დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა

თავისუფალი ქართულენოვანი ენციკლოპედია ვიკიპედიიდან
გადასვლა: ნავიგაცია, ძიება

დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა (დნმ) — ბიოპოლიმერი, რომლის მონომერები ნუკლეოტიდებია. დნმ ცოცხალი ორგანიზმის გენეტიკური მასალის, ქრომოსომების ძირითადი შემადგენელი ნაწილია. დნმ-ის ფუნქცია უჯრედში ინფორმაციის შენახვა და შთამომავლობით გადაცემაა.

დნმ-ის მონომერი, ნუკლეოტიდი, შეიცავს საქარიდ დეზოქსირიბოზას, ფოსფორმჟავას ნაშთს და ერთერთ აზოტოვან ფუძეს ოთხი შესაძლოდან: ადენინი (A), გუანინი (G), ციტოზინი (C), თიმინი (T).

Adenine.svg Guanine chemical structure.png Thymine chemical structure.png Cytosine chemical structure.png DAMP chemical structure.png DCMP chemical structure.png
ადენინი გუანინი თიმინი ციტოზინი ნუკლეოტიდი:დეზოქსიადენოზინის მონოფოსფატი ნუკლეოტიდი:დეზოქსიციტიდინის მონოფოსფატი

დნმ-ში ნუკლეოტიდები ერთმანეთზე საქარიდებისა და ფოსფორმჟავას ჯგუფებით არის გადაბმული. ამ „ხერხემლის“ გასწვრივ ოთხი ტიპის აზოტოვან ფუძეთა მიმდევრობა კი გენეტიკური ინფორმაციის მატარებელია: იგი უჯრედის ცილებში ამინომჟავების მიმდევრობას განსაზღვრავს . გენეტიკური კოდის გაშიფვრისათვის ინფორმაცია „გადაიწერება“ საინფორმაციო რიბონუკლეინის მჟავაში, რომელიც შემდგომ რიბოსომებთან ურთიერთქმედებს და ცილების ბიოსინთეზის პროცესის საშუალებით ამინომჟავების სათანადო მიმდევრობის შემცველ ცილებს წარმოქმნის.

ფიზიკური და ქიმიური თვისებები[რედაქტირება]

დნმ-ის ორი ჟაჭვი ერთმანეთთან აზოტოვან ფუძეებს შორის არსებული წყალბადური ბმებით (H-ბმა) არის შეკავშირებული.

დნმ წარმოადგენს პოლინუკლეოტიდს, ანუ ნუკლეოტიდებისგან შემდგარ პოლიმერს. როგორც წესი, იგი ძალიან გრძელია. მაგალითად, ადამიანის უდიდესი ქრომოსომის დნმ მიმდევრობით შეერთებული 220 მილიონი ნუკლეოტიდისაგან შედგება.

უჯრედში დნმ ჩვეულებრივ ერთმანეთზე დახვეული წყვილი მოლეკულის, ორმაგი სპირალის სახით არსებობს. ორივე მოლეკულაში ნუკლეოტიდების ჯაჭვები ერთმანეთის პარალელურია და ერთმანეთთან აზოტოვან ფუძეებს შორის არსებული წყალბადური ბმებით არის დაკავშირებული. აზოტოვანი ფუძეებიდან ორი (ადენინი და გუანინი) ჰეტეროციკლური ნივთიერებები, კერძოდ კი პურინებია. დანარჩენი ორი (ციტოზინი და თიმინი) კი ექვსატომიანი მონოციკლია, რომელსაც პირიმიდინი ეწოდება. წყალბადის ბმებს თითოეული პირიმიდინის ფუძესთან მხოლოდ კონკრეტული პურინის ფუძე წარმოქმნის. ამ თვისებას კომპლემენტარობა ეწოდება. კერძოდ, ადენინის კომპლემენტარულია თიმინი, გუანინის კი — ციტოზინი. ეს ნიშნავს, რომ ორმაგ სპირალში ერთი ჯაჭვის ადენინის შემცველი ნუკლეოტიდის პირისპირ ყოველთვის განთავსებულია მეორე ჯაჭვის თიმინის შემცველი ნუკლეოტიდი, ხოლო ერთი ჯაჭვის გუანინის მოპირდაპირედ — ციტოზინის შემცველი ნუკლეოტიდი.

დნმ-ის სექციის სტრუქტურის ნაწილობრივი ანიმაცია. აზოტოვანი ფუძეები ჰორიზონტალურად არიან განთავსებული ორ სპირალურ ჯაჭვს შორის. სრული ვერსია

თითოეულ ნუკლეოტიდში შემავალი დეზოქსირიბოზა ხუთი ნახშირბადის ატომის შემცველ შაქარს, ანუ პენტოზას წარმოადგენს. დნმ-ის ჯაჭვის „ხერხემალი“ მეზობელი დეზოქსირიბოზების მესამე და მეხუთე ნახშირბადის ატომს შორის წარმოქმნილი ფოსფოდიეთერული ბმით არის შეკავშირებული. ამ ბმის ასიმეტრიულობა იწვევს იმას, რომ დნმ-ის ჯაჭვის ბოლოები ერთმანეთისგან განსხვავდება: ჯაჭვის ერთ ბოლოზე თავისუფალია ბოლო პენტოზის მესამე ნახშირბად-ატომი (დნმ-ჯაჭვის ამ ბოლოს ეწოდება 3'-ბოლო), ხოლო ჯაჭვის მეორე ბოლოზე კი — ბოლო პენტოზის მეხუთე ნახშირბად-ატომი (ამ ბოლოს 5'-ბოლო ეწოდება). ეს ნიშნავს რომ, შესაძლებელია დნმ-ის ჯაჭვის მიმართულების გარჩევა. ორმაგ სპირალში პარალელური ჯაჭვების მიმართულება საპირისპიროა (ამიტომ, მათ ანტიპარალელურ ჯაჭვებსაც ეძახიან).


ორმაგი სპირალის ყველაზე გავრცელებული, B-კონფორმაცია 2 ნანომეტრის სისქის მარჯვენა სპირალს წარმოადგენს(იხ. ანიმაცია). სპირალის ზედაპირს ხვეულად გასდევს დნმ-ის „ხერხემლებს“ შორის არსებული ორი ღარი. ერთი ღარი უფრო განიერია (მისი სიგანე 22 Å შეადგენს), მეორე კი შედარებით ვიწროა (12 Å). სპირალის ზედაპირიდან აზოტოვანი ფუძეები დიდი ღარის საშუალებით უფრო მისაწვდომია, ვიდრე მცირე ღარის, ამიტომ ცილები, რომლებიც ფუძეების გარკვეულ მიმდევრობას ცნობენ (მაგალითად, რეპლიკაციის ფაქტორი) სპირალის დიდ ღარში ჯდებიან.

ბიოლოგიური ფუნქცია[რედაქტირება]

დნმ-ის რეპლიკაციური ჩანგალი. დნმ-პოლიმერაზა (მწვანე) წარმოქმნის 5'–3' მიმართულების ახალ ჯაჭვებს (წითელი). საწინააღმდეგო მიმართულების უწყვეტი ჟაჭვის მისაღებად დნმ-ლიგაზა (იასამნისფერი) ერთმანეთს აკერებს ოკაზაკის ფრაგმენტებს

დნმ-ის ბიოლოგიური ფუნქცია უჯრედის ცილების აგებულების შესახებ ინფორმაციის შენახვასა და შთამომავლობით გადაცემაში მდგომარეობს. უჯრედის მიერ დნმ-ში შენახული ინფორმაციის გამოყენებისათვის იგი „გადაიწერება“ შუალედურ ინფორმაციულ მოლეკულაზე, საინფორმაციო რიბონუკლეინის მჟავაზე (ამ პროცესს ტრანსკრიპცია ეწოდება), ხოლო შემდეგ, ტრანსლაციის პროცესში ხდება მის საფუძველზე ცილის წარმოქმნა.

ინფორმაციის შთამომავლობით გადაცემისათვის უჯრედის გაყოფამდე დნმ წარმოქმნის თავის ასლს. ამ პროცესს რეპლიკაცია ეწოდება. მასში რამდენიმე ფერმენტი მონაწილეობს: ჰელიკაზა უზრუნველყოფს მოლეკულის ერთერთ ბოლოზე ორმაგი სპირალის გაშლას, რის შედეგადაც იქმნება რეპლიკაციური ჩანგალი. დაცალკევებულ ჯაჭვებზე დნმ-პოლიმერაზა კომპლემენტარულ ჯაჭვებს წარმოქმნის. ჰელიკაზა ნელ-ნელა გადაადგილდება ორმაგი სპირალის მეორე ბოლოსკენ და ჯაჭვებს ერთმანეთს აშორებს. შესაბამისად გადაადგილდება რეპლიკაციური ჩანგალი და თითოეულ ჯაჭვზე მისი კომპლემენტარული ასლის სინთეზი გრძელდება . დნმ–პოლიმერაზას ნუკლეოტიდების ჯაჭვის წარმოქმნა მხოლოდ 5'-ბოლოდან 3'-ბოლოს მიმართულებით შეუძლია, ამიტომ საწინააღმდეგო მიმართულების ჯაჭვი „ნაკუწ-ნაკუწ“ წარმოიქმნება (ამ „ნაკუწებს“ ოკაზაკის ფრაგმენტები ეწოდება), შემდეგ კი მათ ერთმანეთთან დნმ-ლიგაზა აერთიანებს.

დნმ-ის რეპლიკაცია

რეპლიკაციის შედეგად დნმ-ის ორი ორმაგი სპირალი მიიღება. თითოეული მათგანის ერთი ჯაჭვი ძველი მოლეკულის ნაწილია, მეორე კი — ახლად წარმოქმნილი. სპირალში ჯაჭვების კომპლემენტარობა უზრუნველყოფს იმას, რომ აზოტოვან ფუძეთა მიმდევრობა ორივე სპირალში იდენტურია. ამდენად ისინი ერთი და იმავე ინფორმაციის მატარებლები არიან.

ანალოგიური პროცესი მიმდინარეობს ტრანსკრიპციის დროს საინფორმაციო რიბონუკლეინის მჟავაზე (ი-რნმ) ინფორმაციის გადაწერისას. განსხვავება მდგომარეობს იმაში, რომ ა) „გადაიწერება“ არა მთელი მოლეკულა, არამედ მხოლოდ ერთი გენი; ბ) საწყის ინფორმაციად გამოიყენება მხოლოდ ერთი ჯაჭვი ორმაგი სპირალიდან (ე.წ. ანტიკოდური მიმდევრობა); გ) ახალი მოლეკულა შედგება არა დეზოქსირიბონუკლეოტიდებისგან, არამედ რიბონუკლეოტიდებისგან. შესაბამისად მის სინთეზს ახორციელებს სხვა ფერმენტი — რნმ-პოლიმერაზა და ოდნავ იცვლება კოდიც: თიმინის აზოტოვანი ფუძის მაგივრად რიბონუკლეინის მჟავებში გამოიყენება ურაცილი (U).

დნმ-ის რეპლიკაციისას შესაძლოა მოხდეს შეცდომები: ნუკლეოტიდის ამოვარდნა, ჩამატება ან სხვით შეცვლა. ამ მოვლენას მუტაცია ეწოდება. უმეტესი მუტაციები სწორდება უჯრედის რეპარაციული სისტემის საშუალებით.

გენეტიკური რეკომბინაცია[რედაქტირება]

Searchtool-80%.png მთავარი სტატია : რეკომბინაცია.
რეკომბინაცია. საწყის ჯაჭვებს (M და F) შორის ფრაგმენტების გაცვლის შედეგად წარმოიქმნა ახალი ჯაჭვები (C1 და C2).

დნმ–ის ორმაგი სპირალები ჩვეულებრივ ერთმანეთში არ ურთიერთქმედებენ. უფრო მეტიც, ზოგიერთ უჯრედში (მაგ. ადამიანის) ქრომოსომები ბირთვში ერთმანეთისაგან განცალკევებული არეალებში არის განთავსებული (ამ არეალებს ქრომოსომის ტეროტორიები ეწოდება). ეს გასაგებიცაა, ვინაიდან ორმაგი სპირალის ხელშეუხებლობა მნიშვნელოვანია მასში არსებული ინფორმაციის დაცვისათვის. მაგრამ ზოგჯერ ორგანიზმებს შორის ინფორმაციის გაცვლაც არის საჭირო. ინფორმაციის გაცვლა დნმ-ის სპირალებს შორის მათი რეკომბინაციის საშუალებით ხდება.

Holliday Junction cropped.png
Holliday junction coloured.png
სადღესასწაულო მოსართავის მსგავსი სტრუქტურის წარმოქმნა რეკომბინაციის დროს. დნმ–ის ჯაჭვები ნაჩვენებია სხვადასხვა ფრად.

რეკომბინაციის დროს ორმაგ სპირალში შემავალი დნმ-ის ჯაჭვები კომპლემენტარულ ფრაგმენტებს ერთმანეთში ცვლიან. ჩვეულებრივ რეკომბინაცია დიპლოიდურ ორგანიზმებში ხდება. ეს ორგანიზმები ქრომოსომების ორმაგ ნაკრებს შეიცავენ, ისე რომ ყოველ ქრომოსომისათვის არსებობს მისი მსგავსი ინფორმაციის შემცველი(ჰომოლოგიური) ქრომოსომა, რომელიც ორგანიზმს მეორე მშობლისგან ერგო. ინფორმაციის გაცვლა სწორედ ჰომოლოგიურ ქრომოსომებს შორის ხდება, მეიოზის პროცესში. ამ დროს თითოეული ქრომოსომის დნმ–ის ორმაგი სპირალი იხსნება და მისი შემადგენელი თითოეული ჯაჭვი ჰომოლოგიური ქრომოსომის საწინააღმდეგო მიმართულების ჯაჭვს უკავშირდება, ცვლის მასთან ფრაგმენტებს, შორდება მას და შემდეგ კვლავ თავის საწყის „მეწყვილე“ ჯაჭვს უბრუნდება. სქემაზე (მარჯვნივ) გამოხატულია ამ პროცესის შუალედური ფორმა, რომელიც სადღესასწაულო მოსართავს წააგავს.

ურთიერთქმედება ცილებთან[რედაქტირება]

დნმ მუდმივად ურთიერთქმედებს ცილებთან. მისი ნებისმიერი ფუნქციის განხორციელება უჯრედის ცილებზეა დამოკიდებული. ზოგიერთი ცილა ნებისმიერ დნმ-თან ერთნაირად ურთიერთქმედებს, ესენი სტრუქტურული ცილებია. სხვა ცილები, ფერმენტები, დნმ-ის კონკრეტულ ნაწილს, ან ნუკლეოტიდების გარკვეულ მიმდევრობას ცნობენ და მასთან ურთიერთქმედებენ. ასეთი ფერმენტების მაგალითებია პოლიმერაზები, ნუკლეაზები, ლიგაზები, ჰელიკაზები, ტოპოიზომერაზები.

Nucleosome 2.jpg

სტრუქტურული ცილები[რედაქტირება]

უჯრედის ქრომოსომის დნმ ძალზედ გრძელი მოლეკულაა. ეს გრძელი ძაფი ბირთვში მოწესრიგებული კომპაქტური სტრუქტურის, ქრომატინის სახით არის განთავსებული. ეუკარიოტებში ქრომატინი წარმოქმნილია დნმ-ის ურთიერთქმედებით საგანგებო სტრუქტურულ ცილებთან, ჰისტონებთან. ჰისტონები თავისებური კოჭებია, რომელზეც დნმ-ის ორმაგი სპირალი ეხვევა. თითოეულ ჰისტონის გარშემო დნმ-ის სპირალი ორ სრულ ხვეულას აკეთებს. ამ სტრუქტურას ნუკლეოსომა ეწოდება. დნმ ჰისტონზე მის შაქარ-ფოსფატის „ხერხემალსა“ და ცილას შორის წარმოქმნილი იონური ბმებით არის დამაგრებული. ბმის ძალა დამოკიდებულია ჰისტონში შემავალი ამინომჟავების ნაშთების მდგომარეობაზე. მათი მეთილირებით, ფოსფორილირებით და აცეტილირებით ბმის ძალა კლებულობს ან მატულობს და შესაბამისად დნმ-ის სპირალი მეტად ან ნაკლებად მისაწვდომი ხდება ფერმენტებისათვის.

ისტორია[რედაქტირება]

ფრანცის კრიკი

დნმ 1869 წელს შვეიცარიელმა ექიმმა, ფრიდრიხ მიშერმა აღმოაჩინა. მან არც კი იცოდა , ამ აღმოჩენით რა გადატრიალებას ჩაუყარა საფუძველი ბიოლოგიაში . მიშერი სრულიადაც არ ეძებდა მემკვიდრეულ ნივთიერებას , იგი ჰისტოქიმიით იყო გატაცებული . ფ.მიშერი ღრმად იყო დარჭმუნებული , რომ ქსოვილების განსხვავებულ აგებულებასა და ფუნქციებს მათი განსხვავებული ქიმიური შედგენილობა განაპირობებდა . მას განსაკუთრებით ბირთვის კვლევა აინტერესებდა ,რადგან მიუხედავას იმისა , რომ ბირთვი 1831 წელს აღმოაჩინს , მიდი ქიმიური ბუნების შესახებ არაფერი იყო ცნობილი .საკვლევ მასალად მიშერმა ჩირქი აიღო რადგანაც ჩირქში არდებული ლეიკოციტები მშვენიერ საკვლევ ობიექტს წარმოადგენდა ,უჯრედების მარტივი აგებულების გამო . გარდა ამისა ,საკვლევი მასალის მოპოვების თვალსაზრისით მას პრობლემა არ ჰქონდა -ქირურგიული კლინიკა მას ყოველდღე ამარაგებდა დოლბანდით ეომლითაც ოპერაციებიშ შემდეგ ავადმყოფებს ჭრილობებს უხვევდნენ . ბირთვებია გამოსაყოფად მიშერი ლეიკოციტებს ღორის კუჭის წვენით ამუშავებდა . კუჭის წვენის და მარილმჟავა პეპსინი ,ბირთვის გარდა ,პრაქტიკულად მთლიანად შლიდა ლეიკოციტის უჯრედს . ბირთვის შიგთავსის კვლევისას მან დაადგინა რომ ბირთვში არსებობს რაღაც ნივთიერება ,რომელიც არ ჰგავს მანამდე ცნობილ არც ერთ ნივთიერებას . ცილების მსგავსად ის დიდი რაოენობით შეიცავს აზოტს , მაგრამ მათგან განსხვავებით , არ შეიცავს აზოტს .ამას გარდა ეს ნივთიერება ,ცილებისგან განხსვავებით ,ძალიან მდიდარია ფოსფორით უცნობ ნივთიერებას მან ნუკლეინი უწოდა .

იხილეთ აგრეთვე[რედაქტირება]

ლიტერატურა[რედაქტირება]

  • Berry, Andrew; Watson, James D. (2003). DNA: the secret of life. New York: Alfred A. Knopf. ISBN 0-375-41546-7. 
  • Calladine, Chris R.; Drew, Horace R.; Luisi, Ben F. and Travers, Andrew A. (2003). Understanding DNA: the molecule & how it works. Amsterdam: Elsevier Academic Press. ISBN 0-12-155089-3. 
  • Dennis, Carina; Julie Clayton (2003). 50 years of DNA. Basingstoke: Palgrave Macmillan. ISBN 1-4039-1479-6. 
  • Judson, Horace F. 1979. The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology. Touchstone Books, ISBN 0-671-22540-5. 2nd edition: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1996 paperback: ISBN 0-87969-478-5.
  • Olby, Robert C. (1994). The path to the double helix: the discovery of DNA. New York: Dover Publications. ISBN 0-486-68117-3. , first published in October 1974 by MacMillan, with foreword by Francis Crick;the definitive DNA textbook,revised in 1994 with a 9 page postscript
  • Micklas, David. 2003. DNA Science: A First Course. Cold Spring Harbor Press: ISBN 978-0-87969-636-8

რესურსები ინტერნეტში[რედაქტირება]

Commons-logo.svg
ვიკისაწყობში? არის გვერდი თემაზე: