» , » Bitta gen bir ferment

Bitta gen, bitta ferment

         92
Nashr qilingan sana: 2018 yil 24 iyul

    

Bir gen-bir ferment gipotezasi 1940-yillarning boshlarida har bir gen bitta fermentning sintezi yoki faolligini nazorat qiladi degan g'oyadir. Genetika va biokimyo sohalarini birlashtirgan kontseptsiya amerikalik genetik Jorj Uells Bidl va Neurospora crassa ustida tadqiqot olib borgan amerikalik biokimyogar Edvard L. Tatum tomonidan taklif qilingan. Ularning tajribalari avval mutatsiyani qo'zg'atuvchi rentgen nurlari shaklini ko'rishni, so'ngra uni yovvoyi turdagi shtammning omon qolishi uchun zarur bo'lgan faqat muhim oziq moddalarni o'z ichiga olgan minimal o'sish muhitida etishtirishni o'z ichiga oldi. Ular mutant mog'or shtammlari o'sishi uchun ma'lum aminokislotalarni qo'shishni talab qilishini aniqladilar. Ushbu ma'lumotlardan foydalanib, tadqiqotchilar o'ziga xos genlardagi mutatsiyalarni metabolizm yo'llarida odatda etishmayotgan aminokislotalarni ishlab chiqaradigan individual fermentlarning buzilishi bilan bog'lashlari mumkin edi. Hozirgi vaqtda barcha genlar fermentni kodlamasligi va ba'zi fermentlar ikki yoki undan ortiq genlar tomonidan kodlangan bir nechta qisqa polipeptidlardan iborat ekanligi ma'lum.

Gen ifodasi gendan olingan irsiy ma'lumotni funktsional mahsulotga - RNK yoki oqsilga aylantirish jarayonidir. Gen ifodasi jarayonning barcha bosqichlarida tartibga solinishi mumkin: transkripsiya paytida, tarjima paytida va oqsillarning translatsiyadan keyingi modifikatsiyalari bosqichida.

Gen ifodasi evolyutsion o'zgarishlar uchun substratdir.

Prokaryotlarda transkripsiya darajasida gen ekspressiyasini tartibga solish:

Hujayralarda transkripsiyani tartibga solish alohida genlar, ularning bloklari va hatto butun xromosomalar darajasida amalga oshiriladi. Ko'pgina genlarni boshqarish qobiliyati, qoida tariqasida, ularda bir xil turdagi transkripsiya omillari o'zaro ta'sir qiladigan umumiy tartibga soluvchi nukleotidlar ketma-ketligi mavjudligi bilan ta'minlanadi. Muayyan effektorlarning ta'siriga javoban, bunday omillar tartibga soluvchi genlar ketma-ketligiga yuqori aniqlik bilan bog'lanish qobiliyatiga ega bo'ladi. Buning oqibati - mos keladigan genlarning transkripsiyasining zaiflashishi yoki kuchayishi. RNK sintezini tartibga solish uchun bakterial hujayralar tomonidan qo'llaniladigan uchta asosiy transkripsiya bosqichi - boshlash, cho'zilish va tugatish.

Eukaryotik genlarning ifodalanishi prokariotlardan farq qiladi:

1) Eukariotlarda uch xil RNK polimeraza mavjud: RNK polimeraza1 ribosoma genlarining transkripsiyasini katalizlaydi. RNK polimeraza2 barcha strukturaviy genlarning transkripsiyasini katalizlaydi. RNK polimeraza3 tRNK va 5S-ribosoma RNKning transkripsiyasini katalizlaydi (faqat eukariotlarda mavjud bo'lgan mRNKlarning shakllanishini katalizlaydi).

2) Eukariotlarda promotor hududi uzunroq.

3) Eukariotlarda har qanday gen o'zgaruvchan kodlash va kodlanmagan ketma-ketliklar bilan ifodalanadi. Kodlash - ekzonlar, kodlanmagan - intronlar.

4) Eukariotlarda oqsillar tomonidan tan olingan kuchaytirgichlar mavjud. Ular transkripsiya boshlanishidan ancha uzoqda joylashgan bo'lishi mumkin. Kuchaytiruvchi va unga tegishli oqsil RNK polimeraza-DNK bog'lanish joyiga yaqinlashadi.

5) Transkripsiyani bostiradigan "o'chirgichlar" mavjud.

Bitta gen, bitta ferment gipotezasi, har bir gen faqat bitta polipeptid zanjirini kodlashi mumkinligini ko'rsatadi, bu esa, o'z navbatida, yanada murakkab protein kompleksiga subbirlik sifatida kiritilishi mumkin. Bu nazariyani 1941 yilda G.Bidl va E.Tatum neyrosporalarning genetik va biokimyoviy tahlili asosida ilgari surdilar, ular eksperimental sharoitda turli mutatsiyalar taʼsirida har qanday biokimyoviy reaksiya zanjiridan faqat bittasi sodir boʻlishini aniqladilar. har safar o'chiriladi. Bu nazariyaning mutlaq to'g'riligiga shubhalar "ikki gen - bitta polipeptid" tizimining ochilishi, shuningdek, bir-biriga o'xshash genlarning mavjudligi bilan bog'liq holda paydo bo'ldi. Funktsional nuqtai nazardan, bu nazariya ko'p funktsiyali oqsillarni kashf qilish bilan bog'liq holda shartli hisoblanadi.

Hujayralarning vaqt bo'yicha mavjud bo'lish shakllari. Hujayra (hayot) sikli. apoptoz va nekroz. Mitotik (proliferativ) sikl. Mitotik siklning asosiy hodisalari. Mitotik siklning reproduktiv (interfaza) va ajralish (mitoz) fazalari. Tibbiyotda hujayralar ko'payishi muammolari.

hujayra aylanishi- bu ona hujayraning bo'linishi orqali hosil bo'lgan paytdan boshlab o'z bo'linishi yoki o'limigacha bo'lgan hujayraning mavjud bo'lish davri.

Hujayra siklining muhim tarkibiy qismi hisoblanadi mitotik sikl- hujayrani bo'linishga tayyorlash jarayonida va bo'linish jarayonida sodir bo'ladigan o'zaro bog'liq va vaqt bo'yicha muvofiqlashtirilgan hodisalar majmuasi. Bundan tashqari, hayot tsikli hujayra tomonidan ko'p hujayrali organizmning o'ziga xos funktsiyalarini bajarish davrini, shuningdek, dam olish davrlarini o'z ichiga oladi. Dam olish davrida hujayraning bevosita taqdiri aniqlanmaydi: u mitozga tayyorgarlikni boshlashi yoki ma'lum bir funktsional yo'nalishda ixtisoslashuvni boshlashi mumkin.

Aksariyat hujayralar uchun mitotik siklning davomiyligi 10 dan 50 soatgacha.Mitotik siklning biologik ahamiyati shundaki, u hujayra avlodlari qatorida xromosomalarning uzluksizligini, hajmi va tarkibi bo’yicha ekvivalent bo’lgan hujayralar hosil bo’lishini ta’minlaydi. irsiy ma'lumotlar. Shunday qilib, tsikl individual rivojlanishda eukaryotik tipdagi hujayrali tashkilotni ko'paytirishning umumiy mexanizmidir.

ona hujayraning irsiy materialining reduplikatsiyasi (o'z-o'zidan ikki baravar ko'payishi) va bu materialning qiz hujayralar o'rtasida bir xil taqsimlanishidan iborat. Undagi mitotik siklning ikkita asosiy hodisasiga ko'ra klassik sitologiyaning interfaza va mitoziga mos keladigan reproduktiv va ajralish fazalarini ajrating.

apoptoz- dasturlashtirilgan hujayra o'limi, hujayra darajasida tartibga solinadigan o'z-o'zini yo'q qilish jarayoni, buning natijasida hujayra plazma membranasi bilan chegaralangan alohida apoptotik tanalarga bo'linadi. O'lik hujayraning bo'laklari odatda yallig'lanish reaktsiyasining rivojlanishini chetlab o'tib, makrofaglar yoki qo'shni hujayralar tomonidan juda tez fagotsitlanadi. Apoptoz jarayoni 1-3 soat davom etadi. Apoptozning asosiy funktsiyalaridan biri nuqsonli (zararlangan, mutant, infektsiyalangan) hujayralarni yo'q qilishdir.

Nekroz- har qanday ekzogen yoki endogen shikastlanish natijasida tirik organizmda mahalliy to'qimalarning nobud bo'lishida ifodalangan patologik jarayon. Nekroz sitoplazmatik oqsillarning shishishi, denaturatsiyasi va koagulyatsiyasi, hujayra organellalarining va nihoyat, butun hujayraning nobud bo'lishida namoyon bo'ladi. Nekrotik to'qimalarning shikastlanishining eng ko'p uchraydigan sabablari: qon ta'minotini to'xtatish va bakteriyalar yoki viruslarning patogen mahsulotlariga ta'sir qilish.

30. Mitotik sikl. Interfaza davrlarining asosiy hodisalari. Mitoz fazalarining mazmuni va ahamiyati. Mitozning biologik ahamiyati.

Mitotik(proliferativ)tsikl -hujayrani bo'linishga tayyorlash jarayonida va bo'linish jarayonida sodir bo'ladigan o'zaro bog'liq va muvofiqlashtirilgan hodisalar majmuasi. Bundan tashqari, hayot aylanishi o'z ichiga oladi hujayraning bajarilish davri ko'p hujayrali organizm o'ziga xos funktsiyalar shuningdek, harakatsiz davrlar. Dam olish davrida hujayraning bevosita taqdiri aniqlanmaydi: u mitozga tayyorgarlikni boshlashi yoki ma'lum bir funktsional yo'nalishda ixtisoslashuvni boshlashi mumkin. Ko'pgina hujayralar uchun mitotik tsiklning davomiyligi 10 dan 50 soatgacha.

Mitotik siklning biologik ahamiyati bir qator hujayra avlodlarida xromosomalarning uzluksizligini, irsiy axborot hajmi va mazmuniga ko'ra ekvivalent bo'lgan hujayralar hosil bo'lishini ta'minlaydi. Shunday qilib, tsikl individual rivojlanishda eukaryotik tipdagi hujayrali tashkilotni ko'paytirishning umumiy mexanizmidir.

Mitotik siklning asosiy hodisalari bor takrorlash(o'z-o'zidan ikki baravar ko'paytirish) ona hujayraning irsiy materialidan va in yagona taqsimlash bu materialning qiz hujayralari orasida. Bu hodisalar kimyoviy va morfologik tashkilotdagi muntazam o'zgarishlar bilan birga keladi xromosomalar - eukaryotik hujayraning irsiy materialining 90% dan ortig'i to'plangan yadro tuzilmalari (hayvon hujayrasining yadrodan tashqari DNKsining asosiy qismi mitoxondriyalarda joylashgan).

Xromosomalar xromosomalardan tashqari mexanizmlar bilan o'zaro ta'sirda quyidagilarni ta'minlaydi: a) genetik ma'lumotni saqlash, b) bu ​​ma'lumotlardan hujayra tuzilishini yaratish va saqlash uchun foydalanish, c) irsiy ma'lumotni o'qishni tartibga solish, d) genetik ma'lumotlarning ikki baravar ko'payishi (o'z-o'zidan nusxa ko'chirish) material, e) uning ona hujayradan qiziga o'tishi.

Hujayraning mitotik siklidagi o'zgarishlari.

Mitotik siklning ikkita asosiy hodisasiga ko'ra, u ajralib turadi reproduktiv va bo'linish mos keladigan bosqichlar interfaza va mitoz klassik sitologiya (2.11-rasm).

Interfazaning dastlabki segmentida ( postmitotik, presintetik, yoki Gi-davr) interfaza hujayraning tashkil qilish xususiyatlari tiklanadi, telofazada boshlangan yadrochaning shakllanishi tugallanadi. Sitoplazmadan yadroga sezilarli miqdorda (90% gacha) oqsil kiradi. Sitoplazmada ultrastrukturaning qayta tashkil etilishiga parallel ravishda oqsil sintezi kuchayadi. Bu hujayra massasining o'sishiga yordam beradi. Agar qiz hujayra keyingi mitotik tsiklga kirishi kerak bo'lsa, sintezlar yo'naltiriladi: DNKning kimyoviy prekursorlari hosil bo'ladi, DNKning reduplikatsiyasi reaktsiyasini katalizlovchi fermentlar va bu reaktsiyani boshlaydigan oqsil sintezlanadi. Shunday qilib, interfazaning keyingi davrini - sintetikni tayyorlash jarayonlari amalga oshiriladi.

DA sintetik yoki S-davr hujayraning irsiy materiali miqdori ikki barobar ortadi. Bu DNK spiralining ikkita zanjirga bo'linishidan, so'ngra ularning har biriga yaqin bo'lgan to'ldiruvchi zanjirning sintezidan iborat. Natijada ikkita bir xil rulon hosil bo'ladi. Onalik molekulalarini to'ldiruvchi DNK molekulalari xromosoma uzunligi bo'ylab alohida bo'laklarda, bundan tashqari, bir xil xromosomaning turli qismlarida, shuningdek, turli xil xromosomalarda bir vaqtning o'zida bo'lmagan (asinxron) hosil bo'ladi. Keyin posilkalar (replikatsiya birliklari - replikalar) yangi hosil bo'lgan DNK bitta makromolekulaga "o'zaro bog'langan".

Sintetik davrning oxiridan mitoz boshlanishigacha bo'lgan vaqt oralig'i postsintetik(premitotik), yoki G 2 - davr interfazalar. Bu RNK va ayniqsa oqsilning intensiv sintezi bilan tavsiflanadi. Interfaza boshlanishi bilan solishtirganda sitoplazma massasining ikki baravar ortishi tugallanadi. Bu hujayraning mitozga kirishi uchun zarurdir.

Eukaryotik genlarning ekzon-intron tashkilotining kashfiyoti va muqobil splayslanish imkoniyatlari shuni ko'rsatdiki, birlamchi transkriptning bir xil nukleotidlar ketma-ketligi turli funktsiyalarga ega bo'lgan bir nechta polipeptid zanjirlari yoki ularning o'zgartirilgan analoglari sintezini ta'minlashi mumkin. Misol uchun, xamirturush mitoxondriyalarida sitoxrom b nafas olish fermentini kodlovchi quti (yoki kob) geni mavjud. U ikki shaklda mavjud bo'lishi mumkin: 6400 bp dan iborat "uzun" gen, umumiy uzunligi 1155 bp bo'lgan 6 ta ekzonga ega. va 5 intron. Genning qisqa shakli 3300 bp dan iborat. va 2 intronga ega. Bu aslida birinchi uchta introndan mahrum bo'lgan "uzun" gen. Genning ikkala shakli bir xil darajada yaxshi ifodalangan.

Birinchi ikkita ekzonning birlashtirilgan nukleotidlar ketma-ketligiga va ikkinchi intron nukleotidlarining bir qismiga asoslangan "uzoq" quti genining birinchi introni olib tashlanganidan so'ng, mustaqil protein RNK maturaza uchun shablon hosil bo'ladi (1-rasm). 3.43). RNK maturazasining vazifasi splaysning keyingi bosqichini ta'minlashdan iborat - ikkinchi intronni birlamchi transkriptdan olib tashlash va oxir-oqibat, sitoxrom b uchun shablonni hosil qilish.

Yana bir misol, limfotsitlardagi antikor molekulalarining tuzilishini kodlovchi birlamchi transkriptning qo'shilish sxemasining o'zgarishi. Antikorlarning membrana shakli C-terminusda aminokislotalarning uzun "dumi" ga ega bo'lib, oqsilning membranada mahkamlanishini ta'minlaydi. Antikorlarning ajraladigan shakli bunday quyruqga ega emas, bu birlamchi transkripsiyadan bu hududni kodlaydigan nukleotidlarni qo'shish paytida olib tashlash bilan izohlanadi.

Viruslar va bakteriyalarda bir gen bir vaqtning o'zida boshqa genning bir qismi bo'lishi mumkin bo'lgan vaziyat tasvirlangan yoki ba'zi DNK nukleotidlar ketma-ketligi ikki xil bir-biriga o'xshash genlarning bir qismi bo'lishi mumkin. Masalan, FX174 fag genomining fizik xaritasida (3.44-rasm) B gen ketma-ketligi A geni ichida joylashganligini, E geni esa D gen ketma-ketligining bir qismi ekanligini ko'rish mumkin. fag genomini tashkil etish uning nisbatan kichik o'lchamlari (u 5386 nukleotiddan iborat) va barcha sintez qilingan oqsillardagi aminokislotalar qoldiqlari soni o'rtasidagi mavjud tafovutni tushuntirishga muvaffaq bo'ldi, bu ma'lum bir genom sig'imi uchun nazariy jihatdan ruxsat etilganidan oshadi. Bir-biriga o'xshash genlardan (A va B yoki E va D) sintez qilingan mRNKda turli xil peptid zanjirlarini yig'ish imkoniyati ushbu mRNK ichida ribosoma bog'lanish joylari mavjudligi bilan ta'minlanadi. Bu boshqa peptidning tarjimasini yangi manbadan boshlash imkonini beradi.

B genining nukleotidlar ketma-ketligi ham A genining bir qismi, E geni esa D genining bir qismidir.

l fag genomida bir-biriga o'xshash genlar ham topildi, ular ham ramka o'zgarishi bilan, ham bir xil o'qish ramkasida tarjima qilingan. Ikki xil mRNKni bir xil DNK mintaqasining ikkala komplementar zanjiridan ham transkripsiya qilish mumkinligi ham taxmin qilinadi. Bu DNK molekulasi bo'ylab turli yo'nalishlarda RNK polimeraza harakatini aniqlaydigan promotor hududlarning mavjudligini talab qiladi.

Bir xil DNK ketma-ketligidan turli xil ma'lumotlarni o'qish mumkinligidan dalolat beruvchi tavsiflangan holatlar, bir-biriga o'xshash genlar viruslar va, ehtimol, prokaryotlar genomini tashkil qilishda juda keng tarqalgan element ekanligini ko'rsatadi. Eukariotlarda gen uzilishlari bir xil DNK ketma-ketligiga asoslangan turli peptidlarni sintez qilishga ham imkon beradi.

Bularning barchasini hisobga olgan holda, gen ta'rifiga o'zgartirish kiritish kerak. Shubhasiz, endi gen haqida ma'lum bir oqsilni noyob tarzda kodlaydigan DNKning uzluksiz ketma-ketligi sifatida gapirish mumkin emas. Ko'rinishidan, hozirgi vaqtda "Bir gen - bitta polipeptid" formulasi hali ham eng maqbul deb hisoblanishi kerak, garchi ba'zi mualliflar uni o'zgartirishni taklif qilsalar ham: "Bir polipeptid - bitta gen". Har holda, gen atamasi o'zining kimyoviy tabiati bo'yicha polinukleotid bo'lgan va polipeptid zanjiri, tRNK yoki rRNKni sintez qilish imkoniyatini belgilaydigan irsiy materialning funktsional birligi sifatida tushunilishi kerak.

Bir gen bir ferment.

1940 yilda J. Beadle va Edvard Tatum tadqiqotning qulayroq ob'ektida - mikroskopik qo'ziqorin Neurospora crassada genlarning metabolizmni qanday ta'minlashini o'rganish uchun yangi yondashuvni qo'lladilar .. Ular mutatsiyalarni oldilar, ularda; u yoki bu metabolik fermentning faolligi yo'q edi. Va bu mutant qo'ziqorin ma'lum bir metabolitni (masalan, leytsin aminokislotasini) sintez qila olmasligiga olib keldi va faqat ozuqaviy muhitga leytsin qo'shilganda yashashi mumkin edi. J.Bidl va E.Tatum tomonidan ishlab chiqilgan “bitta gen – bir ferment” nazariyasi tezda genetiklar orasida keng e’tirofga sazovor bo‘ldi va ularning o‘zlari Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldilar.

Usullari. Turli xil metabolik yo'llarni ta'minlovchi fermentlar ta'sirining buzilishiga olib keladigan "biokimyoviy mutatsiyalar" deb ataladigan narsalarni tanlash nafaqat fan, balki amaliyot uchun ham juda samarali ekanligini isbotladi. Birinchidan, ular genetika va sanoat mikroorganizmlari seleksiyasining paydo bo'lishiga olib keldi, keyin esa antibiotiklar, vitaminlar, aminokislotalar va boshqalar kabi strategik muhim moddalarni ortiqcha ishlab chiqaradigan mikroorganizmlarning shtammlaridan foydalanadigan mikrobiologiya sanoatiga olib keldi.Selektsiya va genetik muhandislik tamoyillari. Haddan tashqari ishlab chiqaruvchilarning shtammlari "bitta gen bitta fermentni kodlaydi" degan tushunchaga asoslanadi. Va bu g'oya ajoyib amaliyot bo'lsa-da, ko'p million dollarlik foyda keltiradi va millionlab odamlarning hayotini (antibiotiklarni) saqlaydi - bu yakuniy emas. Bitta gen faqat bitta ferment emas.

"

1. Gen - DNK molekulasining bir qismi bo'lib, u irsiy axborotning funktsional birligidir.

1. Gen xromosomada ma'lum bir sohani - lokusni egallaydi.

2. Rekombinatsiya gen ichida sodir bo'lishi mumkin.

3. Genning bir qismi bo'lgan DNK tuzatishga qodir.

4. Genlar mavjud: strukturaviy, tartibga soluvchi va boshqalar.

5. Tripletlarning joylashishi aminokislotalarni to'ldiradi (o'qish ramkasining siljishi bilan mutatsiyalar).

6. Genotip diskret (alohida genlardan iborat) bo'lib, bir butun sifatida ishlaydi.

7. Genetik kod universaldir.

8. Genetik kod degenerativ (ko'p aminokislotalar uchun bir nechta kodon mavjud - sayt)

9. Genlar xromosomada chiziqli tartibda joylashib, bog‘lanish guruhini hosil qiladi. Bog'lanish guruhlari soni xromosomalarning haploid to'plamiga to'g'ri keladi (odamlarda 23 ta yoki jinsi rezervlangan 24 ta - x va y xromosomalari).

Oqsillarning tuzilishi ularning peptid zanjirlaridagi aminokislotalarning to'plami va tartibi bilan belgilanadi. Aynan peptidlardagi aminokislotalar ketma-ketligi genetik kod yordamida DNK molekulalarida shifrlangan.

Genetik kodning xususiyatlari:

1. Uchlik - Har bir aminokislota uchta qo'shni nukleotid bilan kodlangan.
2. Degeneratsiya - ko'p aminokislotalar bir nechta tripletlar bilan shifrlangan.
3. O'ziga xoslik- har bir triplet faqat bitta ma'lum aminokislotalarni kodlashi mumkin.
4. Ko'p qirralilik- turli turdagi tirik organizmlarda kodning to'liq muvofiqligi.
5. Davomiylik- nukleotidlar ketma-ketligi bo'shliqlarsiz uchdan uch marta o'qiladi.
6. Bir-birining ustiga chiqmaydigan kodonlar- qo'shni uchlik bir-birining ustiga chiqmaydi.

20. Oqsil sintezining ribosomali sikli (boshlanish, cho'zilish, tugatish). Oqsillarning translatsiyadan keyingi transformatsiyalari.

Genetik kod yordamida qayd etilgan irsiy ma'lumotlar DNK molekulalarida saqlanadi, lekin u hujayraning hayotiy ta'minotida bevosita ishtirok etmaydi. Vazifasi DNKda saqlangan irsiy ma'lumotni ishchi shaklga o'tkazish bo'lgan vositachi rolini RNK bajaradi. Ribosomalarda nukleotidlar tilidan aminokislotalar tiliga ma'lumotlarning tarjimasini ta'minlaydigan mRNK va tRNK o'rtasidagi o'zaro ta'sir jarayoni amalga oshiriladi. Ribosomal RNKlar nafaqat ribosomalarning strukturaviy komponenti, balki ularning ma'lum bir mRNK nukleotidlar ketma-ketligi bilan bog'lanishini ham ta'minlaydi. Bu peptid zanjirining shakllanishi paytida boshlang'ich va o'qish ramkasini o'rnatadi. Bundan tashqari, ular ribosoma va tRNK o'rtasidagi o'zaro ta'sirni ta'minlaydi. Ribosomalarda 2 ta yiv bor. Ulardan biri o'sib borayotgan polipeptid zanjirini, ikkinchisi mRNKni ushlab turadi. Bundan tashqari, ribosomalarda 2 tRNK bilan bog'lanish joylari ajratilgan. Aminoatsil-tRNK o'ziga xos aminokislota tashuvchi aminoatsil, A-saytda joylashgan. Peptidil, P-bo'limida tRNK odatda joylashgan. A- va P-saytlarning shakllanishi ribosomaning ikkala bo'linmasi tomonidan ta'minlanadi. Tarjimani uch bosqichga bo'lish mumkin: boshlash, cho'zilish va tugatish.

Boshlanish bosqichi mRNK ning ma'lum bir joyida sitoplazmada avval ajratilgan ikkita ribosoma subzarralarini birlashtirish va unga birinchi aminoatsil-tRNKni biriktirishdan iborat. Bu shuningdek, mRNK tarkibidagi ma'lumotlarni o'qish uchun ramkani o'rnatadi.

cho'zilish bosqichi yoki peptidning cho'zilishi, birinchi peptid bog'lanish hosil bo'lgan paytdan to oxirgi amk biriktirilishigacha bo'lgan barcha reaktsiyalarni o'z ichiga oladi. Bu tsiklik takrorlanadigan hodisa bo'lib, unda antikodon va kodon o'rtasidagi bog'lanishni to'ldiruvchi A-saytda joylashgan keyingi kodon aminoatsil-tRNKning o'ziga xos tan olinishi mavjud. Tugatish bosqichi yoki polipeptid sintezining tugallanishi ribosomaning A-joyiga kirganida tugatish kodonlaridan birining (UAA, UAG, UGA) o'ziga xos ribosoma oqsili tomonidan tan olinishi bilan bog'liq. Bunda suv peptid zanjiridagi oxirgi amc ga biriktiriladi va uning karboksil uchi tRNK dan ajraladi. Natijada, tugallangan peptid zanjiri ribosoma bilan aloqasini yo'qotadi, u ikkita kichik zarrachaga bo'linadi.

Oqsillarning translatsiyadan keyingi transformatsiyasi. Tarjima paytida sintez qilingan peptid zanjirlari birlamchi tuzilishi asosida bir necha peptid zanjirlari tomonidan hosil qilingan ikkilamchi va uchinchi darajali va ko'p to'rtlamchi tashkilotga ega bo'ladi. Oqsillar bajaradigan funktsiyalarga qarab, ularning aminokislotalar ketma-ketligi turli xil transformatsiyalarga uchrab, funktsional faol oqsil molekulalarini hosil qilishi mumkin. Ko'pgina membrana oqsillari N-terminusda etakchi ketma-ketlikka ega bo'lgan preproteinlar sifatida sintezlanadi, bu ularni membranani tanib olish imkonini beradi. Sekretor oqsillar, shuningdek, N-terminusda ularning membrana orqali o'tishini ta'minlaydigan etakchi ketma-ketlikka ega. Ba'zi oqsillar tarjimadan so'ng darhol faol protein prekursorlarining barqarorligini aniqlaydigan qo'shimcha aminokislota pro-ketmalarini olib yuradi. Proteinning etukligi davrida ular faol bo'lmagan proteinning faol oqsilga o'tishini ta'minlaydigan olib tashlanadi. Translatsiyadan keyingi transformatsiyalar jarayonida uchinchi va to'rtlamchi tashkilotni tashkil etuvchi oqsillar faol ishlash qobiliyatiga ega bo'lib, ma'lum hujayra tuzilmalariga kiradi va fermentativ va boshqa funktsiyalarni bajaradi.

Gen va belgi o'rtasidagi bog'liqlik. "Bir gen - bitta ferment" gipotezasi, uning zamonaviy talqini: "bitta gen - bitta polipeptid zanjiri"

Gen - DNK molekulasining polipeptid zanjiri yoki makromolekulaning tuzilishi haqidagi ma'lumotni olib yuruvchi bo'limi. Bitta xromosomaning genlari chiziqli joylashib, bog'lanish guruhini hosil qiladi. Xromosomadagi DNK turli funktsiyalarni bajaradi. Genlar minglab tayanch juftlardan iborat bo'lsa-da, hajmi jihatidan kichikdir. Genning mavjudligi gen xususiyatining namoyon bo'lishi (yakuniy mahsulot) bilan belgilanadi.

Mendel uchun gen faqat meros qonunini belgilash uchun qulay belgidir. Gen va belgi (mahsulot) o'rtasidagi bog'liqlik havosiz muhitda fermentatsiyani o'rganish paytida aniqlangan - 1902 Garrod. U alkaptonuriya bilan og'rigan bemorlarning nasl-nasabini o'rganib chiqdi, kasallik azot almashinuvining buzilishi natijasi degan xulosaga keldi. Karbamid o'rniga qorong'u modda hosil bo'ladi. 1908 yilda ko'rshapalaklar yordamida kasallik qandaydir fermentativ reaktsiyaga ega bo'lmagan retsessiv gomozigotalarda uchraydi, bu esa odatda bo'linishi kerak bo'lgan substratning to'planishi va chiqarilishiga olib keladi. Inson qoni gomogentis kislotasini o'z ichiga oladi, lekin odatda u gomogentis kislotasi oksidaza ta'sirida malein asetatga, so'ngra suv va karbonat angidridga parchalanadi. Bemorlarda oksidaz yo'q, shuning uchun kislota to'planib, siydik bilan chiqariladi.

Albinizm ham meros bo'lib o'tadi, garchi u ko'proq tarqalgan. Ushbu kasallikda tirozinni melaninga aylantiradigan ferment mavjud emas.

1940 yilgacha olimlarning fikri ikkiga bo'lingan, ammo nazariya yo'q edi. 1940 yil - Beadle va Tatum faraz qilingan: 1 gen - 1 ferment. E gipoteza muhim rol o'ynadi - olimlar yakuniy mahsulotlarni ko'rib chiqishni boshladilar. Ma'lum bo'lishicha, gipotezaning cheklovlari bor, chunki Barcha fermentlar oqsillardir, ammo barcha oqsillar fermentlar emas. Qoida tariqasida, oqsillar oligomerlardir - ya'ni. to'rtlamchi tuzilishda mavjud. Masalan, tamaki mozaik kapsulasida 1200 dan ortiq polipeptidlar mavjud. Hozirgi vaqtda eng maqbul gipoteza "Bir gen - bitta polipeptid". Gen atamasi irsiyatning funktsional birligi sifatida tushunilishi kerak, u o'zining kimyoviy tabiatiga ko'ra polinukleotid bo'lib, polipeptid zanjirini sintez qilish imkoniyatini belgilaydi.

Gen o'zgaruvchanlik birligi sifatida. Gen mutatsiyalari va ularning tasnifi. Gen mutatsiyalarining sabablari va mexanizmlari. Gen mutatsiyalarining oqibatlari.

Gen - irsiy materialning elementar birligi. Gen mutatsiyalari genlarning ichki tuzilishining o'zgarishi bilan bog'liq bo'lib, bu bir allelni boshqasiga aylantiradi.

Genni tashkil etuvchi DNK strukturasidagi o'zgarishlarni 3 guruhga bo'lish mumkin.

4.2.1. Bitta gen, bitta ferment gipotezasi

Birinchi tadqiqot. 1902 yilda Garrod alkaptonuriyadagi genetik nuqsonning organizmning gomogentis kislotasini parchalay olmasligi bilan bog'liqligini ta'kidlaganidan so'ng, bu buzilishning o'ziga xos mexanizmini tushuntirish juda muhim edi. O'shandan beri metabolik reaktsiyalar fermentlar tomonidan katalizlanganligi allaqachon ma'lum edi, bu alkaptonuriyaga olib keladigan ba'zi fermentlarning buzilishi deb taxmin qilish mumkin edi. Bunday gipotezani Driesch (1896 yilda) muhokama qilgan. Buni Xelden (1920, qarang) va Garrod (1923) ham ifodalagan. Biyokimyasal genetika rivojlanishining muhim bosqichlari Kuhn va Butenandtning tegirmon kuyalarida ko'z rangini o'rganish bo'yicha ishlari bo'ldi. Ephesia kuhniella va Beadle va Ephrussi tomonidan shunga o'xshash tadqiqotlar Drosophila(1936). Ushbu kashshof ishlarda genlarning ta'sir qilish mexanizmlarini yoritish uchun ilgari genetik usullar bilan o'rganilgan hasharotlar mutantlari tanlangan. Biroq, bu yondashuv muvaffaqiyatga olib kelmadi. Muammo juda murakkab bo'lib chiqdi va uni hal qilish uchun quyidagilar zarur edi:

1) eksperimental o'rganish uchun qulay bo'lgan oddiy model organizmni tanlash;

2) genetik jihatdan aniqlangan belgilarning biokimyoviy asosini emas, balki biokimyoviy belgilarning genetik asosini izlash. Ikkala shart ham 1941 yilda Beadle va Tatum tomonidan bajarilgan (shuningdek, Bidl 1945 ga qarang).

Beadle va Tatum modeli. Ularning maqolasi shunday boshlandi:

“Fiziologik genetika nuqtai nazaridan organizmning rivojlanishi va faoliyati qandaydir tarzda genlar tomonidan boshqariladigan murakkab kimyoviy reaksiyalar tizimiga tushirilishi mumkin. Bu genlar ... o'zlari fermentlar vazifasini bajaradi yoki ularning o'ziga xosligini aniqlaydi deb taxmin qilish mantiqan to'g'ri. Ma'lumki, genetik fiziologlar odatda allaqachon ma'lum bo'lgan irsiy xususiyatlarning fiziologik va biokimyoviy asoslarini tekshirishga harakat qilishadi. Ushbu yondashuv ko'plab biokimyoviy reaktsiyalar ma'lum genlar tomonidan boshqarilishini aniqlashga imkon berdi. Bunday tadqiqotlar fermentlar va genlar o'ziga xoslikning bir xil tartibiga ega ekanligini ko'rsatdi. Biroq, bu yondashuvning doirasi cheklangan. Eng jiddiy cheklov shundaki, bu holda, o'limga olib keladigan ta'sirga ega bo'lmagan va shuning uchun organizm hayoti uchun juda muhim bo'lmagan reaktsiyalar bilan bog'liq bo'lgan irsiy belgilar tadqiqotchilarning nuqtai nazariga tushadi. Ikkinchi qiyinchilik ... muammoga an'anaviy yondashuv tashqi ko'rinishdagi belgilardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Ularning ko'pchiligi biokimyoviy reaktsiyalar tizimiga asoslangan morfologik o'zgarishlar bo'lib, ularni tahlil qilish juda qiyin.

Bu mulohazalar bizni quyidagi xulosaga olib keldi. Rivojlanish va metabolizmni belgilaydigan biokimyoviy reaktsiyalarni genetik nazorat qilishning umumiy muammosini o'rganish quyidagi usullardan foydalangan holda amalga oshirilishi kerak. umumiy qabul qilinganga qarama-qarshi protsedura: ma'lum bo'lgan irsiy belgilarning kimyoviy asoslarini aniqlashga harakat qilish o'rniga, uni aniqlash kerak genlar ma'lum biokimyoviy reaktsiyalarni nazorat qiladimi va ular buni qanday qiladi. Askomitset neyrosporasi bunday yondashuvni amalga oshirishga imkon beradigan xususiyatlarga ega va shu bilan birga genetik tadqiqotlar uchun qulay ob'ekt bo'lib xizmat qiladi. Shuning uchun bizning dasturimiz ushbu organizmdan foydalanishga asoslangan. Biz rentgen nurlarining ta'siri ba'zi kimyoviy reaktsiyalarni boshqaruvchi genlarda mutatsiyaga olib kelishidan kelib chiqdik. Aytaylik, ma'lum bir muhitda omon qolish uchun organizm qandaydir kimyoviy reaktsiyani amalga oshirishi kerak, keyin bunday qobiliyatdan mahrum bo'lgan mutant bu sharoitda yaroqsiz bo'lib chiqadi. Biroq, agar genetik jihatdan bloklangan reaktsiyaning hayotiy mahsuloti qo'shilgan muhitda o'stirilsa, uni saqlab qolish va o'rganish mumkin.

4 Genlarning harakati 9

Guruch. 4.1. Neyrosporalarning biokimyoviy mutantlarini aniqlash bo'yicha eksperiment sxemasi To'liq muhitda rentgen nurlari yoki ultrabinafsha nurlari bilan qo'zg'atilgan mutatsiyalar qo'ziqorin o'sishiga to'sqinlik qilmaydi. Biroq, mutant minimal muhitda o'smaydi. Vitaminlar minimal muhitga qo'shilsa, o'sish qobiliyati tiklanadi Aminokislotalar qo'shilsa, o'sish bo'lmaydi Ushbu ma'lumotlarga asoslanib, mutatsiya vitamin metabolizmini boshqaradigan genda sodir bo'lgan deb taxmin qilish mumkin. qadam normal faoliyatini tiklash mumkin vitamin aniqlash uchun genetik blok vitamin biosintezi reaktsiyalar orasida topildi.

Keyinchalik, Beadle va Tatum eksperiment dizaynini tasvirlaydi (4.1-rasm). To'liq muhit tarkibiga agar, noorganik tuzlar, solod ekstrakti, xamirturush ekstrakti va glyukoza kiradi. Minimal muhitda faqat agar, tuzlar, biotin va uglerod manbai mavjud edi. To'liq muhitda o'sgan va minimal muhitda o'smagan mutantlar eng batafsil o'rganildi. Mutantlarning har birida sintezi buzilgan birikmani yaratish uchun minimal agarga to'liq muhitning alohida komponentlari qo'shildi.

Shu tarzda, ma'lum o'sish omillarini: piridoksin, tiamin va para-aminobenzoy kislotasini sintez qila olmaydigan shtammlar ajratildi. Bu nuqsonlar ma’lum lokuslardagi mutatsiyalar bilan bog‘liq ekanligi isbotlangan. Ish neyrosporlar, bakteriyalar va xamirturushlar bo'yicha ko'plab tadqiqotlarning boshlanishi bo'lib, unda individual metabolik bosqichlar va o'ziga xos ferment buzilishlari uchun mas'ul bo'lgan "genetik bloklar" o'rtasida muvofiqlik o'rnatildi. Ushbu yondashuv tezda tadqiqotchilar uchun metabolik yo'llarni ochish vositasiga aylandi.

"Bir gen - bitta ferment" gipotezasi kuchli eksperimental tasdiqni oldi. Keyingi o'n yilliklar shuni ko'rsatdiki, u hayratlanarli darajada samarali bo'ldi. Buzuq fermentlar va ularning normal variantlarini tahlil qilish tez orada ferment funktsiyasining o'zgarishiga olib keladigan genetik kasalliklar sinfini aniqlashga imkon berdi, garchi oqsilning o'zi hali ham aniqlangan va immunologik xususiyatlarni saqlab qolgan bo'lsa-da. Boshqa hollarda, ferment faolligining optimal harorati o'zgargan. Ba'zi variantlarni umumiy tartibga solish mexanizmiga ta'sir qiluvchi va natijada butun fermentlar guruhining faolligini o'zgartiradigan mutatsiya bilan izohlash mumkin. Bunday tadqiqotlar operon tushunchasini o'z ichiga olgan bakteriyalarda gen faolligini tartibga solish kontseptsiyasini yaratishga olib keldi.

10 4. Genlarning harakati

Odamlarda fermentativ buzilishlarning birinchi misollari. Enzimatik buzilish ko'rsatilishi mumkin bo'lgan birinchi inson irsiy kasalligi retsessiv irsiy usul bilan methemoglobinemiya edi (Gibson va Xarrison, 1947; Gibson, 1948) (25080). Bunday holda, shikastlangan ferment NADH - qaram methemoglobin reduktaza hisoblanadi. Metabolik nuqsonlar bilan bog'liq bo'lgan inson kasalliklari guruhini tizimli ravishda o'rganishga birinchi urinish 1951 yilda qilingan. Glikogenni saqlash kasalligini o'rganishda Corys Gierke kasalligi (23220) deb tashxis qo'yilgan patologik holatning o'nta holatidan sakkiztasida jigar glikogenining tuzilishi normal variant ekanligini va ikkita holatda u aniq buzilganligini ko'rsatdi. . Bundan tashqari, ortiqcha to'plangan jigar glikogenini to'g'ridan-to'g'ri shakarga aylantira olmasligi aniq edi, chunki bemorlar gipoglikemiyaga moyil. Jigarda glikogenni glyukozaga aylantirish uchun ko'plab fermentlar kerak. Ulardan ikkitasi, amil-1,6-glyukozidaza va glyukoza-6-fosfataza ferment tizimining mumkin bo'lgan nuqsonli elementlari sifatida o'rganish uchun tanlangan. Glyukoza-6fosfatdan fosfat chiqishi jigar gomogenatlarida turli pH qiymatlarida o'lchandi. Natijalar rasmda keltirilgan. 4.2. Oddiy jigarda yuqori faollik pH 6-7 da tegmaslik bilan topilgan. Sirozda jiddiy jigar disfunktsiyasi faollikning biroz pasayishi bilan bog'liq. Boshqa tomondan, o'limga olib keladigan Gierke kasalligi bo'lsa, fermentning faolligini umuman aniqlab bo'lmadi; xuddi shunday natija ikkinchi o'xshash bemorni tekshirishda olingan. Kamroq og'ir alomatlari bo'lgan ikkita bemorda faollikning sezilarli darajada pasayishi kuzatildi.

Gierke kasalligining o'limga olib keladigan bu holatlarida glyukoza-6-fosfatazada nuqson borligi aniqlandi. Biroq, engilroq holatlarning ko'pchiligida bu fermentning faolligi jigar sirroziga qaraganda past emas edi va faqat ikkita bemorda u biroz pastroq bo'lgan (4.2-rasm).

Kori turmush o'rtoqlarining fikriga ko'ra, mushak to'qimalarida glikogenning g'ayritabiiy to'planishi glyukoza-6-fosfataza etishmovchiligi bilan bog'liq bo'lishi mumkin emas, chunki bu ferment mushaklarda yo'q va normaldir. Mushaklar glikogenozining mumkin bo'lgan izohi sifatida ular amilo-1,6-glyukozidaza faolligining buzilishini taklif qilishdi. Tez orada bu bashorat tasdiqlandi: Forbes yurak va skelet mushaklari bilan bog'liq bo'lgan glikogenni saqlash kasalligining klinik ahamiyatli holatlaridan birida bunday nuqsonni aniqladi. Endi biz

4. Genlarning harakati 11

glikogenni saqlash kasalligida ko'p sonli enzimatik nuqsonlar ma'lum.

Ushbu kasallikning turli shakllari namoyon bo'lish darajasida bir oz farq qilsa-da, ular orasida klinik jihatdan juda ko'p umumiylik mavjud. Bitta istisno bilan ularning barchasi avtosomal retsessiv tarzda meros bo'lib o'tadi. Agar fermentativ nuqsonlar aniqlanmagan bo'lsa, glikogen to'planishi patologiyasi og'irlik darajasi, simptom tafsilotlari va o'lim vaqti bo'yicha xarakterli oila ichidagi korrelyatsiyaga ega bo'lgan yagona kasallik sifatida qaraladi. Shunday qilib, bizda faqat fenotipni o'rganish (3.3.5-bo'lim) asosida taxmin qilinishi mumkin bo'lgan genetik heterojenlik biokimyoviy darajadagi tahlil bilan tasdiqlangan misolga egamiz: fermentativ faollikni o'rganish uni aniqlashga imkon berdi. o'ziga xos genlar.

Keyingi yillarda fermentativ nuqsonlarni tadqiq qilish sur'ati oshdi va MakKusik o'zining "Odamda Mendel merosi" (1983) kitobining oltinchi nashrida tasvirlagan 588 aniqlangan retsessiv autosomal genlar uchun 170 dan ortiq holatda o'ziga xos fermentativ kasalliklar mavjudligi aniqlandi. . Bu boradagi yutuqlarimiz bevosita molekulyar genetika tushunchalari va usullarining rivojlanishi bilan bog‘liq.

Odamlarda fermentativ buzilishlarni o'rganishning ayrim bosqichlari. Biz ushbu davom etayotgan jarayonning eng muhim bosqichlarini taqdim etamiz: 1934 yilda Völling fenilketonuriyani aniqladi.

1941-yil Bidl va Tatum bir gen-bir ferment gipotezasini shakllantirdilar 1948-yil Gibson inson kasalliklarida (retsessiv methemoglobinemiya) birinchi fermentativ buzilish holatini tasvirlab berdi.

1952 yil Kori Gierke kasalligida glyukoza-6-fosfataza etishmovchiligini aniqladi.

1953 yil Jervis fenilketonuriyada fenilalanin gidroksilaza yo'qligini ko'rsatdi. Bikel, fenilalanin miqdori past bo'lgan dietani qabul qilish orqali fermentativ buzilishni engillashtirishga qaratilgan birinchi urinish haqida xabar berdi.

1955 yil Smithies kraxmalli gel elektroforez texnikasini ishlab chiqdi

1956 yilda Karson va boshqalar qo'zg'atilgan gemolitik anemiya holatida glyukoza-6-fosfat dehidrogenaza (G6PD) nuqsonini aniqladilar.

1957 yil Kalkar va boshqalar galaktozemiyadagi ferment etishmovchiligini tasvirlab, odamlar va bakteriyalar bir xil fermentativ buzilishlarga ega ekanligini ko'rsatdilar.

1961 yil Krut va Vaynberg ekilgan fibroblastlarda in vitro galaktozemiyada ferment nuqsonini ko'rsatdilar.

1967 yil Sigmiller va boshqalar Lesh-Nyhan sindromida gipoksantin-guanin fosforiboziltransferaza (HPRT) nuqsonini aniqladilar.

1968 Kliver kseroderma pigmentozasida eksizyonli tuzatishning buzilishini tasvirlab berdi

1970 yil Noyfeld mukopolisakkaridozlarda fermentativ nuqsonlarni aniqladi, bu mukopolisaxaridlarning parchalanish yo'llarini aniqlash imkonini berdi.

1974 Braun va Goldshteyn oilaviy giperkolesterolemiyada gidroksimetilglutaril-KoA-reduktazaning genetik jihatdan aniqlangan ortiqcha ishlab chiqarilishi membranada joylashgan past zichlikdagi lipoprotein retseptorlaridagi nuqson tufayli ekanligini isbotladi, bu ferment (HMG) faolligini modulyatsiya qiladi.

1977 Sly va boshqalar mannoz-6-fosfat (lizosomal fermentlarning tarkibiy qismi sifatida) fibroblast retseptorlari tomonidan tan olinishini ko'rsatdi. Qayta ishlashning genetik nuqsoni lizosomal fermentlarning bog'lanishiga to'sqinlik qiladi, natijada sitoplazmaga ajralishi va keyinchalik plazmaga sekretsiyasi (I-hujayra kasalligi) buziladi.

12 4. Genlarning harakati

1980 yil Psevdogipoparatiroidizmda retseptor va siklaza birikmasini ta'minlovchi oqsildagi nuqson aniqlandi.