Gen və onun ifadəsi haqqında təməl biliklər

1. Genin quruluşu və ekspressiyası
Şəhri Məmmədova, MPF2, 220A3a, Biologiya

2. DNT-yə ümumi baxış
• DNT irsiyyətin molekulyar əsasıdır. Bizim
valideynlərimizdənirsiyyət yolu ilə aldığımız
genetik material DNT-dir.DNT nuklein
turşularınaaiddir və özünü ikiləşdirərək
çoxalda bilir.Bizim ata-anamıza
bənzəməyimizinəsasında DNT-nin səhvsiz
şəkildə kopyalanaraq bir nəsildən digər nəsilə
ötürülməsi dayanır.Biokimyasal, fizioloji,
anatomik özəlliklərimizi,hətta
xüsusiyyətlərimizi müəyyən edən məhz DNT
proqramımızdır.DNT bütün hüceyrələrimizdə
mövcuddur və o orqanizmimizinkimyasal
dilidir.

3. DNT-nin kəşfi
• T.H. Morgan və onun araşdırma qrupu genlərin
xromosomlar üzırində yerləşdiyini dedikdən
sonra irsiyyət maddəsinin xromosumun
komponentləri olan DNT, yoxsa protein olduğu
sual doğurdu. Bundan sonra biokimyaçılar bu
suala cavab tapmaq üçün çox sayda
eksperimentlər apardı. Alimlərin əksəriyyəti
genetik materialın protein olduğunu
fikirləşirdilər. Buna səbəb həmin dövrdə
alimlərin DNT haqqında az məlumata sahib
olması idi (1940-cı illərə qədər). Lakin
mikroorqanizmlər üzərində aparılan
təcrübələrin nəticələri bu fikri təkzib edə
bildi. DNT-nin genetik material olduğuna əmin
olduqdan sonra bioloqlar DNT-nin fəza
quruluşunu ortaya çıxarmaq üçün bir-birilə
yarışdılar.

4. • DNT-nin üçölçülü quruluşununortaya
çıxarılması James Watson və FrancisCrick-in iş
birliyi nəticəsindəmümkün olmuşdur.Watson
X-Işını kristalloqrafiyasıüsulu ilə DNT-nin nəinki
ikili zəncir şəklində olduğunu,spiralın genişliyi,
azot əsaslarının yerləşmə qaydası haqqında
məlumat əldə edə bilmişdir.Daha sonra
Watson və Crick bilinən bütun məlumatları
tətbiq edərək DNT-nin quruluşmodelini
vermişlər.1953-cü ilin aprelində dərc
etdirdikləri məqalə ilə elm dünyasını
təəccübləndirmişdilər.

5. DNT-nin quruluşu
DNT = Nukleotidlər
Nukleotid =
Fosfat turşusu
qalığı + Dezoksiriboza +
Azot
əsası
Adenin, quanin,
sitozin həm DNT,
həm də RNT üçün
ortaqdır
Timin yalnız DNT-
də, urasil yalnız
RNT-də rast gəlinir
Bir-birinə antiparalel vəziyyətdə
yerləşən 2 zəncir +

6. Genə ümumi baxış
• DNT-də məlumat nukleotidlər ardıcıllığı şəklində
yazılmışdır. Bu cür nukleotid ardıcılliqları gen olaraq
adlanır. Genlər irsiyyətin funksional və fiziki vahididir.
Onlar xromosom üzərində sabit bir mövqe tuturlar,
lokuslarda yerləşirlər. Bir gen, bir
polipeptid şəklində tərcümə
edilir. Bu isə hər bir fərdə məxsus özəlliklərin meyda
na çıxmasına səbəb olur. Lakin bütün genlər insanda
zülalı kodlaşdırmır. Genotip və fenotip arasındakı
əlaqə proteinlərlə təmin olunur.
• Beynəlxalq səviyyəli bir araşdırma olan İnsan
Genom Layihəsi (Human Genome Project) insan
genomunu və ona daxil olan genləri müəyyən
etmişdir. Belə təxmin edilir ki, insanda 20000-25000
arası gen vardır. Bu isə drozofil milçəyindəki
genlərin sayından cəmi 2 dəfə çoxdur. Bu rəqəm
alimləri də təəccübləndirmişdir.

7. Genlər və proteinlər
arasındaki əlaqənin kəşfi
• Garrodun bu fikri bir neçə on il sonra aparılan
təcrübələrlə dəstəklənmişdir. Beləki,
bir hüceyrələrimizdə bir çox üzvi molekul
metobolik yollarla sintez olunur, eləcə də dağıdılır.
Bu metabolik yollarda zəncirvari olaraq baş verən
kimyəvi reaksiyalar enzimlər tərəfindən katalizlənir.
• Çeşidli mutasiyalar Drozofil milçəyində gözə rəng
verən piqment sintezini müəyyən mərhələdə
dayandırır. George Beadle və Ephrussi bu
vəziyyəti mutasiya nəticəsində lazımi enzimin
sintez oluna bilməməsi ilə əlaqəndirmişdilər. Bu
və bununla yanaşı digər təcrübələr Bir Gen-Bir
Enzim hipotezinin meydana gəlməsinə səbəb
olmuşdur.
• Lakin bütün proteinlər enzim deyil. İnsulin
hormonu və əsas quruluş proteinimiz olan keratin
buna misaldır. Buna görə də alimlər bu hipotezdə
kiçik bir dəyişiklik etmiş, bu hipotezi Bir Gen-Bir
Polipeptid hipotezi ilə əvəz etmişdirlər.
• İngilis həkimi Archibald Garrod 1909-cu ildə ilk
dəfə genlərin enzimlər vasitəsi ilə fenotipi
müəyyən etdiyini bildirmişdir. O bu
qənaətə alkaptonuria adlanan genetik
xəstəlik nəticəsində gəlmişdir. Beləki tərkibində
alkapton olan sidik havaya məruz qaldıqda qaralır.
Garrod belə fikirləşmişdir ki, normal insanlar
alkaptonu parçalayan enzimə malikdir,
lakin alkaptonurik insanlar isə bu enzimi genetik
olaraq sintez edə bilmirlər. Araşdırmaçı bu cür
xəstəlikləri "Anadangəlmə metabolizm
pozğunluqları" olaraq adlandırmışdır.

8. Genin ekspressiyası
• DNT molekullarının tərkibində yerləşən gen və ya genlərin
daşıdıqları informasiyaların fenotip şəklində zahirə çıxarılma
prosesi genlərin ekspressiyası adlanır. Bu proses mürəkkəb gedişə
malikdir. İlkin olaraq genin transkrpsiyası həyata keçirilir. Genin
quruluşu və ekspressiyası bir-birilə sıx əlaqəlidir. Buna görə də
bunlar növbəti slaydlarda qarşılıqlı izah olunub.

9. Genin quruluşu
• Genin quruluşu dedikdə onun daxilində ixtisaşlaşmış ardıcıl elementlərin
yerləşməsi nəzərdə tutulur. Eukaryot və prokaryotların genləri çox oxşardır.
Lakin eukaryot genlər prokaryotlardan daha çox requlyator bölgələrin olması
ilə fərqlənir. İnsan genlərinin ölçüləri müxtəlifdir. Beləki ən kiçik gen yüzdən az
nukleotid cütündən təşkil olunarkən, ən böyük genlər hətta 2 milyondan çox
nukleotid cütünü əhatə edir. Geni təşkil edən elementlərin hər birinin
özünəməxsus funksiyası vardır. Bu hissələrin uzunluqları genlər arasında
fərqlənsədə funksiyaları eynidir.

10. • Eukaryotik genlərin əsəs xüsusiyyəti onun transkriptinin ekzon və intronlarabölünməsidir.
Ekzonlar amin turşularınatərcüməedilən hissələrdir,yəni onlar kodlaşdıran bölgələrdir.
İntronlar isə kodlaşdırmayan bölgələrdir.Onlar funksiyaları alimlərə tam məlum olmasada,
belə düşünülür ki, onlar genin ekspressiyasının tənzimlənməsindərol oynayır. Genin intron
bölgələri ekzon bölgələrindən daha uzun olur.Transkripsiyadan sonrakı emal prosesində
ekzonlar saxlanır,intronlar isə kəsilib çıxarılır.Buradan belə bir nəticəyəgəlmək olur ki, DNT-
nin daxilində zülal sintezi üçün lazımi məlumat cəm halında yox,səpələnmiş vəziyyətdə yerləşir.
• Zülalların tərkibinədaxil olan amin turşu ardıcıllığı,onun başlanğıcı və sonu genin tərkibində
üçlü nukleotidtripleti,yəni kodon şəklindəkodlaşdırılmışdır.Dörd nukleotidin üç-üç
qruplaşması 64 ədəd kodonun yaranmasınasəbəb olur.Əgər 20 amin turşusununzülal
yaranmada iştirak etdiyini nəzərə alsaq, belə nəticəyəgəlirik ki, bir amin turşusu bir neçə
kodonla kodlaşdırıla bilər.Yalnız mtionin və triptofan bir kodonla kodlaşdırılır.Qalan amin
turşuları isə 2-6 arasında kodonla kodlaşdırıla bilər

12. • Hüceyrələrin normal fəaliyyəti üçün mühüm şərtlərdən biri genomun
tərkibində yerləşən minlərlə genin transkripsiyasının dəqiq tənzim
olunmasıdır. Hər bir genin özünəməxsus transkripsiya olunma proqramı vardır.
Bu proqram elə genlərin özləri kimi DNT-nin tərkibində nukleotidlər ardıcıllığı
şəklində kodlaşdırılmışdır. Bu cür nukleotid ardıcıllıqları Sis-təsirli elementlər
olaraq adlandırılır. Bunlara bazal promotorlar, proksimal promotor
gücləndiricilər (enhancers), sakitləşdiricilər (silencers) və sərhədçi
izolyator elementlər (insulators) aiddir.

13. Əsas bazal promotorlar
Əsas (bazal) promotorlar RNT II polimeraza tərəfindən transkripsiyanındəqiq başlanğıcını
istiqamətləndirənDNT bölgəsidir.Əvvəllər bazal promotorların vahid bir mexanizmlə
işləyən universal nukleotidardıcıllığı olduğu düşünülürdü.Lakin sonralar onların quruluşundavə
funksiyasındamüxtəlifliyin olduğu məlum oldu. Promotorlar,RNT polimerazanın
haraya bağlanacağını və transkripsiyanın harada başlanacağını müəyyən etməkdən əlavə, DNT-
nin zəncirlərindən hansının matrisrolu oynayacağını da müəyyən edir. TATA qutusu (TATA box)
eukaryotlarda və arxeylərdə bazal promotor bölgəsində tapılan ardıcıllıqdır.T və A nuleotid
cütlərinin təkrarlanmasıilə xarakterizəolduğu üçün onu bu cür adlandırıblar.TATA qutusu olan
bölgələrdə transkripsiyaburadan başlayır.TATA qutusu nukleotidardıcıllığındavə başlama
mexanizmindəolan nöqtəvi mutasiyalar,delesiyalar və digərləri fenotipik dəyişikliklərəsəbəb
olur. Bu dəyişikliklər xəstəlik fenotipinə çevrilir.Gastrik xərçəng,Huntinqton xəstəliyi,Beta-
talessemiya, Gilbert sindromu TATA qutusundaolan mutasiyalarla əlaqəlidir.

14. TATA- ya birləşən protein
(TBP-TATA binding protein),
transkripsiya faktorları, RNT
polimeraza transkripsiyanı
başlatmaq üçün bir araya
gəlir.

15. Gücləndiricilər və sakitləşdiricilər (inhanserlər
və saylanserlər)
• İnhanserlərsaylanserlər start nöqtəsindən on minlərlənukleotidcütlüyü aralı, intronların
daxilində yerləşirlər.Onlar xüsusi transkripsiyafaktorları ilə əlaqə yaradaraq genin
ekspressiyasını dayandıra və gücləndirəbilirlər.İnhanserlərqısadır, uzunluqları50-1500
nukleotid cütü arasında dəyişir.İnsan genomunda yüz minlərləinhanser vardır. Onlara həm
prokaryotlarda,həm də eukaryotlardarast gəlinir.Ayrı-ayrı gücləndiriciləryalnız müəyyən
toxuma və hüceyrələrdəgenin ekspressiyasını artıra bilirlər.Hüceyrələrin və toxumanın
diferensiasiyası və böyüməsi genlərin zaman və yer olaraq düzgün ekspressiyasını tələb edir.
Gücləndiricilər spesifik hüceyrələrdəgeni açaraq və digərlərindəbasqılayaraq bunu tənzim
etmiş olur.
• Saylanserlər promotor və ya inhanserlərəbağlana və transkripsiyanıblok edə bilərlər.Saylans
erlər DNTdə bir çox bölgədə yerləşə bilər.Onların ən ümumi yerləri hədəf genin yuxarısındadı
r.

17. • Sərhədçi-izolyatorlar (insulyatorlar) bir genlə əlaqəsi
olan gücləndiricilərin qonşu genlərə təsir etmələrinə imkan
vermirlər. Çoxhüceyrəli eukaryotlarda rast gəlinir. Tipik
izolyatorlar 300-2000 nukleotid cütü uzunluğundadır.

18. Transkripsiya
• Zülal haqqında məlumatı protein sintezi maşınına, yəni ribosoma daşıyan m-RNT-dir.
m-RNT komplementarlıq prinsipi əsasında, matris rolunu oynayan DNT zənciri
üzərində sintez olunur. RNT polimeraza adı verilən enzim iki DNT zəncirini açaraq
ayırır, və nukleotidləri uyğun olaraq bağlayır. RNT polimeraza sintez olunan
polimerin sadəcə 3' ucuna nukleotidləri əlavə edir. Beləliklə polimer 5'-3'
istiqamətində uzanır. RNT polimerazanın hara bağlanacağını və sintezi harada
bitirəcəyini bilir. Beləki, bu haqda məlumat DNT-nin özündə nukleotidlər ardıcıllığı
şəklində yazılır. DNT-nin transkripsiyanın başladıldığı ardıcıllığına, yəni RNT
polimerazanın bağlandığı yerə promotor, transkripsiyanın sonlanma siqnalını verən
ardıcıllığına isə terminator deyilir. Transkripsiya keçirən DNT ardıcıllığı
transkripsiya vahidi olaraq adlandırılır. Transkripsiya 3 mərhələdə baş verir: RNT
zəncirinin başlaması, uzanması və sonlanması

19. Transkripsiyanın başlanması
• Promotorun tərkibində RNT polimerazanın bağlanacağı nukleotid
ardıcıllığı vardır. Prokaryotlar bu bölgəni birbaşa olaraq tanıyır və
onunla birləşir. Lakin eukaryotlarda RNT polimerazanın bağlanması
və transkripsiyanın başlanması transkripsiya faktorları adı verilən
proteinlərin vasitəçiliyi ilə olur. Transkripsiya faktorları və RNT
polimerazanın əmələ gətirdiyi topluluğa transkripsiya komleksi adı
verilir. Artıq bağlanma baş verdikdən sonra DNT zəncirləri bir-
birindən aralanır və RNT polimeraza polimeri sintez etməyə
başlayır.

20. Transkripsiyanın başlama mərhələsi

21. Transkriptin uzanması
• RNT polimeraza DNT matrisi üzərində irəlilədikcə ikili zənciri
açmağa davam edir və bağlı olduğu anda 10-20 cüt nukleotidi
zəncirə əlavə edir. RNT polimeraza irəliləyərkən onun arxasında
açılmış olan DNT zəncirləri yenidən spiral əmələ gətirir. Sintez
olunmuş RNT molekulu qəlib DNT-dən çıxarılır. Eukaryotlarda
transkripsiyanın sürəti saniyədə 60 nukleotiddir. Bir gen eyni
zamanda bir çox RNT polimeraza tərəfindən transkripsiayaya
uğradıla bilər. Beləliklə daha çox protein sintez olunmuş olar.

22. Uzanma

23. Transkripsiyanın sonlandırılması
• Əvvəldə qeyd edildiyi kimi, terminator transkripsiya prosesinin
sonlanma siqnalını verir. RNT polimeraza sonlanma ardıcıllığını
kopyalayanadək irəliləyir. Prokaryotik hüceyrədə RNT polimeraza
sonlanma siqnalını axıra qədər oxuduqdan sonra dayanır. Lakin
eukaryotlarda RNT polimeraza sonlanma siqnalı olan AAUAAA-nı
oxuduqdan sonra da zəncir boyunca irəliləyir. 10-35 nukleotid
keçdikdən sonra RNT transkripti enzimdən kəsilərək sərbəst qalır.

24. Translyasiya
• Translyasiya zamanı hüceyrə genetik mesajı tərcümə edir. Burada genetik mesaj
rolunu kodonlardan təşkil olunmuş RNT oynayır. Tərcüməçi isə n-RNT-dir. O amin
turşularını ribasoma daşıyır. Ribosom özünə n-RNT tərəfindən gətirilən amin
turşuları uzanan polipeptid zəncirin ucuna əlavə edir. N-RNT –nin bir ucu amin
turşusunu birləşdirir, digər ucu isə antikodona sahibdir, hansı ki, o da kodonla birləşir.
61 kodonun olduğunu fikirləşsək, onda eyni sayda da n-RNT-nin olduğu nəticəsinə
gələrik. Əslində isə belə deyil, onların sayı təxminən 45-dir. Beləki, bir n-RNT bir neçə
kodonla birləşə bilir. Bildiyimiz kimi amin turşunu kodlaşdıran kodonların ilk iki
nukleotidi eyni, 3-cü nukleotidi isə fərqli olur. N-RNT-nin isə 3-cü nukleotidinin azot
əsası fərqli azot əsasları ilə qarşılıqlı əlaqə yarada bilir. Məhz bu səbəbdən n-RNT-in
sayı gözlədiyimizdən azdır. Amin turşusunun n-RNT-ə bağlanmasını aminoasil-
nRNT sintetaza təmin edir.

25. • Translyasiya 3 mərhələdə
baş verir: başlanma,
uzanma və sonlanma.

26. Başlanma mərhələsi
• Başlama mərhələsində ribosomun kiçik subvahidi özünə başlanğıc t-
RNT-ni, m-RNT-ni birləşdirir.Ribosomun kiçik subvahidi özünə m-RNT-
nin 5'ucunu birləşdirir. M-RNT üzərində başlama kodonu olan AUG
başlama siqnalını verir. Metionin amin turşusunu daşıyan n-RNTkodona
( ribosomun A bölgəsinə) bağlanır. Bütün bunlar baş verdikdən
sonra ribosomun böyük subvahidi də birləşir və beləliklə translyasiya
başlanma kompleksi tamamlanmış olur. Bütün proseslərdə olduğu kimi
bu prosesdə enerji tələb edir və bu enerji GTP-nin hidrolizindən
qarşılanır.Mərhələ tamamlandıqdan sonra n-RNT ribosomun P
bölgəsinə keçir və A bölgəsi bundan sonra yeni gələn n-RNT-ni qəbul
etmək üçün boş qalır.

28. Uzanma mərhələsi
• Uzanma mərhələsində amin turşular tək-tək uzanan polipeptid
zəncirə əlavə olunur. Bu mərhələnin özü də 3 mərhələdən təşkil
olunmuşdur: 1) Kodon tanıma, 2) peptid rabitənin əmələ gəlməsi,
3) Translokasiya ( yer dəyişdirmə)

29. • Kodon tanıma - Bu mərhələdə amin turşu daşıyan n-RNT kodonla hidrogen rabitəsi
qurmaq üçün ribosomun A bölgəsinə gəlir. Burada enerji olaraq GTP-dən istifadə
olunur. Bu mərhələdə 2 mol GTP-nin hidrolizinə ehtiyac duyur.
• Peptid rabitəsi əmələ gətirmə mərhələsi- Bu mərhələdə P bölgəsində uzanmaqda
olan polipeptid zəncir A bölgəsinə keçərək oradakı amin turşusu ilə birləşir. Proses
ribosomun böyük subvahidindəki r-RNT olan ribozim vasitəsilə kataliz olunur.
• Translokasiya- Bu mərhələdə A bölgəsində ucunda polipeptid zənciri daşıyan n-RNT P
bölgəsinə keçir. Yeni amin turşusunun kodona birləşməsi üçün m-RNT bir kodon
irəliləyir. M-RNT-nin irəliləməsi 5'-3' istiqamətindədir. Əvvəl P bölgəsində olan n-RNT
yeni amin turşusunu özünə birləşdirmək üçün E bölgəsindən ribosomu tərk edir.
Enerji GTP-nin hidrolizindən qarşılanır.

31. • Sonlanma- translyasiyanın son mərhələsidir.Stop kodonları
olan UAA, UAG, UGA A bölgəsinə çatdıqda translyasiya
dayanır. Sonlandırmanı təmin edən protein faktor stop
kodonuna bağlanır.Bu faktor polipeptid zəncirin ucunaamin
turşu birləşdirmək yerinə,su birləşdrir.Bu isə P bölgəsində
polipeptid zəncirin n-RNT-dənhidrolizedərək ayrılmasına
səbəb olur. Ən sonda isə translyasiyakompleksi dağılır

32. Gen ekspressiyasının tənzimi
• Gen ekspressiyasınıntənzimi dedikdə hüceyrədə hansı genin və həmin
genin nə zaman ekspressiyaolunmasının tənzimi nəzərdə tutulur.
Baxmayaraq ki, çoxhüceyrəli orqanizmlərin hüceyrələrindəki DNT eyni
olsa da, bütün hüceyrələrdə eyni genlər ekspressiyaolunmur. Fərqli
hüceyrələrdə fərqli genlər ekspressiyaolunur və bu da fərqli proteinlər
deməkdir. Bütün bunlar hüceyrəyə özünəməxsus xüsusiyyətlər
qazandırır. Nəticədə müxtəlif funksiyalar üzrə ixtisaslaşmış hüceyrələr
differensasiya edir. Genin ekspressiyasıeukaryot orqanizmlərdə
müəyyən mərhələlərdən ibarətdir.

33. • Məsələn sinir
hüceyrəsində DNT-nin
neyromediator kodlaşdıran
geni aktiv ikən, alkaqol-
dehidrogenaza enzimini
kodlaşdıran gen isə aktiv
deyildir. Bu hal qaraciyər
hüceyrəsində tam
əksinədir. Beləliklə gen
ekspressiyasının
tənzimi hüceyrələrə özünə
məxsus funksiyalar
qazandırır.

34. Diqqətiniz üçün təşəkkürlər!

35. İstinadlar:
• https://www.khanacademy.org/science/.Overview: Eukaryotic
gene regulation
• Jane B. Reece & Lisa A. Urry & Michael L. Cain & Steven A.
Wasserman & Peter V. Minorsky & Robert B. Jackson. Campbell
biology, 10 th edition
• E.Qasımov. Sitologiya, dərslik. 2013