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 3: DNK replikatsiyasi
Tabiiy fanlar
Biologiya
DNK genetik material sifatida
DNK replikatsiyasi
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice

DNK tahrirlash va tuzatish

Google sinfxona
DNK replikatsiyasi davomida xatolarni toʻg‘rilaydigan va hujayraning hayoti davomida DNKning zararlanishini tuzatadigan mexanizmlar.

Asosiy tushunchalar:

  • Hujayralardagi mutatsiyalar yoki DNK tarkibida doimo yuzaga kelib turadigan oʻzgarishlarning oldini olishning turli mexanizmlari mavjud.
  • DNK sintezi davomida aksariyat DNK polimerazalar oʻz ishini “tekshiradi”, notoʻgʻri qoʻyilgan asoslarni toʻgʻrilash jarayoni tahrirlash (tekshirish) deyiladi.
  • DNK sintezidan keyin darhol kechuvchi notoʻgʻri oʻrnashgan asoslarni aniqlash va olib tashlash jarayoni nomuvofiqlikni tuzatish deyiladi.
  • Agar DNK shikastlansa, u kimyoviy qaytarish, ekssizion (kesuvchi) tuzatish va qoʻsh zanjirli boʻshliqlar reparatsiyasi kabi turli mexanizmlar orqali qayta tiklanishi mumkin.

Kirish

DNKning saraton kasalligiga nima aloqasi bor? Saraton hujayralar nazoratsiz boʻlinib, stop signallari ularga taʼsir qilmay qoʻyganda va oʻsma hosil qilganda kelib chiqadi. Uning bu xususiyatlari mutatsiyalar yigʻilib borishi yoki DNK tarkibidagi oʻzgarishlarga bogʻliq.
Replikatsiya xatolari va DNK shikastlanishi aslida bizning tanamiz hujayralarida doimo sodir boʻladi. Ammo aksariyat hollarda ular hech qanday saraton yoki mutatsiyalarga olib kelmaydi. Buning sababi shundaki, ular DNK tekshiruvi va tuzatish mexanizmlari yordamida aniqlanadi va bartaraf etiladi. Agar shikast bartaraf etilmasa, hujayra (apoptoz)ga uchraydi.
Faqatgina bu mexanizmlar ishdan chiqsagina mutatsiya sodir boʻladi va keyingi hujayralarga oʻtkaziladi. Saraton esa bitta hujayraning oʻzida mutatsiyalar toʻplanishi natijasida sodir boʻladi.
Bu maqolada biz replikatsiya xatoliklari va DNK shikastlarini bartaraf etuvchi mexanizmlarni yaqindan koʻrib chiqamiz. Bularga quyidagilar kiradi:
  • DNK replikatsiyasi davomida yuzaga keluvchi xatolarni toʻgʻrilovchi tahrirlash
  • DNK replikatsiyasida notoʻgʻri joylashgan asoslarni toʻgʻrilovchi nomuvofiqlikni tuzatish
  • Hujayra sikli davomida shikastlar va xatoliklarni aniqlovchi toʻgʻrilovchi reparatsiya yoʻllari

Tahrirlash

DNK polimerazalar hujayrada DNKni quruvchi fermentlardir. DNK replikatsiyasi davomida aksariyat polimerazalar oʻz ishini “tekshirish” xususiyatiga ega. Bu jarayon tahrirlash deyiladi. Agar polimeraza notoʻgʻri asos qoʻshilib qolganini aniqlasa, DNK sintezi davom etishdan oldin u asos olib tashlanadi va mos keluvchi asos bilan almashtiriladi1.
Tahrirlash:
  1. DNK polimeraza yangi zanjirning oʻsib borayotgan 3ʼ oxiriga yangi asos qoʻshadi. (Andozada G joylashgan, polimeraza esa S oʻrniga T ni joylashtiradi).
  2. Polimeraza asosdagi xatolikni aniqlaydi.
  3. Polimeraza ekzonukleaza aktivligidan foydalanib yangi zanjirning 3ʼ oxiridagi notoʻgʻri joylashtirilgan T ni olib tashlaydi.

Nomuvofiqlikni tuzatish

Yuzaga kelgan koʻp xatolar tahrirlash davomida toʻgʻrilanadi, lekin ayrimlari qolib ketishi mumkin. Nomuvofiqlikni tuzatish yangi sintezlangan DNKda yuz beradi, u orqali notoʻgʻri joylashgan azot asosi (tahrirlash davomida tuzatilmagan asos) zanjirdan olib tashlanadi. Polimerazalar “sirgʻalib”, andoza zanjirga yopishib qolganda sodir boʻladigan mayda qoʻshimchalar va ajralishlar ham nomuvofiqlikni tuzatish orqali aniqlanishi va tuzatilishi mumkin2.
Nomuvofiqlikni tuzatish qanday kechadi? Dastlab oqsil kompleks notoʻgʻri joylashtirilgan asosni aniqlaydi va unga bogʻlanadi. Ikkinchi kompleks notoʻgʻri asoslarni kesib olib tashlaydi. Keyinchalik DNK polimeraza yuzaga kelgan boʻshliqni tegishli nukleotid bilan toʻldiradi va DNK ligaza fermenti DNK boʻlaklarini bir-biriga ulaydi2.
Nomuvofiqlikni tuzatish.
  1. Yangi sintezlangan DNKda nomuvofiqlik aniqlanadi. Bu yerda eski zanjirdagi T bilan yangi zanjirdagi G juftlashgan.
  2. Yangi DNK zanjiridagi notoʻgʻri joylashgan nukleotid va uning atrofidagi qismlar olib tashlanadi.
  3. Yuzaga kelgan boʻshliq DNK polimeraza yordamida toʻldiriladi.
  4. DNK ligaza DNK asosidagi uzilishni birlashtiradi.
Sizni bitta narsa ajablantirishi mumkin: DNKni tiklashda ishtirok etadigan oqsillar notoʻgʻri juftlashgan asoslarni aniqlash paytida “qaysi asos toʻgʻri, qaysi biri xato” ekanini qanday qilib aniqlay oladi. Yaʼni ikkita asos notoʻgʻri joylashtirilganda (yuqoridagi rasmda keltirilgan G va T kabi) ikkalasidan qaysi birini olib tashlash va almashtirish kerak?
Bakteriyalarda DNKning eski va yangi zanjirlari oʻrtasidagi farq bu ularning metillanishi bilan bogʻliq. Yaʼni eski zanjirlarga metil (−CH3) guruhi biriktirilgan boʻlib, yangilariga bu guruh hali birikmagan boʻladi3.
Eukariotlarda nomuvofiqlikni tuzatish jarayonida eski zanjirni aniqlashga imkon beradigan narsa bu faqat yangi sintezlangan DNKda mavjud boʻlgan boʻshliqlarni (bitta zanjirli boʻshliqlar) tanib olishni oʻz ichiga oladi3.

DNK shikastlanishini tuzatish mexanizmlari

DNKning shikastlanishi faqatgina hujayra boʻlinishi paytida emas, balki hujayra hayoti davomidagi deyarli har qanday davrda sodir boʻlishi mumkin. Darhaqiqat, DNK doimo tashqi omillar, UB nurlari, kimyoviy moddalar va rentgen nurlari kabi shikastlantiruvchi omillar taʼsirida boʻladi, atrof-muhitning taʼsirisiz sodir boʻladigan kimyoviy reaksiyalar haqida gapirmasa ham boʻladi!4
Yaxshiyamki, hujayralarda DNKdagi koʻplab shikastlar turlarini aniqlash va tuzatish uchun mexanizmlar mavjud. Shikastlangan DNKni toʻgʻrilashga yordam beradigan tuzatish jarayonlariga quyidagilar kiradi:
  • Bevosita orqaga qaytarish: DNK shikastlanishiga olib keladigan ayrim kimyoviy reaksiyalar maxsus fermentlar taʼsirida toʻxtatilishi mumkin.
  • Ekssizion (kesuvchi) tuzatish: DNKdagi bitta yoki bir nechta asosda yuzaga keladigan xatolik ularni kesib tashlash (ekssiziya) yoʻli bilan toʻgʻrilanadi. Asosni ekssizion tuzatishda faqatgina xato joylashgan asos olib tashlanadi. Nukleotid ekssizion tuzatishda jarayon bir qancha nukleotidlarda kechadi.
  • Qoʻsh zanjirli uzilishlarni tuzatish: DNKdagi ikki zanjirli uzilishlarni (yaʼni butun xromosoma ikkiga boʻlinganida) tuzatishning ikkita asosiy yoʻli bor: nogomologik oxirlarni biriktirish va gomologik rekombinatsiya.

Xatolikni orqaga qaytarish

Ayrim hollarda DNKdagi xatoliklar ularni yuzaga keltirgan kimyoviy reaksiyalarni orqaga qaytarish bilan tuzatiladi. Buni tushunish uchun DNKga qoʻshimcha atom guruhlari qoʻshilishi bilan boruvchi kimyoviy reaksiyalarni aniqlab olishimiz kerak.
Masalan, guanin (G) asosi kislorodiga (−CH3) metil guruhi birikishi bilan boradigan reaksiya. Agar bu xatolik tuzatilmasa, DNK replikatsiyasida unga juft asos sifatida sitozin (S) oʻrniga timin (T) qoʻyilishi mumkin. Yaxshiyamki, odam va boshqa koʻp organizmlarda metil guruhni olib tashlovchi ferment mavjud. Shu yoʻl bilan kimyoviy reaksiya orqaga qaytariladi va mos asos joyiga qoʻyiladi5.
Guaninning metillanishi
Normal guanin halqalaridan biridagi karbonil guruhidagi kislorod zararli kimyoviy modda bilan reaksiyaga kirishishi natijasida (−CH3) metil guruhi birikib qolishi mumkin.
Hujayrada aniqlangan maxsus ferment yordamida asos tarkibidan metil guruhi olib tashlanadi.
Cooperʼdagi chizmaga asoslangan diagramma 5.

Asos ekssizion reparatsiyasi

Asos ekssizion reparatsiyasi (tuzatilishi) bu maʼlum bir turdagi asosda yuzaga kelgan xatolikni aniqlab, uni tuzatishdan iborat mexanizm hisoblanadi. Glikozilaza fermentlar guruhi bu jarayonda asosiy rol oʻynaydi. Har bir glikozilaza maʼlum bir turdagi asos shikastlanishini aniqlaydi va uni bartaraf etadi.
Masalan, dezaminlash deb ataladigan kimyoviy reaksiya sitozin asosini uratsilga aylantirishi mumkin, bu odatda faqat RNKda yuzaga keladi. DNK replikatsiyasi jarayonida uratsil guanin bilan emas, balki adenin bilan birikadi (agar asos haligacha sitozin boʻlsa), shuning uchun sitozin uratsilga oʻzgarishining tuzatilmasligi mutatsiyaga olib kelishi mumkin5.
Bunday mutatsiyalarning oldini olish uchun asos ekssizion tuzatish usulida glikozilaza dezaminlangan sitozinlarni aniqlaydi va olib tashlaydi. Asos olib tashlanganda, DNKning shu asosga yaqin qismlari ham olib tashlanadi va boʻshliq boshqa fermentlar tomonidan toʻldiriladi va zanjir ulanadi6.
Dezaminlangan sitozinning asos ekssizion reparatsiyasi.
  1. Dezaminlanish sitozinni uratsilga aylantiradi. Natijada DNK qoʻsh spiralining bitta zanjiridagi G ikkinchi zanjirdagi U bilan juftlashadi.
  2. Uratsil aniqlanadi va olib tashlanadi, tarkibidagi asosni yoʻqotgan nukleotidning oʻzi qoladi.
  3. Asossiz nukleotid ham olib tashlanadi, DNK zanjirida bitta nukleotid oʻrni boʻsh qoladi.
  4. DNK polimeraza tomonidan boʻshliq mos keluvchi asos bilan toʻldiriladi va ligazalar tomonidan ulanadi.

Nukleotid ekssizion reparatsiya

Nukleotid ekssizion reparatsiya asoslardagi xatolikni tuzatishning yana bir usuli hisoblanadi. Nukleotid ekssizion tuzatish DNKning ikki tomonlama spiralidagi xatoliklarni aniqlaydi va tuzatadi. Masalan, bu yoʻl yirik kimyoviy guruhlar taʼsirida oʻzgartirilgan asoslarni, masalan, sigaret tutuni tarkibidagi kimyoviy moddalar taʼsir qilganda DNKga birikkan asoslarni aniqlaydi7.
Nukleotid ekssizion tuzatish quyosh nuri tarkibidagi UB nurlari bilan yetkazilgan baʼzi zararlarni tuzatish uchun ham ishlatiladi. Ultrabinafsha nurlari sitozin va timin asoslarini qoʻshni asoslar bilan ham reaksiyaga kirishtirib, juft spiralni buzadigan va DNK replikatsiyasi xatolariga olib keladigan bogʻlarni hosil qiladi. Eng keng tarqalgan bogʻlanish turi timin dimeridan, yaʼni bir-biri bilan reaksiyaga kirishib, kimyoviy bogʻ bilan bogʻlangan ikkita timin asoslaridan iborat8.
Timin dimerining nukleotid ekssizion reparatsiyasi.
  1. UB nurlari timin dimerini hosil qiladi. Bunda ikkita qoʻshni timin oʻrtasida kimyoviy reaksiya natijasida bogʻ hosil boʻladi. Bu esa qoʻsh spiral shaklining buzilishiga olib keladi.
  2. Dimer aniqlangach, atrofdagi DNK boʻlagi pufak shaklida ochiladi.
  3. Fermentlar shikastlangan qismni (timin dimeri va uning yon qismlaridagi nukleotidlarni) kesib olib tashlaydi.
  4. DNK polimeraza boʻshliqni mos asoslar bilan toʻldiradi, ligaza esa DNK asosidagi uzilishni bogʻlaydi.
Nukleotid ekssizion tuzatish jarayonida, shikastlangan nukleotid(lar) atrofidagi qismlar bilan birga olib tashlanadi. Ushbu jarayonda helikaza (DNKni ochadigan ferment) pufak hosil qilib DNKni ochadi va DNKni kesuvchi fermentlar pufakchaning shikastlangan qismini kesib tashlaydi. DNK polimeraza yetishmayotgan nukleotid oʻrnini toʻldiradi va DNK ligazasi zanjirdagi uzilishni bir-biriga ulaydi9.

Qoʻsh zanjirli uzilishlarni tuzatish

Ayrim atrof-muhit omillari, masalan, yuqori energiyali nurlanish DNK qoʻsh zanjiridagi uzilishlarga olib kelishi mumkin (xromosomani ikkiga boʻlish). Bu kabi DNK shikastlanishlari komikslarda super qahramonning kelib chiqishi haqidagi hikoyalar va Chernobil kabi haqiqiy hayotdagi falokatlar bilan bogʻliq.
Qoʻsh zanjirli uzilishlar xavflidir, chunki agar u tuzatilmasa, xromosomalarning katta segmentlari va ular tarkibidagi yuzlab genlar yoʻqotilishi mumkin. Qoʻsh zanjirli DNK uzilishlarini tuzatishning ikkita yoʻli mavjud: nogomologik oxirlarni biriktirish va gomologik rekombinatsiya.
Nogomologik oxirlarni biriktirishda xromosomaning uzilgan oxirlari shunchaki biriktirib qoʻyiladi. Ushbu tuzatish mexanizmi “tartibsiz” va odatda uzilgan joyda bir nechta nukleotidlarning yoʻqolishiga yoki baʼzan qoʻshilib qolishiga olib keladi. Shunday qilib, nogomologik birikish mutatsiya keltirib chiqaradi, ammo bu butun xromosoma yelkasini yoʻqotishdan koʻra yaxshiroq10.
Qoʻsh zanjirli uzilishlarni qayta tiklash nogomologik oxirlarni biriktirish orqali amalga oshirilishi mumkin. Xromosoma qismlari shunchaki qayta yopishtiriladi, bunda odatda kichik mutatsiyalar yuzaga kelishi mumkin.
Diagramma “Alberts et al”dagi chizmaga asoslangan.10
Gomologik rekombinatsiya usulida gomologik xromosomalar (yoki qiz xromatidalar)dagi maʼlumotlardan shikastlangan xromosomani tiklash uchun foydalaniladi. Bu jarayonda gomologik xromosomalar birga joylashadi va shikastlanmagan xromosomadagi yoki xromatidadagi tegishli qism ikkinchi xromosoma uchun andoza boʻlib xizmat qiladi. Bu usul nogomologik oxirlarni biriktirish usulidan koʻra yaxshiroq va mutatsiyalarga sabab boʻlmaydi11.
Qoʻsh zanjirli uzilishlarni qayta tiklash gomologik rekombinatsiya yoʻli orqali amalga oshirilishi mumkin. Shikastlangan xromosoma oʻzining gomologi bilan birikadi. Shikastlangan qism gomologik xromosomaning shu qismidan nusxa koʻchirish orqali toʻldiriladi.
Diagramma “Alberts et al”dagi chizmaga asoslangan.10

Odamda uchrovchi kasalliklarda DNK tahrirlanishi va reparatsiyasi

Tekshirish va qayta tiklash mexanizmlarining muhimligi haqidagi dalillar insonlarda uchrovchi irsiy kasalliklar orqali tushuntiriladi. Koʻpgina hollarda, oqsillarni kodlovchi genlardagi mutatsiyalar nasliy saraton bilan bogʻliq (qarindoshlar ichida rivojlanadigan saraton). Masalan:
  • Nasliy nopolipoz kolorektal saraton (Linx sindromi) xatoliklarni tuzatuvchi oqsil genida yuzaga kelgan mutatsiya oqibatida kelib chiqadi12,13. Ushbu sindromli odamlarning hujayralarida bir-biriga mos boʻlmagan asoslar tuzatilmagani sababli mutatsiyalar sogʻlom odam hujayralariga qaraganda tezroq toʻplanadi. Bu yoʻgʻon ichakda oʻsmalar paydo boʻlishiga olib kelishi mumkin.
  • Kseroderma pigmentozi uchraydigan odamlarda UB nurlariga sezuvchanlik oʻta yuqori. Ushbu holat nukleotidning ekssizion tuzatish yoʻliga taʼsir qiluvchi mutatsiyalar tufayli yuzaga keladi. Agar bu yoʻl oʻz vazifasini bajarmasa, timin dimerlar va ultrabinafsha nurlari yetkazgan boshqa zararlarni tiklab boʻlmaydi. Kseroderma pigmentoziga ega odamlar quyosh nuri ostida bir necha daqiqa tursa ham qattiq kuyishni boshdan oʻtkazadi, 10 yoshgacha boʻlgan kasallarning yarmi agar quyosh nuridan saqlanmasa, teri saratonini orttirib olishi mumkin14.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

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