kariotip
deyiladi.
Ushbu belgilar biologik sistematikada keng qo'llaniladi. Eukaryotik genom
prokaryotik genomdan bir qator jihatdan sezilarli darajada farq qiladi, shular
qatorida uning ortiqligini ham ta'kidlash kerak. Eukaryotlardagi DNK tarkibi
prokaryotlarga qaraganda o'rtacha kattaroq 2-3 dan kattaroqdir va hayvonlarning
har xil turlarida 168 pg (amfibiyalar) dan 1 pg (ba'zi baliq turlari) gacha o'zgarib
turadi. Bir kishining diploid genomiga ~ 6 pg DNK to'g'ri keladi, ularning umumiy
uzunligi 6 dan 109 bp ga yaqinlashadi. Eukaryotik genomda DNKning ko'payishi,
bu organizmlarning qo'shimcha genetik ma'lumotlarga bo'lgan ehtiyojining oshishi
bilan izohlanmaydi, chunki ularning ko'pgina genom DNKlari odatda
kodlanmagan nukleotidlar qatori bilan ifodalanadi. Evolyutsion rivojlanishning
quyi bosqichlarida organizmlar genomlarining hajmi ko'proq yuqori darajada
tashkil etilgan hayvonlar va o'simliklarning genomlaridan kattaroqdir. Hozirgi
paytda eukaryotik genom DNKning ko'p qismi RNK va oqsillarni kodlamasligi va
uning genetik funktsiyalari yaxshi o’rganilmaganligi ma'lum. [5],[9]
Eukaryotlarning genomlari noyob va takrorlanuvchi nukleotidlar ketma-
ketligidan iborat. Parchalangan DNK reassociatsiyasi kinetikasi asosida aniqlangan
genomdagi noyob ketma-ketliklar tarkibi har xil organizmlar orasida farq qiladi va
ular nisbati barcha DNKning 15–98% ni tashkil qiladi. Ko'p tarkibiy genlar noyob
ketma-ketliklar fraktsiyasiga tushishiga qaramay, noyob ketma-ketliklarning
aksariyati kodlanmaydi va odatda ushbu atamaning qabul qilingan ma'nosida
genetik ma'lumotlarni o'z ichiga olmaydi: ular funktsional jihatdan muhim
polipeptid zanjirlari yoki RNKlarni kodlamaydilar. Bunday noyob ketma-
ketlikning ma’lum i namunasi - bu intronlardir, ularning umumiy hajmi kattaliklar
tartibiga ega yoki ularni o'z ichiga olgan genlarning tashqi hujayralarining umumiy
hajmidan kattaroqdir. Evukarotik genlarning mozaik (intron - ekzon) tuzilishining
evolyutsion paydo bo'lishi, shuningdek, genlardagi intronlarning o'lchamlari va
nisbiy pozitsiyalari merosning konservativ tabiati aniq biologik funktsiyalarga ega
bo'lmagan holda nuklotidlar ketma-ketligida tabiiy tanlanish bosim omilining
mavjud emasligi sababli to'liq izoh topa olmaydi. . W. Gilbert (1977)
tushunchasiga ko'ra, hujayralar paydo bo'lishi, vaqt o'tishi bilan ko'p hujayrali
organizmlarning evolyutsion paydo bo'lishi bilan bir vaqtning o'zida bir-biriga
bog'liq bo'lmagan genlar orasida ekzon almashinuvini ta'minlagan holda keng
qo'llanilgan. Bunday almashinuv ilgari boshqa oqsillarga tegishli bo'lgan tayyor
polipeptidning funktsional ahamiyatli modullaridan (domenlaridan) iborat yangi
mozaik tuzilishdagi oqsillarni shakllantirish bilan birga bo'lishi kerak. Ushbu
kontseptsiya tarafdorlarining fikriga ko'ra, yangi funktsiyalarga ega bo'lgan oqsillar
va fermentlarning shakllanishini keskin tezlashishi, shuningdek, bunday
molekulyar
mexanizmlarni
amalga
oshiradigan
organizmlarning
chuqur
evolyutsion o'zgarishlaridir. Ushbu ko'rinish "intronlarning kech kelib chiqishi
gipotezasi" deb nomlanadi. Boshqa bir J.E. Darnella va V.F. Dulitle (1978)
gipotezasiga muvofiq, xozirgi intronalar "evolyutsion izohlar" dir. Intronlar bir
vaqtlar yirik genlarning bir qismi bo'lgan. Evolyutsion nuqtai nazardan sir emaski,
ko'p hujayrali organizmlarning genomida ko'p kodlanmagan takrorlanadigan
ketma-ketlikning paydo bo'lishi. Bunday takrorlashlar bir nechta nusxada
eukaryotlarning gaploid genomida namoyon bo'ladi. Takrorlashning zamonaviy
tasnifida tez-tez takrorlanadigan ketma-ketliklarni ajratish odat tusiga kiradi,
ularning soni har bir gaploid genomiga 105 tadan oshadi va o'rtacha
takrorlanadigan, 10-104 nusxada berilgan. Birinchisining puxta o'rganilgan vakili
bu sun'iy satellit DNK bo'lib, u uzun tandemdan uzun bloklarda tashkil qilingan
uzunligi 1–2 bp ni tashkil qiladi. Eukaryotlarning takrorlanadigan DNK ketma-
ketliklaridan birinchilardan biri sun'iy satellit buzoq timusining DNKini kashf
qildi. Ular o'zlarining ismlarini umumiy eukaryotik DNKni tsesium xloridning
zichlik gradientida sentrifugalash orqali tahlil qilganda, yelkama-yelka (satellit)
ko'rinishidagi optik zichlikning eng yuqori cho'qqisiga chiqdilar. Bu sun'iy
yo'ldosh DNK fraktsiyasining bir hil nukleotid tarkibi bo'lib, unda ko'p sonli qisqa
takrorlanishlar mavjudligi aniqlandi, bu sentrifugatsiya yordamida aniqlanadigan
suzuvchi zichligini o'zgartirdi. Sun'iy satellit DNKning klassik ta'rifida Britten va
boshq.
(1974),
sun'iy
satellitlar
CsCl
zichlik
gradyanida
muvozanat
ultratsentrifugatsiyasida asosiy DNKdan ajraladigan DNKning ahamiyatsiz
tarkibiy qismi ekanligini ta'kidladi. Satellitlar bir qator xususiyatlar bilan ajralib
turadi, ular orasida eng muhimi quyidagilar: a) DNKning qayta tiklanish
jarayonida tezkor va aniq reassosatsiya; b) ko'p nusxalar; c) oddiy boshlang'ich
struktura; d) bir hil kompozitsion (bir xil takrorlanadigan bloklarning
kengaytirilgan klasterlari ketma-ket); e) purin - DNK zanjirlari bo'ylab
nukleotidlarning tarqalishidagi pirimidin assimetriyasi; e) peritsentromerik
geteroxromatin tarkibidagi konsentratsiya; g) xromosomalarning polifenizatsiyasi
paytida cheklangan replikatsiya (replikatsiya ostida); h) xromosomalarning tandem
shaklida (birin-ketin) joylashgan klasterlar mavjudligi.[9]
Eukaryotik genomda sun'iy satellit DNK tarkibi DNK umumiy miqdorining 5-
50% ni tashkil qilishi mumkin. Mikro (asosiy takroriy blokda 1 dan 4 bp gacha) va
minisatellitli (individual takrorlashda bp ko'proq) DNK hatto bitta turga mansub
bo'lgan organizmlarning genomlarida nusxalar sonining yuqori o'zgaruvchanligi
bilan ajralib turadi va ba'zi hollarda irsiy beqarorlikka ega, ya’ni normal va
organizmning ba'zi patologik sharoitlarida. Ushbu xususiyat tufayli mini va
mikrosatellitlar ko'pincha o'zgaruvchan sonli tandemli VNTR (variable number of
tandem repeats) deb nomlanadi. Takrorlashning yana bir turi bu katta bloklarga
ajratilmagan, ammo genom bo'ylab tarqalib ketgan takrorlanadigan DNK ketma-
ketligi. Ushbu turdagi takrorlashlar, teskari holda o'rtacha takrorlangan
chastotalarni takrorlash (MER) deb nomlanadi,va ikkita keng sinfga bo'linadi:
SINE (qisqa interspersed elementlar) - qisqa va LINE (uzun interspersed
elementlar) - uzun dispers elementlar. SINE elementlarining uzunligi 90-400 bp,
LINE ketma-ketliklarining uzunligi esa 7 kb ga etadi. Odamlar genomidagi SINE
sinfining sinchkovlik bilan o'rganilgan takrorlashlari va ba'zi primatlar - bu Alu
takrorlashidir, uning takroriy birligi uzunligi ~ 300 bp. Alu takrorlanishlari inson
genomida ~ 106 nusxada taqdim etiladi va o'rtacha har 4 Kbda sodir bo'ladi, bu
DNK umumiy miqdorining ~ 5% ni tashkil qiladi. Strukturaviy o'xshash
takrorlanadigan B1 deb nomlangan sichqonlar genomida topilgan va ko'plab sut
emizuvchilarda boshqa nomlar bilan tasvirlangan. Garchi LINE ketma-ketliklarida
retrotransposonlarning belgisi bo'lgan teskari transkriptaza genlari mavjud bo'lsa
(retrovirus genomiga strukturaviy o'xshashlik bilan hayvonlarning ko'chma genetik
elementlari), ammo ular ketma-ketlikning yo'qligi bilan ajralib turadi,ya’ni
retrotranspozonlarga xos bo'lgan uzun terminal takrorlanadi (LTR). LINE ketma-
ketligiga misol sifatida, hayvonlar genomida keng tarqalgan LINE-1
takrorlanishini eslatib o'tish mumkin. Sichqonlarning LINE-1 elementi ikkita ochiq
o'qish maydonchasini o'z ichiga oladi, ORF-1 va ORF-2, ikkinchisi teskari
transkriptazani o'tkazish uchun gomologik oqsilni kodlaydi. ORF-lar qisqa
translyasiyalanmagan ketma-ketliklar va LINE-1 o'zlarini qisqa oldinga takrorlash
(SDR) bilan ajratib turadi. 5-terminal takrorlash ketma-ketligi transkripsiya
targ'ibotchisi sifatida ishlaydi. LINE-1 kemiruvchilarning bu qismi (lekin odamlar
emas) monomerlar deb nomlangan A va F ikki xil takroriy qisqa tutamlardan
qurilgan. Kalamushlarda monomerlarning uzunligi 600 bp ni tashkil qiladi Bundan
tashqari, A- (lekin F emas) monomerlari promotorlarning faolligiga ega. Sun'iy
yo'ldosh DNK singari SINE va LINE takrorlanishlari genetik beqarorlik bilan
ajralib turadi. Ularning umumiy xususiyatlari transkripsiya va transpozitsiya
qobiliyatidir. Mo'tadil takroriylardan olingan RNK ketma-ketliklari geterogen
yadro RNKlarida uchraydi, bu erda ularning nisbati 20-30% ga etadi. Ikkala
turdagi takrorlanuvchi elementlarning yangi nusxalari genomda retrotranspozitsiya
yoki retropoziya deb nomlangan mexanizmning ishlashi natijasida paydo bo'lishi
haqida tajriba dalillari mavjud. Bunday mexanizmning ishtirokida cDNA birinchi
marta teskari transkriptaza ta'siri ostida tegishli takrorlanishning RNK transkript
matritsasida hosil bo'ladi, keyinchalik retroviruslarda bo'lgani kabi genomning
yangi lokusiga qo'shiladi. Bunday mexanizm eukarotik genomdagi ba'zi
nukleotidlar ketma-ketliklarining nusxalarini mahalliy ravishda o'zgartirishga
imkon beradi. Shunga qaramay, ko'pgina LINE ketma-ketliklari transpozitsiyani
amalga oshirishga qodir emas va ularning ORFlari aniq psevdogenlarga - haqiqiy
genlar ketma-ketligi uchun gomolog bo'lgan ifoda qilinmaydigan tartiblarga
tayinlanishi mumkin.[8] Yuqorida aytib o'tilgan takrorlanuvchi ketma-ketliklar
bilan bir qatorda, inson genomida 100000 dan ortiq LTR va retrovirus genomining
minglab ketma-ketliklaridan iborat 2-3 MabR takroriy nusxalari mavjud.
Eukaryotik genomda takroriy va noyob kodlanmagan ketma-ketliklar va ularning
organizmlarning hayotiy sikli davomida yaqqol namoyon bo'lishiga qaramay,
genomning ushbu va boshqa kodlanmagan elementlarining biologik ahamiyati aniq
emas. Adabiyotda qizg'in muhokama qilingan ortiqcha genom DNKning
"egoistligi" haqidagi gipoteza shubha tug'diradi, unga ko'ra barcha ortiqcha DNK
genom parazit bo'lib, bir necha dastlabki ketma-ketliklarning aniq nusxalarini
ko'chirish natijasida genomda tarqaladi. Darhaqiqat, DNK ajdodlari va DNKning
biosintezi uchun energiya xarajatlari genomdagi "parazitar" DNK tarkibi
genlarning nukleotidlari ketma-ketligini o'z ichiga olgan funktsional ahamiyatga
ega DNK miqdoridan 2-3 kattaroq kattalikdagi hujayralardir. O'ziga xos DNK
bilan "yuqtirgan" genom hujayralari, "parazit" bo'lmagan hujayralar bilan
raqobatga bardosh berolmaydi, chunki genomning kamayishi uchun energiya
xarajatlari sezilarli darajada oshadi. Bundan tashqari, egoistik DNK kontseptsiyasi,
unga ko'ra "parazitar" nukleotidlar ketma-ketligi bo'yicha selektsiyaning
evolyutsion
bosimi
mavjud
emasligi,
lokalizatsiya
joylarining
yuqori
konservatizmini va filogenetik jihatdan yaqin bo'lgan organizmlarning gomologik
genlaridagi intron miqdorini tushuntirib bermaydi, shuningdek takroriy nusxalar
sonini qo'llab-quvvatlaydigan mexanizmni ko'rsatmaydi.[10]
Eukaryotik genom prokaryotlarga qaraganda ancha murakkab tuzilgan.
Eukaryotik hujayraning genetik apparati hujayra yadrosi shaklida ajratilgan, uning
ichida irsiyatning asosiy tashuvchilari xromosomalar joylashgan. Xromosomalar
soni turlarga xos va ikkitadan (ot askaridasi) minggacha (tuban o'simliklar)
o'zgaradi. Eukaryotik hujayralardagi DNK miqdori bakteriyalarga qaraganda ancha
yuqori. C qiymati yordamida hisoblab chiqilgan – DNK gaploid soni miqdori, ya'ni
genom bo'yicha turli xil turlarda 104 dan 1011 gacha o'zgarib turadi va ko'pincha
turlarning tashkil etilish darajasi bilan bog'liq emas. Inson genomidagi DNK
tarkibidan oshib ketgan C ning eng katta qiymatlari ba'zi baliqlar, dumli
amfibiyalar va nilufarlarga xosdir.[3]
Eukaryotik genomda bitta nusxada faqat bir nechta gen mavjud. Ularning
aksariyati turli xil nusxalarda taqdim etilgan. Yaqin bir xil genlar klasterlarni hosil
qiladi. Klasterlarning mavjudligi genlarning rivojlanishida genlarning ko'payishi
uchun muhim rol o'ynashini ko'rsatadi. Klaster namunasi: eritrotsitlar oqsillari
genlari - globinlar. Gemoglobin - bu 4 polipeptid zanjiridan iborat bo'lgan
tetramer: 2 va 2. Zanjirning har bir turi klasterda tashkil etilgan genlar bilan
kodlangan. Odamlarda a-klaster 11-chi xromosoma, 16-xromosoma esa β-klaster
joylashgan. K-klaster DNKning 50 ming b.p. hajmli qismini egallaydi besh
funktsional faol gen va bitta psevdogenni o'z ichiga oladi. Psevdogenlar bir
vaqtning o'zida faol genlardan mutatsion o'zgarishlar natijasida paydo bo'lgan,
ishlamaydigan, relikt genlardir. Klasterdagi genlar bir-biridan speyser bilan
ajratilgan - boshqaruvchi qismlar ba'zan bo'lishi mumkin bo'lgan transkripsiya
qilinmagan qo'shimchalardir. Eukaryotik genlar va prokaryotik genlar o'rtasidagi
asosiy farq shundaki, ularning ko'pchiligi uzluksiz tuzilishga ega va kodlash
hududlaridan - ekzon va kodlanmagan qo'shimchalar - intronlardan iborat.
Ekzonlarning uzunligi 100 dan 600 bp gacha, va intronalar bir necha o'nlabdan
minglab bp gacha. Intronlar bir gen uzunligining 75% gacha bo'lishi mumkin.
Genlarning uzluksiz tuzilishi ularning ishlashini yanada yaxshiroq nazorat qilish
uchun asos yaratadi. Hosil bo'lmagan genlarni transkripsiya qilish natijasida
birlamchi mahsulot - pro-mRNK hosil bo'ladi, bu genning to'liq nusxasi bo'lib,
ekzon va intronga ham tegishli bo'limlarni o'z ichiga oladi. Transkripsiya
jarayonida turli xil genlarni o'qiydigan uch xil RNK polimerazalari ishtirok etadi.
RNAP-I turli xil rRNK shakllarining tuzilishini kodlovchi genlarni o'qiydi (5.8S,
18S, 28S). RNAP-II oqsillar va ba'zi snRNAlarning tuzilishini kodlovchi genlarni
transkripsiya qiladi. Nihoyat, RNAP-III 5S rRNK, transport RNK va snRNA
genlarini o'qiydi.[7]Turli xil miqdordagi protein transkripsiya omillaridan tashkil
topgan protein kompleksi transkripsiya jarayonining boshlanishida ishtirok etadi.
Sutemizuvchilarda uning umumiy massasi 600 kDa bo'lgan 12-14 polipeptidlar
mavjud. Transkripsiyaning intensivligini tartibga solishda maxsus boshqaruvchi
qismlar, enxanserlar va saylenserlar ishtirok etadi. Birinchisi kuchaytirildi,
ikkinchisi transkripsiya jarayonini susaytiradi. Ular minglab bp tomonidan
promoterdan olib tashlanishi mumkin. Ularning nazorati ostida tartibga soluvchi
oqsillar sintez qilinadi. Transkripsiya jarayonida DNKdagi tarkibiy o'zgarishlar
tufayli promotor, saylenser va enxnser birlashadi va boshqaruvchi oqsillar
transkripsiya omillari yoki RNK polimeraza bilan o'zaro ta'sirlashadi. Pro-mRNK
oqsil sintezi uchun matritsa rolini o'ynashi uchun u prosessing davri (ishlov berish)
bosqichidan o'tishi kerak. Ushbu davrning asosiy hodisasi pro-mRNK-dan
intronlarga mos keladigan qismlarni olib tashlash va qolgan ekzonlarni yagona
zanjirga ulashdir. Ekzonlarni "bog'lash" jarayoni splaysing deb nomlanadi.
Splaysingni amalga oshirishda mayda yadroviy RNK (snRNA) va oqsillar katta rol
o'ynaydi. Jarayon barcha eukaryotlarda xuddi shunday davom etadi. SnRNA
molekulalari ham pro-mRNK bilan, ham bir-biri bilan bir-birini to'ldiruvchi o'zaro
ta'sir o'tkazadilar. Ular intronlarni olib tashlashni ta'minlaydi va ekzonlarni bir-
biriga yaqin tutadilar. Splaysing jarayoni tabiatda alternativ bo'lishi mumkin, ya'ni.
ekzonlarni o'zaro bog'lash turli kombinatsiyalarda amalga oshirilishi mumkin.
Ko'pgina genlarda o'nlab yoki undan ortiq ekzon mavjud, shuning uchun yetuk
mRNK variantlari soni = 2n, bu erda n - ekzononlar soni. Alternativ ravishda
taqsimlash ma'lumotni yozib olish tizimini tejamkor qiladi, chunki turli xil
oqsillarni sintez qilish uchun bitta gendan ma'lumot olish mumkin. Bundan
tashqari, u ma'lum bir protein mahsulotidagi hujayralar ehtiyojlariga qarab
ma'lumot oqimini boshqarish imkoniyatini yaratadi. Xususan, immunoglobulinlar,
transkripsiya omillari va boshqa oqsillarni sintez qilishda alternativ splaysing
qo'llaniladi, mRNKning to'liq kamolotga chiqishi ikkala uchning modifikatsiyasini
o'z ichiga oladi: 5'-uchidan qopqoq tuzilishini biriktirish va 3'-uchidan poliadenil
zanjirini biriktirish. Kepning tuzilishi guanin nukleotidining 5'-uchidagi
mRNKning terminal bazasiga birikishi natijasida hosil bo'ladi.[11]
Eukaryotlardagi translyatsiya mexanizmi prokaryotikdan tubdan farq
qilmaydi. Shu bilan birga, oqsillarni sintez qilishning ushbu bosqichida xizmat
qiladigan oqsillarni translyatsiya qilish omillari bakteriyalarga qaraganda ancha
ko'pdir. Eukaryotik genomning tuzilishini tavsiflashda xromosomalarning
ixtisoslashgan terminali - telomeralar haqida aytmaslik mumkin emas. Telomerik
DNK ko'p marta takrorlanadigan qisqa nukleotidlarning bloklaridan iborat.
Birinchi marta telomerik DNK 6-8 juft nukleotidlarning bloklaridan tashkil topgan
bir hujayrali protozoada o'rganildi. Bir zanjirda bu TTGGGG (G-boy zanjir) blok,
ikkinchisida - AACCCC (C-boy zanjir). Odamlarda bu ketma-ketlik bitta
TTAGGG bazasi bilan ajralib turadi, o'simliklarda universal TTTAGGG bloki
mavjud. Odamlarda telomerik DNK uzunligi 2 dan 20 ming bp gacha Telomerik
DNK hech qachon transkripsiya qilinmaydi va sun'iy sattelit DNK tarkibiga kiradi.
Telomeraza fermenti xromosomalarning telomerik hududlari bilan o'zaro ta'sir
qiladi, ularda yuzaga keladigan zararni yo'q qiladi. Hujayra qisqarishi ushbu
ferment faolligining pasayishi natijasida tugaydigan qismlarning yo'qolishi
natijasida telomerlarning qisqarishi bilan bog'liq.
Prokaryotik genom bilan taqqoslaganda, eukaryotik genomning ishlashi
o'rtasidagi sezilarli farq genlar ta'sirini boshqarishning ko'p bosqichli tabiati
hisoblanadi. Prokaryotlarda faqat bitta turdagi boshqarish mumkin - operon
tizimidan foydalangan holda transkripsiya darajasida. Eukaryotlarda, genlarning
uzluksiz tuzilishi tufayli, ushbu boshqarish turiga transkriptiv (splaysing,
modifikatsiya) tartibga solish va translyatsiya darajasida (tarjima noaniqligi)
qo'shiladi. Bundan tashqari, xromosomalarda gistonlar mavjudligi DNKning
strukturaviy o'zgarishi mexanizmi yordamida xromosomalarning faol (euxromatik)
holatdan faol (geteroxromatik) holatga o'tishi mexanizmini ishlatib, genlarning
ta'sirini guruh tomonidan nazorat qilish imkonini beradi. Bunday o'zgarishlar
ba'zan butun xromosomalarga va hatto butun genomga ta'sir qiladi. Xromosoma
boshqaruvi darajasiga misol sutemizuvchi va odam hujayralarida jinsiy xromatin
(Barr tanalari) hosil bo'lishidir. Bu ikkita X xromosomasidan biri bo'lgan eng
kondensatli va shuning uchun harakatsiz bo'lgan xromatinning katta donasidir .
Butun genomning inaktivatsiyasiga misol hayvonlarda spermatogenez jarayoni
bo'lib, uning davomida barcha sperma xromosomalari kondensatsiya bilan ushlanib
qoladi va bu ularni harakatsiz qiladi. Bu mikroorganizmlarning DNKiga zarar
yetganda (masalan, nurlanganda) himoya mexanizmidir.
Agar ularda yuzaga keladigan mutatsiyalar ularni o'limga olib kelmasa, embrionni
ajratish paytida erkak genomining funktsional faolligi tiklanganidagina ro'y berishi
mumkin. Biroq, aksariyat mutatsiyalarning resessivligi, hech bo'lmaganda keyingi
avlodgacha (gomozigoz holatiga o'tishdan oldin) yoki hatto uni yo'q qilgunga
qadar ularning mumkin bo'lgan namoyon bo'lishiga turtki beradi [6], [3].
Dostları ilə paylaş: |