Mustaqil ish mavzu: hayotning molekulyar asoslari

Mirzo Ulug`bek nomidagi O`zbekiston Milliy universiteti Biologiya fakulteti Biologiya yo`nalishi 20-03-guruh Biokimyo va molekulyar biologiya fanidan

MUSTAQIL ISH

MAVZU: HAYOTNING MOLEKULYAR ASOSLARI

BAJARDI:

TEKSHIRDI:

Reja:

1. 
   Nuklein kislotalarning strukturalari
   
2. 
   DNK va RNK ning tuzilishi
   
3. 
   Ribosomalar tuzilishi
   

Oqsillar

4. 
   Vazifalari
   
5. 
   Oqsillarning fizik kimyoviy xususiyatlari
   
6. 
   Oqsillarning tuzilishi
   
7. 
   Oqsil denaturatsiyasi
   
8. 
   Turli a’zo oqsillarining funksiyasiga qarab har hil bo’lishi,ontogenez va kasalliklarda a ’zolar oqsil tarkibining o‘zgarishi
   
1. 
   Nuklein kislotalar va oqsil biosintezi
   
   1. 
      Replikatsiya
      
   2. 
      Transkripsiya
      
   3. 
      Translyatsiya
      
   4. 
      Giston sintezi
      

Molekulyar biologiya – hayotning asosiy xususiyatlari namoyon bo’lishini molekulyar darajada o’rganadigan fan. Molekulyar biologiyaning muhim yo’nalishlariga irsiy axborotni amalga oshirish mexanizmlari va hujayraning genetik apparati strukturasi hamda funksional tuzilishini tekshirish (molekulyar genetika), viruslarning hujayra bilan o’zaro ta’siri mexanizmlarini o’rganish (molekulyar virusologiya), organizmning immun reaksiyalari qununiyatlarini aniqlash (molekulyar immunologiya), energiyaning hosil bo’lishi va o’zgarishining molekulyar asoslari (molekulyar bioenergetika) va boshqalar kiradi. Molekulyar biologiya hayotiy hodisalarni makromolekulalar, ya’ni oqsil va nuklein kislotalar yoki juda soda tuzilishga ega bo’lgan hayotiy obyektlar – hujayra komponentlari, ya’ni mitoxondriy, xloroplast, ribosoma, yadro, hujayra membranalari, viruslar va prionlar darajasida tekshiradi.Molekulyar biologiya 20-asrning 50-yillarida biokimyo fanidan ajralib chiqdi va mustaqil fan sifatida shakllandi. Molekulyar biologiya termininibirinchi marta ingliz olimi U. Astberi qo’llagan. Molekulyar biologiyaning vujudga kelishi ko’pincha F. Krik va J. Uotson tomonidan 1953-yilda DNK molekulasi gipotetik modelining kashf etilishi bilan bog’lanadi. Bu modelda DNK ning biologik funksiyasi uning kimyoviy tuzilishi bilan bog’liq ekanligi ko’rsatilgan. Shuni ta’kidlash kerakki, DNK molekulasi o’zida irsiy axborotni saqlashi haqidagi dastlabki ma’lumot 1944-yilda O. Everi va uning xodimlari tomonidan aniqlangan. Molekulyar biologiyaning shakllanishida genetika, mikrobiologiya, virusologiya sohasidagi tadqiqotlar katta ahamiyatga ega bo’ldi. Shu bilan birga aniq fanlar – fizika, kimyo, matematika, kristallografiya va ayniqsa, rentgen struktura tahlili bo’yicha erishilgan yutuqlar molekulyar biologiyaning rivojlanishiga ijobiy ta’sir ko’rsatadi. Molekulyar biologiya sohasidagi kashfiyotlarga ayrim oqsillarning strukturaviy tuzilishi va ular bajaradigan funksiyasi bilan strukturasi o’rtasidagi bog’lanishning aniqlanishi; nuklein kislotalar va ribosomalarning tuzilishi hamda biologik funksiyalari mexanizmlarining o’rganilishi, qaytar transkriptaza fermentining kashf etilishi, genetik kodning ma’nosi ochib berilishi, oqsil biosintezining asosiy bosqichlari va nuklein kislotalarning hosil bo’lish mexanizmlari aniqlanishi, viruslarning strukturaviy tuzilishi va ular replikatsiyasi mexanizmlari hamda genetic muhandislik metodlarining ishlab chiqilishi, genning sintezlanishi, prionlarning strulturaviy va funksional xususiyatlari aniqlanishi, odam genomining to’liq o’rganilashi va embrional o’q hujayralarining kashf etilishi misol bo’la oladi. O’zbekiston Molekulyar biologiyaning rivojlanishi o’tgan asrning 60-yillariga to’g’ri keladi. Uning rivojlanishi biokimyo sohasidagi tadqiqotlar bilan chambarchas bog’liq. Molekulyar biologiya fan sifatida dastlab hozirgi O’zMU ning biokimyo kafedrasida 1966-yildan o’qitila boshlandi.

NUKLEIN KISLOTALAR

Oqsillar biosintezi jarayonini, organizmlarning irsiy va genetik o‘zgaruvchanligi mexanizmlarini, irsiy kasalliklarning kelib chiqishi va avj olish mexanizmlarini tushunish uchun nuklein kislotalarning tuzilishi to‘g‘risidagi bilimlar zarur. Nuklein kislotalarni kimyoviy tarkibini o‘rganish bo‘yicha oxirgi olti o‘n yillikda erishilgan ulkan yutuqlarga qaramasdan nuklein kislotalarni tuzilishi va biologik roli o‘rtasidagi bog‘liqliklarni aniqlash uchun ko‘p muammolar hal etilishi lozim. Nuklein kislotalarning tahlili yo‘lida ilmiy izlanishlar olib borish, shubhasiz, biologiya, tibbiyot va tirik organizmlar fanida kashfiyotlar qilishga imkoniyat beradi. Nuklein kislotalar tuzilishida komplementarlik prinsipining ochilishi nafaqat bu biopolimerlar tuzilishining sirlarini ochishga, balki biologik makromolekulalar sintez mexanizmi va hosil bo‘lishini ochishga imkon berdi.

Nuklein kislotalar yuqori molekulali birikmalardir. Nuklein kislotalar boshqa polimerlarga xos bo‘lmagan qator muhim biologik funksiyalarni bajaradilar, ularning asosiylari quyidagilar: irsiy axborotning saqlanishi va o‘tkazilishini ta’minlash, hujayra barcha oqsillari sintezini programmalash orqali axborotni o‘tkazish mexanizmida bevosita ishtirok etadi. Nuklein kislotalarni struktur tarkibiy qismlari kofaktor, allosterik effektor vazifasini bajarib, kofermentlar tarkibida, modda almashinuvida, energiyani hosil bo‘lishi, o‘tkazilishida, saqlanishida bevosita ishtirok etadi. Ikki xil nuklein kislota - DNK (dezoksiribonuklein) va RNK (ribonuklein) tafovut qilinadi. Odam hujayralaridagi DNK molekulalarining uzunligi bir necha santimetrdir. Har bir xromosoma DNKsi nihoyat darajada katta bo‘lgan bir molekuladan yoki kamgina sondagi shunday molekulalardan iborat bo‘lishi mumkin. Odamning 23 juft xromosomalaridagi DNKning umumiy uzunligi taxminan 1,5 mga teng. RNK molekulalari kaltaroqdir: ularning uzunligi odatda 0.01mmdan ortmaydi.

DNK asosan hujayra yadrosida, xromatin tarkibida bo‘ladi. Mitoxondriyalarda DNK oz miqdorda bo‘ladi. RNK hujayraning hamma qismlarida bo‘ladi va u hujayra umumiy massasini 5-10% ini tashkil etadi.

Nuklein kislotalar nukleotidlarning polimerlaridir. Nukleotidlar uch tarkibiy qismdan - pirimidin yoki purin asosi, pentoza va fosfat kislotadan tuzilgan. Purin va pirimidin tuzilishining asosida 2 ta aromatik geterotsiklik birikmalar - purin va pirimidin yotadi.

Purin molekulasi ikkita kondensirlangan halqa - pirimidin va imidazoldan tarkib topgan.

Asos bilan pentoza birikmasi nukleozid deb ataladi. Nukleotidlar nukleozidmonofosfatlardir. Hujayralarda nukleoziddifosfat va nukleozidtrifosfatlar ham bor.

Pentoza qoldig‘ining tabiatiga qarab nukleotidlar ikki turga bo‘linadi. Ular - ribonukleotidlar va dezoksiribonukleotidlar. Dezoksi- ribonukleotidlar organizmda DNK hosil qilish uchun foydalaniladi. Ribonukleotidlar funksiyasi ancha xilma-xil. Ularning asosiy qismi RNK hosil bo‘lishiga sarflanadi. Bundan tashqari, ribonukleotidlar ba’zi transferaza reaktsiyalarida (xususan, polisaxaridlar sintezida) kofermentlar vazifasini bajaradi. Adenilribonukleotitlar NAD, NADF, FAD, KoA kofermentlar tarkibiga kiradi. Organizmda energiya o‘zgarishlarida ATF o‘ziga xos bir rolni o‘ynaydi. Hamma nukleozidlarda, xuddi ATFdagidek yuksak energiyali bog‘lar gidrolizga uchraganida anchagina miqdorda (50kJmol atrofida) energiya ajralib chiqadigan bog‘lar bo‘ladi; bular fosfat qoldiqlari orasidagi bog‘lardir.

Nuklein kislotalarning birlamchi strukturasi

DNK tuzilishining o‘ziga xos xususiyatlarini tushunish uchun birinchi marotaba E. Chargaff (1949-y.) tomonidan aniqlangan va keyinchalik «Chargaff qoidalari», deb nomlangan azot asoslari miqdoriy saqlanishi haqidagi qonuniyatlar muhim ahamiyatga egadir. Turli manba’lardan ajratilib, tozalangan DNK tarkibi tekshirilganda quyidagilar aniqlandi.

1. Purin va pirimidinlar molyar qismi tengdir:

A+G=S+T yoki A+G\S+T=1

2. Adenin va sitozinning miqdori guanin va timinning miqdoriga tengdir:

A+S=G+T yoki A+S\G+T=1

3. Adenin miqdori timin miqdoriga teng, guanin miqdori esa sitozin miqdoriga teng:

A=T va G=S; A\T=1; G\S=1

4. Bundan tashqari spetsifiklik koeffitsiyenti o‘ziga xos bo‘lib, u G+S\A+T nisbati bilan belgilanadi. Hayvonlar va ko‘pchilik o‘simliklar uchun koeffitsiyent 1 dan past (0,54-0,94), mikroorganizmlar uchun esa 0,45-2,57 oralig‘idadir.



DNKning ikkilamchi strukturasi

1953-yilda J. Uotson va F. Krik taklif etgan model, qator analitik ma’lumotlar va rentgen strukturali tekshiruvlar asosida DNK molekulasini 2 zanjirdan iborat ekanligi aniqlandi. Quyida shu modelning asosiy xususiyatlari ta’riflab o‘tilgan (14-rasm).

DNK molekulasi antiparallel ravishda yo‘nalgan va boshidan oxirigacha vodorod bog‘lari bilan bir-biriga bog‘langan ikkita polinukleotid zanjirlaridan tuzilgandir (mononukleotidlarning har biri vodorod bog‘lari hosil qilishda qatnashadi).

2. Zanjirlar orasidagi vodorod bog‘lari bir zanjir adenin qoldig‘ining ikkinchi zanjir timin qoldig‘i bilan (A.. .T jufti bilan) va bir zanjirning guanin qoldig‘i bilan ikkinchi zanjirning sitozin qoldig‘i (G::: S jufti) ning o‘ziga xos tarzda o‘zaro ta’sir qilishi hisobiga hosil bo‘ladi. Juftni hosil qiluvchi asoslar shu ma’noda bir-biriga komplementar bo‘ladiki, bularning o‘rtasida vodorod bog‘lari boshqa kombinatsiyalardagiga qaraganda (masalan, A va G, A va S va hokazoga qaraganda) osonroq vujudga keladi. Bu - asoslar juftlari orasida vodorod bog‘lari hosil bo‘lishida ishtirok etuvchi guruhlarning joylashish geometriyasi bilan umuman DNK molekulasi geometriyasiga bog‘liqdir (15-rasm).

3. DNK molekulasi bir zanjirining birlamchi strukturasi ikkinchi zanjir birlamchi strukturasiga komplementardir. Ushbu jarayon quyidagi sxemada berilgan:

(51^31) A - T - T - S - T - S - G - T - S - G - G

(31^51) T - A - A - G - A - G - S - A - G - S - S

4.Ikkala zanjir umumiy o‘qqa ega bo‘lgan spiral holida o‘ralgan zanjirlarni yechib yozish yo‘li bilangina bir-biridan ajratish mumkin (bunday spirallar plektonemik spirallar deb ataladi). Purin va pirimidin asoslari spiral ichiga qaragan va ularning tekisliklari spiral o‘qiga tik va bir-biriga paralleldir. Shunga ko‘ra asoslar dasta bo‘lib turadi. Shu dastadagi asoslar o‘rtasida gidrofob o‘zaro ta’sirlar yuzaga chiqib, bular qo‘shaloq spiralning turg‘un holatda bo‘lishiga zanjirlar orasidagi vodorod bog‘lari asosiy hissani qo‘shadi. Riboza fosfat qismlari chetki tomonlari joylashib, spiralning kovalent o‘zagini hosil qiladi (16-rasm).

RNK tuzilishining xususiyatlari

Tuzilishi va funksiyalarning xususiyatlari jihatidan RNKning uchta asosiy turi tafovut qilinadi.

1. Ribosoma RNKlari (rRNK ) — ribosomalarning tarkibiy qismlaridir. rRNK ulushiga hujayradagi butun RNK ning taxminan 80 % to‘g‘ri keladi; rRNK ning uch turi: molekulyar massasi 1,5 mln. atrofida bo‘ladigan 28 S rRNK (nukleotid qoldiqlarining soni taxminan 4000 ta); molekulyar massasi 700000 atrofida bo‘ladigan 18 S-rRNK; molekulyar massasi 30 000 atrofida (nukleotidlarning qoldig‘i taxminan 100 ta) bo‘ladigan 5 S-rRNK mavjud.

2. Transport RNKlar (tRNK) hujayradagi butun RNKning taxminan 15%ni tashkil etadi. tRNKning birlamchi strukturasi bilan bir-biridan farq qiladigan necha o‘nlab turi bor. tRNKning molekulyar massasi 25000 atrofida. tRNK birlamchi strukturasining xarakterli xususiyati molekulalarida odatdagidan monomerlaridan tashqari minor nukleotidlar deb ataluvchi (kam miqdorlarda bo‘ladigan) monomerlar ham borligidir. Minor nukleotidlar tarkibida odatdan tashqari asoslar (masalan: metillangan asoslar) bo‘ladi; Psevdouridilat kislotada asos bilan riboza qoldig‘i o‘rtasidagi bog‘ odatdan tashqari (N - C emas , balki C -C dir);

3. Matritsa RNK (mRNK) hujayradagi barcha RNK ning taxminan 2%ni tashkil etadi. Birlamchi strukturasi jihatidan bir-biridan farq qiladigan juda ham ko‘p miqdordagi — organizmda turli oqsillar qancha bo‘lsa, shuncha miqdorda mRNK bor. Matritsa RNKlarini axborot RNKlari, ya’ni informatsion RNKlar (mRNK) deb ham aytiladi.

RNKning ikkilamchi strukturasi

RNK molekulalari DNKdan farq qilib, bitta polinukleotid zanjiridan tuzilgandir. Lekin bu zanjirda bir-biriga komplementar bo‘lgan qismlar borki, ular qo‘sh spirallar hosil qilib o‘zaro ta’sir eta oladi. Bunda A.. .U va G ...S nukleotid juftlari birikadi. Spirallangan qismlarda (bularni shpilkalar deb ataladi) odatda kam miqdordagi nukleotid juftlari bo‘ladi (20-30 tacha) va ular spiral bo‘lmagan qismlari bilan navbatlashib keladi.

Transport RNKlarning ikkilamchi strukturasi xarakterlidir. Bu RNKlarda spiral holiga kelgan to‘rtta qismi va bir zanjirli uchta (ba’zida to‘rtta) qovuzlog‘i bo‘ladi. Ana shunday struktura tekislikda tasvirlanganida «beda bargi»ga o‘xshash shakl yuzaga keladi. Hujayrada bo‘ladigan necha o‘nlab turli-tuman tRNK larning hammasi fazoviy strukturasi bir xilda bo‘lgani holda, lekin tafsilotlari jihatidan bir-biridan farq qiladi (17-rasm, a, b).

Barcha transport RNK larida ribosoma, aminokislota va fermentlar bilan bog‘lanadigan qismlar, shuningdek antikodon deb nomlangan uchta nukleotid ketma-ketligi (triplet) mavjuddir. Antikodon mRNK dagi (kodon) uch nukleotidlar ketma-ketligiga komplementardir. tRNK ayrim qismlarini vazifasi oxirigacha ochilmagan. Psevdouridil qovuzloq aminoatsil - tRNK ribosoma bilan bog‘lanishini ta’minlaydi, digidrouridil qovuzloq esa, ehtimol, sayt (joy) sifatida spetsifik aminoatsil - tRNK - sintetazani - tanib olish uchun zarurdir. Bundan tashqari, yana qo‘shimcha qovuzloq bo‘lib, uning tarkibi turli tRNK molekulalarida turlicha bo‘lib, vazifasi noma’lum. Antikodon qovuzloqni funksiyasi to‘liq ochilgan. U 7 nukleotitdan iborat: uchtasi markaziy o‘rinni egallab, yuqori spetsifik antikodonni hosil qiladi. Uni ikki tomonida 2 tadan nukleotid joylashgan bo‘lib, modifikatsiyalangan purin va o‘zgaruvchan asos bir tomonda joylashgan, ikkinchi tomonda esa ikkita pirimidin asoslari bo‘ladi.

Nuklein kislotalarning uchlamchi strukturasi

DNK molekulasini to‘qima nukleazalari va gidrodinamik destruksiyaga yuqori sezgirligi sababli ko‘pincha manba’lardan DNK nativ molekulasini ajratib olish juda qiyindir. Shu sababdan jarohatlanmagan holda virus, mitoxondriya va xloroplastlar DNKlarini jarohatlamasdan ajratib olishga muvaffaq bo‘lingan. Bu molekulalarni fizik (xususan, kristallografiya), fizik-kimyoviy usullar bilan tekshirish DNK qo‘sh spiralini ba’zi qismlarida superspiral yoki ochiq halqali shakl hosil qilishi mumkinligi ko‘rsatildi. Chiziqli DNK halqali shakldan hosil bo‘lishi yoki shunday holda tabiatda mavjud bo‘lishi mumkin ekan. Ba’zi viruslarda chiziqli va halqali shakldagi bir zanjirli DNK topilgan.

Bakteriya yoki hayvonlar hujayra mitoxondriyalari DNK molekulasi halqali shaklini hosil bo‘lishi ular ochiq oxirlarini kovalent bog‘lanishi natijasida vujudga keladi. Ma’lumki, superspiral struktura DNK molekulasini - xromosomada ixcham joylashishiga imkon beradi. Odam xromosomasida DNK molekulasi cho‘zilgan shaklida 8 sm uzunlik o‘rniga 5 nm uzunlikda joylashadi. DNK molekulasi superspirallik darajasini ma’lum sharoitlarda sedimentatsiya konstantasini o‘zgarishi bilan aniqlaniladi. Zanjirlarni birida yoki qo‘sh spiralni ikkala zanjirida DNK ta’sirida yoki interkalyatsilovchi birikmalar bilan ishlov berilganda

DNK superspiralligini buzish mumkin. Interkalyatsiya antibiotik va bo‘yovchi moddalar ta’sirida vujudga kelishi mumkin (18-rasm).

T-RNK nativ molekulasi deyarli bir xil uchlamchi strukturaga ega. U «beda bargi» yassi strukturasidan, molekula turli qismlarini buklanishi hisobiga, juda ixchamligi bilan farqlanadi. Ba’zi viruslarda (reovirus, o‘simlik o‘simtalari yara viruslari va boshqalar) DNK strukturasi kabi bir xil tipdagi tabiiy ikki zanjirli RNK mavduddir. pH muhit, ion ta’sirlar va haroratni fiziologik darajalarida mRNK, rRNK bir zanjirli strukturalari qo‘sh spiral hosil qilishi mumkin, bu esa ularni uchlamchi strukturasini ta’minlab beradi.

Ribosomalarning tuzilishi

Ribosomalar sedimentatsiya koeffitsiyenti 80S va molekulyar massasi 4,5 mln. ga boradigan subhujayra zarralaridir. Ular 2 ta katta (60 S) va kichik (40 S) subbirliklardan tashkil topgan. Eritmadagi Mg2+ ionlari konsentratsiyasi 0,1 mM gacha pasayganda 80 S - zarra subbirliklarga parchalanib ketadi. Subbirliklarni har birida RNK va oqsillar bo‘ladi. Subbirliklar pH qiymati past bo‘lgan eritmalarda va