Atrofdagi genda kodlangan genetik ma'lumot hujayradagi qo'shiq oqsilini ishlab chiqarish uchun ko'rsatma sifatida qaralishi mumkin. Ushbu ko'rsatma hujayra tomonidan faqat mRNK shaklida yozilganidek so'riladi. Shuning uchun DNKning genetik materialini o'z ichiga olgan hujayralar ushbu ma'lumotni mRNKning qo'shimcha nusxasiga "qayta yozish" (transkripsiya qilish) uchun javobgardir. DNK viruslari replikatsiya usuliga qarab RNK viruslariga aylanadi.

DNK ikki zanjirli tuzilmalar ko'rinishiga ega: ikkita polinukleotidli ikki zanjirli tuzilmalar suv bog'lari bilan bog'langan va pastki spiral hosil bo'ladigan tarzda buralgan. Biroq, RNK bir qatorli tuzilmalarga ega. Biroq, ko'pgina viruslarning genomi bir zanjirli DNK yoki ikki zanjirli RNKdir. Virusli nuklein kislotaning iplari (lancer) juft yoki bitta, chiziqli shaklga ega bo'lishi yoki halqaga yopishib qolishi mumkin.

Viruslarning replikatsiyasining birinchi bosqichi virusli nuklein kislotaning mezbon organizm hujayralariga kirib borishi bilan bog'liq. Bu jarayon kapsid yoki virionning tashqi qobig'iga kiradigan maxsus fermentlar tomonidan amalga oshirilishi mumkin, buning natijasida qobiq selülitdan mahrum bo'ladi va virion selülit penetratsiyasidan so'ng darhol uni yo'qotadi. Virus o'zining ko'payishi uchun mos bo'lgan to'qimalarni biladi, uning kapsidining (yoki uning tashqi qobig'ining) qo'shni bo'limlari bilan kalitlarni qulflash tizimidagi hujayra yuzasidagi maxsus retseptorlari bilan aloqa qiladi. Har kuni tananing yuzasida o'ziga xos (taniqlangan) retseptorlar mavjud bo'lganligi sababli, organizm sezgir emas. virusli infektsiya: virus unga kirmaydi

Uning genetik ma'lumotlarini amalga oshirish uchun hujayra ichiga kirib borgan virusli DNK maxsus fermentlar yordamida mRNKga ko'chiriladi. Yaratilgan mRNK oqsil sintezi uchun to'qima "fabrikalariga" - ribosomalarga o'tadi, u erda "yuborilgan" to'qimalarni hukumat "ko'rsatmalari" bilan almashtiradi va tarjima qilinadi (o'qiladi), natijada u sintezlanadi. virusli oqsillar. Virusli DNKning o'zi virusli kabi boshqa fermentlar to'plami ishtirokida qattiq bo'ysunadi (dublikatsiya qilinadi) va hujayrada joylashgan.

Virusli DNKning ko'plab nusxalaridan ko'paytiriladigan kapsidni yaratish uchun ishlatiladigan sintez qiluvchi oqsillar iste'mol qilinadi va yangi, "qizi" viruslar hosil bo'ladi. Shakllangan virusli nasl vikoristanni hujayralardan mahrum qiladi va yangilarini yuqtiradi: virusning ko'payish sikli takrorlanadi. Ba'zi viruslar to'qima yuzasida suzib yurganida hujayra membranasining bir qismini to'playdi, unda virusli oqsillar "darhol" hosil bo'ladi va shu bilan membranalar shishadi. Usta sudi muammoga duch kelganligi sababli, u zarar ko'radi yoki butunlay vayron bo'ladi. Ba'zi DNK viruslarida hujayradagi ko'payish siklining o'zi virus DNKsining bevosita replikatsiyasi bilan bog'liq emas; Virusli DNKning tabiati xost hujayraning DNKsi bilan hosil bo'ladi (integratsiya). Ushbu bosqichda virus yagona strukturaviy tuzilishga ega: uning genomi hujayraning genetik apparati tarkibiga kiradi va hujayrada ko'payadi. DNK monastir eshigi yaqinida taxminan bir soat. Biroq, ba'zida, ko'plab taqdirlar orqali virus yana paydo bo'lishi mumkin - virusli oqsillarni sintez qilish mexanizmi ishga tushiriladi, ular virusli DNK bilan birlashganda yangi virus hududlarini hosil qiladi.

Ba'zi RNK viruslarida genom (RNK) mRNK rolini butunlay bekor qilishi mumkin. Biroq, bu o'ziga xoslik, ayniqsa, RNKning "+" zanjiriga ega bo'lgan viruslarga xosdir (ya'ni ijobiy qutbli RNK bilan). “” zanjirli viruslarda RNK “+” zanjirini “qayta yozish” uchun qoladi; Shundan keyingina virusli oqsillarning sintezi boshlanadi va virusning replikatsiyasi boshlanadi.

Bu RNK genomidan qasos oladigan va genetik materialni transkripsiya qilishning noodatiy usuliga ega bo'lgan retroviruslarning nomi: hujayrada joylashgan va DNK viruslari uchun xos bo'lgan DNK transkripsiyasini RNKga almashtirish, ularning RNK transkripsiyasi DNKda bo'ladi. Keyin virusning Dvolantsyujkov DNKsi hujayraning xromosoma DNKsiga kiritiladi. Bunday virusli DNKning matritsasida yangi virusli RNK sintezlanadi, bu boshqalar kabi virus oqsillarining sintezini bildiradi.

Virusli RNKlarning replikatsiyasi noyob hodisadir. Virusli RNK sintez mexanizmi va hujayra RNK sintez mexanizmi o'rtasidagi aniq farq shundaki, bir holatda RNK matritsa sifatida, ikkinchisida esa DNK hosil bo'ladi.

RNK transkripsiyasi uchun RNK matritsasida virion RNKga bog'liq RNK polimeraza talab qilinadi. Virusli RNK replikatsiyasi, o'z navbatida, komplementar RNK sinteziga olib keladi, keyinchalik u katta miqdordagi virusli RNK uchun shablon bo'lib xizmat qiladi.

Virusli RNK bo'lsa manfiy qutbga ega (orto-, paramikso-, rabdo-, filo-, bor-, arena- va bunyaviruslar), RNKni toʻldiruvchi va musbat qutbli va virus transkriptazasiga oʻxshash RNK ​​polimeraza mRNKning birlamchi transkripsiyasida ishtirok etadi.

Ko'pgina qismlar transkriptlar, teri virusli (-) lanset RNKda sintezlanadigan, subgenomik RNK molekulalari bilan katta o'lchamdagi lansetlar virusli RNK sintezi (replikatsiyasi) uchun shablon bo'lib xizmat qiladi. Ba'zi viruslar transkripsiya va replikatsiya uchun turli RNK polimerazalariga tayanadi, boshqa hollarda esa bir xil fermentlar turli funktsiyalarni bajarishi mumkin.

Ko'pgina RNK viruslarida, (picorn-, calici-, astro-, toga-, flavi-, corona-, arteri-, nodaviruses) komplementar RNK manfiy qutblidir. O'nlab virusli RNK molekulalari bir vaqtning o'zida bitta komplementar RNK shablonida transkripsiyalanishi mumkin va polimeraza ishlab chiqarish teri RNK transkripsiyasida boshlanadi. Replikativ vositachi sifatida tanilgan struktura o'rnatiladi - bir bog'langan dumlari bo'lgan qisman ikki qo'shma tuzilma.

Erta RNK replikatsiyasi uchun Pikornaviruslar va kalisiviruslar, shuningdek, adenoviruslarning DNKsi yangi sintez qilingan (+) yoki (-) Lancug RNK ning 5" uchiga kovalent bog'langan kichik oqsilni, shuningdek, Vatan virusi Ion RNKni talab qiladi. mRNK.

Yangi sintez qilingan(+) RNK turli maqsadlarga ega bo'lishi mumkin: replikatsiya kompleksiga kiritiladi va komplementar (-) RNK sintezi uchun shablon bo'lib xizmat qiladi; mRNK funksiyalarini aniqlash; yangi viriondagi genom kabi qo'shiling. Yangi yaratilgan (+) RNK ulushini aniqlaydigan mexanizm noma'lum.

Retroviruslar genomik (+) monolan RNK hosil qiladi. Boshqa RNK viruslaridan farqli o'laroq, ular DNK vositachisi sifatida replikatsiyalanadi. Virusli teskari transkriptaza RNK molekulasini primer sifatida ishlatib, bir zanjirli DNK nusxasini yaratadi. Keyin, ribonukleaza vazifasini bajaradigan, xuddi shu ferment otaning RNK molekulasini DNK-RNK gibrididan ajratadi va qo'shimcha ketma-ketlikni almashtiradigan chiziqli ikki zanjirli DNKni yaratish uchun bir zanjirli DNK bilan bog'langan DNKni nusxalaydi. teri uchida uzoq muddatli takrorlash (LTR).
Tsya dvolantsyuzhkova DNK keyin aylanib, hujayra xromosoma DNKsi bilan birlashadi. Virusli RNK integratsiyalashgan (proviral) DNKdan transkripsiya qilinadi.

Viruslarning replikatsiyasi 99

Bakteriyalar teta mexanizmi yordamida ko'payadi "ring to roll" mexanizmi asosan stafilokokk va streptokokk plazmidlarida ishlab chiqilgan.

4.8 Viruslarning replikatsiyasi

Viruslarning replikatsiyasi bir necha bosqichda sodir bo'ladi:

1. Adsorbsiya: virus hujayra bilan uning yuzasida maxsus molekulalar bilan aloqa qiladi: masalan, ortomyxoviruslar va paramiksoviruslar glikoproteinlar, adenoviruslar esa penton tolalari. Adsorbtsiyada ma'lum bir taqdir sodir bo'ladi kliniform retseptorlari: glikoproteinlar, fosfolipidlar yoki glikolipidlar.

Adsorbsiya virusli membrana yoki xostning to'qimasi bilan bog'liq bo'lgan antikorlar tomonidan buzilishi mumkin.

2. Adsorbsiyadan keyingi penetratsiya. Shundan so'ng, bu virusli qismni hukmdorning tanasidan unga zarar bermasdan ko'paytirish endi mumkin emas. Kirish mexanizmlari:

A. To'g'ridan-to'g'ri kirish: kapsid hujayra membranasining tashqi yuzasidan yo'qoladi va uning o'rniga hujayraning o'rtasida yo'qoladi.

b. Membranali Zlittya. V. Endositoz.

3. Ruinuvannya obolonka Virusli qismni o'z ichiga olgan endosomaning o'rtasi doimo pH = 5 gacha kislotalanadi. Shu sababli endosoma membranalarida H+-ATPaza proton nasoslari paydo bo'ladi. Past pH qiymatlari virusli konvertning tarkibiy qismlarining konformatsiyasining o'zgarishiga olib keladi, ular hidrofobik qismlari bilan endosoma membranalari bilan aloqa qila boshlaydi, bu virusning sitozolga singishiga olib keladi.

4. Virusli genomning replikatsiyasi Uyali sintez tizimlarini virusga replikatsiya va transkripsiyaga o'tkazish mumkin bo'ladi. Shu maqsadda virus hujayralar tomonidan oqsil sintezini inhibe qiladi va poliribosomalarni ajratadi. Ba'zi viruslar hujayra sintezini bloklaydi va uni tezlashtiradi.

5. Virionlarning buklanishi.

6. Hujayradan viruslarni chiqarish.

A Genom replikatsiyasi DNK viruslari

DNK viruslarida transkripsiya va translatsiya jarayonlari bog'lanmagan (poksviruslardan tashqari): transkripsiya yadroda, translatsiya esa sitoplazmada sodir bo'ladi. Virusli DNK - bu virusli oqsillarni sintez qilish uchun matritsa bo'lgan virusli mRNK sintezi uchun matritsa. Virusli DNK turli vaqtlarda transkripsiya qilingan "erta" va "kech" genlarni yo'q qiladi.

- "Erta" genlar virus genomining replikatsiyasi boshlanishi uchun zarur bo'lgan oqsillar va fermentlarni kodlaydi.

- "Pizni" genlari etuk va to'plangan virus zarralarida ishtirok etadigan oqsillarni kodlaydi.

Viruslarning dsDNK dan replikatsiyasi oddiy hujayra DNK replikatsiyasiga o'xshaydi. Ushbu viruslarning ko'pchiligining genomi yadroga so'riladi, u erda hujayra polimerazalari tomonidan transkripsiya qilinadi va ko'payadi. Masalan, herpes viruslari va papillomaviruslar shunday ko'payadi. Biroq, ikkita xato bor:

1. Poksvirus virionining teri qismi sintezlanadi va sitoplazmadan yig'iladi. Yadro bu replikatsiyada ishtirok etmaydi.

2. Gepatit B virusining genomi turlicha takrorlanadi: u sintezlanadi RNK vositachi bo'lib, keyin transkripsiya jarayonida DNK sintezlanadi

RNK shablonlari.

Viruslarning ssDNK dan replikatsiyasi Shuningdek, u yadroda paydo bo'ladi, bu erda virus DNKsi hujayra tomonidan iste'mol qilinganidan keyin kirib boradi. U erda virusni to'ldiruvchi boshqa DNK ketma-ketligi sintezlanadi. Bir vaqtning o'zida dsDNKning hidi paydo bo'ladi. Keyin hamma narsa tasvirlangan mexanizmga amal qiladi: oqsil sintezi, virusli DNKning replikatsiyasi va virionlarning katlanishi.

Viruslarning turli vatanlarida replikatsiyani qo'llash:

1. Adenoviruslar o'z genomlarini assimetrik tarzda takrorlaydi: replikatsiya qo'shimcha oqsil primeri orqasidagi nayzalardan birining 3' uchidan boshlanadi. Qizning DNK zanjiri o'sishi bilan u onaning DNKlaridan birini almashtiradi va boshqa onaning DNK zanjiri bilan boshqa dupleks hosil qiladi. Qoraytiruvchi nayza ham takrorlanadi va dupleks hosil qiladi.

2. Herpes viruslari terminal takrorlanishi bilan chiziqli genomni o'z ichiga oladi. Ular yadroga kirgandan so'ng, takroriy takrorlanishlar tez-tez tupurib, bir-biriga qo'shilib, dumaloq DNK dupleksini hosil qiladi. Keyinchalik, replikatsiya "aylanuvchi halqa" mexanizmining orqasida sodir bo'ladi. Virusli qism etuk bo'lganda, dumaloq DNK kesiladi va yana chiziqli bo'ladi.

3. Papovaviruslar dumaloq DNK hosil qiladi va ularning replikatsiyasi teta mexanizmi (nosimmetrik va ikki tomonlama) orqali sodir bo'ladi.

4. Parvoviruslar bir nayzali DNK (ijobiy yoki manfiy) hosil qiladi va ularning replikatsiyasi turli virus zarralaridan ikkita nayza (+ va -) dupleks DNK spiralini hosil qilganda boshlanadi.

5. Poksviruslarda muhim bo'lmagan DNK mavjud bo'lib, ularning uchlari bir-biriga bog'langan. Ularning sitoplazmada paydo bo'ladigan oraliq DNK replikatsiyasi "boshdan-boshga" yoki "dumdan-dumga" bog'langan konkatemerlardir.

6. Gepatit B viruslari, masalan, gepatit B virusi, vikorista darvoza transkripsiyasi replikatsiya uchun. Ularning genomi qisman Lens-dumaloq DNKdan iborat bo'lib, qo'shimcha salbiy Lance va to'liq bo'lmagan musbat. Hujayra ichiga tortilgandan so'ng, ijobiy lanset olinadi va transkripsiya qilinadi. RNK transkriptlari virusli fermentlar yordamida teskari transkripsiya jarayonida DNK sintezi uchun shablonga aylanadi.

Virus replikatsiyasi 101

B RNK viruslari genomining replikatsiyasi

RNK viruslarini 4 guruhga bo'lish mumkin (kichik bo'lim 71 ▼):

1. Ijobiy bir zanjirli RNKga ega viruslar (ssRNA+).

2. Retroviruslar (ssRNK turlari +).

3. Salbiy yagona RNK viruslari(ssRNA-).

4. dsRNK viruslari.

Oqsil biosintezida shablon bo'lib xizmat qiluvchi bir qatorli RNK (shuning uchun mRNK roli) deyiladi. ijobiy RNK chi RNK+. Aftidan, manfiy RNK yoki RNK oqsil sintezida shablon sifatida xizmat qilish uchun mo'ljallanmagan.

ssRNA+ dan viruslarning replikatsiyasi . Xuddi virusli kabi ssRNK+ mezbonning hujayrasiga botib, ribosomalar orqali darhol oqsilga o'tadi. U kapsid va virusli oqsillarni kodlagan. RNK polimeraza. Virusli ssRNK+ ning bevosita replikatsiyasi ikki bosqichda sodir bo'ladi:

1. To'ldiruvchi nayza musbat virusli ssRNK+ matritsasida sintezlanadimanfiy RNK(ssRNA-). Ushbu sintez virusli RNK polimeraza tomonidan amalga oshiriladi.

2. Keyin bu salbiy RNK transkripsiyalanadi va yangi molekulalar hosil bo'ladi.ijobiy ssRNK+. Ular buklangan virio-ning taqdirini oladilar.

yangi Bu jarayon viruslarga xosdir, chunki virus RNK dan RNKni transkripsiya qilmaydi.

ssRNK virusiga misol poliovirus (poliomielit virusi). Retroviruslarning replikatsiyasi. Retroviruslar ham ssRNA+ dan qasos oladi. Biroq,

Boshqa shunga o'xshash viruslardan farqli o'laroq, ular mRNK kabi ishlaydi. Retroviruslarning replikatsiyasi quyidagicha kechadi:

1. Oltin tayoq transkriptazasi Virus kapsidining o'rtasida joylashgan bo'lib, ssRNA+ matritsasida DNKni sintez qiladi.

2. Keyin bu DNK yangisini sintez qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladi mRNK vazifasini bajaradigan va bir zumda yangi viruslarni yaratadigan ssRNA+.

Retrovirusga misol VIL.

dan viruslarning replikatsiyasi ssRNK-. Ushbu viruslarning RNKsini oqsillarga to'g'ridan-to'g'ri aylantirib bo'lmaydi, fragmentlar esa ribosomalar tomonidan tan olinmaydi. Bu viruslarda replikatsiya messenjer RNK yordamida sodir bo'ladi. RNK transkriptazasi(u kapsidning o'rtasida joylashgan va hujayra ichiga kirgandan so'ng virus genomi bilan birga sitoplazmaga so'riladi):

1. RNK transkriptazasi ssRNA+ ni virusli ssRNA- shablonida sintez qiladi.

2. Sintezlangan ssRNK+ mRNK vazifasini bajaradi va yangi sintez uchun shablon hisoblanadi. ssRNK-. Qolganlari virionni saqlashgacha yoqiladi.

ssRNKli viruslarga misol qilib gripp va sRNK viruslari kiradi. Viruslarning dsRNK dan replikatsiyasi. Bu viruslar Dvolantsyuzhkova RNK tashkil topgan

RNK+ va RNK-lanzyuglar. Bizning replikatsiyamiz keyingi stsenariy bo'yicha amalga oshiriladi:

1. Virus sitoplazmasiga kirgandan keyin ssRNA+ sintezi uchun RNK polimeraza vikoristik dsRNK (salbiy nayzali RNK shablon bo'lib xizmat qiladi). ssRNA+ lanset mRNK rolini ko'rsatadi, keyin. ribosomalar tomonidan tarjima qilingan

Quyida Buyuk oltin medal laureatining maqolasi e'lon qilingan. M.V. Lomonosova, 2002 yilda tug'ilgan, 2002 yil 15 mayda o'qilgan dalillar asosida yozilgan. Rossiya Fanlar akademiyasining Zagalniy yig'ilishlarida mukofot topshirilganda.

A. S. Spirin
Spirin Oleksandr Sergeyovich– akademik, Rossiya Fanlar akademiyasining ilmiy xodimi.

O'tgan asrning 30-yillarida mening o'quvchim Andriy Mykolayovich Bilozerskiy ikkalasiga tegishli ekanligi haqida sudrab yurgan super ko'zoynaklarga so'nggi dog'ni qo'yishga qaror qildi. har xil turlari nuklein kislotalar - ribonuklein kislota (RNK) va deoksiribonuklein kislota (DNK) - tirik dunyoning o'simlik va hayvonot dunyosiga. Ular hali ham nuklein kislotalarning genetik funktsiyalari haqida hech narsa bilishmagan. Uzoq vaqt davomida RNK o'simliklarning, shu jumladan zamburug'larning tarkibiy qismi deb hisoblangan va DNK ko'pincha "timonuklein kislotasi" deb ataladigan "yaratuvchi nuklein kislotasi" sifatida inson hujayralarining tipik tarkibiy qismi hisoblangan. timus- Ko'rilgan bo'qoqning lotincha nomi). Keyin DNKga o'xshash RNK ​​hayvonlarda keng tarqalganligi ma'lum bo'ldi. Biroq, o'simlik hujayralarida DNKning dalillariga katta shubha bor edi: to'g'ridan-to'g'ri dalil yo'q edi va bitta bilvosita ko'rsatma - o'simlik hujayralarining yadrolari tomonidan aniqlangan Feilgenning ijobiy rangli sitokimyoviy reaktsiyasini hisobga olish mumkin emas edi. ishonchli dalillar bilan Yum. O.M. Bilozerskiy birinchi bo'lib no'xatdan DNKni - DNKning eng xarakterli komponentini kuzatdi va aniqladi, so'ngra DNKning o'zi ot kashtanidan preparativ tarzda aniqlandi. Shunday qilib, RNK ham, DNK ham tirik dunyoning barcha shohliklarini boshqaradigan nuklein kislotalarning ikkita universal turi ekanligi ayon bo'ldi.

40-yillarda turli sitologik va biokimyoviy kuzatishlar va tahlillar asosida hujayralar yadrolarida, ularning xromosomalarida izchil joylashadigan DNK elastiklik hajmi bilan chambarchas bog'liqligi, RNK esa majburiy ekanligi ma'lum bo'ldi. oqsil biosintezi uchun mas'ul bo'lgan hujayra sitoplazmasi komponenti [,]. T.Averining inson ayg'oqchilari bilan to'g'ridan-to'g'ri tajribalari shuni ko'rsatdiki, sof, izolyatsiya qilingan DNK organizmda kasallik belgilarini olib yurishi mumkin. (Ushbu tajribalar haqida, shuningdek, ko'rib chiqilayotgan mo''jizaning ombori va kelajakdagi DNKsi haqida hisobot). So'nggi tadqiqotchilar, biokimyogarlar va sitologlardan oldin, DNK va oqsil komplekslari genetik ma'lumotlarning asosiy tashuvchisi va RNK vositachi bo'lishi mumkinligi haqidagi g'oyaga yaqinlasha boshladilar. .

50-yillarning boshiga qadar E.Chargaff DNK tarkibining turlarga xosligi faktini aniqlab, to'rt turdagi monomerlar - guanil (G), adenil (A), sitidil (C) va timidil (T) - sintezini ko'rsatdi. bilan ovlash turli xil turlari organizmlar [,]. Bu fakt DNKning uzatilgan genetik rolini bevosita tasdiqlaydi. Bunda “Chargaff qoidalari” deb ataladigan DNK nukleotid tarkibida ham hayratlanarli qonuniyatlar topildi: turidan qat’iy nazar, barcha DNKda G miqdori C ga, A ning miqdori esa teng bo‘lgan. T (G = C, A = T). 1953 yilda tug'ilgan J. Watson va F. Crick, vikoryst va eksperimental ma'lumotlar bo'yicha kimyoviy ombor DNK, shuningdek, polimerik DNK molekulalarining stacking spiral xususiyatini ko'rsatadigan yo'naltirilgan DNK zanjirlarining rentgen nurlanishining difraksion tahlillari natijalari [] DNKning makromolekulyar tuzilishi modelini yaratdi. . Bu pastki spiral bo'lib, DNKning ikkita polimer iplari halogen o'qi atrofida bir tomondan buralib, C dan G va T dan A juft o'zaro ta'sirlari orqali bir-biriga suriladi. Ularning g'oyasi aqlli bo'lib chiqdi: holda va tuzilmalar aniq yaratish mexanizmi bilan shakllangan bo'lib, birinchi marta ko'payish va tanazzul jarayonlarida o'xshash tuzilmalarning yaratilishi tushuntirilgan. Shunday qilib, yangi fan - molekulyar biologiya tug'ildi.

Tabiiyki, molekulyar biologiya DNK davridan boshlangan. Bula DNKsi "hayotning bosh molekulasi", "hayot ipi", boshoqning boshlanishi va barcha tirik mavjudotlarning asosidir. Ilgari tirik tizimlarning asosiy komponenti sifatida ko'rilgan oqsillar endi o'zlarining asosiy pozitsiyalaridan "ochildi" va DNKga xizmat qilish uchun katalizator sifatida boshqa rollarni "qabul qildilar". Nuklein kislotalarning boshqa turi - RNK ning roli DNK shablonlarida tebranish va to'g'ridan-to'g'ri oqsil sintezi bo'yicha vositachilar funktsiyasiga tushirildi. "DNK -> RNK -> oqsil" sxemasi, strelkalar bilan ko'rsatilgan axborot uzatish jarayonlarining muqarrarligi tufayli "molekulyar biologiyaning markaziy dogmasi" deb nomlangan (ma'ruza [, 13]).

RNK: DNK VA GENETIK FUNKSIYADA REPLIKATSIYA

DNKning yaratilishi (replikatsiyasi) tuzilishi komplementarlik deb ataladigan printsipga asoslanadi: pastki ipda yaratish jarayoni uchun suv ligamentlari bilan elkama-elka bog'langan ikkita polimer DNK bog'ichlari mavjud. G-C juftlari, C-G, A-T va T-A (bo'lim. 2 va 3-rasm). Agar subspiral spiralning ikkita lansetlari ajralib chiqsa, ularning terisida yangisi hosil bo'lishi (polimerlanishi) mumkin. to'ldiruvchi lantsug, shunday qilib, chiqish lantsugning G qarama-qarshi tomonida yangi lantsugning Z, eski lantsugning Z qarshisida - yangi lantsugning G, A-T qarshisida va T-A ning qarshisida; Natijada, ikkita qiz sub-spiral paydo bo'ladi, ular chiqish biriga o'xshaydi - ona (bo'lim. 4-rasm).

RNK kimyoviy jihatdan DNKga o'xshaydi. Ikkala holatda ham biologik guruhlar sifatida pentoza-fosfat magistralli nukleotidlarning butun chiziqli, uzilmagan polimerlari va bir necha turdagi azotli (purin va pirimidin) magistrallari mavjud (1-rasm). Bitta DNK zanjiriga nisbatan ikkita kichik RNK zanjiri mavjud:

1) RNKdagi pentakarb (pentoza) riboza bilan, DNKda esa xuddi shunday 2"-dezoksiriboza bilan ifodalanadi;

2) RNKdagi ikkita pirimidin nukleotididan biri metillangan T DNKni almashtirish uchun uridil ortiqcha (U) bilan ifodalanadi.

Asl funktsional DNK fragmentlari - genlarning nusxalari bo'lib, RNK ketma-ketliklari boshqa turdagi polimerlar - polipeptid oqsillarini sintez qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladi. Proteinlar yigirma xil turdagi monomerlardan (aminokislotalar) va RNK faqat to'rt xil monomerlardan (nukleotidlar) iborat bo'lganligi sababli, polipeptid nukleotidlar ketma-ketligining aminokislotalar ketma-ketligini aniqlash bu RNK teri aminokislotasini talab qiladi. dekalclar kombinatsiyasi bilan kodlangan - Uch nusxali kodning o'zi dastlab nazariy natijalarni taqdim etish va keyin ularni eksperimental ravishda olib borish uchun taxmin qilingan. RNK kuchli bog'langan genetik rol genlar va oqsillar o'rtasidagi vositachi: bir tomondan, RNK genlar nusxalari yoki DNK bo'laklarining nusxalari to'plami sifatida tasavvur qilingan, boshqa tomondan, vositachi matritsalar sifatida, aminokislotalarga dekodlangan nukleotid tripletlari ketma-ketligi. oqsil sintezi jarayonida polipeptid nayzalarining.

Vixodachi z tsix ko'rinishi, 1956 yil. men, keyin aspirant O.M. Bilozerskiy SSSR Fanlar akademiyasining Biokimyo institutida ish DNK va RNK turini eksperimental tekshirish natijasida nashr etilgan. Endi biz DNKning nukleotid tarkibi (to'rt turdagi nukleotidlarning munosabati) har xil turdagi organizmlar, jumladan, turli taksonomik guruhlardagi bakteriyalar orasida juda katta farq qilishi mumkinligini ko'rsatdik. Keyinchalik biz RNK DNKning nusxasi bo'lganligi sababli, bu ikki turdagi nuklein kislotalarning nukleotid tarkibi bir xil yoki o'xshash bo'lishi kerak degan xulosaga keldik. Bizning tahlillarimiz mutlaqo kutilmagan natija berdi: DNK tarkibidagi kuchli o'zgarishlar bilan turli xil turlarning umumiy RNKidagi nukleotid munosabatlari butunlay konservativ bo'lib chiqdi (jadval). Shu bilan birga, ushbu ma'lumotlarning statistik tahlili RNK ombori va DNK ombori o'rtasida kichik regressiya qiymatiga ega bo'lsa-da, ishonchli ijobiy korrelyatsiya mavjudligini ko'rsatdi (3-rasm). Ma'lumotlar shunday talqin qilinganki, shiralarda turli xil RNK turlariga o'xshash evolyutsion-konservativ RNKning asosiy massasi DNKni nusxa ko'chiradigan turga xos RNKning kichik qismini tashkil qiladi.

1959 yilda tug'ilgan F. Krik molekulyar biologiya tarixidagi bu dastlabki davrni ta’riflagan:

"Kodlash muammosi shu paytgacha uch bosqichdan o'tdi. Birinchi bosqichda - blukan bosqichida - juda ko'p qirg'in bo'ldi, ammo sovuqqa dosh berishga to'g'ri kelmadi. Boshqa bosqich - optimistik - 195 yilda boshlangan. 4 Gamovim, biz aniq kodni olish uchun shunchalik rahmdil bo'lamiz, bu ularning taxminlari noto'g'ri ekanligini ko'rsatishga harakat qilgan izdoshlarning butun guruhini rag'batlantirdi va shu bilan ularning o'zlari ushbu galusadagi g'oyaning to'g'riligini yanada oshirdilar. U erda taqdim etilgan ma'lumotlar bizning topilmalarimiz xato ekanligini ko'rsatdi. .

Ilgari DNKga o'xshash RNK ​​bakteriya virus (bakteriofag) bilan zararlanganda hosil bo'lishi aniqlangan: hujayraga yangi genetik material - DNK virusining kiritilishi virusli DNKga o'xshash RNK ​​sintezini keltirib chiqardi va, Shubhasiz, Virusli oqsillarning sintezi nimani anglatadi? Bizning ishimiz birinchi marta DNKga o'xshash RNKning bir qismi birlamchi, infektsiyalanmagan hujayralarning normal tarkibiy qismi ekanligini va uzatish funktsiyasiga ega bo'lishi mumkinligini ko'rsatdi. genetik ma'lumot oqsillaringiz sintezini aniqlash uchun DNKingizdan. Keyinchalik RNK fraktsiyasi nomini oldi xabarchi RNK, xabarchi RNK (mRNK) yoki xabarchi RNK

SSSR Fanlar akademiyasining Biokimyo institutida mening guruhimdagi (1960 yildan laboratoriya) mRNKning keyingi tadqiqotlari va mikroorganizmlarning rivojlanishidan yirikroq organizmlarga o'tish yana bir kashfiyotga olib keldi. Ma'lum bo'lishicha, boshqa organizmlar - hayvonlar va boshqa o'simliklarning hujayralarida mRNK umuman mavjud emas, lekin biz uni chaqirgan ribonukleoprotein zarralari (mRNP zarralari) shaklida taqdim etilgan. informosomalar[ , ].

Ushbu yangi turdagi ichki hujayra zarralari kam noyob jismoniy va kimyoviy kuch bilan tavsiflanadi va umuman olganda, tarkibiy oqsil va mRNKning doimiy reaktsiyasi bilan protein komponentining sezilarli o'sishi bilan ajralib turadi. Tirik organizmlar hujayralarida mRNKning nukleoprotein shaklining roli ilgari ko'plab tadqiqotchilar tomonidan translatsiya darajasida oqsil sintezini tartibga solish mexanizmlari bilan bog'liq holda o'rganilgan. Bu robotlar oogenez, spermatogenez va erta embriogenezning past molekulyar mexanizmlarini, hujayra differentsiatsiyasi va morfogenezini, eritropoezni va boy hujayrali organizmlar, shu jumladan odamlarning hayotidagi boshqa jarayonlarni tushunish uchun kalitni berdi (ajoyib ko'rinish [ , ]).

Strukturaviy RNK

1958 yildan keyin Guruhimning boshlari to'g'ridan-to'g'ri konservativ, genetik bo'lmagan RNK bilan payvand qilindi va umumiy hujayra RNKsining asosiy qismiga aylandi. Eng muhim qismi (taxminan 90%) ribosomalarning tarkibiy qismi - oqsillarni ishlab chiqarish uchun molekulyar "zavodlar" bo'lgan ichki hujayrali ribonukleoprotein zarralari ekanligi aniq edi. Ingliz, frantsuz va amerikalik tadqiqotchilar tomonidan olib borilgan bir qator yorqin tadqiqotlar [-] ribosomalar va RNK ribosomalarining o'zlari oqsillarni sintez qilish uchun genetik ma'lumotni olib yurmasligini, balki universal, o'ziga xos bo'lmagan apparat bo'lib xizmat qilishini isbotladi. (mRNK) nasl genlari tomonidan aniqlangan maxsus oqsillarni sintez qilish uchun

Laboratoriyamizda ribosomali RNKning birinchi tekshiruvi shuni ko'rsatdiki, bular katta makromolekulalar (molekulyar o'lchami 10 6) bo'lib, ular bitta kovalent uzluksiz polinukleotid nayzasi [, ] Subbirlik tabiati to'g'risida ilgari aytilgan bayonotdan farqli o'laroq. Avvalroq, Kaliforniya mozaik virusidan yuqori polimerli biologik faol (yuqumli) RNK implantatsiyasi bilan biz uning mavjudligini ikkilamchi va uchinchi darajali tuzilmalar paydo bo'lishidan oldin va farenks í polinukleotid lansetining katlanmasidan oldin aniqlashga muvaffaq bo'ldik. qisqa va uzoq masofali ichki lanset ta'siriga ega bo'lgan tuzilish [30]. Shunga o'xshash xatti-harakat populyatsiyadagi turli xil ribosoma RNKlarida namoyon bo'lishi mumkin [,]. Umuman olganda, fizik-kimyoviy organlar va 1958-1962 yillarda Vikon irqidan ajratilgan yuqori polimerli RNKning strukturaviy xususiyatlarini o'rganish ularning fazoviy tashkil etilishining hozirgi yashirin tamoyillarini shakllantirishga olib keldi:

RNK, DNKdan farqli o'laroq, - bir qatorli polimer",

RNK hosil qiladi ikkilamchi tuzilma- qisqa spiral bo'limlar to'plami - asosan lansetning konjugal bo'limlarini anti-parallel to'ldiruvchi juftlash tuzilishi uchun;

RNK qayta ishlanishi mumkin uchinchi tuzilma Lancug va interspiral shovqinlarning o'rtasida uzoqdan to'ldiruvchi o'zaro ta'sirlarni rivojlantirish uchun;

Yuqori polimerli RNK ishlab chiqariladi ixcham qismlar;

RNK muhim ahamiyatga ega konformatsion yumshoqlik(4-rasm).

Buni ribosomalarning induktsiyalangan strukturaviy o'zgarishlari bo'yicha tadqiqotimiz diqqat bilan ma'lum qildi, masalan, ribosoma oqsillarini yo'qotmasdan ribonukleoprotein zanjirlarida ribosoma zarralarini qayta tashkil etish [, ], shuningdek, ribosoma oqsillari va ribosoma oqsillarini RNKga ajratish va teskari o'z-o'zini yig'ish. (baliqlarni qayta qurish) ramka bilan. I.M. guruhi yordamida ribosomalarning neytron tarqalishi SSSR Fanlar akademiyasining Proteinlar institutida Serdyuka RNK va oqsillarning ribosoma qismlarida o'zaro taqsimlanishi haqida qo'shimcha jismoniy dalillar keltirdi. Bu bizga ribosoma tuzilishining uchta asosiy tamoyilini shakllantirishga imkon berdi:

ribosoma ikkita notekis bo'linmalardan iborat bo'lib, ular ajratilgan - kichik va katta ribosoma bo'linmalari;

Ikkita maxsus o'z-o'zidan yonuvchi yuqori polimerli RNK - ribosoma RNK - ikkita ribosoma bo'linmasining ixcham strukturaviy yadrolarini yaratadi;

Turli ribosoma oqsillari va ularning guruhlari ribosoma RNK tizimida, ayniqsa, bu ixcham yadrolarning periferiyasida maxsus yig'ilgan.

Ribosomaning batafsil tuzilishi haqidagi ma'lumotlarga qo'shimcha ravishda, natijalar uning tuzilishining asosiy tamoyillarini to'liq tasdiqladi va eng muhimi, subbirliklarning shakli ularning ixcham katlanmış RNKlari bilan belgilanadi va ribosoma oqsillari sintezlanadi. bu yadrolarning periferiyasi. To'liq ribosoma ikki xil, ixcham va maxsus katlanmış RNKlarning birlashmasi bo'lib, qisman oqsillar bilan "bezatilgan" sirtdir. Ma'lum bo'lishicha, ribosoma RNKning o'zi ribosomaning asosiy funktsional markazlarini tartibga solishi va mRNKda qayd etilgan dasturga muvofiq oqsil sintezini amalga oshiradigan molekulyar mashina sifatida ribosomaning muhim funktsiyasini bildirishi muhimdir. Hayotning boshlanishida ribosoma faqat RNK dan hosil bo'lganligi va ribosoma oqsillari ribosoma RNK ni barqarorlashtirish yoki uning funktsiyalarini kuchaytirish uchun evolyutsion qo'shimcha bo'lishi mutlaqo aniq.

BARCHA KUCHLI RNK

RNK ning ixcham trivial tuzilmalar paydo bo'lishidan oldin, turli xil oqsillar kabi, boshqa molekulalar - makromolekulalar va kichik ligandlar bilan o'ziga xos o'zaro ta'sir qilish uchun asos bo'ladi. Muayyan globulaga o'ralgan RNK molekulalari uchun uning yuzasida noyob kengaygan bo'shliq hosil bo'ladi, oqsillar kabi molekulyar tanib olish funktsiyasi mumkin. Uning chergusida oqsillar bilan reaksiyalarni fermentativ katalizlash asosida kimyoviy reaksiyalarni o'ziga xos katalizlash imkoniyatiga olib kelishi juda selektivdir.

Ehtimol, RNKni "tanish" uchun birinchi narsa bu "transport" RNK yoki tRNK bo'lib, u oqsil biosintezida adapter rolini o'ynaydi (1-rasm). Bu nisbatan kichik RNKlar (mol. qiymati taxminan 30 000) - bir xil keng tuzilishga ega bo'lgan ixcham yondirilgan molekulalar (bo'lim 3-rasm). Ularning maqsadi aminokislotalarni tanadan ribosoma tomonidan sintez qilingan polipeptid oqsilini saqlashga o'tkazishdir. Shu maqsadda tRNK hujayradagi bir qator makromolekulyar tuzilmalar orqali va hatto tebranish orqali o'zaro ta'sir qiladi: yadro faol aminokislota tashuvchi oqsil fermenti (aminoatsil-tRNK sintetaza) bilan Shunday qilib, kovalent biriktirilgan aminokislota (cho'zilish omili) ni olib yuradi. EF-Tu), bir vaqtning o'zida ribosomadan, so'ngra bir vaqtning o'zida ribosoma RNK va mRNK dan ribosomadan. Shu tarzda, shubhasiz, tRNK molekulalari tomonidan boshqa makromolekulalarni o'ziga xos tanib olish funktsiyalari amalga oshirilgan bo'lsa-da, uzoq vaqt davomida asosiy rolni tRNKni oqsillar - fermentlar tomonidan tan olinishi tezda qabul qilindi. ribosoma oqsillarining tarjimasi, lekin boshqacha emas.

Ege ingliz ta'limotlari. Cundliffe birinchi bo'lib nuklein bo'lmagan va oqsil bo'lmagan tabiatning kichik ligandlarini tanib olish uchun ribosoma RNK tuzilishini aniq va ishonchli tarzda e'lon qildi. Bir qator ribosomal antibiotiklar - tiostrepton, eritromitsin, ikozidlar (streptomitsin, kanamitsin, neomitsin) bilan oqsillarni emas, balki kuygan RNK qismlarining selektiv o'zaro ta'siri (bog'lanishi) bo'yicha eksperimental ma'lumotlarni taqdim etdi. O'n yil o'tgach, aminoglikozid antibiotiklarining kichik (16S) ribosoma RNK mintaqasiga o'ziga xos bog'lanishi haqida to'g'ridan-to'g'ri strukturaviy ma'lumotlar taqdim etildi (shuningdek, ko'rinish).

RNKning qolgan tan olinishi yuqori darajada ixtisoslashgan molekulalarni tanib olish va ular bilan maxsus o'zaro ta'sir qilish, aptamerlar - "hujayrasiz evolyutsiya", "namunalar evolyutsiyasi" deb ataladigan usullardan foydalangan holda keng imkoniyatlar va nukleotidlar ketma-ketligiga ega bo'lgan kichik sintetik RNKlar. protseduralar]. Ma'lum bo'lishicha, past molekulyar organik birikmalardan boshlab, har xil individual peptidlar va oqsillar bilan tugaydigan deyarli har qanday turdagi molekulalar bilan tanlab bog'lanishi mumkin bo'lgan RNKni tanlash va ko'paytirish mumkin ( div. look [ , ]). Boshqacha qilib aytganda, RNK, shuningdek, oqsillar o'ziga xos molekulyar tanib olish funktsiyasini samarali bajarishi mumkin.

Bu tadqiqotlardan oldin ham, o‘tgan asrning 80-yillari boshlarida AQShda T.Chek va S.Altmanlar laboratoriyalarida biokimyo va molekulyar biologiyada inqilob yaratgan shov-shuvli kashfiyot amalga oshirildi: RNK biokimyoviy reaktsiyalar uchun o'ziga xos katalizator bo'lishi mumkin [ ,47]. Biokimyoning yaqin tarixi davomida, o'n yildan ortiq vaqt davomida, biokimyoviy kataliz ferment oqsillarini kiritishning "imtizoli" ekanligi aniqlandi. Shuning uchun kasallik hayotining barcha nazariyalari biokimyoviy metabolizm (metabolizm) uchun mutlaqo zarur bo'lgan makromolekulalar sifatida oqsillarning ustuvorligidan kelib chiqadi. RNK ning katalitik funktsiyasining kashf etilishi oqsillarning kundalik hayotdagi va kundalik hayotdagi o'rni haqidagi barcha oldingi nazariyalarni bekor qildi.

Ferment oqsillari bilan o'xshashlik uchun - fermentlar - Katalitik RNKlar nomlanadi ribozimlar. Shubhasiz, tirik tabiatda tirik organizmlar hujayralarida tabiiy ravishda paydo bo'lgan barcha ribozimlar, shuningdek, RNK polinukleotidlarining o'zgarishi bilan bog'liq jarayonlarda ishtirok etadi. Biroq, katalizlanadigan reaktsiyalarning keng doirasiga ega bo'lgan individual ribozimlarni yaratish mumkin bo'ldi. Bundan tashqari, ribosomalarning tuzilishi va oqsil biosintezi jarayonida peptid bog'larini yaratishning ribosoma-katalizlangan reaktsiyasining xususiyatlari to'g'risidagi ma'lumotlarning umumiyligidan ko'rinib turibdiki, bu reaktsiyaning katalitik markazi ii (peptidil transferaza markazi). ribosoma) katta ribosomali RNKning qoʻshiq sohasi orqali hosil boʻladi, hech qanday katta ishtirokisiz Baliq ribozim xarakteriga ega [50].

Biroq, RNKning katalitik funktsiyasi kashf etilgandan so'ng, paradigma o'zgardi va biologlarning qarashlari RNKga aylandi. Aslida, RNK molekulalari oqsillarni hosil qilish uchun ishlaydi: o'ziga xos tuzilmalarga buklanish va biologik zarrachalarning shakllanishini aniqlash, katta aniqlik bilan boshqa makromolekulalar va kichik ligandlar va o'zaro ta'sirlarni tan olish Ular mavjud molekulalarning kovalent o'zgarishini katalizlash uchun ishlatiladi. Albatta, oqsillar yanada samarali va boshqacha yo'q qilinadi, past RNK. Proteinlar, qoida tariqasida, o'zlarini "yaramaydilar" - ularning tuzilishini yaratish uchun zarur bo'lgan quvvat oqsil mexanizmlariga ehtiyoj yo'q, faqat RNK orqali. Endi RNK o'z tuzilishini aniq yaratish uchun barcha kerakli tarkibiy o'zgarishlarni amalga oshirish vaqti keldi.

RNK - bu DNKning yaqin analogi, kundalik "spastisite nutqi". Strukturaviy jihatdan, bu DNK turiga bo'ysunuvchi spirallarning shakllanishiga bog'liq emas, ikkita poliribonukleotid nayzalari o'rtasida G-C, C-G, A-U va U-A juftlarini hosil qilish uchun komplementarlikning yangi printsipi mavjud. RNK ning RNKda yaratilishi (replikatsiyasi) to'liq ruxsat etilgan jarayon kabi ko'rinadi. Ko'rinib turibdiki, mustaqil RNK spirallari tabiatda, eng muhimi - ma'lum viruslarda (masalan, hayvonlar va odamlarning reoviruslari va rotaviruslari) mustaqil RNK genomlari sifatida paydo bo'ladi. DNK emas, balki RNK genomlari hayvonlar va o'simliklar viruslari, shuningdek bakterial viruslar (bakteriofaglar) orasida keng tarqalgan va ko'p hollarda ularning genomik RNKsi RNKning bir zanjiri bilan ifodalanadi, virus hujayra ichiga kirgandan keyin sodir bo'ladi. hujayra To'ldiruvchi nayza bo'ladi.

Shunday bo'lsa-da, virusologiya uzoq vaqtdan beri RNKning juda genetik replikativ funktsiyalarini ochib berdi, ular hujayrali organizmlarda DNKning asosiy funktsiyalari hisoblanadi.

Shubhasiz, tirik hujayrali organizmlar DNKning genetik "yagona quvvati"siz mavjud bo'lolmaydi va RNKning o'z-o'zini yaratishi evolyutsiyaga to'sqinlik qildi, aks holda organizmlarda gen faolligi tartibga solinishi, muvozanatning buzilishi sodir bo'lar edi. mijozdagi genlar tomonidan boshqariladigan mahsulotlar va jarayonlar va hayotning umumiy buzilishi. RNKning hujayralardagi RNKga replikatsiyasi oddiy hujayralarda sodir bo'lishi mumkin. Bu hayvonlar va o'simliklarda kichik genetik bo'lmagan RNKlarning yangi sinflarini - interferent RNKlar deb ataladigan kashfiyotlarni davom ettirishni tasdiqlash uchundir. (siRNK) va microPHK (miRNK) - Tartibga soluvchi va antiviral faollik bilan: ushbu RNKlarning ishlashi va yaratilishi ularning mustaqil replikatsiyasiga bog'liq.

SVIT RNK - QADIMGI VA TABIY

Shunday qilib, RNK tirik materiyaning eng o'zini o'zi ta'minlaydigan nutqidir. Quvvat oqsillarining barcha yoki hatto barcha funktsiyalarini, shu jumladan hosil bo'lish va biokimyoviy katalizni yo'q qilish printsipial jihatdan mumkin va shu bilan birga uning replikativ va kodlash funktsiyalaridan to'liq huquqli genetik nutqni yaratish mumkin. Ushbu faktlarni bilish biologlar, kimyogarlar va geologlarni evolyutsion ravishda bizning DNK-RNK-oqsil hayotimizga uzatilgan qadimgi "RNK nuri" haqidagi farazga olib keldi (hisobot). Jahon RNKida oqsillar, DNK yo'q, turli RNK molekulalarining ansamblidan ko'ra, u turli xil funktsiyalarga ega. Tse buli, hamma narsa uchun shvidshe, klinik bo'lmagan tizimlar. Hujayra tuzilmalarining shakllanishi, albatta, hali mavjud bo'lmagan oqsillar va lipidlarning ishtirokini o'z ichiga oladi. RNK ansambllarining koaservat dog'lari shaklida bo'linishi ham past darajada bo'lgan, chunki koaservatsiyadan oldin yaratilgan polipeptidlar, polisaxaridlar va boshqa polimerlar mavjud. Tim kam emas, RNK ning teri ansambli tizim sifatida rivojlanishi, butun tizimga ta'sir qiluvchi shishish belgilarini tinchlantirish va rivojlanishi uchun uning RNK replikalari, ligand-bog'lovchi RNKlar, RNK sintetazalari va oqsil sintezi mahsulotlari yo'q. materiya, shubhasiz, qandaydir tarzda kosmos bilan o'ralgan. Shuning uchun ko'pgina nazariyalarda intervension membranalarning hayoti fazalarning ajralish yuzasiga o'xshaydi, bu zaruriy aqliy evolyutsiyani, shu jumladan RNK ansambllarining evolyutsiyasini (masalan, div.) postulat qiladi.

Biroq, bu mumkin va muqobil, mening fikrimcha, yanada mashhur. Deyarli o'n yil oldin Rossiya Fanlar akademiyasining Oqsillar institutida mening talabam A.B. Olimlarning to'rt nafari RNK molekulalarining shakllanishini eksperimental ravishda ko'rsatdi molekulyar koloniyalar jellarda yoki boshqa qattiq muhitda, chunki bu muhitda ularga replikatsiya potentsiali berilgan [55] (5-rasm). Qattiq yoki qattiq sirtdagi aralash RNK ​​koloniyalari birinchi evolyutsion hujayrasiz ansambllar bo'lishi mumkin edi, bu erda ba'zi molekulalar genetik funktsiyalarni bajaradi (butun ansamblning RNK molekulalarining replikatsiyasi) va boshqa shakllar tuzilishning muvaffaqiyatli shakllanishi uchun zarur edi. (masalan, kerakli birikmalar dan adsorbsiyalangan dovkilla) yoki RNK sintezi uchun substratlarni sintez qilish va tayyorlash uchun mas'ul bo'lgan ribozimlar edi. Hujayrasiz bunday vaziyat hatto eng tez evolyutsiya uchun aqlni yaratdi: RNK koloniyalari dovkildan urug'lantirildi va molekulalarini - ularning genetik materialini osongina almashdi. RNK molekulalarining o'rtada, shu jumladan atmosferada oson kengayishi ham bevosita tajribalarda ko'rsatildi. Bundan tashqari, xuddi shu o'tmishdoshlar guruhining yaqinda o'tkazilgan tajribalari shuni ko'rsatadiki, RNK molekulalari suv muhitida ulanganda, o'z-o'zidan fragmentlarni almashishi mumkin, bu esa fermentativ bo'lmagan rekombinatsiyaga olib kelishi mumkin.

Guruch. 5. Agaroz jelida replikatsiya qiluvchi RNK molekulalarining koloniyalari [, ]
chapaqay- yopiq Petri idishida o'sgan RNK koloniyalari
bir yil davomida 25 ° C haroratda.
O'ng qo'l- Xuddi shu miyalarda qopqoqli Petri idishida o'sgan RNK koloniyalari
(yuzadan RNK molekulalari bilan ifloslanish)

K. Vuz tomonidan Yerdagi tirik mavjudotlarning universal kashshofini kashf qilish uchun ilgari surilgan xuddi shu fikrlar: genetik materialning replikatsiya mexanizmlarining ibtidoiyligi va to'liq emasligi orqali mutatsiyaning yuqori darajasi (ko'payish afzalligi), irsiy materialning erkin almashinuvi. hujayralarning progenitlari - "progenotlar" - va jamoalar o'rtasidagi genetik material. bu salaflar, agar ba'zilarning biron bir mahsuloti va yangiliklari diqqat markazida bo'lsa ("har bir insondan uning ehtiyojlariga - har bir kishining ehtiyojlariga"). Biroq, K. Vuzning gipotezasini almashtirishda men klinikadan oldingi universal prekursor rolini berishni afzal ko'raman - bezklitinny - RNKning kelib chiqish shakli, DNK, oqsil sintezi mexanizmlari bo'lmaganida. Umumjahon prekursor RNK koloniya ansambllarining eng umumiy birikmasi bo'lishi mumkin, ular birlamchi Yerning qattiq yoki jelga o'xshash yuzalarida paydo bo'ladi va ko'payadi, hech qanday fizik membranalar va fazaviy bo'linmalar va boshqalar bilan o'ralgan emas. Ikkala genetik materialni almashtirish oson. va katalizlanadigan reaksiya mahsulotlari.

Dunyoda RNKni yaratishning bu umumiy shakli - o'ziga xos Solaris - yuqorida aytib o'tilganidek, unchalik tez rivojlanmaydi. Hujayra tuzilishi, DNK va zamonaviy oqsil sintezi apparatiga ega bo'lgan alohida organizmlar uchun butun evolyutsiya davomida, ehtimol, bir milliarddan kam hodisa (bu 4 milliarddan 3,5 milliard yilgacha) sodir bo'lgan. RNK koloniya ansambllarining tabiiy tanlanish tezligida takomillashishi katalitik mexanizmlarning takomillashuvidan, shuningdek replikatsiya aniqligi va siqilishning ortishidan bevosita kam foyda keltirmaydi. Protein katalizatori sifatida ishlay boshlagan RNK koloniyalari, tabiiyki, reaktsiyalarni katalizlash tezligida boshqalardan katta ustunlikka ega bo'ldi va shuning uchun ham raqobat uchun ham, ushbu qiymatni uzatish funktsiyasi uchun ham tezda "ahamiyatsiz" bo'ldi. RNK sumkalarining orqasida to'liq ishlab chiqilgan protein sintez apparati mavjud va RNK dunyosining kommunal va pandemik tabiati orqali universal genetik kod hosil bo'ladi.

Protein sintezi oqsil sintezi vimagav yaxshilangan aniqlik genetik materialning replikatsiyasi va turli oqsillarni ishlab chiqarish tartibi. Bu RNK qismlarini (genetik RNK) differensiatsiyalash va DNKdagi modifikatsiyalar zarurligini keltirib chiqardi, bu esa aniqroq nusxa ko'chirishni yaratishi mumkin, shuningdek, yuqori kimyoviy barqarorlik yu, nizh RNK. Bunday tizimlarning samaradorligi va barqarorligi ortiqcha o'rta moddadan ko'ra ularni mustahkamlash tuzilishi bilan sezilarli darajada oshishi mumkinligi aniqlandi va ular oqsil-lipid tabiatining membranalari tomonidan ishlab chiqariladi. Kommunal yorug'lik alohida yoki yuqori samarali qismlarga - hujayralarga, shaxslarga, organizmlarga bo'linadi va ularning kuch evolyutsiyasi va energiya ishlab chiqarish boshlanadi. Umumiy universal kashshofdan mikroorganizmlarning ikkita asosiy guruhi - bakteriyalar (eubakteriyalar) va arxeya (arxebakteriyalar) kelib chiqadi, ularning hujayra sherikligi metabolizmning o'zaro o'zaro ta'siri asosida shakllanadi, so'ngra ularning simbiotik xostlari ximeralar paydo bo'lguncha hosil bo'ladi. eukary organizmlardan oldin.

Kommuna parchalanganidan keyin RNK dunyosi bilan nima sodir bo'ldi? Kommuna parchalanib ketgan bo'lsa-da, teri tirik organizmning teri to'qimalarida RNK nuri saqlanib qolgan. Kundalik hayotning asosi oqsil biosintezining pasayishi bo'lib, u hech qachon hayotga kirmaydigan tirik organizmlarning barcha belgilarini bildiradi. Protein biosintezining ushbu jarayonining markaziy bosqichi birin-ketin o'zaro ta'sir qiluvchi turli xil RNK molekulalarining to'planishi bo'lib, birinchi navbatda ribosoma RNK dan oldin, oqsil sintezi apparati, tRNK, polipeptid oqsillarini ishlab chiqarish uchun faollashtirilgan ribosoma inokislotalariga etkazib beriladi. , va oqsil sintezi uchun dasturning nukleotidlar ketma-ketligini tashuvchi mRNK (bo'lim. 1-rasm). Hujayra ichidagi RNK nurining ushbu uchta asosiy vakillaridan tashqari, DNKning reduplikatsiyasi va parchalanishi, genlarning ko'payishi va shakllanishi jarayonlarini ta'minlaydigan bir qator past kichik RNKlar aniqlangan.

mRNK bo'yicha, oqsil sintezini tartibga solish, oqsillarni membranalar orqali tashish, embriogenez va hujayra differentsiatsiyasini tartibga solish, umr ko'rish davomiyligini aniqlash va boshqalar. Tirik organizmlar hujayralarida kichik RNKlarning yangi turlari tez kashf etilib, ularning organizmlar hayotidagi muhim rolini ochib beradi.

Yaqin vaqtgacha biz hujayra ichidagi RNK haqida juda kam ma'lumotga ega edik va endi genetik bo'lmagan RNKning tirik tizimlar faoliyatiga qo'shgan hissasini jiddiy ravishda oshirib yuborish mavjud. Ishonch bilan aytishimiz mumkinki, RNK molekulalarining yig'indisi - RNK nuri hayotning o'zagini tashkil qiladi. Bunday hayot RNK emas. o'zining genetik funktsiyalarining bir qismini o'z-o'zidan hosil bo'lgan polimer - DNKga o'tkazgan va ular o'rnini egallagan bo'linmalar - hujayralar va boy hujayrali organizmlarning har tomonlama samarali ishlashi uchun oqsillarni sintez qiladi.

ADABIYOT

1. Kisel A., Belozerskiy A. Uber die Nucleinsaure und die Nucleoproteide der Erbsenkeime // Hoppe-Seyler's Z. physiol 1934. Bd. 4-6. S. 160-166.

2. Bilozerskiy A.H., Dubrovska I.I. Quinoa kashtanidagi oqsillar va timonuklein kislotasi haqida // Biokimyo. 1936. T. 1. B. 665-675.

3. Kasperson T., Landstrom-Hyden X., Aquilonius L. Eiweissproduzierenden Drusenzellendagi sitoplazmanukieotid//Xromosoma. 1941. Bd. 2. S. Ill-131.

4. Qavs J. Histochimique va le microdosage des acides pentosenucleiquesni aniqlash // Enzimologiya. 1941-1942, V. 10. B. 87-96.

5. Avery O.T., MacLeod C.M., McCarty M. Pnevmokokk turlarining o'zgarishiga olib keladigan sub'ektlarning kimyoviy tabiati bo'yicha tadqiqotlar // J. Exp. Med. 1944. V. 78. B. 137-158.

6. Spirin A.S. Kundalik biologiya va biologik xavfsizlik // Rossiya Fanlar akademiyasining axborotnomasi. 1997 yil. 7-son.

7. Chargaff E. Nuklein kislotalarning kimyoviy o'ziga xosligi va ularning fermentativ degradatsiyasi mexanizmi // Experientia. 1950. V. 6. B. 201-209.

8. Chargaff E. Nuklein oksidlarining selektiv sifatida tuzilishi va funktsiyasi // Federatsiya Proc. 1951. V. 10. B. 654-659.

9. Uilkins M.F.H., Stokes A.R., Uilson H.R. Deoksipentoza nuklein kislotalarining molekulyar tuzilishi // Tabiat. 1953. V. 171. B. 738-740.

10. Franklin R.E., Gosling R.G. Natriy timonukleatidagi molekulyar konfiguratsiya // Tabiat. 1953. V. 171. B. 740-741.

11. Watson J.D., Crick F.H.C. Nuklein kislotalarning molekulyar tuzilishi: deoksiriboza nuklein kislotasining tuzilishi // Tabiat. 1953. V. 171. B. 737-738.

12. Watson J.D., Crick F.H.C. Dezoksiriboza nuklein kislotasi tuzilishining genetik ta'siri // Tabiat. 1953. V. 171. B. 964-967.

13. Spirin A.S. Oqsillarning biosintezi, yorug'lik RNK va hayot yurishi // Rossiya Fanlar akademiyasining axborotnomasi. 2001 yil. № 4.

14. Spirin A.S., Bilozerskiy A.M., Shugaeva N.V., Vanyushin B.F. Bakteriyalarda nuklein kislotalarning turlarga xosligini tekshirish // Biokimyo. 1957. T. 22. 744-754-betlar.

15. Belozerskiy A.N., Spirin A.S. Sulfatribonuklein va ribonuklein kasalliklari kombinatsiyasi o'rtasidagi yaqinlik // Tabiat. 1958. V. 182. B. 111-112.

16. Crick F.H.C. Oziqlanishni kodlash bo'yicha hozirgi pozitsiya // Biologiya bo'yicha Brookhaven simpoziumi. 1959. No 12. 35-39-betlar.

17. Volkin E., Astrachan L. Fosforni birlashtirish Escherichia coli T2 bakteriofag bilan infektsiyadan keyin ribonuklein kislotasi // Virusologiya. 1956. V. 2. B. 149-161.

18. Jeykob F., Monod J. Proteinlarni sintez qilishda genetik tartibga solish mexanizmlari // J. Mol. Biol. 1961. V. 3. B. 318-356.

19. Spirin A.S., Belitsina N.V., Aitxojin M.A. Erta embriogenezda axborot RNKlari // Chet el biologiyasi jurnali. 1964. T. 25. 321-338-betlar.

20. Spirin A.S. Informosomalar //Yevropa J. Biochem. 1969. V. 10. B. 20-35.

21. Spirin A.S. Erta embriogenezda va boshqa farqlovchi tizimlarda messenjer RNKning "maskalangan" shakllari haqida // Rivojlanish biologiyasining dolzarb mavzulari. 1966. V. 1. B. 1-38.

22. Spirin A.S. Yuqori eukaryotlarda niqoblangan va tarjima qilinadigan ribonukleoproteinlar // Translational Control / Eds. Hershey J.W.B., Mathews M.B., Sonenberg N., N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1996. P. 319-334.

23. Brenner S., Jeykob F., Meselson M. Protein sintezi uchun genlardan ribosomalarga ma'lumotni beqaror oraliq o'tkazish to'g'risida // Tabiat. 1961. V. 190. B. 576-581.

24. Gros F., Gilbert V., Hiatt H. va boshqalar. Stabil bo'lmagan ribonuklein kislotasi Escherichia coli ning puls belgilari bilan tan olingan // Tabiat. 1961. V. 190. B. 581-585.

25. Shpigelman S. DNK ga axborot RNK tushunchalari // Cold Spring Harbor Symp. Miqdor. Biol. 1961. V. 26. B. 75-90.

26. Bogdanova E.G., Gavrilova L.P., Dvorkin G.A., Kiselov N.A., Spirin A.S. Yuqori polimerli (ribosomali) oqsilning makromolekulyar tuzilishini o'zgartirish nuklein kislotalar h Escherichia coli// Biokimyo. 1962. T. 27. 387-402-betlar.

27. Spirin A.S. Xulq-atvorda yuqori polimerli RNKning makromolekulyar tuzilishining dolzarb jihatlari // Ribonukleik kislotalar va polifosfatlar: tuzilish, sintez va funktsiyalar / Ed. Ebel J.P., Grunberg-Manago M. Parij: Editions du CNRS, 1962. S. 73-87.

28. Hall B.D., Doty P. Mikrosomal zarrachalarda ribonuklein kislotaning nazorati va fizik-kimyoviy kuchi // J. Mol. Biol. 1959. V. 1. B. 111-126.

29. Spirin A.S., Gavrilova L.P., Bresler S.E., Mosevitskiy M.I. Yuqumli ribonuklein kislotaning makromolekulyar tuzilishini turk mozaik virusidan transplantatsiya qilish // Biokimyo. 1959. T. 24. 938-947-betlar.

30. Spirin A.S. Eritmadagi tabiiy yuqori polimerli ribonuklein oksidning makromolekulyar tuzilishi haqida // J. Mol. Biol. 1960. V. 2. B. 436-446.

31. Vasilev V.D., Selivanova O.M., Kotelyanskiy V.E. Maxsus o'z-o'zidan qadoqlangan ribosomali 16S RNK // FEBS harflari. 1978. V. 95. B. 273-276.

32. Vasilev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., Spirin A.S. Ribosomal RNKning o'zini o'zi tashkil etishi // Ribosomalarning tuzilishi, funktsiyasi va genetikasi / Eds. Hardesti B., Kramer G. N.Y.: Springer-Verlag, 1986. P. 128-142.

33. Spirin A.S., Kiselov N.A., Shakulov R.S., Bogdanov A.A. Ribosomalar tuzilishini o'zgartirish: ribosoma zarralarini ribonukleoprotein iplariga aylantirish va joylashish modeli // Biokimyo. 1963. T. 28. B. 920-930.

34. Lerman M.I., Spirin A.S., Gavrilova L.P., Golov V.F. Ribosomalarning tuzilishiga oid tadqiqotlar: II. Seziy xlorid bilan oqsillarni ribosomalardan bosqichma-bosqich dissotsiatsiyasi va ribosomaga o'xshash zarrachalarni qayta yig'ish // J. Mol. Biol. 1966. V. 15. B. 268-281.

35. Gavrilova L.P., Lvanov D.A., Spirin A.S. Ribosomalarning tuzilishiga oid tadqiqotlar: III. Ribosomal oqsilni yo'qotish natijasida 50S maqolaning bosqichma-bosqich ochilishi // J. Mol. Biol. 1966. V. 16. B. 473-489.

36. Uimberli B.T., Brodersen D.E., Klemons V.M. ta in. 30S ribosoma bo'linmasining tuzilishi // Tabiat. 2000. V. 407. B. 327-339.

37. Schlunzen F., Tocilj A., Zarivach R. va boshqalar. 3,3 angstrom o'lchamdagi funktsional faollashtirilgan kichik ribosoma bo'linmasining tuzilishi // Hujayra. 2000. V. 102. B. 615-623.

38. Ban N., Nissen P., Hansen J. va boshqalar. CNRS nashrlari, 2.4 E o'lchamdagi katta ribosoma bo'linmasining to'liq atom tuzilishi // Fan. 2000. V. 289. B. 905-920.

39. Yusupov M.M., Yusupova G.J., Baucom A. va in. 5,5 A rezolyutsiyada ribosomaning Krishtalev tuzilishi // Fan. 2001. V. 292. B. 883-896.

40. Cundliffe E. Ribosomal RNKning o'ziga xos qismlarini o'ziga xos ribosoma funktsiyalarida takomillashtirish: antibiotiklar kimyosi bo'yicha tadqiqotlar // Ribosomalarning tuzilishi, funktsiyasi va genetikasi / Eds. Hardesti B., Kramer G. N.Y.: Springer-Verlag, 1986. P. 586-604.

41. Fourmy D., Recht M.I., Blanchard S.C., Puglisi J.D. A saytining tuzilishi E. coli Aminoglikozid antibiotik bilan komplekslangan 16S rRNK // Fan. 1996. V. 274. B. 1364-1371.

42. Puglisi JD, Uilyamson JR. RNKning erkak ligandlari va peptidlari bilan o'zaro ta'siri // RNK dunyosi, Ikkinchi nashr / Ed. Gesteland R.F., Chex T.R., Atkins J.F. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 40325.

43. Ellington A., Szostak J. Muayyan ligandlarni bog'laydigan RNK molekulalarini in vitro tanlash // Tabiat. 1990. V. 346. B. 818-822.

44. Tuerk S., Oltin L. Eksponensial boyitish orqali ligandlarning tizimli evolyutsiyasi // Fan. 1990. V. 249. B. 505-510.

45. GoldL., Polisky B., Uhlenbeck 0., Yarus M. Oligonukleotid funktsiyalarining xilma-xilligi // Yillik ko'rib chiqish Biochem. 1995. V. 64. B. 763-797.

46. Kruger K., Grahowski PJ, Zaug AJ. ta in. O'z-o'zidan qo'shiladigan RNK: Ribosomal RNKning oraliq ketma-ketligini avtoeksizizatsiya va avtotsiklizatsiya Tetrahyrnena// Hujayra. 1982. V. 31. B. 147-157.

47. Guerrier-Takada S., Gardiner K., Mart T. va boshqalar. RNK qismi ribonukleaza P - fermentning katalitik bo'linmasi // Hujayra. 1983. V. 35. B. 849-857.

48. Chex T.R., Oltin B.L. Faqat RNK yordamida katalitik faol saytni qurish // RNK dunyosi. Sek. Nashr/Eds. Gesteland R.F., Chex T.R., Atkins J.F. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 321-347.

49. Noller H.F., Hoffarth V., Zimniak L. Peptidil transferazaning oqsil olish usullariga noodatiy qarshilik // Fan. 1992. V. 256. B. 1416-1419.

50. Nissen P., Hansen J., Ban N. va boshqalar. Peptid bog'lanish sintezida ribosoma faoliyatining strukturaviy asoslari // Fan. 2000. V. 289. B. 920-930.

51. Ahlquist P. RNKga bog'liq RNK polimeraza, viruslar va RNKni o'chirish // Fan. 2002. V. 296. B. 1270-1273.

52. Gilbert V. RNK dunyosi // Tabiat. 1986. V. 319. B. 618.

53. Gilbert V., Souza SJ. Intronlar va RNK dunyosi // RNK dunyosi. Sek. Nashr/Eds. Gesteland R.F., Chex T.R., Atkins J.F. N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1999. P. 221-231.

54. Chetverin A.B., Chetverina H.V., Munishkin A.V. Q (3 replikaza // J. Mol. Biol. 1991. V. 222. P. 3-9) uchun spontan RNK sintezining tabiati haqida.

55. Chetverina H.V., Chetverin A.B. RNK molekulalarini klonlash in vitro// Nuklein kislotalar tadqiqoti. 1993. V. 21. B. 2349-2353.

56. Chetverina X.V., Demidenko A.A., Ugarov V.I., Chetverin A.B. RNK ketma-ketligidagi o'z-o'zidan qayta tashkil etish // FEBS maktublari. 1999. V. 450. B. 89-94.

57. Voy C.R. Umumjahon ajdod // Proc. Natl. akad. SCI. AQSH. 1998. V. 95. P. 6854-6859.

58. Storz G. Kodlanmagan RNKlarning kengayayotgan olami // Fan. 2002. V. 296. B. 1260-1263.

DNKning asosiy vazifasi uning o'z-o'zini ko'paytirishdan (replikatsiyadan) oldin davom etishidir. Replikatsiya juda aniq mexanizm bo'lib, amalda xatolarga yo'l qo'ymaydi. DNKning o'zi (ba'zi viruslarda - RNKda) nuklein kislotalarning bo'linishini, yangi nukleotidlarning sintezini - replikatsiya uchun asos bo'lgan, replikatsiya nuqsonlarini tuzatishni, shuningdek, fermentlarning tuzilishi haqidagi ma'lumotlarni kodlaydi. kompensatsiya turli omillar ta'sirida DNKning shikastlanishi. DNKning o'zi tuzilishini va uning omborida ikkita nayza mavjudligini bilib oling va nusxa ko'chirish jarayonini osonlashtiradigan ongda nayzalarning ushbu turidagi terining bo'laklari rol o'ynashi mumkin. matritsalar Yangi DNK molekulalarini sintez qilish jarayonida shunga o'xshash usul 1953 yilda Jeyms Uotson va Frensis Krik tomonidan kashf etilgan va eksperimental tasdiq yo'q edi. Lansetlardan olingan terilar shablonga vazifa yuklaganda va yangi sintez qilingan molekulalar gibrid (bir eski va bitta yangi lansetdan iborat) bo'lgan DNKni nusxalashning ushbu mexanizmi deyiladi. konservativga.

Konservativ bo'lsa-da, yana ikkita replikatsiya modeli taklif qilindi: konservativі tarqatuvchi. DNK replikatsiyasining ushbu modellarining o'ziga xos xususiyatlari vaziyatga qarab farq qiladi. Dispersiya modeliga ko'ra, subwarrioratsiya paytida otaning DNK spirallari terining qarama-qarshi tomonida ko'p parchalanish usulida parchalanadi va parchalarda yangi DNK spirallarining sintezi sodir bo'ladi (1.9-rasm). Konservativ modelga ko'ra, DNK spiralining ochilishi umuman hosil bo'lmaydi va u ikkita yangi Lantsug uchun matritsa bo'lib xizmat qiladi, buning natijasida otaning spirallari butunlay eski materialdan tashkil topgan va qizi yangi materialdan iborat. DNK replikatsiyasining konservativ mexanizmi haqiqatining isboti 1958 yilda Meselson va Steel tomonidan berilgan. tajribalarda ultratsentrifugali vannalar etiketli bakterial DNK.

Ushbu tajribalarning mohiyati bir xil edi: E. coli DNK 15 N radioaktiv izotopi bilan belgilandi va keyin DNK replikatsiyasining bir bosqichidan o'tishga ruxsat berildi, bu normal bo'lishi uchun tirik o'rta oqimda ~ 50 daqiqaga cho'zildi. azotning 14 N. Vidilen va kletin DNK seziy xlorid gradientida ultratsentrifugalash bilan oziqlangan. Bunda santrifüjlangan CsCl molekulalari namunada qalinlik gradientini hosil qiladi va boshqa moddalar molekulalari qalinligiga yetguncha shu gradientda taqsimlanadi. Tarkibida 15 N bo‘lgan muhitda o‘stirilgan E. coli DNKsi 1,724 g/sm 3 zichlikka ega, 14 N izotopi bo‘lgan muhitda o‘stirilgan hujayralar DNKsi bilan bir xil, zichligi 1,710 g/sm3 sm. 3. Shunday qilib, bu ikki turdagi DNK santrifüj orqali osongina ajratiladi. CsCl gradienti bo'lgan namunadagi DNKning lokalizatsiyasi ultrabinafsha nurlar yordamida aniqlanishi mumkin (DNK maksimal 260 nm bilan yuviladi). Shunday qilib, namunadagi DNK "qorong'i" ko'rinishda paydo bo'ladi - sinov naychasining yuqori chetida "yorug'lik", "muhim" - pastki qismga yaqinroq. Ushbu tajribada seziy xlorid gradienti bo'lgan sinov namunasida faqat bitta, "og'irlik" uchun o'rtacha qiymat yaratilgan bo'lib, uning pozitsiyasi gibrid DNK bo'lib, azot izotopi - 15 N va 14 N. faqat bitta DNK-konservativ replikatsiya modelini amalga oshirish imkoniyatini ham o'z ichiga oladi. Vibra Mizh uchun, replikam Meselsons I po'lat modellari marosimlari, ular suv bosdi, bakteriyami ruxsat, Yaki Mistil Offensu Izotopi DNK, cho'tka 14 N. Potim DNK Ijtimoiy maktabi o'rtasida qisqacha edi. Piddali Ultrasentrifugannya. Bir vaqtlar namunada DNKning ikkita qatlami - "engil" va "og'ir" ning orqasida joylashgan o'rta qatlam hosil bo'lgan, bu DNK replikatsiyasining konservativ mexanizmining haqiqiyligini tasdiqlaydi.

Shu sababli, nuklein kislotalarning hozirgi kungacha ishlab chiqilgan barcha replikatsiya usullari konservativ mexanizmga qaytariladi, ya'ni teridagi replikatsiyadan so'ng terida ikkita qiz molekuladan bir ip hosil bo'ladi, ba'zilari konservativ, ba'zilari yangi sintezlanadi. Turli organizmlarning genomlarini ifodalovchi bir xil nukleotid nuklein kislotalarning replikatsiyasiga turli mexanizmlarni amalga oshirishda qadimiy qonunlarning rivojlanishi ta'sir qiladi, ular quyida muhokama qilinadi. Bu jarayonlarning barchasi uchun umumiy: 1) replikatsiyaga ta'sir qiluvchi fermentlar majmuasining ishtiroki; 2) jarayonning uchta asosiy bosqichining mavjudligi - boshlash, cho'zilish va shartlar; 3) shablon (matritsa) Otaning nayzasi bo'lgan yangi nayzalarni yaratishda bir-birini to'ldirish tamoyilini kengaytirish; 4) jarayonning yuqori aniqligi; 5) bir soat ichida replikatsiya xatolarini tuzatish qobiliyati Korektorskogo Viravleniya.

Ikkilamchi DNK replikatsiyasi. Ikkilamchi DNK barcha hujayrali organizmlarning genomlarini hosil qiladi - prokaryotlar ham, eukariotlar ham. Eng yaxshi holatda, prokaryotik hujayralarning DNK replikatsiyasi mexanizmi E.coli bakteriyalari. Prokariotlar bilan o'tkazilgan tajribalarda, oqsil sintezi sodir bo'lmaydi, degan fikrda DNK replikatsiyasi talab qilinmaydi, shuning uchun prototip hosil bo'lishi mumkin, bu jarayon oqsillarning ishtirokini talab qiladi. Hozirgi vaqtda DNK replikatsiyasi jarayonida 10 dan ortiq genlarning mahsulotlari ishtirok etishi ko'rsatildi. Bizning oldimizda, DNK polimerazalari, shu qatorda; shu bilan birga topoizomerazlar, helikazі ligazi. DNK replikatsiyasi jarayonida yuqori darajada tashkil etilgan multiferment kompleksining roli haqida ko'proq dalillar mavjud - replizomalar u nimani o'z ichiga oladi primasomo-primazny kompleks, helikaz, Pol III-holoferment girazi.

DNK polimerazalari replikatsiya jarayonining asosiy fermentlari bo'lib, ular polinukleotidlarning o'sishi, vikorista va komplementarlik printsipi uchun javobgardir. Eng ko'p ishlatiladigan DNK polimeraza koliform tayoqchadir. Bu bakteriyalar hujayralarida DNK polimerazalarining uch xil turi (Pol-I, Pol-II va Pol-III) aniqlangan, ular birinchi navbatda kataliz tezligi va nukleaza faolligi bilan farqlanadi. DNK polimeraza I (Pol-I) 1000 ga yaqin ortiqcha aminokislotalarni o'z ichiga olgan yagona polipeptiddir. E. coli hujayralarida bu fermentning taxminan 400 molekulasi mavjud. Pol-I quyidagi faollikka ega: polimeraza - hosil bo'ladigan DNK molekulasining 5' dan 3'gacha (5'→3') to'g'ridan-to'g'ri primerning kuchli 3'-OH guruhiga qo'shimcha shablon deoksinukleotidlarini qo'shish. ; ekzonukleaza - bir DNK zanjirida yoki dupleks DNKning juftlanmagan uchida lanserning 3-uchidan (3'→ 5') va lanjunning 5'-uchidan boshlab fosfodiester bog'larining gidrolizi (nukleotidlarning ajralishi) 5'→3'). Eksonukleaza faoliyati E. coli xromosoma DNKsining replikatsiyasi va tiklanishida ham muhim rol o'ynaydi. 3'→5'-eksonukleaza faolligi teri nukleotidlarining qo'shilishi va oqsil nukleotidlarining lanjugning o'sib borayotgan uchidan olib tashlanishi ustidan nazoratni ta'minlaydi (tuzatish tahriri) va 5'→3'-eksonukleaza faolligi pirimidinni olib tashlash uchun tuzatiladi. dimerlar iv va ribonukleotidlar Okazaki parchalari.

DNK polimeraza II (Pol-II) koli hujayralarida sezilarli darajada kamroq nusxalarda mavjud va uning polimeraza faolligi Pol-I dan kattaroqdir (DNK polimeraza I faolligining 5% dan kam). Pol-I dan tashqari bu ferment 5'→3'-eksonukleaza faolligiga ega emas. Ushbu polimerazaning replikatsiyadagi roli noaniqligicha qolmoqda. Bu ferment DNK replikatsiyasi uchun muhim emasligi muhim, lekin agar u buzilgan bo'lsa, Pol-I funktsiyasidan tashqarida almashtirilishi mumkin.

DNK polimeraza III (Pol-III) E. coli da xromosoma DNK replikatsiyasi uchun mas'ul bo'lgan asosiy fermentdir. Teri hujayrasida bu fermentning atigi 10-20 molekulasi mavjud bo'lib, bu DNK polimeraza I dan taxminan 60 baravar tezroqdir. Bundan tashqari, Pol-III matritsaning sporidligini ta'minlaydi va yuqori nusxa ko'chirish samaradorligini ta'minlaydi. Bu ferment uchun, Pol-II kabi, 5'→3'-eksonukleaza faolligi faol emas. Shuning uchun, xuddi shunday ko'rinadigan Lancjug replikatsiyasi uchun, Okazaki fragmentlarining 5'-uchlarida RNK primerlarini yaratish uchun Pol-I ning ishtiroki zarur.

Eukaryotik hujayralarda aniqlangan kattaroq miqdor DNK polimerazalari va ularning funksiyalari kuchayadi.

Topoizomerazlarning funktsiyasi mexanik va eng yuqori darajaga kamayadi topologik replikatsiya vilkasida subspiralni ochish jarayonida muammolar. Bu fermentlar bosqichni o'zgartiradi supraspiralizatsiya va "menteşe" ni o'z joyiga olib keling, bu esa replikatsiya vilkasining uzluksiz qulashi uchun aqlni yaratadi. Turli organizmlarda ikkita asosiy turdagi topoizomeralar aniqlangan: I turdagi topoizomeralar ikkita lansetdan birini kesib, buning natijasida subspiralning oxirgi qismi aylana oladi. buzilmagan lantsugs, so'ngra kesilgan lantsuglarning uchlarini ulang. II tipdagi topoizomeralar komplementar nayzalarga o'z vaqtida yorilishlarni kiritadi, superspirallanish tezligini o'zgartiradi va keyin singan uchlarini birlashtiradi.

Helikazlar DNK spiralining yorug'ligiga va quritilishiga ta'sir qiladi replikatsiya vilkasi- molekulalarning bir-biriga bog'langan nayzali bo'limlari. Ushbu fermentlar ATP gidrolizi paytida ajralib chiqadigan energiyani ochish uchun ishlaydi. Kattaroq xavfsizlik uchun yuqori tezlik Burilmagan spirallar boshqa turdagi oqsillar bilan komplekslarda harakat qiladi, ular molekulaning bir bo'g'inli bo'limlari bilan bog'lanadi va shu bilan bog'lanishni barqarorlashtiradi. dupleks.

DNK ligazalari oksiribonukleotidlarning 5'-P- va 3'-OH-guruhlari o'rtasida kovalent bog'lanishlar (fosfodiester joylari) hosil bo'lishida ishtirok etib, DNK zanjirlarining parchalarini yig'ish jarayonini katalizlashi aniqlandi. Bu fermentlar ATP yoki GTP gidrolizi jarayonida hosil bo'lgan makroergik bog'lanish energiyasini hosil qiladi.

DNK replikatsiyasi mexanizmi E. coli bakteriyalari uchun eng yaxshi o'rganilgan va ushbu ilovada muhokama qilinadi. Kompyuterda replikatsiyani boshlash. Koliform DNKning replikatsiya jarayoni kelib chiqishi (ori) deb ataladigan qat'iy nuqtada yoki replikatsiya qulog'i nuqtasida boshlanadi va 85 daqiqagacha davom etadi. bu bakteriyalar xromosomalarining genetik xaritalari. DNK replikatsiyasida replikatsiya vilkasini tashkil etuvchi fermentlar (topoizomerazlar, helikazlar) mavjud bo'lib, bu atmosferada Lancsugs nusxasi amalga oshiriladi. Replikatsiya quyidagilarning mavjudligini talab qiladi: DNKning monolans bo'lagi ko'rinishidagi DNK shablonlari, dezoksiribonukleozid trifosfatlar aralashmasi, replisomalar (replikatsiyada ishtirok etadigan fermentlar ansambli) va yadroning 3'-OH-guruhlari Yangi kislota astarlovchi. kislotalar, DNK polimeraza hujum qilish uchun javobgardir. O'ng tomonda DNK polimerazalari nukleotidlarning de novo polimerizatsiya jarayonini boshlay olmaydi. Bu funktsiyani replikatsiya vilkasida replikatsiyani aniqlaydigan va qisqa (10-60 ribonukleotid) ketma-ketliklari - RNK primerlari (primerlari) sintez qiladigan RNK polimerazalar bajaradi. Bunday holda, primerlarning sintezi to'g'ridan-to'g'ri 5'-dan 3'-uchgacha davom etadi va natijada DNK polimeraza tomonidan so'rilishi jarayonini davom ettirish uchun kuchli 3'-OH- uchi hosil bo'ladi. replikatsiyaning cho'zilishi bosqichida lansinlarning polimerizatsiyasi (1.10-rasm).

DNK replikatsiyasining cho'zilishi. Yangi DNK zanjirlarining sintezi komplementar printsip bo'yicha davom etadi: o'sish jarayonida lansinda tanlangan teri nukleotidi lansinning chiqishi (shablon) nukleotidini to'ldiradi.

Barcha DNK polimerazalarining bo'laklari nukleotidlarning bir yo'nalishda (5'→3') polimerizatsiyasi jarayonidan o'tadi va replikatsiya vilkasi har ikki yo'nalishda DNKga qulab tushadi va terida faqat bitta zanjirda doimiy ravishda sintezlanishi mumkin. chaqirdi yetakchi. Boshqa (protidal) ip qisqa bo'laklarda (Okazaki fragmentlari) sintezlanadi va orqaga cho'zilgan deb ataladi (1.10-rasm). Prokaryotlardagi okazaki bo'laklarida taxminan 1000 nukleotid, eukaryotlarda esa 100-200 nukleotid mavjud.

Asosan DNK polimeraza III tomonidan amalga oshiriladigan DNK polimeraza III ning polimerizatsiyasidan tashqari, DNK replikatsiyasi jarayonida quyidagi bosqichlar qo'llaniladi:

Etakchi lansetdan va Okazaki teri qismidan RNK primerlarini virusizatsiya qilish. Bu funktsiya Pol-I ga qo'shimcha 5'→3' ekzonukleaza faolligi bilan bog'liq;

RNK primerlarining modifikatsiyasidan keyin yo'qolgan "tanaffuslar" ni almashtirish. Bu robot shuningdek, Okazaki tomir fragmentining 3'-OH guruhini o'z ichiga olgan DNK polimeraza Ini o'z ichiga oladi;

DNK ligaza fermenti yordamida chiqadigan nayzadan DNK bo'laklarining qo'shilishi: teri bo'lagining o'sib borayotgan 3'-gidroksil uchi teri bo'lagining 5'-deoksinukleotid uchiga yetganda, DNK ligazasi harakatga kiradi ko'tarilayotgan uzluksiz nayza;

Replikatsiya muammolarini tuzatish - tuzatuvchi tuzatish. Bu mexanizm Pol-I va Pol-III uchun ham xarakterlidir va ularning 3'→5' ekzonukleaza faolligiga asoslanadi. Ko'rinib turibdiki, DNK polimeraza tanlanayotgan nukleotidning komplementarligini uning faol markazida yangi o'tkazilgan nukleotid juftining hajmini nazorat qilish orqali tekshiradi va polimeraza faolligi faqat komplementar o'rnatilganda yoqiladi. Boshqa tomondan, yangi nukleotid fermentning faol markazida uning juftligini aniqlash uchun ham tekshiriladi. Yaratilgan juft nukleotidlarning kattaligi haqiqiyga mos kelmasligi sababli (agar proteast nukleotidlarining o'rnini bosuvchi moddalar bir-birini to'ldiruvchi bo'lmasa), uning 3'→5'-eksonukleaza faolligidan tashqari, ferment. qo'shimcha bo'lmagan nukleotid va oqsilni virizatsiya qiladi, men uni almashtiraman. Replikatsiya buzilishlarining o'rnini bosadigan qo'shimcha mexanizm bu DNKni ta'mirlashdir. Natijada replikatsiya jarayonida o'rnatiladigan nayzali DNKga nukleotidlarning qo'shilish chastotasi juda past (10 -8 -10 -10).

Replikatsiyani tugatish. Dumaloq genomning ikki tomonlama replikatsiyasi vaqtida (ichak tayoqchasi kabi) replikativ kurtaklar replikatsiya nuqtasidan 180° burchak ostida birlashadi va shu nuqtada replikatsiya tugaydi. Sporalardagi dumaloq DNK ligaza bilan birlashtirilgan bo'lib, ular juft bo'lib paydo bo'ladi, so'ngra ular II turdagi topoizomeraz yordamida genomlar bo'ylab tarqaladi.

E.coli bakteriyalarida DNK replikatsiyasi tezligi soniyada taxminan 1500 juft nukleotidni tashkil qiladi. Shu tarzda, iltimos genom ichak tayoqchalari (4 * 10 6 bp) taxminan 40 daqiqada takrorlanadi. Shu bilan birga, E. coli hujayralari tezroq bo'linadi - teri 20 marta, ya'ni nusxa ko'chirishning haddan tashqari suyuqligi bilan replikatsiya primordiumining bir xil nuqtasida boshlash faoliyati chastotasi ortadi. Ya'ni, genomga replikatsiyaning birinchi raundining tugashidan oldin ham, sayt orisida replikatsiyaning yana bir bosqichi boshlanadi. Eukaryotik hujayralardagi replikativ hujayraning suyuqligi sezilarli darajada kamroq (sekundiga 10-100 bp) va agar replikatsiya oqilona soat ichida tugallanmasa, ma'nosiz nuqtalarda bir soatlik boshlash ta'minlanadi. Natijada, Drosophila xromosomasi, masalan, jami 6,5 * 107 bp bo'lgan, bir hovuch qobiqda ko'payadi.

Umuman olganda, prokaryotlar uchun aniqlangan replikatsiya shakllarining hech biri ko'pchilik eukaryotik genomlarga xos emas. Farqlar, birinchi navbatda, teri xromosomasida replikatsiyani boshlash uchun joylar mavjud bo'lmagan eukariotlarda, prokariotlardan tashqari replikalarni tuzatish mexanizmlari, shuningdek, fermentativ jihozlangan replikatsiya jarayonida yuzaga keladi. Sxematik tasvir Prokaryotlar va plazmidlar genomlarini va chiziqli (eukaryotik) genomlarni tashkil etuvchi siklik replikatsiya jarayonlari rasmda keltirilgan. 1.11.

Chiziqli DNKda nayzalarning burilmasligi bir nayzani boshqasiga o'rash usulini o'z ichiga oladi. Dumaloq DNKda yechish va replikatsiya ichki halqadan aylana hosil qilgan strukturaning shakllanishiga olib keladi. Nima deyiladi tsya-loop Shardning shakli yunoncha Q harfiga o'xshaydi. Bunday ilmoqlar ustida amalga oshirilishi mumkin radioavtograflar birinchi marta E.coli DNKsi uchun Kearns tomonidan ishlab chiqilgan bakterial DNKning replikatsiyasi. Ikki tomonlama DNK replikatsiyasining boshqaruv mexanizmi eng keng tarqalgan, ammo yagona emas. Litik siklning keyingi bosqichlarida P22, 186, P2 faglarining DNKsi, shuningdek, T4 va l faglari bir yo'nalishli mexanizm (turi) bilan takrorlanadi. Uzuklar nima?). Ushbu turdagi Lans halqasida DNK o'ziga xos ferment tomonidan bitta Lans halqasining noyob joyida (kesilgan halqa qulog'idagi nuqta) kesiladi. Kesish natijasida hosil bo'lganda, lansetaning 5'-uchi kesma hosil qiluvchi ferment bilan bog'lanadi. DNK sintezi DNK polimeraza 3'-OH-uchiga nukleotidlar qo'shish imkonini beruvchi ferment bilan bog'langan 5'-uchining kengayishi bilan boshlanadi. Konservativ replikatsiya sodir bo'ladi, bunda ochiq nayzaning 5' uchi bo'shashgan dum shaklida paydo bo'ladi va uning uchi kattalashadi va yopiq kontaktli nayza matritsa vazifasini bajaradi. Ko'paytiriladigan bu tuzilma (1.12-rasm) aylanuvchi halqa deb ataladi, chunki bitta lanserning yechilishi uning o'qi atrofida vulqon matritsasining o'ralishi bilan birga keladi.

Ushbu mexanizm ikki zanjirli DNK replikatsiyasi uchun ishlatilganligi sababli, 5'-terminal dumlari DNK ligatsiyasi ta'sirida birlashtirilgan kichik DNK fragmentlarini sintez qilish uchun shablon bo'lib xizmat qiladi. Natijada, o'sadigan quyruqlar, ularning yoritilishidan so'ng darhol dollar tuzilmalarini shishiradi. Quyruqlarning cho'zilishi inodegacha olib keladi

bu ikki baravar ko'payishi chiqish halqasi molekulasining yonish ikki baravar ko'payishidan ancha ustun ekanligiga. Bu replikatsiya usuli vikoristik, masalan, fag l. DNK kapsidda kos-saytlar deb ataladigan maxsus bo'limlarga qadoqlanganda va virus genomida bir-biridan ajratilganda kesmalar hosil bo'ladi, buning natijasida ko'p takrorlanadigan fag DNKning uzun duplekslari etuk o'lchamdagi bo'laklarga bo'linadi. Virionlar bakteriofida aniqlangan DNK. . Voqea sodir bo'lgan halqa turining replikatsiyasi bakterial xromosoma E. coli Hfr va F + faktorining nusxasini yaratish uchun ham xarakterlidir, ular konjugatsiya paytida qabul qiluvchi hujayraga uzatiladi.

Bir zanjirli DNK replikatsiyasi. Yetuk genomlari bitta dumaloq DNK bilan ifodalangan M13 va fX174 faglarida replikatsiya hosil bo'lgan halqa mexanizmi orqasida sodir bo'ladi (1.12-rasm). Bu yuqumli jarayonning keyingi bosqichlarida sodir bo'ladi

Infektsiyalovchi DNK juft dumaloq shaklga aylanadi. U bu yigitga 5'-terminal bo'limlarning replikatsiyasi sodir bo'lmaydi, fag l genomlari replikatsiyasi tufayli sodir bo'lmaydi (1.12-rasm, 5-pozitsiya), shuning uchun replikatsiya mahsuloti DNKning uzun yagona iplaridan iborat bo'lib, doimiy ravishda mustahkamlanadi. "rulolar" Lansetlar teri nuqtasida kesiladi Replikatsiya jarayonining boshida ular kapsidlarga qadoqlangan etuk halqa shakllarining shakllanishi bilan qulflanadi.

RNK replikatsiyasi. RNK viruslarini yaratish ularning RNK replikatsiyasi orqali amalga oshiriladi, xuddi barcha hujayra RNKlari DNK transkripsiyasi natijasida yaratilgan. Retroviruslar tufayli RNK replikatsiyasi muhim DNK replikatsiyasi jarayonini takrorlaydi. DNK replikatsiyasida bo'lgani kabi, nukleotidlarning aylanish tartibi RNK misolida shablonni nusxalash uchun qo'shimcha bo'lishi aniqlangan. Bu jarayonni amalga oshiradigan fermentlar RNK bilan biriktirilgan fermentlar deb ataladi replikalar. Bakterialny Virusv R17 TA MS2 RNK, va bunday yarim brussiv, ya'ni Sindbis, INFIKUTY TETTRARIN, ZHZHDIS BILISh (+), RNK SUSKILKISTITY-Genomiv MRNA. Shunday qilib, yuqtirgan virusning genomi mRNK bo'lib xizmat qilishi mumkin va virusli oqsillarning hammasi emas, balki ba'zilarining sintezi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi. Virus genomi tomonidan kodlangan va infektsiyadan so'ng darhol o'rnatiladigan o'ziga xos replikaza xostning bir yoki bir nechta oqsillari bilan bog'lanadi va qo'shilishi bilan ushbu 3'-uchidan (+)-lancerning nusxa ko'chirish jarayonini boshlaydi. to'liq (-)-lancjug, (+) -lanzug-matritsa bilan bog'liq. Keyin xuddi shu replikaza shablon sifatida (+)-lancug RNK, vikorista va yangi sintezlangan (-)-lancug RNKning anonim nusxasini sintez qiladi. Ayrim viruslarning genomlari (vezikulyar stomatit virusi, gripp virusi) bir yoki bir nechta (-)-lantsuglar bilan ifodalanadi. Bunday holda, ular mRNK rolini o'ynaydigan va qiz (-)-lancerlar sintezi paytida almashtiriladigan (+)-lancerlar sintezi uchun matritsalarni o'z ichiga oladi.

Ajoyib o'ziga xoslik genomlarning replikatsiyasi retroviruslar Bular yot RNKning xost hujayrasiga kirib borganidan so'ng virus genomi eshik transkripsiyasiga moyil bo'lganlardir. Bu jarayonda RNK-DNK dupleksi, so'ngra DNK dupleksi hosil bo'ladi. RNKning DNK birikmalari bilan komplementar nusxalanishini katalizlovchi ferment darvoza transkriptazasi deb ataladi. qaytish). U retrovirus zarralarida (virionlarda) joylashgan va hujayra ichiga so'rilganidan keyin faollashadi. Darvoza transkripsiyasi turli eukaryotik hujayralarda sodir bo'lganligi va gate transkriptazasi genom o'zgarishi jarayonlarida muhim rol o'ynashi haqida ko'proq dalillar mavjud. Retrovirus DNK ning qo'sh shaklining replikatsiyasi hujayra DNK ga qo'shilmaguncha boshlanmaydi. Rekombinatsiyani yaratish mexanizmi hali to'liq o'rnatilmagan. Integratsiyadan keyin retrovirus DNK hujayra DNKsining bir qismi sifatida replikatsiya qilinadi. Virusli virionlarning RNKsi virus DNKsining integral nusxalarining transkripsiyasi natijasida hosil bo'ladi.