Agar siz ushbu xabarni oʻqiyotgan boʻlsangiz, demak, saytimizga tashqi resurslarni yuklashda muammolarga duch kelmoqdamiz.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Asosiy kontent

Bitta gen, bitta ferment

Tarixiy tajribalar: Garrodning alkoptonuriyaga oid izlanishlari, Bidl va Tatumning Neurospora mutantlari bilan ishlari.

Asosiy tushunchalar:

  • Bitta gen, bitta ferment gipotezasi har bitta gen faqatgina bitta fermentni kodlashini nazarda tutadi. Umuman olganda, bugungi kunda biz bu gʻoyaning toʻgʻri ekanini bilamiz (lekin toʻliq emas).
  • Britaniyalik shifokor Arxibald Garrod birinchilardan boʻlib genlar fermentlarga bogʻliq ekanligini taklif qilgan.
  • Beadl va Tatum non mogʻori Neyrospora mikroorganizmida olib borgan genetik va biokimyoviy tadqiqotlari asosida Garrodning gipotezasini tasdiqlashdi.
  • Beadl va Tatum maxsus aminokislotalarni sintez qila olmaydigan mutant non mogʻorlarini ajratib olishdi. Har bir mutant organizmda maʼlum aminokislota sinteziga javob beruvchi ferment “ishdan chiqqan” edi.

Kirish

Bugungi kunda biz tipik gen organizm tashqi xususiyatlarini belgilaydigan oqsillar sintezi uchun koʻrsatmani oʻzida saqlashi haqida maʼlumotga egamiz. Masalan, Gregor Mendel tajribasiga koʻra, noʻxat oʻsimligining gul rangi genlari maʼlum turdagi pigment oqsillari ishlab chiqarilishiga javob beradi, gul rangi esa shu pigment taʼsirida namoyon boʻladi.
Lekin Mendel genlar (ularni “irsiylanish faktori” deb atagan) oqsillar yoki boshqa funksional molekulalarni belgilashini bilmagan. Aslida u genlar tirik organizmlarning tashqi xususiyatlariga qanday taʼsir qilgani haqida ham fikrga ega boʻlmagan. Genlar va oqsillar oʻrtasidagi bogʻliqlikni birinchi kim aniqlagan?

Garrodning “tugʻma metabolizm nuqsonlari” nazariyasi

Laboratoriyada biologik kashfiyotlar ochilgan holatlarni tez-tez uchratamiz. Biroq ular yotoqda ham sodir boʻlishi mumkin! XX asr boshlarida faoliyat olib borgan ingliz shifokori janob Arxibald Garrod inson tanasida genlar va biokimyo oʻrtasidagi bogʻliqlikni birinchi boʻlib taʼriflab berdi.
_Rasm manbasi: “Arxibald Edvard Garrod”. Rasm dastlab Frederik Govland Hopkins tomonidan taqdim etilgan (CC BY 4.0)._
Garrod asosan metabolik kasalligi bor bemorlar bilan ishlagan va bu kasalliklar nasliy ekanligining guvohi boʻlgan. U asosiy eʼtiborini alkaptonuriya kasalligiga qaratgan. Bu kasallik oʻlimga olib kelmaydi, siydik tarkibidagi alkapton molekulasi parchalanmagani sababli u qora rangga kirib qoladi (sogʻlom odamda bu molekula rangsiz molekulalarga parchalanadi).1
Garrod kasal odamlarning oilaviy shajarasini oʻrganib, Mendel oʻrgangan belgilar singari bu kasallik ham retsessiv tarzda nasldan naslga oʻtishini aniqladi. Garrod alkaptonuriya bilan ogʻrigan bemorlarda alkapton parchalanishida metabolik nuqson boʻlishi mumkin va bu nuqson Mendelning irsiy omillaridan biri retsessiv shaklga oʻtishi natijasida kelib chiqishi mumkin (yaʼni genning retsessiv alleli) degan fikrda toʻxtadi.2
Garrod buni “tugʻma metabolizm nuqsoni” deb atadi va shunga oʻxshash boshqa kasalliklarni aniqladi. Genning tabiati oʻsha paytda Garrod yoki boshqa biror-bir kishi tomonidan toʻliq anglashilmagan boʻlsa-da, hozir Garrod “kimyoviy genetika otasi” deb hisoblanmoqda, yaʼni u birinchi boʻlib genlarni metabolik reaksiyalarni amalga oshiradigan fermentlar bilan bogʻlagan.3

Beadl va Tatum: genlarni fermentlar bilan bogʻlash

Afsuski, Garrodning gʻoyalari oʻz davrida eʼtiborsiz qoldirildi. Aslida boshqa ikki tadqiqotchi – Jorj Beadl va Edvard Tatum 1940-yillarda bir qator tajribalar oʻtkazgandan keyingina Garrodning ishi qayta kashf etilib, taqdirlangan.4
Beadl va Tatum Neurospora crassa yoki oddiy non mogʻori ustida ish olib borishdi. Neurospora mikroorganizmini ishga solib ular genlar va metabolik fermentlar oʻrtasidagi bogʻliqlikni namoyish qilishdi.

Nima sababdan non mogʻori tajriba uchun katta ahamiyat kasb etdi?

Siz hayron boʻlishingiz mumkin: nima uchun Beadl va Tatum aynan non mogʻoriga oʻxshash (va ahamiyatsiz boʻlib koʻrinadigan) organizmni oʻrganishni tanladi?
Dastlab Beadl meva pashshasi boʻlgan Drosophila pashshasida tajriba oʻtkazmoqchi boʻlgan (oʻsha paytda tajriba oʻtkazish uchun eng qulay organizm hisoblangan). Lekin metabolizm va gen oʻrtasidagi aloqalarga qiziqqani bois Neurospora unga bu mavzuda koʻproq maʼlumot berishi mumkin deb oʻyladi. Aytish lozimki, Neurospora tez va qulay hayot sikliga ega boʻlib, gaploid va diploid fazalarda genetik tadqiqotlar uchun qulay.5
Balki, eng muhimi Neurospora mikroorganizmining laboratoriya sharoitida tadqiqotchilarga 100% maʼlum boʻlgan va ular nazorat qila oladigan oddiy muhitda oʻsishi sabab boʻlgan boʻlishi mumkin. Shunisi aniqki, bu hujayralar faqatgina uglevod, tuz va vitamin (biotin) tutgan minimal oziq muhitida oʻsa oladi. Neurospora hujayralari boshqa organizmlarga nisbatan bu muhitda ancha yashovchan boʻladi. Chunki Neurospora uglevod, tuz va biotindan biokimyoviy yoʻllar orqali boshqa kerakli (aminokislota va vitamin kabi) moddalar sintez qilib olishi mumkin.6
Bundan tashqari, Neurospora hujayralari barcha kerakli aminokislota va vitaminlar tutgan murakkab oziq muhitida ham oʻsishi mumkin. Ularga yashash uchun bunday muhitning boʻlishi shart emas.

Keling, bir nechta mutant organizmlarni koʻrib chiqamiz!

Beadl va Tatumning fikriga koʻra, agar genlar biokimyoviy fermentlar bilan bogʻliq boʻlsa, unda mutatsiyalar yoki gendagi boshqa oʻzgarishlar hujayraning minimal oziq muhitda yashab qolishiga yordam beradigan fermentlarni “ishdan chiqarishi” kerak. Shunday mutatsiyaga ega boʻlgan Neurospora murakkab oziq muhitida oʻsa olgan, lekin minimal muhitda yashab qola olmagan.7
Diagramma “Griffiths” va boshqalardagi diagrammaga asoslangan. 8.
Shu kabi yangi mutantlarni olish uchun Beadl va Tatum Neurospora mikroorganizmiga rentgen nurlari bilan taʼsir oʻtkazishdi. Bir qancha genetik saralashdan soʻng, nurlantirilgan sporalar avlodlarini alohida murakkab muhitga oʻtkazishdi. Sporalar koloniya hosil qiladi. Keyinchalik har bitta koloniyadan bir qismi olinib, minimal oziq muhitiga oʻtkaziladi.
Koʻplab koloniyalar ham murakkab, ham minimal oziq muhitida oʻsgan. Lekin ayrimlari faqat murakkab muhitda oʻsgan, minimal muhitda esa oʻsa olmagan. Bular Beadl va Tatum topishni niyat qilgan ozuqa mutantlari edi. Minimal muhitda har bir mutant nobud boʻladi, chunki u minimal ozuqaviy moddalardan maʼlum bir muhim molekula hosil qila olmaydi. Murakkab muhit mutantni “qutqaradi” va uni kerakli molekulalar bilan taʼminlaydi.9

Ishdan chiqqan metabolik yoʻlni aniqlash

Mutant hujayrada qaysi metabolik yoʻl ishdan chiqqanini aniqlash uchun Beadl va Tatum ikki bosqichli tajriba oʻtkazishdi.
Birinchidan, ular har bir mutantni aminokislotalarning toʻliq toʻplami yoki vitaminlar toʻplami bilan (yoki uglevod, ammo biz bu masalani koʻrib chiqmaymiz) toʻyintirilgan minimal muhitda oʻstirishdi.8,10
  • Agar mutant aminokislotalari boʻlgan (lekin vitaminlar boʻlmagan) minimal muhitda oʻsgan boʻlsa, demak, u bir yoki bir nechta aminokislotalarni hosil qila olmaydi.
  • Agar mutant aminokislotalar muhitida emas, balki vitamin muhitida oʻsgan boʻlsa, demak, organizm bir yoki bir nechta vitaminlarni ishlab chiqara olmaydi.
Diagramma “Griffiths” va boshqalardagi diagrammaga asoslangan. 8.
Beadl va Tatum har bir mutantning “ishdan chiqqan” metabolik yoʻlini tajribaning ikkinchi bosqichi orqali aniqladi. Masalan, agar mutant 20 ta aminokislotaning barchasini oʻz ichiga olgan minimal muhitda oʻsgan boʻlsa, endi ular 20 ta turli xil aminokislotalar qoʻshilgan flakonlarda sinab koʻrishdi, har bir minimal muhit 20 ta aminokislotadan faqat bittasini oʻz ichiga oladi. Agar mutant shu flakonlarning birida oʻsgan boʻlsa, Beadl va Tatum bu flakondagi aminokislota ishdan chiqqan metabolik yoʻlning yakuniy mahsuloti boʻlishi kerakligini bilishgan.8
Shu tarzda Beadl va Tatum koʻplab ozuqaviy mutantlarni spetsifik aminokislota va vitaminlarning biosintetik yoʻllari bilan bogʻladi. Ularning ishi genetikani oʻrganishda inqilob yaratdi va individual genlar haqiqatan ham maʼlum fermentlar bilan bogʻliqligini koʻrsatdi.11

“Bitta gen-bitta ferment” bugungi kunda

Dastlab genlar va fermentlar oʻrtasidagi bogʻliqlik “bitta gen-bitta ferment” gipotezasi deb nomlandi. Ushbu farazga Beadl va Tatum davridan beri bir qator muhim yangiliklar qoʻshildi.
  • Ayrim genlar ferment boʻlmagan oqsillarni kodlaydi. Fermentlar oqsillarning bir turi hisoblanadi. Hujayrada juda koʻp ferment boʻlmagan oqsillar mavjud va ular genlar tomonidan kodlanadi.
  • Ayrim genlar esa yaxlit bir oqsilni emas, balki uning qismlarini kodlaydi. Umuman olganda, genlar bitta polipeptidni, yaʼni aminokislotalar zanjirini kodlaydi. Baʼzi oqsillar turli genlardan olingan bir nechta polipeptiddan iborat.
  • Ayrim genlar esa umuman polipeptidlarni kodlamaydi. Baʼzi genlar faqatgina funksional RNK molekulalarini kodlaydi.
Garchi “bitta gen-bitta ferment” nazariyasi batamom toʻgʻri boʻlmasa-da, uning asosiy gʻoyasi – gen odatda oqsilni 1:1 nisbatda belgilashi bugungi kunda genetiklar uchun foydali maʼlumot boʻlib qolmoqda.