Mundarija: Kirish 3 I bob. Genlar genomdagi lokalizatsiyasi va uning tarif …5

O
RF dasturi yordamida genlarning genomdagi lokalizatsiyasini aniqlash

Molekulyar biologiyada ochiq o'qish ramkalari (ORF) boshlang'ich va to'xtash kodonlari orasidagi DNK ketma-ketligi oralig'i sifatida aniqlanadi. Odatda, bu prokaryotik DNK ketma-ketligining o'rganilgan hududida ko'rib chiqiladi, bu erda oltita mumkin bo'lgan o'qish ramkalaridan faqat bittasi "ochiq" bo'ladi ("o'qish", ammo DNK va uning keyingi transkripsiyasi natijasida hosil bo'lgan RNKga ishora qiladi) tarjimada ribosoma bilan o'zaro ta'sir). Bunday ORF [1] boshlang'ich kodonni o'z ichiga olishi mumkin (odatda RNK nuqtai nazaridan AUG) va ta'rifi bo'yicha to'xtash kodonidan tashqariga chiqa olmaydi (odatda RNKda UAA, UAG UGA).[2] Ushbu boshlang'ich kodoni (birinchi bo'lishi shart emas) tarjima qaerdan boshlanishi mumkinligini ko'rsatadi. Transkripsiyani tugatish joyi ORF dan keyin, tarjimani to'xtatish kodonidan tashqarida joylashgan. Agar transkripsiya to'xtash kodonidan oldin to'xtasa, tarjima paytida to'liq bo'lmagan oqsil hosil bo'ladi.

Ko'p ekzonli eukaryotik genlarda intronlar olib tashlanadi va ekzonlar transkripsiyadan so'ng birlashtirilib, oqsillarni tarjima qilish uchun yakuniy mRNK hosil bo'ladi. Genlarni topish kontekstida ORF ning start-stop ta'rifi genomik DNK emas, faqat birlashtirilgan mRNKlar uchun amal qiladi, chunki intronlar to'xtash kodonlarini o'z ichiga olishi va/yoki o'qish ramkalari o'rtasida siljishlarni keltirib chiqarishi mumkin. Muqobil ta'rifga ko'ra, ORF uzunligi uchga bo'linadigan va to'xtash kodonlari bilan chegaralangan ketma-ketlikdir. Ushbu umumiy ta'rif transkriptomika va metagenomika kontekstida foydali bo'lishi mumkin, bunda olingan ketma-ketlikda boshlang'ich yoki to'xtash kodon mavjud bo'lmasligi mumkin. Bunday ORF to'liq gen emas, balki genning qismlariga mos keladi. Ochiq o'qish ramkalaridan (ORF) keng tarqalgan foydalanish genlarni bashorat qilishda yordam beradigan dalillardan biridir. Uzoq ORFlar ko'pincha boshqa dalillar bilan bir qatorda DNK ketma-ketligidagi nomzod protein kodlash hududlarini yoki funktsional RNK kodlash hududlarini aniqlash uchun ishlatiladi. ORF ning mavjudligi mintaqa har doim tarjima qilinganligini anglatmaydi. Misol uchun, har bir nukleotidning teng ulushiga ega bo'lgan tasodifiy yaratilgan DNK ketma-ketligida har 21 kodonda bir marta to'xtash-kodon kutiladi. Prokariotlar uchun oddiy genlarni bashorat qilish algoritmi boshlang'ich kodoni, so'ngra odatdagi oqsilni kodlash uchun etarlicha uzun bo'lgan ochiq o'qish ramkasini izlashi mumkin, bu erda ushbu mintaqadagi kodondan foydalanish ushbu organizmning kodlash hududlari uchun chastota xarakteristikasiga mos keladi. Shuning uchun, ba'zi mualliflar ORF minimal uzunlikka ega bo'lishi kerakligini aytadilar, masalan. 100 ta kodon yoki 150 ta kodon. O'z-o'zidan, hatto uzoq ochiq o'qish ramkasi ham gen mavjudligining ishonchli dalili emas.
Qisqa ORFlar (sORFs). Protein kodlovchi genlarning klassik belgilariga ega bo'lmagan ba'zi bir qisqa ORF (sORFs) funktsional peptidlarni ishlab chiqishi mumkin. Sutemizuvchilar mRNKlarining taxminan 50% ning 5'-UTR bir yoki bir nechta sORFlarni o'z ichiga olishi ma'lum, yuqori oqim ORF yoki uORF deb ham ataladi. Biroq, eski tadqiqotda o'rganilgan umurtqali hayvonlarning mRNKlarining 10% dan kamrog'i asosiy ORF oldida AUG kodonlarini o'z ichiga olgan. Qizig'i shundaki, uORFs proto-onkogenlar va tegishli oqsillarning uchdan ikki qismida topilgan. Eksperimental ravishda topilgan sORFs tarjimasini boshlash joylarining 64-75% odam va sichqon genomlarida saqlanib qolgan va bu elementlarning funksiyasi borligini ko'rsatishi mumkin. Biroq, sORFlar ko'pincha mRNKlarning faqat kichik shakllarida topilishi va tanlashdan qochish mumkin; Boshlanish joylarining yuqori darajada saqlanishi ularning tegishli genlarning promotorlari ichida joylashishi bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Bu, masalan, SLAMF1 geniga xosdir. ORF Finder (Open Reading Frame Finder) foydalanuvchi ketma-ketligi yoki maʼlumotlar bazasida mavjud boʻlgan ketma-ketlikda tanlanadigan minimal oʻlchamdagi barcha ochiq oʻqish kadrlarini topadigan grafik tahlil vositasidir. Ushbu vosita standart yoki muqobil genetik kodlar yordamida barcha ochiq o'qish ramkalarini aniqlaydi. Aniqlangan aminokislotalar ketma-ketligi turli formatlarda saqlanishi va asosiy mahalliy hizalama qidiruvi vositasi (BLAST) serveri yordamida ketma-ketlik ma'lumotlar bazasidan izlanishi mumkin. ORF Finder to'liq va aniq ketma-ketliklarni tayyorlashda yordam berishi kerak. Shuningdek, u Sequin sequence submission software (ketma-ketlik analizatori) bilan paketlangan.
Tergovchi
ORF Investigator nafaqat kodlash va kodlanmagan ketma-ketliklar haqida ma'lumot beradigan, balki turli xil gen/DNK mintaqalari ketma-ketliklarini juft global moslashtirishni ham amalga oshiradigan dasturdir. Asbob mos keladigan aminokislotalar ketma-ketligi uchun ORF ni samarali tarzda topadi va ularni bitta harfli aminokislota kodiga aylantiradi va ularning ketma-ketlikda joylashishini ta'minlaydi. Ketma-ketliklar orasidagi juft global moslashuv turli mutatsiyalarni, shu jumladan bitta nukleotid polimorfizmini aniqlashni qulay qiladi. Genlarni moslashtirish uchun Needleman-Wunsch algoritmlari qo'llaniladi. ORF Investigator portativ Perl dasturlash tilida yozilgan va shuning uchun barcha umumiy operatsion tizimlarning foydalanuvchilari uchun mavjud.

OrfPredictor- bu ifodalangan ketma-ketlik yorlig'i (EST) dan olingan ketma-ketliklarda oqsil kodlash hududlarini aniqlash uchun mo'ljallangan veb-server. BLASTX-da zarbaga ega bo'lgan so'rovlar ketma-ketligi uchun dastur BLASTX hizalamalarida aniqlangan tarjimani o'qish ramkalari asosida kodlash hududlarini bashorat qiladi, aks holda so'rovlar ketma-ketliklarining ichki signallari asosida kodlashning eng ehtimoliy mintaqasini bashorat qiladi. Chiqish FASTA formatidagi taxmin qilingan peptid ketma-ketligi va so'rov identifikatorini, tarjimani o'qish ramkasini va kodlash hududi boshlanadigan va tugaydigan nukleotid pozitsiyalarini o'z ichiga olgan ta'rif qatoridir. OrfPredictor EST-dan olingan ketma-ketliklarni izohlashni osonlashtiradi, xususan, yirik EST loyihalari uchun.
ORF Predictor yuqorida aytib o'tilgan ikki xil ORF ta'riflarining kombinatsiyasidan foydalanadi. U boshlang'ich kodoni bilan boshlanib, to'xtash kodonida tugaydigan cho'zilishlarni qidiradi. Qo'shimcha mezon sifatida u 5' tarjima qilinmagan mintaqada to'xtash kodonini qidiradi (UTR yoki NTR, tarjima qilinmagan hudud.
ORFik
ORFik ochiq o'qish ramkalarini topish va ORFlarni asoslash uchun keyingi avlod ketma-ketlik texnologiyalaridan foydalanish uchun Bioconductor-dagi R-to'plamidir.
orfipy
orfipy - bu Python/Cython tillarida ORFlarni juda tez va moslashuvchan tarzda chiqarish uchun yozilgan vositadir. orfipy oddiy yoki gzipli FASTA va FASTQ ketma-ketligi bilan ishlashi mumkin va ORF qidiruvlarini nozik sozlash uchun bir nechta variantlarni taqdim etadi; Bularga boshlang'ich va to'xtash kodonlarini belgilash, qisman ORF haqida hisobot berish va maxsus tarjima jadvallaridan foydalanish kiradi. Natijalar bir nechta formatlarda, jumladan, joyni tejaydigan BED formatida saqlanishi mumkin. orfipy bir nechta kichikroq FASTA ketma-ketliklarini o'z ichiga olgan ma'lumotlar uchun, ayniqsa, de-novo transkriptom yig'ilishlari kabi tezroq.

II BOB.Prokariot genomlari

2.1 Prokariot genomlarini o’rganish metodlari.
Nukleoid (yadroga o'xshash degan ma'noni anglatadi) prokariot hujayrasidagi tartibsiz shaklga ega bo'lib, genetik materialning barchasini yoki ko'p qismini o'z ichiga oladi. Eukaryotik hujayraning yadrosidan farqli o'laroq, u yadro membranasi bilan o'ralgan emas. Prokaryotik organizmlarning genomi odatda dumaloq, ikki ipli DNK bo'lagi bo'lib, uning bir nechta nusxalari istalgan vaqtda mavjud bo'lishi mumkin. Genomning uzunligi juda katta farq qiladi, lekin odatda kamida bir necha million tayanch juftini tashkil qiladi.
Prokariot hujayra nukleoidi: prokaryot hujayra (o'ngda) yadroni ko'rsatadigan eukaryotik hujayraga (chapda) nisbatan nukleoidni ko'rsatadi.
Nukleoidni elektron mikrografiyada yuqori kattalashtirishda aniq ko'rish mumkin, bu erda u sitozolga nisbatan aniq ko'rinadi. Ba'zida hatto DNK deb hisoblangan iplar ham ko'rinadi. Nukleoidni yorug'lik mikroskopi ostida ham ko'rish mumkin.Uni Feulgen bo'yog'i bilan bo'yash orqali, bu DNKni maxsus bo'yadi. DNK-interkalatsiya qiluvchi DAPI va etidiy bromid bo'yoqlari nukleoidlarning floresan mikroskopiyasi uchun keng qo'llaniladi.
Eksperimental dalillar shuni ko'rsatadiki, nukleoid asosan taxminan 60% DNK, shuningdek, oz miqdordagi RNK va oqsildan iborat. Oxirgi ikkita tarkibiy qism asosan messenjer RNK va bakterial genomni tartibga soluvchi transkripsiya omili oqsillari bo'lishi mumkin. Nuklein kislotaning supero'ralgan strukturasini saqlab qolishga yordam beradigan oqsillar nukleoid oqsillari yoki nukleoid bilan bog'langan oqsillar sifatida tanilgan va eukaryotik yadrolarning gistonlaridan farq qiladi. Gistonlardan farqli o'laroq, nukleoidning DNKni bog'laydigan oqsillari nukleosomalarni hosil qilmaydi, ularda DNK oqsil yadrosi bilan o'ralgan. Buning o'rniga, bu oqsillar siqishni rag'batlantirish uchun ko'pincha boshqa mexanizmlardan foydalanadi, masalan, DNKning aylanishi.
Genofor - bu prokariotning DNKsi. U odatda prokaryotik xromosoma deb ataladi. "Xromosoma" atamasi noto'g'ri, chunki genoforda xromatin yo'q. Genofor supercoiling deb nomlanuvchi mexanizm orqali siqiladi, ammo xromosoma qo'shimcha ravishda xromatin yordamida siqiladi. Ko'pchilik prokariotlarda genofor aylana shaklida, juda oz qismida esa chiziqli bo'ladi. Genoforning doiraviy tabiati replikatsiyani telomerlarsiz sodir bo'lishiga imkon beradi. Genoforlar odatda eukaryotik xromosomalarga qaraganda ancha kichikroqdir. Bir genofor 580 073 ta asosiy juft (Mycoplasma genitalium) bo'lishi mumkin. Ko'pgina eukaryotlar (masalan, o'simliklar va hayvonlar) mitoxondriya va xloroplastlar kabi organellalarda genoforlarni olib yuradi. Bu organoidlar haqiqiy prokariotlarga juda o'xshaydi.
DNKning supero'ralishi DNK zanjirining ortiqcha yoki pastki o'rashini anglatadi va bu zanjirdagi kuchlanishning ifodasidir. Supercoiling DNKni siqish kabi bir qator biologik jarayonlarda muhim ahamiyatga ega. Bundan tashqari, topoizomerazlar kabi ba'zi fermentlar DNK replikatsiyasi yoki transkripsiyasi kabi funktsiyalarni osonlashtirish uchun DNK topologiyasini o'zgartirishi mumkin. Matematik ifodalar turli o'ralgan holatlarni bo'shashgan B shaklidagi DNK bilan solishtirish orqali o'ta burilishni tasvirlash uchun ishlatiladi.
Dumaloq DNKning o'ta o'ralgan tuzilishi: Bu past burishli dumaloq DNK molekulalarining o'ta o'ralgan tuzilishi. E'tibor bering, DNK dupleksining spiral tabiati aniq bo'lishi uchun o'tkazib yuborilgan.
Umumiy qoidaga ko'ra, ko'pchilik organizmlarning DNKsi salbiy o'ta o'ralgan.
B-DNKning "bo'shashgan" qo'sh spiralli segmentida ikkita ip spiral o'qi atrofida har 10,4 dan 10,5 ta asosiy juftlik ketma-ketligida bir marta aylanadi. Ba'zi fermentlar kabi burilishlarni qo'shish yoki ayirish kuchlanishni keltirib chiqaradi. Agar burilish shtammi ostidagi DNK segmenti uning ikki uchini birlashtirib, aylana shaklida yopilgan bo'lsa va keyin erkin harakatlanishiga ruxsat berilsa, dumaloq DNK yangi shaklga, masalan, oddiy sakkizta shaklga aylanadi. Bunday kontorsiya superkoildir.
Sakkizinchi oddiy figura eng oddiy superoil bo'lib, dumaloq DNK bir haddan tashqari ko'p yoki juda oz spiral burmalarni sig'dira oladigan shakldir. Sakkizinchi rasmning ikkita bo'lagi bir-biriga nisbatan soat yo'nalishi bo'yicha yoki teskari yo'nalishda aylantirilgan ko'rinadi, bu spiralning ustida yoki ostida bo'ladimi. Har bir qo'shimcha spiral burilish uchun loblar o'z o'qi atrofida yana bir aylanishni ko'rsatadi.
"Supercoil" ot shakli DNK topologiyasi kontekstida kamdan-kam qo'llaniladi. Buning o'rniga, dumaloq DNKning global burilishlari, masalan, yuqoridagi sakkizta bo'laklarning aylanishi, burish deb ataladi. Yuqoridagi misol burilish va burilishni bir-biriga aylantirish mumkinligini ko'rsatadi. "Supercoiling" - bu burilish va burilish yig'indisini ifodalovchi mavhum matematik xususiyat. Burilish - bu DNKdagi spiral burilishlar soni va burish - qo'sh spiralning o'z-o'zidan kesib o'tishlari soni (bu superoillar).
Qo'shimcha spiral burilishlar ijobiy bo'lib, ijobiy o'ta burilishlarga olib keladi, ayirish esa salbiy o'ta burilishlarni keltirib chiqaradi. Ko'pgina topoizomeraz fermentlari superkoillanishni sezadi va DNK topologiyasini o'zgartirganda uni hosil qiladi yoki tarqatadi. Ko'pgina organizmlarning DNKsi salbiy o'ta o'ralgan.
Qisman xromosomalar juda katta bo'lishi mumkinligi sababli, o'rtadagi segmentlar xuddi ularning uchlari langarga o'xshab harakat qilishi mumkin. Natijada, ular xromosomaning qolgan qismiga ortiqcha burilishlarni taqsimlay olmaydilar yoki pastki o'rashdan tiklanish uchun buralishni o'zlashtira olmaydilar - segmentlar o'ta o'ralgan bo'lishi mumkin, boshqacha qilib aytganda. Supercoilingga javoban, ular xuddi uchlari birlashtirilgandek, ma'lum miqdorda burishadi.
Supercoiled DNK ikkita tuzilma hosil qiladi; plektonema yoki toroid yoki ikkalasining birikmasi. Manfiy o'ta o'ralgan DNK molekulasi yo bir boshlanuvchi chap qo'l spiralni, toroidni yoki terminal halqalari bo'lgan ikki boshli o'ng qo'l spiralni - plektonemani hosil qiladi. Plektonemalar odatda tabiatda ko'proq uchraydi va bu ko'pchilik bakterial plazmidlarning shaklidir. Kattaroq molekulalar uchun gibrid tuzilmalar paydo bo'lishi odatiy holdir - toroiddagi halqa plektonemaga cho'zilishi mumkin. Agar toroiddagi barcha halqalar cho'zilsa, u plektonemik tuzilmadagi tarmoq nuqtasiga aylanadi.
DNKning supero'rashining ahamiyati
DNKning supercoilingi barcha hujayralardagi DNKni qadoqlash uchun muhimdir. DNK uzunligi hujayranikidan minglab marta katta bo'lishi mumkinligi sababli, bu genetik materialni hujayra yoki yadroga (eukariotlarda) qadoqlash qiyin ishdir. DNKning supero'ralishi bo'shliqni kamaytiradi va ko'proq DNKni qadoqlash imkonini beradi. Prokariotlarda dumaloq xromosoma va nisbatan kichik miqdordagi genetik material tufayli plektonemik superkoillar ustunlik qiladi. Eukariotlarda DNKning supero'ralishi plektonemik va solenoidal superoillarning ko'p darajalarida mavjud bo'lib, solenoidal o'ta sarmal DNKni siqishda eng samarali ekanligini isbotlaydi. 10 nm tola hosil qilish uchun gistonlar yordamida solenoidal supero'rashga erishiladi. Ushbu tola yana 30 nm tolaga o'raladi va yana bir necha marta o'ziga o'raladi.
Mitoz yoki meyoz kabi yadroviy bo'linish hodisalarida DNKning qadoqlanishi sezilarli darajada oshadi, bu erda DNK siqilib, qiz hujayralariga ajratilishi kerak. Kondensinlar va kogezinlar xromosoma (SMC) oqsillarining strukturaviy ta'minoti bo'lib, ular opa-singil xromatidlarning kondensatsiyasiga va opa-singil xromatidlardagi sentromeraning bog'lanishiga yordam beradi. Ushbu SMC oqsillari ijobiy superkoillarni keltirib chiqaradi.
Supercoiling DNK va RNK sintezi uchun ham talab qilinadi. DNK va RNK polimeraza ta'siri uchun DNK ochilishi kerakligi sababli, supercoillar paydo bo'ladi. Polimeraza kompleksidan oldingi mintaqa ochiladi; bu stress kompleks oldidagi ijobiy supercoillar bilan qoplanadi. Kompleksning orqasida DNK qayta o'raladi va kompensatsiya bo'ladi salbiy superoillar. Shuni ta'kidlash kerakki, DNK giraza (II tip topoizomeraz) kabi topoizomerazalar DNK va RNK sintezi paytida stressning bir qismini engillashtirishda rol o'ynaydi. Molekulyar genetikada ochiq o'qish ramkasi (ORF) o'qish ramkasining to'xtash kodonlarini o'z ichiga olmaydi. Transkripsiyani tugatish pauza joyi ORF dan keyin, tarjimani toʻxtatish kodonidan tashqarida joylashgan, chunki agar transkripsiya toʻxtash kodonidan oldin toʻxtasa, tarjima vaqtida toʻliq boʻlmagan oqsil hosil boʻladi.
Odatda, boshlang'ich kodondan keyin keyingi mintaqaning o'qish ramkasini to'xtatuvchi qo'shimchalar ketma-ketlikning ramka o'zgarishi mutatsiyasiga olib keladi va to'xtash kodonlari uchun ketma-ketlikni buzadi.
Ochiq o'qish ramkalari genlarni bashorat qilishda yordam beradigan dalil sifatida ishlatiladi. Uzoq ORFlar ko'pincha boshqa dalillar bilan birga DNK ketma-ketligida nomzod oqsil kodlash hududlarini aniqlash uchun ishlatiladi. ORF ning mavjudligi mintaqa hech qachon tarjima qilinganligini anglatmaydi. Misol uchun, har bir nukleotidning teng foiziga ega bo'lgan tasodifiy yaratilgan DNK ketma-ketligida har 21 kodonda bir marta to'xtash-kodon kutiladi. Prokaryotlar uchun genlarni bashorat qilishning oddiy algoritmi boshlang'ich kodoni, so'ngra odatdagi oqsilni kodlash uchun etarlicha uzun bo'lgan ochiq o'qish ramkasini izlashi mumkin, bu erda ushbu mintaqadagi kodondan foydalanish ushbu organizmning kodlash hududlari uchun chastota xarakteristikasiga mos keladi. Hatto uzoq ochiq o'qish ramkasining o'zi ham gen mavjudligining ishonchli dalili emas.
Ochiq o'qish ramkalari: Frame +1 - bu ma'lumotlar bazasida proteinni kodlash uchun taxmin qilingan ORF. +2 va +3 - bir xil zanjirdagi boshqa ikkita potentsial ORF va -1, -2 va -3 - antisens zanjiridagi uchta potentsial ORF.
Agar genomning bir qismi ketma-ketlashtirilgan bo'lsa (masalan, 5'-ATCTAAAATGGGTGCC-3'), ORFlarni har bir ipdagi uchta mumkin bo'lgan o'qish ramkalarining har birini tekshirish orqali aniqlash mumkin. Ushbu ketma-ketlikda uchta mumkin bo'lgan o'qish ramkalaridan ikkitasi butunlay ochiq, ya'ni ular to'xtash kodini o'z ichiga olmaydi:

...A TCT AAA ATG GGT GCC...

...AT CTA AAA TGG GTG CC...

...ATC TAA AAT GGG TGC C...

DNKdagi mumkin bo'lgan to'xtash kodonlari "TGA", "TAA" va "TAG" dir. Shunday qilib, ushbu misoldagi oxirgi o'qish ramkasi birinchi ikkitadan farqli o'laroq, to'xtash kodonini (TAA) o'z ichiga oladi.

Bakterial genomlar, hatto bir xil turdagi shtammlar orasida ham o'lchamdagi o'zgarishlarni ko'rsatadi. Ushbu mikroorganizmlar juda kam kodlanmagan yoki takrorlanuvchi DNKga ega, chunki ularning genom o'lchamidagi o'zgarishlar odatda gen repertuaridagi farqlarni aks ettiradi. Ba'zi turlar, xususan, bakterial parazitlar va simbiontlar, genomning katta qisqarishiga uchragan va oddiygina ajdodlarida mavjud bo'lgan genlarning bir qismini o'z ichiga oladi.

Biroq, erkin yashovchi bakteriyalarda bunday gen yo'qolishi genom o'lchamidagi kuzatilgan nomutanosiblikni tushuntirib bera olmaydi, chunki ajdodlar genomlarida, ehtimol, ko'p sonli genlar bo'lishi kerak edi. Ajablanarlisi shundaki, erkin yashovchi bakteriyalardagi gen tarkibidagi farqning sezilarli qismi ORFanlarning mavjudligi bilan bog'liq, ya'ni ma'lum homologlarga ega bo'lmagan va shuning uchun ma'lum funktsiyaga ega bo'lmagan ochiq o'qish ramkalari (ORFs).
Bakterial genomlarda ORFanlarning ko'pligi shuni ko'rsatadiki, genomlari juda kamaygan turlar bundan mustasno, genlar zaxiralarida kuzatilgan xilma-xillikning katta qismi na ajdodlar genlarini yo'qotish, na yaxshi xarakterlangan organizmlardan (jarayonlar) o'tish natijasida yuzaga kelmaydi. ortologlarning yamoq taqsimlanishiga olib keladi, lekin noyob genlarda emas) yoki yaqinda takrorlanishlar natijasida (ehtimol, bir xil yoki yaqin genomda homologlar paydo bo'lishi mumkin).
Bioinformatika biologiya fanining nuklein kislotasi (DNK/RNK) va oqsillar ketma-ketligi, tuzilishi, funktsiyasi, yo'llari va genetik o'zaro ta'siri kabi biologik ma'lumotlarni saqlash, olish va tahlil qilish bilan shug'ullanadigan sohasi. U dori vositalarini loyihalash va yangi dasturiy vositalarni ishlab chiqish kabi sohalarda foydali bo'lgan yangi bilimlarni yaratadi. Bioinformatika, shuningdek, algoritmlar, ma'lumotlar bazalari va axborot tizimlari, veb-texnologiyalar, sun'iy intellekt va yumshoq hisoblashlar, axborot va hisoblash nazariyasi, struktur biologiya, dasturiy injiniring, ma'lumotlarni qazib olish, tasvirni qayta ishlash, modellashtirish va simulyatsiya, diskret matematika, boshqaruv va tizim nazariyasi, sxemalar bilan shug'ullanadi. nazariya va statistika.

Inson X xromosomasining xaritasi: Inson genomining yig'ilishi bioinformatikaning eng katta yutuqlaridan biridir.

"Genomik inqilob" ning boshida bioinformatika atamasi nukleotidlar va aminokislotalar ketma-ketligi kabi biologik ma'lumotlarni saqlash uchun ma'lumotlar bazasini yaratish va saqlashni nazarda tutgan. Ushbu turdagi ma'lumotlar bazasini ishlab chiqish nafaqat dizayn masalalarini, balki tadqiqotchilar mavjud ma'lumotlarga kirishlari, shuningdek, yangi yoki qayta ko'rib chiqilgan ma'lumotlarni taqdim etishlari mumkin bo'lgan murakkab interfeyslarni ishlab chiqishni o'z ichiga oladi.
Turli xil kasalliklarda normal hujayra faoliyati qanday o'zgarishini o'rganish uchun biologik ma'lumotlar ushbu faoliyatning to'liq tasavvurini shakllantirish uchun birlashtirilishi kerak. Shuning uchun bioinformatika sohasi shunday rivojlandiki, hozirgi vaqtda eng dolzarb vazifa har xil turdagi ma'lumotlarni tahlil qilish va sharhlashni o'z ichiga oladi. Bunga nukleotidlar va aminokislotalar ketma-ketligi, oqsil domenlari va oqsil tuzilmalari kiradi. Ma'lumotlarni tahlil qilish va sharhlashning haqiqiy jarayoni hisoblash biologiyasi deb ataladi. Bioinformatika va hisoblash biologiyasidagi muhim kichik fanlarga quyidagilar kiradi:
har xil turdagi axborotlardan samarali foydalanish imkonini beruvchi vositalarni ishlab chiqish katta ma'lumotlar to'plamlari a'zolari o'rtasidagi munosabatlarni baholash uchun yangi algoritmlarni (matematik formulalar) va statistikani ishlab chiqish. Masalan, genni ketma-ketlikda aniqlash usullari (gen taqsimoti), oqsil tuzilishi va/yoki funktsiyasini bashorat qilish va oqsil ketma-ketliklarini tegishli ketma-ketliklar oilalariga ajratish usullari.
Bioinformatikaning asosiy maqsadi biologik jarayonlarni tushunishni oshirishdir. Biroq, uni boshqa yondashuvlardan ajratib turadigan narsa, bu maqsadga erishish uchun intensiv hisoblash texnikasini ishlab chiqish va qo'llashga qaratilganligidir. Misollar naqshni aniqlash, ma'lumotlarni qidirish, mashinani o'rganish algoritmlari va vizualizatsiyani o'z ichiga oladi. Ushbu sohadagi asosiy tadqiqot harakatlari qatorni moslashtirish, genlarni topish, genom yig'ish, dori dizayni, dori kashfiyoti, oqsil tuzilishini moslashtirish va evolyutsiyani modellashtirishni o'z ichiga oladi.
Gen ontologiyasi yoki GO barcha turlarda gen va gen mahsuloti atributlari vakilligini birlashtirish uchun asosiy bioinformatika tashabbusidir. Aniqrog‘i, loyihaning maqsadi:
gen va gen mahsuloti atributlarining boshqariladigan lug'atini saqlash va rivojlantirish
genlar va gen mahsulotlarini izohlash va annotatsiya ma'lumotlarini o'zlashtirish va tarqatish
loyiha tomonidan taqdim etilgan ma'lumotlarning barcha jihatlariga oson kirish uchun vositalarni taklif qiling
Genom ketma-ketligi aniqlanganidek, genomlari kamaygan prokariotlarning biologiyasi hayratlanarli darajada xilma-xildir. Bularga ~800 genga ega erkin yashovchi prokaryotlar, shuningdek, ~140 tagacha genga ega endosimbiotik bakteriyalar kiradi. Qiyosiy genomika bu kichik genomlarga olib kelgan evolyutsion mexanizmlarni ochib beradi. Erkin yashovchi prokariotlarda tabiiy tanlanish bevosita genomning qisqarishiga yordam berdi, endosimbiotik prokariotlarda esa neytral jarayonlar muhimroq rol o'ynadi. Biroq, yangi eksperimental ma'lumotlar shuni ko'rsatadiki, selektiv jarayonlar, shuningdek, endosimbiotik prokaryotlar uchun hech bo'lmaganda genomni kamaytirishning birinchi bosqichlarida ishlaydi. Endosimbiotik prokaryotlar xost tomonidan belgilangan muhitda kamaytirilgan genlar to'plami bilan yashash uchun turli strategiyalarni ishlab chiqdilar. Bularga xost tomonidan kodlangan funksiyalardan foydalanish kiradi (ularning ba'zilari endosimbiont va/yoki boshqa bakteriyalardan gen o'tkazish natijasida olingan genlar tomonidan kodlangan); ko-simbionlar o'rtasidagi metabolik komplementatsiya; va uy egasi ichidagi boshqa bakteriyalar bilan konsortsiumlar hosil qiladi. Hujayra ichidagi mutualistik bakteriyalarning genomlarini sekvensiyasi bo'yicha so'nggi loyihalar shuni ko'rsatdiki, ilgari ishonilgan G+C tarkibining kamayishi va genom sinteniyasining saqlanishi kabi universal evolyutsiya tendentsiyalari har doim ham yuqori darajada qisqartirilgan genomlarda mavjud emas. Nihoyat, kichik genomlarga ega bu organizmlarning ba'zilarining soddalashtirilgan molekulyar mexanizmlari sun'iy minimal hujayralarni loyihalashda yordam berish uchun ishlatilishi mumkin. Bu erda biz kichik gen to'plamlari bilan ta'minlangan prokariotlarning biologiyasining so'nggi genomik kashfiyotlarini ko'rib chiqamiz va ularning o'ziga xos tabiatini tushuntirish uchun taklif qilingan evolyutsion mexanizmlarni muhokama qilamiz.


Xulosa:
Prokariot hujayra nukleoidi: prokaryot hujayra (o'ngda) yadroni ko'rsatadigan eukaryotik hujayraga (chapda) nisbatan nukleoidni ko'rsatadi.
Nukleoidni elektron mikrografiyada yuqori kattalashtirishda aniq ko'rish mumkin, bu erda u sitozolga nisbatan aniq ko'rinadi. Ba'zida hatto DNK deb hisoblangan iplar ham ko'rinadi. Nukleoidni yorug'lik mikroskopi ostida ham ko'rish mumkin.Uni Feulgen bo'yog'i bilan bo'yash orqali, bu DNKni maxsus bo'yadi. DNK-interkalatsiya qiluvchi DAPI va etidiy bromid bo'yoqlari nukleoidlarning floresan mikroskopiyasi uchun keng qo'llaniladi.
Eksperimental dalillar shuni ko'rsatadiki, nukleoid asosan taxminan 60% DNK, shuningdek, oz miqdordagi RNK va oqsildan iborat. Oxirgi ikkita tarkibiy qism asosan messenjer RNK va bakterial genomni tartibga soluvchi transkripsiya omili oqsillari bo'lishi mumkin. Nuklein kislotaning supero'ralgan strukturasini saqlab qolishga yordam beradigan oqsillar nukleoid oqsillari yoki nukleoid bilan bog'langan oqsillar sifatida tanilgan va eukaryotik yadrolarning gistonlaridan farq qiladi. Gistonlardan farqli o'laroq, nukleoidning DNKni bog'laydigan oqsillari nukleosomalarni hosil qilmaydi, ularda DNK oqsil yadrosi bilan o'ralgan. Buning o'rniga, bu oqsillar siqishni rag'batlantirish uchun ko'pincha boshqa mexanizmlardan foydalanadi, masalan, DNKning aylanishi.
Genofor - bu prokariotning DNKsi. U odatda prokaryotik xromosoma deb ataladi. "Xromosoma" atamasi noto'g'ri, chunki genoforda xromatin yo'q. Genofor supercoiling deb nomlanuvchi mexanizm orqali siqiladi, ammo xromosoma qo'shimcha ravishda xromatin yordamida siqiladi. Ko'pchilik prokariotlarda genofor aylana shaklida, juda oz qismida esa chiziqli bo'ladi. Genoforning doiraviy tabiati replikatsiyani telomerlarsiz sodir bo'lishiga imkon beradi. Genoforlar odatda eukaryotik xromosomalarga qaraganda ancha kichikroqdir. Bir genofor 580 073 ta asosiy juft (Mycoplasma genitalium) bo'lishi mumkin. Ko'pgina eukaryotlar (masalan, o'simliklar va hayvonlar) mitoxondriya va xloroplastlar kabi organellalarda genoforlarni olib yuradi. Bu organoidlar haqiqiy prokariotlarga juda o'xshaydi.