Үндсэн ялгаа – ПГУ ба ДНХ-ийн хуулбар
ДНХ-ийн хуулбар нь амьд организмд тохиолддог байгалийн үйл явц юм. Энэ нь нэг ДНХ молекулын хоёр ижил хуулбарыг үйлдвэрлэх явдал юм. ДНХ-ийн хуулбар нь биологийн удамшлын маш чухал үйл явц юм. Генетикийн мэдээлэл нь ДНХ-ийн хуулбарлах чадвараас шалтгаалан эцэг эхээс үр удамд дамждаг. Тиймээс энэ нь бараг бүх амьд организмд тохиолддог чухал үйл явц юм. Энэ үйл явц нь in vivo явагддаг. Гэсэн хэдий ч ДНХ-ийн хуулбарыг in vitro аргаар хийж болно. Полимеразын гинжин урвал (ПГУ) нь ДНХ-ийн хуулбарлах ийм in vitro аргуудын нэг юм. ПГУ нь лабораторид хийгддэг ДНХ олшруулах арга юм. Энэ нь сонирхож буй ДНХ-ийн хэлтэрхий эсвэл генээс хэдэн мянгаас хэдэн сая хувь ДНХ гаргадаг. In vivo ДНХ-ийн хуулбар ба ПГУ-ын хооронд ялгаа байдаг. Энэ хоёрын гол ялгаа нь ДНХ-ийн олон тооны хуулбарыг бий болгохын тулд ПГУ-ын машинд тогтмол температурт ПГУ-ыг хийдэг бол ДНХ-ийн репликаци нь биеийн температурт бие махбодид явагдаж, нэг ДНХ молекулын хоёр ижил хуулбарыг үүсгэдэг.
ПГУ гэж юу вэ?
Полимеразын гинжин урвал (ПГУ) нь молекул биологийн лабораторид тогтмол хийдэг in vitro ДНХ олшруулах арга юм. Энэ арга нь ялангуяа сонирхолтой ДНХ-ийн фрагментийг хэдэн мянгаас хэдэн сая хувь болгох боломжийг олгосон. ПГУ-ыг 1980 онд Кари Муллис нэвтрүүлсэн. Энэхүү техникээр ДНХ-ийн сонирхсон фрагментийг хуулбарлах загвар болгон ашигладаг. Так полимераза гэж нэрлэгддэг ферментийг ДНХ полимеразын фермент болгон ашигладаг бөгөөд энэ нь ДНХ-ийн фрагментийн шинэ хэлхээний нийлэгжилтийг хурдасгах болно. ПГУ-ын холимогт байгаа праймерууд нь фрагментийн өргөтгөлийн эхлэлийн цэг болж ажиллах болно. ПГУ-ын урвалын төгсгөлд дээжийн ДНХ-ийн олон хуулбарыг авах боломжтой.
ДНХ-ийн хуулбар хийхэд шаардлагатай бүх орцууд ПГУ-ын холимогт орсон. Эдгээр нь дээжийн ДНХ, ДНХ полимераз (Taq полимераза), праймер (урагш ба урвуу праймер), нуклеотид (ДНХ-ийн барилгын материал) ба буфер юм. ПГУ-ын урвал нь ПГУ-ын машинд явагддаг бөгөөд үүнийг зөв ПГУ-ын хольц, зөв ПГУ-ын програмаар тэжээх ёстой. Хэрэв урвалын холимог болон програм зөв байвал маш бага хэмжээний ДНХ-ээс ДНХ-ийн тодорхой хэсгийн шаардлагатай хэмжээний хуулбарыг гаргана.
ПГУ-ын урвалд денатураци, праймерын задрал, хэлхээний өргөтгөл гэсэн гурван үндсэн үе шат байдаг. Эдгээр гурван үе шат нь гурван өөр температурт явагддаг. ДНХ нь хоёр судалтай спираль хэлбэртэй байдаг. Хоёр утас нь устөрөгчийн холбоогоор холбогддог. Олшруулахын өмнө хоёр судалтай ДНХ-г өндөр температурт өгч тусгаарладаг. Өндөр температурт хоёр хэлхээтэй ДНХ нь нэг хэлхээ болж денатурат болдог. Дараа нь праймерууд нь сонирхож буй фрагментийн хажуугийн төгсгөлүүд эсвэл ДНХ-ийн гентэй хамт бэхлэгддэг. Праймер нь зорилтот дарааллын төгсгөлд нэмэлт, нэг судалтай ДНХ-ийн богино хэсэг юм. Урагш болон урвуу праймерууд нь денатуратжуулсан дээжийн ДНХ-ийн хажуугийн төгсгөлд нэмэлт сууриудтай ханиалгах температурт бэхлэгддэг.
Праймеруудыг ДНХ-тэй холбоход Так полимеразын фермент загвар ДНХ-д нэмэлт нуклеотид нэмж шинэ хэлхээний нийлэгжилтийг эхлүүлдэг. Так полимераза нь Thermus aquaticus хэмээх халуунд тэсвэртэй нянгаас тусгаарлагдсан халуунд тэсвэртэй фермент юм. ПГУ-ын буфер нь Так полимеразын үйл ажиллагааны оновчтой нөхцлийг бүрдүүлдэг. ПГУ-ын урвалын эдгээр гурван үе шат нь ПГУ-ын бүтээгдэхүүнийг шаардлагатай хэмжээгээр үйлдвэрлэхийн тулд давтагдана. ПГУ-ын урвал бүрт ДНХ хуулбарын тоо хоёр дахин нэмэгддэг. Тиймээс ПГУ-д экспоненциал олшруулалтыг ажиглаж болно. ПГУ-ын бүтээгдэхүүнийг гель электрофорез ашиглан ажиглаж болно, учир нь энэ нь гель дээр харагдахуйц хэмжээний ДНХ үүсгэдэг бөгөөд дараалал тогтоох гэх мэт цаашдын судалгаанд цэвэршүүлэх боломжтой.
Зураг 01: ПГУ
ПГУ нь анагаах ухаан, биологийн судалгааны үнэ цэнэтэй хэрэгсэл юм. Ялангуяа шүүх эмнэлгийн судалгаанд ПГУ нь гэмт хэрэгтнүүдийн жижиг дээжээс судалгаа хийх ДНХ-г олшруулж, шүүх эмнэлгийн ДНХ-ийн профайлыг гаргаж чаддаг тул асар их ач холбогдолтой юм. ПГУ нь генотип, ген клончлох, мутаци илрүүлэх, ДНХ-ийн дараалал тогтоох, ДНХ-ийн бичил массив, эцэг тогтоох шинжилгээ гэх мэт молекул биологийн олон салбарт өргөн хэрэглэгддэг.
ДНХ-ийн хуулбар гэж юу вэ?
ДНХ-ийн репликацийг нэг ДНХ молекулаас ДНХ-ийн хоёр ижил хуулбарыг үүсгэдэг процессыг хэлнэ. Энэ бол биологийн удамшлын чухал үйл явц юм. ДНХ-ийн хуулбар нь бүх амьд организмд тохиолддог. Геномыг охин эс рүү шилжүүлэхийн тулд эх эсийн геномыг хуулбарлах хэрэгтэй. ДНХ-ийн хуулбарлах процесс нь эхлэл, сунгалт, төгсгөл гэсэн гурван үндсэн үе шаттай. Эдгээр алхмуудыг янз бүрийн ферментүүд катализ болгодог. ДНХ-ийн репликаци нь эсийн геном дахь репликацийн гарал үүсэл гэж нэрлэгддэг газраас эхэлдэг. Геномд ДНХ нь давхар хэлхээтэй байдаг. Эдгээр хоёр хэлхээ нь ДНХ-ийн репликацийн эхэн үед тусгаарлагдсан байдаг бөгөөд үүнийг ATP-аас хамааралтай ДНХ-ийн геликазаар гүйцэтгэдэг. ДНХ-ийн задрал нь эхлэлийн шатанд тохиолддог гол үйл явдал юм. Тусгаарлагдсан ДНХ-ийн хэлхээг загвар болгон ашигласнаар ДНХ полимераз нь загварын хэлхээний шинэ нэмэлт хэлхээг 5'-аас 3' чиглэлд нэгтгэдэг. Энэ нь сунгалт гэж нэрлэгддэг алхам юм. Эцэг эхийн хромосомын эсрэг талын төгсгөлд репликацийн хоёр салаа бие биетэйгээ уулзах үед дуусгавар болдог.
Зураг 02: ДНХ-ийн хуулбар
ДНХ-ийн полимеразаас бусад нь ДНХ-ийн примаза, ДНХ-геликаза, ДНХ-ийн лигаза, Топоизомераза зэрэг хэд хэдэн ферментүүд ДНХ-ийн репликацид оролцдог. ДНХ-ийн in vivo репликацийн онцлог нь Оказаки хэлтэрхий үүсгэдэг. Нэг утас нь тасралтгүй үүсэж, нөгөө нь жижиг хэсгүүдэд хуваагдана.
ПГУ болон ДНХ-ийн репликацийн хооронд ямар төстэй зүйл байдаг вэ?
- ПГУ болон ДНХ-ийн репликацийн аль алинд нь хоёр хэлхээтэй ДНХ нь бие биенээсээ тусгаарлагддаг.
- ПГУ болон ДНХ-ийн репликацийн процесст ДНХ хуулбарлагдана.
- ПГУ болон ДНХ-ийн хуулбарлах процесс хоёулаа үнэхээр чухал.
- ПГУ болон ДНХ-ийн хуулбарлах процесст ДНХ полимеразын фермент оролцдог.
ПГУ болон ДНХ-ийн хуулбарлах хоёрын ялгаа юу вэ?
ПГУ ба ДНХ-ийн хуулбар |
|
| ПГУ нь ДНХ-г олшруулдаг in vitro арга бөгөөд хэдэн мянгаас хэдэн сая хувь ДНХ гаргадаг. | ДНХ-ийн хуулбар нь нэг ДНХ молекулаас ДНХ-ийн хоёр ижил хуулбарыг үүсгэдэг байгалийн үйл явц юм. |
| Алхам | |
| ПГУ нь гурван үе шаттай; денатураци, праймерын анивалт ба хэлхээний өргөтгөл. | ДНХ-ийн хуулбар нь гурван үе шаттай; эхлэл, сунгалт ба төгсгөл. |
| Праймеруудын оролцоо | |
| ПГУ-д хиймэл праймер хэрэгтэй. | ДНХ-ийн хуулбарлахад хиймэл праймер хэрэггүй. РНХ-ийн богино хэсэг нь ДНХ-ийн хуулбарлахад оролцдог. |
| Давхар утаснуудын денатураци | |
| Давхар судал нь ПГУ-д өндөр температурт хэрэглэснээр тусгаарлагдана. | ДНХ-ийн репликаци дахь ДНХ-ийн геликаза ферментээр давхар хэлхээ нь бие биенээсээ тусгаарлагддаг. |
| Оролцсон фермент | |
| ПГУ нь Так полимеразыг ашигладаг. | ДНХ-ийн хуулбар нь ДНХ полимеразыг ашигладаг. |
| Температур | |
| ПГУ нь машин дотор гурван өөр температурт явагддаг. | ДНХ-ийн репликаци нь амьд организмын биеийн температурт явагддаг. |
| In vivo эсвэл In vitro | |
| ПГУ нь in vitro арга юм. | ДНХ-г хуулбарлах нь in vivo арга юм. |
Хураангуй – ПГУ ба ДНХ-ийн хуулбар
ДНХ-ийн хуулбар нь нэг ДНХ молекулаас ДНХ-ийн хоёр ижил хуулбарыг гаргах үйл явц юм. Энэ нь бүх амьд организмд тохиолддог, учир нь энэ нь эцэг эхээс үр удамд генетикийн мэдээллийг өгөх аргыг санал болгодог. Энэ нь эхлэл, сунгалт, төгсгөл гэсэн ферментийн катализатор бүхий гурван үе шатаас бүрдэнэ. ДНХ-ийн хуулбарыг лабораторид хиймэл аргаар хийж болно. ПГУ нь сонирхсон ДНХ-ээс ДНХ-ийн олон тооны хуулбарыг гаргах нэг арга юм. ПГУ-ыг молекул биологийн лабораторид тогтмол хийдэг, учир нь энэ нь ДНХ-ийн хуулбарыг гаргах хялбар арга юм. Энэ нь ПГУ болон ДНХ-ийн хуулбар хоёрын ялгаа юм.
