Məlumat

2017_SS1_Mühazirə_09 - Biologiya

2017_SS1_Mühazirə_09 - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

İşıqdan Müstəqil Reaksiyalar və Karbon Fiksasiyası

Qısa bir giriş

Karbon fiksasiyasının ümumi prinsipi ondan ibarətdir ki, müəyyən şərtlər altında bəzi hüceyrələr qeyri-üzvi karbon, CO qəbul edə bilər2 (həmçinin minerallaşdırılmış karbon adlanır) və onu istifadə edilə bilən hüceyrə formasına endirin. Çoxumuz yaşıl bitkilərin CO qəbul edə biləcəyini bilirik2 və O istehsal edir2 fotosintez kimi tanınan bir prosesdə. Biz artıq fotofosforlaşmadan, hüceyrənin işıq enerjisini kimyəvi maddələrə ötürmək və nəticədə işıq reaksiyaları kimi tanınan prosesdə enerji daşıyıcıları ATP və NADPH istehsal etmək qabiliyyətini müzakirə etdik. Fotosintezdə bitki hüceyrələri CO-nu azaltmaq üçün fotofosforilləşmə zamanı əmələ gələn ATP və NADPH-dən istifadə edir.2 şəkərə, (görəcəyimiz kimi, xüsusən də G3P) qaranlıq reaksiyalar adlanır. Bu prosesin yaşıl bitkilərdə baş verdiyini təqdir etsək də, fotosintezin təkamül mənşəyi bakteriya dünyasında olub. Bu modulda biz CO-nu özündə birləşdirən reduktiv yol olan Calvin Cycle-ın ümumi reaksiyalarını nəzərdən keçirəcəyik.2 hüceyrə materialına çevrilir.

Fotosintetik bakteriyalarda, məsələn, siyanobakteriyalarda və bənövşəyi kükürdsüz bakteriyalarda, həmçinin bitkilərdə enerji (ATP) və gücün azaldılması (NADPH) - azalmış vəziyyətdə elektron daşıyıcılarını təsvir etmək üçün istifadə edilən bir termin - fotofosforlaşmadan əldə edilən "Karbon Fiksasiyası", qeyri-üzvi karbonun birləşdirilməsi (CO2) üzvi molekullara; əvvəlcə qliseraldehid-3-fosfat (G3P) şəklində və nəticədə qlükoza çevrilir. Tələb olunan bütün karbonu qeyri-üzvi mənbədən (CO2) kimi istinad edilir avtotroflarqlükoza və ya amin turşuları kimi karbonun üzvi formalarına ehtiyac duyan orqanizmlər isə belə adlandırılır. heterotroflar. Karbonun fiksasiyasına aparan bioloji yola deyilir Calvin Cycle və CO-nun azalmasına səbəb olan reduktiv bir yoldur (enerji istehlak edir/elektronlardan istifadə edir).2 G3P üçün.

Calvin Cycle: CO-nun azaldılması2 qliseraldehid 3-fosfat

Şəkil 1. İşıq reaksiyaları kimyəvi bağlar, ATP və NADPH yaratmaq üçün günəş enerjisindən istifadə edir. Bu enerji daşıyan molekullar karbon fiksasiyasının baş verdiyi stromada hazırlanır.

Bitki hüceyrələrində Kalvin dövrü xloroplastlarda yerləşir. Bakteriyalarda proses oxşar olsa da, Kalvin Dövrünü saxlayan xüsusi orqanoidlər yoxdur və reaksiyalar plazma membranından əldə edilən mürəkkəb membran sisteminin ətrafındakı sitoplazmada baş verir. Bu hüceyrədaxili membran sistemi kifayət qədər mürəkkəb və yüksək səviyyədə tənzimlənə bilər. Mənşəyi ilə bağlı fərziyyəni dəstəkləyən güclü dəlillər var xloroplastlar siyanobakteriyalar və erkən bitki hüceyrələri arasındakı simbiozdan.

Mərhələ 1: Karbon Fiksasiyası

Bitki xloroplastlarının stromasında CO-dan başqa2, işıqdan asılı olmayan reaksiyaları başlatmaq üçün digər iki komponent mövcuddur: ribuloza-1,5-bisfosfat karboksilaza/oksigenaza (RuBisCO) adlı ferment və aşağıdakı şəkildə göstərildiyi kimi üç molekul ribuloza bifosfat (RuBP). Ribuloza-1,5-bisfosfat (RuBP) beş karbon atomundan ibarətdir və iki fosfatdan ibarətdir.

Şəkil 2. Kalvin dövrü üç mərhələdən ibarətdir. 1-ci mərhələdə RuBisCO fermenti karbon dioksidi üzvi molekula, 3-PGA-ya daxil edir. 2-ci mərhələdə üzvi molekul NADPH tərəfindən təmin edilən elektronlardan istifadə edərək azaldılır. 3-cü mərhələdə, dövrü başlayan molekul olan RuBP, dövrün davam edə bilməsi üçün bərpa olunur. Bir anda yalnız bir karbon dioksid molekulu daxil edilir, buna görə də tək üç karbonlu GA3P molekulu istehsal etmək üçün dövr üç dəfə və altı karbonlu qlükoza molekulu istehsal etmək üçün altı dəfə tamamlanmalıdır.

RuBisCO CO arasındakı reaksiyanı kataliz edir2 və RuBP. Hər CO2 bir RuBP ilə reaksiya verən molekul, başqa bir birləşmənin iki molekulu (3-PGA) meydana gətirir. PGA-da üç karbon və bir fosfat var. Dövrün hər dönüşü yalnız bir RuBP və bir karbon dioksidi əhatə edir və iki 3-PGA molekulunu meydana gətirir. Karbon atomlarının sayı dəyişməz qalır, çünki reaksiyalar zamanı atomlar yeni bağlar yaratmaq üçün hərəkət edir (3CO-dan 3 atom)2 + 3RuBP-dən 15 atom = 3-PGA-nın 3 atomunda 18 atom). Bu proses adlanır karbon fiksasiya, çünki CO2 qeyri-üzvi formadan üzvi molekula “sabitləşir”.

Mərhələ 2: Azaltma

ATP və NADPH, 3-PGA-nın altı molekulunu qliseraldehid 3-fosfat (G3P) adlı kimyəvi maddənin altı molekuluna çevirmək üçün istifadə olunur - bu da qlikolizdə olan bir karbon birləşməsidir. Prosesdə həm ATP, həm də NADPH-nin altı molekulu istifadə olunur. ATP hidrolizinin ekzerqonik prosesi enderqonik redoks reaksiyalarını hərəkətə gətirir, ADP və NADP yaradır.+. Bu "xərclənmiş" molekulların hər ikisi (ADP və NADP+) yenidən ATP və NADPH-ə çevrilmək üçün yaxınlıqdakı işıqdan asılı reaksiyalara qayıdın.

Mərhələ 3: Regenerasiya

Maraqlıdır ki, bu nöqtədə G3P molekullarından yalnız biri orqanizm üçün lazım olan digər birləşmələrin əmələ gəlməsinə töhfə vermək üçün Kalvin dövründən ayrılır. Bitkilərdə, Calvin dövründən ixrac edilən G3P üç karbon atomuna malik olduğundan, bir G3P ixrac etmək üçün kifayət qədər xalis karbonu düzəltmək üçün Calvin dövrünün üç “növbəsi” lazımdır. Lakin hər növbə iki G3P edir, beləliklə, üç növbə altı G3P edir. Biri ixrac edilir, qalan beş G3P molekulu isə dövrədə qalır və RuBP-ni bərpa etmək üçün istifadə olunur ki, bu da sistemin daha çox CO-ya hazırlaşmasına imkan verir.2 düzəldilməlidir. Bu regenerasiya reaksiyalarında daha üç ATP molekulu istifadə olunur.

Əlavə Maraq Linkləri

Nuklein turşuları

Biologiyada iki növ nuklein turşusu var: DNT və RNT. DNT hüceyrənin irsi genetik məlumatını daşıyır və spiral quruluşda düzülmüş iki antiparalel nukleotid zəncirindən ibarətdir. Hər bir nukleotid alt bölməsi pentoza şəkərindən (deoksiriboza), azotlu əsasdan və fosfat qrupundan ibarətdir. İki zəncir kimyəvi cəhətdən tamamlayıcı azotlu əsaslar arasında hidrogen bağları vasitəsilə birləşir. "Əsas yığma" qarşılıqlı təsirləri kimi tanınan qarşılıqlı təsirlər də ikiqat sarmalın sabitləşməsinə kömək edir. DNT-dən fərqli olaraq, RNT tək zəncirli və ya ikiqat zəncirli ola bilər. O da pentoza şəkəri (riboza), azotlu əsas və fosfat qrupundan ibarətdir. RNT may hiylələrinin molekuludur. Prosesin xəbərçisi, tənzimləyicisi və katalizatoru kimi zülal sintezində iştirak edir. RNT həmçinin müxtəlif digər hüceyrə tənzimləmə proseslərində iştirak edir və bəzi əsas reaksiyaları kataliz etməyə kömək edir (bu barədə daha sonra). RNT ilə əlaqədar olaraq, bu kursda bizi ilk növbədə (a) RNT-nin əsas molekulyar quruluşunu və onu DNT-dən nə ilə fərqləndirdiyini bilmək, (b) transkripsiya deyilən proses zamanı baş verən RNT sintezinin əsas kimyasını anlamaq, (c) maraqlandırırıq. ) RNT-nin hüceyrədə ola biləcəyi müxtəlif rolları qiymətləndirmək və (d) ən çox rastlaşacağınız əsas RNT növlərini öyrənmək (yəni mRNT, rRNA, tRNA, miRNA və s.) və onları iştirak etdikləri proseslərlə əlaqələndirmək. ilə. Bu modulda biz ilk növbədə DNT və RNT-nin kimyəvi strukturlarına və onların bir-birindən necə fərqlənə biləcəyinə diqqət yetiririk.

Nukleotid quruluşu

Nuklein turşularının iki əsas növü vardır deoksiribonuklein turşusu (DNT)ribonuklein turşusu (RNT). DNT və RNT kimi tanınan monomerlərdən ibarətdir nukleotidlər. Ayrı-ayrı nukleotidlər bir-biri ilə sıxlaşaraq a nuklein turşusu polimer. Hər bir nukleotid üç komponentdən ibarətdir: azotlu əsas (bunun üçün beş müxtəlif növ var), pentoza şəkəri və fosfat qrupu. Bunlar aşağıda təsvir edilmişdir. Bu iki növ nuklein turşusu arasındakı əsas fərq, C-də bir hidroksil qrupunun olması və ya olmamasıdır.2 mövqe, həmçinin 2' mövqe adlanır ("iki əsas" oxuyun), pentozanın (karbon nömrələnməsi haqqında daha çox məlumat üçün Şəkil 1 əfsanəsi və pentoza şəkəri bölməsinə baxın). RNT pentoza şəkərinin həmin 2' mövqeyində hidroksil funksional qrupuna malikdir; şəkər riboza adlanır, buna görə də adlanır ribonuklein turşusu. Bunun əksinə olaraq, DNT-nin bu mövqedə hidroksil qrupu yoxdur, buna görə də adı "deoksi" ribonuklein turşusu. DNT-nin 2' mövqeyində hidrogen atomu var.

Şəkil 1. Bir nukleotid üç komponentdən ibarətdir: azotlu əsas, pentoza şəkər və bir və ya daha çox fosfat qrupu. Pentozadakı karbonlar 1'-dən 5'-ə qədər nömrələnir (başlıq bu qalıqları əsas qeyddən istifadə etmədən nömrələnmiş əsasdakı qalıqlardan fərqləndirir). Baza ribozun 1′ mövqeyinə, fosfat isə 5′ mövqeyinə yapışdırılır. Polinükleotid əmələ gəldikdə, daxil olan nukleotidin 5′ fosfatı böyüyən zəncirin sonundakı 3′ hidroksil qrupuna birləşir. Nukleotidlərdə iki növ pentoza olur, dezoksiriboza (DNT-də olur) və riboza (RNT-də olur). Dezoksiriboza quruluşca riboza bənzəyir, lakin 2′ mövqeyində -OH əvəzinə -H olur. Əsasları iki kateqoriyaya bölmək olar: purinlər və pirimidinlər. Purinlər ikiqat, pirimidinlər isə tək halqalıdır.
Atribut: Marc T. Facciotti (orijinal iş)

Azotlu əsas

Nukleotidlərin azotlu əsasları üzvi molekullardır və onların tərkibində karbon və azot olduğu üçün belə adlandırılmışdır. Onlar əsasdır, çünki onların tərkibində əlavə hidrogeni bağlamaq potensialına malik amin qrupu var və beləliklə, yerli mühitdə hidrogen ionunun konsentrasiyasını azaltmaqla əsas rolunu oynayır. DNT-dəki hər bir nukleotid dörd mümkün azotlu əsasdan birini ehtiva edir: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) və timin (T). Əksinə, RNT timin (T) əvəzinə adenin (A), guanin (G) sitozin (C) və urasil (U) ehtiva edir.

Adenin və guanin kimi təsnif edilir purinlər. Purinlərin əsas fərqləndirici struktur xüsusiyyəti ikiqat karbon-azot halqasıdır. Sitozin, timin və urasil kimi təsnif edilir pirimidinlər. Bunlar struktur olaraq tək karbon-azot halqası ilə fərqlənir. Bu halqa strukturlarının hər birinin müxtəlif kimya və qarşılıqlı təsirlərdə iştirak edə bilən funksional qruplar tərəfindən bəzədildiyini başa düşməyiniz gözlənilir.

Qeyd: məşq

Şəkil 1-də azotlu əsasları nəzərdən keçirmək üçün bir az vaxt ayırın. Sinifdə təsvir olunduğu kimi funksional qrupları müəyyən edin. Müəyyən edilmiş hər bir funksional qrup üçün onun hansı kimya növündə iştirakını gözlədiyinizi təsvir edin. Funksional qrupun hidrogen bağının donoru, qəbuledicisi və ya hər ikisi kimi çıxış edə biləcəyini müəyyən etməyə çalışın?

Pentoza şəkəri

Pentoza şəkərinin tərkibində beş karbon atomu var. Şəkər molekulunun hər bir karbon atomu 1′, 2′, 3′, 4′ və 5′ kimi nömrələnir (1′ “bir əsas” kimi oxunur). Şəkərlə birləşən iki əsas funksional qrup tez-tez bağlı olduqları karbona görə adlandırılır. Məsələn, fosfat qalığı şəkərin 5′ karbonuna, hidroksil qrupu isə şəkərin 3′ karbonuna birləşir. Nukleotidlərin funksional qruplarına istinad etmək üçün biz tez-tez karbon sayından istifadə edəcəyik, buna görə də pentoza şəkərinin quruluşu ilə çox tanış olun.

DNT-dəki pentoza şəkərinə deoksiriboza, RNT-də isə şəkər riboza deyilir. Şəkərlər arasındakı fərq ribozun 2' karbonunda hidroksil qrupunun olması və dezoksiribozun 2' karbonunda olmamasıdır. Beləliklə, siz DNT və ya RNT nukleotidinə baxdığınızı 2' karbon atomunda hidroksil qrupunun olub-olmaması ilə müəyyən edə bilərsiniz - çox güman ki, imtahanlar da daxil olmaqla, çoxsaylı hallarda bunu etmək istənəcək.

Fosfat qrupu

Şəkərin 5' karbonuna bağlı bir və üç fosfat qrupu arasında hər hansı bir yerdə ola bilər. Bir fosfat bağlandıqda, nukleotid a adlanır Nukleotid MyoxPhosfat (NMP). İki fosfat bağlanarsa, nukleotid adlanır Nukleotid DiPhosfat (NDP). Üç fosfat nukleotidlə bağlandıqda, buna a deyilir Nukleotid TriPhosfat (NTP). Fosfat qruplarını bir-birinə bağlayan fosfoanhidrid bağları onları müxtəlif bioloji funksiyalar üçün yaxşı edən xüsusi kimyəvi xüsusiyyətlərə malikdir. Fosfat qrupları arasındakı bağların hidrolizi bioloji şəraitdə termodinamik olaraq ekzerqonikdir; Təbiət hüceyrədə bir çox reaksiyaların aparılmasına kömək etmək üçün sərbəst enerjidəki bu mənfi dəyişikliyi birləşdirən çoxsaylı mexanizmlər inkişaf etdirmişdir. Şəkil 2, digər fəsillərdə daha ətraflı müzakirə edəcəyimiz nukleotid trifosfat Adenozin Trifosfat, ATP-nin quruluşunu göstərir.

Qeyd: "yüksək enerjili" bağlar

"Yüksək enerji bağı" termini biologiyada ÇOX istifadə olunur. Bununla belə, bu termin bəzi çaşqınlıqlara səbəb ola biləcək şifahi qısa yollardır. Termin sözügedən bağın hidrolizi ilə əlaqəli mənfi sərbəst enerjinin miqdarına aiddir. Su (və ya digər ekvivalent reaksiya partnyoru) enerji hesablamasında mühüm töhfədir. Məsələn, ATP-də bir fosfatı qoparmaqla, məsələn, xəyali molekulyar cımbızlarla bir fosfoanhidrid bağını sadəcə "qırmaq" enerji baxımından əlverişli olmazdı. Buna görə də, ATP-də bağların qırılmasının enerji baxımından əlverişli olduğunu və ya "enerji buraxdığını" söyləməməyə diqqət yetirməliyik. Əksinə, biz daha konkret olmaq lazımdır ki, onlar istiqrazın hidrolizi enerji baxımından əlverişlidir. Bu ümumi yanlış təsəvvürlərdən bəziləri, fikrimizcə, "yüksək enerji bağları" termininin istifadəsi ilə bağlıdır. Bis2a-da biz bağlara istinad edərkən xalq dilindəki "yüksək enerji"nin istifadəsini minimuma endirməyə çalışsaq da, bunun əvəzinə daha konkret terminlərdən istifadə edərək biokimyəvi reaksiyaları təsvir etməyə çalışdıq, çünki biologiya tələbələri kimi siz şübhəsiz ki, potensial yanıltıcı ilə qarşılaşacaqsınız - əlbəttə ki, faydalı olsa da. - təhsilinizi davam etdirdiyiniz zaman qısa yol "yüksək enerji bağı". Odur ki, biologiyada müxtəlif müzakirələri oxuyarkən və ya dinləyərkən yuxarıdakıları nəzərə alın. Heck, bu termini özünüz istifadə edin. Sadəcə bunun nəyə istinad etdiyini həqiqətən başa düşdüyünüzə əmin olun.

Şəkil 2. ATP (adenozin trifosfat) ADP (adenozin difosfat) və ya AMP (adenozin monofosfat) yaratmaq üçün hidroliz yolu ilə çıxarıla bilən üç fosfat qrupuna malikdir.
Atribut: Marc T. Facciotti (orijinal iş)

DNT-nin ikiqat sarmal quruluşu

DNT iki kovalent bağlı nukleotid alt bölməsi tərəfindən yaradılmış ikiqat sarmal quruluşa malikdir (aşağıda göstərilmişdir). Hər bir nukleotid zəncirinin şəkər və fosfat qrupları DNT-nin onurğa sütununu təşkil edərək (Şəkil 3-də narıncı lentlərlə vurğulanır) spiralın xarici tərəfində yerləşdirilir. Spiralın iki zolağı əks istiqamətlərdə axır, yəni bir telin 5′ karbonlu ucu onun uyğun telinin 3′ karbonlu ucuna baxacaq (Şəkil 4 və 5-ə baxın). Biz iki ipin bu istiqamətini adlandırdıq antiparalel. Onu da qeyd edək ki, fosfat qrupları Şəkil 3-də lentdən çıxan narıncı və qırmızı “çubuqlar” kimi təsvir edilmişdir. Fosfatlar fizioloji pH-da mənfi yüklənir və buna görə də DNT-nin onurğasına güclü yerli mənfi yüklü xarakter verir. Bunun əksinə olaraq, azotlu əsaslar spiralın daxili hissəsində yığılmışdır (bunlar Şəkil 3-də yaşıl, mavi, qırmızı və ağ çubuqlar kimi təsvir edilmişdir). Cüt nukleotidlər xüsusi hidrogen bağları vasitəsilə bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olurlar (Şəkil 5-də göstərilmişdir). Hər bir cüt pilləkəndə növbəti baza cütündən 0,34 nm məsafədə ayrılır və bu yaxın yığma və müstəvi oriyentasiya enerji baxımından əlverişli baza yığma qarşılıqlı təsirlərə səbəb olur. Bu qarşılıqlı əlaqə ilə əlaqəli xüsusi kimya Bis2a məzmunundan kənardadır, lakin maraqlanan və ya daha inkişaf etmiş tələbələr üçün burada daha ətraflı təsvir edilmişdir. Bununla belə, tələbələrin azotlu əsasların yığılmasının ikiqat spiralın sabitliyinə töhfə verdiyindən xəbərdar olduğunu və kimyəvi təfərrüatları doldurmaq üçün yuxarı bölmə genetika və üzvi kimya müəllimlərinə müraciət etmələrini gözləyirik.

Şəkil 3. Doğma DNT antiparalel ikiqat sarmaldır. Fosfat onurğası (əyri xətlərlə göstərilir) xaricdə, əsasları isə içəridədir. Bir zəncirdən olan hər bir əsas, qarşı tərəfdəki bir baza ilə hidrogen bağı vasitəsilə qarşılıqlı təsir göstərir.
Atribut: Marc T. Facciotti (orijinal iş)

İkiqat sarmalda, hər bir nukleotidin azotlu əsaslarındakı funksional qrupların növlərinə və yerləşməsinə əsaslanaraq, əsas cütləşmənin müəyyən birləşmələri kimyəvi cəhətdən digərlərindən daha üstündür. Biologiyada bunu tapırıq:

Adenin (A) kimyəvi cəhətdən timidin (T) ilə tamamlayıcıdır (A T ilə cütləşir)

Quanin (G) kimyəvi cəhətdən sitozinlə (C) tamamlayıcıdır (G C ilə cütləşir).

Biz tez-tez bu nümunəyə "əsas tamamlayıcılıq" deyirik və antiparalel tellərin tamamlayıcı bir-birinə. Məsələn, əgər bir zəncirinin ardıcıllığı DNT-dirsə, 5'-AATTGGCC-3' olarsa, tamamlayıcı zəncir 5'-GGCCAATT-3' ardıcıllığına sahib olacaqdır.

Biz bəzən mətndə tamamlayıcı ikiqat sarmal strukturları aşağıdakı kimi bir-birinin üstünə yığaraq təqdim etməyi seçirik:

5' - GGCCAATTCCATACTAGGT - 3'

3' - CCGGTTAAGGTATGATCCA - 5'

Nəzərə alın ki, hər bir ipin 5' və 3' ucları etiketlənmişdir və əgər biri 5' ucundan 3' ucuna kimi hər bir tel boyunca getsəydi, hər bir ip üçün hərəkət istiqaməti digərinin əksinə olardı; iplər antiparaleldir. Ardıcıllığı oxuduğumuz istiqamətə və ya sintez istiqamətinə istinad etmək üçün adətən "5-dən 3-ə doğru qaçış" və ya "sintez edilmiş 5-dən 3-ə qədər" kimi şeylər deyirik. Bu nomenklaturaya alışmağa başlayın.

Şəkil 4. Panel A. İki zəncirli DNT molekulunda iki zəncir bir-birinə antiparalel olur ki, bir zəncir 5′-dən 3′-ə, digəri isə 3′-dən 5′-ə qədər uzanır. Burada iplər 5'-dən 3' istiqamətə işarə edən mavi və yaşıl xətlər kimi təsvir edilmişdir. Tamamlayıcı baza cütləşməsi tamamlayıcı əsaslar arasında üfüqi xətt ilə təsvir edilmişdir. Panel B. İki antiparalel tel ikiqat spiral şəklində təsvir edilmişdir. Qeyd edək ki, iplərin istiqaməti hələ də təmsil olunur. Üstəlik, qeyd edin ki, spiral sağ əllidir - bənövşəyi rəngdə təsvir edilmiş sarmalın "qıvrımı", sağ əl istifadə edilərsə və sarmalın istiqaməti baş barmağa işarə edərsə, əlin barmaqları istiqamətində küləklər. Panel C. Bu təsvirdə əsas və kiçik yivlər adlanan iki ipin yığılmasından yaranan iki struktur xüsusiyyət göstərilir. Bu yivləri Şəkil 3-də də görmək olar.
Atribut: Marc T. Facciotti (orijinal iş)

Şəkil 5. DNT-dəki antiparalel zəncirlərin molekulyar səviyyədə böyüdülmüş görünüşü. İki zəncirli DNT molekulunda iki zəncir bir-birinə antiparalel olur ki, bir zəncir 5′-dən 3′-ə, digəri isə 3′-dən 5′-ə qədər uzanır. Fosfat onurğası kənarda, əsasları isə ortada yerləşir. Adenin timinlə hidrogen bağları (və ya əsas cütləri), sitozinlə isə guanin əsas cütləri əmələ gətirir.
Atribut: Marc T. Facciotti (orijinal iş)

Bis2a-da diqqət yetirilməli olan nukleotidlərin və nuklein turşularının funksiyaları və rolları

DNT və RNT-dəki struktur rollarına əlavə olaraq, ATP və GTP kimi nukleotidlər də hüceyrə üçün mobil enerji daşıyıcıları kimi xidmət edirlər. Bəzi tələbələr bioenergetika kontekstində müzakirə etdiyimiz ATP və GTP molekullarının nuklein turşularının əmələ gəlməsində iştirak edənlərlə eyni olduğunu qiymətləndirməyi öyrənəndə təəccüblənirlər. DNT və RNT sintez reaksiyalarından bəhs edərkən bunu daha ətraflı izah edəcəyik. Nukleotidlər həmçinin bir çox fermentativ katalizli reaksiyalarda ko-faktor kimi mühüm rol oynayırlar.

Nuklein turşuları, xüsusən də RNT, məlumat saxlama molekulları olmaqla yanaşı, hüceyrə prosesində müxtəlif rol oynayır. Kursda irəliləyiş zamanı diqqət etməli olduğunuz bəzi rollara aşağıdakılar daxildir: (a) Riboprotein komplekslər - RNT-nin həm katalitik, həm də struktur rollarını yerinə yetirdiyi RNT-Zülal kompleksləri. Belə komplekslərə misal olaraq ribosomlar (rRNT), RNazalar, splicesosome kompleksləri və telomeraza daxildir. (b) Məlumatın saxlanması və ötürülməsi rolları. Bu rollara DNT, messenger RNT (mRNA), transfer RNT (tRNA) kimi molekullar daxildir. (c) Tənzimləyici rollar. Bunlara misal olaraq müxtəlif kodlaşdırılmayan (ncRNA) daxildir. Vikipediyada məlum RNT molekullarının müxtəlif növlərinin hərtərəfli xülasəsi var ki, biz bu molekulların böyük funksional müxtəlifliyini daha yaxşı başa düşmək üçün nəzərdən keçirməyi tövsiyə edirik.

Genomlar orqanizmin planları kimi

Bir genom, bir gnom ilə qarışdırılmamalıdır, bir orqanizmin DNT-də saxlanılan irsi məlumatların tam toplusudur. İnformasiya məzmunundakı fərqlər ətrafımızda gördüyümüz həyatın müxtəlifliyini izah etməyə kömək edir. Genomda kodlanmış məlumatda baş verən dəyişikliklər ətrafımızda gördüyümüz (və bəzilərini edə bilmərik) təbii seleksiya ilə süzülən fenotipik müxtəlifliyin əsas hərəkətvericiləridir və buna görə də təkamülün hərəkətvericiləridir. Bu suallara səbəb olur. Çoxhüceyrəli orqanizmin hər bir hüceyrəsi eyni DNT ardıcıllığını ehtiva edirsə, necə fərqli hüceyrə tipləri ola bilər (məsələn, qaraciyərin hüceyrəsi beyindəki hüceyrədən necə bu qədər fərqli ola bilər ki, hər ikisi eyni DNT-ni daşıyır)? Məlumatı necə oxuyuruq? Oxuduqlarımızı necə şərh edirik? Genomda müəyyən etdiyimiz bütün "hissələrin" funksional olaraq bir-biri ilə necə əlaqəli olduğunu necə başa düşə bilərik? Bütün bunlar xüsusiyyətlərin ifadəsi ilə necə bağlıdır? Genomdakı dəyişikliklər əlamətlərin dəyişməsinə necə səbəb olur?

Genom ardıcıllığının müəyyən edilməsi

Genomlarda kodlanmış məlumatlar həyatı, onun funksiyalarını, müxtəlifliyini və təkamülünü başa düşmək üçün vacib məlumatlar verir. Buna görə də, biologiyada tədqiqatlara başlamaq üçün ağlabatan bir yerin sözügedən genom(lar)da kodlanmış məlumat məzmununu oxumaq olduğu əsaslandırılır. Yaxşı bir başlanğıc nöqtəsi nukleotidlərin (A, G, C, T) ardıcıllığını və onların bir və ya bir neçə müstəqil replikasiya edən DNT vahidlərinə (məsələn, xromosomlar və/və ya plazmidlər) təşkilini müəyyən etməkdir. DNT-nin irsi material olduğunu kəşf etdikdən sonra 30+ il ərzində bu, qorxulu bir təklif idi. 1980-ci illərin sonlarında isə DNT sekvensiyası üçün yarı avtomatlaşdırılmış vasitələrin yaranmasına öncülük edildi və bu, həyatın öyrənilməsinə yanaşma tərzimizi kəskin şəkildə dəyişdirən bir inqilab başladı. İyirmi il sonra, 2000-ci illərin ortalarında biz sürətlənmiş texnoloji tərəqqi dövrünə qədəm qoyduq ki, bu dövrdə material elmləri (xüsusən də çox kiçik miqyasda şeylər etmək bacarığımızda irəliləyişlər), optika, elektrik və kompüter mühəndisliyi, biomühəndislik, və kompüter elmləri birləşdi ki, DNT-ni ardıcıllıqla sıralamaq qabiliyyətimizdə dramatik artımlar və müvafiq olaraq DNT-ni ardıcıllıqla sıralamaq qabiliyyətimizdə çoxsaylı irəliləyişlərin dəyərini dramatik şəkildə azaldır. Bu nöqteyi-nəzəri göstərmək üçün məşhur bir nümunə, insan genomunun ardıcıllığı üçün xərclərdəki dəyişiklikləri müqayisə etməkdir. İnsan genomunun ilk layihəsinin hazırlanması təxminən 15 il və 3 milyard dollar çəkdi. Bu gün 10 insan genomunun hər biri 1000 dollardan aşağı qiymətə bir alətdə bir gündə ardıcıllıqla sıralana bilər (xərc və vaxt azalmağa davam edir). Bu gün Illumina, Pacific Biosciences, Oxford Nanopore və başqaları kimi şirkətlər xərcləri aşağı salan və DNT ardıcıllığının həcmini, keyfiyyətini, sürətini və daşınmasını artıran rəqabət aparan texnologiyalar təklif edir.

DNT ardıcıllığı inqilabının ən maraqlı elementlərindən biri odur ki, o, bioloqlar, kimyaçılar, materialşünaslar, elektrik mühəndisləri, mexanika mühəndisləri, kompüter alimləri və proqramçılar, riyaziyyatçılar və statistiklər, məhsul tərtibatçıları və bir çox digər şəxslərin töhfələrini tələb edib və tələb etməyə davam edir. texniki mütəxəssislər. DNT ardıcıllığına maneələrin açılmasının potensial tətbiqləri və nəticələri investorları, iş adamlarını, məhsul tərtibatçılarını, sahibkarları, etika mütəxəssislərini, siyasətçiləri və bir çox başqalarını yeni imkanlar əldə etməyə və bu artan texnologiyadan ən yaxşı və ən məsuliyyətli şəkildə necə istifadə etmək barədə düşünməyə cəlb etdi. .

Genom ardıcıllığında texnoloji irəliləyişlər tam genom ardıcıllığının virtual selinin müəyyən edilməsi və ictimaiyyətə açıq verilənlər bazalarına yerləşdirilməsinə səbəb oldu. Onların bir çoxunu Milli Biotexnologiya İnformasiya Mərkəzində tapa bilərsiniz. Mövcud, tamamilə ardıcıl genomların sayı on minlərlədir - 2000-dən çox eukaryotik genom, 600-dən çox arxeal genom və təxminən 12.000 bakteriya genomu bu yazı zamanı. On minlərlə daha çox genom ardıcıllığı layihəsi davam edir. Mövcud olan və ya tezliklə əldə ediləcək bu çoxlu genom ardıcıllığı ilə biz bu genomlarda gördüklərimizlə bağlı çoxlu suallar verməyə başlaya bilərik. Hansı nümunələr bütün genomlar üçün ümumidir? Genomlarda neçə gen kodlanır? Bunlar necə təşkil olunub? Neçə fərqli xüsusiyyət tapa bilərik? Tapdığımız xüsusiyyətlər nə edir? Genomlar bir-birindən nə qədər fərqlidir? Bizə genomların necə təkamül etdiyini deyə biləcək dəlil varmı? Bu suallardan bir neçəsini qısaca araşdıraq.

Genomların müxtəlifliyi

Ölçülərin müxtəlifliyi, genlərin və xromosomların sayı

Genom ölçülərinin diapazonunu tədqiq etməklə başlayaq. Aşağıdakı cədvəldə verilənlər bazasından genomların nümunəsini görürük. Sərbəst canlı orqanizmlərin genomlarının böyük ölçüdə olduğunu görə bilərik. Bilinən ən kiçik genom 580.000 baza cütündə kodlaşdırılıb, ən böyüyü isə 150 ​​milyard baza cütüdür - istinad üçün xatırladaq ki, insan genomu 3.2 milyard baza cütüdür. Bu, böyük bir ölçü diapazonudur. Genlərin sayında da oxşar fərqlər mövcuddur.

Cədvəl 1. Bu cədvəl müxtəlif orqanizmlər üçün bəzi genom məlumatlarını göstərir. 2n = diploid sayı. Atribut: Marc T. Facciotti (öz işihttp://book.bionumbers.org/how-big-are-genomes/ saytından təkrar istehsal olunur)

Cədvəl 1-i tədqiq etdikdə bəzi orqanizmlərin birdən çox xromosom daşıdığı da məlum olur. Bəzi genomlar da var poliploid, o deməkdir ki, onlar oxşar, lakin eyni olmayan bir neçə nüsxəni saxlayırlar (homolog) hər bir xromosomun nüsxələri. Diploid orqanizm öz genomunda hər bir xromosomun iki homoloji nüsxəsini (adətən biri anadan, biri isə atadan) daşıyır. İnsanlar diploiddir. Somatik hüceyrələrimiz 23 xromosomun 2 homoloji nüsxəsini daşıyır. Fərdi xromosomların 23 nüsxəsini anamızdan, 23 nüsxəsini isə atamızdan almışıq, cəmi 46. Bəzi bitkilər daha yüksək ploidliyə malikdir. Məsələn, hər bir xromosomun dörd homoloji nüsxəsi olan bitki adlanır tetraploid. Hər bir xromosomun bir nüsxəsi olan orqanizmə deyilir haploid.

Genomların quruluşu

Cədvəl 1 digər maraqlı məqamlar üçün də ipucu verir. Misal üçün, şimpanzenin genomunu şimpanze genomu ilə müqayisə etsək, qeyd edək ki, onlar təxminən eyni sayda geni (19.000) kodlayırlar, lakin onlar bunu kəskin şəkildə fərqli ölçülü genomlarda edirlər - müvafiq olaraq 400 milyon baza cütü ilə 3.3 milyard baza cütü. . Bu o deməkdir ki, pufferfish genomunun genləri arasında şimpanze genomunda tapılacağı gözləniləndən çox daha az boşluq olmalıdır. Həqiqətən də belədir və gen sıxlığındakı fərq bu iki genom üçün xas deyil. İnsan genomunun 50 kb-lik bir hissəsini təmsil etməyə çalışan Şəkil 1-ə baxsaq, zülal kodlayan bölgələrə (qırmızı və çəhrayı ilə işarələnmiş) əlavə olaraq bir çox digər sözdə "xüsusiyyətlər"in də ola biləcəyini görürük. genomdan oxuyun. Bu elementlərin çoxunda çox təkrarlanan ardıcıllıqlar var.

Şəkil 1. Bu rəqəm 7-ci xromosomda insan β T-hüceyrə reseptor lokusunun 50 kb seqmentini göstərir. Bu rəqəm insan genomunun kiçik bir bölgəsini və genomda oxuna və deşifrə edilə bilən "xüsusiyyətlərin" növlərini, o cümlədən: həm də əlavə olaraq, protein kodlaşdırma ardıcıllığı. Qırmızı və çəhrayı zülalları kodlayan bölgələrə uyğundur. Digər rənglər genomik elementlərin müxtəlif növlərini təmsil edir. Facciotti (öz işiwww.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/ saytından təkrar istehsal olunur)

İndi bu tip elementlərin hər birinin bütün insan genomunun hansı hissəsini təşkil etdiyinə baxsaq (bax Şəkil 2), görərik ki, zülal kodlayan genlər haploid genomun 3,2 milyard əsasının yalnız 48 milyonunu təşkil edir.

Şəkil 2. Bu qrafik insan haploid genomunda çoxlu əsas cüt DNT-nin müxtəlif müəyyən edilə bilən xüsusiyyətlər arasında necə paylandığını təsvir edir. Qeyd edək ki, genomun yalnız kiçik bir hissəsi birbaşa protein kodlaşdıran bölgələrlə əlaqələndirilir. Facciotti (öz işiŞəkildə qeyd olunan mənbələrdən alındı)

Fərqli növlərdə zülal kodlayan bölgələrə qarşı təkrar bölgələrin tezliyini araşdırdığımız zaman, kodlaşdırmayan bölgələrə qarşı zülal kodlaşdırmasında böyük fərqlər qeyd edirik.

Şəkil 3. Bu rəqəm göstərir Müxtəlif genomların 50 kb seqmentləri, müxtəlif növlərdə zülal kodlaşdıran elementlərə qarşı təkrarlamanın yüksək dəyişkən tezliyini göstərir.
Atribut: Marc T. Facciotti (öz işi
www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21134/ saytından təkrar istehsal olunur)

Təklif olunan müzakirə

Bəzi genomların daha çox və ya daha az kodlaşdırılmayan ardıcıllığa malik ola biləcəyini düşündüyünüz üçün fərziyyə təklif edin.

Genom quruluşunun dinamikası

Genomlar zamanla dəyişir və çoxsaylı müxtəlif növ hadisələr onların ardıcıllığını dəyişə bilər.

1. Mutasiyalar ya DNT replikasiyası zamanı, ya da kimyəvi mutagenlərin və ya radiasiyanın ətraf mühitə məruz qalması nəticəsində toplanır. Bu dəyişikliklər adətən tək nukleotidlər səviyyəsində baş verir.
2. Genomun yenidən qurulması baş verə biləcək genişmiqyaslı dəyişikliklər sinfini təsvir edin və bunlara aşağıdakılar daxildir: (a) delesiyalar – xromosomun seqmentlərinin itirildiyi; (b) duplikasiya - xromosomun nahiyələrinin təsadüfən təkrarlanması; (c) daxiletmələr – genetik materialın daxil edilməsi (qeyd edək ki, bəzən bu viruslardan və ya ətraf mühitdən əldə edilir və xromosomlar arasında silmə/yerləşdirmə cütləri baş verə bilər); (d) inversiyalar - genomun bölgələrinin eyni xromosom daxilində çevrildiyi; və (e) translokasiyalar - burada xromosomun seqmentləri köçürülür (xromosomun başqa yerinə köçürülür).

Bu dəyişikliklər müxtəlif sürətlərdə baş verir və bəziləri ferment katalizatorlarının (məsələn, transpozazaların) fəaliyyəti ilə asanlaşdırılır.

Genomların öyrənilməsi

Müqayisəli genomika

Genom ardıcıllığı kolleksiyası ilə ən çox görülən işlərdən biri çoxlu genomların ardıcıllığını bir-biri ilə müqayisə etməkdir. Ümumiyyətlə, bu cür fəaliyyətlər adlanan bir sahənin çətiri altına düşür müqayisəli genomika.

İrsi xəstəlikdən əziyyət çəkən insanların genomları ilə xəstələnməmiş insanların genomlarını müqayisə etmək, xəstəliyin genetik əsasını açmağa kömək edə bilər. Əlaqədar mikrobların gen tərkibini, sırasını və ardıcıllığını müqayisə etmək bizə bəzi mikrobların nə üçün xəstəliyə səbəb olduğunun genetik əsasını tapmaqda kömək edə bilər, halbuki onların yaxın qohumları faktiki olaraq zərərsizdir. Yeni bir növün necə inkişaf etdiyini başa düşmək üçün genomları müqayisə edə bilərik. Çoxlu mümkün analizlər var! Bu təhlillərin əsası oxşardır: çoxlu genomlar arasında fərqləri axtarın və bu fərqləri həmin orqanizmlərdə fərqli əlamətlər və ya davranışlarla əlaqələndirməyə çalışın.

Nəhayət, bəzi insanlar orqanizmlərin təkamül tarixini anlamağa çalışmaq üçün genom ardıcıllığını müqayisə edirlər. Tipik olaraq, bu cür müqayisələr müqayisə edilən müxtəlif növlər arasında təkamül əlaqəsinin qrafik modeli olan filogenetik ağac kimi tanınan bir qrafiklə nəticələnir. Bu sahə, təəccüblü deyil, adlanır filogenomika.

Metagenomika: kim harada yaşayır və nə edir?

Ayrı-ayrı növlərin genomlarının öyrənilməsi ilə yanaşı, getdikcə daha güclü olan DNT ardıcıllığı texnologiyaları bir çox müxtəlif növlərin məskunlaşdığı ətraf mühit nümunələrinin genomlarını eyni vaxtda ardıcıllıqla tərtib etməyə imkan verir. Bu sahə adlanır metagenomika. Bu tədqiqatlar adətən hansı mikrob növlərinin müxtəlif mühitlərdə yaşadığını anlamağa çalışır. Bağırsaqdakı mikrobların populyasiyalarını öyrənmək və populyasiyanın müxtəlif pəhrizlərə cavab olaraq necə dəyişdiyini izləmək, müxtəlif mikrobların bolluğu ilə müxtəlif xəstəliklər arasında hər hansı əlaqənin olub-olmadığını görmək və ya araşdırmaq üçün DNT ardıcıllığının istifadəsinə böyük maraq var. patogenlərin olması üçün. İnsanlar Yer kürəsində hansı mikrobların müxtəlif mühitlərdə (dərin dənizdən, torpağa, havaya, hiper duzlu gölməçələrə, pişik nəcislərinə, hər gün toxunduğumuz bəzi ümumi səthlərə qədər) məskunlaşdığını araşdırmaq üçün ətraf mühitin metagenomik nümunələrinin DNT ardıcıllığından istifadə edirlər.

Müxtəlif mühitlərdə mikrob populyasiyalarının ardıcıllığı "kim harada yaşayır"ı kəşf etməklə yanaşı, bir mühitdə hansı zülal kodlaşdıran genlərin olduğunu da aşkar edə bilər. Bu, tədqiqatçılara həmin mühitdə hansı metabolik fəaliyyətlərin baş verə biləcəyinə dair ipucu verə bilər. Müəyyən bir mühitdə hansı növ kimyanın baş verə biləcəyi haqqında vacib məlumat verməklə yanaşı, toplanmış genlərin kataloqu həm də biotexnologiyada tətbiqlər üçün yeni fermentlərin kəşfi üçün mühüm mənbə rolunu oynaya bilər.



Şərhlər:

  1. Mara

    Yaxşı, yavaş-yavaş.

  2. Sharif

    It agree with you

  3. Aldin

    Məncə, yanılırsınız. Gəlin bunu müzakirə edək. Mənə PM-ə yazın, danışarıq.

  4. Earle

    Sən düzgün deyilsən. Bunu müzakirə etməyi təklif edirəm. PM-də mənə yazın, biz onu idarə edəcəyik.



Mesaj yazmaq