атади. Шундан кейин нуклеин кислоталар дезоксирибонуклеин (ДНК) ва рибонуклеин (РНК) кислотали деб аталадиган бўлди. Рибоза молекуласида углеродга ОH гурухи, дезоксирибоза эса H атоми боғланади.

ДНК ва РНК бир-биридан азотли асослари билан хам фарққилади. ДНК молекуласида азотли асослардан аденин,гуанин, цитозин ва тиминлар бўлади. РНК молекуласида эса тимин урацил билан алмашган. Аденин ва гуанинни пурин, цитозин ва тиминни пиримидин асослари деб юритилган. Азотли асос ва рибоза ёки дезоксирибоза бирикмасини нуклеозид дейилади. Нуклеозидга фосфор кислотаси қолдиғи бирлашса нуклеотид хосил бўлади. Нуклеотидлар бир-бири билан фосфор кислотаси орқали бирлашиб, узун ДНК ёки РНК ипини хосил қилади. Нуклеин кислоталари юқори молекулали бирикмалар бўлиб, улар таркибига жуда кўп нуклеотидлар киради. ДНК молекуласи 10-25 минг нуклеотиддан иборат бўлиб юқори молекулар оғирликка эгадир. Э. Чоргафф 1950-йили барча организмларнинг ДНК молекуласида адениннинг сони тиминникига, гуанинники эса цитозиннинг сонига доимо тўғри келишлигини аниқлади. Демак, 34 пурин асослари билан пиримидин асосларининг сони тенг. Барча организмларда ДНК молекуласидаги нуклеотидлар ўхшаш, лекин улар сони ва қандай тартибда келиши билан фарққилади. ДНК молекуласи қандай тузилганлигини аниқлаш узоқ йиллар давомида муаммо бўлиб келди. Лекин 1950-йилларда М. Уилкинс ДНК молекуласини рентген нури ёрдамида текширишдан олинган натижаларни мураккаб математик усулларбилан хисоблашлардан кейин ДНК молекуласининг фазовий рентгенограммасини олди. Кейинчалик, яъни 1953 йили америкалик генетик Дж. Уотсон ва англиялик генетик Ф. Крик рентген нури ёрдамида кимёвий ва математик усулда олинган ДНК тўғрисидаги билимларини умумлаштириб, унинг структура тузилишини аниқ кўрсатувчи чизмани (моделни) яратдилар (34-расм).
34-расм.

Бу чизма Уотсон-Крик номи билан аталадиган бўлди. Бу чизмага кўра ДНК молекуласи иккита узун ва ингичка ипдан иборат бўлиб, бу иплар бир-бирига эшилган холда битта ўқ атрофида буралиб, айланма холида жойлашади. Бактерия хужайрасидаги ДНК молекуласининг узунлиги 1 см га тенг бўлса, одам тана хужайраси ДНК молекуласининг узунлиги эса 1 м дан ошади. ДНК занжирини ташкил қилган ипнинг хар бири полимер бўлиб, ундаги битта нуклеотид иккинчи нуклеотид билан ўзларидаги дезоксирибоза билан фосфор боғи орқали бирикади. Иккала ип ўзаро яна азотли асослар орқали бириккан бўлади. Аденин тимин билан(А-Т), гуанин эса цитозин билан (Г-Ц) бирикади. А ва Т ўртасида иккита водородбоғи, Г билан Ц ўртасида эса учта водород боғибор (35-расм). Бундан кўриниб турибдики, Г-Ц асослари А-Т га қараганда ўзаро мустахкамроқ боғланган. Нуклеотидлар орасидаги масофа 3,4 га тенг. ДНК занжири ўнг томонга айланадиган бурамни (спирални) хосил қилади. Унинг битта тўлиқ айланаси ўнта нуклеотиддан иборат бўлиб,узунлиги 34 га тенг. ДНК занжири ўнг томонга айланадиган бурамни (спирални) хосил қилади. Унинг битта тўлиқ айланаси ўнта нуклеотитдан иборат бўлиб, узунлиги 34 га тенг. Кўш занжирнинг диаметри эса 20 га тенг, чунки халкасининг узунлиги 12 га тенг бўлган пурин асослари, халқасининг узунлиги 8 бўлган примидин асослари билан бирлашади.

35-расм

Г. Стен 1957-йили ДНК молекуласининг икки хисса ошиши (репликатсияси)нинг қуйидаги 3 та усулда боришлигини кўрсатди:

1) қўш занжир бузилмасдан (консерватив) - янги ДНК молекуласи хосил бўлади;
2) қўш занжир иккига ажралиб (ярим консерватив), қўш занжирли ДНК молекуласи узилмасдан бир-бириданажралади ва харбирининг қаршисида уларга комплементар (мос) бўлган ДНК занжири хосил бўлади;
3) қўш занжир бузилиб, бўлақларга ажралиб (дисперсион) янги ДНК занжири дастлабки ДНК молекуласинингбузилишиданвужудга келган бўлакларининг хар хил тузилмасидан хосил бўлади.
ДНК молекуласининг репликатсиясини тушунтирувчи юқоридаги усуллардан ярим консерватив усул Уотсон ва Криклар таклиф қилган ДНК структурасининг тузилишига мос келади. ДНК молекуласининг ярим консерватив усулда иккиланишида дастлаб азотли асослар ўртасидаги водород боғи узилади. Узилиш бўлгандан кейин қўш занжир ажрала бошлайди ва хар бир ажралган занжир ўз атрофига кариоплазмада бўлган нуклеотидлардан ўзига комплементар бўлганларини олиб, янги
занжир хосил қилади. Шу усулда хосил бўлган ДНК молекуласи олдингисига айнан ўхшаш бўлади. ДНК репликатсиясининг ярим консерватив усули юқори тузилган хайвонлар ва ўсимликларда яхши ўрганилган.Дж.Тейлор дуккакли ўсимлик (Vicia faba) майсасини 3Х билан тамғаланган тимидини бор суюкликка туширди ва унда ўсимтани хужайранинг бир маротаба бўлиниши учун кетадиган вақт давомида ушлади. Шу усул билан хромосомаларнинг барчасини 3Х билан тамғалади. Ўсимталар кейин радиоактив тамғаси бўлмаган, лекин колхитсини бўлган озиқада ўстирилди. Колхицинда хроматидалар кутбларга кетмасдан хужайра ўртасида қолади. Биринчи митоз пайтида хромосомаларнинг иккала хроматидаси хам тамғаланди. Хужайраларнинг иккинчи митотик бўлинишида эса хроматиданинг
фақат биттасида радиоактив тамғалар пайдо бўлади ва тажриба натижалари ДНК нинг ярим консерватив усулда иккиланишини исбот қилди. Тейлор тажрибаларининг натижалари бошқа кўпгина олимлар томонидан ўсимлик, хайвон ва одам хромосомаларини ўрганиш жараёнида хам тасдиқланди. Хромосомаларнинг ярим консерватив иккиланиши ДНКмолекуласининг ярим консерватив иккиланишига жуда мос келади (36-расм).
ДНК молекуласининг ярим консерватив усулда иккиланишини тушунтириш учун аввало бир нечта саволларга жавоб топишимиз керак. Масалан, ДНК нинг бири иккинчиси атрофига ўралган комплементар иплари қандай қилиб бир-биридан ажралади? ДНК молекуласи иккиланишида қандай ферментлар иштирок этади ва бошкалар ДНК нинг иккиланишида ферментларнинг ўрнини дастлаб А. Коренберг (1956) ўрганди ва бактерия хужайрасидан ДНК полимераза ферментини ажратиб олди. Лекин ДНК нинг иккиланишида фақат ДНК полимераза иштирок этмасдан яна бир қанча ферментлар қатнашар экан. Масалан, ДНК молекуласи занжири геликаза ферменти ёрдамида тарқатилади (37-расм). Бу фермент ДНК занжири буралишига қарама-қарши катта тезликда харакат қилади.
36-расм. ДНК нигн иккиланиш хиллари:
1 - консерватив; 2 - ярим консерватив; 3 - дисперсион; а - қора рангда ДНК нинг дастлабки ипи кўрсатилган; б – бир маротаба иккиланиш натижаси; д - икки маротаба иккиланиш натижаси.

Бактерияхромосомасида унинг айланма тезлиги минутига 4800 та ДНК бурамига тенг бўлади. Фермент ёрдамида узилган ДНКнинг якка занжирларида иккиланиш бошланади. Хар бир янги боғ қаршисида янги боғ пайдо бўлишидан ДНКнинг қўш занжири хосил бўлади. ДНК полимераза ферменти эса якка занжирли ДНК молекуласида 5ꞌ дан 3ꞌ томонга қараб хосил бўлаётган янги ДНК боғининг ўсишини таъминлайди. ДНК молекуласи узилганда унда 5ꞌ ва 3ꞌ ли бўлаклар пайдо бўлади. 5ꞌ ли бўлаги янги ДНК занжирининг синтезида нусха берувчи (матритса) хисобланади. 3ꞌ ли бўлагида эса ДНК нинг янги боғи учун керакли нуклеотидлар йиғилади ва шу бўлак хисобига ДНК нинг янги занжири ўсади ва шаклланади. Шунинг учун ДНК бўлагининг охирги 3 ракамига эга бўлагини хосил қилувчи (затравка) ёки праймера деб аталади. Барча ДНК полимераза ферментлари ДНК синтезини 3ꞌ -ОH радикали бор жойдан бошлайди. Чунки ОHрадикали тезда ўз ўрнини бера олади ва унга фосфат боғи бирикади. Демак,Бошловчи ферментларГеликазаДНК ни боғловчи оқсил Оқсил Б

Примаза ДНК полимераза ИИИ ДНК полимераза И
Етакчи ип Лигаза

37-расм. Битта ипли ДНК молекуласининг иккиланиши.
иккиланиш бўлаётган ДНК буралмаларининг иккала боғида бир пайтда синтез хеч қачон бир томонга қараб ёналган бўлмайди. Р. Оказакининг (1968) фикрича, ДНК занжирининг иккига ажралган хар бир якка занжирида синтез килинадиган янги ДНК молекуласи калта-калта полинуклеотид бўлаклар (фрагментлар) хосил бўлиши хисобига боради. Бу бўлаклардан янги ДНК занжирининг юзага келиши 5ꞌ бўлакдан 3ꞌ га (5ꞌ 3ꞌ) томон қараб ёналган бўлади. Бу бўлаклар кейинчалик бир-бирлари билан бирлашиб умумий полинуклеотид ипини хосил қилади. 5ꞌꞌ3ꞌ бўлакдан синтез қилинган яхлит, узун ипга устунлик қилувчи, 3ꞌꞌ5ꞌ бўлакдан хосил бўлган ипга эса кечикувчи ип дейилади. ДНК полимераза эукариот хужайраларда 100-200, прокариот хужайраларида эса 1000-2000 нуклеотиддан иборат бўлган ДНК бўлакларини синтез қилади. Бу бўлакчалар лигаза ферменти ёрдамида бир бирига бирлаштирилгач умумий ип хосил бўлади.
38-расм

ДНК синтези жуда тез кетадиган жараён бўлиб, бактерияларда хар бир секундда янги ипни хосил қилувчи она ипга

(матрица) 500 та, вирусларда эса 900 та нуклеотид бирикади. Бактерияларнинг барча ДНК си (4 · 106 п.н.) 20 минутичидатўлиқ янгиланади. Эукариот хужайраларда эса бу жараён анча секинроқ боради. Лекин эукариот хужайралари хромосомасида репликонлар жуда кўп бўлади. Шунинг учун бир вақтнинг ўзида битта хромосоманинг бир неча жойида ДНК синтези бошланади. Репликон - ДНК синтези бошланадиган жой. Бактерия хромосомасида факат биттарепликон бўлади (38-расм).