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)
