1 NUKLEIN KISLOTALAR Nuklein kislotalar yuqori molekulali biopolimerlar bo’lib, molekulyar massasi 250 dan 1,2 x 105 kDa atrofida bo’ladi. Ular tirik organizmda irsiy belgilarni saqlab, ularni avloddan-avlodga o’tkazishda bevosita ishtirok etib, kibernetik vazifani bajaradilar. 1869 yilda shvetsariyalik olim F.Misher tomonidan hujayra yadrosida nuklein kislotalar aniqlanganligi uchun nukleus (lotincha nucleys-yadro) deb atalgan. Tarkibidagi uglevodga qarab ular dezoksiribonuklein (DNK) va ribonuklein (RNK) kislotalariga bo’linadi. Nuklein kislotalar organizmlarda hujayralarning deyarli hamma organoidlari tarkibida uchraydi. Yadroda DNK oqsil bilan birgalikda dezoksinukleoproteid (DNP) shaklida (umumiy massaning ~1% ni tashkil qiladi). Ularning mitoxondriyalarda, xloroplastlarda ham borligi aniqlangan. Yadroviy DNK organizmning tur spetsifikligini belgilovchi genlarning asosini tashkil qilib, hujayra suyuqligida esa irsiy belgilarni ko’chiruvchi RNKlarni uchratish mumkin. Biologiya tarixida nuklein kislotalarning tadqiq qilinishi mazkur fanni tavsifiy sohadan eksperimental yo’nalishga aylantirishda benihoya katta xizmat qildi. Nuklein kislotalarni tuzilishi va vazifalarini aniqlashda katta xizmat qilgan Nobel mukofotiga sazovor bo’lgan olimlardan D.J.Uotson, F.Krik va M.Uilkins, hujayra tashqarisida DNK sintezini aniqlagan A.Kornberg, S.Ochao va genetik kodni ochgan M.Nirenberg, R.Xoli va X.Koranalarni ko’rsatish mumkin. Informatsion RNKni va oqsil sintezini ribosomada aniqlashda xizmat qilgan rus olimlaridan akademiklar A.N.Belozerskiy va A.S.Spirinlardir. 2 Nuklein kislotalarning jahon miqyosida muntazam ravishda ilmiy jihatdan tadqiq qilinishi natijasida hozirgi kunda biologiya fanida molekulyar biologiya, gen muhandisligi va biotexnologiya sohalari shakllanib, bu yo’nalishlar asosida daktiloskopiya, transgen o’simlik, hayvonlar va klonlash usullari paydo bo’ldi. Mazkur yo’nalishlar faqat nazariy bo’lmasdan, balki tibbiyotda, qishloq xo’jaligida insonni ajablantiruvchi ilmiy ishlar qilinmoqda. Nuklein kislotalar tufayli biologiya fani kriminalistika va ijtimoiy-gumanitar fanlariga kirib, dastlabki yutuqlarga ega. Nuklein kislotalarni fenol yordamida to’qimalardan ajratib olish usuli keng qo’llaniladi. Bu usul oqsillarni denaturatsiyaga uchratuvchi moddalar ishtirokida (dodetsilsulfat natriy ta’sirida yoki yuqori harorat) olib boriladi. Bunda denatrutsiyaga uchragan oqsil fenol qismga, nuklein kislota esa suvga o’tadi. Keyin nuklein kislota etil spirti yordamida cho’kmaga tushiriladi. 3.1 Nuklein kislotalarning kimyoviy tarkibi Nuklein kislotalar fermentlar, kislota, ishqor va boshqa kimyoviy birikmalar ta’sirida bir necha bo’laklarga parchalanadi. Mazkur struktura birikmalariga azot asoslaridan purin va pirimidin, uglevod komponentlaridan riboza va dezoksiriboza hamda fosfat kislota kiradi. Purin asoslari Nuklein kislotalar (DNK, RNK) tarkibida asosan ikki xil purin asoslari adenin (A) va guanin (G) uchraydi. Bu birikmalar molekulasi pirimidin va imidazol halqasidan tashkil topgan purinning hosilalari hisoblanadi. Ko’rsatilgan purin azot asoslaridan tashqari, hujayrada gipoksantin (6-oksopurin) va ksantinlar (2,6- dioksopurin) bo’lib, ular adenin, guaninlarning dezaminirlanishidan hosil bo’lib, nuklein kislotalar almashinuvida ishtirok etadilar. Pirimidin asoslaridan nuklein kislotalar DNK va RNK tarkibida sitozin, uratsil (RNK tarkibida) va timin (DNK tarkibida) kiradi. 3 Nuklein kislotalar tarkibida ko’rsatilgan azot asoslaridan tashqari yana minor komponentlari uchrab ular t-RNK tarkibida: digidrouratsil, psevdouridin, ksantin, gipoksantin, atsetilsitozin va orot kislotalar uchraydi. DNK tarkibida qisman 5- metilsitozin va 6-metiladeninlar bor. Metillanish asosan, DNKning replikatsiyasidan so’ng hosil bo’ladi. Metillangan asoslar DNKni “o’zini” DNKaza fermentidan saqlaydi. Notabiiy asoslardan 7-metilguanozin, 1-metil-2-amino-6-oksopurin, 6- dimetilaminopurinlar i-RNK va nukleozidlar tarkibida borligi aniqlangan. 4 5 Yuqorida keltirilgan purin va pirimidin asoslarida qo’sh bog’lar va –OH, - NH2 guruhlari bo’lib, ular asoslarni har xil tautimer holatiga: oksihosilalari laktam- laktim va aminohosilalari esa amin-imin ko’rinishga sababchi bo’lishlari mumkin. Jumladan, uratsil quyidagicha tautomerlanishi mumkin: Tabiiy nuklein kislotalar tarkibida azotli asoslar laktam va amin shaklida bo’lib, bu holat ularga sintezlanishini to’g’ri yo’nalishiga sababchi bo’ladi. Lekin, nuklein kislotalarga tashqi omillar, jumladan, nurlanish va shu asosda tautomerlarni hosil bo’lishi mutagenezning asosini tashkil qiladi. Azot asoslari ultrabinafsha nurini 260 nm spektrida to’liq yutadi. Xuddi shu asosda ularni miqdoriy jihatdan aniqlanadi. Uglevod qismlardan RNK tarkibida riboza va DNKda esa dezoksiribozalar uchraydi. Nuklein kislotalar tarkibidagi pentozalar -D-furanoza shaklida bo’ladi: Uglerod atomlari, nukleotid tarkibidagi pentozalarda tartib raqamiga “shtrix” belgisi azot asoslaridan farq qilish uchun qo’yiladi.β 6 Dezoksiribozadagi C-2/ guruhidagi OH ni protonlanishi C-2/ va C-3/ bog’larini yanada mustahkamlab, DNK molekulasining fazoviy strukturasini kompakt, ixcham holatga keltirishda yordam beradi. 3.2 Nukleozid va nukleotidlar Azot asoslarining pentozalar bilan hosil qilgan birikmasini nukleozidlar deyiladi. Nuklein kislotalardan ajratilgan nukleozidlar N-glikozidlardir. Nukleozid tarkibida D-riboza bo’lsa ribonukleozidlar, agar dezoksiriboza uchrasa, dezoksiribonukleozidlar deb ataladi. Nukleozidlar purindagi N9, pirimidindagi N1 atomlariga pentozalar -konfiguratsiyali glikozid bog’lari orqali bog’lanadi. Ularning nomlanishi tarkibidagi getrosiklik azotli asoslardan kelib chiqadi (5- jadval). Misol tariqasida, ikki xil nomdagi nukleozidni keltiramiz: 7 Nukleozidlar Pirimidinli Purinli Ribonukleozid dezoksiribonukleozid 8 Nukleotidlar Adenozinning 3– mono-, di-, trifosfonukleotidlari (51). 9 Nukleozidlarning to’liq va qisqartirilgan nomlari 2-jadval Asoslar Ribonukleozid Qisqargan belgisi Dezoksiribonukleozid Qisqargan belgisi Adenin Adenozin A Dezoksiadenozin dA Guanin Guanozin G Dezoksiguanozin dG Sitozin Sitidin S Dezoksisitidin dS Timin Timidin T Dezoksitimidin dT Uratsil Uridin U - - Nukleotidlar nukleozidlarning monofosforli efirlaridir. Ular nuklein kislotalarning monomeri hisoblanadi. Ularning tarkibida azotli asoslar (purin va pirimidin) uglevod komponentlari (riboza va dezoksiriboza) va fosfor kislotalari bo’ladi. Ribonukleotidlarda fosfor kislotasi ribozaning 2/, 3/ va 5/ atomlariga bog’lanishi mumkin. Dezoksiribonukleotidlarda fosfor kislotasining qoldig’i dezoksiribozaning 3/ va 5/ uglerod atomlari orqali bog’lanadilar. Nuklein kislotalarning qoldiqlari mononukleotidlar bo’lib, ular ikki xil bo’lishlari mumkin. RNKning mononukleotidlari: adenozin-3/ - va 5/-fosfatlar (adenil kislota), guanozin-3/ - va 5/ - fosfatlar (guanil kislota), sitidin-3/ va 5/ - fosfatlar (sitidil kislota), uridin -3/ - va 5/ fosfatlar (uridil kislota). 10 DNKning mononukleotidlari: 2/ dezoksiadenozin-3/ va 5/ fosfatlar (dezoksiadenil kislota), 2/ dezoksiguanozin-3/ -5/ - fosfatlar (dezoksiguanil kislota), 2/ dezoksitimidin -3/ va 5/ fosfatlar (dezoksitimidil kislota), 2/ dezoksisitidin-3/ va 5/ fosfatlar (dezoksisitidil kislota). Monofosfatlarda fosfat atomi uglerodning 5/ atomiga bog’langan bo’lsa, ularni AMF, GMF, dAMF lar deb ataladi. Nukleozidmonofosfatlardan tashqari, tirik organizmlarda nukleoziddifosfat va nukleozidtrifosfatlar uchraydi: Nukleoziddifosfat va nukleotidtrifosfat tarkibidagi fosfat kislotalari bir-birlari bilan yuqori potensial energiyaga ega bo’lgan angidrid bog’lari orqali bog’lanib, ularni makroerglar deb ataladi. Makroergli ribonukleatidtrifosfatlar RNK va DNKlarning biosintezida dastlabki substrat hisoblanadi. Hujayra metabolizmida ATF markaziy o’rin egallab oksidlanishi, substratli va fotosintetik fosforlanish reaksiyalarining mahsuli bo’lib, organizmda akkumulyatorlik vazifasini o’taydi. Har qanday biologik jarayonlarda energiya manbai sifatida ATF xizmat qiladi. ATFdan tashqari bo’lgan trifosfatlar ham muayyan biologik vazifalarni bajaradilar. Jumladan, GTF oqsilning 11 translyatsiyasida, UTF uglevodlar sintezida va STF esa glitserofosfolipidlar biosintezida ishtirok etadilar. Nukleotidlarning molekulyar og’irligi 330 ga teng. Bakteriofag nuklein kislotasining molekulyar massasi 1,9.106 Da. Demak, tarkibida 5760 nukleotid qoldig’i bor (900000:330). Hujayrada oddiy nukleotidlardan tashqari yana siklik -3/,5/ -adenil va siklik 3/,5/ guanil kislotalar ham uchraydi: Siklik nukleotidlar biologik faol moddalar bo’lib, hujayraga tashqaridan keladigan xabarlar (gormon, neyromediator va boshqalar) uchun vositachilik rolini bajaradilar. Ular siklaza fermentlari yordamida sintezlanib, faolliklari esa har xil effektorlar, jumladan, gormonlar orqali boshqariladi. 3.3 Nuklein kislotalarning tuzilishi Nuklein kislota molekulalari nukleotidlarning polimerlanishi natijasida hosil bo’lgan polinukleotidlar zanjiridan iborat. Nukleotidlar qoldig’i bir-biri bilan fosfat kislota yordamida birikadi. Fosfat kislota har doim bir nukleotid tarkibidagi riboza (dezoksiriboza)ning uchinchi C-atomi bilan, ikkinchi nukleotid tarkibidagi riboza (dezoksiriboza)ning beshinchi C-atomi bilan murakkab efir bog’lari orqali bog’lanadilar. Buni quyidagi chizmada ko’rish mumkin: 12 Yuqoridagi polinukleotidlarning o’zaro bog’lanish tizimiga asosan ular qutblangan bo’lib, bir tomoni 5/-0-Fn guruhi bo’lsa, ikkinchi tomoni esa 3/-OH guruhi bo’ladi. 1.4. NUKLEIN KISLOTALARDAGI NUKLEOTIDLAR QATORINI ANIQLASH Nativ DNK molekulasini restriktaza fermenti yordamida bir nechta bo’lak – fragmentlarga bo’linadi. Fragmentlarning nukleotid qatori aniqlangandan so’ng, DNKning birlamchi strukturasini shakllantirish mumkin. DNKning birlamchi strukturasini aniqlashda bir nechta usullar qo’llaniladi. Jumladan, tozalangan (nativ) DNK kimyoviy reaksiyalar orqali birlamchi strukturasi aniqlanadi. Boshqacha usul esa, ferment yordamida sintezlangan DNK-nusha asosida birlamchi strukturasi shakllanadi. Ikkala usullar to’liq avtomatlashtirilgan. Sanger metodi nuklein kislotalarni sekvinirlash to’rtta nukleotidlarni har xil agentli fluoressentli usuli va ularni spektral tahlili asosida, kompyuter yordamida DNK yoki RNKlarning birlamchi strukturalari aniqlanadi. 13 Ayrim RNKlarning nukleotid qatorini spetsifik RNKazalar yordamida (Maksima – Gilbert usuli) sekvinirlash mumkin. Hozirgi kunda nukleotidlar qatori uzun bo’lgan RNKni (masalan, i-RNK) aniqlab, DNK molekulasida xuddi shu RNK sintezlanadigan genni sekvinirlash mumkin. Buning uchun RNK ajratilib, teskari transkriptaza fermenti orqali kDNK sintezlanadi va tadqiqot izlanishlarida ishlatiladi. Nuklein kislotalarning nukleotid qatori va o’ziga xos strukturalarni samaradorligi yuqori bo’lgan kompyuter dasturlari orqali ham aniqlanadi. Maxsus dastur yordamida DNK va RNKlarni nukleotid qatori, purin va pirimidinlarga boy bo’lgan qismlari, har xil dinukleotidlar zanjirida takrorlanish darajasini aniqlash mumkin. DNK molekulasining birlamchi strukturasini belgilovchi omillardan biri ikkita azot asoslarini joylanishidagi takrorlanishini o’ziga xosligi bilan xarakterlanadi. Jumladan, 5' – TSG – 3' va 5' – GTS – 3' takrorlanish darajasi prokariotlarda bir xil bo’lib, shunday holatlarni dinukleotidlar 5' – GA – 3' va 5' – AG – 3' ni joylanishida kuzatish mumkin. Lekin, virus, hayvon va o’simlik DNKlarida 5' – TSG – 3' va 5' – GTS – 3' takrorlanish darajasi 1/2 dan 1/5 gacha tashkil qiladi. Ta’kidlash lozimki, 5' – TSG – 3' qatoriga mansub bo’lgan joylanish eukariot DNKlarida kamroq uchraydi. Chunki, mazkur dinukleotid metillanish jarayonida nishon vazifasini bajarib, bir vaqtda yana u genlarning ekspressiyasida ishtirok etishi bilan xarakterlanadi. Mazkur xususiyatlarni hisobiga olingan kompyuterli dasturlar DNK yoki RNK nukleotid qatoridagi restriktirlovchi endonukleazalar ta’siri asosida spetsifik subnukleotidli segmentlarni aniqlash imkonini beradi. Aynan shu metodologiya asosida birlamchi strukturadagi gomologik qatorlarni, jumladan, genlarning oilaviy yaqin yoki uzoqligini ko’rsatuvchi omil hamdir. Kompyuter dasturlari orqali nukleotid qatori orqali aminokislota tiliga – genetik kod axborotiga o’tish mumkin. Xuddi shu usul orqali genomdagi har xil qismlarni, jumladan, gen-operator yoki promotorli nukleotidlar aniqlanadi. 14 1.5. NUKLEIN KISLOTALARDAGI KOMPONENTLARNING KONFORMATSIYALARI Nuklein kislotalar tarkibiga kiruvchi besh xil geterosiklik azot asoslari tekis konformatsiyaga ega. Mazkur molekulalarda joylashgan riboza bilan dezoksiribozalarning bir tekislikdagi konformatsiyalari energetik nuqtai nazardan makromolekula uchun turg’un holat hisoblanmaydi. 17-Rasm. DNK va RNK tarkibidagi uglevod qoldiqlarining ikki xil konformatsiyalari. C1' O va C4 uglevodlarning bir tekislikdagi holati, C2' yoki C3' holatdagi endokonformatsiyalari bo’lib, bir tekislikda bo’lmay uglevod atomlari egri- bugri holatda bo’ladilar. Polinukleotid tarkibida uglevodlarning aksariyat holda ikki xil shakli C2' – endo- yoki C3' – endokonformatsiyasi uchraydi. Erkin nukleozid va nukleotidlarda uglevodlarning C2' – shaklidan C3' – endo- yoki sin – va anti – konformatsiyalariga o’tish oson kechadi. Odatda polinukleotid zanjiri bir tekis holatda bo’lib, ularning shakli ko’proq anti – konformatsiyaga ega bo’ladi. Poliribonukleotidlarda uglevod 3' – endo- shaklida bo’lib, polidezoksiribonukleotidlarda esa u 3' – endo- va 2' – endokonformatsiya holatida uchraydi. Uning shunday holati RNKga nisbatan konformatsiya soni ko’p bo’lishini ko’rsatadi. 15 18-Rasm. Nukleotidlardagi konformatsiya xillari: A- C3' – endokonformatsiyasi; B – C2' endokonformatsiya 16 19-Rasm. Nukleotidlarning anti va sin – konformatsiyalari DNKning makromolekulyar strukturasi Oqsillarga o’xshash DNK ham birlamchi, ikkilamchi va uchlamchi strukturaga ega. 1.6. DNKning birlamchi strukturasi Dezoksiribonuklein kislota barcha tirik organizmlarda va ayrim viruslarda mavjud. U genetik (irsiy) axborotlarni o’zida saqlab, uni avloddan-avlodga 17 uzatishda bevosita ishtirok etadi. DNK molekulasining birlamchi strukturasida irsiy belgilar rejalashtirilgan, ular birin-ketin joylashgan dezoksiribonukleotidlar qatoridan iborat. DNK tarkibida to’rt xil dezoksiribonukleotid bo’lib, oqsildagi aminokislotalar sonidan kam bo’lsa ham ularning ketma-ket qator soni oqsildan uzun bo’ladi. Bakteriofaglar DNKsining nukleotid qatori unikal, ya’ni bir marta uchrab, boshqa qaytarilmaydi. Ayrim organizmlarda DNKdagi nukleotidlarning ketma- ketligi unikal bo’lsa ham, ayrim qismlarida qaytariladigan nukleotid qatori bir necha marta uchraydi (t-RNK va i-RNKlarning kodlovchi qismlari) jumladan, bateriyalarda. Eukariot genomlarda DNKning 60%ni strukturali, ya’ni oqsil sintezini belgilovchi qismlar tashkil qiladi. Hayvon DNKsining 10-25%ini tashkil qiluvchi bo’limlar qaytariladigan nukleotid qatoridan iborat bo’lib, ular ribosoma, t- RNK, gistonlar, immunoglobulinlarning genlaridan iborat. Ular DNK molekulasida bir gen ikkinchisi bilan ketma-ket joylashib, ularni qaytariluvchi tandemlar deyiladi. Ya’ni bir gen ikkinchi gendan speyser (inglizcha spaser-oraliq) orqali ajraladilar. Qaytariladigan nukleotid qatorlari, ularni satelit (kichik-sayyor) qismlaridir, bular xromosomaning sentromer qismida joylashib, uning bo’linishida va o’zaro bog’lanishida ishtirok etadi. Tabiiy manbalardan ajratib olingan DNKlarning nukleotid tartibini o’rganish natijasida AQSh olimi Chargaff va rus akademigi A.N.Belozerskiylar qator miqdoriy qonuniyatlarni aniqladilar. Bu qonuniyatlar quyidagicha ifodalanadi: 1. DNK molekulasidagi purin asoslari - adenin va guanin molyar konsentratsiyasining yig’indisi pirimidin asoslari - sitozin va timinning molyar konsentratsiyasi yig’indisiga teng: Pur=Pir yoki 18 2. Adeninning molyar konsentratsiyasi timinnikiga, guaninniki esa sitozinga teng: 3. DNK zanjiridagi 6-aminoguruhli asoslar miqdori 6-ketoguruhli asoslar miqdoriga teng, ya’ni adenin va sitozin molyar kontsentratsiyalarining yig’indisi guanin va timin molyar konsentratsiyalari yig’indisiga teng: 4. Guanin bilan sitozin molyar konsentratsiyalari yig’indisining adenin bilan timinning (DNK molekulasida yoki uratsil RNKda) molyar konsentratsiyalari yig’indisining nisbati turli manbalardagi nuklein kislotalarda turlicha bo’ladi. Bu spetsifiklik koeffitsienti deb ataladi va Т(U) А S G   shaklida ifodalanadi. Agar, Т А S G   ning qiymati birdan kam bo’lsa, bunday DNK AT tipga, agar uning qiymati birdan katta bo’lsa, GS tipga kiritiladi. Yuksak o’simliklar va hayvonlar DNKsi AT tipga mansub, zamburug’lar, suvo’tlar va bakteriyalarning DNKsi ko’pincha GS tipga mansub. Bu ko’rsatkichlarni o’simlik, hayvon va mikroorganizmlarning taksonomik qatorini aniqlashda foydalanish mumkin. 1953 yili D.Uotson va F.Kriklar quyidagi ilmiy ma’lumotlarga asosan DNKning modelini taklif qilishgan: 1. DNK 3'-5' – fosfodiefir bog’lari orqali bog’langan nukleotidlarning biopolimeridir. 2. DNK tarkibidagi nukleotidlar Chargaff qoidasiga bo’ysunadilar. 3. DNK molekulasi spiral shaklidagi struktura bo’lib, birdan ortiq polinukleotid zanjiridan iborat bo’lishi mumkin. 19 4. DNK molekulasining strukturasi vodorod bog’lari orqali stabil mustahkam holatda bo’ladi. 3.7 DNKning ikkilamchi strukturasi DNKning nukleotid tarkibi to’g’risidagi analitik ma’lumotlar asosida Uotson bilan Krik 1953 yilda DNK molekulasining qo’sh spirallarini bir-biriga o’ralgan tuzilishi to’g’risidagi g’oyani taklif etdi. Keyinchalik bu nazariya eksperimental tasdiqlandi. DNKning ikkilamchi strukturasini muvofiqlashtiradigan asosiy omillar quyidagicha: A va T o’rtalaridagi vodorod bog’lari bo’lib, bu juftlikda ikkita bo’ladi. G va S juftligida esa vodorod bog’lari uchta. Azot asoslarini komplementar (bir- birini to’ldiruvchi) deyiladi. Komplementar juft azot asoslari A-T va G-S lar faqat katta-kichik o’lchami bir xil bo’lishi bilan birgalikda, ularning shakli ham bir xilda bo’ladi. Qo’sh spiralli strukturaning o’zagi fosfat va dezoksiriboza guruhidan tashkil topgan. U fazoviy o’qqa nisbatan o’ngga buralish xususiyatiga ega. Spiralning ichki qismiga azot asoslari u fazoviy o’qqa nisbatan perpendikulyar joylashgan. Qo’sh spiraldagi har bir zanjir o’zaro antiparalel, ya’ni uning kimyoviy tuzilishi bir-biriga qarama-qarshi holda shakllanadi. Bir zanjirdagi bog’ 5/-3/ shaklida bo’lsa, ikkinchisida, aksincha 3/-5/ fosfat ko’rinishda (20-rasm) bo’ladi. 20 20-rasm. DNKning komplementar asoslari (A-T, G-S asoslar o’rtasidagi vodorod bog’lari) 21-rasm. DNKning modeli va chizmasi DNK modeliga asosan uning molekulasi qo’sh spiral hosil qiluvchi ikkita polinukleotid zanjirdan tashkil topgan. Har ikkala zanjir bitta umumiy o’qqa ega bo’lib, diametri 0,2 nm ga teng. Nukleotidlar qoldig’i bir-biriga nisbatan 360 C burchak hosil qilib joylashgan. Spiralning bir aylanasi 3600 C yoki o’rami 10 nukleotid qoldig’idan tashkil topgan. Spiralning bir o’rami orasidagi masofa 0,34 nm ga teng bo’lib, har bir nukleotid 0,34 nmni egallaydi (16-rasm). 21 DNK zanjirlarining pentoza fosfat guruhlari spiralning tashqi tomonida, azot asoslari esa ichki tomonida joylashgan. DNK molekulasining boshqa (A, B, C, Z va boshqa) shakllari ham kashf etilgan. Keyinchalik tadqiqot izlanishlari ko’rsatdiki, DNKning Uotson-Krik modeli qo’sh spiralning B – shakli ekanligi isbotlangan. Mazkur DNKning shu shakli hujayrada ko’proq uchrashi olimlar tomonidan ko’rsatilgan. 3.8 Nuklein kislotalar tarkibidagi geterosiklik azot asoslarining o’zaro ta’siri Makromolekulyar strukturali DNK tarkibidagi geterosiklik azot asoslari o’rtasidagi bog’lanishlar quyidagi usullar orqali amalga oshadi: 1. Komplementar azot asoslari o’rtasidagi kimyoviy bog’lar; 2. Vertikal holatidagi bir tekislikda joylashgan geterosiklik asoslarning o’zaro bir-birlariga ta’sir kuchlari (bunday ko’rinishdagi bog’lanishlarini steking deb ataladi). DNK molekulasidagi A – T va G – S juftliklar bir-birlariga hajm va shakl nuqtai nazaridan o’xshashdirlar. Mazkur juftliklar o’rtasidagi vodorod bog’lari energetik nuqtai nazardan makromolekula uchun mos bo’lib, bunday holatni elektronli komplementarlik deb ataladi. A – T ga nisbatan G – S juftlik mustahkam stabil holatda bo’ladi. Nuklein kislotalardagi azot asoslari gidrofob bo’lib, suvli muhitda o’zaro bir- birlariga yaqinlashib, suv molekulalaridan uzoqlashadilar. Geterosiklik azot asoslarning to’plam holatiga kelishida (steking – ta’sir kuchlar) Van-der-vals bog’lari asosiy rolni o’ynaydi. Steking – ta’sir kuchlari dubleksning (qo’sh spiralli DNKda) komplementar juftliklarning tarkibiga va nukleotid qatoriga bog’liq. DNKning gipo- va giperxrom effektlari polinukleotid tarkibida steking holatidagi bog’lanishlar borligini ko’rsatadi. Makromolekuladagi vodorod bog’larini buzuvchi omillar (harorat 800C dan ortiq bo’lsa, pHning o’zgarishi, ion ko’rsatkichlari, mochevina ta’siri va boshqalar) 22 DNK molekulasining denaturatsiyasiga sabab bo’ladi. Mazkur jarayonda qo’sh spirallarning fazoviy joylanishi o’zgarsa ham kovalent bog’lar o’zgarmaydi. Qo’sh spiralli DNK molekulasi denaturatsiyaga uchraganda tarkibidagi zanjirlar bir- birlaridan to’liq yoki qisman ajraladi. Molekulasida o’zgarishlar bo’lgan- denaturatsiyalangan DNK ultrabinafsha nurlarni yutish qobiliyati juda baland bo’ladi. Bu jarayonga sabab, erkin purin va pirimidin azot asoslarining UB nurlarini yutish darajasi yuqori bo’lganligidir. DNKning bunday holatiga giperxromli effekt deb ataladi. Giperxromli DNKning yopishqoqlik darajasi nativ molekulaga nisbatan pasayib ketadi. DNK molekulasi nativ holatiga, ya’ni renaturatsiyaga kelganda azot asoslari “ekranlanishi” natijasida UB-nurlarni 260 nmda yutish qobiliyati past bo’ladi, bunday DNK holatiga gipoxromli effekt deb ataladi. DNK molekulasini ikkita zanjirga ajralishi muayyan harorat darajasida sodir bo’ladi. Mazkur jarayonning o’rtachasini DNK molekulasining erish nuqtasi deb ataladi. Haroratga bog’liq DNK erishi standart sharoitlarga (pHning har xilligi, ion kuchlarga azot asoslarining o’zaro munosabatlariga) bog’liq. DNK molekulasida G- S juftligi ko’p bo’lsa, erish harorati yuqori bo’ladi. A-T juftida esa, vodorod bog’lari kam bo’lganligi uchun, erish temperaturasi past bo’ladi. 3.9 DNK molekulasining polimorfizmi Hozirgi kunda DNK molekulasining besh xil konformatsion holati (shakli) (A, B, S, D va Z-shakllari) aniqlangan. O’ng tomonga buralgan DNK zanjiri ikki xil ko’rinishda (pentozaning konformatsiya holati C3' – endo- bo’lsa) A- va (dezoksiribozaning konformatsiya holati C2'-endo- bo’lsa) B shakllarda namoyon bo’ladi. Bularning shunday har xil shakllarda bo’lishlari eritmadagi tuzlarning konsentratsiyasiga, haroratga, DNKning har o’ramiga to’g’ri keladigan nukleotid qoldiqlarining soniga va makromolekulaning o’rtasidagi hayoliy o’tgan o’qiga nisbatan azot asoslarini joylanishlari va burchaklariga bog’liqdir. A – shakldagi DNKda C3'- endokonformatsiya fosfatli guruhlarning o’rtasidagi masofani qisqartiradi, natijada makromolekuladagi juft nukleotidlar 23 orasidagi masofa torayib, egatchalar orasida nukleotidlar soni ko’payadi. DNKning bir o’ramiga 11 nukleotid qoldig’i to’g’ri keladi. A-shakldagi DNKda juft azot asoslari umumiy o’qqa nisbatan perpendikulyar bo’lmay, balki og’ishgan 20˚ atrofida bo’lib, asoslar B-shaklga nisbatan uzoqroq joylashgan bo’ladi, go’yo tepadan kuzatilsa nayga o’xshash ko’rinadi. DNKning A – ko’rinishida stekingli bog’lanishlar azot asoslari o’rtasida faqat bir zanjirdagilar o’rtasida bo’lmay har xil zanjirdagi asoslar o’rtasida ham sodir bo’ladi. Bunday jarayon geterosiklik asoslarning Uotson va Krik bo’yicha DNK modeli DNKdagi umumiy o’qiga nisbatan har xil qiymatga ega bo’lgan burchaklar hosil qilishidan kelib chiqadi. Noqulay sharoitda ayrim bakteriyalar sporalarga aylanib, 24 uzoq muddat davomida faol bo’lmagan holda bo’ladilar. Faol holda bo’lmagan bakteriyalardagi DNK alohida A – shakldagi sporali oqsillar bilan o’ralgan bo’ladi. Noqulay sharoitda sporali oqsillar DNKni B – shakldan A – ko’rinishga o’tkazib, ultrabinafsha nurlarining ta’siridan saqlaydi. 22-rasm. A- va B-shakldagi DNK molekulasi tarkibidagi polinukletid zanjirlarining fazoviy strukturasi. Chap vertikal umumiy o’q spirali, azot asoslar DNK molekulasining B, S, D shakllari bir-birlariga o’ta oladilar. DNKning A-ko’rinishi transkripsiyada, genetik axborotni DNKdan RNKga berilishida (DNK – RNKli gibrid molekula hosil bo’lishida), B-shakli esa replikatsiyada ishtirok etadi. Genetik axborotni xromatin tarkibida saqlanishi DNKning S-ko’rinishiga tegishlidir. Eritmada tuzlarning (NaCl, MgCl2) konsentratsiyasi ko’payib ketsa DNK Z-shaklga aylanadi. Mazkur shaklda nukleozidlarni bog’lovchi fosfor atomlari zigzag shaklda bo’lganligi uchun DNK Z-ko’rinishni olgan. DNKning Z-shakli makromolekulaning o’ta spiral holatiga o’tishida va genomning ekspressiyasida regulyatorlik vazifasi o’tashini olimlar taxmin qilmoqdalar. 25 Har xil shakldagi DNK molekulalari kichik va katta egatchalarga ega. DNK molekulasida bu egatcha (kichkina tarnov) har xil komplekslar hosil qilishda ishtirok etadi. DNKdagi shunday kichkina joylar suv molekulalari va metall ionlarini bog’laydigan qismlar bo’lib, molekulani stabillashtiruvchi va steking bog’lanishlarni kuchaytiruvchi omil hisoblanadi. DNKning gidratatsiyasi, uning A-shaklidan B-ga o’tishda va teskari yo’nalishini ham yengillashtiradi. Makromolekuladagi kichik egatchadagi dezoksipentozalar kationlarni bog’lashda qatnashadilar. Mazkur omillar DNKning har xil konformatsiya ko’rinishlari va uning dinamik holatini belgilashda asosiy rol o’ynaydi. Polidezoksiribonukleotid qatorining ayrim qismlarida bispiral strukturalar uchraydi. Mazkur strukturadagi nukleotidlar qatori invertirlangan yoki palindromli zanjir bo’lib, tarkibida bir necha ming asoslar bo’lishi mumkin. Palindromli (palin – yunoncha – teskari, drome - yugurish) harflarning joylanishi va ularni chapdan o’ngga yoki o’ngdan chapga o’qiganingizda ma’no o’zgarmaydi. Masalan, “non” yoki “rotator”. Bu so’z qo’sh spiralli DNKning ichki qismidagi ikkilamchi qaytarilma segmentlarida shakllangan nukleotid zanjiridan iborat. Ichki zanjirda bunday qaytarmali nukleotid qatori o’zaro komplementar strukturani yoki shpilka va but shakllarni hosil qilish mumkin. DNKning palindromli strukturalari nuklein kislota bilan oqsil o’rtasidagi munosabatlarda ishtirok etishi aniqlangan. 26 23-rasm. Nukleotidlarning shpilkali va but shaklidagi palindromlari. 27 3.10 DNK strukturasining xillari DNK molekulasi bir tekis-ipsimon yoki halqa-g’ildirak shakllarda bo’lishi mumkin. Bakteriya tarkibidagi plazmida, mitoxondriya, xloroplastlardagi DNK va sutemizuvchilardagi viruslarning genomi kovalentli bog’ bilan bog’langan halqali dubleks shakldagi makromolekuladan iborat. Hujayrada DNK har vaqt qo’sh zanjirli bo’lmaydi. Bakteriya, o’simlik va hayvonlarning ko’pchilik viruslari bir zanjirli kovalentli ulangan halqali DNK shakliga ega. Lekin, har qanday virus DNKsi replikatsiya jarayonida bir zanjirdan tashkil topgan halqali DNK qo’sh zanjirga shakllanib, yana qaytadan bir zanjirli halqali virus avlodiga aylanadi. Ta’kidlash lozimki, mazkur genlarning ekspressiya jarayoni har vaqt DNK qo’sh zanjir bo’lganda amalga oshadi. Xuddi shu shakldagi DNK, RNK uchun transkripsiyada substrat bo’lib xizmat qiladi. DNKning uchlamchi strukturasi bir tekis va halqali DNKning spiral va super (o’ta) spirallanishi bilan xarakterlanadi. Tirik organizmlarda DNK molekulasi aksariyat qo’sh zanjirli bir tekisli uzun yoki halqa-g’ildirak shaklda bo’ladi. Shunga asosan irsiy axborotni uzatilishida topologiyali muammolar paydo bo’ladi. Mazkur jarayonda ijobiy yoki salbiy o’ta spirallashgan va har xil halqali DNK molekulalari sintezlanadi. Mazkur tizimga DNKning replikatsiyasi misol bo’ladi. Replikativ ayrining harakati DNK molekulasining yangi zanjirining hosil bo’lishi bilan xarakterlanadi. Sintezlangan DNK molekulasi uzun bo’lganligi uchun replikativ qo’sh spiralning markaziy o’qi orqali aylanish harakatiga to’sqinlik qilar ekan. Shunday jarayonda ona DNK zanjirida har xil shakldagi o’ta spirallanish sodir bo’ladi. 28 24-rasm. Qo’sh spiralli DNK shakllari. 1-chiziqli struktura; 2-aylana shakldagi DNK; 3-halqali superspiral; 4-ixcham o’ralgan struktura. Natijada DNK molekulasidagi o’ramlar masofasi qisqarib, ulardagi dezoksinukleotidlar soni ko’payadi. Replikativ ayrining harakati oxirlashganda DNK molekulasida har xil shakldagi tugunchalar paydo bo’ladi. DNKning o’ta spirallanishi transkripsiya jarayonida ham sodir bo’lishi mumkin. O’ta spirallashgan DNK molekulasida qo’zg’algan elektronlarni ko’p bo’lganligi uchun energiyaga boy bo’ladi. Mazkur molekula relaksir (oddiy-tinch) holatga o’tishida, uning har xil shakldagilari (B-holatdan Z-shaklga) yordam beradi. Ayrim o’ta spirallashgan molekulalar oqsillar bilan bog’lanishda va DNK molekulasini replikatsiyasini jadallashtirishda ishtirok etishi aniqlangan. 29 Ko’rsatilgan har xil topologik muammolarni DNK-topoizomeraza fermentlari ijobiy hal qiladi. O’ta spirallashgan DNK molekulasini topoizomerazalar relaksiv holatiga keltirib, ichki qo’zg’algan energiyani tarqatib yuboradi. Bu jarayonda har xil o’ta spirallashgan DNK molekulasini ferment ayrim joylardan kesib, yana bog’lab (ligirlab) ularni bir yoki qo’sh zanjirli holatiga keltiradi. Ikki xil topoizomeraza (I va II) hujayralarda faoliyat ko’rsatadi. DNK-topoizomeraza I monomerli oqsillar bo’lib, DNKni relaksir holatga energiya sarflamay bir tekisli ipsimon dezoksinukleotid zanjirining ayrim qismlarida kesmalar hosil qiladi. Topoizomeraza II dimer (eukariotlarda) va tetramer (prokariotlarda) holatda ATF ishtirokida faoliyat ko’rsatadi. Mazkur ferment nukleotid zanjirida kesilgan qismlarni (ligirlash) bir-biriga bog’laydi. Topoizomeraza II – DNK zanjirida ayrim nukleotid qoldiqlarini bir nuqtadan ikkinchi joyga ko’chirish quvvatiga ham ega. Mazkur ferment DNK molekulasidagi har xil tugunchalarni hosil qilishda va yana o’z holiga keltirishda ishtirok etadi. Ko’rsatilgan fermentlar DNKning replikatsiya, elongatsiya va terminatsiya jarayonlarida ham ishtirok etadi. DNK – topoizomeraza II eukariot organizmlar uchun juda zarur bo’lib, xromatin va xromosomalarning shakllanishi va faoliyatida ishtirok etishi aniqlangan. 3.11 RNK molekulasining struktura va funksiyalari Har qanday hujayrada RNK miqdori DNKga nisbatan 5-10 marta ko’p uchraydi. RNKning asosiy funksiyasi translyatsiya jarayonida genetik axborotni oqsil tiliga aylantirishda, ayrim holatlarda endonukleazalik vazifani va har xil bosqichlarda genlarning ekspressiyasida ishtirok etadi. Ayrim viruslarning (retrovirus, ko’pchilik hayvon, o’simlik va hasharot viruslari) genomi bir yoki qo’sh zanjirli RNK molekulasidan iborat. RNKning turlari. Har xil hujayralarda quyidagi RNK xillari uchraydi: ribasoma (rRNK), transport (tRNK) va informatsion (iRNK). Ko’pchilik 30 hujayralarda yana kichik yoki sitoplazmatik RNK (ksRNK), eukariotlarda kichik yadroviy RNK (kyRNK) (3-jadval) mavjud. Hamma RNKning 80-85% ni rRNK, 10%ni 100 xil tRNK, xabar beruvchi RNK – 5% ni, kichik yadroviy, sitoplazmatik va hali vazifasi noma’lum bo’lgan RNKlar 2% ni tashkil qiladi. Hozirgi kunda ko’pchilik RNK, jumladan, tRNK, rRNK, iRNK va kyRNKning birlamchi strukturalari, ulardagi asosiy qonuniyatlar har xil organizmlarda aniqlangan. Tabiiy RNKlarning aksariyatlari birlamchi strukturali, bir qator poliribonukleotid zanjiridan iborat. Bir qatorli RNK zanjirining ayrim qismlarida xuddi oqsillarga o’xshash ikkilamchi strukturalar hosil qilishi mumkin. Poliribonukleotid qo’sh zanjirlar qatoridagi o’zaro antiparallel Uotson-Krik juftliklari (AU va GS) asosida shakllanadi. Qo’sh zanjirli RNK molekulasida GU juftliklari ham tez-tez uchrab turadi. RNK molekulasining qo’sh zanjirli qismlari komplementar va bir tekislikdagi kimyoviy bog’lar orqali stabil holatga keladi. RNKning ayrim qismlari azot asoslari o’rtasidagi hosil bo’ladigan kuchli steking bog’lanishlar asosida spirallashgan konformatsiyaga ega bo’ladi. 31 ASOSIY RNK TURLARI 3-jadval № RNK turlari Hujayradagi o’rtacha miqdori Nukleotid- larning o’rtacha soni Tarqalishi 1 Transport RNK (tRNK) 80-100 75-90 P.E. 2 Ribosom 5 S RNK (rRNK) 1-2 120 P.E. 3 Ribosom 5,8 S RNK (rRNK) 1 158 E. 4 Ribosom 16S RNK (rRNK) 1 1600 P. 5 Ribosom 23S RNK (rRNK) 1 3200 P. 6 Ribosom 18S RNK (rRNK) 1 1900 E. 7 Ribosom 28S RNK (rRNK) 1 5000 E. 8 Informatsiya RNK (iRNK) Ming atrofida O’zgarib turadi P.E. 9 Geterogenli yadroviy RNK (gy RNK) Ming atrofida O’zgarib turadi E. 10 Kichik sitoplazmatik RNK (ks RNK) Bir necha o’n atrofida 90-330 P.E. 11 Kichik yadroviy RNK (ky RNK) Bir necha o’n atrofida 58-220 E. * P – prokariotlar, E - eukariotlar S – Svedberg birligi (sedementativ konstantasi) 32 Bir zanjirli makromolekulyar RNK fiziologik sharoitlarda ikkilamchi strukturalar bir-birlariga o’ralgan, ixcham shakldagi uchlamchi strukturaga shakllanadi. Virus va ribosom RNKlarning ikkilamchi strukturalari tahlil qilinganda bir zanjirli polipeptid qismini tepasidagi tugunchalar qo’sh spiralli komplekslar hosil qilib, ularning o’zaro bir zanjirli segmentlari orqali bog’lanishi natijasida “psevdotugunchalar” hosil qiladi. 25- rasm. “Psevdotugunchalar” (A) RNK molekulasining bosh qismida joylashgan tugunchaning komplementar qismlarining bog’langan ko’rinishi. Bir zanjirli RNKda “psevdotugunchalarning” fazoda ko’rinish modeli (B). RNKning uchlamchi strukturasini ikki valentli ionlarning fosfatli guruhlar va azot asoslari bilan bog’lanishi molekulani mustahkam stabil holatga kelitiradi. 3.12 Transport RNK Transport RNKning asosiy vazifasi aminokislotalarning faollanishida, ularni ribosomalarga tashilishida ishtirok etishidir. t-RNK teskari transkripsiyada tomizg’i- zatravka (praymer) sifatida ham xizmat qiladi. t-RNK tarkibida 70-90 nukleotid qoldig’i bo’lib, molekulyar massasi 25000 atrofida. Mazkur RNK asosan hujayra 33 suyuqligida uchrab, uning ikkilamchi strukturasi “beda bargi”ni eslatadi (26-rasm). Hujayrada har bir aminokislota uchun bir, ikki yoki ko’proq t-RNK to’g’ri keladi. 26-rasm. T- RNK molekulasining tuzilishi. t-RNKlar qanday aminokislotalarni tashilishiga qarab t-RNKval, t-RNKley va hokazo shaklida yoziladi. Ko’pchilik t-RNKlarning oxirgi 5'-tomoni guanin, ikkinchi akseptori 3'- uchi esa trinukleotid TSTSA bilan yakunlanadi. Transport RNKning ikkilamchi strukturasi to’rt yoki beshta qo’sh zanjirli shaxobcha va bir necha tugunchalardan iborat. t-RNK tarkibida akseptor, antikodon, digidrouridil (D), psevdouridil (TΨS) qismlari va yana qo’shimcha shaxobchalarni tutadi. Ma’lumki, t-RNK akseptor qismi TSTSA nukleotid qoldiqlaridan iborat bo’lib, adenindagi ribozaning gidroksil guruhiga aminokislota bog’lanadi. Transport RNK bilan aminokislotaning bog’langan birikmasini aminoatsil – t-RNK (aatRNK) 34 deb ataladi. Ular oqsil sintezida adaptorlik funksiyani bajarib, uch harfli kodonni 20 harfli (aminokislotali) polipeptid zanjiriga aylantiradi. Transport RNKning antikodonli tugunchasi o’ziga xos uchta nukleotiddan tashkil topgan triplet bo’lib, u i-RNKdagi kodon bilan bog’lanishida ishtirok etadi. Psevdouridinli tuguncha (TΨS) t-RNKda yettita nukleotiddan tuzilgan bo’lib, tarkibida psevdouridin azot asosini tutadi. t-RNKning mazkur qismi ribosoma bilan bog’lanishida qatnashadi. Transport RNK 12 ta nukleotid qoldig’idan tashkil topgan, digidrouridinli (D) qism ham mavjud. Ushbu tuguncha aminoatsil-tRNK-sintetaza fermenti bilan bog’lanadi. Transport RNK tarkibida qo’shimcha tugunchalar ham mavjud. Ular ko’proq t-RNKlarni guruhlarga ajratishda belgi sifatida xizmat qiladi. Transport RNKlarning 75% birinchi guruhlarga kirib, ulardagi qo’shimcha tugunchalar 3-5 juft asoslaridan iborat. Ikkinchi guruhdagi t-RNKlar 13-21 ta juft azot asoslarini tutib, ulardagi tugunchalar aksariyat bir-birlari bilan bog’lanmaydilar. Transport RNKning fazoviy shakli tirsaksimon-bukilgan uchlamchi strukturaga ega. Azot asoslarining 60% metillangan holda bo’ladi. 3.13 Ribosom RNK Yuqori molekulali ribosom RNK ribonukleotid zarrachalarining asosiy strukturasi bo’lib, ribosomalardagi 30-40S va 50-60S subbirliklarning shakllanishida bevosita ishtirok etadi. Ribosom RNK translyatsiya jarayonida i- RNK va aminoatsil-tRNK bilan bevosita aloqada bo’ladi. Ribosom RNKning molekulyar massasi katta bo’lib (35000 – 1000000), tarkibida 100-3100 ta nukleotid qoldig’idan iborat. Mazkur RNKning ikkilamchi strukturasi deyilganda, polinukleotid zanjirning bukilgan spiralli qismlari tushuniladi. Ribosom RNKning uchlamchi strukturasi tayoqcha yoki dumaloq-doira shaklida bo’lib, tashqi tomoni oqsillar bilan o’ralgan. Kichik molekulali 5S r-RNK oqsillar bilan birgalikda ribosomaning subbirligi bo’lib, peptidiltransferazali markaz bilan oqsil tabiatli (EF-G) domenlar o’rtasida vositachi bo’lib xizmat qiladi. Ribosom RNKning tarkibida azot asoslaridan guanin 35 va sitozinlar oddiy nuleotidlarga nisbatan ko’p miqdorda bo’ladi. Yuqori molekulali RNKning ikkilamchi strukturasida qo’sh zanjirli qismlar va tugunchalar uchrab turadi. Hamma ribosom RNKlar 5S-RNKdan tashqari hujayraning yadrochasida shakllanadi. Yadrochada yuqori molekulali RNK va oqsillar ishtirokida ribosoma hosil bo’ladi. Ribosomadagi oqsillar gistonlarga o’xshash asosli xususiyatga ega bo’lib, strukturali va fermentativ funksiyani bajaradi. Ribosomalar endoplazmatik to’rning ustki qismi, sitoplazma, yadrocha, mitoxondriya, xloroplastlarda uchraydi. Ular ikkita subbirliklardan tashkil topgan. Hajmi va molekulyar massasi bo’yicha ribosomalar uch guruhga bo’linadi: 1. 70S ribosom prokariotlarga tegishli bo’lib, 30S va 50S subbirliklardan tashkil topgan. 2. 80S ribosom eukariotlarga xos bo’lib, 40S va 60S birliklardan iborat. 3. Mitoxondriya va xloroplastlarda bo’ladigan ribosomalar bo’lib, ular 70Sni tashkil qiladi. 80S ribosomning kichik birligi bir molekula RNK (18S) va 33 xil oqsil molekulasidan tashkil topgan. Katta birlikda esa, uch xil RNK (5S, 8S, 28S) va 50 ga yaqin oqsil molekulasidan iborat. Ribosoma oqsillari ribosomaning strukturasini mustahkamlashda va fermentativ vazifani bajarishda ishtirok etadilar. Ribosomada kichik va katta birliklar o’zaro magniy ionlari orqali bog’lanadilar. Ribosomada ikkita jo’yak (ariqcha) bo’lib, biri m-RNK ni bog’lashda, ikkinchisi esa polipeptid zanjirini uzaytirishda xizmat qiladi. Bulardan tashqari, ribosomada ikkita markaz joylashgan. Birini aminoatsil (A-markaz), ikkinchisi peptidil (P-markaz) bo’lib, ular oqsil sintezini amalga oshirishda xizmat qiladi. RNK ning uchinchi turi informatsion RNK (i-RNK) yoki vositachi m-RNK (mesenjer) deb ataladi. RNK ning bu turi umumiy RNK ning 5% ini tashkil etadi. U ham sitoplazmada va yadroda uchrab, nukleotid tarkibi bo’yicha DNK molekulasining muayyan bir qism nukleotidlarining nusxasi hisoblanadi. Bu RNK DNK molekulasidagi axborotni oqsil sintezlaydigan orgonoid-ribosomalarga olib boradi. i-RNKning molekulyar massasi bir millionga yaqin bo’lib, ularning 36 nukleotid tarkibi sintezlanayotgan oqsilning molekulyar og’irligiga qarab har xil bo’ladi. i-RNKning sintezlanishi yadroda boshlanib, so’ng sitoplazmaga o’tib ribosomaga o’rnashadi va oqsil sintezida qolip (matritsa) rolini bajaradi. Informatsion RNK bir necha qismlardan tashkil topib, uning informativ qismi oqsil sintezida matritsa vazifasini bajaradi. Informativ bo’lmagan qismi poliadenin fragmentlaridan tashkil topgan (50-400 nukleotid qoldig’idan iborat). i-RNK molekulasidagi poli A yonida 30 nukleotiddan tashkil topgan akseptor qismi bo’lib, u ribosoma bilan bog’lanishda ishtirok etadi. Molekulaning 5/ oxirida alohida struktura bo’lib, uni KEP (inglizcha cap-qalpoq) deb ataladi. U 7-metil guanozintrifosfat bo’lib, RNKni ferment ta’siridan saqlab, translyatsiyada ishtirok etadi. i-RNK molekulasidagi noinformativ qismi, molekulani bir me’yorda turishini ta’minlaydi. Informatsion RNKning sintezi yadrodan boshlanib, sitoplazmada yakunlanishiga RNK ning yetilish jarayoni deyiladi. Viruslar RNKsi alohida guruhni tashkil etadi. U birinchi navbatda vazifasi jihatidan hujayralar RNKsidan farq qiladi. Ularni genetik RNK deb ham ataladi. Uning molekulyar massasi katta bo’lib, 106-107 atrofida bo’ladi. Ribonuklein kislotalar (RNK) ning kimyoviy tuzilishi DNK ga o’xshash, faqat RNK tarkibida timin o’rnida uratsil va dezoksiriboza o’rnida riboza uchraydi. Ular asosan UMF, SMF, AMF va GMFlardan tashkil topgan. RNK ham nukleotidlarning bog’lanishi xuddi DNK ga o’xshash, ya’ni nukleotidlar o’zaro fosfodiefir bog’lari orqali birikadilar. RNK molekula tarkibida oz miqdorda bo’lsa-da, 5-metilsitozin, 1- metilguanin va psevdouratsillar uchraydi. RNK molekulasi bitta polenukleotid zanjiridan tashkil topgan bo’lib, uning fazoviy konfiguratsiyasi beqaror bo’ladi. RNK ning ayrim qismlari bir-biriga yaqin kelib, o’zaro vodorod bog’lari bilan birikadi va spiral struktura hosil qiladi. Bunday strukturalar RNK xillariga qarab har xil shaklda bo’ladi. RNKlarning molekulasida spirallashgan qismlar bilan bir qatorda spiral bo’lmagan joylar ham uchraydi. Akademik A.S.Spirinning ko’rsatishicha, eritmaning ion kuchi, harorati va boshqa 37 omillarga qarab, RNK ning makromolekulalari har xil strukturaga ega bo’lishi mumkin. 38 27-rasm. Eukariot i-RNK umumlashgan strukturasi. A-rasmda NTB-notranslyatsiya bo’limi; AUG-qismi esa initsirlovchi kodon. B-rasmda i-RNK molekulasini bir bo’lagi. 39 Hujayra tarkibida boshqa xildagi RNKlar ham uchraydi. Ularga quyidagilar kiradi: 1. Yadroviy geterogenli RNK (yg RNK), ular yadroda ko’p genlarning aralashmasidan iborat. Ularning ayrimlari birlamchi transkriptlar, yana bir xillari esa qisman shakllangan bo’lib, intronlar ularda bo’lmaydi. 2. Kichik yadroviy RNK (ky RNK) – yadroda qisqa molekulali bo’lib, tarkibida 63 tadan 220 tagacha nukleotid qoldig’i bo’ladi. Ushbu RNKlar o’z molekulasida ko’p miqdorda uratsil tutib, ularni U-RNK ham deb ataladi. U-RNKning asosiy vazifasi i-RNK splaysingida ishtirok etishidir. 3. Hujayra suyuqligida kichik sitoplazmatik RNKlar bo’lib, tarkibida 90 dan 330 gacha nukleotid qoldig’idan iborat. Ular endoplazmatik to’rning lipid qatlamidan oqsillarni tashilishini ta’minlaydi. 3.14. “RNKli dunyoning” konsepsiyasi DNK va RNK funksiyalarini chog’ishtirma asosida tahlil qilinsa, RNK molekulalarining metabolizmida funksiyasi DNKga nisbatan juda ko’p ekanligiga ishonch hosil qilish mumkin. Ma’lumki, uzoq yillardan beri fanda quyidagi biologik dogma hukmron bo’lib kelmoqda (DNK→RNK→oqsil) edi. Teskari transkripsiya jarayonining ixtiro qilinishi yuqoridagi tizimda genotipning fenotipga aylanishidagi RNKning roli juda keng ekanligini ayon qildi. RNK tutuvchi viruslar RNKning sintezida o’zlarining RNKlari qolip (matritsa) vazifasini bajaradi. Xuddi shunday jarayon yuqori organizmlarda DNK sintezida ham RNK qolip vazifasini o’tishi mumkinligi aniqlangan. Demak, genetik axborot RNKdan bir tomonga bo’lmay – oqsil va teskari DNK yo’nalishiga ham, ya’ni ikki tomonlama tarqalishi mumkin ekan. Replikatsiya, transkripsiya va translyatsiya jarayonlarining molekulyar- genetik mexanizmlarni tahlil qilsak, RNK molekulalarini nihoyatda keng polifunksional xususiyatga ega ekanligiga shohid bo’lamiz. Hayotiy jarayonlarda 40 RNK molekulalarining qanday vazifalar bajarishini quyidagi ilmiy dalillar asosida isbot qilinadi: Uzoq yillardan ma’lumki, RNK irsiy belgilarni DNKdan ribosomaga tashishda vositachilik (i-RNK) vazifasini bajaradi. Ribosoma strukturasining shakllanishida RNK (r-RNK) ishtirok etadi. Transport RNK lar esa aminokislotalar uchun spetsifik akseptor va ularni ribosomaga tashilishida xizmat qiladi. DNK replikatsiyasida RNK tomizg’i (zatravka) rolini bajarib, dezoksiribonukleotid zanjirini komplementar molekulalarini initsiatsiyasida RNK praymer vazifasini o’taydi. Maxsus RNK (RNK I) DNK replikatsiyasining initsiatsiyasidagi boshlang’ich nuqtalarida regulyatorlik vazifasini bajarib, bir vaqtda yana praymer bilan bog’lanishi natijasida DNKning biosintezini to’xtalishiga sababchi bo’ladi. RNK qolip sifatda DNK molekulasidagi telomerlarning uzayishida ishtirok etadi. Demak, RNK-matritsa ferment telomerazalarning muhim komponenti hisoblanadi. RNK molekulalari o’zlarining yetilish-protsessingida faol qatnashadi. Sodda organizlarda RNK autosplaysing xususiyatigi ega bo’lib, fermentlarsiz RNK molekulasidagi ma’nosiz intronlarni qirqib ma’noli qismlar bo’lgan ekzonlarni bir- biriga ulaydilar. Autosplaysing xususiyatini yo’qotgan organizmlarda protsessing jarayoni kichik yadroviy RNKlar (ky RNK) bajaradilar. Oqsil biosintezida (translyatsiya) RNK molekulalari asosiy rol o’ynaydi. Ular ribosoma subbirliklarini va poliribosomalarning shakllanishida qatnashadi. Ribosoma i-RNKni qabul qilgandan so’ng, u passiv ribosomadan faol holatga o’tadi. Ribosomada i-RNK bilan t-RNKlarning o’zaro munosabatlari asosida nukleotid tilidagi genetik axborot oqsil tiliga – fenotipga aylanadi. Peptid bog’ining hosil bo’lishi (transpeptidlanish) ribosomaning i-RNK bo’ylab harakatida (translokatsiya) asosiy omil sifatida r-RNK ishtirok etadi. Informatsion RNKning fazoviy strukturasi translyatsiyaning tezligiga, regulyatorli oqsillarning RNK bilan bog’lanishiga va ularning faolligiga ta’sir qiladi. 41 Sintezlangan oqsillarning posttranslyatsiya modifikatsiyasida ham shakllanayotgan polipeptidlarga RNK bog’lanib, RNK-tutuvchi fermentlar (RNK- aza, telomeraza) hosil bo’ladi. Yana shuni ta’kidlash lozimki, biokimyoviy jaranlarda bevosita ishtirok etuvchi fermentlarning kofermentlari ribonukleotidlardir (NAD, FAD, ATF va boshqalar). RNK molekulalari autosplaysing xususiyatiga ega bo’lib, ular oqsil- fermentlarga o’xshash katalitik faoliyatni bajaradilar. Ribozimlarni (RNK-ferment) ixtiro qilinishi tirik tabiatdagi RNKlarning roli katta ekanligi aniq bo’ldi. Ilmiy dalillarga asosan birlamchi hayotning shakllanishida RNK yetakchi rol o’ynagan deyish mumkin. Mazkur nazariya quyidagi ilmiy omillarga asoslanadi: Ma’lumki, RNK genetik axborotlarni o’zida saqlab, uni uzatishda ishtirok etadi. Jumladan, hozirgi kunda faoliyat ko’rsatib kelayotgan RNK-tutuvchi viruslar yuqoridagi fikrga misol bo’ladi. Virusli RNKlar rekombinatsiya xususiyatiga ega bo’lib, mazkur jarayonda virus va begona hujayra RNKlari ishtirok etadi. Hayotiy jarayonlarning boshlanishida noorganik polifosfatlar ham metabolizmda bevosita qatnashgan degan taxminlar mavjud. Noorganik polifosfatlarning ta’sirida nukleotidlar bir-birlari bilan bog’lanib biopolimerlarni hosil qilgan bo’lib, ular o’z navbatida “qolip” vazifasini bajarib, komplementar nusxali molekulalar paydo bo’lgan bo’lishi mumkin. Evolyutsiya jarayonining keyingi bosqichlarida faol RNKlar saralanib, o’zida genotip va fenotip xususiyatlarni tutgan, fermentativ funksiyani bajaradigan, rekombinatsiyali mustaqil shakllangan molekulalarga aylangan. Biokimyoviy reaksiyalarning evolyutsiyasida, ayniqsa hujayra paydo bo’lgandan so’ng, RNKning ma’lum funksiyalari DNK va oqsillarga o’tgan. Hozirgi mavjud RNKlar ham hayotiy jarayonlarda muhim biologik funksiyalarni (fenotip) bajarishda DNK va oqsillardan farq qiladi. RNKlarning aksariyat fraksiyalari o’zlarini muhofaza qilish va saqlashga qaratilgan. 42 Metabolizmning ko’p tizimlarida DNK va oqsillarga nisbatan RNKlar ko’proq hayotiy funksiyalarni bajaradilar. Sinov savolari 1. Nuklein kislotalarning biologik ahamiyati va kimyoviy tarkibi. 2. Purin va pirimidin azot asoslari va ularning hosilalari. 3. Minor azot asoslari va ularning ahamiyati. 4. Azot asoslarining tautomer holatlarini yozib, mohiyatini ayting. 5. Nuklein kislotalardagi “shtrix” belgisi nimani anglatadi? 6. Nukleozid va nukleotidlarni ta’riflab misollar yozing. 7. Nukleozid trifosfatlardan misollar keltirib, formulalarini yozing. 8. Siklik nukleotidlarga misollar keltiring va formulalarini yozing. 9. Nukleotidlarning o’zaro bog’lanishi qanday tizimga asoslangan? 10. Nukleotid qatorlarini aniqlash usullari. 11. Nukleotid tarkibidagi komponentlarning konformatsiyasi. 12. Nukleotidlardagi geterosiklik azot asoslari o’rtasidagi o’zaro ta’sir kuchlari. 13. DNKning tarkibi, makromolekula konfiguratsiyasi. 14. DNKning birlamchi va ikkilamchi strukturalari. 15. Chargaff qonunini yozing. 16. DNKning uchlamchi strukturasi, superspirallanishning biologik ahamiyati. 17. RNKning DNKdan farqlari. 18. RNK xillari, ularning kimyoviy tarkibi. 19. RNK xillarining biologik vazifalari. 20. Ribosomalarning xillari va kimyoviy tarkibi. 21. “RNKli dunyoning” konsepsiyasi. 22. Nuklein kislotalarning kimyoviy tarkibi. 23. Nukleotid qatorlarini aniqlash usullari. 24. Nuklein kislotalardagi komponentlarning konformatsiyalari. 25. Nukleotidlar tarkibidagi geterosiklik azot asoslarining o’zaro ta’siri. 26. DNK molekulasining polimorfizmi. 43 27. DNK-polimeraza fermentining strukturasi va funksiyalari. 28. RNK molekulasining xillari va ularning konformatsiyasi. 29. Ribosomaning tarkibiy qismlari va har xil turlari. 30. DNKning eukariot va prokariot organizmlardagi replikatsiyasi. 31. Telomeralarning tuzilishi va funksiyasi. 32. RNK molekulasining protsessingi va splaysingi. 33. RNKning qanday turlari katalitik xususiyatga ega. 34. Teskari transkripsiya jarayoni va uning biologik ahamiyati. 35. Prokariot genlarning tuzilishi. 36. Eukariot genlarining strukturasi. 44 Nuklein kislotalar bo’yicha testlar 1. Nuklein kislotalarning monomerlari: a) nukleozidlar; b) peptidlar; v) oligosaxaridlar; g) nukleotidlar. 2. Nukleotid tarkibi: a) uglevod, yog’, aminokislotalar; b) azot asoslari, uglevod, fosfor kislotalari; v) nukleozidlar; g) aminokislota va yog’lar. 3. Nukleotidlar o’zaro qanday bog’langan? a) pirofosfat bog’i; b) fosfoamin bog’i; v) fosfoangidrid bog’i; g) peptid bog’i. 4. Chargaff qoidasi bo’yicha asoslar o’rtasidagi bog’lar: a) adenin,timin, guanin, sitozin; b) adenin, guanin, uratsil; v) sitozin, uratsil; g) guanin, uratsil, adenin. 5. DNK molekulasining bir o’ramiga nechta nukleotid to’g’ri keladi? a) 10; b) 3,8; v) 5; g) 4. 6. DNK zanjirlarini bog’lovchi kuchlar: a) koordinatsion bog’lar; b) vodorod bog’lar; v) ion bog’lar; g) gidrofob bog’lar. 7. DNKning uchlamchi strukturasini shakllantiruvchi oqsillar: a) protaminlar; b) gistonlar; v) glyutelinlar; g) alьbuminlar 8. t-RNK ning ikkilamchi strukturasining shakli: a) chiziqli; b) daraxt shakli; v) beda bargi; g) olma bargi. 9. t-RNK ning spetsifikligini belgilovchilar: a) akseptor qismi; b) psevdouridil bog’i; v) antikodon bog’i; g) digidroudil bog’i. 10. Nuklein kislotalarning parchalanishidan hosil bo’lmaydigan moddalar: a) azot asoslari; b) pentozalar; v) gektozalar; g) fosfor kislotalari. 11. Nuklein kislotalarning 260 nm optik zichlikdagi to’liq yutilishiga sababchilar: a) vodorod bog’lari; b) pentozalar; v) azot asoslari; g) fosfor kislotalari. 12. Nukleotidlarni parchalovchi fermentlar: a) nukleazalar; b) nukleotiddazalar; v) fosfatazalar; g) nukleozidfosforilazalar. 13. Adenozintrifosfat-bu: 45 a) monofosfat; b) difosfat; v) nukleozid; g) nukleotid. 14. Ribosoma nechta subbirlikdan iborat? a) 2; b) 3; v) 4; g) 5. 15. Ribosomada qanday markazlar bor: a) aminoatsil va peptidil; b) kodonli markaz; v) qolipli markaz; g) triplet markaz. 16. Ribosomaning tarkibida qanday biopolimerlar uchraydi? a) RNK, oqsil b) yog’, ulevodlar v) DNK va RNK g) uglevod, oqsillar 17. Nuklein kislotalardagi komponentlarning konformatsiyalari qanday omillarga bog’liq? a) nukleotidlardagi azot asoslariga b) nukleotidlardagi uglevodlarga v) nukleotidlardagi fosfor kislotalarga g) nukleotidlarning siklik holatiga 18. Nukleotidlar o’zaro qanday bog’ orqali bog’lanadi? a) pirofosfat bog’i; b) fosfoamid bog’i; *v) fosfoangidrid bog’i; g) peptid bog’i; 19. Nuklein kislotalardagi komponentlarning konformatsiyalari qanday omillarga bog’liq? a) Nukleotidlardagi azot asoslariga; *b) Nukleotidlardagi uglevodlarga; v) Nukleotidlardagi fosfor kislotalariga; g) Nukleotidlarning siklik holatiga; 20. DNK molekulasida sodir bo’ladigan topologik muammolarni hal qiluvchi omillar? a) RNK-polimeraza; b) DNK-polimeraza; 46 v) DNK-ligaza; *g) DNK-topoizomeraza; 21. Ribosomaning tarkibida qanday biopolimerlar uchraydi? *a) RNK, oqsil; b) yog’ va uglevodlar; v) DNK va RNK; g) Uglevod va oqsillar; 22. Biologik evolyutsiyada qaysi makromolekulalar birinchi bo’lib paydo bo’lgan? a) Oqsillar; b) DNK; *v) RNK; g) Yog’lar; 23. DNK replikatsiyasida zatravka sifatida qanday molekula ishtirok etadi? a) Oqsillar; b) Nativ DNK; *v) Ribonukleotidlar; g) DNK-xelikaza; 24. Xromosomaning qaysi qismida telomerlar bo’lib, ular qanday funksiyani bajaradi? a) Xromosomaning o’rta qismida joylashib, membranada retseptorlik vazifasini bajaradi; b) Xromosomaning boshlanishida joylashib, fermentlik vazifasini o’taydi; *v) Xromosomaning oxirida bo’lib, hujayra hayotini belgilovchi omillardir; g) Telomerlar xromosomada bo’lmay, fermentlik xususiyatiga ega; 25. Hujayraning qaysi organiodida protsessing va splaysinglar amalga oshiriladi? a) Lizosomada; b) Membranada; *v) Yadroda; g) Sitoplazmada; 47 26. Alternativli splaysing deb nimaga aytiladi? *a) RNK dagi ekzonlar vaziyatga qarab intronli vazifani bajarishiga aytiladi; b) Intronlarning kesilishi, ekzonlarni choklanishiga aytiladi; v) RNKni to’g’ridan-to’g’ri ribosomaga borishiga aytiladi; g) RNKni kichik molekulalardan shakllanishiga aytiladi; 27. Teskari transkripsiyada qanday modda sintezlanadi? a) RNK; *b) DNK; v) Oqsil; g) Uglevod; 28. Prokariot genlarida i-RNK splaysing va protsessing jarayonlari bo’ladimi? *a) Bakteriyalarda i-RNK splaysing va protsessingga uchramaydi; b) Prokariotlarda i-RNK splaysingga uchrab, protsesing jarayoni bo’lmaydi; v) Prokariotlarda i-RNK pre-i-RNKdan shakllanadi; g) Bakteriyalarda i-RNK oqsillar orqali shakllanadi; 29. Prokariotlarning genlari necha qismdan iborat? a) Intron va ekzonlardan iborat; *b) Ikki qismdan – kodlovchi va regulyatorli bo’limlardan iborat; v) Prokariot genlar faqat intronlardan tashkil topgan; g) Bakteriya genlari bir butun bo’lakdan iborat; 30. Eukariot organizmlarda genlar soni prokariotlarga nisbatan ko’p yoki kam bo’ladimi? *a) Genlar soni ko’p bo’ladi; b) Genlar soni prokariot va eukariotlarda bir xil bo’ladi; v) Genlar soni eukariotlarda kam bo’ladi; g) Eukariotlarda genlar soni o’zgarib turadi; 31. Eukariotlarning i-RNK sintezida o’zgarishga yuz tutadimi? a) Sintezlangan i-RNK to’g’ri ribosomaga boradi; b) i-RNK sintezi o’zgarmaydi; 48 *v) i-RNK protsessing va splaysing jarayonlaridan o’tadi; g) i-RNK faqat bitta molekula sifatida sintezlanadi;