Asosiy kontent
Biologiya
Course: Biologiya > Unit 14
Lesson 3: DNK replikatsiyasi- DNK replikatsiyasi va RNK transkripsiyasi hamda translyatsiyasi
- DNKni nusxalashda yetakchi va kechikuvchi zanjirlar
- DNKni nusxalashda tezlik va aniqlik
- DNKning molekulyar tuzilishi
- DNK replikatsiyasining molekulyar mexanizmi
- DNK replikatsiyasi modeli: Mezelson-Stahl tajribasi
- DNK tahrirlash va tuzatish
- Telomerlar va telomeraza
- DNK replikatsiyasi
© 2023 Khan AcademyFoydalanish shartlariMaxfiylik siyosatiCookie Notice
DNK tahrirlash va tuzatish
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 almashtiriladi .
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 mumkin .
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 ulaydi .
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 ( ) guruhi biriktirilgan boʻlib, yangilariga bu guruh hali birikmagan boʻladi .
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 oladi .
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!
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 ( ) 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 qoʻyiladi .
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 mumkin .
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 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 aniqlaydi .
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 iborat .
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 ulaydi .
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 yaxshiroq .
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 boʻlmaydi .
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 chiqadi
. 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,
yoshgacha boʻlgan kasallarning yarmi agar quyosh nuridan saqlanmasa, teri saratonini orttirib olishi mumkin .
Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?
Hozircha izohlar yoʻq.