გენეტიკური ინფორმაციის კოდირება და დანერგვა. ბიოლოგიური ინფორმაციის კოდირება და დანერგვა უჯრედში, გენეტიკური კოდი და მისი თვისებები
1. ბიოლოგიური ინფორმაციის კოდირება და დანერგვა უჯრედში. დნმ და ცილის კოდის სისტემა.
2. გენეტიკური ინჟინერია. ბიოტექნოლოგია. მიზნები, მეთოდები. მიღწევები, პერსპექტივები.
3. ეკოლოგიის მეცნიერების განმარტება. გარემო, როგორც ეკოლოგიური ცნება, გარემო ფაქტორები. ეკოსისტემა, ბიოგეოცენოზი, ანთროპოცენოზი. ადამიანების საცხოვრებელი გარემოს სპეციფიკა.
1. უპირველეს ყოვლისა, სიცოცხლის მრავალფეროვნება განისაზღვრება ცილის მოლეკულების მრავალფეროვნებით, რომლებიც ასრულებენ სხვადასხვა ბიოლოგიურ ფუნქციას უჯრედებში. ცილების სტრუქტურა განისაზღვრება მათ პეპტიდურ ჯაჭვებში ამინომჟავების სიმრავლითა და რიგით. სწორედ პეპტიდურ ჯაჭვებში ამინომჟავების ეს თანმიმდევრობაა დაშიფრული დნმ-ის მოლეკულებში ბიოლოგიური (გენეტიკური) კოდის გამოყენებით. 20 სხვადასხვა ამინომჟავის დაშიფვრისთვის საკმარისი რაოდენობის ნუკლეოტიდური კომბინაციები შეიძლება იყოს უზრუნველყოფილი მხოლოდ სამმაგი კოდით, რომელშიც თითოეული ამინომჟავა დაშიფრულია სამი მიმდებარე ნუკლეოტიდით.
გენეტიკური კოდიარის ცილებში ამინომჟავების თანმიმდევრობის შესახებ ინფორმაციის ჩაწერის სისტემა mRNA-ში ნუკლეოტიდების თანმიმდევრული განლაგების გამოყენებით.
გენ. კოდი:
1) კოდი არის სამმაგი. ეს ნიშნავს, რომ 20 ამინომჟავიდან თითოეული დაშიფრულია 3 ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობით, რომელსაც ეწოდება ტრიპლეტი ან კოდონი.
2) კოდი დეგენერატიულია. ეს ნიშნავს, რომ თითოეული ამინომჟავა კოდირებულია ერთზე მეტი კოდონით (გამონაკლისია მეთიოტინი და ტრიპტოფანი)
3) კოდი ცალსახაა – თითოეული კოდონი მხოლოდ 1 ამინომჟავას შიფრავს
4) გენებს შორის არის „პუნქტუაციის ნიშნები“ (UAA, UAG, UGA), რომელთაგან თითოეული ნიშნავს სინთეზის შეწყვეტას და დგას თითოეული გენის ბოლოს.
5) გენის შიგნით არ არის პუნქტუაცია.
6) კოდი უნივერსალურია. გენეტიკური კოდი დედამიწაზე ყველა ცოცხალი არსებისთვის ერთნაირია.
ტრანსკრიფცია არის რნმ ინფორმაციის წაკითხვის პროცესი, რომელსაც ახორციელებს mRNA პოლიმერაზა. დნმ არის უჯრედში არსებული ყველა გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელი და უშუალოდ არ მონაწილეობს ცილის სინთეზში. გადამზიდავი ინფორმაციის შუამავალი იგზავნება ბირთვიდან რიბოზომებში - ცილების შეკრების ადგილებამდე - და შეუძლია გაიაროს ბირთვული მემბრანის ფორებში. ეს არის mRNA. კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით, ის იკითხება დნმ-დან ფერმენტის მონაწილეობით, რომელსაც ეწოდება რნმ პოლიმერაზა. ტრანსკრიფციის პროცესი შეიძლება დაიყოს 4 ეტაპად:
1) რნმ პოლიმერაზას შეკავშირება პრომოტორთან,
2) ინიცირება – სინთეზის დასაწყისი. იგი შედგება პირველი ფოსფოდიესტერული ბმის ფორმირებაში ATP-სა და GTP-ს და სინთეზირებადი mRNA მოლეკულის ორ ნუკლეოტიდს შორის.
3) დრეკადობა – რნმ-ის ჯაჭვის ზრდა, ე.ი. ნუკლეოტიდების თანმიმდევრული დამატება ერთმანეთთან იმ თანმიმდევრობით, რომლითაც ჩნდება დამატებითი ნუკლეოტიდები ტრანსკრიბირებული დნმ-ის ჯაჭვში,
4) შეწყვეტა – mRNA სინთეზის დასრულება. პრომოტორი არის პლატფორმა რნმ პოლიმერაზასთვის. ოპერონი არის ერთი დნმ-ის გენის ნაწილი.
დნმ(დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა) არის ბიოლოგიური პოლიმერი, რომელიც შედგება ერთმანეთთან დაკავშირებული ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან. მონომერები, რომლებიც ქმნიან დნმ-ის თითოეულ ჯაჭვს, არის რთული ორგანული ნაერთები, რომლებიც მოიცავს ოთხიდან ერთ-ერთ აზოტოვან ბაზას: ადენინი (A) ან თიმინი (T), ციტოზინი (C) ან გუანინი (G), შაქრის ხუთატომიანი პენტოზა - დეზოქსირიბოზა. , რომელსაც სახელი ეწოდა თავად დნმ-ის დასახელების, ასევე ფოსფორმჟავას ნარჩენების მიხედვით. ამ ნაერთებს ნუკლეოტიდები ეწოდება.
2. გენეტიკური ინჟინერია,ან რეკომბინანტული დნმ ტექნოლოგია, ცვლილება ბიოქიმიური და გენეტიკური ტექნიკის გამოყენებით ქრომოსომული მასალის - უჯრედების ძირითადი მემკვიდრეობითი ნივთიერების. ქრომოსომული მასალა შედგება დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავისგან (დნმ). ბიოლოგები გამოყოფენ დნმ-ის გარკვეულ მონაკვეთებს, აერთიანებენ მათ ახალ კომბინაციებში და გადააქვთ ერთი უჯრედიდან მეორეში. შედეგად, შესაძლებელია გენომში ისეთი ცვლილებების განხორციელება, რაც ბუნებრივად ძნელად მოხდებოდა. გენეტიკური ინჟინერიის გამოყენებით უკვე მიღებულია მრავალი წამალი, მათ შორის ადამიანის ინსულინი და ანტივირუსული პრეპარატი ინტერფერონი. და მიუხედავად იმისა, რომ ეს ტექნოლოგია ჯერ კიდევ ვითარდება, ის უზარმაზარ წინსვლას გვპირდება როგორც მედიცინაში, ასევე სოფლის მეურნეობაში. მაგალითად, მედიცინაში ეს ვაქცინების შექმნისა და წარმოების ძალიან პერსპექტიული გზაა. სოფლის მეურნეობაში, რეკომბინანტული დნმ შეიძლება გამოყენებულ იქნას კულტივირებული მცენარეების წარმოებისთვის, რომლებიც მდგრადია გვალვის, სიცივის, დაავადებების, მწერების მავნებლებისა და ჰერბიციდების მიმართ.
გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდები:
სექვენირების მეთოდი - დნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის განსაზღვრა;
დნმ-ის საპირისპირო ტრანსკრიფციის მეთოდი;
ცალკეული დნმ-ის ფრაგმენტების რეპროდუქცია.
თანამედროვე ბიოტექნოლოგია- ეს არის ახალი სამეცნიერო და ტექნიკური მიმართულება, რომელიც წარმოიშვა ჩვენი საუკუნის 60-70-იან წლებში. განსაკუთრებით სწრაფად დაიწყო განვითარება 70-იანი წლების შუა ხანებში, გენეტიკური ინჟინერიის ექსპერიმენტების პირველი წარმატებების შემდეგ. ბიოტექნოლოგია, არსებითად, სხვა არაფერია, თუ არა ბაქტერიების, საფუარის, ცხოველების ან მცენარეების უჯრედული კულტურების გამოყენება, რომელთა მეტაბოლიზმი და ბიოსინთეზური შესაძლებლობები უზრუნველყოფს კონკრეტული ნივთიერებების წარმოებას. ბიოტექნოლოგიამ, ბიოქიმიის, გენეტიკისა და ქიმიური ინჟინერიის ცოდნისა და მეთოდების გამოყენებაზე დაფუძნებული, შესაძლებელი გახადა ადვილად ხელმისაწვდომი, განახლებადი რესურსების დახმარებით მოპოვებულიყო ის ნივთიერებები, რომლებიც მნიშვნელოვანია სიცოცხლისა და კეთილდღეობისთვის.
3. ეკოლოგია- მეცნიერება ცოცხალ ორგანიზმებსა და მათ გარემოს შორის ურთიერთობის შესახებ. ბუნება, რომელშიც ცხოვრობს ცოცხალი ორგანიზმი მისი ჰაბიტატი . გარემო ფაქტორებს, რომლებიც გავლენას ახდენენ სხეულზე, ეწოდება გარემო ფაქტორები:
აბიოტური ფაქტორები- უსულო ბუნების ფაქტორები (ტემპერატურა, სინათლე, ტენიანობა);
ბიოტიკური ფაქტორები- ურთიერთობა ინდივიდებს შორის პოპულაციაში და პოპულაციებს შორის ბუნებრივ საზოგადოებაში;
ანთროპოგენური ფაქტორი- ადამიანის საქმიანობა, რომელიც იწვევს ცოცხალი ორგანიზმების ჰაბიტატის ცვლილებას.
ფოტოპერიოდიზმი - ორგანიზმების ზოგადი მნიშვნელოვანი ადაპტაცია. ამრიგად, გაზაფხულის დღეების გახანგრძლივება იწვევს სასქესო ჯირკვლების აქტიურ აქტივობას.
1935 წელს ინგლისელმა ბოტანიკოსმა ა. ტესლიმ შემოიტანა კონცეფცია " ეკოსისტემა”- ისტორიულად ჩამოყალიბებული ცოცხალი და არაცოცხალი კომპონენტების ღია, მაგრამ ინტეგრალური და სტაბილური სისტემები, რომლებსაც აქვთ ენერგიის ცალმხრივი ნაკადი, ნივთიერებების შიდა და გარე მიმოქცევა და აქვთ ყველა ამ პროცესის რეგულირების უნარი.
1942 წელს საბჭოთა აკადემიკოსმა ვ.ნ. სუკაჩოვმა ჩამოაყალიბა კონცეფცია ” ბიოგეოცენოზი”- ღია ბუნებრივი სისტემა, რომელიც შედგება ცოცხალი და არაცოცხალი კომპონენტებისგან, რომელიც იკავებს ფართობს შედარებით ერთგვაროვანი მცენარეული თემით და ხასიათდება ენერგიის გარკვეული ნაკადით, ნივთიერებების მიმოქცევით, მოძრაობითა და განვითარებით.
ტყე, ველი, მდელო არის ეკოსისტემა. მაგრამ როდესაც ტყის მახასიათებლებს და მის ტიპს განსაზღვრავს მცენარეთა გარკვეული საზოგადოება (ნაძვის ტყე - მოცვი, ფიჭვნარი - ლინგონბერი) - ეს არის ბიოგეოცენოზი.
ადამიანის გარემო არის ურთიერთქმედების ბუნებრივი და ანთროპოგენური გარემო ფაქტორების ერთობლიობა, რომელთა ნაკრები განსხვავდება პლანეტის სხვადასხვა ბუნებრივ-გეოგრაფიულ და ეკონომიკურ რეგიონში.
07.04.2015 13.10.2015
ნანოტექნოლოგიისა და ინოვაციების ეპოქაში ადამიანის ცხოვრების ყველა სფეროში, თავდაჯერებულობისა და ადამიანებთან კომუნიკაციისთვის ბევრი რამ უნდა იცოდე. ოცდამეერთე საუკუნის ტექნოლოგიები ძალიან შორს წავიდა, მაგალითად, მედიცინისა და გენეტიკის სფეროში. ამ სტატიაში შევეცდებით დეტალურად აღვწეროთ კაცობრიობის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაბიჯი დნმ-ის კვლევაში.
დნმ-ის კოდის აღწერა
რა არის ეს კოდი? კოდი გენეტიკური თვისებებით არის გადაგვარებული და მას გენეტიკოსები სწავლობენ. ჩვენს პლანეტაზე ყველა ცოცხალი არსება დაჯილდოებულია ამ კოდით. მეცნიერულად განსაზღვრულია, როგორც ამინომჟავების ცილების თანმიმდევრობის მეთოდი ნუკლეოტიდების ჯაჭვის გამოყენებით.
ეგრეთ წოდებული ანბანი შედგება ოთხი ფუძისაგან, დასახელებული A, G, T, C:
A - ადენინი,
G - გუანინი,
T - თიმინი,
C - ციტოზინი.
კოდის ჯაჭვი არის ზემოთ აღწერილი საფუძვლების სპირალი, რომელიც თანმიმდევრულად შედგება; გამოდის, რომ სპირალის თითოეული ნაბიჯი შეესაბამება კონკრეტულ ასოს.
დნმ-ის კოდი დეგენერირებულია ცილების მიერ, რომლებიც მონაწილეობენ შემადგენლობაში და შედგება ჯაჭვებისაგან. რომელშიც ოცი სახეობის ამინომჟავაა ჩართული. გამომჟღავნებელი კოდის ამინომჟავებს უწოდებენ კანონიკურს, ისინი განლაგებულია გარკვეულწილად თითოეულ არსებაში და ქმნიან ცილოვან ერთეულებს.
გამოვლენის ისტორია
კაცობრიობა დიდი ხანია სწავლობს ცილებს და მჟავებს, მაგრამ პირველი ჰიპოთეზები და მემკვიდრეობის თეორიის დამკვიდრება მხოლოდ მეოცე საუკუნის შუა ხანებში გაჩნდა. ამ ეტაპზე მეცნიერებმა შეაგროვეს საკმარისი ცოდნა ამ საკითხთან დაკავშირებით.
1953 წელს კვლევამ აჩვენა, რომ ცალკეული ორგანიზმის ცილას აქვს ამინომჟავების უნიკალური ჯაჭვი. შემდგომ დაასკვნეს, რომ ამ ჯაჭვს არ აქვს შეზღუდვა პოლიპეპტიდში.
შეადარეს სხვადასხვა მსოფლიო მეცნიერის ჩანაწერები, რომლებიც განსხვავებული იყო. აქედან გამომდინარე, ჩამოყალიბდა გარკვეული კონცეფცია: თითოეული გენი შეესაბამება კონკრეტულ პოლიპეპტიდს. ამავდროულად გაჩნდა სახელი დნმ, რომელიც ნამდვილად დადასტურდა, რომ არ არის ცილა.
მკვლევარებმა კრიკმა და უოტსონმა პირველად ისაუბრეს მატრიცის განმარტებითი შიფრის სქემაზე 1953 წელს. დიდი მეცნიერების უახლეს ნაშრომში დადასტურდა ფაქტი, რომ შიფრი ინფორმაციის მატარებელია.
შემდგომში გასაგებად დარჩა მხოლოდ პროტეინის ამინომჟავების ჯაჭვების, ბაზებისა და თვისებების განსაზღვრისა და ფორმირების საკითხი.
პირველი მეცნიერი, რომელმაც შექმნა გენეტიკური კოდირების ჰიპოთეზა, იყო ფიზიკოსი გამოუ, რომელმაც ასევე შესთავაზა მატრიცის შესამოწმებლად გარკვეული გზა.
გენეტიკა ვარაუდობს, რომ შეიქმნას მიმოწერა ამინომჟავის ჯაჭვის ორ გვერდითა ზოლსა და ალმასის ფორმის საფეხურებს შორის. ჯაჭვის ალმასის ფორმის საფეხურები იქმნება გენეტიკური კოდის ოთხი ნუკლეოტიდის გამოყენებით. ამ მატჩს ბრილიანტების მატჩი ეწოდა.
თავის შემდგომ კვლევაში, გამოუ გვთავაზობს სამმაგი კოდის თეორიას. ეს ვარაუდი უმთავრესი ხდება გენეტიკური კოდის ბუნების საკითხში. მიუხედავად იმისა, რომ ფიზიკოს გემოუს თეორიას აქვს ნაკლოვანებები, რომელთაგან ერთ-ერთი არის ცილის სტრუქტურის კოდირება გენეტიკური კოდის მეშვეობით.
შესაბამისად, ჯორჯ გამოუ გახდა პირველი მეცნიერი, რომელმაც გენების საკითხი განიხილა, როგორც ოთხნიშნა სისტემის კოდირება მის ოცციფრიან ფუნდამენტურ ფაქტად.
ოპერაციული პრინციპი
ერთი ცილა შედგება ამინომჟავების რამდენიმე სიმისგან. დამაკავშირებელი ჯაჭვების ლოგიკა განსაზღვრავს სხეულის ცილის სტრუქტურასა და მახასიათებლებს, რაც შესაბამისად ეხმარება ცოცხალი არსების ბიოლოგიური პარამეტრების შესახებ ინფორმაციის იდენტიფიცირებას.
ინფორმაცია ცოცხალი უჯრედებიდან მიიღება ორი მატრიცული პროცესით:
ტრანსკრიფცია, ანუ რნმ-ისა და დნმ-ის შაბლონების შერწყმის სინთეზირებული პროცესი.
თარგმანი, ანუ პოლიპეპტიდების ჯაჭვის სინთეზი რნმ-ის მატრიცაზე.
თარგმნის პროცესში გენეტიკური კოდი გადამისამართებულია ამინომჟავების ლოგიკურ ჯაჭვში. 
გენის ინფორმაციის იდენტიფიცირებისთვის და განსახორციელებლად საჭიროა მინიმუმ სამი ჯაჭვის ნუკლეოტიდი, როდესაც განიხილება ოცი მკაცრად თანმიმდევრული ამინომჟავა. სამი ნუკლეოტიდის ეს ნაკრები მოიხსენიება როგორც სამეული.
გენეტიკური კოდები განაწილებულია ორ კატეგორიას შორის:
გადახურვა - კოდი მცირე, სამკუთხა და თანმიმდევრული.
გადახურვის გარეშე – კომბინირებული კოდი და „მძიმის გარეშე“.
კვლევებმა დაამტკიცა, რომ ამინომჟავების რიგი ქაოტური და შესაბამისად ინდივიდუალურია, ამის საფუძველზე მეცნიერები უპირატესობას ანიჭებენ არა გადახურვის კოდებს. შემდგომში უარყვეს თეორია „მძიმის გარეშე“.
რატომ გჭირდებათ დნმ-ის კოდის ცოდნა?
ცოცხალი ორგანიზმის გენეტიკური კოდის ცოდნა შესაძლებელს ხდის მოლეკულების ინფორმაციის განსაზღვრას მემკვიდრეობითი და ევოლუციური გაგებით. აუცილებელია მემკვიდრეობის ჩანაწერი, ავლენს კვლევას გენეტიკის სამყაროში სისტემური ცოდნის ფორმირების შესახებ.
გენეტიკური კოდის უნივერსალურობა ითვლება ცოცხალი ორგანიზმის ყველაზე უნიკალურ თვისებად. მონაცემების საფუძველზე, სამედიცინო და გენეტიკურ კითხვებზე პასუხების მიღება შესაძლებელია.
ცოდნის გამოყენება მედიცინასა და გენეტიკაში
მეოცე საუკუნის მოლეკულურ ბიოლოგიაში მიღწევებმა დიდი წინსვლის საშუალება მისცა სხვადასხვა მიზეზის მქონე დაავადებებისა და ვირუსების შესწავლაში. გენეტიკური კოდის შესახებ ინფორმაცია ფართოდ გამოიყენება მედიცინასა და გენეტიკაში.
კონკრეტული დაავადების ან ვირუსის ბუნების იდენტიფიცირება ემთხვევა გენეტიკური განვითარების შესწავლას. ცოდნას და თეორიებისა და პრაქტიკის ფორმირებას შეუძლია განკურნოს თანამედროვე სამყაროსა და მომავლის რთულად სამკურნალო ან განუკურნებელი დაავადებები.
განვითარების პერსპექტივები
ვინაიდან მეცნიერულად დადასტურებულია, რომ გენეტიკური კოდი შეიცავს ინფორმაციას არა მხოლოდ მემკვიდრეობის, არამედ ორგანიზმის სიცოცხლის ხანგრძლივობის შესახებ, გენეტიკის განვითარება სვამს კითხვას უკვდავებისა და დღეგრძელობის შესახებ. ამ პერსპექტივას მხარს უჭერს ხმელეთის უკვდავების, კიბოს უჯრედების და ადამიანის ღეროვანი უჯრედების არაერთი ჰიპოთეზა.
1985 წელს ტექნიკური ინსტიტუტის მკვლევარმა პ. გარიაევმა სპექტრული ანალიზის შემთხვევით აღმოაჩინა ცარიელი სივრცე, რომელსაც მოგვიანებით ფანტომი უწოდეს. ფანტომები აღმოაჩენენ მკვდარ გენეტიკურ მოლეკულებს.
რაც შემდგომში ასახავს ცოცხალ ორგანიზმში დროთა განმავლობაში ცვლილებების თეორიას, რაც ვარაუდობს, რომ ადამიანს შეუძლია იცხოვროს ოთხას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში.
ფენომენი ისაა, რომ დნმ-ის უჯრედებს შეუძლიათ ასი ჰერცის ხმის ვიბრაციების წარმოქმნა. ანუ დნმ-ს შეუძლია ლაპარაკი.
ციყვებიარის ჰეტეროპოლიმერები, რომლებიც შედგება 20 სხვადასხვა მონომერისგან - ბუნებრივი ალფა ამინომჟავებისგან. ციყვებიარის არარეგულარული პოლიმერები. ცილის მოლეკულის სტრუქტურაში სტრუქტურული ორგანიზაციის რამდენიმე დონეა. პირველადი სტრუქტურაარის ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობა, რომლებიც დაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით. მეორადი სტრუქტურა– როგორც წესი, ეს არის სპირალური სტრუქტურა, რომელსაც ერთმანეთთან აკავშირებს მრავალი წყალბადის ბმა, რომლებიც წარმოიქმნება ერთმანეთთან ახლოს მდებარე –C=O და –NH ჯგუფებს შორის. მესამეული სტრუქტურაცილის მოლეკულა არის სივრცითი კონფიგურაცია, რომელიც ჩვეულებრივ კომპაქტურ გლობულს წააგავს; მას მხარს უჭერს იონური, წყალბადის და დისულფიდური (S-S) ბმები. მეოთხეული სტრუქტურაწარმოიქმნება რამდენიმე ქვედანაყოფის - გლობულის ურთიერთქმედებით (მაგალითად, ჰემოგლობინის მოლეკულა შედგება ოთხი ასეთი ქვედანაყოფისგან). ცილის მოლეკულის სტრუქტურის დაკარგვას დენატურაცია ეწოდება; ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს ტემპერატურის, გაუწყლოების, დასხივების და ა.შ. ინფორმაცია ამინომჟავების თანმიმდევრობის შესახებ ერთ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში გვხვდება დნმ-ის განყოფილებაში, რომელიც გენი ეწოდება. დნმ შეიცავს ინფორმაციას ცილის პირველადი სტრუქტურის შესახებ. დნმ-ის კოდი ყველა ორგანიზმისთვის ერთნაირია. თითოეულ ამინომჟავას აქვს სამი ნუკლეოტიდი, რომლებიც ქმნიან სამეულს, ანუ კოდონს. ეს კოდირება ზედმეტია: შესაძლებელია სამეულის 64 კომბინაცია, მაშინ როცა არის მხოლოდ 20 ამინომჟავა. ასევე არის საკონტროლო ტრიპლეტები, მაგალითად, გენის დასაწყისსა და დასასრულის მითითებით.
ცილის ბიოსინთეზიარის რეაქციების ჯაჭვი, რომელიც იყენებს ატფ-ის ენერგიას. ფერმენტები მონაწილეობენ ცილის სინთეზის ყველა რეაქციაში. ცილის ბიოსინთეზი არის მატრიცის სინთეზი.
გენეტიკური კოდიარის ცილებში ამინომჟავების თანმიმდევრობის შესახებ ინფორმაციის ჩაწერის სისტემა დნმ-ში ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის გამოყენებით. გენეტიკური კოდის თვისებები.
1. სამმაგითითოეული ამინომჟავა კოდირებულია 3 ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობით.
2. დეგენერაცია. ყველა ამინომჟავა, გარდა მეთიონინისა და ტრიპტოფანისა, კოდირებულია ერთზე მეტი სამეულით. სულ 61 ტრიპლეტი კოდირებს 20 ამინომჟავას.
3. გაურკვევლობა. თითოეული ტრიპლეტი კოდირებს მხოლოდ ერთ ამინომჟავას ან არის თარგმანის ტერმინატორი.
4. კომპაქტურობა, ან ინტრაგენური პუნქტუაციის ნაკლებობა. გენში თითოეული ნუკლეოტიდი მნიშვნელოვანი კოდონის ნაწილია.
23. უჯრედში გენეტიკური ინფორმაციის კოდირებისა და განხორციელების პრინციპი, გენეტიკური კოდის თვისებები და მათი ბიოლოგიური მნიშვნელობა. ინფორმაციის განხორციელების ეტაპები, მათი მახასიათებლები. წინა და საპირისპირო ტრანსკრიფციის კონცეფცია.
გენეტიკური კოდი- მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ჩაწერის სისტემა, რომლის უკან ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა დნმ-ში (ზოგიერთ რნმ ვირუსებში) განსაზღვრავს ამინომჟავების თანმიმდევრობას ცილის მოლეკულებში. ვინაიდან განხორციელების პროცესში გენეტიკური ინფორმაცია გადაიწერება დნმ-დან mRNA-ზე, გენეტიკური კოდი იკითხება როგორც mRNA და იწერება რნმ-ის ოთხი აზოტოვანი ფუძის გამოყენებით (A, B, G, C).
კოდონი– mRNA-ს სამი მიმდებარე ნუკლეოტიდის (სამმაგი) თანმიმდევრობა, რომელიც კოდირებს სპეციფიკურ ამინომჟავას ან ტრანსლაციის დასაწყისს და დასასრულს.
ვინაიდან არსებობს ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდი, გენეტიკური კოდი შედგება 64 კოდონისგან, საიდანაც 61 კოდონი 20 ამინომჟავას კოდირებს. სამი კოდონი (UAG, UAA, UGA) – კოდონ-კოდონები-ნუსენს-კოდონები, არ აკოდებს ერთ ამინომჟავას და არ არსებობს მათთვის გადამტანი რნმ; ისინი მოქმედებენ როგორც თარგმანის შეწყვეტის სიგნალები (კოდონი-კოდონი-სტოპ კოდონი, ტერმინატორის კოდონი). კოდონი AUG განსაზღვრავს თარგმანის დასაწყისს და მას უწოდებენ დაწყების, ან დაწყების, კოდონს.
გენეტიკური კოდი: მისი თვისებები და კონცეფცია. უპირველეს ყოვლისა, სიცოცხლის მრავალფეროვნება განისაზღვრება ცილის მოლეკულების მრავალფეროვნებით, რომლებიც ასრულებენ სხვადასხვა ბიოლოგიურ ფუნქციას უჯრედებში. ცილების სტრუქტურა განისაზღვრება მათ პეპტიდურ ჯაჭვებში ამინომჟავების სიმრავლითა და რიგით. სწორედ პეპტიდებში ამინომჟავების ეს თანმიმდევრობაა დაშიფრული დნმ-ის მოლეკულებში გენეტიკური კოდის გამოყენებით. ბუნებაში არსებული ცილების მრავალფეროვნებაში აღმოაჩინეს დაახლოებით 20 სხვადასხვა ამინომჟავა.
გენეტიკური კოდის თვისებები:
· სამეული - ერთი ამინომჟავა კოდირებულია ერთი სამეულით, რომელიც მოიცავს სამ ნუკლეოტიდს. ასეთ სამეულს კოდონს უწოდებენ;
· „გადაგვარება“, ანუ გენეტიკური კოდის სიჭარბე, ე.ი. ერთი და იგივე ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული რამდენიმე სამეულით, რადგან ცნობილია 20 ამინომჟავა და 64 კოდონი.
· გადახურვის გარეშე, ე.ი. დნმ-ის მოლეკულაში არ არის გამყოფი ნიშნები სამეულებს შორის; ისინი განლაგებულია წრფივი თანმიმდევრობით, ერთმანეთის მიყოლებით; სამი მიმდებარე ნუკლეოტიდი ქმნის ერთ სამეულს;
· მრავალმხრივობა, ე.ი. ყველა ორგანიზმისთვის, პროკარიოტებიდან ადამიანებამდე, 20 ამინომჟავა დაშიფრულია ერთი და იგივე სამეულით, რაც დედამიწაზე მთელი სიცოცხლის წარმოშობის ერთიანობის დამადასტურებელია.
გენეტიკური ინფორმაციის დანერგვის ეტაპები I.
ტრანსკრიფცია- ყველა ტიპის რნმ-ის სინთეზი დნმ-ის მატრიცაზე.
ტრანსკრიფცია ან ხელახალი ჩაწერა ხდება არა მთელ დნმ-ის მოლეკულაზე, არამედ კონკრეტულ პროტეინზე (გენზე) პასუხისმგებელ მონაკვეთზე. ტრანსკრიფციისთვის საჭირო პირობები:
ა) დნმ-ის მონაკვეთის გადახვევა ფერმენტული ცილების გამოყენებით
ბ) სამშენებლო მასალის ხელმისაწვდომობა.
გ) ტრანსკრიპციული ფერმენტები - რნმ პოლიმერაზები I, II, III
დ) ენერგია ატფ-ის სახით.
ტრანსკრიფცია ხდება კომპლემენტარობის პრინციპის მიხედვით. ამ შემთხვევაში, სპეციალური ფერმენტული ცილების დახმარებით, დნმ-ის ორმაგი სპირალის ნაწილი იხსნება და ემსახურება mRNA-ს სინთეზის მატრიცას. შემდეგ ფერმენტი რნმ პოლიმერაზა მოძრაობს დნმ-ის ჯაჭვის გასწვრივ, აკავშირებს ნუკლეოტიდებს ურთიერთკომპლიმენტურობის პრინციპის მიხედვით მზარდ რნმ ჯაჭვში. შემდეგ ერთჯაჭვიანი რნმ გამოეყო დნმ-ს და ტოვებს უჯრედის ბირთვს II ბირთვული მემბრანის ფორების მეშვეობით.
მაუწყებლობა(თარგმანი), ანუ ცილის ბიოსინთეზი. თარგმანის არსი არის აზოტოვანი ფუძეების ოთხასოიანი კოდის თარგმნა ამინომჟავების 20-ასოიან „ლექსიკონში“. ტრანსლაციის პროცესი შედგება mRNA-ში კოდირებული გენეტიკური ინფორმაციის ცილის ამინომჟავის თანმიმდევრობაში გადატანაში. ციტოპლაზმაში ხდება ციტოპლაზმაში რიბოსომებზე და შედგება რამდენიმე ეტაპისგან:
მოსამზადებელი ეტაპი (ამინომჟავების გააქტიურება) შედგება თითოეული ამინომჟავის ფერმენტული შეერთებისგან მის tRNA-სთან და ამინომჟავის - tRNA კომპლექსის წარმოქმნით. თავად ცილის სინთეზი, რომელიც მოიცავს სამ ეტაპს:
ა) ინიციაცია- mRNA უკავშირდება რიბოსომის მცირე ქვედანაყოფს
ბ) დრეკადობა- პოლიპეპტიდური ჯაჭვის გახანგრძლივება. პროცესი ტარდება 3 ეტაპად და შედგება mRNA კოდონის მიბმას tRNA ანტიკოდონთან რიბოზომის აქტიურ ცენტრში კომპლემენტარობის პრინციპის შესაბამისად, შემდეგ ამინომჟავის ორ ნარჩენებს შორის პეპტიდური კავშირის ფორმირებას და დიპეპტიდის ერთი ნაბიჯით წინ გადაადგილებას. და, შესაბამისად, რიბოსომის გადაადგილება mRNA-ს გასწვრივ ერთი კოდონით წინ
გ) შეწყვეტა- ტრანსლაციის დასასრული დამოკიდებულია mRNA-ში შეწყვეტის კოდონების ან „შეჩერების სიგნალების“ (UAA, UGA, UAG) და ცილის ფერმენტების არსებობაზე - შეწყვეტის ფაქტორები.
საპირისპირო ტრანსკრიფციაარის ორჯაჭვიანი დნმ-ის წარმოქმნის პროცესი, რომელიც ეფუძნება ერთჯაჭვიან რნმ-ში არსებულ ინფორმაციას. ამ პროცესს უწოდებენ საპირისპირო ტრანსკრიფციას, რადგან გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემა ხდება ტრანსკრიპციის მიმართ "საპირისპირო" მიმართულებით.
Დაკავშირებული ინფორმაცია.
გენეტიკური ინფორმაცია დაშიფრულია დნმ-ში. გენეტიკური კოდი განმარტეს M. Nirenberg-მა და H.G. ყურანი, რისთვისაც 1968 წელს მიენიჭათ ნობელის პრემია.
გენეტიკური კოდი- ნუკლეოტიდების განლაგების სისტემა ნუკლეინის მჟავას მოლეკულებში, რომელიც აკონტროლებს ამინომჟავების თანმიმდევრობას პოლიპეპტიდის მოლეკულაში.
კოდის ძირითადი პრინციპები:
1) გენეტიკური კოდი არის სამმაგი. mRNA სამეულს კოდონი ეწოდება. კოდონი აკოდირებს ერთ ამინომჟავას.
2) გენეტიკური კოდი გადაგვარებულია. ერთი ამინომჟავა დაშიფრულია ერთზე მეტი კოდონით (2-დან 6-მდე). გამონაკლისია მეთიონინი და ტრიპტოფანი (AUG, GUG). ერთი ამინომჟავის კოდონებში, პირველი ორი ნუკლეოტიდი ყველაზე ხშირად ერთნაირია, მაგრამ მესამე განსხვავდება.
3) კოდონები არ ემთხვევა ერთმანეთს. ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა იკითხება ერთი მიმართულებით ზედიზედ, სამმაგი სამმაგი.
4) კოდი ცალსახაა. კოდონი კოდირებს კონკრეტულ ამინომჟავას.
5) AUG არის საწყისი კოდონი.
6) გენის შიგნით არ არის სასვენი ნიშნები - გაჩერების კოდონები: UAG, UAA, UGA.
7) გენეტიკური კოდი უნივერსალურია, ის ყველა ორგანიზმისა და ვირუსისთვის ერთნაირია.
მემკვიდრეობის მატერიალური მატარებლის დნმ-ის სტრუქტურის აღმოჩენამ ხელი შეუწყო მრავალი საკითხის გადაწყვეტას: გენის რეპროდუქცია, მუტაციების ბუნება, ცილების ბიოსინთეზი და ა.შ.
გენეტიკური კოდის გადაცემის მექანიზმმა ხელი შეუწყო მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარებას, ასევე გენეტიკური ინჟინერიისა და გენური თერაპიის განვითარებას.
დნმ მდებარეობს ბირთვში და არის ქრომატინის ნაწილი, ისევე როგორც მიტოქონდრიები, ცენტროსომები, პლასტიდები და რნმ არის ნუკლეოლებში, ციტოპლაზმურ მატრიქსში და რიბოსომებში.
უჯრედში მემკვიდრეობითი ინფორმაციის მატარებელია დნმ, ხოლო რნმ ემსახურება გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემას და განხორციელებას პრო- და ევკარიოტებში. mRNA-ს დახმარებით ხდება დნმ-ის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის პოლიპეპტიდში გადაყვანის პროცესი.
ზოგიერთ ორგანიზმში, დნმ-ის გარდა, რნმ შეიძლება იყოს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის მატარებელი, მაგალითად, თამბაქოს მოზაიკის ვირუსების, პოლიომიელიტის და შიდსის დროს.
ნუკლეინის მჟავების მონომერები არის ნუკლეოტიდები. დადგენილია, რომ ევკარიოტების ქრომოსომებში გიგანტური ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულა იქმნება 4 ტიპის ნუკლეოტიდებით: ადენილი, გუანილი, თიმიდილ, ციტოსილი. თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება აზოტოვანი ფუძისგან (პურინი G + A ან პირიმიდინი C + T), დეოქსირიბოზა და ფოსფორის მჟავის ნარჩენი.
სხვადასხვა წარმოშობის დნმ-ის ანალიზისას ჩარგაფმა ჩამოაყალიბა აზოტოვანი ფუძეების რაოდენობრივი თანაფარდობის ნიმუშები - ჩარგაფის წესები.
ა) ადენინის რაოდენობა ტოლია თიმინის რაოდენობას (A=T);
ბ) გუანინის რაოდენობა უდრის ციტოზინის რაოდენობას (G=C);
გ) პურინების რაოდენობა უდრის პირიმიდინების რაოდენობას (G+A = C+T);
დ) 6-ამინო ჯგუფის მქონე ფუძეების რაოდენობა უდრის 6-კეტო ჯგუფის მქონე ფუძეების რაოდენობას (A+C = G+T).
ამავდროულად, A+TG+C ფუძეების შეფარდება მკაცრად სახეობრივი სპეციფიკური კოეფიციენტია (ადამიანებისთვის - 0,66; თაგვებისთვის - 0,81; ბაქტერიების - 0,41).
1953 წელს ბიოლოგი ჯ.უოტსონიდა ფიზიკოსი ფ.კრიკიშემოთავაზებული იყო დნმ-ის სივრცითი მოლეკულური მოდელი.
მოდელის ძირითადი პოსტულატები შემდეგია:
1. თითოეული დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი გრძელი ანტიპარალელური პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვისგან, რომლებიც ქმნიან ორმაგ სპირალს, რომელიც დატრიალებულია ცენტრალური ღერძის ირგვლივ (მარჯვენა - B-ფორმა, მარცხენა - Z-ფორმა, აღმოჩენილი ა. რიჩის მიერ 70-იანი წლების ბოლოს).
2. თითოეული ნუკლეოზიდი (პენტოზა + აზოტოვანი ფუძე) მდებარეობს სპირალის ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეში.
3. ორი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვი ერთმანეთს უჭირავს აზოტოვან ფუძეებს შორის წარმოქმნილი წყალბადური ბმებით.
4. აზოტოვანი ფუძეების დაწყვილება მკაცრად სპეციფიკურია, პურინის ფუძეები ერწყმის მხოლოდ პირიმიდინურ ფუძეებს: A-T, G-C.
5. ერთი ჯაჭვის ფუძეების თანმიმდევრობა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს, მაგრამ მეორე ჯაჭვის აზოტოვანი ფუძეები მკაცრად უნდა ავსებდეს მათ.
პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვები იქმნება კოვალენტური ბმებით მეზობელ ნუკლეოტიდებს შორის ფოსფორმჟავას ნარჩენების მეშვეობით, რომელიც აკავშირებს შაქრის მეხუთე პოზიციაზე მყოფ ნახშირბადს მიმდებარე ნუკლეოტიდის მესამე ნახშირბადთან. ჯაჭვებს აქვს მიმართულება: ჯაჭვის დასაწყისია 3" OH - დეზოქსირიბოზის ნახშირბადის მესამე პოზიციაზე ემატება ჰიდროქსილის ჯგუფი OH, ჯაჭვის ბოლოა 5" F, ფოსფორმჟავას ნარჩენი მიმაგრებულია მეხუთეზე. დეზოქსირიბოზის ნახშირბადი.
დნმ-ის აუტოსინთეზური ფუნქციაა რეპლიკაცია – ავტორეპროდუქცია. რეპლიკაცია ემყარება ნახევრად კონსერვატიზმის, ანტიპარალელიზმის, კომპლემენტარობისა და წყვეტის პრინციპებს. დნმ-ის მემკვიდრეობითი ინფორმაცია რეალიზდება რეპლიკაციის შედეგად შაბლონის სინთეზის ტიპის მიხედვით. ეს ხდება ეტაპად: შეკვრა, დაწყება, გახანგრძლივება, შეწყვეტა. პროცესი შემოიფარგლება ინტერფაზის S-პერიოდით. ფერმენტი დნმ პოლიმერაზა შაბლონად იყენებს ერთჯაჭვიან დნმ-ს და 4 ნუკლეოტიდის თანდასწრებით პრაიმერი (რნმ) აშენებს დნმ-ის მეორე ჯაჭვს.
დნმ-ის სინთეზი ხორციელდება კომპლემენტარობის პრინციპით. ფოსფოდიესტერული ბმები წარმოიქმნება დნმ-ის ჯაჭვის ნუკლეოტიდებს შორის ბოლო ნუკლეოტიდის 3"OH ჯგუფის კავშირების გამო მომდევნო ნუკლეოტიდის 5"-ფოსფატთან, რომელიც უნდა შეუერთდეს ჯაჭვს.
არსებობს დნმ-ის რეპლიკაციის სამი ძირითადი ტიპი: კონსერვატიული, ნახევრად კონსერვატიული, დისპერსიული.
კონსერვატიული- ორიგინალური ორმაგი ჯაჭვის მოლეკულის მთლიანობის შენარჩუნება და ქალიშვილის ორჯაჭვის მოლეკულის სინთეზი. ქალიშვილის მოლეკულების ნახევარი აგებულია მთლიანად ახალი მასალისგან, ნახევარი კი მთლიანად ძველი ძირითადი მასალისგან.
ნახევრად კონსერვატიული - დნმ-ის სინთეზი იწყება რეპლიკაციის საწყისთან ჰელიკაზის ფერმენტის მიმაგრებით, რომელიც ხსნის დნმ-ის მონაკვეთებს. დნმ-ის დამაკავშირებელი ცილა (DBP) მიმაგრებულია თითოეულ ჯაჭვზე, რაც ხელს უშლის მათ შეერთებას. რეპლიკაციის ერთეული არის რეპლიკონი - ეს არის რეგიონი ორ წერტილს შორის, საიდანაც იწყება ქალიშვილის ჯაჭვების სინთეზი. ფერმენტების ურთიერთქმედებას რეპლიკაციის საწყისთან ეწოდება ინიცირება. ეს წერტილი მოძრაობს ჯაჭვის გასწვრივ (3 "OH>5" F) და იქმნება რეპლიკაციის ჩანგალი.
ახალი ჯაჭვის სინთეზი პერიოდულად ხდება 700-800-2000 ნუკლეოტიდის ნარჩენების სიგრძის ფრაგმენტების წარმოქმნით. არსებობს გამეორების საწყისი და დასასრული წერტილი. რეპლიკონი მოძრაობს დნმ-ის მოლეკულის გასწვრივ და მისი ახალი სექციები იხსნება. თითოეული დედა ჯაჭვი არის ქალიშვილის ჯაჭვის შაბლონი, რომელიც სინთეზირებულია კომპლემენტარობის პრინციპით. ნუკლეოტიდების თანმიმდევრული შეერთების შედეგად დნმ-ის ჯაჭვი გრძელდება (დრეკადობის სტადია) ფერმენტ დნმ ლიგაზას დახმარებით. როდესაც მოლეკულის საჭირო სიგრძე მიიღწევა, სინთეზი ჩერდება - წყდება. ევკარიოტებში ათასობით რეპლიკაციის ჩანგალი მოქმედებს ერთდროულად. პროკარიოტებში ინიცირება ხდება დნმ-ის რგოლის ერთ წერტილში, ორი რეპლიკაციის ჩანგლით მოძრაობს 2 მიმართულებით. იმ ადგილას, სადაც ისინი ხვდებიან, ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულები გამოყოფილია.
Გაფანტული - დნმ-ის დაშლა ნუკლეოტიდის ფრაგმენტებად, ახალი ორჯაჭვიანი დნმ შედგება სპონტანურად აწყობილი ახალი და მშობელი ფრაგმენტებისგან.
ევკარიოტული დნმ აგებულებით პროკარიოტული დნმ-ის მსგავსია. განსხვავებები ეხება: დნმ-ის რაოდენობას გენის მიხედვით, დნმ-ის მოლეკულის სიგრძეს, ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების მონაცვლეობის რიგს, ნაკეცის ფორმას (ევკარიოტებში წრფივია, პროკარიოტებში წრიულია).
ევკარიოტებს ახასიათებთ დნმ-ის სიჭარბე: კოდირებაში ჩართული დნმ-ის რაოდენობა მხოლოდ 2%-ია. ჭარბი დნმ-ის ნაწილი წარმოდგენილია ნუკლეოტიდების იდენტური ნაკრებით, რომლებიც მრავალჯერ მეორდება (იმეორებს). არსებობს მრავალი და ზომიერად განმეორებადი თანმიმდევრობა. ისინი ქმნიან კონსტიტუციურ ჰეტეროქრომატინს (სტრუქტურულ). ის ჩართულია უნიკალურ თანმიმდევრობებს შორის. ზედმეტ გენებს აქვს 104 ასლი.
მეტაფაზის ქრომოსომა (დახვეული ქრომატინი) შედგება ორი ქრომატიდისგან. ფორმა განისაზღვრება პირველადი შეკუმშვის - ცენტრომერის არსებობით. ის ქრომოსომას ყოფს 2 ჯგუფად.
ცენტრომერის მდებარეობა განსაზღვრავს ქრომოსომების ძირითად ფორმებს:
მეტაცენტრული,
სუბმეტაცენტრული,
აკროცენტრული,
ტელოცენტრული.
ქრომოსომის სპირალიზაციის ხარისხი არ არის იგივე. სუსტი სპირალიზაციის მქონე ქრომოსომების რეგიონებს უწოდებენ ევქრომატული. ეს არის მაღალი მეტაბოლური აქტივობის სფერო, სადაც დნმ შედგება უნიკალური თანმიმდევრობებისაგან. ზონა ძლიერი სპირალიზაციით - ჰეტეროქრომატული რეგიონი, რომელსაც შეუძლია ტრანსკრიფცია. გამოარჩევენ კონსტიტუციური ჰეტეროქრომატინი - გენეტიკური ინერტული, არ შეიცავს გენებს, არ გარდაიქმნება ევქრომატინში და ასევე სურვილისამებრ, რომელსაც შეუძლია გარდაიქმნას აქტიურ ევქრომატინად. ქრომოსომების დისტალური მონაკვეთების ბოლო ნაწილებს ტელომერები ეწოდება.
ქრომოსომები იყოფა აუტოსომებად (სომატური უჯრედები) და ჰეტეროქრომოსომებად (სქესობრივი უჯრედები).
ლევიცკის (1924) წინადადებით, უჯრედის სომატური ქრომოსომების დიპლოიდური ნაკრები ეწოდა. კარიოტიპი. მას ახასიათებს ქრომოსომების რაოდენობა, ფორმა და ზომა. კარიოტიპის ქრომოსომების აღწერა ს.გ. ნავაშინა ისინი ფორმაშია მოწყობილი იდიოგრამები - სისტემატური კარიოტიპი. 1960 წელს შემოგვთავაზეს დენვერის ქრომოსომების საერთაშორისო კლასიფიკაცია, სადაც ქრომოსომები კლასიფიცირდება ცენტრომერის ზომისა და მდებარეობის მიხედვით. ადამიანის სომატური უჯრედის კარიოტიპში არის 22 წყვილი აუტოსომა და წყვილი სქესის ქრომოსომა. სომატურ უჯრედებში ქრომოსომების ერთობლიობას ე.წ დიპლოიდური, და ჩანასახოვან უჯრედებში - ჰაპლოიდური (ის უდრის აუტოსომების ნაკრების ნახევარს). ადამიანის კარიოტიპის იდიოგრამაში ქრომოსომა იყოფა 7 ჯგუფად, მათი ზომისა და ფორმის მიხედვით.
1 - 1-3 დიდი მეტაცენტრული.
2 - 4-5 დიდი სუბმეტაცენტრული.
3 - 6-12 და X ქრომოსომა საშუალო მეტაცენტრულია.
4 - 13-15 საშუალო აკროცენტრული.
5 - 16-18 შედარებით მცირე მეტა-სუბმეტაცენტრული.
6 - 19-20 პატარა მეტაცენტრული.
7 - 21-22 და Y ქრომოსომა ყველაზე პატარა აკროცენტრულია.
Მიხედვით პარიზის კლასიფიკაცია ქრომოსომები იყოფა ჯგუფებად ზომისა და ფორმის მიხედვით, ასევე ხაზოვანი დიფერენციაციის მიხედვით.
ქრომოსომებს აქვთ შემდეგი თვისებები (ქრომოსომის წესები):
1. ინდივიდუალობა - განსხვავებები არაჰომოლოგიურ ქრომოსომებს შორის.
2. წყვილები.
3. რიცხვის მუდმივობა – დამახასიათებელი თითოეული ტიპისთვის.
4. უწყვეტობა – გამრავლების უნარი.
გენეტიკური კოდი არის გენეტიკური ინფორმაციის ჩაწერის სისტემა დნმ-ის მოლეკულებში ცილის მოლეკულის სტრუქტურის შესახებ. ცილა შედგება ამინომჟავებისგან, რომელთაგან მხოლოდ 20. ამინომჟავები ცილის მოლეკულაში განლაგებულია წრფივი თანმიმდევრობით, ისევე როგორც ნუკლეოტიდები დნმ-ის მოლეკულაში. AK-ის თანმიმდევრობა ცილაში განისაზღვრება ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობით დნმ-ის მოლეკულაში, მისი გენის კოდით. კოდის თვისებები 1) სამმაგი - თითოეული ამინომჟავა დაშიფრულია სამი ნუკლეოტიდით. ნუკლეოტიდების სამეულს კოდონი ეწოდება. 2) გადახურვის გარეშე - სამეული ერთმანეთის მიყოლებით მიჰყვება. თითოეული ნუკლეოტიდი მხოლოდ ერთი კოდონის ნაწილია. ტრიპლეტები ერთმანეთს არ გადაფარავს. 2) ცალმხრივობა - გენეტიკური ინფორმაციის კითხვა ხდება 3 ნუკლეოტიდის გასწვრივ ერთი მიმართულებით, ნუკლეოტიდებს შორის ყოველგვარი ჩასმის გარეშე. 4) ექსპრესიულობა (ზედმეტობა) – 1 ამინომჟავების კოდირებისთვის აუცილებელი ზედმეტი ტრიპლეტების არსებობა. 2 „არასენსი“ კოდონების არსებობა UAA UAG UGA ტერმინალური კოდონები, AUG და GUG დაწყების კოდონები. 5) უნივერსალურობა - ყველა ცოცხალ ორგანიზმში ერთი და იგივე ამინომჟავები დაშიფრულია ერთი და იგივე სამეულით. 6) სპეციფიკა. არ არის შემთხვევები, როდესაც ერთი და იგივე დეკოდონი შეესაბამებოდა რამდენიმე AK-ს.
16. ცილის ბიოსინთეზი არის ამინომჟავებისგან პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზის რთული მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რომელიც ხდება რიბოსომებზე mRNA და tRNA მოლეკულების მონაწილეობით. ცილის ბიოსინთეზის პროცესი მოითხოვს მნიშვნელოვან ენერგეტიკულ ხარჯვას.
ცილის სინთეზი მოიცავს რამდენიმე ეტაპს:
1. პრეტრანკრიპციული. ეს არის სინთეზის საწყისი ეტაპი, რომლის დროსაც დნმ-ის მოლეკულა აქტიურდება სპეციალური ცილების დახმარებით.
2. ბირთვში ხდება mRNA-ს ტრანსკრიპციული სინთეზი, რომლის დროსაც დნმ-ის გენში შემავალი ინფორმაცია ტრანსკრიბირებულია mRNA-ზე დნმ-ის მოლეკულის დამატებითი ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობით.
3.ტრანსპორტი მოიცავს პერიოდს ტრანსკრიფციასა და თარგმნას შორის. ამ ეტაპზე ხდება დამუშავება, ე.ი. I-RNA მომწიფება. მისი არსი არის ინტრონების (არაინფორმირებული უბნების) მოცილება. ეგზაონები (სამმაგი, რომლებიც ატარებენ ინფორმაციას AK-ის შესახებ) შენარჩუნებულია და გაერთიანებულია ერთ ჯაჭვში ლიგაზას ფერმენტების დახმარებით. ამ ფენომენს სპლაისინგი ეწოდება. დაყოფილი mRNA ტრანსპორტირდება ბირთვიდან ციტოპლაზმაში გადამზიდავი ცილების გამოყენებით.
4. თარგმანი არის პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზი AK-დან კოდირების mRNA-ს მიხედვით. თარგმანის დროს გენეტიკური ინფორმაცია ითარგმნება ამინომჟავების თანმიმდევრობაში: დნმ, mRNA, ცილა. აქ განასხვავებენ შემდეგ ეტაპებს: დაწყება, გახანგრძლივება, შეწყვეტა.
ინიცირება - რიბოსომის მიერ საწყისი კოდონის ამოცნობა და სინთეზის დასაწყისი.
დრეკადობა არის ფაქტობრივი ცილის სინთეზი.
შეწყვეტა - ტერმინალური კოდონის (სტოპ კოდონის) ამოცნობა და პროდუქტის გამოყოფა.
ამრიგად, ცილის ბიოსინთეზის პროცესში წარმოიქმნება ახალი ცილის მოლეკულები დნმ-ში არსებული ზუსტი ინფორმაციის შესაბამისად. ეს პროცესი უზრუნველყოფს ცილების განახლებას, მეტაბოლურ პროცესებს, უჯრედების ზრდას და განვითარებას, ანუ უჯრედის ყველა სასიცოცხლო პროცესს.
17. თარგმანი არის პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზი AK-დან კოდირების mRNA-ს მიხედვით. თარგმანის დროს გენეტიკური ინფორმაცია ითარგმნება ამინომჟავების თანმიმდევრობაში: დნმ, mRNA, ცილა. ტრანსლაცია უჯრედის მთლიანი მეტაბოლიზმის ძალიან მნიშვნელოვანი ნაწილია, მასში ჩართულია მინიმუმ 20 ფერმენტი (ამინოაცილ სინთეზაზა), 60-მდე სხვადასხვა t-RNA, 3-5 r-RNA მოლეკულა და r-RNA მაკრომოლეკულა. აქ განასხვავებენ შემდეგ ეტაპებს: დაწყება, გახანგრძლივება, შეწყვეტა.
ინიცირება - გადაცემის დასაწყისი. იქმნება სრული რიბოსომა, მიმაგრებულია mRNA და იქმნება პირველი ამინომჟავა. თარგმნის დროს რიბოსომები არიან „აწყობილ“ მდგომარეობაში. მთელ რიბოსომაში არის ამინომჟავით "დატვირთული" tRNA მიმაგრების ადგილი (ანუ ამინოაცილ-tRNA) - მიმღების ადგილი (A-ადგილი) და ადგილი tRNA-ს შესანარჩუნებლად მზარდი პოლიპეპტიდური ჯაჭვით - პეპტიდილი ( P-site) (მოლეკულურ ბიოლოგიაში გამოთქმა „ადგილის ჯაჭვი“ ხშირად იცვლება ტერმინით „ადგილი“). ინიცირებისას (სამი დამხმარე პროტეინის ფაქტორის მონაწილეობით) mRNA უკავშირდება რიბოსომის მცირე ქვეერთეულს, შემდეგ "დატვირთული" (ამინომჟავის მატარებელი) tRNA ერთვის პირველ კოდონს თავისი ანტიკოდონით, შემდეგ კი დიდი. რიბოსომის ქვედანაყოფი მიმაგრებულია მიღებულ კომპლექსზე.
2. დრეკადობა. მეორე კოდონს (რიბოსომის A-ადგილში) ემატება კიდევ ერთი ამინოაცილ-ტრნმ. პეპტიდური ბმა იქმნება პირველი ამინომჟავის კარბოქსილის ჯგუფს (-COOH) და მეორის ამინოჯგუფს (-NH) შორის. ამის შემდეგ პირველი ამინომჟავა იშლება მისი ტრნმ-დან და „კიდია“ მასთან დაკავშირებულ მეორე თრნმ-ის ამინომჟავაზე. ცარიელი პირველი tRNA გამოთავისუფლდება კომპლექსიდან რიბოსომასთან და P ადგილი ხდება დაუკავებელი. რიბოსომა „გადადგამს ნაბიჯს“ mRNA-ს გასწვრივ. ამ შემთხვევაში, tRNA ამინომჟავებით გადადის A ადგილიდან P ადგილზე. რიბოსომის „საფეხური“ ყოველთვის მკაცრად არის განსაზღვრული და უდრის სამ ნუკლეოტიდს (კოდონს). რიბოსომის მოძრაობას mRNA-ს გასწვრივ ტრანსლოკაცია ეწოდება. რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის მსგავსად, ტრანსლოკაცია ყოველთვის ხდება mRNA-ს 5" - 3" მიმართულებით.
3. შეწყვეტა. პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზი გრძელდება მანამ, სანამ რიბოსომა არ მიაღწევს სამი გაჩერების კოდონიდან ერთს. ამ დროს ცილოვანი ჯაჭვი გამოყოფილია და რიბოსომა იშლება ქვეერთეულებად. თითქმის ყველა ცილა, სინთეზის დასრულების შემდეგ, განიცდის მომწიფებას ან დამუშავებას - პოსტტრანსლაციური ცვლილებების რეაქციას. ამის შემდეგ ისინი (ძირითადად ენდოპლაზმური ბადის „მილსადენის“ გავლით) ტრანსპორტირდება დანიშნულების ადგილამდე.
პოსტ-მაუწყებლობა. წარმოიქმნება ცილის მეორადი და მესამეული სტრუქტურა, ანუ წარმოიქმნება ცილის საბოლოო სტრუქტურა.
18. თითოეულ ორგანიზმს ახასიათებს ცილების საკუთარი ნაკრები, რომლებიც ასრულებენ აუცილებელ ფუნქციებს და უზრუნველყოფენ ორგანიზმის ყველა მახასიათებლის ფორმირებას. ცილის სინთეზი ან გენეტიკური ინფორმაციის განხორციელება ხდება ყველა ცოცხალ უჯრედში მისი გენეტიკური პროგრამის შესაბამისად, რომელიც ჩაწერილია ნუკლეინის მჟავას მოლეკულებში გენეტიკური კოდის გამოყენებით. ცილის სინთეზი არის ამინომჟავებისგან (მონომერებისგან) ცილის მოლეკულის (პოლიმერის) წარმოქმნის რთული, მრავალსაფეხურიანი პროცესი, რაც შეუძლებელია ნუკლეინის მჟავების, ფერმენტების დიდი რაოდენობის, ენერგიის (ATP), რიბოზომების, ამინო მონაწილეობის გარეშე. მჟავები და Mg2+ იონები. გენს აქვს წყვეტილი სტრუქტურა. კოდირების რეგიონები არის ეგზონები, ხოლო არაკოდირების რეგიონები არის ინტრონები. ევკარიოტულ ორგანიზმებში გენს აქვს ეგზონ-ინტრონის სტრუქტურა. ინტრონი უფრო გრძელია ვიდრე ეგზონი. დამუშავების დროს ინტრონები "იჭრება" - ხვდება. მომწიფებული mRNA-ს წარმოქმნის შემდეგ, სპეციალურ ცილასთან ურთიერთქმედების შემდეგ, ის გადადის სისტემაში - ინფორმოსომაში, რომელიც ინფორმაციას ატარებს ციტოპლაზმაში. ახლა კარგად არის შესწავლილი ეგზონ-ინტრონის სისტემები (მაგალითად, ონკოგენი P-53). ზოგჯერ ერთი გენის ინტრონები მეორის ეგზონებია, მაშინ შეჯვარება შეუძლებელია.
დამუშავება. მოლეკულურ მექანიზმებს, რომლებიც დაკავშირებულია სხვადასხვა ტიპის რნმ-ის „მომწიფებასთან“, დამუშავებას უწოდებენ. ისინი ბირთვში ხდება ბირთვიდან ციტოპლაზმაში რნმ-ის გათავისუფლებამდე.
mRNA „მომწიფების“ პროცესის დროს, სპეციალური ფერმენტები ჭრიან ინტრონებს და აკერებენ აქტიურ რეგიონებს, რომლებიც რჩება (ექსონები). ამ პროცესს სპლაისინგი ეწოდება. მაშასადამე, ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა მომწიფებულ mRNA-ში არ არის მთლიანად ავსებს დნმ-ის ნუკლეოტიდებს. mRNA-ში შეიძლება იყოს ისეთი ნუკლეოტიდები, რომ დნმ-ის დამატებითი ნუკლეოტიდები განლაგებული იყოს ერთმანეთისგან მნიშვნელოვან მანძილზე.
Splicing არის ძალიან ზუსტი პროცესი. მისი დარღვევა ცვლის თარგმანის კითხვის ჩარჩოს, რაც იწვევს სხვადასხვა პეპტიდის სინთეზს. ინტრონის ამოკვეთის სიზუსტე უზრუნველყოფილია პრო-მრნმ-ის მოლეკულაში გარკვეული სიგნალის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობების ფერმენტის ამოცნობით.
19 . ნებისმიერ მომენტში, გენების 20% მუშაობს უჯრედში და არა ყველა. ჯეიკობმა და მონოდმა პირველებმა შეისწავლეს გენების ჩართვისა და გამორთვის მექანიზმი ბაქტერიის Escherichia coli-ის გამოყენებით. 1966 წელს მათ ჩამოაყალიბეს ცილის სინთეზის ავტომატური რეგულირების ჰიპოთეზა უკუკავშირის პრინციპის მიხედვით. ექსპერიმენტში მათ დაამტკიცეს, რომ პროკარიოტულ უჯრედში ხდება გენის ფუნქციისა და ცილების სინთეზის ავტომატური რეგულირება. იაკობ–მონოს სქემა. მათი ჰიპოთეზის მიხედვით, სტრუქტურული გენებიდან ინფორმაციის წაკითხვა ხდება ბლოკებად, ანუ ტრანსკრიფციის ერთეული არის ბლოკ-ოპერონი. იგი შედგება რამდენიმე სტრუქტურული გენისაგან, რომლებიც მონაწილეობენ რეაქციების პირველ კასკადში. მათ სათავეში არის დნმ-ის ოპერატორის განყოფილება, რომელიც გამოყოფს პრომოტორს სტრუქტურული გენებისგან, რომლებსაც პოლიმერაზა მიმაგრებულია ტრანსკრიფციის დროს. უჯრედში ჯერ კიდევ არსებობს ოპერონის გარეთ განლაგებული მარეგულირებელი გენები, რომლებიც აკონტროლებენ რეპრესორული ცილის სინთეზს. მას აქვს გენების ჩართვისა და გამორთვის როლი ოპერონის ოპერატორთან შეკავშირების გზით. თავისუფალი რეპრესორული ცილა იბლოკება ოპერატორის მიერ, რაც ხელს უშლის პოლიმერაზას სტრუქტურულ გენებში გადასვლას. ოპერატორისგან რეპრესია ამოღებულია ინდუქტორის მიერ, რომელიც არის მეტაბოლიტი, რომელიც შედის უჯრედში (არა რომელიმე, არამედ ის, რომლის დაშლაც მოითხოვს ამ ოპერონის მიერ დაშიფრულ ფერმენტებს). მეტაბოლიტი იზიდავს რეპრესორული ცილას, აყალიბებს მასთან არააქტიურ კომპლექსს. შედეგად, ოპერატორზე ბლოკადა მოიხსნება და პოლიმერაზას გზა იხსნება.
გეორგიევი 1972 წ - ევკარიოტებში ტრანსკრიფციის რეგულირება. ერთეული
ტრანსკრიფცია - ტრანსკრიპტონი, რომელიც შედგება არაინფორმაციული (მიმღები)გან
და საინფორმაციო (სტრუქტურული) ზონები.
არაინფორმაციული ზონა: პრომოტორი, ინიციატორი, ოპერატორის გენები.
საინფორმაციო ზონა: სტრუქტურული გენი მოზაიკური ეგზონით-
ინტრონიკული სტრუქტურა. ეგზონები არის დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელიც შეიცავს ინფორმაციას პოლიპეპტიდის სტრუქტურის შესახებ, ხოლო ინტრონები არის ჩასმა დნმ-ის არაინფორმაციული განყოფილებებიდან. ჩანაწერი მთავრდება ტერმინატორით.
ევკარიოტებში ტრანსკრიფციის რეგულირება ფუნდამენტურად იგივეა, რაც ევკარიოტებში
პროკარიოტები, მაგრამ არის კომბინირებული და უფრო რთული.
20. გენეტიკური ინჟინერია ან გენეტიკური მოდიფიკაციის ტექნოლოგია არის ბიოტექნოლოგიური მეთოდების ერთობლიობა, რომელიც შესაძლებელს ხდის სინთეზური სისტემების შექმნას მოლეკულურ ბიოლოგიურ დონეზე.
გენეტიკური ინჟინერია შესაძლებელს ხდის ფუნქციურად აქტიური სტრუქტურების აგებას რეკომბინანტული ნუკლეინის მჟავების სახით: recDNA ან recRNA - ბიოლოგიური სისტემების გარეთ (ინ ვიტრო), შემდეგ კი მათ უჯრედებში შეყვანა.
გენეტიკური ინფორმაციის პირდაპირი (ჰორიზონტალური) გადაცემის შესაძლებლობა ერთი ბიოლოგიური სახეობიდან მეორეზე დადასტურდა F. Griffith-ის ექსპერიმენტებში პნევმოკოკებთან (1928).
თუმცა, გენეტიკური ინჟინერია, როგორც recDNA ტექნოლოგია წარმოიშვა 1972 წელს, როდესაც პირველი რეკომბინანტული (ჰიბრიდული) დნმ (recDNA) მიიღეს პ.ბერგის ლაბორატორიაში (სტენფორდის უნივერსიტეტი, აშშ), რომელშიც შერწყმული იყო ლამბდა ფაგის და ეშერიხია კოლის დნმ-ის ფრაგმენტები. სიმიანური ვირუსის SV40 წრიული დნმ-ით.
1980-იანი წლების დასაწყისიდან. გენეტიკური ინჟინერიის მიღწევები იწყებს პრაქტიკაში გამოყენებას.
1996 წლიდან გენმოდიფიცირებული მცენარეები გამოიყენება სოფლის მეურნეობაში.
გენეტიკური ინჟინერიის მიზნები
ორგანიზმების გენეტიკური მოდიფიკაციის ძირითადი მიმართულებები:
– პესტიციდების მიმართ წინააღმდეგობის გაწევა (მაგალითად, გარკვეული ჰერბიციდების მიმართ);
– მავნებლებისა და დაავადებებისადმი წინააღმდეგობის გაწევა (მაგალითად, Bt მოდიფიკაცია);
– გაზრდილი პროდუქტიულობა (მაგ. ტრანსგენური ორაგულის სწრაფი ზრდა);
– განსაკუთრებული თვისებების მინიჭება (მაგალითად, ქიმიური შემადგენლობის შეცვლა).
ბიოტექნოლოგია არის დისციპლინა, რომელიც შეისწავლის ცოცხალი ორგანიზმების, მათი სისტემების ან სასიცოცხლო საქმიანობის პროდუქტების გამოყენების შესაძლებლობებს ტექნოლოგიური პრობლემების გადასაჭრელად, აგრეთვე გენეტიკური ინჟინერიის გამოყენებით აუცილებელი თვისებების მქონე ცოცხალი ორგანიზმების შექმნის შესაძლებლობას.
ბიოტექნოლოგიას ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც გენეტიკური ინჟინერიის გამოყენებას მე-20 და 21-ე საუკუნეებში, მაგრამ ეს ტერმინი ასევე ეხება ბიოლოგიური ორგანიზმების მოდიფიცირების პროცესების უფრო ფართო კომპლექსს ადამიანის მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად, დაწყებული მცენარეებისა და შინაური ცხოველების მოდიფიკაციით ხელოვნური გადარჩევის გზით. და ჰიბრიდიზაცია. თანამედროვე მეთოდების დახმარებით ტრადიციულ ბიოტექნოლოგიურ წარმოებას აქვს შესაძლებლობა გააუმჯობესოს საკვები პროდუქტების ხარისხი და გაზარდოს ცოცხალი ორგანიზმების პროდუქტიულობა.
21. უჯრედის სიცოცხლის ხანგრძლივობას მისი ჩამოყალიბებიდან მომდევნო გაყოფამდე ან სიკვდილამდე ეწოდება უჯრედის სიცოცხლის ციკლი (CLC). მრავალუჯრედოვანი ორგანიზმის ევკარიოტული უჯრედების LCC-ში შეიძლება განვასხვავოთ რამდენიმე პერიოდი (ფაზა), რომელთაგან თითოეული ხასიათდება გარკვეული მორფოლოგიური და ფუნქციური მახასიათებლებით:
- რეპროდუქციის და ზრდის ფაზა
- დიფერენციაციის ეტაპი
- ნორმალური აქტივობის ფაზა
- დაბერების ფაზა და უჯრედების სიკვდილი.
უჯრედის სასიცოცხლო ციკლში ასევე შეიძლება განვასხვავოთ მიტოზური ციკლი, რომელიც მოიცავს უჯრედის მომზადებას გაყოფისთვის და თავად გაყოფისთვის.
უჯრედის ციკლი არის პროცესების ერთობლიობა, მათ შორის უჯრედის მომზადების პერიოდი გაყოფისთვის და თავად გაყოფისთვის. შედგება ორი ეტაპისგან - დასვენების ეტაპი (ინტერფაზა) და გაყოფის ეტაპი (მიტოზი).
ინტერფაზა წინ უსწრებს მიტოზს და სწორედ აქ ხდება დნმ-ის სინთეზი. უჯრედის გაყოფისთვის მომზადება შედგება 3 პერიოდისგან: 1) პრესინთეზური 2) სინთეზური 3) პოსტსინთეზური
შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა:
- რა თარიღში დაიბადა იესო ქრისტე?;
- ტეგი: ბულინგის თამაშები;
- ნამდვილი ოლივიეს სწორად დამზადება - სალათის მომზადების საინტერესო გზები;
- ყაყაჩოს ყაყაჩო ტორტი გარგარით გარგარის ტორტი;
- Garam Masala: რა არის ეს და რისგან შედგება ყველაზე რთული და ჯანსაღი ინდური სუნელი?;
- ყველითა და სალამით სავსე ნაჭუჭები;
- სოსისების კალორიული შემცველობა: ცომში, მოხარშულში, ჰოთ-დოგში, შემადგენლობისა და მომზადების მეთოდის მიხედვით.;
- როგორ მოვამზადოთ კეისარი ქათმის გარეშე;