If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Agar veb-filtrlardan foydalanayotgan boʻlsangiz *.kastatic.org va *.kasandbox.org domenlariga ruxsat berilganligini tekshirib koʻring.

Asosiy kontent

Biologiya

Course: Biologiya > Unit 14

Lesson 2: DNKning kashf etilishi
Tabiiy fanlar
Biologiya
DNK genetik material sifatida
DNKning kashf etilishi
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice

DNK tuzilishining kashf etilishi

Google sinfxona
Qoʻsh spiralli DNK tuzilishi va u qanday kashf etilgani. Uotson, Krik, Franklin, Vilkins va Chargaff.

Kirish

Bugungi kunda DNK qoʻsh spirali, ehtimol, barcha biologik molekulalar ichida eng koʻzga koʻrinarlisidir. Bundan ilhomlanib zinapoyalar, bezaklar, piyodalar koʻpriklari (Singapurdagi kabi, quyida koʻrsatilgan) va boshqalar qurilmoqda.
Arxitektor va dizaynerlarning fikriga qoʻshilmasdan iloj yoʻq: qoʻsh spiral juda chiroyli tuzilma, u DNKning funksiyasini oʻziga xos tarzda ifodalaydi. Ammo qoʻsh spiral har doim ham soʻz boyligimizning tarkibiy qismi boʻlmagan. 1950-yillargacha DNK strukturasi sirligicha qolgan.
Rasm manbasi: “Qoʻsh spiral DNK koʻprigi”, Vilyam Cho, CC BY-SA 2.0
Ushbu maqolada biz Jeyms Uotson, Frensis Krik, Rozalind Franklin va boshqa tadqiqotchilar tomonidan DNK qoʻsh spiralining tuzilishi qanday aniqlanganini qisqacha koʻrib chiqamiz. Keyin qoʻsh spiralning xususiyatlariga toʻxtalamiz.

DNK tarkibiy qismlari

Biokimyogar Febus Leven va boshqalarning qilgan ishlari natijasida Uotson va Kriklarning davrigacha DNK nukleotidlar deb nomlangan birliklardan tashkil topgani maʼlum edi1. Nukleotid uglevod (dezoksiriboza), fosfat guruhi va toʻrtta azot asosidan biri: adenin (A), timin (T), guanin (G) yoki sitozin (S) dan tashkil topgan.
S va T asoslari bitta halqaga ega boʻlib, pirimidinlar deyiladi, A va G esa ikkita halqadan iborat boʻlib, purinlar deb ataladi.
Chap tomon: DNK nukleotidlari tuzilishi. Dezoksiriboza uglevodi fosfat guruhi va azot asosiga bogʻlangan. Asos toʻrtta turdan bittasi boʻlishi mumkin: sitozin (S), timin (T), adenin (A) va guanin (G). Toʻrt asos bir-biridan oʻzlarining tuzilishi va funksional guruhi bilan farq qiladi. Sitozin va timin strukturasi bitta halqaga ega boʻlib, pirimidinlar deyiladi. Adenin va guanin esa ikkita halqaga ega boʻlib, purinlar deyiladi.
Oʻng tomon: oʻzaro boʻgʻlangan DNK nukleotidlari. Uglevodlar fosfodiefir bogʻlari orqali bogʻlangan. Fosfodiefir bogʻlari fosfat guruhlaridan iborat, bunda ikki atom kislorod boshqa atomga, bu vaziyatda esa qoʻshni dezoksiribozadagi uglerod atomiga bogʻlangan. DNK tarmogʻi oʻzgaruvchan fosfat guruhlari va dezoksiriboza uglevodlari (uglevod-fosfat bogʻi)dan iborat boʻlib, azot asoslari dezoksiriboza uglevodi orqali bogʻlanadi.
Rasm: chap taraf, “Nuklein kislotalar: 1-rasm”, OpenStax College, Biology (CC BY 3.0). Oʻng taraf, “DNKning kimyoviy tuzilishi”, Madeleine Price Ball (CC0/jamiyat mulki).
DNK nukleotidlari bir nukleotidning dezoksiribozasi va undan keyingi nukleotidning fosfat guruhi oʻrtasida hosil boʻlgan kovalent bogʻlar orqali bogʻlangan zanjirlarda toʻplanadi. Ushbu tartib DNK polimeridagi dezoksiriboza va fosfat guruhlarining oʻzgaruvchan zanjirini hosil qiladi va u uglevod-fosfat asos deyiladi.

Chargaff qoidasi

DNK strukturasi bilan bogʻliq maʼlumotlardan biri avstraliyalik biokimyogar Ervin Chargaff tomonidan berildi. U har xil turlarning DNKsini tahlil qilib, ularning A, T, S va G asoslaridan iborat tarkibini aniqladi. U bir nechta asosiy kuzatishlarni oʻtkazdi:
  • A, T, S va G teng miqdorda aniqlanmadi (oʻsha vaqtda ayrim rimodellar taxminiy edi)
  • Asoslar soni turlar orasida farq qilgan, lekin bir xil turdagi organizmlarda bir xil boʻlgan.
  • A ning soni doimo T nikiga teng, S esa doim G bilan bir xil miqdorda boʻladi (A=T va G=S)
Bu topilmalar Chargaff qoidasi deb nomlanib, Uotson va Krikning qoʻsh spiralli DNK modeli uchun juda muhim ahamiyat kasb etdi.

Uotson, Krik va Rozalind Franklin

1950-yillarning boshlarida amerikalik biolog Jeyms Uotson va ingliz fizigi Frensis Krik oʻzlarining taniqli DNK juft spiralining modelini yaratdi. Ular ushbu ilmiy “poyga”da marraga birinchi boʻlib yetib kelishgan. Linus Pauling (oqsil ikkilamchi tuzilishini kashf etgan) kabi boshqa olimlar ham toʻgʻri modelni topishga harakat qilgan.
Laboratoriyada yangi tajribalar oʻtkazish oʻrniga Uotson va Krik asosan mavjud maʼlumotlarni toʻplab, tahlil qildi, ularni yangi va yaqqol usullar vositasida oʻzaro birlashtirdi2. DNK tuzilishi haqidagi eng muhim xulosalarni fizik Moris Uilkins laboratoriyasida ishlaydigan kimyogar Rozalind Franklin berdi.
Franklin rentgen kristallografiyasi deb ataluvchi molekula strukturasini aniqlash texnikasi boʻyicha kuchli mutaxassis edi. DNKning kristallangan shakli orqali rentgen nurlari oʻtkazilganda ayrim nurlar kristalldagi atomlar tomonidan qaytarildi va diffraksiya naqshini hosil qildi, bu molekula tuzilishi haqida aniq maʼlumot beradi.
DNKning rentgen diffraksiyasi. Diffraksion naqsh X shaklida boʻlib, qoʻsh spiralli DNKning tuzilishini aniq koʻrsatadi.
Rasm “DNK tuzilishi va ketma-ketligi: 2-rasm”, OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)
Franklinning kristallografiyasi Uotson va Krikka DNK tuzilishini aniqlashda muhim kalit boʻlib xizmat qildi. Bu Franklin va uning aspiranti tomonidan yaratilgan DNKning aniq va hayratlanarli rentgen diffraksion tasviridan iborat boʻlgan “51-rasm”dan kelib chiqqan. (Yuqorida DNK tomonidan hosil qilingan diffraksion naqshning zamonaviy namunasi koʻrsatilgan.) Franklin suratining X shaklidagi diffraksiya naqshi asosida Uotson darhol DNK uchun spiral, ikki zanjirli strukturasini taklif qildi3.
Uotson va Krik bir qator olimlar (Franklin, Uilkins, Chargaff va boshqalar)dan olingan maʼlumotlarni birlashtirib, oʻzlarining mashhur 3D DNK modelini yaratdi. 1962-yil Jeyms Uotson, Frensis Krik va Mauris Uilkinslar tibbiyot boʻyicha Nobel mukofotiga ega boʻldi. Afsuski, bu paytgacha Franklin vafot etgan edi va mukofotni ololmadi.

Uotson va Krikning DNK modeli

Uotson va Krik modelida koʻrsatilgan DNK tuzilishi qoʻsh spiralli, antiparallel va oʻng tomonlama edi. Uglevod-fosfat guruhi spiral tashqarisida, azot asoslari esa ichki qismida vodorod bogʻlari orqali bogʻlanib, DNK strukturasini ushlab turardi.
Quyidagi modelda zangori va qizil atomlar fosfat guruhlarni, havorang atomlar esa azot asoslarini tasvirlagan.
DNK qoʻsh spiral molekulyar tuzilishi 3D animatsiyasi.
Rasm manbasi: “Bdnk kesmasi”, Jahobr, jamiyat mulki.

Antiparallel joylashuv

Ikkita zanjirli DNK bu antiparallel molekula boʻlib, u bir-biri bilan yonma-yon joylashgan, ammo qarama-qarshi yoʻnalishdagi ikkita ipdan iborat ekanini anglatadi. Ikki zanjirli DNK molekulasida bitta zanjirning 5ʼ uchi (fosfat uchi) uning sherigi 3ʼ (gidroksil uchi) bilan bogʻ hosil qiladi va aksincha.
Chap tomon: DNKning antiparallel tuzilishi tasviri. DNKning qisqa qoʻsh spiral segmenti koʻrsatilgan boʻlib, uning strukturasi asoslar oʻrtasidagi vodorod bogʻlari bilan ushlab turiladi. Chap tomondagi zanjir uchida (5ʼ oxir) fosfat guruhi, pastda (3ʼ oxir) gidroksil guruhi tutadi. Oʻng tomondagi zanjir esa qarama-qarshi joylashuvga ega, yaʼni pastda (5ʼ oxir) fosfat, uchida (3ʼ oxir) gidroksil guruh tutadi. Bitta zanjirning 5ʼ oxiri ikkinchisining 3ʼ oxiriga mos keladi va aksincha.
Oʻng tomon: 5ʼ fosfat guruh va 3ʼ gidroksil guruhini tutuvchi nukleotid tuzilishi. Bu guruhlar oʻzlarining nomini dezoksiriboza halqasidagi joylashuv oʻrniga qarab olgan. Uglevod halqasidagi uglerodlar 1ʼ dan (bu uglerod azot asosiga tegishli) boshlab 5ʼ (fosfat guruhga tegishli)gacha raqamlanadi. Oʻrtadagi 3ʼ uglerod gidroksil guruhini tutadi.
_Rasm “DNKning kimyoviy tuzilishi”, Madeleine Price Ball (CC0/jamiyat mulki)._

Oʻng tomonlama spiral

Uotson va Krikning modelida DNKning ikkita zanjiri bir-birining atrofida oʻng tomonlama spiral hosil qilib aylanadi. Spirallarda hosil boʻlgan egilmalar fazoning qaysi tomoniga yoʻnalgani aniq koʻrinib turadi.
Oʻng tomonlama tuzilishga ega boʻlgan DNKni tasavvur qiling. Katta boʻshliq molekula spiralidagi katta tirqishni hosil qiladi, kichik boʻshliq esa unga parallel joylashgan kichikroq tirqishni hosil qiladi. Azot asoslari spiralning ichki qismida, uglevod-fosfat guruhlari esa tashqi tomonda joylashadi.
_Rasm “DNK tuzilishi va ketma-ketligi: 3-rasm”, OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
DNKning buralgan qoʻsh spirali va asoslarning geometrik tuzilishi katta tirqish (katta boʻshliq) va tor tirqish (kichik boʻshliq) hosil qiladi. Boʻshliqlar DNK strukturasini ushlab turuvchi va uni boshqaruvchi oqsillarni bogʻlashga xizmat qiladi.

Asoslar juftligi

Uotson va Krikning modelida DNK qoʻsh spiralining ikkita zanjiri qarama-qarshi zanjirdagi azotli asoslar orasidagi vodorod bogʻlar orqali bogʻlangan. Har bir asos jufti tekis yotadi va DNK molekulasining zinapoyasida “zina” hosil qilib joylashadi.
Asos juftlari tasodifiy asoslar kombinatsiyasidan tashkil topgan emas. Agar bitta zanjirda A boʻlsa, qarama-qarshi tomonda T joylashadi. Shunga oʻxshab, zanjirda G boʻlsa, juft sifatida ikkinchi zanjirda S boʻladi. A-T va G-S juftlari asos juftlar komplementarligi deyiladi.
A-T va G-S oʻrtasidagi asos juftlari tasvirlangan rasm. A va T asoslari ikkita spiralning qarama-qarshi tomonlarida ikkita vodorod bogʻi orqali bogʻlanib joylashadi. Shu kabi, G va S asoslari ham ikkita zanjirning qarama-qarshi tomonlarida joylashadi va orasida ularni birga ushlab turuvchi uchta vodorod bogʻi boʻladi.
_Rasm “DNK tuzilishi va ketma-ketligi: 3-rasm”, OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Asoslar juftliklarida A ning soni doim T soniga, S ning soni esa doim G soniga teng ekani Chargaff qoidasini tushunishga imkon beradi11. Agar bitta zanjirda A boʻlsa, qarama-qarshi zanjirda albatta T boʻlishi kerak. Xuddi shu qoida S va G uchun ham umumiy. Katta oʻlchamli purin doim kichik oʻlchamli pirimidin bilan juftlashadi, shu tufayli spiralning oʻlchami bir xil va u 2 nanometrni tashkil qiladi.
Garchi Uotson va Krikning modelida asoslar oʻrtasida ikkita vodorod bogʻi mavjudligi taxmin qilingan boʻlsa-da, bugungi kunda G va S oʻrtasida yana bitta qoʻshimcha vodorod bogʻi borligi maʼlum12.

Qoʻsh spiral taʼsiri

DNKning tuzilishi uning koʻplab vazifalarini, masalan, uning qanday nusxalanishi va hujayra undan oqsillarni hosil qilish uchun qanday foydalanishini tushunish uchun imkon beradi.
Kelgusi maqolalar va videolardan Uotson va Krikning modeli molekulyar biologiyada yangi kashfiyot davrini boshlab berganini bilib olamiz. Model va uning asosida yaratilgan boshqa kashfiyotlar bugungi kunda biologiya va tibbiyotdagi yutuqlarga asos boʻlib xizmat qilmoqda.

Khan Academyʼdan tashqari manbalarni ham kashf qiling

DNK zinapoyasi haqida koʻproq bilib olishni xohlaysizmi? Quyidagi interfaol material bilan tanishib chiqing. Manba: LabXchange.
LabXchange fanlarni bepul oʻrgatuvchi platforma boʻlib, Garvard universitetining sanʼat va fan fakulteti va Amgen jamiyati tomonidan yaratilgan.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish
Hozircha izohlar yoʻq.
Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.