Nüvə. Xromatinin quruluşu. Nüvəcik. Hüceyrə və mitoxondiral genomlar. Genlərin ekspressiyası haqqında qısa məlumat

Nüvə. Insan orqanizmində eritrositlərdən, bəzi qocalmış və həyat müddətini başa vurmaqda olan hüceyrələrdən başqa digər hüceyrələrin hamısmm mühüm tərkib hissələrindən biri nüvədir. Nüvənin sitoplazmadan kənarlaşdırılması zülal sintezinin tam dayanmasma və hüceyrənin ölümünə səbəb olur.

Nüvə hüceyrənin ən böyük orqaneli olmaqla yanaşı, tərkibində turş (DNT və RNT) və qələvi (histonlar) xassəli törəmələrin sıxlaşmış şəkildə yerləşməsi, onun müxtəlif üsullarla rənglənmiş histoloji preparatlarm işıq mikroskopu ilə tədqiqi zamanı da asanlıqla aşkar olunmasma şərait yaradır. Nüvənin mövcudluğunun ümumən qəbul olunduğu vaxtdan 170 ildən çox keçməsinə baxmayaraq, orada yerləşən struktur elementlərinin qarşılıqlı histotopoqrafiyası, quruluş xüsusiyyətlərinin və zülal sintezində sitoplazma ilə nukleoplazma arasında baş verən proseslərin molekulyar əsasları ancaq son zamanlarda dərindən öyrənilmişdir. Nüvənin xüsusi keçiriciliyə malik örtüklə sitoplazmadan ayrılması, onu təkcə genetik materialın yerləşdiyi yerə deyil, həmçinin DNT molekullarınm replikasiya, transkripsiya və mRNT-nin yetişməsi (processing) üçün vacib olan proseslərin icra olunduğu yerə çevirir. Həmçinin, transkripsiya faktorların sitoplazmadan nukleoplazmaya daxil olmalarının nəzarət altında saxlanılması (nüvə dəliyi kompleksi vasitəsilə) və ilkin transkriptdən mRNT-nin emalının nüvədə yerləşən xüsusi splayseosomlar vasitəsilə həyata keçirilməsi və s. nüvəyə zülal sintezini və beləliklə də hüceyrənin fəaliyyətini bütövlükdə idarə edən inteqrativ mərkəz rolunu oynamaq imkanı verir. Nüvələrin köndələn ölçüləri adətən 5-10 mkm arasında tərəddüd edir və onlar, bir qayda olaraq, hüceyrələrin mərkəzi hissəsinin yaxınlığında yerləşib müxtəlif formalara (kürəvi, ovoid, iyəbənzər, armudabənzər, paxlayabənzər, çoxpaylı, çöpəbənzər, polimorf, kələ-kötür və s.) malik olurlar (şək. 2.6). Məməlilərdə hüceyrələr əsasən təknüvəli olurlar, lakin nadir hallarda iki və ya çoxnüvəli hüceyrələrə də rast gəlinir. Sonunculardan bəzi hepatositləri və sümükdağıdıcı hüceyrələri - osteoklastları göstərmək olar. Nüvənin təşkilində iştirak edən törəmələrə nüvə örtüyü, nukleoplazma, xromatin və nüvəcik aiddir.

Şək. 2.6
NÜVƏ DƏLİYİ. Nüvə örtüyünün xarakter xüsusiyyətlərindən biri - üzərində hüceyrənin funksional aktivliyindən asılı olaraq, 3-5 minə qədər nüvə dəliyinin olmasıdır. Xarici və daxili nüvə zarları dairəvi istiqamətdə bir-birinə keçərək (şək. 2.6) nüvə örtüyü üzərində bacanı xatırladan fasilələr (boşluqlar) əmələ gətirirlər ki, bunları nüvə dəlikləri adlandırırlar (şək. 2.7). Nüvə dəliyinin yarandığı yerlərdə xarici və daxili nüvə zarlarmm tamlığı pozulmur. Belə ki, xarici və daxili nüvə zarlarınm qatlanaraq bir-birinə keçən hissələri nüvə dəliyi boşluğunu perinuklear sahədən ayırırlar (şək. 2.6). Nüvə dəliklərinin diametrləri 70-100 nm arasında tərəddüd edir. Sitozolla nukleoplazma arasmda belə böyük ölçüyə malik kanallar nüvə dəliyi kompleksi (şək. 2.6) vasitəsilə daralaraq, ancaq kiçik və iri molekulların adi diffuziyasmı təmin edə bilən kanallara çevrilirlər. Nüvə dəliyi kompleksi (NDK) diametri 120-130 nm, hündürlüyü 70 nm, ümumi molekul çəkisi təxminən 60 kD olan 47-yə qədər qlikoproteindən (onlardan 29-u nukleoporin, 18-i isə onlarla birləşən zülalardır) təşkil olunmuş mürəkkəb quruluşa malik zülal kompleksidir. Bu kompleksin təşkilində iştirak edən zülallar bir-biri ilə yan-yana və şaquli istiqamətdə birləşərək mərkəzi kanala və perinuklear sahəyə doğru çevrilmiş 8 ədəd mili olan silindrəbənzər struktur əmələ gətirirlər. Bu silindrin mərkəzi hissəsində və sitoplazmaya, perinuklear sahəyə, nukleoplazmaya baxan səthləri üzərində (şək. 2.7) 4 halqa vardır. NDK-nın sitoplazmaya baxan səthində səkkiz ədəd hissəcik bir-birilə birləşərək dəliyin sitoplazmatik halqasını əmələ gətirirlər. Bu halqadan sitoplazmaya doğru uzunluğu 30-50 nm olan səkkiz ədəd sitoplazmatik filament başlayır. Bu filamentlər nüvəyə daxil olmalı maddələrin NDK-mn mərkəzi kanalma doğru yönəldilməsində (import) iştirak edirlər. Millərin perinuklear sahədə yerləşən hissələri yenə də səkkiz ədəd subvahid zülallar vasitəsilə birləşərək lüminal halqanı əmələ gətirirlər. NDK-nm nukleoplazmaya baxan səthində isə, müvafiq olaraq dəliyin daxili halqası (buna bəzən nüvə halqası da deyilir) formalaşır. Göstərilən halqalar bir-biri ilə şaquli istiqamətdə yerləşən səkkiz ədəd mil (spoke) vasitəsilə birləşirlər (şək. 2.7). Millərin mərkəzi kanala doğru çıxan hündürlükləri bir-biri ilə mərkəzi kanalın ən dar yerini (40-55 nm) xaricdən əhatə edən daxili mil halqası (mərkəzi halqa) vasitəsilə birləşirlər. Sonuncunun ətrafında, qonşu millərin arasında köndələn ölçüsü 9-10 nm olan 8 ədəd periferik kanallar yerləşir. Dəliyin daxili halqasından başlayan 100 nm uzunluğa malik nüvə filamentləri çəp və radial istiqamətdə nukleoplazmaya doğru gedərək ölçücə kiçik olan dəliyin hüdudi (ən daxili) halqasında qurtarırlar. Göstərilən törəmələr formaca səbəti xatırlatdığına görə, onlar birlikdə nüvə dəliyi səbəti, halqaları bir-biri ilə birləşdirən filamentlər isə səbət filamentləri adlanırlar. Sonuncular maddələrin nüvədən xaric edilməsi (eksport) üçün onların mərkəzi kanala doğru istiqamətləndirilməsində iştirak edirlər. NDK haqqında qısa məlumatdan görünür ki, sitoplazma ilə nukleoplazma arasında əlaqə, əsasən 30-40 nm ölçülü mərkəzi hissə vasitəsilə həyata keçirilməlidir. Lakin, müəlliflərin bəziləri bu kanalda mərkəzi nahiyənin, bəziləri bərənin (eksportyorun), bəziləri isə mərkəzi tıxacın olduğunu göstərirlər. Terminlərdə olan uyğunsuzluqlara baxmayaraq bütün müəlliflər yekdil fikirdədirlər ki, nüvə ilə sitoplazma arasında nəqliyyat prosesləri əsasən mərkəzi kanal vasitəsilə həyata keçirilir. Qeyd etmək lazımdır ki, millərin nüvə dəliyinə baxan hissələri arasında da 9-10 nm ölçüdə sahələr qalır (şək. 2.7). Nüvə dəliyi vasitəsilə yerinə yetirilən üç növ keçiricilik mövcuddur:

məhdudlaşmış diffuziya; asanlaşdırılmış diffuziya; Ran-asılı bir istiqamətli keçiricilik.

Məhdudlaşmış diffuziya termininin adında olan məhdudiyyət sözü nüvə dəliyindən sərbəst (adi diffuziya yolu ilə) keçməli olan molekulların diametrlərinin 10 nm-dən, molekulyar çəkisinin isə 60 kD-dan yuxarı olmamasını göstərmək üçün işlədilir. Yəni, ionlar və diametri 10 nm, molekulyar çəkisi 60 kD-ya qədər olan molekullar nüvə dəliyindən heç bir maneəyə rast gəlmədən hər iki istiqamətdə keçirilə bilirlər. Asanlaşdırılmış diffuziya vasitəsilə nukleoporinlərin FG hissələri ilə xüsusi əlaqə yarada bilən molekullar keçirilə bilirlər. Müəyyən edilmişdir ki (Pollard V.Wet, 1996), molekulyar çəkisi 90 kD olan transportin zülalı mRNT ilə birləşmiş M9 zülalının xüsusi hissəsilə birləşdikdən sonra nüvə dəliyindən heç bir enerji istifadəsi olmadan hər iki istiqamətdə keçə bilir. Belə bir böyük ölçüyə malik nukleoprotein kompleksinin nüvə dəliyindən keçməsinin səbəbi transportin zülalının nukleoporinlərin təkrarlanan FG fraqmentləri ilə qarşılıqlı əlaqələri nəticəsində mümkün olur. Transportinlə yanaşı, asanlaşdırılmış diffuziyada nüvə transportu faktoru-2 (NTF-2) və b. iştirak edirlər. Bu haqda ətraflı məlumatlarla M.Suntharalingam və S.R.Wentenin (2003) tərtib etdikləri icmalda tanış olmaq olar. İstər məhdudlaşmış, istərsə də asanlaşdırılmış diffuziya prosesləri zamanı enerji itkisi olmadığından, onları passiv nəqliyyata aid edirlər. Asanlaşdırılmış diffuziyanın mövcudluğuna baxmayaraq, nüvədə yerləşən ən kiçik ölçülü zülallara aid olan histonlar və digərləri (DNT və RNT polimerazalar, transkripsiya faktorlan və b.) sitoplazmadan nüvəyə, mRNT, nRNT, ribonukleoprotein hissəcikləri və s. isə nüvədən sitoplazmaya sərbəst daxil ola bilmirlər. Göstərilən molekulların lazımi istiqamətlərdə keçirilməsi üçün azı iki şərt yerinə yetirilməlidir. Birinci şərt - nüvəyə daxil olası bütün zülalların nüvədə yerləşmə siqnalı (NYS) hissəsi, nüvədən xaric olası zülalların isə nüvə eksportu siqnalı (NES) hissəsi olmalıdır. İkinci şərt isə - Ran QTF-in nüvə daxilində, Ran QDF-in isə sitoplazmada qatılığının yüksək olmasıdır. İkinci şərt quanin nukleotidini dəyişdirici faktorun (Ran GEF) ancaq nüvədə, Ran QTF-azanı aktivləşdirici zülalın (Ran GAP) isə ancaq sitoplazmada yerləşməsi ilə əlaqədardır. Nüvə ilə sitoplazma arasında Ran QTF və Ran QDF-in qatılıq fərqinin yaranması üçün nüvəyə daxil olan Ran QDF Ran GEF vasitəsilə Ran QTF-ə, sitoplazmaya daxil olan Ran QTF isə Ran GAP təsirindən hidroliz olunaraq Ran QDF-ə çevrilir. Göstərilən qatılıq fərqi sitoplazma ilə nüvə arasında Ran-asılı biristiqamətli keçiriciliyə şərait yaradır.

Daşınan yüklə P-importin kompleksi nukleoplazmaya daxil olunduqda Ran QTF-in təsirindən daşınan yük ayrılaraq nukleoplazmada qalır. Ran QTF-lə P-importin kompleksi isə birlikdə nüvə dəliyindən sitozola daxil olurlar. Bu kompleksə sitozolda yerləşən Ran GAP təsirindən P-importin, Ran QDF və fosfat qrupu yaranır. Azad olan Ran QDF sitoplazmada yerləşən NTF-2 ilə birləşərək yenidən nukleoplazmaya qaytarılır. Burada Ran GEF təsirindən Ran QDF NTF-2-dən ayrılmaqla yanaşı, Ran QTF-ə çevrilir. Beləliklə, nukleoplazmada Ran QTF-in miqdarı əvvəlki vəziyyətə qayıdır. Nüvə eksportu zamanı NES olan yükdaşıyıcı reseptor zülalla (eksportinlə) və Ran QTF-lə birləşərək nukleoplazmadan sitozola daxil olur. Sitozolda Ran GAP təsirindən yuxarıdakı kompleksin tərkibində olan Ran QTF-in hidrolizi nəticəsində Ran QDF, fosfat qrupu, NES olan yük və eksportin bir-birindən ayrılırlar. Eksportin importin kimi (bax yuxarıya) NTF-2-nin köməkliyi ilə əvvəlki yerinə - nukleoplazmaya qaytarılır. Ona görə də nüvəyə daxil olmalı (histonlar, DNT polimerazalar, RNT polimerazalar, transkripsiya faktorları, sürüşmə faktorları və s.) və nüvədən xaric olmalı (mRNT, nRNT, ribonukleoproteinlər və s.) molekullar ancaq seçici yolla, yəni xüsusi daşıyıcı zülaların köməkliyi ilə genişləndirilmiş nüvə dəliklərindən bir istiqamətdə keçirilə bilirlər. İstər asanlaşdırılmış diffuziya, istərsə də Ran-asılı bir istiqamətli keçiricilik zamanı 10 nm ölçüyə malik nüvə dəliyi kanalları maksimum 25 nm-ə qədər genələ bilirlər. Yalnız nüvə daxilində RNT molekulları çoxlu sayda (500-ə qədər) zülalla birləşərək diametri 50 nm-ə qədər olan ribonukleoprotein hissəciklərini əmələ gətirirlər. Belə hissəciklər ancaq deformasiyaya uğradıqdan sonra nüvə dəliklərindən keçə bilirlər. Məsələn, 50 nm diametrə malik olan molekul deformasiyaya uğrayaraq diametri 25 nm olan çöpəbənzər şəkil aldıqdan sonra nüvəni tərk edə bilir. 25 nmdən böyük, deformasiya qabiliyyəti olmayan möhkəm hissəciklər nüvə dəliyindən keçə bilmirlər.

Şək. 2.7.

Nüvənin tərkibində üstünlük təşkil edən struktur xromatindir. Xromatin genomu özündə birləşdirən DNT molekullarından və onunla birləşmiş zülallardan təşkil olunmuşdur. İnsanın canlı bir orqanizm kimi metabolizmini, öz-özünü tənzim və törətmə qabiliyyətlərinin fərdiliyini təmin etmək üçün lazım olan bütün bioloji informasiyalar insan genomunu özündə birləşdirən dezoksiribonuklein turşusu (DNT) molekullarında yerləşir. Keçən əsrdə əldə edilmiş elmi yeniliklər içərisində Nobel mükafatı laureatları J.D.Vatson və F.H.C.Krik tərəfindən (1953) DNT molekulunun quruluş sxeminin kəşfı mühüm yer tutur. Bu müəlliflərin əldə etdiyi nəticələrə görə, DNT molekulu antiparalel vəziyyətdə bir-birinə spiralvari şəkildə sarınmış, komplementar əsas cütlükləri ilə birləşmiş, eşilmiş (bükülmüş) ip nərdivanını xatırladan iki polinukleotid zəncirindən ibarətdir (şək 2.8). Polinukleotid zəncirləri, tərkibində purin (adenin, quanin) və pirimidin (sitozin, timin) azot əsasları, dekoksiriboza monosaxaridi və fosfat turşusu olan qlikozidlərin birbiriləri ilə fosfodiefir əlaqələri yaratması nəticəsində formalaşırlar. DNTnin tərkibində olan qonşu zəncirlər arasında komplementar əlaqələr, bir qayda olaraq, adenin (A) - timin (T) və quanin (G) - sitozin (S) azot əsasları arasında yaranır. Adeninlə timin iki, quaninlə sitozin isə üç hidrogen rabitəsi vasitəsilə bir-biriləri ilə əlaqə yaradırlar. Göstərilən rabitələr əsas cütlüyü və ya nukleotid cütlüyü də adlanırlar. DNT zənciri spiralının bir burumunda orta hesabla 10,2 əsas cütlüyü yerləşir. Qonşu əsas cütlüklər arasındakı məsafə 0,34 nm-ə, bir burumun uzunluğu isə 3,4 nm-ə bərabər olur. DNT molekulunun diametri 2 nm-dir . Bölünməyən hüceyrələrdə DNT molekullarının sayı nüvədə yerləşən xromosomların sayına bərabər, yəni 46 ədəd olur. Əgər biz hüceyrədə olan DNT molekullarını düz xətt boyunca uc-uca düzsək, onların ümumi uzunluğu 1,7-2,0 metrə çatır. Bu uzunluqda olan DNT molekullarının diametri orta hesabla 6 mkm-dən artıq olmayan nüvənin daxilinə yerləşməsi üçün onların uzunluğu kəskin qısaldılmalıdır. Bunu 40 km uzunluğunda olan nazik sapın tennis topunun daxilinə yerləşdirilməsi ilə müqayisə etmək olar. DNT molekulunun nüvə daxilində yerləşdirilməsi xüsusi qablayıcı zülalların iştirakı ilə həyata keçirilir. Qablayıcı zülallar adətən iki böyük qrupa bölünür: histon və qeyri-histon xromosomal zülallar. Nüvə daxilində DNT molekulları ilə göstərilən zülalların birləşməsindən yaranan fibrilyar quruluşa malik nukleoprotein kompleksinə xromatin deyilir. Xromatinin nüvə daxilində DNT molekullarının qısaldılması və sıx yerləşdirilməsində iştirak edən strukturlarının quruluşu haqqında hal-hazırda qəbul olunmuş məlumatlar, xromatinə nuklea/a fermentinin (DNT-ni parçalayan) təsiri zamanı meydana çıxan strukturların elektron-mikroskopik, rentgenstruktur tədqiqi və digər metodların köməkliyi ilə öyrənilməsi zamanı əldə edilmişdir. Dəqiqləşdirilmişdir ki, DNT parçalanan zaman xromatin son məhsul olaraq, tərkibində 200-ə yaxın nukleotid cütlüyü olan fraqmentlərə bölünür. Bu fraqmentlərin və nazik xromatin liflərinin elektron-mikroskopik şəkillərinin müqayisəsi göstərdi ki, ikinci birincilərin bir-biri ilə birləşməsi nəticəsində əmələ gələ bilər. Bu məlumatlara əsaslanan R.D. Kornberg (1974) tərkibində 200 nukleotid cütlüyü olan fraqmentləri xromatinin struktur vahidi - nukleosom adlandırmağı təklif etmişdir. Nukleosom və xromotosomların quruluşu haqqındakı məlumatlardan əvvəl nazik xromatin liflərinin elektron-mikroskopik quruluşu haqqında məlumatların verilməsi məqsədəuyğundur. Nazik xromatin lifləri sferik quruluşa malik hissəciklərdən və onları bir-biri ilə birləşdirən nazik filamentəbənzər strukturlardan təşkil olunmuşdur. Əksər müəlliflər bunun ''sapa düzülmüş muncuğa" bənzədiyini qeyd edirlər. Aparılan tədqiqatlar nəticəsində 2 nm diametri olan "sapın" DNT molekulunun özü, nm diametrli "muncuğun" isə DNT molekulu ilə histon zülallarının birləşməsindən əmələ gələn xromotosom olduğu müəyyən edilmişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, nukleosomun kimyəvi tərkibi və üçölçülü fəza quruluşu ancaq 1997-ci ildə dəqiqləşdirilmişdir.Xromatinin tərkibində 5 növ histon (H1, H2A, H2B, H3 və H4) molekulu aşkar edilmişdir. Hər bir insan hüceyrəsində onların ümumi sayı 60 milyona, çəkisi isə DNT molekulunun çəkisinə bərabərdir. Histon zülalları tərkibində 102-135 amin turşusu olan qısa polipeptid zəncirindən təşkil olunmuşdur. Histonlarda qələvi xassəli amin turşuları (arginin və lizin) çoxluq təşkil etdiyindən, onlar DNT molekullarının mənfi yüklü fosfat qrupları ilə asanlıqla əlaqə yarada bilirlər. Nukleosomların əmələ gəlməsində hərəsindən iki molekul olmaq şərtilə 4 histon zülalı (H2A, H2B, H3 və H4) iştirak edir (şək. 2.8). 8 molekuldan (oktamer) təşkil olunmuş histon milinin ətrafına iki zəncirli, tərkibində 146 nukleotid cütlüyü olan DNT molekulunun 1,65 dəfə dolanması nəticəsində nukleosom əmələ gəlir. Histon milinin ətrafına dolanan DNT molekulunun uzunluğunun 68 nm və onun əmələ gətirdiyi nukleosomun diametrinin 10 nm olduğundan nazik xromatin lifləri səviyyəsində DNT molekullarının uzunluğu cəmi 6-7 dəfə qısalır. DNT molekullarının növbəti qısaldılması xromatosomların iştirakı ilə baş verir. Xromatosomlar tərkibində 166 nukleotid cütlüyü olan DNT molekulunun histon mili ətrafında iki dəfə tam dövrə vurduqdan sonra H1 zülalı vasitəsilə birləşməsi nəticəsində yaranır . Göstərilən xromatosomlar nazik xromatin liflərində bir-biri ilə DNT molekulunun 60-a qədər nukleotid cütlüyündən ibarət olan "bağlayıcı" hissəsi (linker DNA) hesabına birləşirlər.

Şək. 2.8.

Sayı 6-dan 8-ə qədər olan xromatosomlar H1 zülallarının vasitəsilə əlaqə yaradaraq diametri 30 nm-ə bərabər boruşəkilli törəmə əmələ gətirirlər. Bunu solinoid (y.: solinoid- boru ) və ya 30 nm diametrli xromatin lifi adlandırırlar. Xromatinin ikinci sıxlaşma dərəcəsi hesab olunan solinoid səviyyəsində DNT molekullarının uzunluğu orta hesabla 40 dəfə qısalır. Solinoidlərin qıvrılması və bükülməsi nəticəsində DNT molekullarının qısaldılmasının növbəti mərhələsində iştirak edən 100-130 nm diametrli xromatin lifləri əmələ gəlir. İstər 30 nm, istərsə də 100-130 nm diametrli xromatin liflərinin tərkibində yerləşən DNT molekullarının adenin-timinlə (AT) zəngin olan (65%dən çox) hissələri xromosom özəyi ilə birləşərək ilgəklər əmələ gətirirlər (şək. 2.9). İstər interfaza, istərsə də metafaza xromosomlarının tərkibində 130-300 nm diametrli xromatin lifləri də aşkar edilir. Bu diametrli liflərin əmələ gəlməsi haqqında dəqiqləşdirilmiş məlumat yoxdur; ancaq təxmin olunur ki, nukleosomlardan solinoidlər əmələ gəldiyi kimi, solinoidlərdən də müxtəlif şəkilli qıvrılmalar nəticəsində yuxarıda qeyd olunan xromatin lifləri yaranır. Bəzi müəlliflər 100-130 nm diametrli xromatin liflərini xromonema lifləri də adlandırırlar. Qeyd etmək lazımdır ki, "xromonema” və "xromomer” terminləri bir neçə il bundan əvvəl işlənilmiş və birincidən xromosom daxilində olan lifləri, ikincidən isə - lif boyu təsadüf edilən cisimcikləri göstərmək üçün istifadə edilmişdir. İndi bu terminlər köhnəlmiş hesab olunur. Ancaq "xromomer" termini nəhəng xromosomların tünd zonalarını göstərmək üçün indi də işlədilir (şək. 2.9). bölünərək genetik materialın tam komplektinə və orqanellərə malik olan iki "qız" hüceyrəni yaratmasıdır. Yeni yaranmış hüceyrələr də bölünmə qabiliyyətlərini saxladıqlarına görə, ilkin valideynlərdən külli miqdarda hüceyrə toplusu yarana bilir. Misal olaraq, bir ədəd mayalanmış yumurta hüceyrədən (ziqotadan) tərkibində 1014-dən (100 trilyon) çox hüceyrə olan insan orqanizminin əmələ gəlməsini göstərmək olar. Çoxhüceyrəli orqanizmlərdə hüceyrələrin bölünmə yolu ilə çoxalmasıyla (proliferasiya) yanaşı, onların müəyyən vəzifələrin yerinə yetirilməsi üçün ixtisaslaşması (differensiasiya) və fəaliyyətini başa çatdırmış hüceyrələrin proqramlaşdırılmış ölümü (apoptoz) baş verir. Geniş mənada, bir bölünmədən o biri bölünməyə qədər və ya sonuncu bölünmə ilə ölümə qədərki dövr ərzində hər bir hüceyrənin sərbəst yaşadığı müddətdə baş verən ardıcıl proseslər bütövlükdə hüceyrə tsikli adlanır. Ancaq "tsikl" termini biologiyada təkrarlanan prosesləri göstərmək üçün işlədildiyindən, hüceyrə tsiklinə adətən iki mitoz arasındakı dövr aid edilir. Histoloji olaraq hüceyrə tsiklində iki mərhələ ayırd edilir: işıq mikroskopu ilə müşahidə oluna bilən və kiçik zaman ərzində baş verən hüceyrənin bölünməsi - mitoz mərhələsi; hüceyrənin həyat fəaliyyətinin əsas hissəsini özündə birləşdirən, birinci bölünmənin sonundan ikinci bölünmənin başlanğıcına qədərki dövr - interfaza mərhələsi.

Şək. 2.9

Hər bir hüceyrəyə, o cümlədən tam orqanizmə xas olan fundamental xüsusiyyətlərdən biri - öz-özlərini törətmə qabiliyyətinə malik olmalarıdır. Təsadüfi deyildir ki, R.Virxoff tərəfindən irəli sürülmüş "hər bir hüceyrə hüceyrədən törəyir" fikri hüceyrə nəzəriyyəsinin mühüm müddəası kimi qəbul olunmuşdur. Öz-özünü törətmə prosesinin baş verməsi üçün əsas şərt - "ana" hüceyrənin iki yerə

Sonuncu mərhələdə hüceyrədə baş verən prosesləri işıq mikroskopunda adi rəngləmə üsulları ilə müşahidə etmək mümkün olmur. Lakin, son illər bu proseslər müasir biokimyəvi, radio-avtoqrafik, immunhistokimyəvi və s. metodların köməkliyi ilə molekulyar səviyyədə ətraflı tədqiq edilmişdir.

Hər bir hüceyrənin sərbəst fəaliyyətinin başlanğıcı olan interfazanın özü üç fazaya bölünür:

postmitotik və ya presintetik faza;

sintetik faza və ya duplikasiya;

postsintetik və ya premitotik faza.

Göstərilən fazalar müvafıq olaraq G₁, S və G₂ hərfləri ilə işarə edilir. S hərfı ingiliscə "synthesis" sözünün baş hərfi olub, bölünmə üçün vacib olan yeni DNT zəncirlərinin sintez olunduğu dövrü göstərmək üçün işlədilir. G hərfi ingiliscə "gap" - fasilə (interval) sözünün baş hərfidir. Ona görə də G₁ mitotik dövrlə sintetik, G₂ isə sintetik dövrlə mitoz mərhələsi arasında olan "fasilələri" göstərmək üçün işlədilir. G₁-i birinci, G₂-ni isə ikinci fasilə də adlandırırlar (şək. 2.10).

Hüceyrə tsikli zamanı baş verən proseslərin molekulyar əsasları haqqında müasir məlumatların əldə olunmasında bədxassəli şiş hüceyrələri üzərində aparılan tədqiqatların nəticələri mühüm rol oynamışdır. Belə tədqiqatlar içərisində nəzər-diqqəti cəlb edən P.Rausun (1911) toyuq sarkomasının (birləşdirici toxumanın bədxassəli şişinin) xüsusi retroviruslar tərəfındən törədildiyini sübuta yetirməsidir. Bu retroviruslar indi Raus sarkoması virusları (RSV) adlanırlar. Bu kəşfdən 50 il sonra təsdiq edildi ki (P.Volt, S.Martin), quş sarkomasını bütövlükdə RSV-lər yox, ancaq onların genomunun tərkibinə daxil olan Srs adlandırılan gen törədir. 1976-cı ildə H.Varmus və J.M.Bişop öz əməkdaşları ilə aşkar etdilər ki, Srs geni nəinki RSV-lərin, həmçinin toyuqların normal genomunun tərkibinə daxildir. Sonrakı tədqiqatlar göstərdi ki, normal hüceyrələrin genomunda onların transformasiya olunaraq bədxassəli şiş hüceyrələrinə çevrilməsində iştirak edən çoxlu miqdarda genlər mövcuddur. Hüceyrə transformasiyalarına səbəb olan genlər - onkogenlər, normal genomun tərkibinə daxil olan eyni adlı genlər isə - proto-onkogenlər adlanır. Deməli, normada proto-onkogenlərin ekspressiyası nəticəsində hüceyrə tsikli tənzim olunduğu halda, bu genlərin mutasiyası və ya qeyri-normal ekspressiyası nəticəsində hüceyrələr nəzarətsiz (fasiləsiz) bölünmə qabiliyyəti əldə etdiklərindən bədxassəli şişlər meydana çıxır. Bədxassəli şişlərin ancaq bir qisminin inkişafında virusların rolunun təsdiq olunmasına baxmayaraq, yuxarıda göstərilən işlərin nəticələri bədxassəli şişlərin digər formalarında da hüceyrə genomunda baş verən dəyişikliklərin tədqiqi üçün geniş imkanlar açmışdır. İnsan hüceyrələrinin genomunun tərkibində 100-dən çox proto-onkogen vardır. Proto-onkogenlər hüceyrə tsiklində iştirak edən bir çox törəmələrin: böyümə faktorlarının, onların reseptorlarının, transkripsiya faktorlarının, sitoplazmatik proteinkinazaların, QTF-birləşmiş zülalın sintezində iştirak edirlər. Göstərilən törəmələr hüceyrələrin bölünməsinə səbəb olan faktorların - mitogen siqnalların qəbulunda, onların hüceyrə səthindən nüvə istiqamətində ötürülməsində və beləliklə, müəyyən qrup genlərin ekspressiyasrnda iştirak edirlər.

Şək. 2.10.
Mitogen aktivliyə malik olan törəmələr içərisində geniş yayılanları aşağıdakılardır:

böyümə faktorları - sinir böyümə faktoru, fibroblast böyümə faktoru, epidermal böyümə faktoru, trombositar böyümə faktoru;

hormonlar - insulin, follikul stimulyasiyaedici hormon, esterogenlər, böyümə hormonu və s.;

sitokinlər - interleykinlər, eritropoetin, interferonlar;

neyromediatorlar - asetilxolin, noradrenalin, qlisin;

adheziv əlaqə zülalları - inteqrinlər, kadherinlər, selektinlər və s.;

hüceyrəarası sahədə yerləşən makromolekullar - fibronektin, laminin;

fiziki amillər - ultrabənövşəyi şüalar, tərpətmə gərginliyi (shear stress), osmotik təsir və s.

Mitogenlərin təsiri nəticəsində hüceyrə tsiklinin tənzimində bilavasitə iştirak edən tsiklinlərin, tsiklin-asılı kinazaların özləri ilə yanaşı, onların aktivator və ingibitorlarının sintezində iştirak edən genlərin də ekspressiyası baş verir. Göstərilən genlərin ekspressiya olunmasında mərkəzi rolu retinoblastoma (tor qişanın irsi bədxassəli şişi) zülalı (pRb) və E2F nəslindən olan transkripsiya faktorları oynayırlar. E2F transkripsiya faktorları DNT-nin genlər olan hissələri ilə daimi birləşmiş halda olurlar.

Retinoblastoma fosfoproteini E2F ilə birləşib pRb/E2F kompleksini yaradan kimi transkripsiya prosesi dayanır, yəni E2F qeyri-aktiv vəziyyətə düşür. Əksinə, pRb/E2F kompleksinin tərkibində olan pRb fosforlaşıb ayrılan zaman E2F transkripsiya faktorları aktivləşərək hüceyrə tsiklinin tənzimində iştirak edən genlərin ekpressiyasına səbəb olurlar.

Hüceyrə tsiklinin tənzimində iştirak edən başlıca faktor Cdc2 (cell division cycle) geni ilə kodlaşmış proteinkinazalardır. Bu fermentlərin xarakter xüsusiyyəti - təklikdə yox, ancaq tsiklin adlanan nizamlayıcı subvahidlə birləşdikdən sonra aktiv vəziyyətə düşmələridir. Bunu nəzərə alaraq, göstərilən kinazaları tsiklin-asılı kinazalar (cyclin-dependent kinases Cdk's) adlandırırlar. Eukariot hüceyrələrdə Cdk-ların 10 növü müəyyən edilmişdir və onlar, müvafiq olaraq Cdk1, Cdk2, .... Cdk10 şəklində işarə olunurlar. Hal-hazırda molekulyar çəkisi 35-90 kD arasında tərəddüd edən və müvafiq olaraq tsiklin (cyclin) A, B, C, D və s. işarə olunan 16 növ tsiklin məlumdur.

Hüceyrə tsiklinin tənzimi əsasən iki istiqamətdə həyata keçirilir. Birincidə tsiklin bir fazasından o biri fazasına keçid üçün vacib olan proseslərin gedişi və başa çatıb-çatmaması, ikincidə isə adı çəkilən keçid prosesinin özü nəzarət altında saxlanılır.

Birinci növ tənzim nəzarət-keçid məntəqələri (checkpoint) vasitəsilə həyata keçirilir. Hüceyrə tsiklinin G₁ və G₂ fazalarının hər birində 2, metafazada isə 1 ədəd nəzarət-keçid məntəqəsinin (NKM) fəaliyyət göstərdiyi müəyyən edilmişdir (şək. 2.10).

G₁ fazanın sonuna yaxın fəaliyyət göstərən birinci NKM məhdudiyyət nöqtəsi (restriction point) adlanır. Bu nöqtə səviyyəsində tsiklin davam etdirilməsi üçün əsasən aşağıdakı şərtlər tələb olunur:

hüceyrənin həcmi və kütləsi mitozdan əvvəlki səviyyəyə çatmalıdır;

DNT-nin və vacib olan zülalların sintezi üçün lazımi miqdarda qida məhsulları (amin turşuları, fosfat qrupu və s.) olmalıdır;

proliferasiyanın baş verməsi üçün mitogen təsirə malik siqnal hüceyrə tərəfındən qəbul olunmalıdır.

Göstərilən şərtlər yerinə yetirilərsə, G₁ faza davam etdirilir; yetirilmədikdə isə hüceyrə ya G₀ fazaya daxil olur, ya da apoptoz yolu ilə ölür.

G₁ fazada fəaliyyət göstərən ikinci NKM fazanın sonunda yerləşir və DNT molekulunun zədəli olub-olmamasına nəzarət edir. Əgər DNT molekulunda müxtəlif səbəblər üzündən (ionlaşdırıcı şüalanma, kimyəvi mutagenlər, sərbəst radikallar və s.) dəyişiklik meydana çıxarsa, onda xüsusi qrup genlərin - onkosupressorların ekspressiyası nəticəsində sintez olunan zülalların (p53, pRb, p27, PTEN) təsiri altında hüceyrə tsikli G₁ fazasında dayandırılır. Maraqlıdır ki, insanlarda bədxassəli şişlərin inkişafı çox vaxt p53 zülalının genində baş verən mutasion dəyişikliklərlə müşayiət olunur. Göstərilənlər bir daha hüceyrə tsiklinin tənziminin çoxhüceyrəli orqanizmlərin həyatında mühüm rol oynadığını göstərir.

G₂ fazada yerləşən üçüncü NKM DNT molekullarının tam replikasiya olunub-olunmadığını yoxlayır.

Mitozun baş verməsi üçün mühüm şərtlərdən biri - DNT molekulunun tam duplikasiya olunmasıdır. Bu prosesə nəzarət G₂ fazadakı dördüncü NKM vasitəsilə həyata keçirilir. Bu məntəqədə duplikasiya ilə yanaşı, DNT molekullarının zədəli (dəyişiklikli) olub-olmaması və həmçinin sentrosomların ikiləşməsi də nəzarət altında saxlanılır. Göstərilən proseslərdə kənaraçıxmalar xüsusi sensor zülallar vasitəsilə effektor zülallara ötürülür. Sonuncuların köməkliyi ilə DNT-nin duplikasiyası başa çatdırılır və ya DNT molekullarında olan dəyişikliklər aradan qaldırılır (təmir olunur). Bu müddətdə G₂ fazadan M fazaya keçid təxirə salınır. Yuxarıda göstərilən dəyişikliklər aradan qaldırıla bilmədikdə hüceyrələr apoptoz yolu ilə sıradan çıxarılırlar.

Metafazadakı beşinci NKM-in fəaliyyəti nəticəsində duplikasiya olunmuş xromosomlar bölünmə iyi ilə əlaqə yaradıb ekvatorial səthdə bir sıraya düzülməyənə qədər xromatidlərin bir-birindən aralanması təxirə salınır. Bununla da genomun qız hüceyrələr arasında bərabər paylanmasına şərait yaranır.

Hüceyrə tsiklinin tənzimində ikinci istiqamət fazaların bir-birinə keçidi zamanı həyata keçirilir.

Mitogen faktorların təsirindən sintez olunan tsiklin D Cdk4 və Cdk6 ilə birləşərək (Cdk4/6tsiklin D) hüceyrənin məhdudiyyət nöqtəsindən keçməsini təmin edir. Mitogen faktorun təsiri vaxtından əvvəl aradan qaldırılarsa, hüceyrə məhdudiyyət nöqtəsini keçə bilmədiyindən G₀ fazaya daxil olur.

Hüceyrənin tsikl fazaları üzrə irəliləyişində aşağıdakı tsiklin və Cdk-lar iştirak edirlər .

Cdk2-tsiklin E hüceyrənin G₁ fazadan S fazaya keçməsini təmin edir;

hüceyrənin S fazadan G₂ fazaya və buradan mitoz mərhələsinə keçidi Cdk2-tsiklin A kompleksi vasitəsilə həyata keçirilir; mitozun başlanğıcında aktivliyi kəskin artan Cdkl-tsiklin B kompleksi anafaza zamanı parçalandığından aktivliyini itirir və yeni yaranmış qız hüceyrələr interfazaya daxil olurlar.

Hüceyrə tsiklinin tənzimi haqqında verilən məlumatlar bir daha göstərir ki, hüceyrənin həyat fəaliyyətinin hansı istiqamətdə inkişafı barəsindəki qərarlar bilavasitə interfazanın başlanğıcı olan G₁ fazada qəbul olunur.

Şək. 2.11.

G₁ FAZA. Bu fazada birincili olaraq hüceyrənin mitoza qədərki kütləsi, həcmi və nüvəcikləri, həmçinin sitoskelet elementlərinin sintezi nəticəsində hüceyrədaxili nəqliyyat bərpa olunur. Göstərilənləri həyata keçirmək üçün müvafiq RNT və zülalların sintezi baş verir. Hüceyrələrdə DNT-nin reduplikasiyasını və hüceyrə tsiklindəki irəliləyişləri təmin etmək üçün lazım olan zülallar sintez olunmağa başlanır və G₁ fazanın sonuna yaxın ana və qız sentriolların bir-birindən aralanması başlayır.

G₁ fazanı daimi tərk etmiş hüceyrələrin fəaliyyətində əsasən üç istiqamət müəyyən edilmişdir: xüsusi böyümə faktorlarının təsiri ilə G₀ fazaya daxil olan hüceyrələr terminal differensiasiya prosesinə uğrayaraq bölünmə qabiliyyətini itirirlər. Misal üçün eritrositləri və epidermisin buynuz qatının hüceyrələrini göstərmək olar. G₀ fazaya daxil olmuş hüceyrələr onları əhatə edən mühitdəki qeyri-adekvat böyümə faktorunun təsirindən proliferasiya qabiliyyəti əldə edir. Ancaq bu hüceyrələr ya apoptoz yolu ilə intihar edirlər, ya da bölünə bilməyən vəziyyətə düşürlər. Bölünmə qabiliyyətini itirmiş xüsusi qrup qocalmış hüceyrələr (senescence) formalaşır. Hər bir hüceyrənin tam yetişkənlik dövrü ilə ölümü arasındakı dövr qocalıq dövrü adlanır. Qocalıq G₀ fazanın terminal vəziyyəti olduğundan, hüceyrələr bu vəziyyətdən çıxa bilmirlər.

S FAZA. Bu fazada RNT və zülalların sintezi davam edir, sentrosomlar sentriolları ilə birlikdə ikiləşməyə başlayırlar. Sintez olunan zülallar içərisində üstünlük təşkil edənləri xromatinlərin tərkibinə daxil olan nukleoproteinlər, ələlxüsus histonlardır. Göstərilənlərlə yanaşı, sintetik fazada baş verən proseslər içərisində DNT molekullarının ikiləşməsi - replikasiyası mühüm yer tutur. Replikasiya mürəkkəb proses olub, müxtəlif qrup zülalların (əksərən fermentlərin) iştirakı ilə baş verir. Replikasiya üçün mühüm şərt komplementar azot əsası cütlüklərini (adenin-timin, quanin-sitozin) bir-biri ilə birləşdirən hidrogen rabitələrinin hidrolizi nəticəsində matrisa (qəlib) rolunu oynayan DNT zəncirlərinin bir-birindən aralanması və sonuncularla komplementar əlaqə yaratmış nukleozidlərdən yeni DNT zəncirlərinin sintezidir. Məməlilərin genomunun tərkibində orta hesabla 3x10⁹ əsas cütlüyü vardır. Hesablanmışdır ki, əgər məməlilərin DNT molekulu ancaq bir nöqtədən başlayaraq replikasiya olunarsa, onda bu ən azı 3 həftə vaxt aparmalıdır. Ancaq məlumdur ki, insanda S faza orta hesabla 8 saatdan çox çəkmir. Bu onu göstərir ki, replikasiya prosesi eyni vaxtda DNT molekulunun çoxlu sayda yerlərində başlamalıdır. Xromosomal DNT-nin replikasiya baş verən hər bir yerinə replikasiya başlanğıcı deyilir (şək. 2.11). İnsan genomunda onların sayı 60 minə qədərdir. DNT molekulunun bir başlanğıcından replikasiya olunmuş hissəsinə replikon deyilir. Replikasiyanın başlanğıc nöqtəsi replikonun təxminən mərkəzində yerləşir. Bu nöqtədən başlayaraq DNT molekulu tərkibində olan polinukleotid zəncirlərinin əmələ gətirdiyi spirallar hər iki istiqamətdə açılmağa başlayırlar. DNT molekullarının polinukleotid zəncirlərinin bir-birindən aralandığı yerlər haçaya bənzədiyindən replikasiya haçası (ayrıc, yaba, çəngəl) adlandırılır və replikasiya aparatı ilə təchiz olunurlar. Replikasiya aparatının tərkibinə əsasən DNT helikaza, praymaza, müxtəif növ polimeraza fermentləri və tək DNT zəncirləri ilə birləşmiş zülallar aiddirlər. DNT helikaza fermentləri replikonun hər iki replikasiya haçasının başlanğıcında yerləşərək ATFin hidrolizi nəticəsində meydana çıxan enerji hesabına polinukleotid zəncir spirallarının açılmasını təmin edirlər .Praymaza fermenti a-polimeraza fermenti ilə birlikdə RNT və DNTnin sintezində iştirak edir . İnsan hüceyrələrində 5 növ (α, β, γ, δ, ε) DNT polimeraza fermenti mövcuddur. Onlardan γ-polimeraza mitoxondrinin, α-, δ-, ε-polimerazalar isə nüvənin tərkibində yerləşən DNT-nin replikasiyasında iştirak edir. β-polimerazanın həm bölünən, həm də bölünməyən hüceyrələrdə aktiv olması, onun müxtəlif səbəblər üzündən DNT molekulunda meydana çıxmış dəyişikliklərin aradan qaldırılmasında (bərpasında) iştirakını göstərir. Replikasiyanın mexanizmi haqqında olan müasir təsəvvürlərə aydınlıq gətirilməsi zamanı bu prosesdə iştirak edən törəmələrin morfo-funksional xüsusiyyətləri haqqında bəzi məlumatlar nəzərə alınmalıdır: DNT polimeraza fermentləri ancaq matrisayla komplementar əsas cütlüyü vasitəsilə birləşmiş nukleozidlər (adenozin-, quanozin-, timidin- və sitozintrifosfatlar) arasında fosfodiefir rabitələri yarada bilirlər. Yəni, RNT polimerazalardan fərqli olaraq, DNT polimerazalar sərbəst nukleozidlərdən yeni (de novo) polinukleotid zənciri əmələ gətirmək qabiliyyətinə malik deyildirlər; uzanan polinukleotid zəncirində DNT polimerazalar zəncirə ancaq yeni əlavə olunan nukleozidin 5 fosfat qrupu ilə ondan əvvəlki nukleozidin 3 hidroksil qrupu arasında fosfodiefir rabitələri yarada bilirlər. Göstərilən faktları nəzərə alsaq görürük ki, DNT molekulunun matrisa rolunu oynayan zəncirlərindən biri 3ʹ-dən 5ʹ istiqamətində, digəri isə 5ʹ-dən 3ʹ istiqamətində translyasiya olunmalıdırlar (oxunmalıdırlar). Başqa sözlə desək, formalaşan DNT zəncirlərindən biri 5ʹ-dən 3ʹ istiqamətində, digəri isə bunun əksi istiqamətində sintez olunmalıdır. Birinci istiqamətdə DNT zənciri sintez olunan zaman nümunə rolunu (praymer) matrisayla komplementar əsas cütlüyü vasitəsilə birləşmiş və sərbəst 5 trifosfat qrupu olan nukleozid oynayır. Yerdə qalan nukleozidlər matrisayla komplementar əlaqə yaradan kimi 5-polimeraza fermentinin köməkliyi ilə polinukleotid zənciri formalaşır. Bu zəncirin uzanması fasiləsiz olaraq replikasiya haçasının hərəkəti istiqamətində baş verir. Buna görə də, o, qabaqcıl (leading) zəncir adlandırılır. Bütün DNT polinukleotidləri ancaq 5ʹ - 3ʹ istiqamətində sintez olunduğundan, əks (ikinci) istiqamətdə yeni polinukleotid zəncirinin necə sintez olunması məsələsi meydana çıxır. Bu məsələyə məhşur yapon alimi T.Okazaki və əməkdaşları tərəfındən keçən əsrin 80-ci illərində aparılan tədqiqatlar nəticəsində aydınlıq gətirilmişdir. Müəyyən edilmişdir ki, 3ʹ - 5ʹ istiqamətində yeni DNT polinukleotid zənciri replikasiya haçasının hərəkət istiqamətinin əksinə, özü də fasiləsiz olaraq yox, hissə-hissə sintez olunur. Bu hissələrin hər biri alimin şərəfinə Okazaki fraqmenti adlandırılır və başlanğıc, ara və son hissələrə bölünür (şək. 2.11). DNT polimerazalar sərbəst nukleozidlərin polimeriləşməsində iştirak etmək qabiliyyətinə malik olmadıqlarından, hər bir Okazaki fraqmentinin sintezi üçün start (şirnikləndirici) rolu oynayan başlanğıc hissəsi (praymer) 3-dən 10-a qədər nukleotiddən təşkil olunmuş RNT zənciri şəklində sintez olunur. Bu zəncirin sintezində iştirak edən RNT polimeraza fermenti praymaza fermenti də adlandırılır. Ara hissə α-polimeraza fermentinin iştirakı ilə 20-30 nukleotiddən təşkil edilmiş DNT zənciridir. Son hissə δ-polimeraza fermentinin iştirakı ilə sintez olunan 220-250 nukleotiddən təşkil olunmuş DNT zənciridir. Okazaki fraqmentlərinin son hissəsinin sintezində iştirak edən δ-polimeraza fermenti polimerləşmə ilə yanaşı, əvvəlcə sintez olunmuş Okazaki fraqmentinin başlanğıc hissəsində olan RNT zəncirinin hidrolizində də iştirak edir. Hidroliz prosesi DNT zənciri 5ʹ PO4 qrupuna çatdıqda dayanır və yeni sintez olunmuş fraqmentin sərbəst 3ʹ OH qrupu ilə əvvəlki fraqmentin 5ʹ PO4 qrupu qarşı-qarşıya dayanır. Göstərilən qruplar arasında fosfodiefir rabitəsi DNT liqaza fermentinin iştirakı ilə yaranır. Beləliklə, ayrı-ayrı Okazaki fraqmentlərindən 3ʹ - 5ʹ istiqamətində yeni DNT zənciri sintez olunur. Bu zəncirin sintezinə 5ʹ - 3ʹ istiqamətində sintez olunan qabaqkı zəncirlə müqayisədə çox vaxt tələb olunduğu üçün onu ləngiyən (lagging) zəncir adlandırırlar.

Şək. 2.12.