ინფორმაცია

ცნობილია თუ არა სასარგებლო მუტაციების ჯაჭვები?

ცნობილია თუ არა სასარგებლო მუტაციების ჯაჭვები?


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.

ცნობილია თუ არა სასარგებლო მუტაციების ჯაჭვების მაგალითები?

ამაში მე ვგულისხმობ მუტაციას, რომელიც იწვევს მუტაციების სერიას, რომლებიც წარმოიქმნება ერთმანეთის მიყოლებით შედარებით მოკლე დროში და ყველა მათგანი სასარგებლოა ორგანიზმისთვის. და ვგულისხმობ იმასაც, რომ არსებობს წინა მუტაციების გარკვეული ეტიოლოგიური გავლენა შემდეგ მუტაციებზე, ანუ ჯაჭვში ნებისმიერი მუტაცია მნიშვნელოვნად გაზრდის ჯაჭვში შემდეგი მუტაციის გაჩენის ალბათობას. და თუ არსებობენ ასეთი ჯაჭვები, განიხილება თუ არა ისინი ევოლუციის დაჩქარების მექანიზმად?


ადაპტური გამოსხივება

ევოლუციურ ბიოლოგიაში ადაპტაციური გამოსხივება არის პროცესი, რომლის დროსაც ორგანიზმები სწრაფად დივერსიფიცირდებიან წინაპრების სახეობებიდან ახალ ფორმებად, განსაკუთრებით მაშინ, როდესაც გარემოს ცვლილება ახალ რესურსებს ხდის ხელმისაწვდომს, ქმნის ახალ გამოწვევებს ან ხსნის ახალ გარემოს.

საკვანძო ინოვაცია, რომელსაც შეუძლია სახეობების სწრაფი ადაპტაციური ევოლუციისკენ მიმავალი გზა, შეიძლება იყოს საწყისი სასარგებლო მუტაცია. შეიძლება დაგჭირდეთ ამ საკვანძო ინოვაციების შესახებ ინფორმაცია Salzburger et al. (2005).

მაგალითად, ციკლიდის თევზებში დივერსიფიკაციის დიდი ნაწილი განპირობებულია ყბის მორფოლოგიით, რომელსაც განაპირობებს რამდენიმე ძირითადი გენი (ლიგანდი; bmp4, რეცეპტორი; bmpr1b და ანტაგონისტი; nog2; Brawand et al., 2014). მიუხედავად იმისა, რომ მე კარგად არ ვიცი ლიტერატურა ამ თემაზე, დამაჯერებლად მეჩვენება, რომ საკვანძო მუტაციამ შეიძლება დაუშვა ყბის მორფოლოგიის მრავალფეროვნების დივერსიფიკაცია (რაც განაპირობებს დივერსიფიკაციას).

შენიშვნა, მე ვიცი, რომ მე გავამახვილე ჩემი პასუხი დივერსიფიკაციაზე და არა ცალკეული ხაზის ადაპტაციაზე, მაგრამ არ ვიცი უკეთესი მაგალითები (ან უკეთესი კონცეფცია) ერთი მუტაციისა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს "სასარგებლო მუტაციების ჯაჭვი".


ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემია: “სასარგებლო მუტაციის” მაგალითი?

ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემია არის გენეტიკური დაავადება, რომელიც საერთოა დასავლეთ და ცენტრალური აფრიკის წარმოშობის ადამიანებისთვის. მას ახასიათებს მძიმე ანემია სიფერმკრთალის სიმპტომებით, კუნთების კრუნჩხვები, სისუსტე და დაღლილობისადმი მიდრეკილება. დამატებითი სიმპტომებია გულის გადიდება, ტვინის უჯრედების ატროფია და ძლიერი ტკივილი მუცლის, ზურგის, თავისა და კიდურების არეში (იხ. დიაგრამა ქვემოთ). ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემიის ბევრი მსხვერპლი იღუპება ოც წლამდე, თუმცა ზოგი გადარჩება ორმოცდაათს.

სიმპტომების მიზეზები ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემიის მსხვერპლებში (დაფუძნებული Starr and Taggart, გვ. 173)

ამ დაავადების სიმპტომები წარმოიქმნება დაზარალებულის სისხლის წითელი უჯრედების ტენდენციიდან "ნამგლისკენ", ანუ არარეგულარული ფორმის მიღებისკენ. ეს უჯრედები გრძელდება მხოლოდ ნახევარი, ვიდრე ნორმალური სისხლის წითელი უჯრედები, ისინი მიდრეკილნი არიან გასკდეს და ნადგურდებიან ორგანიზმის მიერ. გარდა ამისა, ნამგლისებრი უჯრედები ხშირად ხვდება კაპილარებში, ყველაზე ვიწრო სისხლძარღვებში, სადაც ისინი გროვდება და წარმოქმნიან ბლოკირებას. შედეგად დაქვეითებული ცირკულაცია იწვევს სხვადასხვა ქსოვილების დაზიანებას, ხშირ შემთხვევაში ნაადრევ სიკვდილამდე.

ნორმალური (A) ნამგლისებრი (B) სისხლის წითელი უჯრედები (მაკფადენისა და კეტონიდან, გვ. 293)

რა იწვევს ნამგლისებრუჯრედოვან ანემიას?

სისხლის წითელი უჯრედების ძირითადი ფუნქციაა ჟანგბადის გადატანა ფილტვებიდან სხეულის ყველა ქსოვილში. სისხლის ყოველი წითელი უჯრედი შეიცავს ჰემოგლობინის მილიონობით მოლეკულას, პროტეინს, რომელიც ასრულებს ჟანგბადის ტრანსპორტირებას. ჰემოგლობინის მოლეკულა შედგება ოთხი პოლიპეპტიდისგან (ამინომჟავების ჯაჭვები): ორი ალფა (α) ჯაჭვი, თითოეული 141 ამინომჟავით და ორი ბეტა (β) ჯაჭვი, თითოეული 146 ამინომჟავით. ამ ოთხი პოლიპეპტიდური ჯაჭვიდან თითოეული ასოცირდება ერთ რკინის შემცველთან ჰემი ჯგუფი, რომელსაც აქვს ჟანგბადის ერთი მოლეკულის შექცევადად შებოჭვის უნარი. ამრიგად, ჰემოგლობინის მოლეკულა მთლიანობაში შეიცავს ოთხ ჰემის ჯგუფს და შეუძლია ოთხი ჟანგბადის მოლეკულის ტრანსპორტირება.

ჰემოგლობინის მოლეკულა (პრაისიდან, გვ. 333, კერამისა და პეტერსონის საფუძველზე)

ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემიის მიზეზი არის "#8220 პუნქტიანი მუტაცია", ანუ ერთი ნუკლეოტიდური ბაზის ცვლილება ბეტა-ჰემოგლობინის პოლიპეპტიდის კოდირების გენის დნმ-ში. მეექვსე დნმ ტრიპლეტი, CTC, შეიცვალა CAC-ით (აზოტოვანი ბაზა თიმინი შეცვლილია ადენინი მუტანტის გენში).

ბეტა-ჰემოგლობინის გენის ეს მუტაცია იწვევს მხოლოდ ერთი ამინომჟავის ცვლილებას ამ გენის მიერ კოდირებული პოლიპეპტიდის შიგნით. მეექვსე ამინომჟავა ბეტა-ჰემოგლობინში ჩვეულებრივ არის გლუტამატი, რომელსაც აქვს მჟავე, ძალიან პოლარული, “ჰიდროფილური” (წყლის მომზიდველი) გვერდითი ჯაჭვი. მაგრამ მუტანტის ბეტა-ჰემოგლობინში ეს გლუტამატი შეიცვალა ვალინი, რომელსაც აქვს არაპოლარული, “ჰიდროფობიური” (წყალმოგერიებული) გვერდითი ჯაჭვი. მუტანტის პოლიპეპტიდის მეექვსე პოზიციაზე ეს ვალინი აყალიბებს "8220 ჰიდროფობიურ ასოციაციას" პირველ პოზიციაზე მიმდებარე ვალინთან, რის გამოც ჰემოგლობინის არანორმალური მოლეკულა (ე.წ. “ ჰემოგლობინი S”) ნაკლებად ხსნადია წყალში, ვიდრე ჩვეულებრივი ვერსია. სახელწოდებით “ ჰემოგლობინი A”).

ამ ერთი შეცვლილი ამინომჟავის შედეგად თითოეულ ორ ბეტა ჯაჭვში, ჰემოგლობინის მოლეკულა, როდესაც დეოქსიგენირებულია, მიდრეკილია პოლიმერიზაციისკენ და კრისტალიზებისკენ (ზოგჯერ შეუქცევადად) გრძელ ფიბრილებში, ღეროს მსგავს სტრუქტურებში, რომლებიც აიძულებენ წითელს. მათ შემცველი სისხლის უჯრედები უცნაურ, დაკბილულ ფორმებად იქცევა. როდესაც ეს ხდება, ჰემოგლობინი ვეღარ იტვირთება და განტვირთავს ჟანგბადს ეფექტურად, უფრო უარესი, სისხლის წითელი უჯრედები დამახინჯდება და აფერხებს კაპილარებს. (ნორმალურ ჰემოგლობინს აქვს ჟელეს მსგავსი კონსისტენცია, რაც საშუალებას აძლევს სისხლის წითელ უჯრედებს ადვილად შეკუმშოს ყველაზე ვიწრო სისხლძარღვებში.)

ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემია - გრძელი კრისტალიზებული ფიბრილები (Cerami and Peterson, გვ. 45)

როგორ შეიძლება ეს იყოს სასარგებლო მუტაციის მაგალითი?

ნორმალურ ადამიანებს აქვთ ჰემოგლობინის ბეტა ჯაჭვის ორი “კარგი” გენი, თითო თითოეული მშობლისგან, გარდა ორი ნორმალური გენის ალფა ჯაჭვისთვის. ნორმალური ჰემოგლობინის გენეტიკურ მახასიათებელს ნიშნავენ “HbA” და ინდივიდის გენოტიპზე არის დაწერილი “HbA HbA.” ამბობენ, რომ ასეთი ადამიანები არიან. ჰომოზიგოტური ნორმალური ჰემოგლობინისთვის მათი ჰემოგლობინის 100% ნორმალური იქნება.

ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემიის მქონე პირებს აქვთ ორი მუტანტური ბეტა-ჰემოგლობინის გენი, მათი გენოტიპი ჰემოგლობინისთვის არის დაწერილი "#8220HbS HbS". ამბობენ, რომ ეს ადამიანები არიან ჰომოზიგოტები მუტაციური ჰემოგლობინის მიმართ, მათი ჰემოგლობინი მეექვსეზე შეიცავს ვალინს ნაცვლად გლუტამატს. პოზიცია თითოეულ ბეტა ჯაჭვში.

თუმცა, შესაძლებელია ბავშვმა მემკვიდრეობით მიიღოს ბეტა-ჰემოგლობინის გენის თითოეული ვერსია. ეს ჰეტეროზიგოტური გენოტიპი არის დაწერილი “HbA HbS” ამბობენ, რომ ასეთი პირები არიან “მატარებლები” ან აქვთ “ნამგლისებრუჯრედოვანი თვისება” მათი სისხლის წითელი უჯრედები გამოიმუშავებენ დაახლოებით 60% ნორმალურ ჰემოგლობინს და 40% მუტანტ ჰემოგლობინს. ზოგიერთი უჯრედი იქნება ნამგლისებრი, მაგრამ მხოლოდ 2-დან 4%-მდე იმ დონის, რომელიც ჩანს HbS ჰომოზიგოტებში. ჩვეულებრივ, ეს ადამიანები ცხოვრობენ ნორმალურად, სირთულეებს აწყდებიან მხოლოდ ძალიან დაბალი ჟანგბადის დაძაბულობის სიტუაციებში, როგორიცაა ძალიან მაღალ სიმაღლეზე ან უკიდურესად დაძაბული ვარჯიშის სიტუაციებში.

მუტაცია არის არა სასარგებლოა მათთვის, ვისაც აქვს მუტაციური გენის ორი ასლი უჯრედებში (HbS ჰომოზიგოტები), ისინი ძალიან განიცდიან და ხშირად კვდებიან რეპროდუქციულ ასაკამდე. მაგრამ ჰეტეროზიგოტები (HbA HbS) ნამდვილად იღებენ სარგებელს: ისინი ნაკლებად ექვემდებარებიან მალარიას. ბევრი აფრიკელი ჩვილი ნორმალური ჰემოგლობინის მქონე იღუპება ცერებრალური მალარიით, მაგრამ ნამგლისებრუჯრედოვანი ნიშან-თვისების მქონეებს უფრო დიდი წინააღმდეგობა აქვთ.

მალარიის ყველაზე მომაკვდინებელ ფორმას პროტისტი იწვევს Plasmodium falciparum, რომელიც ადამიანის სისხლში ხვდება კოღოს კბენისას (გვარი ანოფელი). პროტისტის პათოგენი მკვიდრდება ადამიანის სისხლის წითელ უჯრედებში, მაგრამ ის ამცირებს უჯრედების pH-ს დაახლოებით 0,4 pH ერთეულით, რაც იწვევს ინფიცირებული უჯრედების დაახლოებით 40%-ს ნამგლისებურ ფენას. ეს დეფორმირებული სისხლის წითელი უჯრედები იკვეთება და ფაგოციტირდება იმუნური სისტემის უჯრედებით, რითაც პროტისტი ნადგურდება ნამგლისებრ უჯრედებთან ერთად. მიუხედავად იმისა, რომ ეს არ უზრუნველყოფს სრულ დაცვას მალარიისგან, ის ამცირებს დაავადების სიმძიმეს.

საინტერესოა, რომ ქალები ნამგლისებრუჯრედოვანი თვისებების მქონე ქალები უფრო ნაყოფიერები არიან ვიდრე ჩვეულებრივი ქალები. ამის მიზეზი უცნობია.

ეს მაგალითი მხარს უჭერს მაკროევოლუციას?

შეზღუდული გაგებით, ეს მუტაცია ნამდვილად შეიძლება ითქვას, რომ არის ” სასარგებლო.” ჰეტეროზიგოტები (HbA HbS) უფრო მეტად ცოცხლობენ რეპროდუქციულ ასაკამდე და გადასცემენ თავიანთ გენებს, ვიდრე HbA ჰომოზიგოტები. ისინი იღებენ მნიშვნელოვან დაცვას მალარიისგან და გარდა ამისა, ჰეტეროზიგოტ ქალებს უფრო მეტი ნაყოფიერება აქვთ.

მაგრამ მუტაცია მაინც ა დაკარგვა ინფორმაციის. ჰემოგლობინის ნორმალური ფუნქცია დარღვეულია, არ უმჯობესდება და მალარიისგან დაცვა უბრალოდ შემთხვევითი გვერდითი სარგებელია - პათოგენი ნადგურდება პიროვნების დეფექტურ უჯრედებთან ერთად. ეს მუტაცია არ იწვევს სირთულის ახალ დონეს, არ არსებობს ახალი ფუნქციური ინფორმაცია ან ახალი სტრუქტურული მახასიათებელი ევოლუციის დასამყარებლად. თავისთავად, ეს მუტაცია დამღუპველი და მავნეა, ისევე როგორც მრავალი სხვა. ძნელია იმის დანახვა, თუ როგორ შეიძლება ამ სახის რაიმე გენეტიკურმა ცვლილებამ გამოიწვიოს ნამდვილი ევოლუციური წინსვლა.

კერამი, ენტონი და ჩარლზ მ. პეტერსონი. 1975. “ციანატი და ნამგლისებრუჯრედოვანი დაავადება.” სამეცნიერო ამერიკელი 232(4):44-50.

დევისი, პერსივალი და დინი ჰ. კენიონი. 1993 წ. პანდებისა და ხალხის შესახებ: ბიოლოგიური წარმოშობის ცენტრალური საკითხი. (მე-2 გამოცემა). დალასი: Haughton Publishing Co.

კიტონი, უილიამ ტ. და ჯეიმს ლ. გულდი. 1986წ. ბიოლოგიური მეცნიერება. (მე-4 გამოცემა). ნიუ-იორკი: W. W. Norton & Co.

Lehninger, Albert L. 1975 წ. ბიოქიმია: უჯრედის სტრუქტურისა და ფუნქციის მოლეკულური საფუძველი. (მე-2 გამოცემა). ნიუ-იორკი: Worth Publishers.

მაკფადენი, კეროლ ჰ. და უილიამ ტ. კიტონი. 1995 წ. ბიოლოგია: სიცოცხლის გამოკვლევა. ნიუ-იორკი: W.W. Norton & Co.

მაკლეოდი, კევინ კერტისი. 1982 წელი (ივნისი). “ნამგლისებრუჯრედოვანი თვისება.” Creation Research Society Quarterly 19:19-26.

ფასი, Peter W. 1996 წ. ბიოლოგიური ევოლუცია. ორლანდო, FL: Saunders College Publishing (Harcourt Brace).

რავენი, პიტერ ჰ. და ჯორჯ ბ. ჯონსონი. 1988 წ. ბიოლოგიის გაგება. სენტ ლუი: Times Mirror/Mosby College Publishing.

სტარი, სესი და რალფ თაგარტი. 1989 წ. ბიოლოგია: ცხოვრების ერთიანობა და მრავალფეროვნება. ბელმონტი, კალიფორნია: Wadsworth Publishing Co.


4 სასარგებლო ევოლუციური მუტაცია, რომელსაც ადამიანები ახლა განიცდიან

ევოლუციით გამოწვეული შემთხვევითი გენეტიკური ცვლილებების უმეტესობა ნეიტრალურია და ზოგიერთი საზიანოა, მაგრამ რამდენიმე პოზიტიური გაუმჯობესებაა. ეს სასარგებლო მუტაციები არის ნედლეული, რომელიც დროთა განმავლობაში შეიძლება აითვისოს ბუნებრივი გადარჩევით და გავრცელდეს მოსახლეობაში. ამ პოსტში ჩამოვთვლი რამდენიმე სასარგებლო მუტაციის მაგალითებს, რომლებიც ცნობილია ადამიანებში.

სასარგებლო მუტაცია #1: აპოლიპოპროტეინი AI-Milano

გულის დაავადება ინდუსტრიული ქვეყნების ერთ-ერთი უბედურებაა. ეს არის ევოლუციური წარსულის მემკვიდრეობა, რომელმაც დაგვიპროგრამა ენერგიით მკვრივი ცხიმების სწრაფვა, ოდესღაც კალორიების იშვიათი და ღირებული წყარო, ახლა კი დაბლოკილი არტერიების წყარო. მაგრამ არსებობს მტკიცებულება, რომ ევოლუციას აქვს პოტენციალი გაუმკლავდეს მას.

ყველა ადამიანს აქვს პროტეინის გენი, რომელსაც ეწოდება Apolipoprotein AI, რომელიც არის სისტემის ნაწილი, რომელიც ახორციელებს ქოლესტერინის ტრანსპორტირებას სისხლში. Apo-AI არის ერთ-ერთი HDL, რომელიც უკვე ცნობილია როგორც სასარგებლო, რადგან ისინი შლის ქოლესტერინს არტერიის კედლებიდან. მაგრამ ცნობილია, რომ იტალიის მცირე საზოგადოებას აქვს ამ ცილის მუტანტური ვერსია, სახელად Apolipoprotein AI-Milano, ან მოკლედ Apo-AIM. Apo-AIM კიდევ უფრო ეფექტურია ვიდრე Apo-AI უჯრედებიდან ქოლესტერინის მოცილებაში და არტერიული დაფების დაშლაში და დამატებით ფუნქციონირებს როგორც ანტიოქსიდანტი, რაც ხელს უშლის ანთებით ზოგიერთ დაზიანებას, რომელიც ჩვეულებრივ ხდება ათეროსკლეროზის დროს. Apo-AIM გენის მქონე ადამიანებს აქვთ გულის შეტევისა და ინსულტის რისკის მნიშვნელოვნად დაბალი დონე, ვიდრე ზოგადად მოსახლეობას, და ფარმაცევტული კომპანიები ეძებენ ცილის ხელოვნურ ვერსიას, როგორც კარდიოპროტექტორულ წამალს.

ასევე არსებობს წამლები, რომლებიც დაფუძნებულია სხვადასხვა მუტაციაზე, გენში, რომელსაც ეწოდება PCSK9, რომელსაც აქვს მსგავსი ეფექტი. ამ მუტაციის მქონე ადამიანებს აქვთ 88%-ით ნაკლები გულის დაავადების რისკი.

მომგებიანი მუტაცია #2: გაზრდილი ძვლის სიმკვრივე

ერთ-ერთ გენს, რომელიც მართავს ძვლის სიმკვრივეს ადამიანებში, ეწოდება დაბალი სიმკვრივის ლიპოპროტეინების რეცეპტორებთან დაკავშირებული პროტეინი 5, ან მოკლედ LRP5. ცნობილია, რომ ოსტეოპოროზის გამომწვევი მუტაციები, რომლებიც აზიანებენ LRP5-ის ფუნქციას. მაგრამ სხვა სახის მუტაცია შეიძლება გაძლიერება მისი ფუნქცია, რამაც გამოიწვია ადამიანის ერთ-ერთი ყველაზე უჩვეულო მუტაცია.

ეს მუტაცია პირველად შემთხვევით იქნა აღმოჩენილი, როდესაც შუა დასავლეთის ოჯახიდან ახალგაზრდა მამაკაცი სერიოზულ ავტოკატასტროფაში მოხვდა, საიდანაც ისინი ძვლების გარეშე წავიდნენ. რენტგენოლოგიურმა სხივებმა დაადგინა, რომ მათ, ისევე როგორც იმავე ოჯახის სხვა წევრებს, ჰქონდათ ძვლები საგრძნობლად უფრო ძლიერი და მკვრივი, ვიდრე საშუალოდ. (ერთმა ექიმმა, რომელმაც შეისწავლა ეს მდგომარეობა, თქვა: „არცერთ იმ ადამიანებს, 3-დან 93 წლამდე, არ ჰქონიათ ძვლის მოტეხილობა.“) სინამდვილეში, ისინი რეზისტენტული არიან არა მხოლოდ ტრავმის მიმართ, არამედ ნორმალური ასაკთან დაკავშირებული ჩონჩხის მიმართ. დეგენერაცია. ზოგიერთ მათგანს აქვს კეთილთვისებიანი ძვლოვანი წარმონაქმნები პირის ღრუსზე, მაგრამ გარდა ამისა, მდგომარეობას არ აქვს გვერდითი მოვლენები - თუმცა, როგორც სტატიაში მშრალად არის აღნიშნული, ეს უფრო ართულებს ცურვას. როგორც Apo-AIM-ის შემთხვევაში, ზოგიერთი წამლის კომპანია იკვლევს, თუ როგორ გამოიყენოს ეს, როგორც საფუძველი თერაპიისთვის, რომელიც შეიძლება დაეხმაროს ადამიანებს ოსტეოპოროზით და ჩონჩხის სხვა დაავადებებით.

მომგებიანი მუტაცია #3: მალარიის წინააღმდეგობა

ადამიანებში ევოლუციური ცვლილების კლასიკური მაგალითია ჰემოგლობინის მუტაცია სახელად HbS, რომელიც აიძულებს სისხლის წითელ უჯრედებს მრუდე, ნამგლისებრ ფორმას იძენს. ერთი ეგზემპლარი ანიჭებს წინააღმდეგობას მალარიის მიმართ, მაგრამ ორი ეგზემპლარი იწვევს ნამგლისებრუჯრედოვან ანემიას. ეს არ ეხება იმ მუტაციას.

როგორც მოხსენებული იყო 2001 წელს (იხ. ასევე), იტალიელმა მკვლევარებმა, რომლებიც სწავლობდნენ აფრიკული ქვეყნის ბურკინა ფასოს მოსახლეობას, აღმოაჩინეს დამცავი ეფექტი, რომელიც დაკავშირებულია ჰემოგლობინის სხვადასხვა ვარიანტთან, სახელად HbC. ამ გენის მხოლოდ ერთი ასლის მქონე ადამიანებს 29%-ით ნაკლები აქვთ მალარია, ხოლო ორი ეგზემპლარის მქონე ადამიანებს რისკი 93%-ით მცირდება. და ეს გენის ვარიანტი იწვევს, უარეს შემთხვევაში, რბილ ანემიას, ისეთივე დამღლელი, როგორც ნამგლისებრუჯრედოვანი დაავადება.

მომგებიანი მუტაცია #4: ტეტრაქრომატული ხედვა

ძუძუმწოვრების უმეტესობას აქვს ცუდი ფერის ხედვა, რადგან მათ აქვთ მხოლოდ ორი სახის კონუსი, ბადურის უჯრედები, რომლებიც განასხვავებენ სინათლის სხვადასხვა ფერს. ადამიანებს, ისევე როგორც სხვა პრიმატებს, აქვთ სამი სახეობა, წარსულის მემკვიდრეობა, სადაც კარგი ფერის ხედვა მწიფე, კაშკაშა ფერის ხილის საპოვნელად გადარჩენის უპირატესობა იყო.

ერთი სახის კონუსის გენი, რომელიც ყველაზე ძლიერ რეაგირებს ლურჯზე, გვხვდება მე-7 ქრომოსომაზე. ორი სხვა სახეობა, რომლებიც მგრძნობიარეა წითელზე და მწვანეზე, ორივე X ქრომოსომაზეა. ვინაიდან მამაკაცებს აქვთ მხოლოდ ერთი X, მუტაცია, რომელიც გამორთავს წითელ ან მწვანე გენს, გამოიწვევს წითელ-მწვანე ფერის სიბრმავეს, ხოლო ქალებს აქვთ სარეზერვო ასლი. ეს განმარტავს, თუ რატომ არის ეს თითქმის ექსკლუზიურად მამაკაცის მდგომარეობა.

მაგრამ აქ არის კითხვა: რა მოხდება, თუ მუტაცია წითელ ან მწვანე გენში, ვიდრე მისი გამორთვა, ცვლის ფერების დიაპაზონი, რომელზეც ის პასუხობს? (წითელი და მწვანე გენები წარმოიშვა სწორედ ამ გზით, ერთი წინაპრების კონუსის გენის დუბლირებისა და განსხვავების შედეგად.)

მამაკაცისთვის, ამას არანაირი მნიშვნელობა არ ექნება. მას მაინც ექნებოდა სამი ფერის რეცეპტორი, უბრალოდ განსხვავებული ნაკრები, ვიდრე დანარჩენები. მაგრამ თუ ეს დაემართა ქალის ერთ-ერთ კონუსურ გენს, მას ექნება ცისფერი, წითელი და მწვანე ერთ X ქრომოსომაზე, ხოლო მეორეზე მუტაცია მეოთხე. რაც ნიშნავს, რომ მას ოთხი განსხვავებული ფერის რეცეპტორი ექნებოდა. ის იქნებოდა, როგორც ჩიტები და კუები, ბუნებრივი „ტეტრაქრომატი“, რომელსაც თეორიულად შეუძლია განასხვავოს ფერების ჩრდილები, დანარჩენები ჩვენგან ვერ გაარჩევთ. (ეს ნიშნავს, რომ ის დაინახავდა ახალ ფერებს, რომლებიც ჩვენ დანარჩენებს ვერასოდეს განვიცდით? ეს ღია კითხვაა.)

და ჩვენ გვაქვს მტკიცებულება, რომ ეს მხოლოდ იშვიათ შემთხვევებში მოხდა. ფერის დისკრიმინაციის ერთ-ერთ კვლევაში, სულ მცირე, ერთმა ქალმა აჩვენა ზუსტად ის შედეგები, რასაც ნამდვილი ტეტრაქრომატისგან მოველოდით.


გაიზარდა თანხები დნმ-ის დონ&rsquot საშუალო გაიზარდა ფუნქცია

ბიოლოგებმა აღმოაჩინეს მექანიზმების მთელი სპექტრი, რომელსაც შეუძლია ორგანიზმის დნმ-ის ოდენობის რადიკალური ცვლილებები გამოიწვიოს. თუმცა გენის დუბლირება, პოლიპლოიდი, ჩასმა და ა.შ. ევოლუციის ახსნას არ უწყობს ხელს. ისინი წარმოადგენენ ზრდას თანხა დნმ-ის, მაგრამ არა ფუნქციური გენეტიკური რაოდენობის ზრდა ინფორმაცია&mdashეს მექანიზმები ახალს არაფერს ქმნის. მაკროევოლუცია სჭირდება ახალი გენები (მაგალითად, ქვეწარმავლებზე ბუმბულის დასამზადებლად), ჯერ კიდევ სამეცნიერო ამერიკელი სრულიად გამოტოვებს ამ მარტივ განსხვავებას:

უფრო მეტიც, მოლეკულურმა ბიოლოგიამ აღმოაჩინა გენეტიკური ცვლილებების მექანიზმები, რომლებიც სცილდება წერტილოვან მუტაციებს და ეს აფართოებს ახალი თვისებების გამოვლენის გზებს. გენებში არსებული ფუნქციური მოდულები შეიძლება გაერთიანდეს ახალი გზებით. მთელი გენები შეიძლება შემთხვევით გაორმაგდეს ორგანიზმის დნმ-ში და დუბლიკატები თავისუფლად გადაიქცევიან გენებად ახალი, რთული მახასიათებლებისთვის. [SA 82]

მცენარეებში, მაგრამ არა ცხოველებში (შესაძლოა იშვიათი გამონაკლისების გარდა), ყველა ქრომოსომის გაორმაგებამ შეიძლება გამოიწვიოს ინდივიდი, რომელსაც აღარ შეუძლია შეჯვარება მშობლის ტიპთან და ამას ე.წ. პოლიპლოიდია. მიუხედავად იმისა, რომ მას ტექნიკურად შეიძლება ეწოდოს ახალი სახეობა, რეპროდუქციული იზოლაციის გამო, ახალი ინფორმაცია არ არის წარმოებული, უბრალოდ განმეორებითი გაორმაგება არსებული ინფორმაცია. თუ სტამბის გაუმართაობამ გამოიწვია წიგნის დაბეჭდვა ყოველი გვერდის გაორმაგებით, ეს არ იქნებოდა უფრო ინფორმაციული, ვიდრე სათანადო წიგნი. (ევოლუციური პროფესორების მამაც სტუდენტებს შეიძლება ჰკითხონ, მიიღებდნენ თუ არა დამატებით ქულებს ერთი და იმავე დავალების ორი ასლის გადაცემისთვის.)

ერთი ქრომოსომის დუბლირება ჩვეულებრივ საზიანოა, როგორც დაუნის სინდრომის დროს. ჩასმა არის ძალიან ეფექტური გზა არსებული გენების ფუნქციონირების სრულად განადგურების მიზნით. ბიოფიზიკოსი დოქტორი ლი სპეტნერი თავის წიგნში არა შემთხვევით აანალიზებს მუტაციური ცვლილებების მაგალითებს, რომლებზეც ევოლუციონისტები აცხადებდნენ, რომ იყო ინფორმაციის ზრდა და აჩვენებს, რომ ისინი რეალურად არიან მაგალითები სპეციფიკის დაკარგვა, რაც ნიშნავს, რომ ისინი გულისხმობდნენ ინფორმაციის დაკარგვას (რაც მოსალოდნელია ინფორმაციის თეორიიდან).

ევოლუციონისტის&rsquos &lsquogene დუბლირების იდეა&rsquo არის ის, რომ არსებული გენი შეიძლება გაორმაგდეს და ერთი ეგზემპლარი ასრულებს თავის ნორმალურ მუშაობას, ხოლო მეორე ასლი ზედმეტი და გამოხატული არ არის. მაშასადამე, თავისუფალია მუტაცია სელექციური წნევის გარეშე (მისგან თავის დასაღწევად). თუმცა, ასეთი &lsquoneutral&rsquo მუტაციები უძლურია ახალი ნამდვილი ინფორმაციის წარმოებისთვის. დოკინსი და სხვები აღნიშნავენ, რომ ბუნებრივი გადარჩევა არის ერთადერთი შესაძლო ნატურალისტური ახსნა ბუნებაში არსებული უზარმაზარი დიზაინისთვის (არ არის კარგი, როგორც სპეტნერმა და სხვებმა აჩვენეს). დოკინსი და სხვები ვარაუდობენ, რომ შემთხვევითი ცვლილებები წარმოქმნის ახალ ფუნქციას, შემდეგ ეს ზედმეტი გენი გარკვეულწილად გამოხატული ხდება და სრულყოფილად მორგებულია ბუნებრივი სელექციური პროცესის ქვეშ.

ეს &lsquoidea&rsquo უბრალოდ ბევრი ხელის ქნევაა. ის ეყრდნობა შემთხვევით კოპირების მოვლენას, გენები როგორღაც გამორთულია, შემთხვევით მუტაცია ხდება ახალ ფუნქციასთან მიახლოებით, შემდეგ ისევ ჩართულია, რათა ბუნებრივმა გადარჩევამ შეძლოს მისი დარეგულირება.

გარდა ამისა, მუტაციები არ ხდება მხოლოდ დუბლირებულ გენში, ისინი გვხვდება მთელ გენომში. შესაბამისად, ყველა მავნე მუტაცია დანარჩენ გენომში უნდა აღმოიფხვრას უვარგისის სიკვდილით. სამიზნე დუბლიკატულ გენში შერჩევითი მუტაციები ძალზე იშვიათია და შეიძლება წარმოადგენდეს ცხოველის გენომის 30000-დან მხოლოდ 1 ნაწილს. რაც უფრო დიდია გენომი, მით უფრო დიდია პრობლემა, რადგან რაც უფრო დიდია გენომი, მით უფრო დაბალია მუტაციის სიჩქარე, რომელსაც შეუძლია შეცდომის კატასტროფის გარეშე არსება შეინარჩუნოს, შედეგად, ამას კიდევ უფრო მეტი დრო სჭირდება. ნებისმიერი მუტაცია, რომ აღარაფერი ვთქვათ სასურველი, დუბლირებულ გენში მოხდეს. უბრალოდ არ იყო საკმარისი დრო ასეთი ნატურალისტური პროცესისთვის, რათა გაეთვალისწინებინა გენეტიკური ინფორმაციის რაოდენობა, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ ცოცხალ არსებებში.

დოკინსმა და სხვებმა გააცნობიერეს, რომ მხოლოდ ერთი გენის ფარგლებში არსებული &lsquoinformation space&rsquo იმდენად დიდია, რომ შემთხვევითი ცვლილებები რაიმე სახელმძღვანელო ძალის გარეშე ვერასოდეს გამოიმუშავებს ახალ ფუნქციას. ვერასოდეს იქნება საკმარისი &lsquoექსპერიმენტები&rsquo (ორგანიზმების მუტაციური თაობები), რომ რაიმე სასარგებლო აღმოჩნდეს ასეთი პროცესით. გაითვალისწინეთ, რომ 1000 ბაზის წყვილის საშუალო გენი წარმოადგენს 4 1000 შესაძლებლობას და არის 10 602 (შეადარეთ ეს სამყაროში ატომების რაოდენობას, რომელიც შეფასებულია &lsquoonly&rsquo 10 80). თუ სამყაროს ყოველი ატომი წარმოადგენდა &lsquoექსპერიმენტს&rsquo ყოველ მილიწამში სამყაროს სავარაუდო 15 მილიარდი წლის განმავლობაში, ეს მხოლოდ გენის შესაძლებლობების მაქსიმუმ 10 100-ის ცდას შეძლებდა. ასე რომ, ასეთი &lsquoneutral&rsquo პროცესი ვერ იპოვის რაიმე სპეციფიკურ თანმიმდევრობას (სარგებლიანობას), თუნდაც იმ ფაქტს, რომ ერთზე მეტი თანმიმდევრობა შეიძლება იყოს გარკვეულწილად ფუნქციონალური.

ასე რომ, დოკინსს და კომპანიას იგივე პრობლემა აქვთ, რაც ნეიტრალური შერჩევის თეორიის დამცველებს. ბიოლოგიური ფუნქციების მოლეკულური საფუძვლების მზარდმა ცოდნამ ააფეთქა ცნობილი &lsquoინფორმაციული სივრცე ისე, რომ მუტაციები და ბუნებრივი გადარჩევა გენების დუბლირების გარეშე ან მის გარეშე, ან სხვა ცნობილი ბუნებრივი პროცესი&mdash ვერ ასახავს ცოცხალი სისტემების შეუქცევად რთულ ბუნებას.

ჯერ კიდევ სამეცნიერო ამერიკელი აქვს თავხედობა პრეტენზია:

ორგანიზმების ფართო სპექტრის დნმ-ის შედარება მიუთითებს, რომ ასე [გენების დუბლირება] ვითარდებოდა სისხლის ცილების გლობინის ოჯახი მილიონობით წლის განმავლობაში. [SA 82]

ეს ეხება სისხლის სასიცოცხლო წითელ პიგმენტს ჰემოგლობინი რომელიც ატარებს ჟანგბადს. მას აქვს ოთხი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი და რკინა. ევოლუციონისტები თვლიან, რომ ეს წარმოიშვა ჟანგბადის მატარებელი რკინის შემცველი ცილისგან ე.წ. მიოგლობინი გვხვდება კუნთებში, რომელსაც აქვს მხოლოდ ერთი პოლიპეპტიდური ჯაჭვი. თუმცა, არ არსებობს დემონსტრაცია რომ გენის გაორმაგება და ბუნებრივი გადარჩევა ერთჯაჭვიანი მიოგლობინი ოთხჯაჭვიან ჰემოგლობინად აქცია. ასევე არ არსებობს ადეკვატური ახსნა იმის შესახებ, თუ როგორ ექნებოდათ ჰიპოთეტურ შუამავლებს შერჩევითი უპირატესობები.

სინამდვილეში, ჰემოგლობინის შემოთავაზებული ევოლუცია ბევრად უფრო რთულია, ვიდრე სამეცნიერო ამერიკელი გულისხმობს, თუმცა ამის გასაგებად ცოტა მოწინავე ბიოლოგიაა საჭირო. &ალფა- და &ბეტა-გლობინის ჯაჭვები დაშიფრულია სხვადასხვა ქრომოსომების გენებზე, ამიტომ ისინი დამოუკიდებლად გამოხატულია. ეს გამოხატულება ზუსტად უნდა კონტროლდებოდეს, წინააღმდეგ შემთხვევაში სხვადასხვა სახის ანემიას ე.წ თალასემია შედეგი. ასევე, არსებობს არსებითი ცილა სახელწოდებით AHSP (ალფა ჰემოგლობინის სტაბილიზირებელი ცილა), რომელიც, როგორც სახელწოდება გულისხმობს, სტაბილიზებს &ალფა-ჯაჭვს და ასევე მოაქვს მას &ბეტა-ჯაჭვში. წინააღმდეგ შემთხვევაში &ალფა-ჯაჭვი დალექს და დააზიანებს სისხლის წითელ უჯრედებს.

AHSP არის ცილის კლასის ერთ-ერთი მრავალი მაგალითი, რომელსაც ე.წ ჩაპერონები რომლებიც მართავენ სხვა ცილების დაკეცვას. 3 ეს კიდევ ერთი პრობლემაა ქიმიური ევოლუციური თეორიებისთვის და როგორ იკეცებოდა პირველი ცილები სწორად ჩაპერონების გარეშე? და რადგან თავად ჩაპერონები რთული ცილები არიან, როგორ მოხდა მათ დაკეცვა? 4

ინფორმაციის მზარდი მუტაციების იდენტიფიცირება შეიძლება იყოს მთელი ევოლუციური დისკუსიის მცირე ნაწილი, მაგრამ ეს არის კრიტიკული სუსტი რგოლი ლოგიკურ ჯაჭვში. PBS, სამეცნიერო ამერიკელიდა ევოლუციის მომხრე ყველა სხვა პროპაგანდისტულმა მანქანამ ვერ შეძლო რაიმე მტკიცებულების იდენტიფიცირება, რამაც შეიძლება გააძლიეროს ეს ჩალის კავშირი.


მოდელი და ანალიზი

გამოყენებული აღნიშვნები შეჯამებულია ცხრილში 1.

მუტაციის სიჩქარის მოდიფიკატორი: არის 2-კაციანი შემთხვევითი შეჯვარება ჰაპლოიდური ინდივიდები. პოპულაცია პოლიმორფულია მოდიფიკატორის ლოკუსზე, რომელიც გავლენას ახდენს გენომის მასშტაბით მუტაციის სიჩქარეზე. მავნე მუტაციის მაჩვენებელი გენომზე, თაობაზე არის Q ალელის შემცველ გენომებში და + Δ P ალელის შემცველ გენომებში, რაც იშვიათია. მუტაციის საშუალო მაჩვენებელი არის Ū = + გვΔ, სად და გვ არის ორი ალელის სიხშირე. სასარგებლო მუტაციის სიჩქარე პროპორციულია მავნე მუტაციის სიხშირისა. ეს ჰაპლოიდური მოდელი ადვილად შეიძლება განზოგადდეს შემთხვევით შეჯვარებულ დიპლოიდებზე, რადგან P ალელი იშვიათია და ამიტომ PP ჰომოზიგოტები ქრება იშვიათია, თუმცა უნდა აღინიშნოს, რომ განმარტება რჩება ჰაპლოიდური გენომის მიხედვით.

ხშირად გამოყენებული აღნიშვნები

P ალელის მატარებელი გენომის შესაბამისობა Q ალელის მატარებელ გენომებთან შედარებით, დაწერილია ვ. მცირე ეფექტის მოდიფიკატორისთვის, ახლოს არის ერთიანობასთან და ა.შ არის დაახლოებით ეფექტური წმინდა შერჩევის კოეფიციენტი, რომელიც ხელს უწყობს P ალელს. ფიტნესის აღნიშვნა გამოიყენება სასარგებლო და მავნე მუტაციების შერჩევის კოეფიციენტებთან დაბნევის თავიდან ასაცილებლად ( და , იხილეთ ქვემოთ). ტერმინი ფიტნესი გამოიყენება სასარგებლო მუტაციების ეფექტის აღსაწერად, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი გამოიწვევენ გვ სტოქასტური წესით გაზრდა და შემცირება. მე განვიხილავ ცვლილების გრძელვადიან ზღვრულ მოლოდინს გვ, ისეთი, რომ E (p (t)) = W t p (0) დიდი t-ისთვის, სადაც დრო, , თაობებში იზომება და () ნიშნავს შემთხვევითი ცვლადის მოლოდინს. რადგან მთავარი ინტერესი არის პირობების განსაზღვრა, რომლებშიც გავრცელდება P (ე.ი., როდესაც > 1), ვიდრე მოდიფიკატორის ლოკუსზე დინამიკის ზუსტი აღწერა, ფიტნესის ეს განმარტება თავსებადია იმ შეზღუდვასთან, რომელიც გვ პატარაა.

თუ ევოლუციური ძალები სუსტია, მაშინ, კარგი მიახლოებით, გვაქვს ln W ≈ ln W d + ln W b + ln W c, თუ ვივარაუდებთ, რომ მავნე მუტაციების არაპირდაპირი ეფექტი () და სასარგებლო მუტაციების (), და პირდაპირი გავლენა ფიტნესზე ( ან ღირებულება), იმოქმედეთ გამრავლებით. ეს მიახლოება მოქმედებს მხოლოდ მცირე ეფექტის მოდიფიკატორზე ამ ეფექტებს შორის მეორე რიგის ურთიერთქმედების გამო. მაგალითად, სასარგებლო მუტაციის ფიქსაციის ალბათობა მცირდება მუტაციის უფრო მაღალი სიჩქარის ფონზე, რადგან ის ასოცირდება მავნე მუტაციების დიდ რაოდენობასთან (C harlesworth 1994 P eck 1994 B arton 1995).

მავნე მუტაციები: მიჩნეულია, რომ მავნე მუტაციების გაჩენა ადეკვატურად არის აღწერილი დეტერმინისტული პროცესით. წმინდა ეფექტი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მუდმივი არაპირდაპირი შერჩევა მოდიფიკატორის ლოკუსზე, რომელიც მცირე ეფექტის მოდიფიკატორისთვის პროპორციული იქნება Δ-ის.უ. ზუსტი ურთიერთობა შეიძლება განისაზღვროს მავნე მუტაციის ნებისმიერი კონკრეტული მოდელისთვის.

მაგალითად, განვიხილოთ მოდელი (K imura and M aruyama 1966), რომელიც იღებს უსასრულო რაოდენობის უკავშირო ლოკების შემზღუდველ შემთხვევას, რომლებიც გამოყოფილია უსასრულოდ იშვიათი ალელებისთვის. შერჩევა ხდება მუტაციამდე, როგორც სიცოცხლის ციკლის ჰაპლოიდურ ფაზაში. იმ შემთხვევაში, როდესაც თითოეულ მავნე მუტაციას აქვს თანაბარი, მრავლობითი ეფექტი ფიტნესზე (1 - ), ზუსტი გამოხატულება ლოგის ფიტნესის შემცირებისთვის, რომელსაც განიცდის იშვიათი ნეიტრალური მოდიფიკატორი, მიღებული იქნა D awson (1999), ln W d = - Δ U s d 1 + s d. მსგავსი, მაგრამ მიახლოებითი შედეგი, მცირე Δ, მიიღო კ ონდრაშოვმა (1995).

დიდ მოსახლეობაში (ე.ი.,2ნს > 1) რეკომბინაციის გარეშე, ნებისმიერი ინდივიდი, რომელსაც აქვს მავნე მუტაციების მინიმალურ რაოდენობაზე მეტი, საბოლოოდ არ ტოვებს შთამომავლებს (F isher 1930, გვ. 136) და ა.შ. ln W d = - Δ U . ეს შედეგი ასევე იქნა მიღებული პოპულაციის გენეტიკური მოდელების დეტერმინისტული ანალიზიდან, რომლებიც აერთიანებენ მოდიფიკატორ ლოკებს (K imura 1967 L eigh 1973).

აქ მე ვიყენებ L eigh-ის (1973) მიერ მიღებულ შედეგს ორ ლოკუსიანი მოდელისთვის თვითნებური კავშირით ln-ის შესაფასებლად. გენეტიკურ რუკაზე შემთხვევით მიმოფანტული მავნე მუტაციებისთვის ქრომოსომა, თითოეული სიგრძის მორგანები. მოდელის ანალიზით, რომელშიც მუტაციაც და შერჩევაც დეტერმინისტული პროცესებია, L eigh-მა (1973) მიიღო განტოლება არაპირდაპირი შერჩევის სიძლიერის შესახებ მოდიფიკატორზე, რომელიც ზრდის მუტაციის სიჩქარეს ერთ დაკავშირებულ ლოკუსზე Δμ-ით. უწყვეტი დროის მოდელის მისი ანალიზი ვარაუდობს, რომ კავშირის უთანასწორობა მოდიფიკატორსა და შერჩეულ ადგილს შორის სწრაფად იცვლება მოდიფიკატორის ალელური სიხშირის მიმართ. ეს კვაზი-კავშირის წონასწორობის მიდგომა შესაბამისია მცირე ეფექტის მოდიფიკატორისთვის და იძლევა d p d t ≈ − p ( 1 − p ) Δ μ s d s d + r .

მსგავსი შედეგი გამოიღო კ იმურას მიერ (1967). უფრო ზოგადი შედეგი დეტერმინისტული მრავალ ლოკუსური მოდელისთვის მიღებული იქნა K. J. D awson-ის მიერ (გამოუქვეყნებელი შედეგები). დოუსონის ანალიზი შემდგომში გვიჩვენებს, რომ თუ მავნე მუტაციებს შორის არ არის ეპისტაზი, მაშინ მათ შორის კავშირის დისბალანსი წარმოიქმნება მხოლოდ იმიტომ, რომ მოდიფიკატორი ნაწილდება პოპულაციაში. კავშირის დისბალანსი წესრიგშია (Δ) 2 როცა Δ მცირეა, ამიტომ ინდივიდუალური ეფექტები მოდიფიკატორზე გაერთიანდება მრავლობითად, კარგ მიახლოებამდე.

ახლა განვიხილოთ მავნე მუტაციები, რომლებიც შემთხვევით მიმოფანტულია გენომზე ქრომოსომა, თითოეული სიგრძის მორგანები. მავნე მუტაცია არ არის დაკავშირებული მოდიფიკატორთან ალბათობით ( – 1)/და სხვა შემთხვევაში რუკის მანძილი, , მას შორის და ქრომოსომის შუაში მოდიფიკატორი არის შემთხვევითი ცვლადი ერთიანი განაწილებით [0, /2]. ეს იძლევა ln W d ≈ − Δ U × ( 2 n M ∫ z = 0 M ∕ 2 sdsd + r ( z ) dz + ( n − 1 ) nsdsd + 1 2 ) (1a) ≈ − Δ U 2 sd < 1 + ln ( 1 ∕ 2 sd ) n M >, (1b) სადაც () არის რეკომბინაციის ალბათობა მიღებული H aldane-ის (1919) რუკების ფუნქციის გამოყენებით, () = ½ (1 – –2 ). ბრეკეტებში შემავალი რაოდენობა 1b განტოლებაში აღწერს ზრდას თავისუფალ კავშირზე (nM → ∞) საქმე. განტოლება 1b მიღებულია 1a განტოლებიდან იმ შემზღუდველ შემთხვევაში, სადაც ⪡ 1 და ⪢ 1 და საოცრად ზუსტია ამ პარამეტრების თითქმის ყველა სავარაუდო მნიშვნელობებისთვის. მიახლოება ყველაზე ნაკლებად ზუსტია როცა = 1, მაგრამ სანამ < 0.1, შეცდომა არის <2% ამისთვის > 2 და <11% ამისთვის > 1. შეცდომა მცირდება უფრო დიდისთვის ის უხეშად განახევრებულია ამისთვის = 4. გაითვალისწინეთ, რომ თავისუფალი რეკომბინაციის შემთხვევაში, ეს შედეგი ორჯერ განსხვავდება D awson-ის (1999) ანალიზისგან უსასრულოდ იშვიათი ალელების მოდელის შესახებ, სადაც მუტაცია ხდება შერჩევის შემდეგ და, შესაბამისად, თითოეულ მავნე მუტაციას აქვს 50% შანსია მოდიფიკატორისგან განცალკევება რეკომბინაციით, სანამ მასზე იმოქმედებს შერჩევა.

სასარგებლო მუტაციები: ამ მოდელში, მე მიმაჩნია, რომ მხოლოდ ერთი სასარგებლო მუტაცია არის სეგრეგირებული ნებისმიერ დროს. თუმცა, როგორც ქვემოთ ჩანს, სექსუალურ პოპულაციებში მხოლოდ სასარგებლო მუტაციებს, რომლებიც მჭიდროდ არის დაკავშირებული მოდიფიკატორთან და რომლებიც განკუთვნილია დაფიქსირებისთვის, აქვთ რაიმე როლი მუტაციის სიხშირის ევოლუციაში და, შესაბამისად, ეს მხოლოდ სუსტი შეზღუდვაა. სასარგებლო მუტაციების საერთო მაჩვენებელი. იმის გამო, რომ მოდიფიკატორის ლოკუსზე ეფექტი დამოკიდებულია იმაზე, წარმოიქმნება თუ არა სასარგებლო მუტაცია Q ან P ფონზე, რაც არის ერთი შემთხვევითი მოვლენა, აუცილებელია გრძელვადიანი დინამიკის შესწავლა მრავალი სასარგებლო მუტაციის განმავლობაში, რომელთაგან თითოეული გადის მოსახლეობა თავის მხრივ. მიდგომა არის ერთი სასარგებლო მუტაციის ეფექტის მოლოდინის გამოთვლა და შემდეგ ინდივიდუალური ეფექტების გაერთიანება წმინდა ეფექტის შესაფასებლად.

ყოველი სასარგებლო მუტაცია, რომელიც განკუთვნილია დასაფიქსირებლად, ვარაუდობენ, რომ წარმოიქმნება დროის ისეთ მომენტში, რომ იგი ხელს არ უშლის სხვა სასარგებლო მუტაციებს, რომლებიც მოიცავს პოპულაციას. ეს ალელი, b, ანიჭებს შერჩევით უპირატესობას ალტერნატიულ B ალელთან შედარებით. ვარაუდობენ, რომ სტოქასტური ეფექტები მნიშვნელოვანია მხოლოდ მაშინ, როდესაც b იშვიათია (ე.ი.,2ნს ⪢ 1). ამ ლოკუსსა და მოდიფიკატორ ლოკუსს შორის რეკომბინაციის ალბათობა არის რ. ყოველი სასარგებლო მუტაციისთვის, რომელიც წარმოიქმნება, არის შემთხვევითი ცვლადი, და ამიტომ მრავალი სასარგებლო მუტაციის ეფექტი შეიძლება მოიძებნოს ერთი სასარგებლო მუტაციის ეფექტის მოლოდინის გათვალისწინებით მნიშვნელობების განაწილებაზე. რ.

მთელ პოპულაციაში სასარგებლო მუტაციების გაჩენის მაჩვენებელი, რომლებიც განკუთვნილია დაფიქსირებისთვის, არის თაობაზე. შეიძლება ირიბად იყოს 2-ის ფუნქცია და Ū და შეიძლება განსხვავდებოდეს დროთა განმავლობაში, ადაპტური ევოლუციის მოდელის მიხედვით. თუ, მაგალითად, ადაპტაცია შემოიფარგლება გარემოს ცვლილების სიჩქარით (როგორც ვარაუდობს კ აპლანი და სხვ. 1989), შემდეგ დამოუკიდებელი იქნება ორივე 2-ისგან და Ū. გაითვალისწინეთ, რომ მაშინაც კი, თუ შეფერხება გარემოს ცვლილებასა და შემდგომ სასიკეთო მუტაციებს შორის არის 2-ის ფუნქცია. და Ū, სასარგებლო მუტაციების საერთო მაჩვენებელი ამ პარამეტრებისგან დამოუკიდებელი რჩება. საპირისპირო უკიდურესობა არის ადაპტაციის მოდელი, სადაც არის ძალიან ბევრი ადგილი, სადაც პოტენციურად შეიძლება წარმოიშვას სასარგებლო მუტაციები. იქნება ორივე 2-ის პროპორციული და Ū. ამ ორ უკიდურესობას შორის შუალედური მოდელი, სავარაუდოდ, რეალისტურია.

ავტოსტოპის ეფექტი უბრალოდ წარმოდგენილია პარამეტრით , რომელიც არის წილადი, რომლითაც ალელის სიხშირე არა თავდაპირველად, სასარგებლო მუტაციასთან ასოცირებული მრავლდება, როგორც მთლიანი შერჩევითი წმენდის წმინდა ეფექტი. თუ, მაგალითად, b წარმოიქმნება P ფონზე, მაშინ h = Q-ის სიხშირე (როგორც Qb) b-ის შემდეგ არის Q-ის ფიქსირებული სიხშირე (როგორც QB) b გაჩენამდე. წინა ნამუშევარი კონცენტრირებული იყო ავტოსტოპის ეფექტზე ნეიტრალურ მრავალფეროვნებაზე. სრულიად ასექსუალური მოსახლეობისთვის, = 0. სექსუალური პოპულაციებისთვის ავტოსტოპის ეფექტი პირველად შეისწავლეს M aynard S mith-მა და H aigh-მა (1974), რომლებმაც მიიღეს სავარაუდო გამოხატულება თ. თუმცა, მათმა ანალიზმა უგულებელყო b ალელის სიხშირის სტოქასტური რყევები, თუმცა ეს იშვიათია. ამის გათვალისწინებით და b-ის საბოლოო ფიქსაციის გათვალისწინებით, B arton (1998) იპოვა ზუსტი გამოხატულება გამა ფუნქციების მიხედვით, 1 − h = ( 4 N e s b ) − r ∕ s b Γ ( 1 + r ∕ s b ) Γ ( 1 − r ∕ s b ) Γ ( 1 + 2 r ∕ s b ) (2) ამისთვის / < 1 და 4 > 1. დამოკიდებულება , პოპულაციის ეფექტური ზომა, წარმოიქმნება იმის გამო, რომ ეს არის პირობითი b-ის ფიქსაცია, რომელსაც აქვს ალბათობა 2. (/). სექსუალურ პოპულაციებში ავტოსტოპის ეფექტი მცირდება პოპულაციის ზომის მატებასთან ერთად, თაობების (და, შესაბამისად, რეკომბინაციის მოვლენების) მეტი რაოდენობის გამო, სასარგებლო მუტაციას შორის, რომელიც წარმოიქმნება და ფიქსაციამდე მიდის.

აქ შესწავლილ მოდელში მოდიფიკატორი ალელი არ არის ნეიტრალური. თუმცა, პირდაპირი შერჩევა (ln ) და არაპირდაპირი შერჩევა მავნე მუტაციების გამო (ln ) ვარაუდობენ, რომ სუსტია სასარგებლო მუტაციაზე მოქმედი სელექციის მიმართ (), ასე რომ, ნეიტრალური მოდიფიკატორის შედეგი უნდა იყოს საკმარისად ზუსტი მიახლოება.

ერთი სასარგებლო მუტაციის ეფექტი: ანალიზის ამ ნაწილში, და გვ აღნიშნეთ მოდიფიკატორის ალელის სიხშირეები იმ მომენტში, როდესაც გაჩნდება სასარგებლო ალელი b. გამოვხატავ გამოთქმას მოლოდინისთვის გვ′, P ალელის სიხშირე b ალელის შემდეგ გადავიდა მაღალ სიხშირემდე. იმის გამო, რომ სასარგებლო მუტაციის სიჩქარე თითოეულ მოდიფიკატორის ფონზე არის მავნე მუტაციის სიჩქარის პროპორციული, Q ფონზე b წარმოქმნის ალბათობაა. qU/Ūდა P ფონზე არის გვ( + Δ)/Ū. წინა შემთხვევაში, გვ′= hpდა ამ უკანასკნელ შემთხვევაში გვ′= (1 – ′) = (1 – შტაბ-ბინა). იმიტომ რომ არის შემთხვევითი ცვლადი, იმისდა მიუხედავად, თუ რომელ ფონზე წარმოიქმნება მუტაცია, E ( p ′ p ) = q UU ¯ E ( h ) + p ( U + Δ U ) U ¯ ( 1 − E ( h ) q ) p = ( 1 + Δ UU ¯ E ( 1 − სთ ) ( 1 − p ) ) . (3)

სასარგებლო მუტაციების თანმიმდევრობის წმინდა ეფექტი: განვიხილოთ სერია x სიჩქარით წარმოქმნილი სასარგებლო მუტაციები მთლიან დროში ტ. მე ვიყენებ იმ ფაქტს, რომ დამოუკიდებელი შემთხვევითი ცვლადების ნამრავლის მოლოდინი არის მოლოდინების პროდუქტი. ხოლო გვ პატარაა, (გვ/გვ) დამოუკიდებელია გვდა, შესაბამისად, წინა მოვლენების შედეგი. ამ შემთხვევაში t ln W b = ln ( E ( p ' p ) x ) . იმიტომ რომ xქტ როგორც → ∞, (3) გამოყენებით ვიღებთ ln W b = K ln ( 1 + Δ U U ¯ E ( 1 − h ) ) ≈ K Δ U U ¯ E ( 1 − h ) . (4)

ასექსუალური პოპულაციისთვის ( = 0), განტოლება 4 იდენტურია L eigh (1973) მიერ მიღებული შედეგისა. მიუხედავად იმისა, რომ კავშირის დისბალანსი ბევრად უფრო ძლიერია აქ გაანალიზებულ მოდელში, როდესაც, შესაბამისად, უფრო დიდი ეფექტები საშუალოდ ფასდება სხვადასხვა გენეტიკურ ფონზე, წმინდა ეფექტი იგივეა, რაც ლეის მოდელში.

სექსუალური პოპულაციებისთვის, L eigh (1973) ცხრილის მნიშვნელობები (გვ′–გვ) სპექტრისთვის / ნაპოვნია მსგავსი განტოლებების მიახლოებითი გადაწყვეტით, რომლებიც გამოყენებულია ავტოსტოპის შესასწავლად (M aynard S mith and H aigh 1974), მაგრამ დეტერმინისტული მუტაციით და, შესაბამისად, უფრო სუსტი კავშირის დისბალანსით.აქ მიღებული შედეგი გაცილებით მარტივია და ნათლად გვიჩვენებს კავშირს არაპირდაპირი შერჩევის მუტატორ ლოკუსში და ავტოსტოპის მოვლენების საშუალო სიდიდეს შორის მოცემულ პოპულაციაში.

ავტოსტოპის ეფექტის მოლოდინი: ზემოთ მიღებული შედეგები დამოკიდებულია მოლოდინზე (1 - ). რეკომბინაციის გარეშე, ეს უდრის ერთს და ავტოსტოპის მოვლენებს მაქსიმალური გავლენა აქვს მოდიფიკატორის სიხშირეზე. სექსუალური მოსახლეობისთვის, (1 – ) შეიძლება შეფასდეს დაშვებით, რომ წარმოქმნილი სასარგებლო მუტაციები შემთხვევით მიმოფანტულია ქრომოსომა, თითოეული მორგანები გრძელი. ამ მუტაციების მხოლოდ მცირე ნაწილს ექნება რაიმე ეფექტი, რადგან (1 - ) უმნიშვნელოა, თუ < . თუ b ალელის შერჩევითი უპირატესობა ძალიან დიდია, საკმარისად მცირეა, რომ გონივრული იყოს მისი პირდაპირ გათანაბრება რუქის მანძილით, ვიდრე გამოიყენოს H aldane-ის (1919) რუკების ფუნქცია (იხ. N ordborg და სხვ. 1996).

როდესაც განტოლება 2 არის საშუალოდ განაწილებაზე , გამა ფუნქციები განტოლებაში 2 შეიძლება იგნორირებული იყოს კარგი მიახლოებით, თუ არის დიდი. ეს იმიტომ, რომ როდესაც / ⪡ 1, გამა ფუნქციები ყველა დაახლოებით ერთია და როდის / უფრო დიდია, (4) – / ხდება ძალიან პატარა. შემდეგ გაანგარიშებაში, შეცდომა ამ მიახლოებისას არის <3%, როდესაც > 10 3 და <15% როცა > 10 2 .

ისევე როგორც მავნე მუტაციებისთვის, ალბათობა იმისა, რომ მოდიფიკატორი და სასარგებლო მუტაცია ერთსა და იმავე ქრომოსომაზეა 1/ნ. როდესაც რუკაზე მანძილი ორს შორის არჩეულია ერთიანი განაწილებიდან [0, /2], ალბათობა იმისა < არის უბრალოდ 2/მ. Ამ შემთხვევაში, თანაბრად ნაწილდება ინტერვალზე [0, ] და მოლოდინი (1 – ) მე-2 განტოლების მიხედვით გამა ფუნქციების გარეშე მოცემულია E ( 1 − h ∣ r < sb ) ≈ 1 sb ∫ r = 0 sb ( 4 N esb ) − r ∕ sbdr = 1 − ( 4 N esbl ) − (4 N esb) და, შესაბამისად, სასარგებლო მუტაციებისთვის, რომლებიც შემთხვევით მიმოფანტულია მთელ გენეტიკურ რუკაზე და დიდი E ( 1 − h ) ≈ 2 s b n M ln ( 4 N e s b ) . (5)

პირდაპირი შერჩევა მოდიფიკატორზე: P ალელის ლოგ-შეწყობა Q ალელთან შედარებით ორივეს ფუნქციაა და Δუ. ამის კომპონენტი, Q და P ალელების უშუალო ფიტნეს ეფექტებში განსხვავებების გამო, არის ln , რაც ასევე ორივეს ფუნქციაა და Δუ. დაე () იყოს მუტაციის სიხშირის მქონე ინდივიდის ფიტნესი B ალელის მატარებელი და მავნე მუტაციების გარეშე. დავუშვათ, რომ არ არსებობს ეპისტაზი მოდიფიკატორ ალელებსა და ფიტნესზე მოქმედ მუტაციებს შორის. შემდეგ, მცირე ეფექტის მოდიფიკატორისთვის, ln წრფივია Δ-ში, შემდეგნაირად: ln W c ( U , Δ U ) = ln w ( U + Δ U ) − ln w ( U ) ≈ d ln w ( U ) d U Δ U მცირე Δ U .

მიუხედავად იმისა, რომ გავრცელებულია მოსაზრება, რომ დნმ-ის რეპლიკაციის ერთგულების გაზრდა ძვირია (S turtevant 1937 L eigh 1973 K irkwood და სხვ. 1986 K ondrashov 1995), ძალიან ცოტაა ცნობილი ასეთი ღირებულების ბუნების შესახებ. აქ მე ვვარაუდობ, რომ პირდაპირი შერჩევა მხოლოდ უფრო მაღალი სიზუსტის რეპლიკაციის ან მუტაციის შეკეთების ხარჯების გაზრდის შედეგია. ეს ღირებულება უახლოვდება უსასრულობას სრულყოფილი ერთგულებისთვის (K irkwood და სხვ. 1986, გვ. 5) და შესაბამისად ფიტნესი არის ნული ამისთვის = 0. თუ ღირებულების ზოგადი ფორმა ისეთია, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2, მაშინ გონივრული იქნება ვივარაუდოთ, რომ () ასიმპტომურად უახლოვდება გარკვეულ მაქსიმუმს როგორც იზრდება. ამ შემთხვევაში, ფიტნეს ფუნქციის წარმოებული, ლნ ()/dU, არის მკაცრად დადებითი, მონოტონურად კლებადი ფუნქცია უ. ეს მნიშვნელოვანია ევოლუციურად სტაბილური მუტაციის სიჩქარის არსებობისა და უნიკალურობის დასადგენად (ESS იხილეთ ქვემოთ და სურათი 3). როგორც ჩანს, შეუძლებელია ასეთი განცხადების გაკეთება, თუ მოდიფიკატორის ეფექტი განიხილება შედარებითი (Δ/) ვიდრე აბსოლუტური (Δ) ვადები.

ასექსუალური პოპულაციები: მიუხედავად იმისა, რომ აქ აღწერილი მოდელი გონივრული მოდელია სექსუალურ პოპულაციებში მუტაციის სიხშირის ევოლუციის შესასწავლად, ის შეუსაბამოა ასექსუალური პოპულაციებისთვის. სრულიად ასექსუალურ პოპულაციაში ყოველი სასარგებლო მუტაცია გამოიწვევს სრულ კლონურ ჩანაცვლებას და, შესაბამისად, შეზღუდვას, რომ გვ უნდა დარჩეს პატარა დაირღვეს. ჰიპერმუტაციები (მოდიფიკატორები), რომლებიც ზრდიან გარკვეული მუტაციების სიჩქარეს ათასამდე ფაქტორებით, ნაპოვნია დაბალი სიხშირით ბაქტერიების ბუნებრივ პოპულაციაში. ეშერიხია კოლი და Salmonella enterica (L e C lerc და სხვ. 1996). მუტაციის სიხშირე თავად მოდიფიკატორ ლოკებში გაიზრდება მუტაციურ ფენოტიპში და, შესაბამისად, მუტაციური ალელი, რომელიც დაწყვილებულია სასარგებლო მუტაციასთან, არის მაღალი სიხშირით ერთხელ უკან მუტაციის მნიშვნელოვანი შანსი. ამან შეიძლება გამოიწვიოს გენოტიპის საბოლოო ფიქსაცია, რომელიც აერთიანებს დაბალი მუტაციის სიჩქარის მოდიფიკატორს სასარგებლო მუტაციასთან (T addei და სხვ. 1997). სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კლონური ჩანაცვლება არ არის საჭირო და მოდიფიკატორი, რომელმაც "გამოიწვია" სასარგებლო მუტაცია, არ ფიქსირდება, ამიტომ ≠ 0. მიკროორგანიზმები, რომლებიც შენარჩუნებულია უწყვეტ კულტურაში, აჩვენებენ პოპულაციის ბრუნვას, რომელიც ძალიან სწრაფია, რათა აიხსნას უნიკალური სასარგებლო მუტაციების თანმიმდევრული ფიქსაციით (D ykhuizen 1990). ფუნდამენტურად განსხვავებული მოდელი, როგორიცაა T addei-ს მიერ შესწავლილი და სხვ. (1997) აშკარად უფრო მიზანშეწონილია. თუმცა, ეს არ დაუშვებს მარტივ შედარებას აქ გამოყენებული მოდელის შედეგებთან სექსუალური პოპულაციებისთვის. ამიტომ ამ სტატიაში ასექსუალური პოპულაციების მკურნალობა უკეთესად განიხილება, როგორც შემზღუდველი შემთხვევა სექსუალური პოპულაციებისთვის, რადგან რეკომბინაციის მაჩვენებლები ნულს უახლოვდება.

— B essman-ის მიერ მიღებული მონაცემები და სხვ. (1974) ბაქტერიოფაგის T4 შტამებიდან მოპოვებული პოლიმერაზასთვის, რომლებიც ხასიათდება როგორც ანტიმუტაციური (მარცხნივ ორი ​​წერტილი), ველური ტიპი (ცენტრალური წერტილი) ან მუტატორი (მარჯვნივ ორი ​​წერტილი). ანალიზი გაკეთდა ადენინის ტრიფოსფატის და მისი ანალოგის, 2-ამინოპურინის ტრიფოსფატის თანაბარ კონცენტრაციებში. ფუძე გადაიქცევა, თუ ის დროებით პოლიმერიზდება დნმ-ის ჯაჭვში და შემდეგ კვლავ ამოიჭრება მონოფოსფატის სახით. ეს ძვირია დროისა და ენერგიის თვალსაზრისით.

ევოლუციურად სტაბილური მუტაციის მაჩვენებელი: An ESS (იხ. M aynard S mith 1982), Û, აქ განსაზღვრულია ისე, რომ შესაფერისი გენეტიკური ვარიაციის გათვალისწინებით, ბუნებრივი გადარჩევა ყოველთვის მოძრაობს მიმართ Û. წინა სექციებში გამოვიყვანე გამოთქმა ln-სთვის როგორც ფუნქცია და Δუ. იმის გამო, რომ მოდიფიკატორი მცირე ეფექტის მქონეა, ეს გამოხატულება Δ-ში წრფივია, და ამიტომ ჩვენ მხოლოდ უნდა გავითვალისწინოთ ლნ /Δუ. თუ ეს წარმოებული დადებითია, მაშინ უპირატესობას ანიჭებენ მოდიფიკატორებს, რომლებიც ზრდის მუტაციის სიჩქარეს, ხოლო თუ ის უარყოფითია, უპირატესობა ენიჭება მოდიფიკატორებს, რომლებიც ამცირებენ მუტაციის სიჩქარეს. ESS-ზე ის იქნება ნული და ყველა მოდიფიკატორი (მცირე ეფექტის) შერჩევით ნეიტრალურია. გრაფიკი ლნ /Δ წინააღმდეგ ამიტომ გადაკვეთს -ღერძი, უარყოფითი გრადიენტით, ESS-ზე.

- ESS არის ღირებულება სადაც ლნ /Δ (მყარი ხაზი) ​​გადის -ღერძი. სამი ხელშემწყობი ეფექტის ფუნქციები მოქმედებს დამატებით, ლნ /Δ (წერტილი ხაზი) ​​სასარგებლო მუტაციებიდან, ლნ /Δ (დატეხილი ხაზი) ​​მავნე მუტაციებისგან და ლნ /Δ (წერტილებიანი ხაზი) ​​მოდიფიკატორის პირდაპირი ფიტნეს ეფექტიდან. = 0.01, = = 0.01, nM = 3, 2 = 10 4 . საილუსტრაციო მიზნებისთვის გამოიგონეს შესაბამისი ფორმის ღირებულების ფუნქცია.

თუ ამ გრაფიკის დახრილობა დადებითია იმ წერტილში, სადაც ის კვეთს -ღერძი, მაშინ მცირე ეფექტის ყველა მოდიფიკატორი კვლავ შერჩევით ნეიტრალურია, ამიტომ ეს არის ევოლუციური წონასწორობა. თუმცა, პოპულაციები ამ წონასწორობიდან მცირე მანძილზეც კი არ გადაინაცვლებენ მისკენ და, შესაბამისად, ეს არ არის ESS.

იმის გამო, რომ კომპონენტები ln გაერთიანდეს დამატებით, მათი დიფერენცირება შესაძლებელია ინდივიდუალურად და ESS-ისთვის აუცილებელი პირობა შეიძლება დაიწეროს d ln W d Δ U = d ln W dd Δ U + d ln W bd Δ U + d ln W cd Δ U = 0 ⇐ U = U ^ . (6a) ეს გრაფიკულად არის ნაჩვენები სურათზე 3. ასევე სასარგებლოა ESS-ის განსაზღვრა არაბიოლოგიური შემთხვევისთვის, სადაც არ არის პირდაპირი შერჩევა, რომელიც მოქმედებს მოდიფიკატორზე, რომელსაც მე ვუწოდებ "ნეიტრალურ" ESS-ს. Ûნეიტრალური. ამისათვის აუცილებელი პირობაა უბრალოდ d ln W d Δ U = d ln W d d Δ U + d ln W b d Δ U = 0 ⇐ U = U ^ ნეიტრალური. (6ბ)

ზოგადი კავშირი არაპირდაპირი შერჩევის ზეწოლას შორის სასარგებლო და მავნე მუტაციების გამო: ამ განყოფილებაში მიღებული შედეგი ეყრდნობა მხოლოდ ზემოთ მიღებული განტოლებების ზოგად ფორმას და, შესაბამისად, უნდა იყოს მდგრადი ამ სტატიაში გაკეთებული მრავალი კონკრეტული დაშვებისთვის (მუდმივი და , იშვიათი მოდიფიკატორი). მხოლოდ ამას მოითხოვს არ არის დამოკიდებული Û, ე.ი., რომ ადაპტაცია არ არის შეზღუდული მუტაციით. განტოლება 1, სხვა ანალიზებთან შეთანხმებით (K imura 1967 L eigh 1973 K ondrashov 1995 D awson 1999), აცხადებს, რომ არაპირდაპირი შერჩევა მოდიფიკატორზე მავნე მუტაციების გამო პროპორციულია ამ მოდიფიკატორის მიერ გამოწვეული მუტაციის სიჩქარის აბსოლუტურ ცვლილებასთან. Δუ. ეს სავარაუდოდ მართებულია (მინიმუმ) ყველა შემთხვევისთვის, როდესაც მავნე მუტაციები მოდელირებულია, როგორც დეტერმინისტული პროცესი, რადგან მუტატორ ალელთან ასოცირებული დამატებითი მავნე მუტაციების რაოდენობა განსხვავდება Δ-ით.უ. შემდეგ, გამოყენებით მოდელის რომელიმე პარამეტრის ფუნქციის წარმოსაჩენად გარდა და Δ, შეგვიძლია დავწეროთ d ln W d d Δ U = D. (7a)

მე-4 და მე-5 განტოლებებში ნათქვამია, რომ არაპირდაპირი შერჩევა მოდიფიკატორზე, რომელიც გამოწვეულია სასარგებლო მუტაციებით, პროპორციულია ამ მოდიფიკატორის მიერ გამოწვეული მუტაციის სიჩქარის შედარებით ცვლილებასთან, Δ./Ū. ეს, სავარაუდოდ, მართალია ნებისმიერი მოდელისთვის, სადაც სასარგებლო მუტაციები წარმოიქმნება როგორც სტოქასტური პროცესი დაბალი ფიქსირებული სიჩქარით. ეს იმის გამო ხდება, რომ, იმის გათვალისწინებით, რომ ჩნდება სასარგებლო მუტაცია, მისი შემდგომი გავლენა დინამიკაზე მოდიფიკატორის ლოკუსზე დამოკიდებულია მხოლოდ მოდიფიკატორის ფონზე წარმოქმნის ალბათობაზე, რაც დამოკიდებულია მხოლოდ Δ-ზე./Ū (იხ. განტოლება 3). გამოყენება წარმოადგინოს მოდელის რომელიმე პარამეტრის ფუნქცია გარდა და Δ, შეგვიძლია დავწეროთ d ln W b d Δ U = B 1 U ¯ . (7ბ)

ყველა მოდელში, სადაც ეს ორი პირობა (7a და 7b) დაკმაყოფილებულია, შესაძლებელია დაიწეროს ზუსტი გამოხატულება არაპირდაპირი შერჩევისთვის, რომელიც გამოწვეულია როგორც სასარგებლო, ისე მავნე მუტაციებით კომბინირებული, როგორც მხოლოდ მავნე მუტაციებით გამოწვეული არაპირდაპირი შერჩევის ნაწილი, როგორც მოჰყვება. Თვალსაზრისით და , ნეიტრალური ESS (6b) პირობაა B 1 U ^ ნეიტრალური + D = 0 . ყველა ტერმინის გამრავლება Ûნეიტრალური/Ū იძლევა B 1 U ¯ + U ^ ნეიტრალური U ¯ D = 0. მითითება უკან განმარტებები და 7a და 7b განტოლებებში იძლევა ზოგად შედეგს d ln W b d Δ U + d ln W d d Δ U = < 1 − U ^ ნეიტრალური U ¯ >d ln W d d Δ U . (7c) განტოლება 7c მართალია ყველა მნიშვნელობისთვის Ū რომელზედაც რჩება მუდმივი. იგი აღწერს არაპირდაპირ შერჩევას მოდიფიკატორზე, რომელიც გამოწვეულია როგორც მავნე, ასევე სასარგებლო მუტაციებით (გარკვეული მნიშვნელობისთვის Ū), მხოლოდ მავნე მუტაციებით გამოწვეული არაპირდაპირი შერჩევის თვალსაზრისით (ამას Ū). ბრეკეტებში ტერმინი დამოკიდებულია მხოლოდ Ū ნეიტრალურ ESS-თან შედარებით, Ûნეიტრალური. ეს განტოლება აჯამებს არაპირდაპირ შერჩევას მუტაციის სიხშირის სუსტ მოდიფიკატორზე. თუ Ū = Ûნეიტრალური, არ არსებობს წმინდა არაპირდაპირი შერჩევა. როგორც Ū იზრდება, სასარგებლო მუტაციების ეფექტი ქრება. როგორც Ū უახლოვდება ნულს, სასარგებლო მუტაციების ეფექტი სულ უფრო მნიშვნელოვანი ხდება, თუმცა მუდმივის შეზღუდვა ამ ლიმიტის მიღწევისას ვერ გაგრძელდება.


ცნობილია თუ არა სასარგებლო მუტაციების ჯაჭვები? - ბიოლოგია

მუტაციები შეიძლება იყოს სასარგებლო, ნეიტრალური ან მავნე ორგანიზმისთვის, მაგრამ მუტაციები არ „ცდილობენ“ მიაწოდონ ის, რაც ორგანიზმს „საჭიროებს“. გარემოში არსებულმა ფაქტორებმა შეიძლება გავლენა მოახდინონ მუტაციის სიჩქარეზე, მაგრამ ზოგადად არ ითვლება, რომ გავლენას ახდენს მუტაციის მიმართულებაზე. მაგალითად, მავნე ქიმიკატებთან ზემოქმედებამ შეიძლება გაზარდოს მუტაციის სიხშირე, მაგრამ არ გამოიწვიოს მეტი მუტაცია, რომელიც ორგანიზმს ამ ქიმიკატების მიმართ მდგრადს გახდის. ამ მხრივ, მუტაციები შემთხვევითია და #151 მოხდება თუ არა კონკრეტული მუტაცია, არ არის დაკავშირებული თუ რამდენად სასარგებლო იქნება ეს მუტაცია.

მაგალითად, აშშ-ში, სადაც ადამიანებს აქვთ წვდომა შამპუნებზე, რომლებიც შეიცავს ქიმიკატებს, რომლებიც კლავს ტილებს, ჩვენ გვყავს ბევრი ტილები, რომლებიც მდგრადია ამ ქიმიკატების მიმართ. ამის ორი შესაძლო ახსნა არსებობს:

ჰიპოთეზა A: ჰიპოთეზა B:
ტილების რეზისტენტული შტამები ყოველთვის იყო და #151 და ახლა უფრო ხშირია, რადგან ყველა არარეზისტენტული ტილები იღუპება სურდოს შედეგად. ტილების შამპუნის ზემოქმედებამ რეალურად გამოიწვია მუტაციები შამპუნისადმი წინააღმდეგობის გაწევისთვის.

მეცნიერები ზოგადად ფიქრობენ, რომ პირველი ახსნა არის სწორი და რომ მიმართული მუტაციები, მეორე შესაძლო ახსნა, რომელიც ეყრდნობა არა შემთხვევით მუტაციას, არ არის სწორი.

მკვლევარებმა ამ სფეროში მრავალი ექსპერიმენტი ჩაატარეს. მიუხედავად იმისა, რომ შედეგების ინტერპრეტაცია შესაძლებელია რამდენიმე გზით, არც ერთი ცალსახად არ უჭერს მხარს მიმართულ მუტაციას. მიუხედავად ამისა, მეცნიერები ჯერ კიდევ აწარმოებენ კვლევას, რომელიც უზრუნველყოფს ამ საკითხის შესაბამის მტკიცებულებებს.

გარდა ამისა, ექსპერიმენტებმა ცხადყო, რომ ბევრი მუტაცია ფაქტიურად შემთხვევითია და არ მომხდარა, რადგან ორგანიზმი მოთავსდა ისეთ სიტუაციაში, სადაც მუტაცია სასარგებლო იქნებოდა. მაგალითად, თუ თქვენ ბაქტერიებს ავლენთ ანტიბიოტიკს, სავარაუდოდ, შეამჩნევთ ანტიბიოტიკების წინააღმდეგობის გაზრდის გავრცელებას. ესთერმა და ჯოშუა ლედერბერგმა დაადგინეს, რომ ანტიბიოტიკებისადმი რეზისტენტობის ამ მუტაციებიდან ბევრი არსებობდა პოპულაციაში მანამდეც კი, სანამ პოპულაცია ანტიბიოტიკს არ ექვემდებარებოდა — და რომ ანტიბიოტიკის ზემოქმედებამ არ გამოიწვია ახალი რეზისტენტული მუტანტების გამოჩენა.

ლედერბერგის ექსპერიმენტი
1952 წელს ესთერმა და ჯოშუა ლედერბერგმა ჩაატარეს ექსპერიმენტი, რომელიც დაეხმარა აჩვენა, რომ ბევრი მუტაცია შემთხვევითია და არა მიმართული. ამ ექსპერიმენტში მათ გამოიყენეს ბაქტერიების გამრავლებისა და შენარჩუნების სიმარტივე. ბაქტერიები იზრდება იზოლირებულ კოლონიებად თეფშებზე. ამ კოლონიების რეპროდუცირება შესაძლებელია ორიგინალური თეფშიდან ახალ თეფშზე, თავდაპირველ ფირფიტაზე ქსოვილით „დაჭედვით“ და შემდეგ ცარიელი თეფშების იმავე ქსოვილით დაჭედვით. თითოეული კოლონიიდან ბაქტერიები გროვდება ქსოვილზე და შემდეგ დეპონირდება ახალ ფირფიტებზე ქსოვილით.

ესთერმა და ჯოშუამ წამოაყენეს ჰიპოთეზა, რომ ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტული ბაქტერიების შტამებს, რომლებიც გადარჩნენ ანტიბიოტიკების გამოყენებამდე, რეზისტენტობა ჰქონდათ ანტიბიოტიკების ზემოქმედებამდე და არა ექსპოზიციის შედეგად. მათი ექსპერიმენტული წყობა შეჯამებულია ქვემოთ:

როდესაც თავდაპირველი ფირფიტა პენიცილინითაა გარეცხილი, იგივე კოლონიები (ისინი X და Y პოზიციებზე) ცხოვრობენ —, მიუხედავად იმისა, რომ თავდაპირველ ფირფიტაზე ეს კოლონიები აქამდე არასოდეს შეხვედრიათ პენიცილინს.


შერჩევის დივერსიფიკაცია

ზოგჯერ ორ ან მეტ განსხვავებულ ფენოტიპს შეიძლება ჰქონდეს თავისი უპირატესობები და შეირჩეს ბუნებრივი გადარჩევით, ხოლო შუალედური ფენოტიპები, საშუალოდ, ნაკლებად შეესაბამება. ცნობილია, როგორც დივერსიფიკაციის შერჩევა (სურათი 1c), ეს ჩანს ცხოველთა მრავალ პოპულაციაში, რომლებსაც აქვთ მამრობითი რამდენიმე ფორმა. მსხვილი, დომინანტი ალფა მამრები უხეში ძალით იძენენ მეწყვილეებს, ხოლო პატარა მამრებს შეუძლიათ შეიპარონ მდედრებთან ფარული შეერთება ალფა მამრების ტერიტორიაზე. ამ შემთხვევაში შეირჩევა როგორც ალფა, ისე “შეპარული” მამრებისთვის, მაგრამ საშუალო ზომის მამრებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ ალფა მამრებს გაუსწრონ და ზედმეტად მსხვილნი არიან კოპულაციების შესაპარავად, არჩეულია. შერჩევის დივერსიფიკაცია ასევე შეიძლება მოხდეს, როდესაც გარემოს ცვლილებები ხელს უწყობს ინდივიდებს ფენოტიპური სპექტრის ორივე ბოლოში. წარმოიდგინეთ თაგვების პოპულაცია, რომლებიც ცხოვრობენ სანაპიროზე, სადაც ღია ფერის ქვიშაა, მაღალი ბალახის ნაჭრებით. ამ სცენარში უპირატესობას ანიჭებენ ღია ფერის თაგვებს, რომლებიც ქვიშას ერწყმის, ასევე მუქი ფერის თაგვებს, რომლებსაც შეუძლიათ ბალახში დამალვა. მეორეს მხრივ, საშუალო ფერის თაგვები არ ერწყმოდნენ არც ბალახს და არც ქვიშას და, შესაბამისად, უფრო მეტად შეჭამდნენ მტაცებლებს. ამ ტიპის შერჩევის შედეგია გაზრდილი გენეტიკური ვარიაცია, რადგან პოპულაცია უფრო მრავალფეროვანი ხდება.

პრაქტიკული კითხვა

სურათი 1. ბუნებრივი გადარჩევის სხვადასხვა ტიპს შეუძლია გავლენა მოახდინოს ფენოტიპების განაწილებაზე პოპულაციაში. (ა) სტაბილიზაციის შერჩევისას, უპირატესობა ენიჭება საშუალო ფენოტიპს. ბ) მიმართულების შერჩევისას, გარემოს ცვლილება ცვლის დაკვირვებული ფენოტიპების სპექტრს. გ) შერჩევის დივერსიფიკაციისას, ორი ან მეტი ექსტრემალური ფენოტიპისთვის შეირჩევა, ხოლო საშუალო ფენოტიპის წინააღმდეგ.

ბოლო წლებში ქარხნები უფრო სუფთა გახდა და ნაკლები ჭვარტლი გამოიყოფა გარემოში. როგორ ფიქრობთ, რა გავლენა იქონია ამან პოპულაციაში ჩვილის ფერის გავრცელებაზე?


ცნობილია თუ არა სასარგებლო მუტაციების ჯაჭვები? - ბიოლოგია

Ფიგურა 1. მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა.

მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა

ჯეიმს კრიკმა (დნმ-ის მეორადი სტრუქტურის თანადამფუძნებელმა) თქვა, რომ დნმ არის ინფორმაციის შესანახი მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია საკუთარი თავის რეპლიკაცია. გარდა ამისა, მან შესთავაზა, რომ გადაცემული ინფორმაცია უნდა „წაკითხულიყო“ უჯრედში არსებული მწარმოებელი ორგანოს მიერ, რომელიც აერთიანებს ამინომჟავებს კონკრეტულ თანმიმდევრობაში და საბოლოოდ ასინთეზებს ცილებს. ეს ცნობილი გახდა, როგორც მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა.

ცენტრალური დოგმა პროგნოზირებს, რომ დნმ ემსახურება როგორც შაბლონს მესინჯერი რნმ-ის (mRNA) მოლეკულის პირდაპირი სინთეზისთვის, პროცესში, რომელიც ცნობილია როგორც ტრანსკრიფცია. მეორეც, mRNA რიბოსომაში „იკითხება“ გადაცემის რნმ-ებით (tRNA), რომლებიც ერთად მუშაობენ ამინომჟავების სპეციფიკური ჯაჭვის შეკრებაზე, რომლებიც ერთობლივად იკრიბებიან ცილის წარმოქმნით, პროცესი ცნობილია როგორც. თარგმანი.

სურათი 2. რეტროვირუსები წარმოადგენს გამონაკლისს ცენტრალური დოგმიდან.

მესინჯერი რნმ არის რნმ-ის შვიდი ძირითადი განსხვავებული ტიპიდან მხოლოდ ერთი. ზოგიერთი ასევე მონაწილეობს ცილის სინთეზში (როგორიცაა გადაცემის რნმ). და დნმ პირდაპირ კოდირებს ამ რნმ-ის მოლეკულებს. ასე რომ, ინფორმაციის ნაკადი ამ შემთხვევაში იქნება უბრალოდ დნმ რნმ-მდე. ამ დოგმის კიდევ ერთი მთავარი გამონაკლისი, ინფორმაციის ნაკადი შებრუნებულია. მაგალითად, ზოგიერთ ვირუსს აქვს დნმ-ისგან შემდგარი გენები. როდესაც ეს ვირუსები აინფიცირებენ უჯრედს, ვირუსული რნმ ასინთეზებს დნმ-ს. ამრიგად, ინფორმაციის ნაკადი იქნება რნმ-დან დნმ-მდე. მაგრამ მიუხედავად იმისა, რომ დოგმას აქვს გამონაკლისი, მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა მოიცავს სიცოცხლისთვის ინფორმაციის ყველაზე მნიშვნელოვან ნაკადს. დნმ კოდირებს რნმ-ს და ეს რნმ კოდირებს ცილებს.

რნმ-ის რეპლიკაცია არის ერთი რნმ-ის მეორეზე კოპირება. ბევრი ვირუსი მრავლდება ამ გზით.ფერმენტები, რომლებიც აკოპირებენ რნმ-ს ახალ რნმ-ში, რომელსაც უწოდებენ რნმ-დამოკიდებულ რნმ პოლიმერაზებს, ასევე გვხვდება ბევრ ევკარიოტში, სადაც ისინი მონაწილეობენ რნმ-ის გაჩუმებაში. რნმ-ის რედაქტირება, რომლის დროსაც რნმ-ის თანმიმდევრობა იცვლება ცილების კომპლექსით და „მიმმართველი რნმ-ით“, ასევე შეიძლება ჩაითვალოს რნმ-რნმ-ში გადაცემად.

როგორც კი ბიოლოგებმა გაიგეს დოგმა, მათ გაიგეს უჯრედში ინფორმაციის ნაკადის ზოგადი ნიმუში. შემდეგი გამოწვევა იყო იმის გაგება, თუ როგორ აკოდირებს ფუძეების თანმიმდევრობა მესინჯერის რნმ-ის ჯაჭვში ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობას. რა არის გენეტიკური კოდი? რა წესები განსაზღვრავს კავშირი დნმ-ში ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობასა და ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობას შორის? ჯორჯ გამოუმ შემოგვთავაზა კოდი ლოგიკაზე დაფუძნებული. მან შესთავაზა, რომ თითოეული კოდი სიტყვა შეიცავდეს სამ საფუძველს. მისი მსჯელობა ეფუძნებოდა დაკვირვებას, რომ არსებობს 20 ამინომჟავა.

ვინაიდან დნმ-ში მხოლოდ ოთხი უნიკალური ნუკლეოტიდი და 20 ამინომჟავაა, ამინომჟავების კოდირებისთვის საჭირო იყო ბაზის წყვილების კომბინაცია. თუ ამინომჟავა დაფუძნებული იქნებოდა ერთ ნუკლეოტიდზე, მაშინ მხოლოდ ოთხი ამინომჟავა იქნებოდა. იგივე ლოგიკით, გამოუმ ივარაუდა, რომ კოდი არ შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ორი ნუკლეოტიდის კომბინაციით, რადგან 4x4 არის 16 და არის 20 ამინომჟავა. კოდი უნდა იყოს სამ საბაზისო კოდი (ან სამმაგი კოდი), რადგან ეს არის უმარტივესი კოდი, რომელიც იძლევა 20 ცნობილ ამინომჟავას: 4 X 4 X 4 = 64. ეს ვარაუდობს, რომ შეიძლება იყოს 64-მდე უნიკალური ამინომჟავა. თუმცა, არსებობს მხოლოდ 20 ამინომჟავა.

სურათი 3. გენეტიკური კოდი. სამმაგი კოდი mRNA პირდაპირ კოდირებს ამინომჟავების შეკრებას, რომლებიც ქმნიან ცილას. mRNA თანმიმდევრობით კოდირებული ამინომჟავის იდენტიფიცირებისთვის, იპოვნეთ mRNA სამმაგი კოდი (კოდონი), ნაცრისფერი ყუთი მის მარჯვნივ წარმოადგენს შესაბამის ამინომჟავას. მაგალითად, CCC მიუთითებს ამინომჟავას პროლინზე (Pro).

ამინომჟავების გაცილებით მეტი შესაძლებლობა არსებობს სამმაგი კოდით, ვიდრე ამინომჟავების რაოდენობა (20), რომელსაც ბუნებაში ვხედავთ. ამიტომ, ნათქვამია, რომ კოდი არის ზედმეტი, რაც იმას ნიშნავს, რომ ამინომჟავების კოდირება შესაძლებელია ერთზე მეტი სამმაგი კოდით. მაგალითად, CCU-ს და CCC-ის სამმაგი კოდები იგივე ამინომჟავისთვის კოდირებულია: პროლინი. სინამდვილეში, ყველა ამინომჟავა კოდირებულია ერთზე მეტი სამმაგი კოდით, გარდა მეთიონინისა და ტრიპტოფანისა. შემდგომმა გამოკვლევებმა აჩვენა, რომ სპეციფიკური სამმაგი კოდი ყოველთვის კოდირებულია იმავე ამინომჟავისთვის. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კოდი არის ცალსახა. მაგალითად, AUG-ის სამმაგი კოდი mRNA-ში ყოველთვის კოდირებს მეთიონინს. გასაოცარია, რომ კოდი ზუსტად ერთნაირად მუშაობს ყველა ცოცხალ ორგანიზმზე, ბაქტერიებიდან მცენარეებამდე და ცხოველებამდე! მიუხედავად იმისა, რომ ამაში ძალიან ცოტა გამონაკლისია, კოდის თანმიმდევრულობა ფართოდ ცვალებად ორგანიზმებში მიანიშნებს იმაზე, რომ ჩვენ ყველანი ერთი საერთო წინაპრიდან ვართ. კოდი არის უნივერსალური. და ბოლოს, კოდი არის კონსერვატიული. თუ mRNA-ის პირველი ორი ბაზის წყვილი ერთნაირია, მაგრამ მესამე განსხვავებულია, არსებობს დიდი ალბათობა (მაგრამ არა აბსოლუტური დარწმუნება), რომ ნებისყოფა კოდირებს იმავე ამინომჟავას.

სამი ფუძის ჯგუფს, რომელიც აყალიბებს კონკრეტულ ამინომჟავას, ეწოდება a კოდონი. და გამოვის სამმაგი ჰიპოთეზის მიხედვით, თითოეული კოდონი შედგება სამი ნუკლეოტიდისგან. და თითოეული გენი განისაზღვრება საწყისი კოდონით და გაჩერების კოდონით. იდენტიფიცირებულია საწყისი კოდონი და ეს არის იგივე საწყისი კოდონი დედამიწაზე არსებული თითოეული ორგანიზმის თითოეული გენისთვის. ამის საპირისპიროდ, არსებობს სამი გაჩერების კოდონი.

სურათი 4. პოლიპეპტიდური ჯაჭვების პროგნოზირება დნმ-დან. ამ მაგალითში, დნმ-ის შაბლონური ჯაჭვი (ჯაჭვი, რომელიც ტრანსკრიბირებულია რნმ-ში) არის: 3' - TAC GTC TAG TCC ATC - 5'. ეს ტრანსკრიბირებულია mRNA ჯაჭვში: 5' - AUG CAG AUC AGG UAG- 3'. ამინომჟავების დიაგრამის კონსულტაციისას (ნახ. 4), ჩვენ შეგვიძლია ვიწინასწარმეტყველოთ ამინომჟავების თანმიმდევრობა ამ პროტეინისთვის: მეთიონინი(START CODON)-გლუტამინის მჟავა-იზოლეიცინი-არგინინი-STOP.

ცილების პროგნოზირება დნმ-დან

კოდის გაშიფვრის შემდეგ, დნმ-ის ნებისმიერი თანმიმდევრობის წაკითხვა შესაძლებელია ამინომჟავების ან პოლიპეპტიდური ჯაჭვის თანმიმდევრობის დასადგენად (ნახ. 4). ევკარიოტებში დნმ შედგება მრავალი ქრომოსომისგან. თითოეული ქრომოსომა შედგება მრავალი გენისაგან (სხვა არატრანსკრიფციულ რეგიონებთან ერთად). თითოეული გენი სინთეზირებს mRNA-ს, რომელიც შემდეგ გადაიწერება ცილად. დნმ-ის სეგმენტისთვის, რომელიც ქმნის გენს, მხოლოდ ერთი ჯაჭვი ასინთეზირებს mRNA-ს, რომელიც ცნობილია როგორც შაბლონის სტენდი. დნმ-ის მეორე ჯაჭვს არ სინთეზირებს mRNA-ს ეწოდება არა შაბლონური სტრიქონი, ან უფრო ხშირად კოდირების სტრიქონი. გენის დასაწყისი განისაზღვრება შაბლონის ჯაჭვის სამი ფუძით, TAC, რომელიც ტრანსკრიბირებულია დაწყების კოდონი, აგვ. რამდენადაც ჩვენ ვიცით, ყველა ცოცხალ ორგანიზმს აქვს ერთი და იგივე საწყისი კოდონი ყველა შექმნილი ცილისთვის. შემდეგი სამი დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა გადაიწერება შემდეგ კოდონში. 4-ში დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავები (GTC) ტრანსკრიბირებულია mRNA კოდონში (CAG), რომელიც საბოლოოდ ითარგმნება ამინომჟავაში, გლუტამინის მჟავაში. გაიმეორეთ ეს თანმიმდევრობა მანამ, სანამ არ მიაღწევთ სამი STOP კოდონიდან ერთ-ერთს, რომელიც, როგორც ქვემოთ ნახავთ, ამინომჟავას არ კოდირებს. პირიქით, ის კოდირებს შეწყვეტის ფაქტორს, რომელიც ამთავრებს ტრანსლაციის პროცესს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ცილა.

სურათი 5. წერტილოვანი მუტაციები. წერტილოვანი მუტაციები არის ცვლილება ერთ დეზოქსირიბონუკლეოტიდში, რაც ხდება დნმ-ის რეპლიკაციის დროს შეუსაბამობის დროს. წერტილოვანი მუტაციები შეიძლება გავლენა იქონიოს საბოლოო ცილაზე პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში ამინომჟავის შეცვლით.

მუტაციები არის მუდმივი ცვლილებები ორგანიზმის დნმ-ში, მოდიფიკაცია უჯრედის საინფორმაციო არქივში. მუტაციები მნიშვნელოვანია ევოლუციაში, რადგან ისინი ერთადერთი ცნობილი მექანიზმია, რომელიც რეალურად ქმნის ახალ ალელებს. ახალ ალელებს შეუძლიათ შექმნან სხვადასხვა ცილები და, შესაბამისად, სხვადასხვა უჯრედული ფუნქციონირება და ემსახურებოდეს ბიომრავალფეროვნების სათავეს. მუტაციებმა შეიძლება გავლენა მოახდინოს ორგანიზმზე ფიტნესი, ორგანიზმის გადარჩენისა და გამრავლების უნარი, თუ არა. ფიტნესის გაზრდის მუტაციებს უწოდებენ მომგებიანი, ხოლო ისინი, რომლებიც ამცირებენ ფიტნესს, ამბობენ მავნე. ამბობენ, რომ მუტაციები არ მოქმედებს ორგანიზმის ფიტნესზე ჩუმად მუტაციები. მუტაციების უმეტესობა ნეიტრალური ან ოდნავ მავნეა. მუტაციები შეიძლება დაიყოს ორ კატეგორიად. წერტილოვანი მუტაციები არის როცა ერთი ნუკლეოტიდი იცვლება და ქრომოსომის დონის მუტაციები წარმოიქმნება ქრომოსომის დამატებით, წაშლით ან მოდიფიკაციით.

სურათი 6. გენოტიპები განსაზღვრავენ ფენოტიპებს. ერთი დეზოქსირიბონუკლეოტიდის ცვლილებამ შეიძლება შეცვალოს ამინომჟავების თანმიმდევრობა, რამაც შეიძლება გავლენა მოახდინოს ორგანიზმის ფენოტიპზე.

წერტილოვანი მუტაციები ხდება მაშინ, როდესაც დნმ-ის კორექტირების მექანიზმი (დნმ პოლიმერაზა) ვერ ასწორებს შეუსაბამო ბაზის წყვილს დნმ-ის რეპლიკაციის დასრულებამდე, პროცესი, რომლის დროსაც დნმ თავად კოპირდება. ეს იწვევს დნმ-ის ერთ-ერთ ახლად სინთეზირებულ ჯაჭვში ერთი ბაზის ცვლილებას (ნახ. 5). წერტილოვანი მუტაციების ორი შედეგია. წერტილოვანი მუტაციები, რომლებიც იწვევს ამინომჟავების თანმიმდევრობის ცვლილებას, ცნობილია როგორც შემცვლელი მუტაციები ან უაზრო მუტაციები (ნახ. 6). ამინომჟავის ცვლილებას შეუძლია (და ხშირად ცვლის) მის მიერ კოდირებული ცილის ფუნქციონალურობას, რამაც შეიძლება შეცვალოს ორგანიზმების ფიტნესი: დადებითად, უარყოფითად ან საერთოდ არ. Ხოლო, ჩუმი მუტაციები არის წერტილოვანი ცვლილებები, რომლებიც არ ცვლის ამინომჟავების თანმიმდევრობას, რადგან დნმ ტრანსკრიფციას ახდენს mRNA, რომელიც კოდირებს იმავე ამინომჟავას, როგორც ორიგინალური დნმ-ის ჯაჭვი. მაგალითად, თუ მოხდა ცვლილება დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვში TAA-დან (ტრანსკრიბირებული კოდონის AUU-ზე) TAT-მდე (ტრანსკრიბირებული როგორც AUA), მიღებული ამინომჟავა თარგმანის შემდეგ იქნება იზოლეიცინი ორივესთვის. ჩუმი ყველაზე გავრცელებულია, როდესაც კოდონში მესამე ნუკლეოტიდი იცვლება, რაც ხაზს უსვამს კონსერვატიული კოდის საკუთრება.

თაგვის ერთ სახეობაში (ნახ. 6), წარსულში მოხდა წერტილის მუტაცია ერთ ფუძის წყვილზე, ცვლიდა ცილის საბოლოო პროდუქტს, რის შედეგადაც ბეწვის ფერის განსხვავებული ფენოტიპი. მენატრება მუტაცია. სადაც ბნელ თაგვს აქვს არგინინის ამინომჟავა თავის ცილაში კონკრეტულ ადგილას, თეთრ თაგვს აქვს ცისტეინი. დნმ-ის მოლეკულაში ეს ერთი ცვლილება საკმარისია თაგვის ფენოტიპის ცვლილების გამოწვევისთვის და განაპირობა ერთი და იმავე სახეობის წევრებმა სხვადასხვა გარემოში ცხოვრება, რაც პირველი ნაბიჯია სხვადასხვა სახეობად გადაქცევისთვის.

სურათი 7. ქრომოსომის დონის მუტაციები.

ქრომოსომის დონის მუტაციები არის ძირითადი ცვლილებები ევკარიოტების დნმ-ში, ქრომოსომების სეგმენტების ან თუნდაც მთელი ქრომოსომების დამატებით, წაშლით ან გადაადგილებით. თითქმის ყველა ეს მუტაცია ხდება შეცდომით ბირთვული გაყოფის დროს (მეიოზის ან მიტოზის დროს) და თითქმის ყველა მათგანი უარყოფითად მოქმედებს ორგანიზმის ფიტნესზე. ინვერსია არის ერთი ქრომოსომის სტრუქტურის ცვლილება, როდესაც ქრომოსომის სეგმენტი იშლება, ინვერსიულია და ხელახლა მიმაგრებულია იმავე ქრომოსომებზე. ინვერსიული განყოფილების ყველა გენი აღარ არის თარგი იმ ორიგინალური ცილებისთვის, რომლებზეც ისინი ტრანსკრიბირებულია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა ორიგინალური დნმ-ის სრულიად საპირისპიროა და ტრანსკრიფცია მხოლოდ ერთი მიმართულებით ხდება. ტრანსლოკაცია ხდება მაშინ, როდესაც ერთი ქრომოსომის სეგმენტი ამოღებულია და მეორე ქრომოსომას უერთდება. პოტენციურად, გადაადგილებულ გენებს შეუძლიათ ადეკვატურად ტრანსკრიფცია მანამ, სანამ ინვერსია არ მომხდარა.

უჯრედული ციკლის დროს ქრომოსომა რეპლიკაცია ხდება და მიტოზის დროს იყოფა სხვადასხვა ბირთვებად. მიტოზის შემდეგ დუბლიკატი ბირთვები იყოფა ორ უჯრედად. ზოგჯერ შეცდომები ხდება ამ პროცესში. ხანდახან, დუბლირებული ქრომოსომა არასოდეს განცალკევდება და უჯრედში ტოვებს ქრომოსომების დუბლიკატს. ეს ცნობილია როგორც პოლიპლოიდია, და ძალიან იშვიათია ცხოველებში. თუმცა, ის შედარებით გავრცელებულია მცენარეებში და შეუძლია შექმნას ახალი სახეობის წარმოშობა, რადგან პოლიპლოიდური მცენარეები რეპროდუქციულად იზოლირებულია დიპლოიდური მცენარეებისგან. როგორც წესი, მეიოზის დროს, მრავლობითი ქრომოსომების თითოეული ნაკრები იყოფა ნახევრად და საბოლოოდ წარმოქმნის გამეტებს. ხანდახან, ერთ-ერთი გამრავლებული ქრომოსომა სათანადოდ არ არის სეგრეგირებული მეიოზის დროს. განაყოფიერების შემდეგ ზიგოტას (და საბოლოოდ ორგანიზმს) აქვს დამატებითი ქრომოსომა თავის უჯრედებში. ადამიანებში დაუნის სინდრომი გამოწვეულია 21-ე ქრომოსომის დამატებითი ასლის არსებობით. ორი 21-ე ქრომოსომა ერთი მშობლისგან მოდის, ერთი კი მეორისგან. ადამიანების უმეტესობას აქვს თითოეული ქრომოსომის ორი ასლი, ერთი დედისგან და მეორე მამისგან, რომელიც ცნობილია როგორც ჰომოლოგიური ქრომოსომა. ჰომოლოგიური ქრომოსომები მსგავსია ზომით და აქვთ იგივე გენების თანმიმდევრობა, მაგრამ შეიძლება განსხვავდებოდეს ალელებით, რომლებსაც ისინი ატარებენ. ადამიანებს აქვთ 23 წყვილი ჰომოლოგიური ქრომოსომა, 23 დედისგან და 23 მამისგან, სულ 46 ქრომოსომა.

ტრანსკრიფცია

Ფიგურა 8. ტრანსკრიფცია ქმნის ტრანსკრიპტს, ან mRNA, დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვის დამატებითი ბაზის დაწყვილების მიხედვით.

ტრანსკრიფციისას, დნმ-ის სეგმენტი (ცნობილი როგორც გენი) სინთეზირებს mRNA-ს. რნმ არის პოლიმერები, რომლებიც შედგება ჯაჭვისგან რიბონუკლეოტიდები. რიბონუკლეოტიდები შეიცავს შაქარს რიბოზა ხოლო დეზოქსირიბონუკლეოტიდები (დნმ) შეიცავს შაქარს დეზოქსირიბოზა. მაშინ როცა დნმ ორჯაჭვიანია და რნმ ერთჯაჭვიანია, რნმ შეიცავს აზოტოვან ფუძეს ურაცილი (U) სადაც დნმ-ს ექნება თიმინი (T). კონკრეტული გენისთვის დნმ-ის მხოლოდ ერთი ჯაჭვი, შაბლონის სტრიქონი, აქტიურად ასინთეზებს ჯაჭვის mRNA, რომელიც ცნობილია როგორც a ტრანსკრიფცია. დნმ-ის მეორე ჯაჭვი, კოდირების სტრიქონი, არ არის ჩართული ტრანსკრიფციაში. თუმცა, დნმ-ის კოდირებადი ჯაჭვი უფრო ჰგავს mRNA-ს, რადგან კოდირების ჯაჭვიც და ტრანსკრიპტიც თარგის ჯაჭვის დამატებითია. თუმცა, ის ზუსტად არ ემთხვევა მას. ტრანსკრიპტის რიბონუკლეოტიდებს აქვთ შაქრის რიბოზა, ხოლო იქ, სადაც კოდირების ძაფს ექნება აზოტოვანი ბაზა, თიმინი, ტრანსკრიპტს აქვს ურაცილი.

ტრანსკრიფციის დროს, რიბონუკლეოტიდები აკავშირებენ შაბლონის ძაფს წყალბადის ბმების მეშვეობით დამატებითი ბაზის დაწყვილების საფუძველზე. შემდეგ რიბონუკლეოტიდები აკავშირებენ ფოსფოდიესტერულ ბმას, ისევე როგორც დნმ-ს.

ტრანსკრიფციის დაწყება

პროკარიოტებში ტრანსკრიფცია იწყება ცილის მიმაგრებით, რომელიც ცნობილია როგორც სიგმა. სიგმა მიმაგრებულია დნმ-ის ერთ ჯაჭვზე (თარგის ჯაჭვი) ძალიან კონკრეტულ ადგილას. ბაქტერიებში არსებობს რამდენიმე სიგმა და თითოეული მათგანი იწყებს დნმ-ის (ან გენის) კონკრეტული თანმიმდევრობის ტრანსკრიფციას. როგორც კი ეს სიგმა ცილა მიმაგრდება დნმ-ის მოლეკულას, ის ემსახურება რნმ პოლიმერაზას წარმართვას შაბლონის ჯაჭვის ქვემოთ. სიგმა ცილა ცნობს და აკავშირებს იმას, რასაც პრომოტორული თანმიმდევრობა ითვლება. პრომოტორული თანმიმდევრობა არის ბაზის წყვილების სპეციფიკური ჯგუფი. როგორც კი სიგმა დნმ-ს დაუკავშირდება, ტრანსკრიფცია იწყება. არსებობს რამდენიმე განსხვავებული სიგმა. თითოეული მათგანი უნიკალურია და იწყებს კონკრეტული გენის, ან ზოგიერთ შემთხვევაში რამდენიმე განსხვავებული გენის სინთეზს. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს რამდენიმე სიგმა, თითოეული სხვადასხვა გენის კომპლექსისთვის, რნმ პოლიმერაზა არის იგივე მოლეკულა, რომელიც აკავშირებს ყველა სხვადასხვა სიგმას. რნმ პოლიმერაზა ამატებს რიბონუკლეოტიდებს შაბლონის ძაფს, რომელიც ეფუძნება დამატებითი ბაზის დაწყვილებას, წარმოქმნის mRNA-ს.

სურათი 9. ტრანსკრიფციის ეტაპები პროკარიოტებში.

სიგმა ცილა პირველად ხსნის დნმ-ის ორმაგ სპირალს დნმ-ის ჯაჭვის პრომოტორულ მონაკვეთზე. შემდეგ დნმ-ის შაბლონური ჯაჭვი იკვრება რნმ პოლიმერაზაში. შემომავალი რნმ ნუკლეოტიდები მოდის სიგმა პროტეინის არხით და წყვილდება დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვის დამატებით ფუძეებთან. ამ დროს რნმ პოლიმერაზა ფუნქციონირებს და იწყებს მუშაობას. და როგორც კი ეს მოხდება, სიგმა წყდება დნმ-ის ჯაჭვიდან. ეს განსაზღვრავს ტრანსკრიფციის დრეკადობის ფაზის დასაწყისს.

შესაბამისი სიგმას მიმაგრების შემდეგ, რნმ პოლიმერაზა მიმაგრებულია სიგმა ცილაზე. წარმატებული მიმაგრების შემდეგ, სიგმა დნმ-ს უხელმძღვანელებს რნმ პოლიმერაზას შიგნით. დნმ-ის ძაფით რნმ პოლიმერაზას მეშვეობით, წყალბადის ბმები იყოფა დნმ-ის მოლეკულას შორის, ელვის საშუალებით. მას შემდეგ, რაც დნმ შედის რნმ პოლიმერაზაში, რიბონუკლეოტიდები შედიან შესასვლელ პორტალში რნმ პოლიმერაზაში და ემთხვევა D-ნუკლეოტიდებს, რომლებიც დაფუძნებულია დამატებითი ბაზის დაწყვილებაზე. დნმ-ის ბაზის დაწყვილების მსგავსად, ციტოზინის შემცველი დეოქსირიბონუკლეოტიდები (D-ციტოზინი) წყვილდება გუანინის შემცველ რიბონუკლეოტიდებთან (R-გუანინი), D-გუანინი წყვილდება R-ციტოზინთან და D-თიმინი წყვილდება R-ადენინთან. განსხვავდება დნმ-ის ბაზის დაწყვილებისგან, D-ადენინი წყვილდება R-uracil-თან. რნმ პოლიმერაზას სხვა პორტალიდან ჩნდება განვითარებადი mRNA. რნმ პოლიმერაზას მიერ რამდენიმე რიბონუკლეოტიდის სინთეზის შემდეგ, სიგმა ცილა ამოღებულია. მას შემდეგ, რაც სიგმა მოიხსნება, მისი ხელახლა გამოყენება შესაძლებელია ტრანსკრიფციის დასაწყებად.

ტრანსკრიფციის გახანგრძლივება

დრეკადობა ტრანსკრიფციაში საკმაოდ სწორია. რნმ პოლიმერაზა იკვრება ღია დნმ-ის მოლეკულის გასწვრივ და ემთხვევა დამატებით რიბონუკლეოტიდურ ბაზის წყვილებს ღია დნმ-ის შაბლონიდან (A-U, T-A, C-G და G-C). მას შემდეგ, რაც სიგმა მოიხსნება, რნმ პოლიმერაზა აგრძელებს დნმ-ის შაბლონისა და კოდირების ჯაჭვების გახსნას, ხოლო რიბონუკლეოტიდები უკავშირდება ფოსფოდიესტერული კავშირების მეშვეობით, რომელიც დაფუძნებულია დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვით განსაზღვრული დამატებითი დაფუძნებული დაწყვილების საფუძველზე. შემომავალი დნმ შედის შეყვანის პორტალში და ძაფები გამოყოფილია შიდა ელვათი. როდესაც დნმ გადის ელვასთან, წყალბადის ბმები ხელახლა იკვრება კოდირებულ და შაბლონურ ძაფს შორის და დნმ-ის ორმაგი სპირალი ტოვებს გასასვლელ პორტალს. რიბონუკლეოტიდები შედიან სხვა მიმღების პორტალიდან და გაერთიანებულია დამატებითი ბაზის დაწყვილების გზით დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვთან. რიბონუკლეოტიდები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ფოსფოდიესტერული კავშირებით, ქმნიან წარმოქმნილ ნაწილს. რიბონუკლეოტიდები განუწყვეტლივ ემატება განვითარებადი რნმ-ის ჯაჭვის 3' ბოლოს. რნმ-ის ჯაჭვის 5' ბოლო გადის რნმ პოლიმერაზას სხვა გასასვლელ პორტალში.

ტრანსკრიფციის შეწყვეტა

ბაქტერიებში, როგორც კი რნმ პოლიმერაზა გადაწერს რიბონუკლეოტიდების სპეციფიკურ თანმიმდევრობას დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვიდან, ტრანსკრიფცია მთავრდება (ან მთავრდება). როდესაც ეს თანმიმდევრობა სინთეზირდება, რნმ-ის ნაწილი თავის თავზე იღუნება, ქმნის მოკლე ორმაგ სპირალს, რომელიც დაფუძნებულია დამატებითი ბაზის დაწყვილებაზე. ეს ქმნის ა რნმ თმის სამაგრი. ეს თმის სამაგრი აიძულებს რნმ-ს განცალკევდეს დნმ-სგან და რნმ პოლიმერაზა იშლება და გახსნილი დნმ ხელახლა მიმაგრდება ბაზის დამატებითი დაწყვილების საფუძველზე.

სურათი 10. ტრანსკრიფციის ეტაპები ევკარიოტებში და რნმ-ის შერწყმაში.

ტრანსკრიფცია ევკარიოტებში

ფუნდამენტურად, ევკარიოტებში ტრანსკრიფცია მსგავსია პროკარიოტებში ტრანსკრიფციას რამდენიმე გამონაკლისის გარდა. ბაქტერიებში რნმ პოლიმერაზას შეუძლია ნებისმიერი რნმ-ის მოლეკულის სინთეზირება. ევკარიოტებში არსებობს სამი განსხვავებული რნმ პოლიმერაზა (I, II და III). რნმ პოლიმერაზა I უმთავრესად პასუხისმგებელია რიბოსომური რნმ-ის (rRNA) სინთეზზე, მოლეკულაზე, რომელიც ქმნის რიბოზომებს. ევკარიოტული რნმ პოლიმერაზას უმეტესობა არის რნმ პოლიმერაზა II. რნმ პოლიმერაზა II პასუხისმგებელია mRNA-ს სინთეზზე, რაც მას ერთადერთ რნმ პოლიმერაზას აქცევს, რომელსაც შეუძლია ცილის კოდირების გენების ტრანსკრიფცია. რნმ პოლიმერაზა III პასუხისმგებელია ტრანსფერული რნმ-ის (tRNA) სინთეზზე. ტრანსლაციის დროს, tRNA-ები კითხულობენ შეტყობინებებს mRNA-დან და აკავშირებენ სპეციფიკურ ამინომჟავების თანმიმდევრობას, რომელიც წარმოქმნის ცილებს.

სადაც ბაქტერიული ტრანსკრიფცია იწყება სიგმა პროტეინის მიერ, რნმ პოლიმერაზებს ევკარიოტებში ესაჭიროება ცილების ჯგუფი, რომელიც ცნობილია როგორც ბაზალური ტრანსკრიფციის ფაქტორები. პროკარიოტებში სიგმის მსგავსად, როგორც კი ბაზალური ტრანსკრიფციის ფაქტორები დნმ-ს მიმაგრდება, მისი შესაბამისი რნმ პოლიმერაზა მიმაგრებულია და ტრანსკრიფცია იწყება. დრეკადობის პროცესი პრაქტიკულად იდენტურია პროკარიოტებსა და ევკარიოტებში. ამასთან, ტრანსკრიფციის შეწყვეტა განსხვავდება პროკარიოტებსა და ევკარიოტებს შორის. ევკარიოტებში დნმ-ში მოკლე თანმიმდევრობა სიგნალს აძლევს ფერმენტის მიმაგრებას აქტიური ტრანსკრიპციის ქვემოთ. ეს ფერმენტი ჭრის წარმოქმნილ რნმ-ს და ტოვებს რნმ პოლიმერაზას.

ევკარიოტებში, პრე-რნმ შედგება mRNA-ს რეგიონებისგან, რომლებიც კოდირებენ ამინომჟავებს (ცნობილი, როგორც ეგზონები) და mRNA-ს რეგიონები, რომლებიც არ აკოდებენ ამინომჟავებს. სანამ mRNA ფუნქციონირებს, ინტრონები უნდა მოიხსნას პროცესით, რომელიც ცნობილია როგორც რნმ-ის შერწყმა, ან პოსტტრანსკრიპციული მოდიფიკაცია.

mRNA-ს შემდგომი ტრანსკრიპციული მოდიფიკაცია ევკარიოტებში

ბაქტერიებში ტრანსკრიფცია დნმ-დან mRNA-მდე პირდაპირი გზაა. თუმცა ევკარიოტებში მას შემდეგ რაც mRNA სინთეზირდება რნმ პოლიმერაზა II-ით, mRNA გადის შემდგომ მოდიფიკაციას (ნახ. 11). ტრანსკრიფციის შემდგომი პროდუქტი ცნობილია როგორც პირველადი ტრანსკრიპტი (ან პრე-მრნმ). სანამ mRNA ბირთვის გარეთ გაფრინდება, mRNA მცირდება mRNA-ს კონკრეტული სექციების ამოკვეთით და დარჩენილი სექციების ისევ ერთმანეთთან მიმაგრებით. ეს პროცესი ცნობილია როგორც რნმ სპლაისინგი და შედეგად მოდიფიცირებული mRNA ცნობილია როგორც მომწიფებული mRNA. mRNA-ის სეგმენტები, რომლებიც ერთმანეთს უერთდება, ცნობილია, როგორც ეგზონები (რადგან ისინი გამოდიან ბირთვიდან), ხოლო mRNA-ის სეგმენტები, რომლებიც ამოღებულია პრე-მრნმ-დან, ცნობილია როგორც ინტრონები. ეგზონები (რომლებიც ერთობლივად ქმნიან მომწიფებულ mRNA-ს) ტოვებენ ბირთვს ბირთვული ფორით და მიდიან ციტოზოლის რიბოსომამდე და იწყებენ ტრანსლაციის პროცესს.

რნმ-ის შერწყმა მუშავდება ჰიბრიდული პროტეინ-რნმ კომპლექსებით, რომლებიც ცნობილია როგორც მცირე ბირთვული რიბონუკლეოპროტეინები (ან snRNP). რნმ-ის შერწყმა იწყება, როდესაც პირველადი snRNP უკავშირდება გუანინის R-ნუკლეოტიდს (G) ურაცილის R-ნუკლეოტიდის (U) მიმდებარედ პრე-მრნმ-ის მე-5' ბოლოში. ეს აღნიშნავს ეგზონ-ინტრონის საზღვარს. კიდევ ერთი მეორადი snRNP იკითხება 5'-დან 3'-მდე mRNA-ში და როდესაც ის კონტაქტში მოდის ადენინთან (A) და ის მიმაგრებულია ამ წერტილში. ეს წერტილი წარმოადგენს ინტრონ-ექსონის საზღვარს. პირველადი და მეორადი snRNP-ების მიმაგრების შემდეგ, სხვა snRNPS მიმაგრებულია მათთან, კომპლექსში, რომელიც ცნობილია როგორც spliceosome. ერთობლივად, spliceosome არღვევს პირველადი snRNP-ის G-U კავშირს და მეორადი snRNP-ის ადენინს (A) და მის მიმდებარე R-ნუკლეოტიდს შორის. ვინაიდან U და A არის დამატებითი ფუძეები, spliceosomes ათავსებს მათ ერთმანეთთან მჭიდრო კონტაქტში, წარმოქმნის ინტრონის მარყუჟს. ინტრონის მარყუჟის ნუკლეოტიდები იშლება მათ მონომერებად, რიბონუკლეოტიდებად და გადამუშავდება მომავალი ტრანსკრიპციული მოვლენებისთვის. ეგზონები ისევ ერწყმის ერთმანეთს და წარმოქმნის მომწიფებულ mRNA-ს.

თარგმანი პროკარიოტებში

სურათი 11. ტრანსკრიფციის და თარგმანის კონტრასტი პროკარიოტებსა და ევკარიოტებში.

ტრანსკრიფცია არის mRNA-ს შექმნის პროცესი დნმ-ის თარგმნისგან, არის mRNA-ს გენეტიკური ინფორმაციის ცილებად გადაქცევის პროცესი. ვინაიდან პროკარიოტული დნმ არ არის შეზღუდული ბირთვით, ტრანსკრიფციის დასრულებამდე ხდება პროკარიოტებში (ანუ ბაქტერიებში) ტრანსლაცია. თარგმანი და ტრანსკრიფცია ერთდროულად ხდება. რიბოსომები დნმ-ის ტრანსკრიფციასთან არის მიმდებარე, რაც საშუალებას აძლევს რიბოსომებს ტრანსკრიფციის დასრულებამდე დაიწყონ თარგმანი. ეს საშუალებას აძლევს ცილების თარგმნას პროკარიოტებში უფრო ეფექტური იყოს, ვიდრე ევკარიოტებში.

თარგმანი ევკარიოტებში

ევკარიოტებში mRNA-ს ტრანსკრიფცია და მოდიფიკაცია ხდება მხოლოდ ბირთვში. mRNA დამუშავების შემდეგ, მომწიფებული mRNA გადის ბირთვიდან ბირთვული ფორით. ში ციტოზოლი, უჯრედის სხეული ბირთვის გარეთ, მომწიფებული mRNA მიმაგრებულია რიბოსომას და გადის ტრანსლაციას, საბოლოოდ წარმოქმნის ცილას. რიბოზომების უმეტესობა მიმაგრებულია უხეშ ენდოპლაზმურ ბადეზე. თუმცა, თავად ციტოზოლში არის რამდენიმე რიბოსომაც.

ტრანსკრიფციისა და ტრანსლაციის ეს განცალკევება უზრუნველყოფს უფრო მეტ კონტროლს გენის რეგულირებაზე, კონკრეტულად ინტრონების ამოღებით პრე-მრნმ-დან. ვარაუდობენ, რომ ინტრონების მოცილება არის თავდაცვა უძველესი რეტროვირუსული გენების გამოხატვისგან, რაც შესწავლის მთავარი სფეროა აივ-ის კვლევისას. ასევე ვარაუდობენ, რომ ევკარიოტული დნმ ნაკლებად მგრძნობიარეა მუტაციების მიმართ, ვიდრე პროკარიოტები, დნმ-სა და ციტოზოლს შორის ბირთვული გარსის ფიზიკური ბარიერის გამო.

mRNA-ს გარდა, რნმ-ის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მოლეკულაა გადაცემის რნმ, რომელიც ცნობილია როგორც tRNA, tRNA არის მოლეკულა, რომელიც აკავშირებს გენეტიკურ კოდს კონკრეტულ ცილასთან. თითოეული გადაცემის მოლეკულა მიმაგრებულია კონკრეტულ ამინომჟავასთან. და თითოეულ ამინომჟავას აქვს სამი ფუძის წყვილი მიმაგრებული მის საპირისპირო ბოლოზე. რიბოსომაში tRNA-ს სამი ბაზის წყვილი უერთდება mRNA-ს სამი ბაზის წყვილის კომპლემენტს. ასე რომ, გადაცემის რნმ-ის სამი დამატებითი ბაზის წყვილი ცნობილია როგორც ანტიკოდონი, ხოლო მესინჯერის რნმ-ის სამმაგი კოდი ცნობილია როგორც კოდონი. tRNA-ს თითოეული ანტიკოდონი აკავშირებს სპეციფიკურ ამინომჟავას, გაერთიანებულია რიბოსომაში mRNA-ს დამატებითი კოდონთან. შემდეგ კი ამინომჟავები ერთმანეთთან დაკავშირებულია პეპტიდური ბმებით მზარდ პეპტიდურ ჯაჭვში.

სურათი 12. თარგმანის ეტაპები.

რიბოსომული კომპლექსი შედგება სხვა რნმ (რიბოსომური რნმ) და ცილებისგან. ისინი ქმნიან ორ სტრუქტურას. მცირე ქვედანაყოფი ინარჩუნებს mRNA-ს გადათარგმნის დროს, ხოლო დიდი ქვედანაყოფი არის პეპტიდური ბმების წარმოქმნის ადგილი. და დიდ ქვედანაყოფს აქვს სამი განსხვავებული კამერა: A, P და E. ზოგადად, რიბოსომის ფუნქციაა ცილების სინთეზირება. პირველი, tRNA-სთან დაკავშირებული ამინომჟავა შედის რიბოსომაში A ადგილზე. როდესაც სხვა tRNA მოლეკულა შედის A ადგილზე, სხვა tRNA მოლეკულა მოძრაობს სამ ბაზის წყვილზე და წარმოიქმნება პეპტიდური ბმა ორ ამინომჟავას შორის. როდესაც სხვა tRNA მოლეკულა შედის რიბოსომურ კომპლექსში, დანარჩენი ორი tRNA მოძრაობს 3 ფუძეზე და უძველესი tRNA გამოდის რიბოსომადან E ადგილზე. უბრალოდ დაიმახსოვრე APE.

თარგმანის დაწყება

მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ პროცესის თარგმნას (ნახ. 12). mRNA-ს აქვს მისი სპეციალური განყოფილება დაწყების კოდონამდე, რომელსაც რიბოსომა ცნობს, რომელიც ცნობილია როგორც რიბოსომის დამაკავშირებელი ადგილი. თარგმანი იწყება mRNA-ზე საწყისი კოდონით. საწყისი კოდონის tRNA-სთან დაკავშირებულია ამინომჟავა, რომელსაც ეწოდება f-Met. მას შემდეგ, რაც f-Met tRNA აკავშირებს რიბოსომის პატარა ქვეერთეულს, რიბოსომის დიდი ქვედანაყოფი უკავშირდება პატარა ერთეულს და ტრანსლაცია მზად არის დასაწყებად.

თარგმანი იწყება, როდესაც mRNA უკავშირდება მცირე ქვედანაყოფი რიბოსომის. რიბოსომები შედგება ცილებისგან და სხვა ტიპის რნმ-ისგან, რიბოსომული რნმ (ან rRNA). ტრანსლაციის დაწყება იწყება, როდესაც rRNA უკავშირდება mRNA-ს სპეციფიკურ თანმიმდევრობას, რომელიც ცნობილია როგორც რიბოსომის დამაკავშირებელი ადგილი. ეს კავშირი დაფუძნებულია rRNA-ს და და mRNA-ს მიმდებარე რიბონუკლეოტიდების დამატებითი ბაზის დაწყვილებაზე, რომელიც იმართება ადგილზე სპეციალური პროტეინებით, რომლებიც ცნობილია ე.წ. დაწყების ფაქტორები. ინიციაციის ერთ-ერთი ფაქტორი ასევე ემსახურება როგორც დოკ სადგურს პირველი tRNA-სთვის, რომელიც დაუკავშირდება მას დაწყების კოდონი mRNA, რომელიც არის AUG ყველა ცილის სინთეზისთვის. tRNA-ებს აქვთ დამატებითი სამმაგი კოდი, რომელიც უკავშირდება mRNA-ს კოდონს, რომელიც ცნობილია როგორც an ანტიკოდონი (ნახ. 12). საწყისი tRNA-ს ანტიკოდონი არის UAC. საწყის tRNA-ს მიმაგრებულია ამინომჟავა მეთიონინი (met). მას შემდეგ, რაც ეს tRNA მიმაგრებულია მცირე ქვედანაყოფთან, რიბოზომის დიდი ქვედანაყოფი მიმაგრებულია მასზე და იწყება ტრანსლაციის გახანგრძლივება.

თარგმანის გახანგრძლივება

შემდეგი tRNA შედის A ადგილზე mRNA-ს კოდონისა და tRNA-ის ანტიკოდონის დამატებითი ბაზის დაწყვილების გამო. მას შემდეგ, რაც კოდონ-ანტიკოდონის დაწყვილება წარმატებული იქნება, ახალი tRNA A ადგილზე განლაგებულია ისე, რომ ამინომჟავა, რომელსაც ის ატარებს, არის P ადგილზე უკვე არსებული ამინომჟავის გვერდით. ეს სიახლოვე ხელს უწყობს ა პეპტიდური ბმა წარმოიქმნება ორ მიმდებარე ამინომჟავას შორის, პოლიპეპტიდური ჯაჭვის დასაწყისი.

ერთვის მის დამატებით კოდონს რიბოსომის დიდი ქვედანაყოფის A ადგილზე.

მეორე, პეპტიდური ბმები იქმნება P ადგილზე. შემდეგ მთელი რიბოსომის კომპლექსი მოძრაობს სამი ბაზის წყვილის ქვემოთ. A უბნის tRNA გადადის P ადგილზე, ხოლო P ადგილის tRNA გადადის E ადგილზე, ხოლო tRNA E ადგილზე ტოვებს რიბოსომურ კომპლექსს. ეს პროცესი ცნობილია როგორც ტრანსლოკაცია.

თარგმანის შეწყვეტა

თარგმანი მთავრდება სამი გაჩერების კოდონიდან ერთით. როგორც კი რიბოსომა შეხვდება ერთ-ერთ ამ გაჩერების კოდონს, ის იწვევს სპეციფიკურ პროტეინს, რომელიც ცნობილია როგორც გამოშვების ფაქტორი, შედის რიბოსომაში და ეს იწვევს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის განთავისუფლებას. ასევე ამ დროს დიდი რიბოსომა გამოეყოფა მცირე ქვედანაყოფს.


10 უჩვეულო გენეტიკური მუტაცია ადამიანებში

ორი ერთნაირი ადამიანი არ არის, ჩვენი გენომის ქვეცნობიერად განსხვავებული გზების გამო. მაგრამ ზოგჯერ ეს ბიოლოგიური განსხვავებები იწვევს გენეტიკურ მუტაციებს, რომლებიც ძალზე იშვიათია და ზოგჯერ დამღუპველია. ისტორიულად, ამ მუტაციებით დაავადებულ ბევრ ადამიანს ეწოდა ურჩხული ან ფრიკი - მაგრამ დღეს ჩვენ ვიცით, რომ ისინი უბრალოდ ჩვენი სახეობის გენეტიკური ვარიაციების ფართო სპექტრის ნაწილია. აქ არის 10 ყველაზე უჩვეულო გენეტიკური მუტაცია, რომელიც ჩვენ ადამიანებში აღმოვაჩინეთ.

1. პროგერია

ეს გენეტიკური აშლილობა ისეთივე იშვიათია, როგორც მძიმე. დაავადების კლასიკური ფორმა, სახელწოდებით Hutchinson-Gilford Progeria, იწვევს დაჩქარებული დაბერება.

პროგერიით დაავადებული ბავშვების უმეტესობა ძირითადად იღუპება ასაკთან დაკავშირებული დაავადებებით დაახლოებით 13 წლის ასაკში, მაგრამ ზოგიერთს შეუძლია იცხოვროს 20 წლამდე. სიკვდილი ჩვეულებრივ გამოწვეულია გულის შეტევით ან ინსულტით. ეს გავლენას ახდენს რვა მილიონ ცოცხალ დაბადებულზე მხოლოდ ერთზე.

დაავადება გამოწვეულია LMNA გენის მუტაციით, პროტეინი, რომელიც უზრუნველყოფს უჯრედის ბირთვს. პროგერიის სხვა სიმპტომებია: ხისტი (სკლეროზული) კანი, მთლიანი სხეულის სიმელოტე (ალოპეცია), ძვლების ანომალიები, ზრდის დაქვეითება და დამახასიათებელი "გამოძერწილი" ცხვირის წვერი.

პროგერია დიდ ინტერესს იწვევს გერონტოლოგებისთვის, რომლებიც იმედოვნებენ, რომ გენეტიკურ ფაქტორებს დაბერების პროცესს უკავშირებენ. სურათი: HBO.

2. Uner Tan სინდრომი

უნერ ტანის სინდრომი გარკვეულწილად საკამათო მდგომარეობაა, რომლის ყველაზე აშკარა თვისებაა ის, რომ ამით დაავადებული ადამიანები დადიან ოთხზე. UTS არის სინდრომი, რომელიც შემოგვთავაზა თურქმა ევოლუციურმა ბიოლოგმა Üner Tan-მა თურქეთის სოფლებში ულაშის ოჯახის ხუთი წევრის შესწავლის შემდეგ. ეს პიროვნებები დადიან ოთხფეხა მოძრაობით, იყენებენ პრიმიტიულ მეტყველებას და აქვთ თანდაყოლილი ტვინის უკმარისობა (მათ შორის „დარღვეული ცნობიერი გამოცდილება“). ოჯახი წარმოდგენილი იყო 2006 წელს BBC2-ის დოკუმენტურ ფილმში, სახელწოდებით "ოჯახი, რომელიც დადის ოთხზე". ტანი ასე აღწერს:

ამ სინდრომის გენეტიკური ბუნება მიუთითებს ადამიანის ევოლუციის ჩამორჩენილ სტადიაზე, რომელიც, სავარაუდოდ, გამოწვეულია გენეტიკური მუტაციით, რაც თავის მხრივ იწვევს ოთხფეხადან ორფეხებამდე გადასვლას. ეს მაშინ შეესაბამებოდა პუნქტუირებული ევოლუციის თეორიებს.

ტანის თქმით, ახალი სინდრომი „შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ცოცხალი მოდელი ადამიანის ევოლუციისთვის“. ზოგიერთი ექსპერტი თვლის, რომ ეს არის სისულელე და რომ გენეტიკა შეიძლება ძალიან ცოტა იყოს მასთან.

3. ჰიპერტრიქოზი

ჰიპერტრიქოზს ასევე უწოდებენ "მაქციას სინდრომს" ან ამბრასის სინდრომს და ის გავლენას ახდენს მილიარდიდან ერთ ადამიანზე და ფაქტობრივად, მხოლოდ 50 შემთხვევაა დაფიქსირებული შუა საუკუნეებიდან მოყოლებული.

ყველაფერი რაც თქვენ უნდა იცოდეთ მაქციების უცნაური გენეტიკის შესახებ

1960-იან წლებში გავიზარდე, შევაგროვე ურჩხული ბარათები: 60 ფუტის კაცი და 50 ფუტი ქალი,…

ჰიპერტრიქოზის მქონე ადამიანებს აქვთ ჭარბი თმა მხრებზე, სახეზე და ყურებზე. კვლევებმა აჩვენა ის მე-8 ქრომოსომის გადაკეთებაში. ეს ხდება ეპიდერმისსა და დერმისს შორის „ჯვარედინის“ დარღვევის გამო, რადგან 3 თვის ნაყოფში წარმოიქმნება თმის ფოლიკულები წარბებთან და თითებამდე. ჩვეულებრივ, დერმისის სიგნალები გზავნის შეტყობინებებს ფოლიკულების ფორმირებისთვის. როგორც ფოლიკულის ფორმირება, ის აგზავნის სიგნალებს, რათა თავიდან აიცილოს მის ირგვლივ მდებარე ტერიტორია ასევე ფოლიკულად იქცეს, რაც იწვევს ჩვენი დაახლოებით ხუთი მილიონი ფოლიკულის თანაბარ მანძილს. ჩვენი სხეულის ნაწილების უმეტესობა უგულებელყოფს ფოლიკულების წარმოქმნის შეტყობინებებს, რაც განმარტავს, თუ რატომ ვართ უმეტესი ჩვენგანი შედარებით თმიანი.

4. Epidermodysplasia Verruciformis

Epidermodysplasia verruciformis არის უკიდურესად იშვიათი დაავადება, რომელიც იწვევს ადამიანებს მიდრეკილებას ადამიანის პაპილომავირუსის (HPV) ფართოდ გავრცელებული ინფექცია. ეს ინფექცია იწვევს ქერცლიანი მაკულებისა და პაპულების (კანის ბრტყელუჯრედოვანი კარცინომა) ზრდას ხელებზე, ფეხებზე და სახეზეც კი. კანის ეს „გამონაყარი“ ჩნდება მეჭეჭის მსგავსი დაზიანებების სახით - და ხის და რქის მსგავსი გამონაზარდების სახითაც კი - მოწითალო-ყავისფერი პიგმენტური ლაქებით.. როგორც წესი, კანის სიმსივნეები ჩნდება 20-დან 40 წლამდე ასაკის ადამიანებში და წარმონაქმნები ჩნდება მზის ზემოქმედების ქვეშ მყოფ ადგილებში. მას ასევე უწოდებენ ლევანდოვსკი-ლუცის დისპლაზიას, არ არის ცნობილი განკურნება, თუმცა შესაძლებელია წარმონაქმნების შემცირების მკურნალობა.

ეს არეულობა საზოგადოების ყურადღების ცენტრში მოექცა 2007 წლის ნოემბერში, როდესაც ინტერნეტში გამოჩნდა 34 წლის ინდონეზიელი მამაკაცის, სახელად დედე კოსვარას ვიდეო. 2008 წელს მას ოპერაცია ჩაუტარდა 6 კგ მეჭეჭების ამოღების მიზნით. მას შემდეგ, რაც დაზიანებები და რქები ამოიღეს ხელებიდან, თავიდან, ტანიდან და ფეხებიდან, ხელები ახალი კანით გადაინერგეს. საერთო ჯამში, მეჭეჭების დაახლოებით 95% მოიხსნა.


Უყურე ვიდეოს: ZEKA ve AKIL NEDİR? ZEKİ ve AKILLI İNSAN KİMDİR? (დეკემბერი 2022).