DNT-nin qurluşunun Uotson-Krik modeli.

Bizim billdiyimiz 2 cür nuklein turşusu mövcuddur:

Dezoksiribonuklein (DNT) turşusu və ribonuklein turşusu (RNT).

İlk dəfə 1953-cü ildə Uotson və Krik DNT molekolunun modelini düzəldmişdir.

DEZOKSİRİBONUKLEİN TURŞULARI (DNT) – canlı orqanizmdə genetik məlumatı saxlayan və ötürən yüksək­ molekullu təbii üzvi birləşmədir. Ali orqanizmlərdə, bakteriya və bir çox viruslarda genetik məlumatın daşıyıcısı dezoksiribonukleotidlərdən ibarət olan biopolimerdir. DNT bir, yaxud ikizəncirli formada ola bilər. İkizəncirli DNT­də iki komplementar zəncir ardıcıllığın əks istiqamətində (antiparalel orienta­ siya) bir­birinin ətrafında burulmaqla sola və ya sağaburulan spiral əmələ gətirir. İki zəncir, azotlu əsaslar arasında hidrogen rabitələrinin spesifik yaranması, həmçinin stekinq qarşılıqlı təsir yolu ilə bir yerdə tutulur. Birzəncirli, yaxud ikizəncirli DNT həlqəvi molekul şəklində (mitoxondri, xloroplast, bakteriya) ola bilər. Bu hаlqа burularaq daha çox burulmuş spiral yara­da bilir.

Prokariot orqanizmlərdə DNT membranla birləşir və plazmid, yaxud episom formasında olur. Eukariot DNT-nin 95%-ə qədəri nüvədə yerləşir və spesifik zülallarla birləşmişdir. Mitoxondri DNT­si bütün hüceyrə DNT­sinin 1–2%­ni, xloroplast (plastid) DNT-­sinin isə 5%-­ə qədərini təşkil edir. Genetik məlumatın ana hüceyrədən qız hüceyrəyə köçürülməsi replikasiya nəticəsində baş verir. Növün bütün əlamətləri və fərdin xüsusiyyətləri haqqında genetik məlumatlar DNT­-nin nuk­leotid ardıcıllığında kodlaşmışdır. Bütün əsas genetik proseslər­replikasiya, trans­kripsiya, reparasiya və rekombinasiya DNT molekulunun fəaliyyəti ilə əlaqədardır.

DNT-nin tərkibi dezoksriboza şəkəri, fosfor turşusu və nitrit əsaslarından ibarətdir. Nitrit əsasları 4 tipdir, iki purin əsası – adenin, quanin və pirimidin əsası-sitozin, timin, urasil .

C.D. Uotson və F.H. Krik 1953 ildə R. Franklin və M. Uilkinsin laboratoriyalarında alınmış DNT kristallarının rentgenoqramlarının şifrəsini açmışlar. Onlar DNT molekulunun iki polinukleotid zəncirdən ibarət nizamlı (müntəzəm) quruluşu olan ikiqat spiral olmasını müəyyənləşdirdilər.Spiralın burumunun uzunluğu 3,4 nm­dir. Tək zəncirin hər burumunda təqribən 10 nukleotid qalığı yerləşir, yəni spiralın oxu boyunca nukleotidlərarası məsafə 0,34 nm-ə bərabərdir. Azotlu əsaslar DNT­nin ikiqat spiralında bir müstəvidə və praktiki olaraq spiralın əsas oxuna perpendkulyar yerləşir. İki zəncirin qarşı­qarşıya yerləşən azotlu əsasları hidrogen rabitələri ilə stabilləşmiş komplementar cütlər yaradır, beləliklə həmişə adenin yalnız timinlə, quanin isə sitozinlə cütləşir (Q–S cütü öz aralarında üç, A–T cütü isə yalnız iki hidrogen rabitəsi ilə birləşir). DNT­nin ikiqat spiral quruluşunun stabilləşməsi üçün eyni bir zəncirə məxsus qonşu əsasların müstəviləri arasındakı qarşılıqlı təsir də mühüm əhəmiyyət kəsb edir.

Uotson-Krikin ikiqat spiral modelindən DNT molekulunun (və yaxud, istənilən genetik materialın) özü­özünü yaratması prinsipi (ikiləşmə, yaxud replikasiya) məlum olur: DNT­nin iki komplementar zəncirini ayırıb, sonra matrisa üzərində onlara dəqiq komplementar olan yeni ikizəncirli iki molekul sintez olunur, bu iki ikizəncirli iki qız molekullar ana molekul ilə identik olur. Bu prinsipin kəşfi irsiyyət hadisəsinin molekulyar səviyyədə izah edilməsinə imkan yaratdı və molekulyar biologiyanın başlanğıcını qoymuş oldu. Nuklein turşuları əsaslarının komplementar cütləşməsi prinsipi hüceyrədə bütün genetik məlumatların ötürülməsi proseslərinin əsasını təşkil edir.

DNT­nin ikiqat spiralında polinukleotid zəncirlərin şəkərfosfat skeleti xaricə yönəlmişdir, spiralın səthində isə iki şırım var: böyük şırımın eni 2,2 nm, kiçik şırımın eni isə 1,2 nm­dir. C. Uotson və F. Krikin təsvir etdiyi DNT­nin ikiqat spiralı sağaburulmuş formadadır və onun polinukleotid zəncirləri isə antiparaleldir, yəni onlar əks istiqamətlərə elə yönəlmişlər ki, bir zəncirin sonluğu digər zəncirinin sonluğu qarşısında yerləşir və B­forması adlanır. DNT­nin B­ fəsiləsinə C­DNT və D­DNT formaları da daxildir. Genin aktivliyinin tənzimlənmə­ sində DNT polimorfizmi mühüm rol oynaya bilər və B­formadan başqa DNT­nın ikiqat spiralının digər konformasiyalarının invivo olması haqqında artıq yeni məlumatlar vardır. DNT­nin ikiqat spiralı əhəmiyyətli dərəcədə polimorfizmlə xarakterizə olunur və xarici şərait dəyişdikdə Uotson-Krikin B­ formasından fərqli fəza quruluşu (konformasiya) ala bilir. Belə ki, preparatda rütubət azaldıqda, yaxud məsələn, DNT­nin sulu məhluluna etanol əlavə edildikdə B­forma A­ formaya keçir.

A­DNT forması həmçinin Uotson­Krik nukleotid cütləri ilə stabilləşmiş sağaburulan ikiqat zəncirdir. B­DNT-dən fərqli olaraq A­DNT aşağı nisbi rütubət şəraitində yaranır. Biomolekulun kristallaşmasını stimullaşdıran reagentlər onun dehidratasiyasına səbəb olur və bir çox DNT molekulu kristal halında A­formaya keçir. A­formada antiparalel polinukleotid zəncirlər B­DNT nisbətən az dərəcədə burulmuşlar. Spiralın bir burumuna 11–12 nukleotid cütü düşür.  Әlverişsiz şəraitdə bəzi bakteriyalar sporlara çevrilirlər və belə qeyri­aktiv vəziyyətdə uzun müddət qala bilirlər. Onların DNT-si spor zülalları ilə əhatə edilmiş və A­DNT formasında olur. Bu halda DNT molekulu UB şüanın təsirinə 10 dəfə çox davamlı olur. Spor zülalları B­formadan A­formaya çevrilməkdə bakteriya DNT-sinə kömək edir və əlverişsiz şəraitdə DNT-ni mühafizə edir.DNT­nin ikiqat spirallarının mühüm xassələrindən biri onların yüksək aşkarlayıcı rentgenstruktur analiz ilə aşkar olunan mikroheterogenliyidir. Bu, nukleotid qalıqlarının konformasiyasındakı incə fərqlərlə şərtlənir ki, onların görünməsi zəncirdə nukleotidlərin yerləşmə ardıcıllığından asılıdır və xarakterik bükük və sınmaların əmələ gəlməsi ilə meydana çıxır. DNT molekulunun quruluşunun belə xüsusiyyətləri şübhəsiz ki, onun fəaliyyəti ilə əlaqədardır.DNT molekulunda təkrarlanan nukleotid ardıcıllıqları (palindromlar) olan zaman cütlər yalnız qarşı­qarşıya olan (əks) zəncir­lərin əsasları arasında deyil, həm də bir zəncir çərçivəsində əsaslar arasında formalaşa bilir ki, bu da hidrogen rabitələri ilə birləşmiş özünəməxsus sancaq ilgəklərinin yaranmasına imkan yaradır.DNT məhlulların qızdırılması, pH­ın dəyişməsi, ion quvvəsinin azalması, bir sıra üzvi maddələrin, digər birləşmələrin və faktorların təsiri ilə DNT­nin denaturasiyası cüt əsaslar arasındakı hidrogen rabitələrinin qırılması və ikiqat spiralın müntəzəm quruluşunun dağılması hesabına zəncirlər bir­birindən tam ayrılır. İkiqat spiralı stabilləşdirən molekuldaxili qarşılıqlı təsirlərin kooperativ xarakteri hesabına bu proses faza keçidini xatırladır və buna görə DNT­nin əriməsi adlanır. İkiqat spiralın əmələ gəlməsi üçün optimal şərait də DNT­nin ayrı-ayrı komplementar zəncirləri əvvəlki ikiqat spiral quruluşu bərpa etməklə (DNT-nin renaturasiyası) reassosiasiya qabiliyyətinə malikdir. Termiki denaturasiya, yaxud ərimə 80 – 90°C­də baş verir, soyuyan zaman isə ikiqat DNT molekulu bərpa olunur. Bu xassə DNT, yaxud DNT və RNT molekullarının nukleotid ardıcıllıqlarında oxşarlıq dərəcəsini, onların təşkil xüsusiyyətlərini, o cümlədən təkrarların mövcudluğunu və sayını aşkar etməyə imkan verən nuklein turşularının molekulyar hibridləşmə metodunun əsasında durur.

Müxtəlif orqanizmlərin DNT molekulunda nukleotid qalıqlarının növbələşən ardıcıllığı (birinci quruluş) qəti olaraq fərdidir, DNT­nin bir molekulunu digərindən və uyğun olaraq bir geni, yaxud tənzimləyici genetik elementi digərindən fərqləndirən mühüm xüsusiyyətidir. DNT molekullarının ölçüsü bir neçə min nukleotid cütündən (plazmid və bəzi viruslar) yüz minlərlə cütə qədər (ali orqanizmlərdə) dəyişir. Müxtəlif orqanizmlərdə DNT­nin miqdarı da fərqlidir, onu əmələ gətirən nukleotidlərin sayına görə bakteriyalarda 5·106, ali bitki genom­larında isə 2·1011 nukleotid cütü təşkil edir (haploid genomuna görə hesablanmış). Bu nəhəng molekullar hüceyrə, yaxud viruslarda çox kompakt qablaşmışdır. Prokariot nukleotiddə belə qablaşma az miqdarda xüsusi zülallar və ribonuklein turşularının (RNT) hesabına təmin olunduğu ehtimal edilir. Universal histon və bəzi qeyri­histon zülallar dəstinin köməyilə xromosomun əsas komponentinin­xromatinin yaranmasına səbəb olan eukariot DNT­nin qablaş­ masının bir neçə səviyyəsi xarakterizə olunmuşdur. Məsələn:insanın ən böyük xromosomunun DNT­nin uzunluğu 8 sm olduğu halda, mitoz zamanı spirallaşmış vəziyyətdə xromosomda onun uzunluğu 5 mkm­dan çox deyildir.Eukariotların somatik hüceyrələrinin nüvələrində DNT molekulu iki nüsxədə olur. Hər bir pro və eukariot xromosomun da yalnız bir ikispirallı DNT molekulu var. Virusların müəyyən qisminin genomları həmçinin ikispirallı DNT ilə təmsil olunmuş və yalnız bəzi faqların genomu birzəncirli hаlqаvi, yaxud xətti DNT molekulundan ibarətdir.Prokariot xromosomların, plazmidlərin, bir çox virusların, mitoxondrilərin və xloroplastların ikisaplı DNT molekulları həlqəvi qapanmışdır. Bu zaman əgər zəncir kovalent fasiləsizdirsə (yəni bütün fosfodiefir rabitələri qapanmışsa), onda ikiqat spiralın sapları bir neçə dəfə bir-biri ilə kəsişdikləri, yaxud birləşdikləri üçün tsiklik DNT yüksəkspirallaşmış formada ola bilər. Hüceyrədə superburumlar topoizomeraza fermentlərinin iştirakı ilə yaranır və dağılır. Tsiklik yüksəkspirallaşmış DNT onun xətti formasına nisbətən müəyyən enerji ehtiya­tına malikdir və buna görə superburmaların yaranması DNT­nin fəaliyyəti üçün vacibdir (replikasiya zamanı meydana çıxan topoloji çətinlikləri aradan götürməyə imkan verir). Bundan başqa, superburmaların olması hesabına onun makromolekulunda qeyri­adi quruluşlar yarana bilər: xaçabənzər quruluşlar (palindromlarda), Z­forma, üçsaplı sahələr, yaxud H­forma (homopurin­homopirimidin bloklarda) yarana bilər.

DNT-nin biosintezi (replikasiya) DNT­ polimeraza fermentlərin və köməkçi zülalların böyük bir qrupunun birgə iştirakı zamanı matrisa sintezi yolu ilə həyata keçirilir və hüceyrənin xüsusi tənzimləyici sistemlərinin nəzarəti altında gedir. DNT­nin istənilən sahəsi Polimeraza Zəncir Reak­siyası ilə in vitro amplifikasiya oluna bilər. Replikasiyanın in vivo gedişində, həmçinin onun sona çatmasından sonra az sayda müəyyən sitozin qalıqlarının 5­ metilsitozin əmələ gəlməsilə nəticələnən metilləşməsi baş verir, bu DNT modifikasiyasının spesifik prosesini təmsil edir və onun sonrakı fəaliyyəti ilə bilavasitə bağlıdır.

DNT-nin metilləşməsi və metilsizləşməsi embrio və qametogenez proseslərində mühüm rol oynayır.Orqanizmlərin həyat fəaliyyətində onların DNT­si xarici amillərin təsiri altında azotlu əsasların quruluşunun pozulması ilə müşayiət olunan müxtəlif zədələyici təsirlərə məruz qala bilər. Təkamülün gedişində hüceyrələr DNT-nin ilkin quruluşunun bərpasını təmin edən (reparasiya) müdafiə mexanizmlərini inkişaf etdirmişdir.Hüceyrədə DNT spesifik fermentlər­ dezoksiribonukleazalarla parçalanır. Bunların arasında ən çox məlum olan hüceyrəni yad DNT-dən qoruyan və gen mühəndisliyində geniş istifadə olunan restriksiya endonukleazalarıdır.1970 illərin əvvəllərində F. Senger və başqaları tərəfindən DNT molekulların nukleotid ardıcıllıqlarını təyin edən səmərəli metodlar hazırlanmışdır. 20 əsrin sonunda bu metodların əsasında DNT­nin sekvens edilməsi üçün güclü avtomatlaşdırılmış texnologiya yaradılmış və onun vasitəsilə bir çox virusların, mitoxondrilərin, xloroplastların, bakteriyaların, bitki və heyvanların tam genomlarının DNT-­nin birinci quruluşu təyin edilmişdir. 2004 ilə qədər insanın tam genomunun nukleotid ardıcıllığının tə­yin edilməsi başa çatdırıldı. Bu işlər bioin­formatikanın inkişafına təkan vermiş və molekulyar genetikanın yeni bölməsi olan genomikanın əsasını qoymuşdur.DNT­nin nukleotid ardıcıllığı haqqında məlumatlar rekombinant DNT molekullarının, yəni əvvəlcədən müəyyən olunmuş xassələrə malik molekulun yaradılması zamanı, müxtəlif orqanizmlərin DNT­nin quruluş elementləri daxil edilmiş molekulların (bax Gen mühəndisliyi), həmçinin yeni zülalların konstruksiyası zamanı geniş istifadə olunur. DNT­nin birinci quruluşu haqqında biliklər irsi və onkoloji xəstəliklərin analizi, şəxsiyyətin identifikasiyası, müəyyən genlərinin amplifikasiyası və ayrılması, tənzimləyici elementlərin və DNT­nin funksional mühüm sahələrinin analizi zamanı vacibdir.

 

YAZAR: Mahizər Əsədzadə

 

Həmçinin bax: https://kafkazh.com/analitik-teyinatlarda-istifade-olunan-reaktivler/

Həmçinin bax: https://tehsilim.org/azercell-sagird-telebe-ve-muellimler-ucun-yeni-tehsil-internet-paketini-teqdim-edib/