Ирсиятнинг молекуляр асослари
Маъруза режаси :
1.Молекуляр генетика
2.Трансформация, трансдукция, конъюгация, F-омил
3.ДНК нинг кимёвий тузилиши,икки ҳисса ошиши
4.Генетик код. РНК ва унинг синтези
5.Оқсил биосинтези ва унинг бошқарилиши
Ирсиятнинг
хромосома
назариясига
кўра,
белгиларнинг
ривожланиши
хромосомадаги
генларга
боғлиқ.
Маълумки,
хромосома оқсил ва ДНК дан ташкил топган. Шунга кўра
дастлаб айрим олимлар ирсий белгиларнинг юзага чиқишини
оқсил молекуласига боғлаб тушунтирганлар. Биринчи бўлиб
Н.К.
Колцов
хромосоманинг
яна
шундай
ўзига
ўхшаган
хромосомаларни
ҳосил
қилиш
хусусиятини
ундаги
оқсил
молекуласига боғлаб тушунтирди. Бу билан Колцов битта нусха
(матрица)
асосида
ўз-ўзидан
кўпайиб,
шу
билан
келгуси
авлодларда
уларнинг
ирсиятини
таъминловчи
омилнинг
молекулар
даражада
бўлишлигини
кўрсатади.
Маълумки,
ирсиятни ташувчи оқсил эмас, балки ДНК, лекин Колцовнинг
ўша даврда ирсий омилнинг молекулар даражада бўлишлигини
кўрсатиши катта методологик аҳамиятга эга бўлиб, шундан
кейин ирсиятни ўрганишнинг молекулар даври бошланди ва
молекулар биология фани юзага кела бошлади.
Ирсиятни молекулар даражада ўрганишнинг асосий
муаммолари қуйидагилардир:
• 1. Ҳужайрада ирсий ахборот қандай
сақланади ва келгуси авлодларга қандай
ўтади?
• 2. Организмларда маълум бир белги ва
хусусиятнинг ҳосил бўлишини таъминловчи
махсус оқсил молекулалари қандай синтез
қилинади ?
• Бу муаммолар хромосоманинг молекулар
тузилишини ўрганиш жараёнида тўпланган
маълумотлар ёрдамида ечила бошланди ва
ирсий белгиларнинг юзага чиқишида ДНК
нинг роли аниқланди. ДНК нинг муҳим
генетик
ролини
бактерияларда
кузатиладиган трансформация ва бактерия
билан
вирус
ўртасида
бўладиган
трансдукция ҳамда конюгация ҳодисалари
ёрдамида кўрсатиш мумкин.
Трансформация
• Трансформация
-
бу
бир
хил
штамм
бактерия
ҳужайраларидаги ДНК молекуласининг иккинчи хил
бактерия
ҳужайрасига
кириб,
унинг
ирсиятини
ўзгартириши.
Пневмококк
бактериясининг
S-тури
(штамм) полисахарид пўстли бўлиб, ҳужайра сирти
силлиқ. R-турида эса полисаҳарид пўсти бўлмайди,
ҳужайра сирти эса ғадир-будир. S-тури касаллик қўз-
ғатувчи
(вирулент)
бўлиб,
сичқонлар
организмига
киритилганда, сичқоннинг иммун системаси, уларга
қаршилик
кўрсата
олмайди,
чунки
бактериянинг
полисаҳарид
пўсти,
сичқонни
иммун
системаси
таъсиридан унинг, ҳимоя қилади. Натижада бактерия,
сичқонларда
ўпка
шамоллаши
(пневмония)
касаллигини келтириб чиқаради ва уларнинг секин
аста ўла бошла- шига сабабчи бўлади
Трансформация - бу бир хил штамм бактерия ҳужайраларидаги ДНК
молекуласининг иккинчи хил бактерия ҳужайрасига кириб, унинг
ирсиятини ўзгартириши.
• Кейинчалик
трансформация
ҳодисасини
тубан
эукариот
организмларда
(замбуруғлар
ва
сув
ўтлари)
ўрганила
бошланди. Лекин 1970-йилгача ўтказилган
тажрибалар
натижасиз
чиқди.
Ген
инженерияси
сохасида
эришилган
муваффакиятлар ҳозирги пайтда тубан ва
юқори
эукариот
организмларда
ҳам
трансформация ҳодисасини исботлади.
• ДНК молекуласининг бактерия ҳужайрасига кириши учун
бактерия
ҳужайрасига
ДНК
молекуласини
киритишга
мойиллик
бўлиш
керак.
ДНК
молекуласини
ўз
цитоплазмасига киргизишга мойиллиги бўлган ҳужайранинг
ташқи
томонига,
дастлаб,
ДНК
молекуласи
боғланади.
Одатда, бактерия ҳужайрасига кирувчи ДНК нинг молекулар
ориғлиги 1·107 D га яқин бўлиб, бактерия хромосомасидаги
барча ДНК миқдорининг 0,5% ини ташкил қилади. Бактерия
ҳужайрасининг ташқарисида ёпишиб турган ДНК молекуласи
махсус нуклеаза ферменти (молекулар оғирлиги 4-5·106 D)
таъсирида жуда майда бўлакларга парчаланади. Шундан
кейин
бу
бўлакчалар
бактерия
ҳужайрасига
киради.
Молекуляр
оғирлиги
5·105
D
дан
кичик
бўлган
ДНК
бўлаклари ҳужайрага кира олмайди. Бактерия ҳужайрасига
кирган қўш занжирли ДНК нинг битта занжири йўқолади.
Шундан
кейин
у
бактерия
ҳужайрасининг
ДНК
сига
бирлашади. Бактерия ҳужайрасига ДНК молекуласининг
кириши 10-30 минут давом этади.
Трансдукция.
• ДНК нинг ирсиятдаги ролини вирусларнинг бактерия
ҳужайраси ичида кўпайиши мисолида ҳам кўриш мумкин.
Вируслар
одам,
ҳайвон,
ўсимлик
ва
бактерия
ҳужайраларида
учрайдиган
микроорганизмлардир.
Бактерия ҳужайрасида учраб, уни емирувчи вируслар
бактериофаг
лар
ёки
фаглардир.
Вируслар
кимёвий
жиҳатидан
икки
хил
моддадан,
яъни
ташқи
оқсил
қаватидан
ва
унинг
ичида
жойлашган
ДНК
молекуласидан
иборат.
Айрим
вируслар
таркибида
нуклеин кислоталардан фақат ДНК бўлса, айримларида
РНК бўлади. Кейинги йилларда геномида ҳам РНК, ҳам
ДНК бўлган вируслар ҳам топилди. ДНК нинг ирсиятдаги
ролини аниқлашда ичак бактерияси ҳужайрасида яшовчи
Т-2 фагидан фойдаланиш жуда қулай ҳисобланади.
• Электрон микроскопда қаралганда Т-2 фагининг
олти бурчакли боши ва ипсимон дум қисмлари
яхши кўринади. Бош қисми ичида ДНК молекуласи
жойлашган. бактерия ҳужайрасига ўзининг ипсимон
дум қисми билан бирлашади. Дум қисмининг учида
лизоцин деган фермент бўлиб, у фермент бактерия
ҳужайра пўстини емиради. Сўнгра ўзининг ДНК
сини бактерия ҳужайрасига киритади. Оқсил қавати
эса бактерия ҳужайрасининг ташқарисида қолади.
Ҳужайра ичига кирган фагнинг ДНК си бактерия
ҳужайрасининг нормал иш жараёнини бузади, яъни
бактерия ДНК сини майда бўлакларга ажратади ва
ундаги оқсил синтезланишини тўхтатади.
Трансдукция.
• Шундан кейин ҳужайрада бўладиган барча
биокимёвий
жараёнлар
фагнинг
ДНК
сидаги
ахборот
ҳисобига
боради
ва
бактерия ҳужайраси ичида фагнинг худди
ўзига
ўхшаган
янги
авлодлари
пайдо
бўлади. қисқа вақт ичида (20 минут) бир
неча
юзлаб
янги
фаглар
пайдо
бўлиб,
бактерия ҳужайрасини тўлдиргач уни ёриб
ташқарига чиқади ва яна бошқа бактерия
ҳужайрасига киради.
• 1952-йили
А.Херши
ва
М.Чейз
фагларнинг
бактерия
ҳужайраси ичида кўпайишини ундаги оқсил молекуласига
ёки ДНК молекуласига боғлиқлини тажрибада аниқлаб
бердилар.
Бунинг
учун
фаг
оқсилини
олтингугуртнинг
радиактив изотопи S35 билан тамғаладилар, чунки оқсил
таркибига
кирувчи
метионин
ва
систеин
аминокислоталарида
олтингугурт
бўлади.
ДНК
молекуласини эса фосфорнинг радиактив изотопи P32
билан тамғаладилар. Фагдаги фосфорнинг 99% и унинг ДНК
молекуласида
бўлади.
Фагларни
юқоридаги
радиактив
изотоплар билан тамғалаш учун, фаглар кириши керак
бўлган
бактерияларни
шундай
радиактив
изотоплар
қўшилган озуқа билан озиқлантирадилар. Шундан кейин
тамғаланган фагларни ҳужайрасида S35 ва P32 бўлмаган
бактерияларга
юқтирдилар.
Ҳосил
бўлган
янги
фаг
авлодларида
фақат
ДНК
ни
тамғаловчи
фосфорнинг
радиактив изотопи P32 сақланиб, S35 эса учрамайди.
Демак, фагларнинг кўпайиши фақат ДНК га боғлиқ экан.
А. Херши ва М. Чейз (1952) тажрибаси бўйича фагнинг ДНК
молекуласидаги ирсий ахборотнинг бактерияга ўтиши.
• Хромосомасида профаг бўлган ва эркин кўпая
оладиган
бактерияларни
лизоген
бактериялар
дейилади. Бактерия билан фагнинг биргаликда
бўлиш
ҳолатига,
яъни
уларнинг
симбиозига
лизогения дейилади. Лекин шароит ўзгарадиган
бўлса, яъни рентген нури, ултрабинафша нурлар,
кимёвий моддалар ва ҳоказолар таъсирида профаг
бактериялар хромосомасидан ажралиб, тезда ўзи
кўпая бошлайди ва бактерия ҳужайрасини нобуд
қилади. Фаг нобуд бўлган ҳужайрадан соғлом
ҳужайрага
ўтаётганида
нобуд
бўлган
бактерия
хромосомасининг бирон бўлагини ўзи билан бирга
олиб ўтказиши мумкин. Бу ҳодисани биринчи бўлиб
1952-йилда
Н.
Синдер
ва
Дж.
Ледеберг
аниқладилар.
Битта
бактериялар
ҳужайрасидан
иккинчисига фаглар орқали генларнинг ўтишига
трансдукция деб аталади.
• Фаглар орқали иккинчи бактерия ҳужайрасига
ўтган шу бактериянинг хросомасига бирикиб
олиб
унинг
ирсиятини
ўзгартиради.
Трансдукцияни қуйидаги тажрибада кузатиш
мумкин. Махсус U-симон шиша найнинг таг
томонига
бактериялар
ўтмайдиган
филтр
ўрнатилади.
Шу
найнинг
бир
томонига
сичқонларда
тиф
касаллигини
келтириб
чиқарувчи
бактериясининг
22А,
иккинчи
томонга
эса
2А
тури
жойлаштирилали.
Бактерия
томонига
эса
2А
тури
жойлаштирилади .
• Бу
бактериялар
бир-бирлари
билан
аралашмайди, чунки идиш ўртасида филтр
бор. Бактериянинг 22А тури мутант бўлиб,
триптофан
аминокислотаси
синтезини
бошқарувчи гени мутацияга учраган, яъни
триптофанни
синтез
қила
олмайди.
Шу
туфайли
бу
бактериялар
сунъий
ўстирилаётганда уларнинг овқатига албатта
триптофан аминокислотасини қўшиш керак.
Бактериянинг иккинчи тури (2А) ҳам мутант
бўлиб,
унда
гистидин
аминокислотаси
синтезини бошқарувчи ген мутацияга учраган.
Трансдукция.
•
Шунинг учун бу бактерияларни сунъий ўстиришда озуқасига
гистидин кўшилиши керак. Шу иккала тур бактерияларни
юқорида эслатилган, ўртасида филтри бор идишда маълум вақт
сунъий
ўстирилгач
уларни
алоҳида-алоҳида
идишларга
кўчирилди
ва
22А
тур
бактериялар
озуқасига
триптофан
қўшилмаганда
ҳам
айримларининг
тирик
қолганлиги
кузатилди.
Демак,
айрим
бактериялар
ҳужайрасида
триптофанни синтез қила олиш қобилияти пайдо бўлиб, бу
ҳужайралар ўзига ўхшаган бактерияларни ҳосил қила бошлаган.
Бактерия
триптофанни
синтез
кила
олиш
хусусияти
шу
аминокислотанинг синтезини амалга оширувчи геннинг фаг
орқали
2А
тур
бактериядан
22А
бактерияга
ўтказилиши
натижасида содир бўлади. Демак, фаглар ўзи яшаб турган
бактерияни нобуд қилганда, унинг ДНК сини майда бўлакларга
ажратиб шу бўлаклардан бирини, яъни триптофан синтезини
амалга
оширувчи
гени
бор
бўлагини
ўзининг
ДНК
сига
бириктириб олиб, иккинчи бактерия ҳужайрасига кирганда уни
шу бактерия ДНК сига бириктиради. Натижада бу бактерия
хусусияти ўзгариб триптофанни синтез қила оладиган бўлиб
қолади, яъни трансдукция ҳодисаси содир бўлади.
Умумий трансдукция
• Трансдукция пайтида фаг бактериядан ҳар
хил генларни кўчириб ўтказиши мумкин, бу
ҳолатни умумий трансдукция дейилади.
Масалан, фаг P 22 бактерия ДНК сининг
хоҳлаган қисмига бирикиб, у ердаги генни
олиб бошқа бактерияга кўчириб ўтказа
олади.
Чегараланган трансдукция
•
кўпинча фаглар бактерия ДНК сининг фақат маълум бир
жойигагина бирикади ва шу жойдаги генини ўзи билан олиб
кетиб,
иккинчи
ҳужайрага
ўтказади,
бундай
трансдукция
чегараланган трансдукция дейилади. Масалан, лямбда фаги
профаг қиёфасига ўтганда бактерия ДНК сининг фақат маълум
бир жойига бирикади ва профаг ҳолатидан чиккач шу жойдаги
геннигина
кўчира
олади.
Лямбда
фаги
одатда
бактерия
хромосомасининг фақат Gol локусига жонлашган галактазанинг
парчаланишини бошқариб турувчи генни кўчириб ўтказади.
Лямбда фаги, шунингдек E. Coli нинг lac-(лак минус) штами,яъни
лактозани
парчаловчи
гени
мутацияга
натижасида
ишламайдиган
штами
зарарлантирилса,
трансдукция
натижасида Lac- штамм, лизоген Lac+(лак плюс) штамига
айланади
Генетик ахборатни бир ҳужайрадан
иккинчисига ўтказилиши
Тўлиқ бўлмаган (абортив)
трансдукция
• Айрим
ҳолатларда
бактерия
ҳужайрасига
кирган фаг ДНК си бактериянинг ДНК си билан
бир
вақтда
иккиланмаслиги
(репликация)
мумкин.
Шунинг
учун
ҳосил
бўлган
қиз
ҳужайраларнинг
фақат
биттасидагина
фаг
бўлиб, иккинчисида бўлмайди. Шунга кўра
бундай
трансдукцияни
тўлиқ
бўлмаган
(абортив) трансдукция дейилади ва бундай
трансдукциялар
тўлиқ
трансдукцияга
қараганда 10 марта кўп учрайди
• F-омил. Бактерияларнинг жинсий кўпайишида иккала
бактерия вақ- тинча бир-бирига яқинлашиб жуфтлашгач
улар
орасида
цитоплазматик
кўприкча
ҳосил
бўлади.Бактерияларнинг жуфтлашиши пайтида битта
бакте - риядан иккинчи бактерияга F (бактерияларнинг
кўпайиш хусусиятини оширувчи) ирсий омил ўтади. F-
омил бактерия хромосомасидан алоҳида бўлган ДНК
молекуласи бўлиб, ўзини ўзи мустақил ҳосил қилади. F-
омили бор, яъни донор F+ (эркак) бактериялардан
конюгация
пайтида
F-омил
реципиенент
F-(урғочи)
бактерия ҳужайрасига ўтиб уни F+га айлантиради. Ирсий
омил F 105 нуклеотитдан иборат бўлиб, фагнинг битта
генига тўғри келади. Одатда F-- бактериялар юмалок, F+
бактериялар эса узунчоқ бўлади, улар орасидаги ҳосил
бўлган цитоплазматик кўприкчани микроскопда кўрса
бўлади. Агар иккита F- турга кирувчи бактерияни бирга
ўстирилса, улар ўртасида ирсий омил алмашилмайди,
яъни рекомбинация бўлмайди.
Конюгация.
Бактериялар ирсиятининг ўзгариши фақат трансформация, трансдукция
натижасида бўлмасдан уларда бўладиган конюгация жараёнида ҳам кузатилиши
мумкин. Бактериялардаги конюгация ҳодисаси юқори организмларда бўладиган
чатиштиришни эслатади. Конюгация - иккита бактерия ҳужайрасининг ёнма-ён келиб
бир-бирига ёпишгач, уларнинг биридан иккинчисига ирсий омилнинг ўтиши. Ирсий
материал берган бактерия донор, кабул килгани эса рецепиент дейилади.
• F+ тур бактериялар билан F- турини бирга ўстирилганда
бир соатдан кейин 90% F- тур бактериялар, F+ га
айланади. F+ омил жуда тез, яъни инфекия (юқумли
касаллик)
тарқалганга
ўхшаб
бошқа
бактерияларга
ўтади. Агар F+ билан F- бактерияларни бирга ўстирилса
F-омил биридан иккинчисига жуда ҳам кам ўтади.
Айрим
F-
тур
бактериялар
F-омил
билан
бирга
ўстирилганда хаддан ташқари кўп рекомбинатлар, яъни
хоссалари ўзгарган бактериялар ҳосил бўлади. Бундай
фаол донор бактерияларга Hfr (инглизча: high frequency
recombination)
-
юқори
частотада
рекомбинацияланувчи бактериялар дейилади. F+ тур
бактериялар Hfr га айланиши ва қайтадан ўз ҳолатига
ўтиши мумкин. Кейинчалик конюгация жараёнини
ўрганишда
асосан
Hfr
бактериялардан
фойдаланилади. Реципиент донор бактериядан, яъни
Hfr
бактериядан
F-омилни
олсада,
лекин
ўзи
кейинчалик донорлик қила олмайди. Чунки унга ўтган
F-омил унинг хромосомасига бирикиб олиб, фақат у
билан биргаликда кўпайиши мумкин экан
Фаол донор бактериялар Hfr (high frequency recombination) -
юқори частотада рекомбинациялбактерияларниҳосил
бўлиши.анувчи
• Генетик
хусусиятига
эга
бўлган
бундай
ирсий
омилларга
эписомалар
дейилади.
Эписомалар
икки
ҳолатда
учраши
мумкин:
эркин
ва
хромосомага бириккан ҳолда. Лямбда фаги ҳам
эписома ҳисобланиб, бактерия (профаг) ҳолда
учраб,
хромосома
билан
биргаликда
кўпаяди
(репликацияланади).
Эписомалар
организмнинг
ҳар хил антибиотикларга чидамлилигини ошири
ши мумкин. Масалан, шундай эписомалардан R-
омил бир нечта гендан иборат бўлиб, касаллик
туғдирувчи
бактерияларнинг
антибиотикларга
чидамлилигини оширади. Одатда хромосомага
бирикмаган ва эркин ҳолда учрайдиган ирсий
омилларни плазмидалар дейилади. Плазмидалар
эукариот ҳужайраларда ҳам учрайди.
