Ma `lumot

Bakteriyalar oqsil ishlab chiqarishi mumkinligini qanchalik darajada tushunish mumkin? (faqat kremniyda!)

Bakteriyalar oqsil ishlab chiqarishi mumkinligini qanchalik darajada tushunish mumkin? (faqat kremniyda!)


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.

Men dissertatsiyamning kichik topshirig'i haqidagi savolga javob berishim kerak: Bakteriyalar mumkin X oqsil hosil qiladi Y?

Men, albatta, Google va BLASTni qidirdim. Ushbu o'ziga xos bakteriyalar hech qachon ushbu oqsil ketma-ketligini ishlab chiqarganligini tasdiqlovchi ma'lumotlar yo'q.

Biroq, mening dissertatsiya rahbarim chuqurroq borishimni xohlaydi[1], lekin buni qanday qilishni bilmayman silika ichida to'g'ri javob berish uchun.

Men qo'l ostidagi ma'lumotlar bilan nima qilishni o'ylayapman, bu BLAST ( BLAST ) da keltirilgan proteinning barcha versiyalari bilan localhostda ma'lumotlar bazasini yaratishdir.Men ruby ​​dan foydalanmoqdaman, bu ma'lumotlarni FASTA formatida qanday olishim mumkinligini hali bilmayman, lekin men buni aniqlayman) va BLAST ro'yxatidagi bakteriyalarning barcha shtammlarini o'rganing va loyqa qatorni moslashtiring.

Bu shafqatsiz majburlash kabi. Mumkin bo'lgan ballga ega bo'lganimdan so'ng, men ularning barchasidan eng yaqin ballni olishim mumkin, uni biroz o'rganib chiqib, javobimni yuboraman.

To'g'ri, hech bo'lmaganda qisman jilolangan javobni yuborish uchun bu muammoga hujum qilishning boshqa usuli bormi?

QAYD: Menda hech qanday laboratoriyaga kirish imkonim yo'q tajriba silika ichida bajarilishi kerak.

[1] Rahbarim, agar bu bakteriyaga bu protein kerak bo'lsa, u mutatsiyaga uchramasdan, o'z xohishiga ko'ra uni ishlab chiqara oladi, deb hisoblaydi. Va uning fidoyilik darajasi va molekulyar biologiyaga oid bilimlari qo'rqinchli bo'lgani uchun, uning noto'g'ri ekanligiga ishonish qiyin.


Sizning muammoingiz nihoyat Blast ma'lumotlar bazalarida ketma-ketlikni qidirishga tushadi. Portlashni amalga oshirish, ehtimol sizning bakteriyalaringizda o'ziga xos protein bor yoki yo'qligini aniqlashning eng yaxshi usuli bo'lib tuyuladi. Agar siz uni eng yaqin turlardan Blast yordamida topa olmasangiz, PSI-BLAST-ni ishga tushirib ko'ring, bu sizga uzoq homologlarni qaytaradi, bu orqali proteiningiz boshqa bakterial turlarda ifodalanganligini ko'rishingiz mumkin.


Ichak mikrobiotasi

Ichak mikrobiota, ichak flora, yoki mikrobioma - bu odamlarning [1] va boshqa hayvonlarning, shu jumladan hasharotlarning ovqat hazm qilish traktida yashovchi bakteriyalar, arxeya va zamburug'larni o'z ichiga olgan mikroorganizmlar. Oshqozon-ichak metagenomi ichak mikrobiotasining barcha genomlarining yig'indisidir. [2] [3] Ichak inson mikrobiotasining asosiy joylashuvidir. [4]


Abstrakt

Sintetik biologiya - bu biologiyaning tadqiqot xarakterini muhandislikning konstruktiv tabiati bilan birlashtirgan tadqiqot sohasi. Sintetik biologiyadagi sa'y-harakatlar asosan genetik qurilmalar va ushbu qurilmalardan tuzilgan kichik modullarni yaratish va takomillashtirishga qaratilgan. Ammo hujayralarni haqiqiy "dasturlashtiriladigan" ob'ektlar sifatida ko'rish uchun endi qurilmalar va modullarni murakkab, moslashtiriladigan kattaroq tizimlarga yig'ish bo'yicha samarali strategiyalarni ishlab chiqish zarur. Bunday tizimlarni yaratish qobiliyati bioremediatsiya, barqaror energiya ishlab chiqarish va biomedikal terapiya kabi keng ko'lamli ilovalarga innovatsion yondashuvlarga olib keladi.


Sintetik biologiya va 'o'rgimchak-echkilar'

F reckles mutlaqo oddiy bolaga o'xshaydi. Uning ko'zlari yorqin, oq po'stlog'i va Puding, Sweetie va boshqa besh ukalari bilan baxtli gambolalar bor, xuddi yosh echkilar kabi. Men uni daf qilmagunimcha, u mening shimimni chaynashni juda xohlaydi. Tasodifiy kuzatuvchi va echkilar uchun u ferma hovlisining mutlaqo oddiy echkisi emasligini ko'rsatmaydi.

Ammo sepkillar odatdagidan ancha uzoqdir. U g'ayrioddiy ijod, 21-asrgacha tarixning biron bir nuqtasida mavjud bo'lmagan hayvondir. U echki, lekin uning har bir hujayrasida qo'shimcha narsa bor: sepkillar ham o'rgimchakning bir qismidir.

Endi biz genetika bilan shunday qila olamiz: ekstremal chatishtirish. Agar 20-asr biologiyasi tirik mavjudotlarni qanday ishlashini aniqlash uchun ularni ajratish bilan bog'liq bo'lsa, hozirgi davr ularni qayta birlashtirish bilan belgilanadi, lekin evolyutsiya qarori bilan emas va, albatta, juftlashishning noqulay cheklovlarisiz. Sekillar genetik muhandislik natijasidir. Ammo bizning DNKni manipulyatsiya qilish bo'yicha mahoratimiz kengroq ma'noda "sintetik biologiya" deb ataladigan tinkerlikning yanada ekstremal shakliga aylandi. Men 10 yil oldin genetika bo'yicha doktorlik dissertatsiyasini tugatganimdan beri ushbu rivojlanayotgan sohani kuzatib kelmoqdaman, lekin so'nggi yilda BBCning ilm-fan yo'nalishi bo'yicha boshlovchi sifatida jadal ravishda, Ufq.

Freckles - bu Yuta shtati universiteti genetika professori Rendi Lyuisning ijodidir. Fermer xo'jaligi universitet posti bo'lib, ular zamonaviy dehqonchilik texnikasini o'rganadilar, chorvachilikni o'rgatadilar va muqarrar ravishda "o'rgimchak echkilari" deb ataladigan narsalarni boqadilar. Rendi, Yuta shtatining Logan shahridagi boshqa ko'plab olimlar singari, uning qonida dehqonchilik bor. Demak, echki, o'rgimchakning bir qismi ilmiy fantastikadan tug'ilgan g'oya kabi ko'rinishi mumkin, ammo Rendiga kelsak, bu ilg'or dehqonchilik: biz xohlagan narsalarni ishlab chiqarish uchun hayvonlarni ko'paytirish.

"Bizni dragline ipak qiziqtiradi - o'rgimchaklar yiqilib tushganda o'zlarini ushlaydigan ipak", dedi u menga o'zining o'rta g'arbiy qismida. "U Kevlardan kuchliroq. U haqiqatan ham har qanday tola uchun ajoyib xususiyatlarga ega."

Qaysidir ma'noda, o'rgimchak echkilari biz 10 000 yildan beri olib borgan dehqonchilikning davomidir. Barcha chorva mollari va ekinlar ehtiyotkorlik bilan o'stirilgan, har bir xoch o'ziga xos genetik tajribadir. "Muammo shundaki, siz o'rgimchaklarni yetishtira olmaysiz", deydi Rendi deyarli kulgili o'lik yuz bilan. "Ular juda kannibalistik". U va uning jamoasi orb o'rgimchakdan dragline ipaklarini kodlaydigan genni oldi va uni elinlarda sut ishlab chiqarishga turtki beruvchi DNKga joylashtirdi. Keyinchalik bu genetik sxema tuxumga kiritildi va ona echkiga joylashtirildi. Endi, Freckles laktatsiya qilganda, uning suti o'rgimchak ipak oqsiliga to'la.

Biz sepkillarni birga sog'ib, faqat ipak oqsillarini qoldirish uchun laboratoriyada qayta ishlaymiz. Shisha tayoq bilan biz juda aniq o'rgimchak ipak bo'lgan bitta tolani nozik tarzda ko'taramiz va uni g'altakga bog'laymiz. U hayratlanarli va kerakli xususiyatlarga ega, shuning uchun Rendining g'alati tuyulgan tadqiqoti juda kuchli moliyalashtiriladi. "Tibbiyot sohasida biz ligamentlarni tuzatishda foydalanish uchun etarlicha yaxshi bo'lgan o'rgimchak ipaklarini ishlab chiqarishimiz mumkinligini bilamiz", dedi u menga. "Biz uni elastik sifatida etarlicha mustahkam qilishimiz mumkinligini allaqachon bilamiz. Biz ba'zi tadqiqotlar o'tkazdikki, siz uni tanaga kiritishingiz mumkin va siz yallig'lanish va kasal bo'lmaysiz. Umid qilamizki, bir necha yil ichida biz Biz undan yasashimiz mumkin bo'lgan eng yaxshi dizaynlar va eng yaxshi materiallarni ko'rish uchun sinovdan o'tkazamiz."

Qadim zamonlarda yashagan barcha mavjudotlar uchun ko'rsatmalar (biz bilganimizcha) tirik hujayralar qalbida yashiringan DNK kodida yozilgan. Erdagi hayotning hayratlanarli xilma-xilligini hisobga olsak, bu tizim nihoyatda konservativdir. Butun hayot faqat to'rtta harfdan iborat alifboga asoslanadi, ular to'g'ri tartibda joylashtirilganda, oqsillarni ifodalaydi. Va butun hayot oqsillardan yoki oqsillardan iborat. Bu shuni anglatadiki, o'rgimchakda ipak tayyorlash uchun kod echki sutini tayyorlash uchun kod bilan bir xil tilda yozilgan.

Genetik muhandislik paydo bo'lganidan beri biz ushbu kodning universalligidan foydalana oldik va har qanday turdan DNK bitlarini kesib, boshqasiga joylashtirishga muvaffaq bo'ldik. Barcha saraton va irsiy kasalliklarning genetik asosini aniqlash ushbu texnologiyadan kelib chiqdi: inson yoki sichqon genlari bakteriyalarga birlashtirilgan, shuning uchun biz o'sha shikastlangan kod qismlarini o'rganishimiz va tajriba o'tkazishimiz mumkin. Endi ushbu tahrirlash texnologiyasi DNK kodining barcha bitlari barcha turlar o'rtasida samarali almashinadigan darajada rivojlandi. Darhaqiqat, Freckles va boshqa o'rgimchak echkilari hatto eng yuqori nuqtada ham emas. Sintetik biologiyaning erkin aniqlangan sohasi genetik tinkerlikning yanada ekstremal shakllarini o'z ichiga oldi.

Hozirgacha eng yorqin sarlavhalar amerikalik biolog Kreyg Venter 2010 yilda dunyodagi birinchi sintetik hayot shaklini yaratganini e'lon qilganida paydo bo'ldi. Synthia, aka Mikoplazma mikoidlari JCVI-syn 1.0, mavjud bakteriyadan ko'chirilgan va o'zgartirilgan genetik kodi ota-onasi tomonidan emas, balki kompyuter tomonidan yig'ilgan hujayra edi. Ushbu kod, shu jumladan adabiy iqtiboslar va veb-sayt manzillari, keyin boshqa shunga o'xshash hujayraning ichi bo'linib ketgan shassisiga tiqilib qoldi va hamma narsa ishga tushirildi. U yashagan va ilgari yashamagan.

Ammo u "hayot yaratgan" deyish - PR ustasi, shuningdek, mohir olim Venterni qo'zg'atishga ruxsat bergan va matbuotni hayajonga solgan. U hayotni qayta ishga tushirdi, deyish aniqroq, uning maqsadi yangi genetik funktsiyalarni qurish mumkin bo'lgan jonli shablonni yaratish edi. Shunga qaramay, bu hayratlanarli texnik yutuq bo'lib qolmoqda, bu bizning DNK ustidan hukmronligimizni ko'rsatib turibdi, biz nafaqat bir yoki ikkita genni o'zgartirishimiz, balki tirik mavjudotni quvvatlantirish uchun etarli miqdorda ishlab chiqarishimiz mumkin.

Sintetik biologiya bilan shug'ullanadigan olimlar ko'pincha o'zlari qilayotgan ishlariga noto'g'ri, reduksionistik nuqtai nazarga ega. Massachusets Texnologiya Instituti professori Ron Vayss bu sohaning asoschisi, kompyuterlarni kodlashda hayot kodlari bilan shug'ullana boshlagan puristdir. "Men hisoblashda tushunganimizni olishga va uni dasturlash biologiyasiga qo'llashga qaror qildim. Men uchun bu sintetik biologiyaning mohiyatidir."

Bu glib tuyulishi mumkin. Hayot shakllari har bir darajada murakkabdir. Agar biz o'z genetik kodimizni o'qish uchun sarflangan milliardlab mablag'lardan aniq bir narsa o'rgangan bo'lsak, bu biologiyaning chalkashligidir. Olimlar ko'pincha tirik organizmlarni tashkil etuvchi molekulalardagi hayratlanarli "shovqin" va aql bovar qilmaydigan murakkabliklar orasida oldindan aytib bo'lmaydigan o'zgarishlar bilan gangib qolishadi. Vayss va uning BioBricks jamg'armasidagi o'rtoqlari biologiyadagi barcha shovqinlarni yo'q qilishni va uni organizmlarni mashinalar kabi davolash mumkin bo'lgan sof muhandislikka aylantirishni xohlashadi va ularning ichki ishi komponentlardir.

Genlar millionlab yillar davomida o'ziga xos funktsiyalarga ega bo'lgan holda o'z uy egalariga omon qolish uchun rivojlangan. Ushbu genetik elementlarni onlayn reestrda standartlashtirish orqali har kim ularni istalgan tartibda birlashtirib, to'liq mo'ljallangan maqsadli biologik davrlarni yaratishi mumkin. Hatto ishlatiladigan til ham an'anaviy biologiyadan ko'ra ko'proq elektrotexnikaga tegishli.

“Tasavvur qiling-a, dastur, DNK bo‘lagi hujayra ichiga kirib, “Agar saraton bo‘lsa, saraton xujayrasini o‘ldiradigan oqsil hosil qiling, agar yo‘q bo‘lsa, keting”. Bu biz hozirda tirik hujayralarda yozib, amalga oshirish va sinab ko'rishimiz mumkin bo'lgan dasturning bir turi." Ron Vayss ta'riflayotgan narsa, uning jamoasi o'tgan kuzda chop etilgan tadqiqot bo'lib, BioBricks qismlari bilan birlashtirilgan kompyuter sxemalari mantig'idan foydalanib, ular saraton qotil hujayrasini qurganliklarini ko'rsatadi. Genetik zanjirning mantig'i dastlab beshta mezondan foydalangan holda saraton hujayrasini sog'lom hujayradan ajratib turadi. Keyinchalik, agar u ushbu shartlarni qondirsa, o'simta hujayrasini yo'q qiladi. Ushbu mergan nishoni kimyoterapiyaning qo'pol yondashuviga qarama-qarshi bo'lib, o'simtani ham, sog'lom hujayralarni ham ehtiyotsizlik bilan yo'q qilishi mumkin.

So'nggi bir necha yil ichida BioBricks global hodisaga aylandi. Standart biologik qismlar reestri hozirda minglab DNK bitlarini o'z ichiga oladi, ularning barchasi erkin mavjud va fanning bu demokratlashuvi BioBricks axloqiga kiritilgan. Har yili bakalavriat talabalari xalqaro tanlovda muammoni o'ylab topish va uning yechimini loyihalash va qurish uchun faqat reestrda mavjud bo'lgan qismlardan foydalangan holda raqobatlashadilar. 2011 yilgi Yevropa chempionlari, London Imperial kolleji, tuproq eroziyasini oldini olish va erni cho'lga aylantirish tizimini ishlab chiqdi. Bu jamoalar ichida remiks madaniyati bor, bu jiddiy o'yin (bosh mukofot kumush Lego g'ishtidir) va ular turli xil kelib chiqishi - matematika, muhandislik va hatto astrofizikadan - men DNK bo'yicha tadqiqotlarimni o'tkazgan tor fanlar bilan cheklanmagan.

Ushbu zamonaviy texnologiyaga kirishning qulayligi hayratlanarli. O'tgan yozda, Kaliforniyaning Sanniveyl shaharchasida men o'zini "bio-xakerlar" deb ataydigan, BioCurious laqabli sintetik biologiya bilan shug'ullanuvchilar yig'inida bo'ldim. U yerda o‘rta maktab o‘quvchilari biologiyani chuqur dengiz meduzalaridan olingan lyuminestsent oqsillarni zulmatda porlashi uchun bakteriyalarga kiritish orqali o‘rganishdi. 2009 yilda uchta olim ushbu ish uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi. Bu allaqachon bolalar o'yini.

Har qanday buyuk inqiloblarda bo'lgani kabi, eshiklar ochilgandan keyin ham qotillik qilishga tayyor bo'lganlar bor. BioBricksning ochiq manbali, ochiq kirish utopiyasidan o'lchovning boshqa uchida sintetik biologiya bo'yicha tijorat korxonalari paydo bo'lmoqda. Texnologiya yangi bo'lishi mumkin, ammo maydonlar emas. Sintetik biologiya bor-yo'g'i bir necha yil bo'lganligi sababli, tijoratlashtirilgan sintetik biologiyaning eng qizg'in sohalari yoqilg'i va dori ishlab chiqarishdir. Kaliforniyaning LS9 va Amyris kabi biotexnologik kompaniyalari dizel ishlab chiqaradigan sintetik organizmlarni ishlab chiqish uchun millionlab dollar sarflashdi. Emerivildagi futuristik laboratoriyalarida Amyris pivo xamirturushini o'zgartirdi, shunda alkogol ishlab chiqarish uchun shakarni fermentatsiya qilish o'rniga, dizel yoqilg'isi har bir hujayradan chiqib ketadi. Ushbu sintetik biodizel allaqachon Braziliyada yuk mashinalarini quvvatlantirish uchun ishlatiladi. Amyrisning maqsadi tajriba zavodlaridan sanoat miqyosidagi ishlab chiqarishga o'tishdir. Men bosh ilmiy xodim Jek Nyumandan bioyoqilg'i tabiiy moy o'rnini bosadimi, deb so'raganimda, u shubhali tarzda hayajonlanadi: "Men bir milliard litrdan hayajonlanaman".

Bitta muhim qo'rquv fanga kamroq aloqasi bor va ko'proq iqtisodiy kuch muvozanatining o'zgarishi bilan bog'liq. Texnologiya kuzatuvchilari va Yerning Do'stlari va ETC Group kabi kampaniya guruhlari dastlab sintetik biologiyani to'liq taqiqlashga chaqirishdi, garchi uning aniq ta'rifi yo'q edi. ETC ushbu jarayonlarni sanoatlashtirishga, xususan, sintetik biodizel organizmlari oziq-ovqatga muhtojligiga e'tibor qaratish uchun o'z pozitsiyasini o'zgartirdi.

ETCda ishlaydigan Jim Tomas yoqilg'i ishlab chiqarish nazorati shunchaki bir korporativ gigant to'plamidan boshqasiga o'tayotganini ishtiyoq bilan his qiladi. "Yirik kompaniyalar shakarqamish etishtirish uchun er uchastkalarini sotib olishmoqda va keyin uni yoqilg'i qilish uchun sintetik mikroblarga boqishmoqda", dedi u menga. "Ayni paytda sintetik organizmlar atrof-muhitda bo'lmasligi kerak, ular sanoatda bo'lmasligi kerak. Bu mas'uliyatsiz va noo'rin."

Biologiya madaniyati tez o'zgarib bormoqda va olimlar va jamoatchilik buni kuzatib borishlari kerak. Sintetik biologiya yangi sanoat inqilobini yaratish imkoniyatiga ega. Bu, ehtimol, 21-asrni belgilovchi texnologiya va hozir sodir bo'lmoqda. Axborotli ommaviy nutqsiz, bu misli ko'rilmagan va ba'zan bezovta qiluvchi texnologiyadan qo'rqish, dunyoni o'zgartiruvchi va'daga to'sqinlik qilishi mumkin.

Buyuk fizik Nils Bor aytganidek, "Bashorat qilish juda qiyin, ayniqsa kelajak haqida". Ammo ilmiy fantastika hech qachon sintetik biologiyaning paydo bo'lishi bilan kelgan dunyoqarashga yaqinlasha olmadi. Sizning yirtilgan ligamentlaringiz echkilar tomonidan ishlab chiqarilgan o'rgimchak ipaklari bilan almashtirilgan dunyoni tasavvur qilish oson, bu erda dori faqat kasallikni keltirib chiqaradigan hujayralarni qidiradigan va yo'q qiladigan jonli dasturlashtiriladigan mashinalar tomonidan xizmat qiladi va siz qayerda bo'lasiz? pivo xamirturushidan o'stirilgan dizel yoqilg'isi bilan ishlaydigan mashina. Kelajakga xush kelibsiz.


Vaktsina ishlab chiqarish haqidagi afsonalar

So'nggi bir necha kun ichida, nima uchun ko'proq dori kompaniyalari vaktsina ishlab chiqarish uchun ro'yxatga olinmaganligi haqidagi savol tug'ildi. Bu asosan ushbu tvit tufayli:

Muammo shundaki, men ko'rib turganimdek, bu noto'g'ri. Ushbu mRNK vaktsinalarini ishlab chiqarishga tayyor bo'lgan “o'nlab boshqa farmatsevtika kompaniyalari” yo'q. Men uchun bu vaktsinalar nima ekanligi va ular qanday ishlab chiqarilganligi haqida bilim etishmasligidan dalolat beradi. Men farmatsevtika ishlab chiqaruvchisi bo'lmasam ham, men umuman farmatsevtika tadqiqotchisiman. Shuning uchun men bu bo'shliqni to'ldirishdan xursand bo'lardim va nima uchun birdaniga o'nlab kompaniyalarni Pfizer/BioNTech va Moderna vaktsinalarini yo'q qilish uchun ishga tushirish mumkin emas.

Tushunish kerak bo'lgan birinchi narsa, bu, albatta, an'anaviy vaktsinalar emas. ’s nima uchun ular juda tez keldi. Vaktsina texnologiyasi sifatida mRNK taxminan yigirma-yigirma besh yil davomida ishlamoqda, men ko'rib turganimdek, va (aytib o'tishdan charchamayman) biz juda baxtiyormizki, u (va yaqinda) bir nechta texnologiyalarni ishlab chiqdi. ushbu pandemiya boshlanishidan oldin uning eng muhim muammolari haqida. Besh yil oldin biz bir yil ichida ketma-ketlikdan emlashga o'tolmasdik. Men shuni nazarda tutyapmanki, “biz” “biz biofarma sanoati” va “biz inson zoti”.

Shu nuqtada, menga qisqacha, shuningdek, atrofida aylanib yurgan unchalik asosli bo'lmagan xulosani ham yo'q qilishga ijozat bering. Men bir qancha odamlarning “Fevral oyida bizda emlash bor edi! FDA tufayli uni joriy qilish uchun faqat yil oxirigacha vaqt kerak bo'ldi!” Bu g'oya haqida men aytmoqchi bo'lgan asosiy narsa shundaki, vaktsinalar ustida ishlaydigan hech kimning bunga vaqti yo'q. bayonot. Vaktsina bo'yicha barcha g'oyalar ishlamaydi 𔂿, biz buni hozirgi koronavirus bilan allaqachon ko'rib turibmiz va agar siz bu haqda ba'zi odamlar bilan gaplashmoqchi bo'lsangiz, GlaxoSmithKline va Sanofi-ga qo'ng'iroq qilib, ularning boshlang'ich taqdiri nima bo'lganini so'rashingizni maslahat beraman. nomzod, va siz’re bu bor ekan, Merck qo'ng'iroq va ularning ikki bilan nima bo'lganini so'rang. E'tibor bering, men hozirgina sayyoradagi eng yirik, eng tajribali uchta dori-darmon kompaniyalarining nomini aytdim, ularning barchasi qisqa bo'lib chiqdi. Demak, biz fevral oyida “vaksinaga ega emasmiz”.

O'sha paytda bizda yo'q bo'lgan boshqa sabablardan biri - bu narsalarni qanday qilishni aniqlashning butun muammosi va bu bizni bugungi muhokamaga qaytaradi. Moderna va Pfizer/BioNTech vaktsinalari qanday qilinadi? Va “o'nlab boshqa farmatsevtika kompaniyalari ham shunday qilishiga nima to'sqinlik qilmoqda”? Keling, ushbu tafsilotlarga kirib, yana qisqacha to'xtab, yuqorida Jeyms Xemblindan “o'nlab” farmatsevtika kompaniyalarini nomlashni boshlashni so'rashni tasavvur qilaylik. Kimda qancha ismlar chayqalib ketishi haqida yaxshi ma'lumotga egami?

OK, ’s haqiqiy ta'minot zanjirlar qaraylik. Men bu haqda ko'rgan eng ma'lumotli asar Jonas Noybertdan olingan & #8211Men buni avvalroq tavsiya qilganman va buni yana tavsiya qilish vaqti keldi. Men ushbu batafsil maqolani ham aytib o'tishim kerak Washington Post, Pfizer/BioNTech vaktsinasiga e'tibor qaratilgan va bu KHN-da umuman ishlab chiqarishdagi qiyinchiliklar haqida. Shuningdek, siz vaktsina ishlab chiqarish haqida gap ketganda nima haqida gapirayotganini biladigan Rajeev Venkayyaning Twitter-dagi sahifasini ham o'qishingiz kerak. Bularning barchasi men bugungacha erisha olmaydigan tafsilotlarni qamrab oladi!

Bu mening tabiatimga xos emas, chunki men o'zim giyohvand moddalarni o'rganishning dastlabki bosqichidaman, lekin men har xil komponentlar ortidagi barcha R&D savollarini butunlay chetlab o'taman va buni osmondan tushgan ishlab chiqarish jarayoni sifatida ko'rib chiqaman. uning yakuniy shaklida. Ko'p miqdordagi fon va tafsilotlarni soddalashtirilgan bosqichlarga to'ldirish uchun bizda:

OK, siz hozir mRNK koronavirus vaktsinalarini ishlab chiqardingiz va ularni dunyoga jo'natdingiz, shuning uchun orqaga o'tiring va sovuqni oching. Biroq, ba'zi muhim qiyinchiliklarsiz bu bosqichga erisha olmaysiz. Keling, ularni bosqichma-bosqich ko'rib chiqaylik. Birinchi bosqichda DNK ishlab chiqarish unchalik yomon emas. Noybert maqolasida aytilishicha, Pfizer buni Sent-Luisda o'zi qiladi va Moderna buni Shveytsariyaning yirik va qobiliyatli Lonza firmasiga topshiradi (yangilash: Lonza ishining yaxshi qismi Portsmutda, NHda amalga oshirilmoqda). Sanoat miqyosida DNK plazmidini ishlab chiqarish juda yaxshi ishlab chiqilgan (va shuni yodda tutingki, “sanoat miqyosi” DNK uchun “bir necha grammni bildiradi”. Bu sizning garajingizda qila oladigan narsa emas – Ushbu jarayonning har bir bosqichida siz yaratayotganingizga ishonch hosil qilish uchun juda ko'p tozalash va sifat nazorati mavjud. aynan siz nima qilyapsiz deb o'ylaysiz va u ko'rinadi aynan oxirgi marta qilganingiz kabi xususiyatlar doirasida. Lekin bu’s nima biofarma ishlab chiqarish xalq yaxshi, va buni qila oladigan odamlar ko'p. Ya'ni, ularning ko'pchiligi faqat vaktsinalar uchun ishlaydi, ammo agar bizga ushbu DNK ko'proq kerak bo'lsa, biz ko'proq ishlab chiqarishimiz mumkin edi.

Lekin biz buni qilmaymiz. Bu tezlikni cheklovchi qadam emas. Ikkinchi bosqich ham, mRNKga transkripsiya emas. Pfizer va BioNTech buni Andover, MA va Germaniyadagi BioNTech zavodlarida amalga oshiradi. Ularning Idar-Obershteyn shahrida ishlab chiqarishlari bor (1988 yil dam olish kunlarining birida, doktorlik ishim paytida sovuq yomg'ir ostida bo'lgan shaharga tashrif buyurganimni eslayman!) va o'tgan yilning kuzida ular Marburgda endigina ishlab chiqarish uchun rivojlanayotgan boshqa ob'ektni sotib olishdi. Moderna mRNK bosqichi ham Shveytsariyada Lonza tomonidan boshqariladi. Endi bu sanoat jarayoni sifatida unchalik keng tarqalgan emas, shubhasiz, chunki odamlar RNK turlarini o'zlari ishlab chiqarishni kengaytirishga loyiq bo'lgan haqiqiy dori moddalari sifatida qabul qilishgan. Agar boshqa birovdan menga qo'shimcha mRNK qoplarini tayyorlab berishini so'rasam, Alnilamga murojaat qilishim mumkin edi (uning Nortonda ishlab chiqarish korxonasi bor, lekin ular buni o'z dori-darmonlari uchun ishlatishadi!), lekin Bu jarayonning boshqa uchidan chiqadigan vaktsina flakonlari sonini ko'paytirmaydi. RNK ishlab chiqarish, albatta, birinchi bosqichga qaraganda tezlikni cheklashga yaqinroq bo'ladi, lekin bu kelayotgan haqiqiy to'siqlarga nisbatan hech narsa emas.

Endi uchinchi bosqichdagi lipidlar haqida. Buni DNK/RNK bosqichi kabi ketma-ketlikda bajarish shart emas, albatta, formula uchun zarur bo'lgan lipidlar butunlay boshqacha ishlab chiqarish jarayonidir. Noyber maqolasi sizga ko'rsatadiki, Pfizer va BioNTech o'zlarining barchasini Buyuk Britaniyaning Croda nomli kompaniyasidan olishmoqda, ishlab chiqarish Alabama shtatining Alabaster shahrida (Idar-Obershteyndan farqli o'laroq) menda borligiga aminman. emas tashrif buyurdi. Endi, bu vaktsinalarning har birida musbat zaryadlangan guruhlarga ega bo'lgan g'alati lipidlar kerak bo'lib, ular formulaning muhim qismidir. Bu, albatta, miqyosda qilish ahamiyatsiz emas, lekin ular hali ham nisbatan sodda tuzilishga ega bo'lgan kichik molekulalardir. Ishonchim komilki, bu narsalarning bochkalari zavodda talab yo'qligi uchun yig'ilmaydi, lekin ular ishlab chiqarishda ham cheklovchi reagent ekanligiga ishonmayman. Agar kerak bo'lsa, boshqa ishlab chiqaruvchilarni jarayonni tezlashtirishi mumkin edi.

Men beshinchi qadam va oltinchi qadamga o‘tmoqchiman. Bular, albatta, yaxshi klipda ishlaydi, lekin ular dori kompaniyasining (yoki har qanday ishlab chiqaruvchi kompaniyaning) an'anaviy funktsiyalari. To'g'ri, farmatsevtika flakonlarini to'ldirish va tugatish bu miqyosda sizni, aytaylik, orkinosni konservalashda qatnashadiganga qaraganda kamroq o'yinchilarga qisqartiradi. Ammo bu odamlar allaqachon ishtirok etishgan. Pfizer buni Kalamazoo va Belgiyaning Puurs shaharlarida amalga oshirmoqda va BioNTech buni Germaniya va Shveytsariyaning bir nechta joylarida, ham o'z korxonalarida va kamida ikkita shartnoma firmasi orqali amalga oshirmoqda. Ayni paytda Moderna buni AQSh va Evropadagi ba'zi yirik o'yinchilarga: Catalent, Rovi va Recipharmga topshiradi. Ishlab chiqarish biznesining bu qismidagi har bir kishi bir necha oy davomida Big Vaccine Push kelayotganini bilishadi va flakon ishlab chiqarishni yo'lga qo'yishadi, barcha mavjud ishlab chiqarish liniyalarini tezlashtiradilar va har qanday joyda har qanday odam bilan shartnomalar imzolaydilar. ilg'or emlash harakatlarining bir turi.

Oh, lekin endi biz to'rtinchi bosqichga qaytamiz. Noyber aytganidek, “Tsiqaga xush kelibsiz!” mRNK va lipidlar to'plami aralashmasini mustahkam mRNK inkapsulyatsiyasi bilan qattiq nanozarrachalarning aniq belgilangan aralashmasiga aylantirish, bu qiyin qism. Moderna bu qadamni uyda amalga oshirayotganga o'xshaydi, garchi tafsilotlar kam bo'lsa-da, va Pfizer/BioNTech buni Kalamazoo, MI va ehtimol Evropada amalga oshirayotganga o'xshaydi. Buni amalga oshirish uchun har bir kishi, albatta, qandaydir maxsus ishlab chiqarilgan mikrofluidika qurilmasidan foydalanishi kerak – – Bunday texnologiyasiz buni amalga oshirish mumkin bo'lishini bilsam juda hayron bo'lardim. Mikrofluidika (bir necha yillar davomida tadqiqotning issiq sohasi) juda kichik kanallar orqali suyuqlik oqimini o'z ichiga oladi, bu juda kichik miqyosda aniq aralashtirish va vaqtni aniqlash imkonini beradi. Suyuqliklar bu miqyosda siz ularni barabanlardan to'kib tashlaganingizdan yoki reaktorlarga pompalaganingizdan (biz ko'proq an'anaviy dori ishlab chiqarishda odatlanganmiz) farqli o'laroq o'zini tutadi. Bu butun g'oya. Bunday vaktsina mashinasi nimani o'z ichiga oladi, mening taxminimcha, mRNK va ularga kiradigan turli xil lipid komponentlarining bir xil darajada kichik va juda aniq boshqariladigan oqimlariga ega bo'lgan parallel ravishda ishlaydigan juda ko'p sonli juda kichik reaktsiya kameralari. Siz oqim tezligini, kontsentratsiyani, haroratni va yana nimani bilishini nazorat qilishingiz kerak bo'ladi va siz kanal o'lchamlari, aralashtirish kameralarining o'lchami va shakli ham muhim ekanligiga amin bo'lishingiz mumkin.

Bular maxsus mo'ljallangan buyurtma mashinalar bo'ladi va agar siz boshqa dori kompaniyalaridan ularda bittasi bormi yoki yo'qligini so'rasangiz, javob “Albatta, yo'q” bo'ladi. Bu an'anaviy dori ishlab chiqarish jarayoniga yaqin narsa emas. Va bu "o'nlab" boshqa kompaniyalarni chaqirib, ulardan mavjud ishlab chiqarishni mRNK vaktsinalarini ishlab chiqarishga o'tkazishni so'rashning eng katta sababidir. DNK shablonlarini kerakli miqyosda ishlab chiqaradigan o'nlab kompaniyalar mavjud emas. Etarlicha RNK ishlab chiqaradigan kompaniyalar o'nlab emas. Lekin eng muhimi, siz hisoblashingiz mumkinligiga ishonaman bir tomondan kritik lipid nanozarrachalarini yaratishi mumkin bo'lgan ob'ektlar soni. Bu siz ko'proq mashinalar qura olmaysiz degani emas, lekin men Pfizer, BioNTech, Moderna (va CureVac) ham bunday kengayish uchun ishlab chiqarish quvvatini katta darajada egallagan deb o'ylayman.

Va ’s unutmaylik: dori sanoati qolgan allaqachon safarbar. Sanofi, yirik vaktsina o'yinchilaridan biri (va mRNKga qiziqishi bor) allaqachon Pfizer va BioNTechga yordam berishlarini e'lon qilgan. Ammo vaqt jadvallariga qarang: bu yerda vaktsina ishlab chiqarishga qoʻshilishi mumkin boʻlgan eng yirik, eng yaxshi tayyorlangan kompaniyalardan biri va ular avgustgacha taʼsir koʻrsatmaydi. Sanofi qaysi bosqichlarda ishtirok etishi aniq emas, lekin shishani quyish va qadoqlash, albatta, ishtirok etadi (va LNP ishlab chiqarish haqida hech qanday ma'lumot yo'q). Novartis o'zining Shveytsariyadagi joylaridan birini yil o'rtalarida ishlab chiqarishni to'ldirish va tugatish uchun ishlatish bo'yicha shartnoma e'lon qildi. Bayer CureVac nomzodi bilan kurashmoqda.

Bu hammasi yaxshi yangilik, lekin bu butun postni boshlagan o'sha tvitdan ancha uzoqda. “vaktsinalar ishlab chiqarishga va “bu pandemiyani tugatishga” tayyor turgan o'nlab kompaniyalar yo'q. Bu siz allaqachon eshitgan bir necha yirik o'yinchilardir va ular ham o'tirib tomosha qilmaydilar. Aksincha da'vo qilish - bu fantaziya va biz faktlar bilan yaxshiroq ishlaymiz.


Hayot va hisoblash

Genlarning ifodalanishini tartibga soluvchi jarayonlarning, keyin genetik kodning kashf etilishi hayotni chiziqli belgilar qatori sifatida qaraladigan dasturning ifodasi natijasi sifatida tasvirlash mumkin degan fikrni tarqatdi. DNKdagi nukleotidlar (Liberman, 1979 Yockey, 1992). Bundan bir necha o'n yillar oldin taniqli maqolasida Tyuring butun sonlar bilan bog'liq barcha hisob-kitoblarni, shuningdek, mantiqning barcha operatsiyalarini oddiy mashina o'qish va belgilarning chiziqli ketma-ketligini ko'taruvchi lentani o'zgartirish orqali amalga oshirish mumkinligini taklif qilgan edi, Universal Tyuring. Mashina (Tyuring, 1936-1937). Genetik dastur kontseptsiyasi birinchi kompyuterlar Tyuring, fon Neyman va butun sonlar arifmetikasi va mantiq o'rtasidagi bog'liqlikni kashf etgan ko'plab nazariyotchilar va olimlar tomonidan bashorat qilinganidek ishlashi ko'rsatilgan vaqtda ishlab chiqilgan [Tyuring, 1946 ( 1986) fon Neumann, 1958].

Tyuring modelining eng muhim xususiyati belgilar qatori orasidagi jismoniy ajratish talabidir. ma'lumotlar/dastur va a mashina belgilar qatorini manipulyatsiya qilish (o'qish va yozish) imkonini beruvchi o'ziga xos xususiyatlarga ega. Genetik dastur DNK molekulasini tashkil etuvchi nukleotidlar qatori tomonidan amalga oshiriladi. Tyuring mashinalari nuqtai nazaridan, bu to'g'ridan-to'g'ri savolni tug'diradi: dasturni a deb hisoblay olamizmi? alohida hujayradagi borliq va agar shunday bo'lsa, qay darajada? Genetika injeneriyasining asosi DNK molekulalarini (haqiqiy yoki sun'iy ravishda tuzilgan) manipulyatsiyasi va begona hujayralardagi ifodasidir: bu kontseptsiyaning birinchi dalilidir. Genetik dasturning bo'laklari bir organizmdan boshqasiga ko'chirilishi mumkin: ko'plab bakteriyalar endi inson oqsillarini ishlab chiqaradi. Bundan tashqari, nafaqat mantiqiy vazifalarni bajaradigan hujayralarni qurish mumkin, balki bu eksperimental ravishda amalga oshirildi (Elowitz & Leibler, 2000 Buchler). va boshqalar., 2003). Biroq, bu tajribalar genetik dasturning faqat kichik bir qismidan foydalanadi: analogiyani butun genomga kengaytirish mumkinmi? DNKni genetik dasturning tashuvchisi sifatida aniqlagan tabiiy transformatsiya kashf etilgandan so'ng, bakterial jinsiylikning kashfiyoti bakterial dunyoda juda ko'p miqdordagi genlarning almashinuvi keng tarqalganligini ko'rsatdi (Xeyes, 1952). Keyinchalik, bakteriyalarning saqlanib qolgan genomlarida g'ayrioddiy emas, balki keng ko'lamli gorizontal gen almashinuvining kutilmagan tarzda aniqlanishi (Médigue). va boshqalar., 1991 Hilario & Gogarten, 1993 Lawrence & Roth, 1996 Baumler, 1997) dastur va mashina o'rtasidagi ajralish uchun qo'shimcha ma'lumot berdi, chunki tashqaridan keladigan ko'p sonli genlarni ifodalash va "tushunish" mumkinligi aniq edi. har qanday turdagi bakteriyalar tomonidan.

Ushbu kuzatishning katta ahamiyati va uning yangi ketma-ket genomlarda keng tarqalganligi (Moszer va boshqalar., 1999), ammo organizmni belgilaydigan dasturni bir butun sifatida ajratib olish va u faoliyat ko'rsatishi mumkin bo'lgan boshqa muhitga joylashtirish mumkinligiga yakuniy dalil keltirmadi. Yuqori eukaryotlarda Dolli qo'yining klonlanishi bu haqiqat bo'lishi mumkinligiga ishora qildi (Vilmut va boshqalar., 1997). Biroq, yadro yalang'och DNK emas va hayvonlarni klonlashda ma'lumotlarning aksariyati DNKdan boshqa narsa tomonidan olib borilganiga e'tiroz bildirish mumkin. Xromosoma tomonidan olib boriladigan genetik dastur mustaqil va hujayra qurilishini rag'batlantirish uchun etarli ekanligining isboti nihoyat butun genomning ma'lum bir turdan boshqasiga yaqinda transplantatsiyasi bilan ta'minlandi ( Lartigue va boshqalar., 2007). Ushbu kontseptual taraqqiyot hujayraning Turing mashinasi kabi o'xshashligini mukammallashtirdi, bu o'zini ko'paytirishi kerak bo'lgan hujayra apparati va takrorlanadigan ma'lumotlar/dastur o'rtasidagi to'liq ajralishni ko'rsatdi. Darhaqiqat, oxirgi ish bir organizmning genetik dasturini boshqa bir organizmga joylashtirish mumkinligini isbotladi. boshqacha turlari bo'lib, keyinchalik dastlabki qabul qiluvchi mashina organizmi o'rniga dastur tomonidan belgilangan organizm sifatida ko'payadi (1-rasm).

Turing mashinasi mashina va u ifodalagan dastur o'rtasidagi jismoniy ajratishni o'z ichiga oladi.

Shu nuqtai nazardan, molekulyar biologiyaning barcha jarayonlari ularni qurishda algoritmik ekanligi yanada diqqatga sazovordir. Odatda replikatsiya, transkripsiya va tarjima bir xil shaklga ega: "boshlash - asosiy harakat - tekshirish nuqtasi - takrorlash - tugatish", asosiy harakat polinukleotid yoki polipeptid zanjirining kengayishi. Tekshirish nuqtalari replikatsiya holatida o'rganilgan bo'lsa-da (Yarmolinskiy, 2000), bu boshqa jarayonlar uchun kamdan-kam hollarda amalga oshirilgan, garchi tarjimada muayyan kodonlar uchun muvofiqlashtiruvchi rolni taklif qiladigan ba'zi misollar mavjud, masalan, Thanaraj & Argos (1996). ). Bundan farqli o'laroq, standart tizim biologiyasi ikki xil tendentsiyaga amal qiladi. Birinchisi, oqsil yoki metabolik tarmoqlarni ifodalashga qaratilgan va modellar hujayra metabolizmining xatti-harakatlarini bashorat qilishini ko'rsatishga harakat qiladi (ko'pincha bu retrodiktsiyadir, ya'ni so'nggi misol uchun allaqachon ma'lum bo'lgan narsalarni topish uchun modellashtirishdan foydalanish, Narxga qarang). & Shmulevich, 2007). Ikkinchi tendentsiya gen ekspressiyasining mantiqiy tashkil etilishiga taqlid qilishga intiladigan tartibga soluvchi o'zaro ta'sirlarning mantiqiy tarmoqlarini tavsiflaydi (Elowitz & Leibler, 2000 Buchler). va boshqalar., 2003 D'Ari & Tomas, 2003 Alon, 2006). Demak, umuman olganda, tizimli biologiya o'z ishlanmalarini jarayonlarning algoritmik qurilishi doirasida belgilamaydi va natijada rekursivlikni hisobga olmaydi. Ma'lumot (hali) bu yangi intizomning markaziy toifasi emas (de Marco, 2008).

Tadqiqotchilarning ma'lumotni tabiatning haqiqiy toifasi deb hisoblashni istamasligi shuni ko'rsatadiki, hozirgi adabiyotni ko'rib chiqishda o'quvchi uchun hujayra o'zini kompyuter kabi tutishi mumkinligini qabul qilish hali ham qiyin bo'lishi mumkin. Darhaqiqat, evolyutsiya jarayonida hisoblashning roli qanday bo'ladi? Biz allaqachon savolga javobning ba'zi elementlarini keltirgan edik: Tyuring shuni ko'rsatdiki, u ko'rsatgan chiziqlar bo'yicha hisoblash jarayonining natijasi shundaki, uning mashinasi o'qish va yozish orqali har qanday mantiqiy yoki hisoblash operatsiyasini bajarishi mumkin. ma'lumotlar/dastur lentasi. Aksincha va biologiya bilan bog'lanish osonroq bo'lgan tarzda, mashina ma'lumotni manipulyatsiya qiladi va arifmetika to'liq bo'lmaganligi sababli [yuqoridagi kirish qismida ko'rsatilgandek (Hofstadter, 1979)] yaratmoq ma `lumot. Mashina shuning uchun mohiyatda oldindan aytib bo'lmaydigan (Tyuring, 1936-1937), lekin tasodifiy emas - aksincha, juda qiziqarli tarzda, chunki bashoratning etishmasligi determinizmning etishmasligidan emas, balki yangi ma'lumotlarga olib keladigan ijodiy harakat tufayli. Agar tasvir to'g'ri bo'lsa, u holda tirik organizmlar oldindan aytib bo'lmaydigan kelajakda omon qolishga imkon beradigan kutilmagan echimlarni ishlab chiqarish uchun ma'lumotni manipulyatsiya qilishga qodir bo'lgan moddiy tizimlar ekanligini ko'rsatadi (Danchin, 2003, 2008a).

Shunday qilib, tirik organizmlar molekulyar biologiyaning yuzaki muxoliflari "reduksionizm" (Lewontin, 1993) deb ataydigan keng tarqalgan analitik pozitsiya bilan bog'laydigan soat mexanizmidan cheksiz uzoqda. Bu erda shuni ta'kidlash kerakki, Tyuring mashinasida mashinaga nafaqat dasturni o'qish, balki unga yozishga ham ruxsat beriladi. Agar hujayraning Tyuring mashinasi sifatidagi taxmini to'g'ri bo'lsa, hujayraga yangi metabolik yo'llarni ixtiro qilishga imkon beruvchi munozarali "moslashuvchan mutatsiyalar" kabi ko'rinadigan paradokslar kutilmagan bo'lmasligi kerak (Keyrns). va boshqalar., 1988 Danchin, 1988b). Quyida biz ushbu fikrni batafsil muhokama qilamiz. Hozirgi vaqtda molekulyar biologiyaning vorisi, genomika va uning avatarlari tizim biologiyasi bilan bog'liq holda, axborot tushunchasini chuqurroq o'rganish zarur.

Va nihoyat, shuni ta'kidlashimiz kerakki, genetik dasturni Tyuring mashinasida haqiqiy dastur sifatida ko'rib chiqishda taqdim etilgan algoritmik yondashuv (Danchin, 2003) ikkita mutlaqo boshqa darajani aniqlaydi: dastur darajasi va mashina darajasi. Bu farq kontseptual jihatdan muhim bo'lib, replikatsiya va ko'payish o'rtasidagi keng tarqalgan chalkashlikdan qochish imkonini beradi (Danchin, 2008a). Biz bundan keyin ham rivojlantiradigan bu farqni Friman Dayson o'zining hayotning kelib chiqishi haqidagi qisqa kitobida yaqqol ko'rsatib o'tgan bo'lib, uni ataylab shunday deb nomlagan: Hayotning kelib chiqishi ko'plikda, replikatsiyaning kelib chiqishi va ko'payishning kelib chiqishi o'rtasidagi farqni ta'kidlash uchun, ikkinchisi asosan metabolik jarayonlardan iborat (Dyson, 1985). Replikatsiya, o'z-o'zidan, oqsil sintezi (Orgel, 1963) holatida Lesli Orgel tomonidan ta'kidlangan xato falokatiga olib keladi va ko'pincha irsiyat (Myuller, 1932) holatida Myullerning ratcheti sifatida tan olinadi, ko'payish esa asta-sekin chirishga mahkum emas (Dyson, 1985).


Bakteriyalar oqsil ishlab chiqarishi mumkinligini qanchalik darajada tushunish mumkin? (faqat kremniyda!) - Biologiya

Ko'pgina hujayralar quyidagi holatlardan biri yoki bir nechtasi tufayli nafas olishni amalga oshira olmaydi:

  1. Hujayrada hujayra nafasini amalga oshirish uchun har qanday mos, noorganik, yakuniy elektron qabul qiluvchi etarli miqdorda yo'q.
  2. Hujayrada elektron transport tizimida tegishli komplekslar va elektron tashuvchilarni yaratish uchun genlar yo'q.
  3. Hujayra Krebs siklida bir yoki bir nechta fermentlarni hosil qilish uchun genlarga ega emas.

Tegishli noorganik yakuniy elektron qabul qiluvchining etishmasligi atrof-muhitga bog'liq bo'lsa, qolgan ikkita shart genetik jihatdan aniqlanadi. Shunday qilib, ko'plab prokaryotlar, shu jumladan klinik jihatdan muhim jins vakillari Streptokokklar, hatto kislorod borligida ham doimiy ravishda nafas olish qobiliyatiga ega emas. Aksincha, ko'plab prokariotlar fakultativdir, ya'ni agar atrof-muhit sharoitlari nafas olish uchun tegishli noorganik yakuniy elektron qabul qiluvchini ta'minlash uchun o'zgarsa, buning uchun zarur bo'lgan barcha genlarni o'z ichiga olgan organizmlar glyukoza almashinuvi uchun hujayrali nafas olishga o'tadilar, chunki nafas olish ATP ni sezilarli darajada oshirishga imkon beradi. glyukoza molekulasi uchun ishlab chiqarish.

Agar nafas olish sodir bo'lmasa, NADH davom etishi uchun hujayraning har qanday ATP ishlab chiqarish uchun yagona mexanizmi bo'lgan glikoliz uchun elektron tashuvchi sifatida qayta foydalanish uchun NAD + ga qayta oksidlanishi kerak. Ba'zi tirik tizimlar organik molekuladan (odatda piruvat) elektron qabul qiluvchi sifatida foydalanadi. fermentatsiya. Fermentatsiya elektron tashish tizimini o'z ichiga olmaydi va to'g'ridan-to'g'ri substrat darajasidagi fosforlanish orqali glikoliz paytida hosil bo'lganidan tashqari hech qanday qo'shimcha ATP ishlab chiqarmaydi. Fermenterlar deb ataladigan fermentatsiyani amalga oshiruvchi organizmlar glikoliz jarayonida glyukoza uchun maksimal ikkita ATP molekulasini ishlab chiqaradi. 1-jadvalda aerob nafas olish, anaerob nafas olish va fermentatsiyada ATP sintezining yakuniy elektron qabul qiluvchilari va usullari solishtiriladi. E'tibor bering, glikoliz uchun ko'rsatilgan ATP molekulalarining soni Embden-Meyerhof-Parnas yo'li. tomonidan yaratilgan ATP molekulalari soni substrat darajasidagi fosforlanish (SLP) ga qarshi oksidlovchi fosforlanish (OP) ko'rsatilgan.

Mikrobial fermentatsiya jarayonlari odamlar tomonidan manipulyatsiya qilingan va turli xil oziq-ovqat va boshqa tijorat mahsulotlarini, jumladan, farmatsevtika mahsulotlarini ishlab chiqarishda keng qo'llaniladi. Mikrob fermentatsiyasi diagnostika maqsadida mikroblarni aniqlash uchun ham foydali bo'lishi mumkin.

Ayrim bakteriyalar, masalan, yogurt va boshqa nordon oziq-ovqat mahsulotlaridagi bakteriyalar va kislorod yetishmasligi paytida mushaklardagi hayvonlar tomonidan fermentatsiya qilinadi. sut kislotasi fermentatsiyasi. Sut kislotasi fermentatsiyasining kimyoviy reaktsiyasi quyidagicha:

Bir nechta gramm-musbat avlodlarning bakteriyalari, shu jumladan Laktobakteriyalar, Leykonostok, va Streptokokklar, umumiy nomi bilan tanilgan sut kislotasi bakteriyalari (LAB), va turli shtammlar oziq-ovqat ishlab chiqarishda muhim ahamiyatga ega. davomida yogurt va pishloq ishlab chiqarish, sut kislotasi fermentatsiyasi natijasida hosil bo'lgan yuqori kislotali muhit sut tarkibidagi oqsillarni denatüratsiya qiladi va uning qotib qolishiga olib keladi. Agar sut kislotasi yagona fermentatsiya mahsuloti bo'lsa, jarayon shunday deyiladi gomolaktik fermentatsiya uchun shunday holat Lactobacillus delbrueckii va S. termofillar yogurt ishlab chiqarishda ishlatiladi. Biroq, ko'plab bakteriyalar ishlaydi heterolaktik fermentatsiya, sut kislotasi, etanol va/yoki sirka kislotasi va CO aralashmasi hosil qiladi2 natijada, glikoliz uchun EMP yo'li o'rniga tarvaqaylab ketgan pentozafosfat yo'lidan foydalanishlari sababli. Muhim geterolaktik fermentatorlardan biri Leykonostok mezenteroidlar, bodring va karam kabi sabzavotlarni nordon qilish, mos ravishda tuzlangan va tuzlangan karam ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.

Sut kislotasi bakteriyalari tibbiyotda ham muhim ahamiyatga ega. Tanadagi past pH muhitini ishlab chiqarish bu sohalarda patogenlarning paydo bo'lishiga va o'sishiga to'sqinlik qiladi. Misol uchun, vaginal mikrobiota asosan sut kislotasi bakteriyalaridan iborat, ammo bu bakteriyalar kamayganda, xamirturush ko'payib, xamirturush infektsiyasini keltirib chiqarishi mumkin. Bundan tashqari, sut kislotasi bakteriyalari oshqozon-ichak traktining sog'lig'ini saqlashda muhim ahamiyatga ega va shuning uchun probiyotiklarning asosiy komponenti hisoblanadi.

Yana bir tanish fermentatsiya jarayoni spirtli fermentatsiya, etanol ishlab chiqaradi. Etanol fermentatsiyasi reaktsiyasi 1-rasmda ko'rsatilgan. Birinchi reaksiyada ferment piruvat dekarboksilaza piruvatdan karboksil guruhini ajratib, CO ni chiqaradi2 ikki uglerodli molekula atsetaldegidni ishlab chiqarishda gaz. Spirtli dehidrogenaza fermenti tomonidan katalizlangan ikkinchi reaksiya elektronni NADH dan atsetaldegidga oʻtkazib, etanol va NAD+ hosil qiladi. Piruvatning xamirturush bilan etanol fermentatsiyasi Saccharomyces cerevisiae alkogolli ichimliklar ishlab chiqarishda qo'llaniladi, shuningdek, CO tufayli non mahsulotlari ko'tariladi2 ishlab chiqarish. Oziq-ovqat sanoatidan tashqari, o'simlik mahsulotlarini etanol fermentatsiyasi muhim ahamiyatga ega bioyoqilg'i ishlab chiqarish.

Shakl 1. Spirtli fermentatsiyaning kimyoviy reaktsiyalari bu erda ko'rsatilgan. Spirtli ichimliklar va non ishlab chiqarishda etanol fermentatsiyasi muhim ahamiyatga ega.

Prokaryotlarda sut kislotasi va alkogolli fermentatsiyadan tashqari ko'plab boshqa fermentatsiya usullari ham mavjud bo'lib, ularning barchasi glikoliz uchun NAD + ning etarli darajada ta'minlanishini ta'minlash uchun (2-jadval). Ushbu yo'llarsiz glikoliz sodir bo'lmaydi va glyukoza parchalanishidan ATP olinmaydi. Shuni ta'kidlash kerakki, fermentatsiyaning ko'p shakllari bundan tashqari gomolaktik fermentatsiya gaz hosil qiladi, odatda CO2 va/yoki vodorod gazi. Ushbu turli xil fermentatsiya yo'llarining ko'pchiligi oziq-ovqat ishlab chiqarishda ham qo'llaniladi va ularning har biri turli xil organik kislotalarni ishlab chiqarishga olib keladi va ma'lum bir fermentlangan oziq-ovqat mahsulotining o'ziga xos lazzatiga hissa qo'shadi. davomida ishlab chiqarilgan propion kislotasi propion kislotasining fermentatsiyasi masalan, Shveytsariya pishloqining o'ziga xos ta'miga hissa qo'shadi.

Bir nechta fermentatsiya mahsulotlari oziq-ovqat sanoatidan tashqarida ham muhim ahamiyatga ega. Masalan, kimyoviy erituvchilar, masalan aseton va butanol davomida ishlab chiqariladi aseton-butanol-etanol fermentatsiyasi. Antibiotiklarda (masalan, penitsillin), vaktsinalar va vitaminlarda ishlatiladigan murakkab organik farmatsevtik birikmalar ishlab chiqariladi. aralash kislotali fermentatsiya. Fermentatsiya mahsulotlari laboratoriyada diagnostika maqsadida turli bakteriyalarni farqlash uchun ishlatiladi. Misol uchun, ichak bakteriyalari aralash kislotali fermentatsiyani amalga oshirish, pH indikatori yordamida aniqlanishi mumkin bo'lgan pH ni kamaytirish qobiliyati bilan mashhur. Xuddi shunday, butandiol fermentatsiyasi paytida asetoinning bakterial ishlab chiqarilishi ham aniqlanishi mumkin. Fermentatsiya natijasida gaz hosil bo'lishini bulon kulturasida hosil bo'lgan gazni ushlab turadigan teskari Durham naychasida ham ko'rish mumkin.

Mikroblarni fermentatsiya qila oladigan substratlarga qarab ham ajratish mumkin. Masalan, E. coli laktoza fermenti bilan gaz hosil qilishi mumkin, ba'zi yaqin gramm-manfiy qarindoshlari esa buni qila olmaydi. Shakar spirti sorbitolni fermentatsiya qilish qobiliyati O157: H7 patogen enterohemorragik shtammini aniqlash uchun ishlatiladi. E. coli chunki, boshqalardan farqli o'laroq E. coli shtammlar, u sorbitolni fermentatsiya qila olmaydi. Nihoyat, mannitol fermentatsiyasi mannitol fermentatsiyasini farqlaydi Staphylococcus aureus boshqa mannitol-fermentatsiya qilmaydigan stafilokokklardan.

Jadval 2. Umumiy fermentatsiya yo'llari
Yo'l Yakuniy mahsulotlar Mikroblarga misol Tijorat mahsulotlari
Aseton-butanol-etanol Aseton, butanol, etanol, CO2 Clostridium acetobutylicum Tijorat erituvchilar, benzin alternativi
Spirtli ichimliklar Etanol, CO2 Candida, saxaromitslar Pivo, non
Butandiol Chumoli va sut kislotasi etanol asetoin 2,3 butandiol CO2 vodorod gazi Klebsiella, Enterobacter Chardonnay vinosi
Butirik kislota Butir kislotasi, CO2, vodorod gazi Clostridium butyricum Yog '
Sut kislotasi Sut kislotasi Streptokokklar, laktobakteriyalar Tuzlangan karam, yogurt, pishloq
Aralashtirilgan kislota Sirka, formik, sut va süksin kislotalari etanol, CO2, vodorod gazi Escherichia, Shigella Sirka, kosmetika, farmatsevtika
Propion kislotasi Sirka kislotasi, propion kislotasi, CO2 Propionibacterium, Bifidobacterium Shveytsariya pishloqi

O'ylab ko'r

  • Metabolik jihatdan ko'p qirrali mikrob qachon hujayra nafasini emas, balki fermentatsiyani amalga oshiradi?

API sinov panellari yordamida bakteriyalarni aniqlash

Bemorlarga to'g'ri tashxis qo'yish va to'g'ri davolash uchun mikrobial izolatni aniqlash juda muhimdir. Olimlar bakteriyalarni biokimyoviy xususiyatlariga ko'ra aniqlaydigan usullarni ishlab chiqdilar. Odatda, ular fermentatsiya yoki boshqa metabolik reaktsiyalar uchun substrat sifatida o'ziga xos uglerod manbalaridan foydalanishni tekshiradilar yoki fermentatsiya mahsulotlarini yoki reaktsiyalarda mavjud bo'lgan o'ziga xos fermentlarni aniqlaydilar. Ilgari mikrobiologlar biokimyoviy testlarni o'tkazish uchun alohida probirkalar va plastinkalardan foydalanganlar. Biroq, olimlar, ayniqsa, klinik laboratoriyalarda ishlaydiganlar, endi tez-tez plastik, bir martalik, ko'p sinovli panellardan foydalanadilar, ularda bir nechta miniatyura reaktsiya naychalari mavjud, ularning har biri odatda ma'lum bir substrat va pH ko'rsatkichini o'z ichiga oladi. Sinov panelini ko'rib chiqilayotgan mikrobning kichik namunasi bilan emlash va inkubatsiyadan so'ng, olimlar natijalarni ma'lum mikroblar uchun o'ziga xos biokimyoviy reaktsiyalar uchun kutilgan natijalarni o'z ichiga olgan ma'lumotlar bazasi bilan solishtirishlari mumkin, bu esa mikrob namunasini tezda aniqlash imkonini beradi. Ushbu sinov panellari olimlarga bir vaqtning o'zida ko'proq sonli sinovlarni amalga oshirish orqali samaradorlik va takrorlanuvchanlikni oshirish bilan birga xarajatlarni kamaytirishga imkon berdi.

Ko'pgina tijorat, miniatyuralashtirilgan biokimyoviy test panellari bir qator klinik jihatdan muhim bakteriyalar va xamirturush guruhlarini qamrab oladi. Eng qadimgi va eng mashhur test panellaridan biri 1970-yillarda ixtiro qilingan Analitik Profil indeksi (API) panelidir. Muayyan shtammning ba'zi bir asosiy laboratoriya tavsifi, masalan, shtammning Gram morfologiyasini aniqlash amalga oshirilgandan so'ng, ushbu mikrob guruhidagi shtammlarni farqlash uchun 10 dan 20 gacha turli xil biokimyoviy testlarni o'z ichiga olgan tegishli test chizig'idan foydalanish mumkin. Hozirgi vaqtda har xil API chiziqlari aerob va anaerob bakteriyalarning 600 dan ortiq turlarini va 100 ga yaqin turli xil xamirturushlarni tez va oson aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Metabolik yakuniy mahsulotlar mavjud bo'lganda reaktsiyalarning ranglariga asoslanib, pH ko'rsatkichlari mavjudligi sababli, natijalardan metabolik profil yaratiladi (2-rasm). Keyin mikrobiologlar ma'lum mikrobni aniqlash uchun namuna profilini ma'lumotlar bazasi bilan solishtirishlari mumkin.

Shakl 2. API 20NE sinov chizig'i Enterobacteriaceae tashqarisidagi grammusbat bakteriyalarning o'ziga xos shtammlarini aniqlash uchun ishlatiladi. Mana Photobacterium damselae ssp uchun API 20NE sinov chizig‘i natijasi. piscicida.

Klinik fokus: Aleks, 2-qism

Ushbu misol Aleksning "Energetika moddasi va fermentlar" da boshlangan hikoyasini davom ettiradi.

Aleksning ko'pgina alomatlari gripp va pnevmoniya kabi bir nechta turli infektsiyalarga mos keladi. Biroq, uning sust reflekslari, yorug'likka sezgirligi va bo'yinining qotib qolishi markaziy asab tizimining ba'zi bir ishtiroki mumkinligini ko'rsatadi. meningit. Menenjit - miya va orqa miya atrofidagi miya omurilik suyuqligining (BOS) infektsiyasi bo'lib, miya pardasi, miyani qoplaydigan himoya qatlamlarining yallig'lanishiga olib keladi. Menenjitga viruslar, bakteriyalar yoki zamburug'lar sabab bo'lishi mumkin. Meningitning barcha shakllari jiddiy bo'lsa-da, bakterial meningit ayniqsa jiddiydir. Bakterial meningitga bir nechta turli bakteriyalar sabab bo'lishi mumkin, ammo bakteriya Neisseria meningitidis, gramm-manfiy, loviya shaklidagi diplokokk keng tarqalgan sabab bo'lib, bemorlarning 5% dan 10% gacha 1-2 kun ichida o'limga olib keladi.

Aleksning ahvoli jiddiyligini inobatga olgan holda, uning shifokori ota-onasiga uni Gambiya poytaxti Banjuldagi kasalxonaga olib borishni maslahat berdi va u erda meningit ehtimoli borligini tekshirib, davoladi. Kasalxonaga 3 soatlik yo'ldan keyin Aleks darhol yotqizildi. Shifokorlar qon namunasini olishdi va uning CSFni tekshirish uchun lomber ponksiyon qilishdi. Shuningdek, ular darhol unga seftriakson antibiotik kursini boshlashdi, bu meningitni davolash uchun tanlangan dori. N. meningitidis, laboratoriya tekshiruvi natijalarini kutmasdan.

  • Shaxsni tasdiqlash uchun biokimyoviy testdan qanday foydalanish mumkin N. meningitidis?
  • Nega Aleksning shifokorlari test natijalarini kutmasdan antibiotiklarni buyurishga qaror qilishdi?

Keyingi sahifalarda Aleksning misoliga qaytamiz.

Asosiy tushunchalar va xulosa

  • Fermentatsiya glikoliz davom etishi uchun NAD + ni NADH dan qayta tiklash uchun yakuniy elektron qabul qiluvchi sifatida organik molekuladan foydalanadi.
  • Fermentatsiya elektron tashish tizimini o'z ichiga olmaydi va fermentatsiya jarayonida bevosita ATP hosil bo'lmaydi. Fermentatorlar juda kam ATP hosil qiladi - glikoliz paytida glyukoza molekulasida atigi ikkita ATP molekulasi.
  • Mikrobial fermentatsiya jarayonlari oziq-ovqat va farmatsevtika mahsulotlarini ishlab chiqarish va mikroblarni aniqlash uchun ishlatilgan.
  • Sut kislotasi fermentatsiyasi paytida piruvat NADH dan elektronlarni qabul qiladi va sut kislotasiga qaytariladi. Mikroblarning ishlashi gomolaktik fermentatsiya fermentatsiya mahsuloti mikroblari sifatida faqat sut kislotasini ishlab chiqaradi heterolaktik fermentatsiya sut kislotasi, etanol va/yoki sirka kislotasi va CO aralashmasi hosil qiladi2.
  • Oddiy mikrobiota tomonidan sut kislotasi ishlab chiqarilishi tananing ma'lum hududlarida patogenlarning ko'payishini oldini oladi va oshqozon-ichak trakti salomatligi uchun muhimdir.
  • Etanol fermentatsiyasida piruvat birinchi navbatda dekarboksillanadi (CO2) atsetaldegidga, keyinchalik NADH dan elektronlarni qabul qilib, atsetaldegidni etanolga qaytaradi. Etanol fermentatsiyasi alkogolli ichimliklar ishlab chiqarish, non mahsulotlarini ko'tarish va bioyoqilg'i ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
  • Yo'llarning fermentatsiya mahsulotlari (masalan, propion kislotasi fermentatsiyasi) oziq-ovqat mahsulotlariga o'ziga xos lazzat beradi. Fermentatsiya kimyoviy erituvchilar (aseton-butanol-etanol fermentatsiyasi) va farmatsevtika (aralash kislotali fermentatsiya) ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
  • Mikroblarning o'ziga xos turlarini fermentatsiya yo'llari va mahsulotlari bilan ajratish mumkin. Mikroblarni fermentatsiya qila oladigan substratlarga qarab ham ajratish mumkin.

Ko'p tanlov

Quyidagilardan qaysi biri fermentatsiyaning maqsadi hisoblanadi?

  1. ATP hosil qiladi
  2. anabolizm uchun uglerod molekulasi oraliq moddalarini hosil qilish
  3. NADH qilish
  4. NAD + qilish uchun

Qaysi molekula odatda fermentatsiya paytida oxirgi elektron qabul qiluvchi bo'lib xizmat qiladi?

Nonni ko'tarish uchun qaysi fermentatsiya mahsuloti muhim ahamiyatga ega?

Quyidagilardan qaysi biri tijoriy ahamiyatga ega fermentatsiya mahsuloti emas?

Bo'sh joyni to'ldiring

Spirtli ichimliklar ishlab chiqarish uchun etanol fermentatsiyasi uchun javob beradigan mikrob ________ hisoblanadi.

________ natijasida fermentatsiya mahsulotlari, shu jumladan sut kislotasi, etanol va/yoki sirka kislotasi va CO ning aralashmasi hosil bo'ladi.2.

Fermentatsiya qiluvchi organizmlar ________ jarayonida ATP hosil qiladi.

Moslash

Fermentatsiya yo'lini ishlab chiqarish uchun ishlatiladigan to'g'ri tijorat mahsulotiga moslang:


Bakteriyalar oqsil ishlab chiqarishi mumkinligini qanchalik darajada tushunish mumkin? (faqat kremniyda!) - Biologiya

Barqaror lignoselülozik bioiqtisodiyot lignin chiqindilari oqimlari bilan bog'liq strukturaviy murakkablik bilan bog'liq to'siqlarni bartaraf etmasdan amalga oshirilmaydi.

Metabolik muhandislar keng spektrli substratlarni halqalarni parchalash va markaziy metabolitlarga aylantirish uchun bir nechta asosiy oraliq mahsulotlarga aylantiradigan mustahkam, tabiiy ravishda paydo bo'ladigan huni yo'llaridan foydalanadilar.

Reaksiya sharoitlari va lignin depolimerizatsiyasi va huni fermentlari uchun substratlar oralig'ini kengaytirish mikroorganizmlar tomonidan ligninning valorizatsiyasini yaxshilashi kerak.

Lignin er yuzidagi ikkinchi eng ko'p biopolimer bo'lib, aromatik birikmalarning asosiy manbai bo'lib, biroq heterojen va itoatkor tabiati tufayli u juda kam foydalaniladi. Mikroorganizmlar ligninni depolimerizatsiya qilish va lignindan olingan monomerlarning murakkab aralashmalarini markaziy metabolitlarga o'tkazish uchun ushbu qiyinchiliklarni bartaraf etishning samarali mexanizmlarini ishlab chiqdi. Ushbu sharh tabiiy va yangi biomahsulotlarni ishlab chiqarish uchun bakterial va qo'ziqorin xostlarida lignin depolimerizatsiyasi va aromatik katabolizmini kuchaytirish bo'yicha so'nggi sintetik biologiya sa'y-harakatlarini umumlashtiradi. Shuningdek, biz murakkab fenotiplarni yaratishdagi qiyinchiliklarni ta'kidlaymiz va lignin biologik valorizatsiyasining kelajagi istiqbollarini muhokama qilamiz.


Viruslardagi antigenik o'zgaruvchanlik

Antigenik o'zgaruvchanlik, shuningdek, konvertli viruslarning ayrim turlarida, jumladan, gripp viruslarida ham uchraydi, ular antigenik o'zgaruvchanlikning ikki shaklini ko'rsatadi: antigenik o'zgarishlar va antigenik siljish ((PageIndex<9>) rasm). Antigenik drift nuqta mutatsiyalarining natijasidir, bu gemagglutinin (H) va neyraminidaza (N) oqsillarida ozgina o'zgarishlarga olib keladi. Boshqa tomondan, antigenik siljish genlarning qayta assortimenti tufayli boshoq oqsillarida katta o'zgarishdir. Antigenik siljishning bunday qayta assortimenti odatda ikkita turli gripp virusi bir xil xostni yuqtirganda sodir bo'ladi.

Gripp viruslarida antijenik o'zgaruvchanlik darajasi juda yuqori, bu immunitet tizimiga Gripp virusining ko'plab turli shtammlarini tanib olishni qiyinlashtiradi. Tana tabiiy ta'sir qilish yoki emlash orqali bir shtammga qarshi immunitetni rivojlantirishi mumkin bo'lsa-da, antigenik o'zgarishlar immunitet tizimi tanib bo'lmaydigan yangi shtammlarning doimiy ravishda paydo bo'lishiga olib keladi. Bu grippga qarshi vaktsinalar har yili berilishi kerakligining asosiy sababidir. Har yili grippga qarshi emlash o'sha yil uchun eng keng tarqalgan shtammlardan himoya qiladi, ammo keyingi yil yangi yoki boshqa shtammlar keng tarqalgan bo'lishi mumkin.

Shakl (PageIndex<9>): Gripp viruslarida antigenik siljish va antigenik siljish. (a) Antigen driftda sirt oqsillari neyraminidaza va/yoki gemagglutinin genlaridagi mutatsiyalar vaqt o‘tishi bilan kichik antigenik o‘zgarishlarga olib keladi. (b) Antigenik siljishda hujayraning ikki xil gripp virusi bilan bir vaqtda infektsiyasi genlarning aralashishiga olib keladi. Olingan virus asl viruslarning oqsillari aralashmasiga ega. Gripp pandemiyasini ko'pincha antijenik siljishlar bilan kuzatish mumkin.

Antigen siljishi va siljishi qanday sodir bo'lishini yana bir tushuntirish uchun ushbu videoni tomosha qiling.

  1. Virusli tropizmda adezinlarning rolini aytib bering.
  2. Antigen drift va antigen siljishi o'rtasidagi farqni tushuntiring.

Biologiya elementlari - hujayralar, molekulalar, genlar, funktsional genomikalar, mikromassivlar bilan qisqacha tanishish

Bu genomika va bioinformatikaga urg'u berilgan molekulyar biologiyaga qisqacha kirish. U olimlar, muhandislar, kompyuter dasturchilari yoki fanga katta qiziqishi bo'lgan, lekin biologiya bo'yicha ma'lumotga ega bo'lmagan va birinchi navbatda EBIga qo'shilganlar uchun mo'ljallangan. Bir tomondan, biz bioinformatikaning ma'nosini anglash uchun zarur bo'lgan mutlaq minimal darajaga tushirishga harakat qildik, boshqa tomondan esa nima uchun qiziqarli ekanligini ko'rsatish uchun etarli darajada qoldirdik.

Rad etish: Ko'pchilik biologlar biologiyada juda kam qat'iy qoidalar mavjudligiga rozi bo'lishadi va aksariyat qoidalarda istisnolar mavjud. Shuning uchun, bu erda yozilgan narsalar har doim ham to'g'ri bo'lmasligi mumkin.

Tarkib

1. Organizmlar va hujayralar

Barcha organizmlar kichik hujayralardan iborat bo'lib, odatda yalang'och ko'z bilan ko'rish uchun juda kichik, lekin optik mikroskop uchun etarlicha katta. Har bir hujayra membrana qopiga o'ralgan turli xil qurilish bloklaridan iborat murakkab tizimdir. Bir hujayrali (faqat bitta hujayradan iborat) va ko'p hujayrali organizmlar mavjud. Bakteriyalar va novvoy xamirturushlari bir hujayrali organizmlarga misol bo'ladi - har qanday hujayra mos muhitda mustaqil ravishda omon qolishi va ko'payishiga qodir.

Inson tanasida taxminan 6x10 13 hujayra mavjud bo'lib, ular taxminan 320 xil turdagi. Masalan, teri hujayralari, mushak hujayralari, miya hujayralari (neyronlar) va boshqalar mavjud. Hujayra turlarining soni aniq belgilanmagan, bu o'xshashlik chegarasiga bog'liq (hujayra turlarini farqlash uchun biz qaysi tafsilotdan foydalanishni xohlaymiz, masalan, ikkita bir xil hujayrani topa olishimiz dargumon. organizm, agar ularning molekulalarining sonini hisoblasak). Hujayra o'lchamlari hujayra turiga va sharoitga qarab farq qilishi mumkin. Masalan, odamning qizil qon tanachalari diametri taxminan 5 mikron (0,005 mm), ba'zi neyronlarning uzunligi esa taxminan 1 m (orqa miyadan oyoqgacha). Odatda hayvon va o'simlik hujayralarining diametri 10 dan 100 mikrongacha.

Ikki turdagi organizmlar mavjud - eukaryotlar va prokaryotlar va ikkita turdagi hujayralar.Bakteriyalar prokariotlarga tegishli. Biroq, daraxtlar, o'tlar, gullar, begona o'tlar, qurtlar, chivinlar, sichqonlar, mushuklar, itlar, odamlar, qo'ziqorinlar va xamirturushlar kabi biz ko'rishimiz mumkin bo'lgan organizmlarning aksariyati eukariotlardir. Eukaryotlar va prokaryotlar o'rtasidagi farq juda muhim, chunki ko'pgina hujayra qurilish bloklari va hayot jarayonlari bu ikki organizm turida bir-biridan juda farq qiladi. Bu turli xil evolyutsiya yo'llarining natijasi ekanligiga ishoniladi. Evolyutsiya biologiyada muhim tushuncha bo'lib, biologiyada faqat evolyutsiya kontekstida narsalar mantiqiy bo'ladi, degan maqol bor. Aksariyat olimlarning fikricha, hayot Yerda ilk bor 3,8 milliard yil oldin paydo bo'lgan. Anatomik jihatdan zamonaviy odamlarning suyaklariga o'xshash topilgan eng qadimgi toshga aylangan suyaklar taxminan 100 000 – 200 000 yoshda. Er yuzida hayot qanday paydo bo'lganini hech kim bilmaydi, ammo uning qanday rivojlanganligi haqida ko'plab ilmiy dalillar mavjud.

Viruslar unchalik tirik organizmlar emas, lekin tirik xujayra ichida ular tirik organizmning ayrim xususiyatlarini namoyon qiladi. Viruslar optik mikroskopda ko'rish uchun juda kichik, ammo ularning tuzilishini elektron mikroskopda aniqlash uchun etarlicha katta (virusning xarakterli hajmi taxminan 0,05-0,1 mikron, yashil yorug'likning to'lqin uzunligi esa taxminan 0,5 mikron).

Prokaryotik hujayralar eukaryotik hujayralardan kichikroqdir (prokaryotik hujayraning odatdagi o'lchami diametri taxminan 1 mikron) va oddiyroq tuzilishga ega (masalan, ularda Eukaryotlarda doimo mavjud bo'lgan ichki hujayra membranalari yo'q, quyida ko'rib chiqing). Prokaryotlar bitta hujayrali organizmlardir, lekin shuni yodda tutingki, bitta hujayra bo'lish organizm prokaryot ekanligini anglatmaydi. Eukariotlardan kichikroq bo'lish prokariotlarning ahamiyati kamroq ekanligini anglatmaydi –, masalan, odamning og'iz va ovqat hazm qilish traktida yashovchi bakteriyalar soni bir xil odamdagi eukaryotik hujayralar sonidan ko'p bo'lishi mumkin. bu bakteriyalarning ko'pchiligi insonning normal hayot kechirishi uchun zarurdir (bu raqamlarni taxmin qilish juda qiyin, aksincha gipoteza). Prokaryotlar ba'zan mikroblar sifatida ham tanilgan.

Eukaryotik hujayraning modeli (rasm On-Line Biologiya kitobidan olingan)

Eukaryotik hujayra yadroga ega bo'lib, u hujayraning qolgan qismidan membrana bilan ajratilgan. Yadroda genetik materialning tashuvchisi bo'lgan xromosomalar mavjud (3-bo'lim). Eukaryotik hujayralar ichida ichki membrana bilan o'ralgan bo'linmalar mavjud bo'lib, ular organellalar deb ataladi, masalan, sentriolalar, lizosomalar, golji komplekslari, mitoxondriyalar (yuqoridagi rasmga qarang), ular ma'lum biologik jarayonlar uchun ixtisoslashgan. Mitoxondriyalar barcha eukaryotlarda mavjud bo'lib, energiya ishlab chiqarish (nafas olish) uchun ixtisoslashgan. Xloroplastlar o'simlik hujayralarida joylashgan organellalar bo'lib, ular yorug'lik yordamida shakar hosil qiladi. Yorug'lik Yerdagi deyarli barcha hayot uchun asosiy energiya manbai hisoblanadi. Hujayraning yadro va organoidlardan tashqaridagi maydoni sitoplazma deyiladi. Membranalar murakkab tuzilmalar bo'lib, ular atrof-muhit uchun samarali to'siq bo'lib, hujayra ichidagi va tashqarisida oziq-ovqat, energiya va axborot oqimini tartibga soladi. Mitoxondriyalar eukaryotik hujayralar ichida yashovchi prokaryotlar degan nazariya mavjud.

Aksariyat tirik hujayralar (prokariot va eukariot)ning muhim xususiyati ularning tegishli muhitda o'sishi va hujayra bo'linishidan o'tish qobiliyatidir. Bitta hujayraning o'sishi va uning keyingi bo'linishi deyiladi hujayra sikli . Biroq, barcha hujayralar doimiy ravishda o'sadi va bo'linmaydi, masalan, neyronlar faqat boshlang'ich o'sish bosqichidan o'tadi. Prokariotlar, xususan, bakteriyalar ko'payishda juda muvaffaqiyatli - tabiiy tanlanish tez o'sish va bo'linishga qodir bo'lgan bir hujayrali organizmlarni qo'llab-quvvatlagan bo'lishi mumkin. Ko'p hujayrali organizmlar odatda bitta hujayra sifatida hayotni boshlaydi, odatda erkak va urg'ochi jinsiy hujayralar (gametalar) birlashishi natijasida. Yagona hujayra o'sishi, bo'linishi va to'qimalarni va yuqori eukarotiyalarni, organlarni hosil qilish uchun turli xil hujayra turlariga differensiallashishi kerak. Hujayra bo'linishi va differentsiatsiyasini nazorat qilish kerak. Saraton hujayralari nazoratsiz o'sadi va o'smalarni hosil qilish uchun davom etishi mumkin. Yagona hujayralarning murakkab organizmlarga aylanishi o'z-o'zidan rivojlanish biologiyasi deb ataladigan tadqiqot sohasidir. Bu yil fiziologiya yoki tibbiyot bo'yicha Nobel mukofoti hujayra siklining asosiy regulyatorlarini kashf etgani uchun olimlarga berildi.

Hujayralar molekulalardan iborat.

2. Hayotning molekulalari

Hayotda ishtirok etadigan molekulalarning to'rtta asosiy turi mavjud: (1) kichik molekulalar, (2) oqsillar, (3) DNK va (4) RNK. Proteinlar, DNK va RNKlar birgalikda biologik makromolekulalar sifatida tanilgan.

2.1. Kichik molekulalar

Ular makromolekulalarning qurilish bloklari bo'lishi mumkin yoki ular signal uzatish yoki hujayra uchun energiya yoki material manbai bo'lish kabi mustaqil rollarga ega bo'lishi mumkin. Suvdan tashqari ba'zi muhim misollar shakar, yog 'kislotalari, aminokislotalar va nukleotidlardir. Masalan, biologik membranalar yog 'kislotalaridan tuzilgan bo'lib, ularning ichiga makromolekulalar kiritilgan. Proteinlar uchun qurilish bloklari bo'lgan 20 xil aminokislota molekulalari mavjud (aniqrog'i, 19 ta aminokislota va bir oz boshqacha tuzilishga ega va shuning uchun imino kislotalar deb ataladi).

Bu aminokislotalar molekulalarining uchta misoli, yana 17 tasi bor. Ular o'zlarining xususiyatlarini aniqlaydigan R yon zanjirlari bilan farqlanadi va oqsil ichidagi bu turli xil aminokislotalarning tartibi oqsilning uch o'lchovli tuzilishini belgilaydi. Har bir aminokislota lotin alifbosida harf bilan belgilanadi, masalan, arginin R, histidin H, lizin L bilan belgilanadi va 20 ta shunday harflar mavjud.

2.2 Proteinlar

Proteinlar asosiy qurilish bloklari va hujayraning funktsional molekulalari bo'lib, eukaryotik hujayraning og'irligining deyarli 20% ni egallaydi, suvdan keyin eng katta hissa (70%). Boshqalar qatorida bor

  • Organizmning asosiy qurilish bloklari sifatida qarash mumkin bo'lgan strukturaviy oqsillar. Masalan, biriktiruvchi to'qima va suyakning asosiy tarkibiy oqsili bo'lgan kollagen.
  • Boshqa molekulalarni o'zgartirish, birlashtirish yoki parchalash kabi ko'plab biokimyoviy reaktsiyalarni amalga oshiradigan (katalizadigan) fermentlar. Bu reaktsiyalar va ular tashkil etuvchi yo'llar birgalikda metabolizm deb ataladi. Masalan, glikoliz yo'lining birinchi bosqichi, ya'ni glyukozaning glyukoza 6-fosfatga aylanishi geksokinaza fermenti tomonidan katalizlanadi. Odatda fermentlar juda o'ziga xosdir va faqat bitta turdagi reaktsiyani katalizlaydi, biroq bir xil ferment bir nechta yo'lda rol o'ynashi mumkin.
  • Transmembran oqsillari hujayra muhitini saqlashda, hujayra hajmini tartibga solishda, hujayradan tashqari muhitdan kichik molekulalarni ajratib olish va kontsentratsiyasida, mushak va asab hujayralari faoliyati uchun zarur bo'lgan ionli gradientlarni yaratishda kalit hisoblanadi. Misol tariqasida natriy/kaliy nasosini keltirish mumkin.

Proteinlar murakkab uch o'lchovli (3D) tuzilishga ega (quyidagi rasmga qarang). Protein tuzilishining to'rtta darajasini ajratish mumkin:

    Proteinlar 20 xil turdagi aminokislotalarning zanjirlari bo'lib, ular printsipial jihatdan har qanday chiziqli tartibda birlashtirilishi mumkin, ba'zan polipeptid zanjirlari deb ataladi. Aminokislotalarning ushbu ketma-ketligi birlamchi tuzilish sifatida tanilgan va u 20 xil belgilar qatori sifatida ifodalanishi mumkin (ya'ni, 20 harfdan iborat umumiy alifbo ustidagi so'z). Turli xil oqsil ketma-ketliklari va tegishli oqsillarning funktsional rollari haqida ma'lumotni Swissprot ma'lumotlar bazasida topish mumkin. Swissprot - EBI va Shveytsariya bioinformatika instituti (SIB) o'rtasidagi qo'shma loyiha. Protein molekulasining uzunligi bir necha mingdan minglab aminokislotagacha o'zgarishi mumkin. Masalan, insulin kichik protein bo'lib, u 51 ta aminokislotadan iborat bo'lib, titinda esa mavjud

Proteinlar optik mikroskopda ko'rish uchun juda kichikdir - xarakterli oqsil hajmi taxminan 3 dan 10 nanometrgacha (nm), ya'ni 3 dan 10 marta 10 -9 m gacha o'zgarib turadi va ularning tuzilishini hal qilish (ya'ni, kashf qilish) qiyin va qimmat mashq (taxminan 󌍢,000 - har bir yangi tuzilish uchun �,000), bu rentgen kristallografiyasi, yadro-magnit-rezonans spektroskopiyasi va ilg'or elektron mikroskopiya kabi turli usullar bilan amalga oshiriladi. MSD ma'lum protein tuzilmalarining ma'lumotlar bazasi bo'lib, u EBIda joylashgan va ishlab chiqilgan. Quyidagi rasmlarda MSD tuzilmalari uchun 3D ko'ruvchi RasMol dasturiy to'plami tomonidan tasvirlangan triosefosfat izomeraza tuzilishi ko'rsatilgan.

Ushbu rasmda magenta rangli bitlar alfa-spirallar, sariq bitlar esa beta-torlardir.

Ikki monomer birligi ta'kidlangan muqobil ko'rinish. Ushbu oqsilning kristallangan holatda o'lchami taxminan 13 x 7 x 5 nm. Yuqoridagi tasvirlar faqat bu molekulalarning modellaridir, chunki molekulalar ‘real’ tasvirga ega bo'lish uchun ikkita kichikdir. Masalan, ular an'anaviy rangga ega bo'lolmaydilar, ular doimiy harakatda va biz nozik tuzilishga yaqinlasha boshlasak, Heisenberg noaniqlik printsipi kabi kvant effektlari rol o'ynay boshlaydi.

Umumiy ma'lumotlar bazalarida 15 000 ga yaqin protein tuzilmalari saqlanadi, ammo ularning aksariyati bir-biriga juda o'xshash. Ikki protein strukturasini o'xshash yoki farqli deb hisoblash o'xshashlik chegarasiga bog'liq (hujayra turlari kabi). Strukturaviy biologlarning fikriga ko'ra, hozirgi vaqtda 1500 ga yaqin turli xil protein tuzilmalari ma'lum.

Barcha to'rtta strukturaviy darajalar asosan birlamchi tuzilish (ya'ni, aminokislotalar ketma-ketligi) va molekula joylashgan fizik-kimyoviy muhit bilan belgilanadi. Protein tuzilishini aminokislotalar ketma-ketligidan bashorat qilish hisoblash biologiyasining eng muhim muammolaridan biri (bioinformatikaning boshqa nomi, garchi ba'zilar bu ikki atama o'rtasidagi farqni aniqlashga harakat qilsalar ham) va hal qilinmagan. Xarakterli, tez-tez takrorlanadigan strukturaviy elementlarga oqsil domenlari deyiladi. Ba'zan noma'lum tuzilishdagi oqsillarda bu domenlarni aniqlash mumkin, agar ularning ketma-ketligi ma'lum strukturaviy domenga o'xshash bo'lsa. Strukturaviy domenlar ko'pincha ma'lum bir protein funktsiyasi bilan bog'liq. Protein o'xshashligi ham evolyutsion munosabatlarning natijasi deb hisoblanadi.

Oqsillar va hujayralarning qiyosiy o'lchamlari qanday? Hajmi muhim emas degan maqol bor. Hali ham qiyosiy o'lchamlar muhim bo'lishi mumkin, ayniqsa keyingi bo'limlarda tasvirlangan hujayra jarayonlarini tasavvur qilishga harakat qilsak. Globulyar oqsilning odatiy chiziqli o'lchami (diametri) taxminan 5 x 10 -9 m, eukaryotik hujayralar esa taxminan 5 x 10 -5 m. Bu shuni anglatadiki, hujayra chiziqli ravishda oqsildan 10 000 marta kattaroqdir. Shu bilan bir qatorda, agar biz inson hujayrasining o'rtacha og'irligini taxminan 10-9 g deb hisoblasak va oqsillar hujayra massasining taxminan beshdan bir qismini tashkil etishini esda tutsak, o'rtacha oqsilning og'irligi taxminan 10-19 g (aytaylik, gemoglobin deb hisoblanadi) 64500 atom birligi, ularning har biri 1,66 x 10 -24 g), biz har bir hujayrada 0,2 x 10 -9 / 10 -19 oqsil borligini ko'ramiz, bu ikki milliardga teng (2 x 10 9). Bu, albatta, juda qo'pol taxminlar bo'lib, ular hujayradan hujayraga o'zgaradi. Taxminan 6 x 10 13 hujayra borligini eslasak, har bir hujayradagi oqsillardan 30 000 marta ko'p hujayra borligini ko'ramiz. Bu bitta hujayrali organizmga nisbatan insonning nisbiy murakkabligidan dalolat berishi mumkin (fil yoki dinozavr va odamning nisbiy murakkabligi haqidagi shunga o'xshash taxmin inson uchun xushomad qilmasligi mumkin).

Vodorod aloqalari kabi kuchlar alohida kuchsiz bo'lsa-da, bir-birini to'ldiruvchi shaklga ega bo'lgan ikki yoki undan ortiq biologik makromolekulalar bir-biriga yaqinlashganda, barcha kuchsiz kuchlarning yig'indisi molekulalarning kuchli o'zaro ta'siriga olib kelishi mumkin, masalan, ularni bir-biriga yopishtiradi. Darhaqiqat, bunday zaif molekulalararo kuchlar va o'zaro ta'sirlar hayotda asosiy rol o'ynaydi va deyarli barcha biologik jarayonlarning asosini tashkil qiladi. Misol uchun, ko'plab oqsillar bir-biriga yopishib olishlari mumkin, masalan, irsiy ma'lumotni o'qiydi va transkripsiya qiluvchi xamirturush RNK ​​polimeraza II (3.3-bo'limga qarang) va 10 ta bo'linmaga ega va tuzilishi yaqinda hal qilingan. Ushbu zaif o'zaro ta'sirlar, shuningdek, oxirgi bo'limda muhokama qilinadigan mikroarraylarning qanday ishlashiga asoslanadi.

2.3. DNK

DNK hujayradagi asosiy axborot tashuvchi molekuladir. DNK bitta yoki ikki zanjirli bo'lishi mumkin. Bir zanjirli DNK molekulasi, shuningdek, polinukleotid deb ham ataladi, nukleotidlar deb ataladigan kichik molekulalar zanjiri. To'rt xil nukleotidlar ikki turga bo'lingan: purinlar: adenozin va guanin va pirimidinlar: sitozin va timin. Ular odatda asoslar deb ataladi (aslida asoslar turli nukleotidlar orasidagi yagona farqlovchi elementdir, quyidagi rasmga qarang) va ularning bosh harflari A, C, G va T bilan belgilanadi (aminokislotalar bilan adashtirmaslik kerak!).

Turli nukleotidlar polinukleotid hosil qilish uchun har qanday tartibda bog'lanishi mumkin, masalan, bu kabi

Polinukleotidlar har qanday uzunlikda va har qanday ketma-ketlikda bo'lishi mumkin. Bu molekulaning ikki uchi kimyoviy jihatdan farq qiladi, ya'ni ketma-ketlik shunga o'xshash yo'nalishga ega.

Polinukleotidning oxiri 5' va 3' bilan belgilanadi (bu shakar halqasining –OH guruhlarini raqamlashda kimyoviy sabablarga ega) an'anaviy DNK odatda kodlash bilan 5' chap va 3' o'ng bilan yoziladi. tepada ip. Agar bittasini A ni T bilan va C ni G bilan o'zaro almashish va molekula yo'nalishini teskari tomonga o'zgartirish yo'li bilan boshqasidan olish mumkin bo'lsa, bunday ikkita zanjir to'ldiruvchi deb ataladi. Masalan; misol uchun,

yuqorida keltirilgan polinukleotidga komplementar hisoblanadi.
Nukleotidlarning o'ziga xos juftlari ular o'rtasida zaif aloqalar hosil qilishi mumkin. A T ga, C G ga bog‘lanadi (aniqrog‘i, har bir AT-T jufti o‘rtasida ikkitadan vodorod bog‘i, har bir C-G jufti o‘rtasida uchta vodorod aloqasi hosil bo‘lishi mumkin). Bunday o'zaro ta'sirlar individual ravishda zaif bo'lsa-da, ikkita uzunroq qo'shimcha polinukleotid zanjirlari uchrashganda, ular bir-biriga yopishib qolishadi, masalan

Ikki ip orasidagi vertikal chiziqlar ular orasidagi kuchlarni ifodalaydi (aniqroq bo'lish uchun har bir C va G o'rtasida uchta chiziq va A va T o'rtasida ikkita chiziq chizishimiz mumkin) quyida ko'rsatilgan. A-T va G-C juftliklari tayanch-juftlar (bp) deb ataladi. DNK molekulasining uzunligi odatda tayanch-juft yoki nukleotidlarda (nt) o'lchanadi, bu kontekstda bir xil narsadir.

Ikkita bir-birini to'ldiruvchi polinukleotid zanjiri barqaror strukturani hosil qiladi, ular spiralga o'xshaydi va DNK qo'sh spiral deb ataladi. Ushbu strukturada taxminan 10 bp to'liq burilish oladi, bu uzunligi taxminan 3,4 nm.

Ushbu tuzilma birinchi marta 1953 yilda Kembrijda Uotson va Krik tomonidan (boshqalar yordamida) aniqlangan va bu tuzilmaning tug'ilgan joyi ko'pincha Bene't ko'chasidagi Eagle pub hisoblanadi. Keyinchalik ular ushbu kashfiyot uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi, ko'proq ma'lumot uchun Watsonning "The Double Helix" kitobiga qarang.

Uotson va Krik o'zlarining DNK modeli molekulasida

Shunisi e'tiborga loyiqki, ikkita to'ldiruvchi DNK polipeptidlari nukleotidlar ketma-ketligidan qat'i nazar, barqaror qo'sh spiral hosil qiladi. Bu DNK molekulasini axborotni saqlash uchun mukammal vositaga aylantiradi. E'tibor bering, iplar bir-birini to'ldiruvchi bo'lganligi sababli, ularning har biri boshqasini to'liq aniqlaydi, shuning uchun ma'lumot olish uchun genom molekulalarining faqat bitta zanjirini berish kifoya. Shunday qilib, ko'plab ma'lumotlar bilan bog'liq maqsadlar uchun yuqoridagi misolda ishlatiladigan molekula CGATTCAACGATGC sifatida ifodalanishi mumkin. Shunday qilib, bunday molekulada kodlanishi mumkin bo'lgan ma'lumotlarning maksimal miqdori ketma-ketlikning uzunligidan 2 bitga teng. DNKdagi nukleotid juftlari orasidagi masofa taxminan 0,34 nm ekanligini hisobga olsak, DNKdagi chiziqli ma'lumotni saqlash zichligi taxminan 6x10 8 bit/sm, ya'ni taxminan 75 Gb yoki sm uchun 12,5 CD-ROM ekanligini hisoblashimiz mumkin.

DNKdagi ikkita zanjirning bir-birini to'ldirishi DNK molekulalarini nusxalash (ko'paytirish) uchun DNK replikatsiyasi deb nomlanuvchi jarayonda foydalaniladi, bunda bir juft zanjirli DNK ikkita bir xilga ko'payadi. (Jarayon davomida DNK qo‘sh spiral bo‘shatiladi va vilkalar bo‘ladi va yangi qo‘shimcha zanjir vilkaning har bir shoxchasida maxsus molekulyar mexanizmlar tomonidan sintezlanadi. Jarayon tugagandan so‘ng, asl nusxasiga o‘xshash ikkita DNK molekulasi mavjud.) Hujayrada. bu hujayra bo'linishi paytida sodir bo'ladi (1-bo'limga qarang) va asl nusxaga o'xshash nusxa har bir yangi hujayraga o'tadi.

E'tibor bering, agar to'ldiruvchi nukleotidlar orasidagi zaif kuchlarning umumiy yig'indisi etarlicha kuchli bo'lsa, polinukleotid zanjirlari orasidagi mos kelmaydigan komponentlar mumkin. Shunday qilib, molekulalar yoqadi

kimyoviy jihatdan mumkin, ammo ular tirik hujayrada kam uchraydi. Ko'proq bog'lanishlar, ya'ni ko'proq to'ldiruvchi juftliklar molekulani yanada barqaror qiladi. Agar bog'lar etarli bo'lmasa, ikkita zanjirli molekulyar struktura zaiflashishi va iplar ajralib chiqishi mumkin. Ikki tomonlama spiralni birga ushlab turish uchun zarur bo'lgan bog'lanishlar soni haroratga (erish harorati deb ataladi) va boshqa atrof-muhit omillariga bog'liq. Endi spiral shaklida bo'lmagan DNK denatüratsiyalangan deb ataladi.

2.4. RNK

DNK kabi RNK nukleotidlardan tuzilgan. Ammo pirimidin timin (T) o'rniga DNKda uchramaydigan muqobil urasil (U) mavjud. Ushbu kichik farq tufayli RNK qo'sh spiral hosil qilmaydi, aksincha ular odatda bir zanjirli bo'ladi, lekin bir xil zanjirning qismlari o'rtasidagi qo'shimcha aloqalar tufayli murakkab fazoviy tuzilishga ega bo'lishi mumkin (masalan, tRNK, 4.2-bo'limda). RMA hujayrada turli funktsiyalarga ega, ulardan ba'zilari keyingi bo'limda muhokama qilinadi, masalan, mRNK va tRNK funktsional jihatdan har xil turdagi RNKlar bo'lib, ikkalasi ham 3.3 bo'limda muhokama qilingan protein sintezi uchun zarurdir.

RNK DNK molekulasining bitta zanjiriga komplementar bog'lanishi mumkin, garchi T ning o'rniga U U bo'lsa ham, shuning uchun molekulalar shunga o'xshash.

mumkin va hayot jarayonlarida va biotexnologiyada muhim rol o'ynaydi.

Erdagi birinchi hayot RNKga asoslangan bo'lishi mumkin degan gipoteza mavjud. RNK genetik ma'lumotni kodlashi mumkin, takrorlanishi mumkin, murakkab 3D tuzilmalarni hosil qiladi va shuningdek, splays bilan bog'liq bo'lgan ba'zi kimyoviy reaktsiyalar uchun katalizator bo'lishi mumkin (3.3-bo'limga qarang).

3. Genlar va genomlar

3.1 Xromosomalar, genomlar va ketma-ketlik

Odatiy hujayrada xromosomalar sifatida tashkil etilgan bir yoki bir nechta uzun ikki zanjirli DNK molekulalari mavjud. Eukariotlarda xromosomalar murakkab tuzilishga ega bo'lib, DNK gistonlar deb ataladigan strukturaviy oqsillar atrofida o'ralgan. Insonda 23 juft xromosoma mavjud bo'lib, ular optik mikroskopda ko'rish uchun etarlicha katta. Insonning bitta hujayrasidagi DNKning umumiy uzunligi, agar biz uni uzaytira olsak, 1 m dan ortiq bo'lar edi. Mitoxondriya (1-bo'lim) ham DNKni o'z ichiga oladi, ammo uning miqdori xromasoma DNKsiga nisbatan juda oz. Xromasoma va mitoxondriyal DNK organizmning genomini tashkil qiladi. Barcha organizmlarning genomlari bor va ular organizmning deyarli barcha irsiy ma'lumotlarini kodlashiga ishonishadi. Eukariotlarda xromosomalar yadroda (mitoxondriyal genomlardan tashqari) yadro membranasida joylashgan. Organizmdagi barcha hujayralar har bir hujayra bo'linishida DNK replikatsiyasi natijasida bir xil genomlarni o'z ichiga oladi (bir nechta maxsus istisnolar bilan).

Hujayralarda molekulyar mexanizm mavjud bo'lib, u ikkala DNK zanjirini ham buzilmagan va bir-birini to'ldiruvchi holda saqlaydi (ya'ni, agar bitta ip shikastlangan bo'lsa, ikkinchisi shablon sifatida tiklanadi). Bu juda muhim, chunki DNKning shikastlanishi (radiatsiya kabi atrof-muhit omillari ta'sirida) bir yoki ikkala ipning uzilishiga yoki asoslarning noto'g'ri ulanishiga olib kelishi mumkin, bu esa boshqa narsalar qatorida DNK replikatsiyasini buzishi mumkin. Agar shikastlangan DNK tuzatilmasa, natija hujayra o'limi yoki o'smalar bo'lishi mumkin. Genomik DNKdagi o'zgarishlar mutatsiyalar deb ataladi.

Quyidagi jadvalda keltirilganidek, genomning umumiy hajmi turli organizmlarda sezilarli darajada farq qiladi.


Videoni tomosha qiling: OQSIL BIOSINTEZI - 2 daqiqada. ОКСИЛ БИОСИНТЕЗИ 2021 (Sentyabr 2022).