Laquelle des propriétés du code génétique est indiquée correctement. Biosynthèse des protéines et des acides nucléiques

Après avoir travaillé sur ces sujets, vous devriez être en mesure de :

1. Décrivez les concepts suivants et expliquez la relation entre eux :
   • polymère, monomère;
   • glucide, monosaccharide, disaccharide, polysaccharide;
   • lipide, acide gras, glycérol ;
   • acide aminé, liaison peptidique, protéine ;
   • catalyseur, enzyme, site actif ;
   • acide nucléique, nucléotide.
2. Énumérez 5 à 6 raisons pour lesquelles l'eau est un élément si important des systèmes vivants.
3. Nommer les quatre principales classes de composés organiques présents dans les organismes vivants ; décrire le rôle de chacun.
4. Expliquez pourquoi les réactions contrôlées par les enzymes dépendent de la température, du pH et de la présence de coenzymes.
5. Décrire le rôle de l'ATP dans l'économie énergétique de la cellule.
6. Nommez les matières premières, les étapes principales et les produits finaux des réactions induites par la lumière et des réactions de fixation du carbone.
7. Donnez une brève description du schéma général de la respiration cellulaire, à partir de laquelle il serait clair quelle place est occupée par les réactions de glycolyse, le cycle de G. Krebs (cycle de l'acide citrique) et la chaîne de transport d'électrons.
8. Comparez la respiration et la fermentation.
9. Décrivez la structure de la molécule d'ADN et expliquez pourquoi le nombre de résidus d'adénine est égal au nombre de résidus de thymine et le nombre de résidus de guanine est égal au nombre de résidus de cytosine.
10. Faites un bref schéma de la synthèse de l'ARN en ADN (transcription) chez les procaryotes.
11. Décrivez les propriétés du code génétique et expliquez pourquoi il devrait être triplet.
12. Sur la base de cette chaîne d'ADN et de la table des codons, déterminez la séquence complémentaire de l'ARN de la matrice, indiquez les codons de l'ARN de transfert et la séquence d'acides aminés formée à la suite de la traduction.
13. Lister les étapes de la synthèse des protéines au niveau des ribosomes.

Algorithme de résolution de problèmes.

Type 1. Auto-copie de l'ADN.

L'une des chaînes d'ADN a la séquence de nucléotides suivante :
AGTACCGATACCGATTTCG...
Quelle séquence de nucléotides la deuxième chaîne de la même molécule possède-t-elle ?

Pour écrire la séquence nucléotidique du deuxième brin d'une molécule d'ADN, lorsque la séquence du premier brin est connue, il suffit de remplacer la thymine par l'adénine, l'adénine par la thymine, la guanine par la cytosine et la cytosine par la guanine. En faisant cette substitution, on obtient la suite :
TACTGGCTATGAGCTAAATG...

Type 2. Codage des protéines.

La chaîne d'acides aminés de la protéine ribonucléase a le début suivant : lysine-glutamine-thréonine-alanine-alanine-alanine-lysine...
Quelle séquence de nucléotides démarre le gène correspondant à cette protéine ?

Pour ce faire, utilisez le tableau du code génétique. Pour chaque acide aminé, nous trouvons sa désignation de code sous la forme du trio de nucléotides correspondant et l'écrivons. En disposant ces triplets les uns après les autres dans le même ordre que les acides aminés correspondants, on obtient la formule de la structure de la section de l'ARN messager. En règle générale, il existe plusieurs triplets de ce type, le choix est fait en fonction de votre décision (mais un seul des triplets est pris). Il peut y avoir plusieurs solutions, respectivement.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG

Par quelle séquence d'acides aminés commence une protéine si elle est codée par une telle séquence de nucléotides :
ACGCCATGGCCGGT...

Selon le principe de complémentarité, on retrouve la structure de la section informationnelle d'ARN formée sur un segment donné de la molécule d'ADN :
UGCGGGUACCCGCCCA...

Ensuite, nous passons au tableau du code génétique et pour chaque trio de nucléotides, en partant du premier, nous trouvons et écrivons l'acide aminé qui lui correspond :
Cystéine-glycine-tyrosine-arginine-proline-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Biologie générale". Moscou, "Lumières", 2000

• Thème 4. "Composition chimique de la cellule." §2-§7 p. 7-21
• Thème 5. "Photosynthèse". §16-17 p. 44-48
• Thème 6. « Respiration cellulaire ». §12-13 p. 34-38
• Thème 7. "Information génétique." §14-15 p. 39-44

Composition chimique et organisation structurale de la molécule d'ADN.

Les molécules d'acide nucléique sont de très longues chaînes composées de plusieurs centaines, voire de millions de nucléotides. Tout acide nucléique ne contient que quatre types de nucléotides. Les fonctions des molécules d'acide nucléique dépendent de leur structure, de leurs nucléotides constitutifs, de leur nombre dans la chaîne et de la séquence du composé dans la molécule.

Chaque nucléotide est composé de trois composants : une base azotée, un glucide et de l'acide phosphorique. À composé chaque nucléotide ADN l'un des quatre types de bases azotées (adénine - A, thymine - T, guanine - G ou cytosine - C) est inclus, ainsi qu'un carbone désoxyribose et un résidu d'acide phosphorique.

Ainsi, les nucléotides d'ADN ne diffèrent que par le type de base azotée.
La molécule d'ADN se compose d'un grand nombre de nucléotides reliés en chaîne dans une certaine séquence. Chaque type de molécule d'ADN a son propre nombre et sa propre séquence de nucléotides.

Les molécules d'ADN sont très longues. Par exemple, pour écrire la séquence de nucléotides dans les molécules d'ADN d'une cellule humaine (46 chromosomes), il faudrait un livre d'environ 820 000 pages. L'alternance de quatre types de nucléotides peut former un nombre infini de variants de molécules d'ADN. Ces caractéristiques de la structure des molécules d'ADN leur permettent de stocker une énorme quantité d'informations sur tous les signes d'organismes.

En 1953, le biologiste américain J. Watson et le physicien anglais F. Crick ont ​​créé un modèle pour la structure de la molécule d'ADN. Les scientifiques ont découvert que chaque molécule d'ADN se compose de deux brins interconnectés et torsadés en spirale. Cela ressemble à une double hélice. Dans chaque chaîne, quatre types de nucléotides alternent dans une séquence spécifique.

Nucléotide Composition de l'ADN diffère en différents types de bactéries, champignons, plantes, animaux. Mais elle n'évolue pas avec l'âge, elle dépend peu des modifications de l'environnement. Les nucléotides sont appariés, c'est-à-dire que le nombre de nucléotides d'adénine dans toute molécule d'ADN est égal au nombre de nucléotides de thymidine (A-T) et le nombre de nucléotides de cytosine est égal au nombre de nucléotides de guanine (C-G). Cela est dû au fait que la connexion de deux chaînes entre elles dans une molécule d'ADN obéit à une certaine règle, à savoir : l'adénine d'une chaîne est toujours reliée par deux liaisons hydrogène uniquement avec la Thymine de l'autre chaîne, et la guanine par trois liaisons hydrogène. les liaisons avec la cytosine, c'est-à-dire que les chaînes nucléotidiques d'une molécule d'ADN sont complémentaires, se complètent.

Molécules d'acide nucléique - L'ADN et l'ARN sont constitués de nucléotides. La composition des nucléotides d'ADN comprend une base azotée (A, T, G, C), un hydrate de carbone désoxyribose et un résidu d'une molécule d'acide phosphorique. La molécule d'ADN est une double hélice, constituée de deux brins reliés par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité. La fonction de l'ADN est de stocker des informations héréditaires.

Propriétés et fonctions de l'ADN.

ADN est un support d'information génétique, écrit sous la forme d'une séquence de nucléotides utilisant le code génétique. Les molécules d'ADN sont associées à deux principes fondamentaux propriétés de la vie organismes - hérédité et variabilité. Au cours d'un processus appelé réplication de l'ADN, deux copies de la chaîne d'origine sont formées, qui sont héritées par les cellules filles lorsqu'elles se divisent, de sorte que les cellules résultantes sont génétiquement identiques à l'original.

L'information génétique est réalisée lors de l'expression des gènes dans les processus de transcription (synthèse de molécules d'ARN sur une matrice d'ADN) et de traduction (synthèse de protéines sur une matrice d'ARN).

La séquence de nucléotides « code » des informations sur différents types d'ARN : information, ou matrice (ARNm), ribosomique (ARNr) et de transport (ARNt). Tous ces types d'ARN sont synthétisés à partir de l'ADN au cours du processus de transcription. Leur rôle dans la biosynthèse des protéines (processus de traduction) est différent. L'ARN messager contient des informations sur la séquence d'acides aminés dans une protéine, l'ARN ribosomal sert de base aux ribosomes (complexes nucléoprotéiques complexes, dont la fonction principale est d'assembler une protéine à partir d'acides aminés individuels basés sur l'ARNm), l'ARN de transfert délivre des acides aminés acides au site d'assemblage des protéines - au centre actif du ribosome, " rampant " le long de l'ARNm.

Le code génétique, ses propriétés.

Code génétique- une méthode inhérente à tout organisme vivant pour coder la séquence d'acides aminés des protéines à l'aide d'une séquence de nucléotides. PROPRIÉTÉS:

1. Tripletité- une unité significative du code est une combinaison de trois nucléotides (triplet, ou codon).
2. Continuité- il n'y a pas de signes de ponctuation entre les triplets, c'est-à-dire que l'information est lue en continu.
3. sans chevauchement- un même nucléotide ne peut pas faire partie simultanément de deux triplets ou plus (non observé pour certains gènes chevauchants de virus, mitochondries et bactéries qui codent pour plusieurs protéines de décalage de cadre).
4. Non ambiguïté (spécificité)- un certain codon correspond à un seul acide aminé (cependant, le codon UGA dans Euplotes crassus codes pour deux acides aminés - cystéine et sélénocystéine)
5. Dégénérescence (redondance) Plusieurs codons peuvent correspondre à un même acide aminé.
6. Polyvalence- le code génétique fonctionne de la même manière dans des organismes de différents niveaux de complexité - des virus aux humains (les méthodes de génie génétique sont basées sur cela ; il existe un certain nombre d'exceptions, indiquées dans le tableau des "Variations du code génétique standard " rubrique ci-dessous).
7. Immunité au bruit- les mutations de substitutions de nucléotides qui n'entraînent pas de changement dans la classe de l'acide aminé codé sont appelées conservateur; les mutations de substitution de nucléotide qui conduisent à un changement dans la classe de l'acide aminé codé sont appelées radical.

5. Autoreproduction d'ADN. Réplicon et son fonctionnement .

Le processus d'auto-reproduction des molécules d'acide nucléique, accompagné de la transmission par héritage (de cellule à cellule) de copies exactes de l'information génétique ; R. réalisée avec la participation d'un ensemble d'enzymes spécifiques (hélicase<hélicase>, qui contrôle le déroulement de la molécule ADN, ADN-polymérase<ADN polymérase> I et III, ADN-ligase<ADN ligase>), passe par un type semi-conservatif avec formation d'une fourche de réplication<fourche de réplication> ; sur l'une des chaînes<brin avant> la synthèse de la chaîne complémentaire est continue, et d'autre part<brin en retard> se produit en raison de la formation de fragments de Dkazaki<Fragments d'Okazaki>; R. - processus de haute précision, dont le taux d'erreur ne dépasse pas 10 -9 ; chez les eucaryotes R. peut se produire en plusieurs points sur la même molécule à la fois ADN; la rapidité R. les eucaryotes en ont environ 100 et les bactéries environ 1000 nucléotides par seconde.

6. Niveaux d'organisation du génome eucaryote .

Chez les organismes eucaryotes, le mécanisme de régulation transcriptionnelle est beaucoup plus complexe. Suite au clonage et au séquençage de gènes eucaryotes, des séquences spécifiques impliquées dans la transcription et la traduction ont été trouvées.
Une cellule eucaryote est caractérisée par :
1. La présence d'introns et d'exons dans la molécule d'ADN.
2. Maturation de l'i-ARN - excision des introns et couture des exons.
3. La présence d'éléments régulateurs qui régulent la transcription, tels que : a) promoteurs - 3 types, dont chacun siège une polymérase spécifique. Pol I réplique les gènes ribosomiques, Pol II réplique les gènes de structure des protéines, Pol III réplique les gènes codant pour les petits ARN. Les promoteurs Pol I et Pol II sont en amont du site d'initiation de la transcription, le promoteur Pol III est dans le cadre du gène de structure ; b) modulateurs - séquences d'ADN qui améliorent le niveau de transcription ; c) activateurs - séquences qui améliorent le niveau de transcription et agissent indépendamment de leur position par rapport à la partie codante du gène et de l'état du point de départ de la synthèse d'ARN; d) terminateurs - séquences spécifiques qui arrêtent à la fois la traduction et la transcription.
Ces séquences diffèrent des séquences procaryotes par leur structure primaire et leur emplacement par rapport au codon d'initiation, et l'ARN polymérase bactérienne ne les « reconnaît » pas. Ainsi, pour l'expression de gènes eucaryotes dans des cellules procaryotes, les gènes doivent être sous le contrôle d'éléments régulateurs procaryotes. Cette circonstance doit être prise en compte lors de la construction de vecteurs d'expression.

7. Composition chimique et structurelle des chromosomes .

Chimique composition chromosomique - ADN - 40 %, protéines histones - 40 %. Non histone - 20% un peu d'ARN. Lipides, polysaccharides, ions métalliques.

La composition chimique d'un chromosome est un complexe d'acides nucléiques avec des protéines, des glucides, des lipides et des métaux. La régulation de l'activité des gènes et leur restauration en cas de dommages chimiques ou radiologiques se produisent dans le chromosome.

DE CONSTRUCTION????

Chromosomes- Éléments structuraux nucléoprotéiques du noyau cellulaire, contenant l'ADN, qui contient l'Information héréditaire de l'organisme, sont capables de s'auto-reproduire, ont une individualité structurelle et fonctionnelle et la conservent dans un certain nombre de générations.

dans le cycle mitotique, les caractéristiques suivantes de l'organisation structurelle des chromosomes sont observées:

Il existe des formes mitotiques et interphases de l'organisation structurelle des chromosomes, se passant mutuellement dans le cycle mitotique - ce sont des transformations fonctionnelles et physiologiques

8. Niveaux d'emballage du matériel héréditaire chez les eucaryotes .

Niveaux structurels et fonctionnels d'organisation du matériel héréditaire des eucaryotes

L'hérédité et la variabilité fournissent :

1) héritage individuel (discret) et modifications des caractéristiques individuelles;

2) reproduction chez les individus de chaque génération de l'ensemble des caractéristiques morphologiques et fonctionnelles des organismes d'une espèce biologique particulière;

3) redistribution chez les espèces à reproduction sexuée dans le processus de reproduction des inclinations héréditaires, à la suite de quoi la progéniture a une combinaison de caractères différente de leur combinaison chez les parents. Les modèles d'hérédité et de variabilité des traits et leurs combinaisons découlent des principes de l'organisation structurelle et fonctionnelle du matériel génétique.

Il existe trois niveaux d'organisation du matériel héréditaire des organismes eucaryotes : génique, chromosomique et génomique (niveau génotypique).

La structure élémentaire du niveau du gène est le gène. Le transfert de gènes des parents à la progéniture est nécessaire au développement de certains traits en lui. Bien que plusieurs formes de variabilité biologique soient connues, seule une violation de la structure des gènes modifie la signification des informations héréditaires, en fonction desquelles des traits et des propriétés spécifiques sont formés. En raison de la présence du niveau génétique, un héritage individuel, séparé (discret) et indépendant et des modifications des traits individuels sont possibles.

Les gènes des cellules eucaryotes sont répartis en groupes le long des chromosomes. Ce sont les structures du noyau cellulaire, qui se caractérisent par leur individualité et leur capacité à se reproduire tout en préservant les caractéristiques structurelles individuelles sur plusieurs générations. La présence de chromosomes détermine l'attribution du niveau d'organisation chromosomique du matériel héréditaire. Le placement des gènes dans les chromosomes affecte l'héritage relatif des traits, permet d'influencer la fonction d'un gène à partir de son environnement génétique immédiat - les gènes voisins. L'organisation chromosomique du matériel héréditaire sert de condition nécessaire à la redistribution des inclinations héréditaires des parents dans la progéniture lors de la reproduction sexuée.

Malgré la répartition sur différents chromosomes, l'ensemble des gènes se comporte fonctionnellement comme un tout, formant un système unique représentant le niveau d'organisation génomique (génotypique) du matériel héréditaire. À ce niveau, il existe une large interaction et une influence mutuelle des inclinations héréditaires, localisées à la fois dans un et dans différents chromosomes. Le résultat est la correspondance mutuelle des informations génétiques des différentes inclinations héréditaires et, par conséquent, le développement de traits équilibrés dans le temps, le lieu et l'intensité dans le processus d'ontogenèse. L'activité fonctionnelle des gènes, le mode de réplication et les modifications mutationnelles du matériel héréditaire dépendent également des caractéristiques du génotype de l'organisme ou de la cellule dans son ensemble. En témoigne, par exemple, la relativité de la propriété de dominance.

Eu - et hétérochromatine.

Certains chromosomes apparaissent condensés et intensément colorés lors de la division cellulaire. De telles différences étaient appelées hétéropycnoses. Le terme " hétérochromatine". Il y a l'euchromatine - la partie principale des chromosomes mitotiques, qui subit le cycle habituel de décompactage par compactage pendant la mitose, et hétérochromatine- régions de chromosomes qui sont constamment dans un état compact.

Chez la plupart des espèces eucaryotes, les chromosomes contiennent à la fois UE- et les régions hétérochromatiques, ces dernières étant une partie importante du génome. Hétérochromatine situé dans les régions centromériques, parfois télomériques. Des régions hétérochromatiques ont été trouvées dans les bras euchromatiques des chromosomes. Ils ressemblent à des intercalations (intercalations) d'hétérochromatine en euchromatine. Tel hétérochromatine dit intercalaire. Compactage de la chromatine. Euchromatine et hétérochromatine diffèrent dans les cycles de compactage. Euhr. passe par un cycle complet de compactage-décompactage d'interphase à interphase, hétéro. conserve un état de relative compacité. Coloration différentielle. Différentes sections d'hétérochromatine sont colorées avec différents colorants, certaines zones - avec une seule, d'autres - avec plusieurs. En utilisant diverses colorations et en utilisant des réarrangements chromosomiques qui cassent les régions d'hétérochromatine, de nombreuses petites régions de la drosophile ont été caractérisées où l'affinité pour la couleur est différente des régions voisines.

10. Caractéristiques morphologiques du chromosome en métaphase .

Le chromosome en métaphase est constitué de deux brins longitudinaux de désoxyribonucléoprotéine - chromatides, reliés l'un à l'autre dans la région de la constriction primaire - le centromère. Centromère - une section spécialement organisée du chromosome, commune aux deux chromatides sœurs. Le centromère divise le corps du chromosome en deux bras. Selon l'emplacement de la constriction primaire, on distingue les types de chromosomes suivants: bras égal (métacentrique), lorsque le centromère est situé au milieu et que les bras sont à peu près égaux en longueur; bras inégaux (sous-métacentriques), lorsque le centromère est déplacé du milieu du chromosome et que les bras sont de longueur inégale ; en forme de bâtonnet (acrocentrique), lorsque le centromère est déplacé vers une extrémité du chromosome et qu'un bras est très court. Il existe également des chromosomes ponctuels (télocentriques), ils n'ont pas de bras, mais ils ne font pas partie du caryotype humain (ensemble chromosomique). Dans certains chromosomes, il peut y avoir des constrictions secondaires qui séparent une région appelée satellite du corps du chromosome.

Le code génétique est un moyen de coder la séquence d'acides aminés dans une molécule de protéine en utilisant la séquence de nucléotides dans une molécule d'acide nucléique. Les propriétés du code génétique découlent des caractéristiques de ce codage.

Chaque acide aminé d'une protéine est associé à trois nucléotides successifs d'acide nucléique - triolet, ou codon. Chacun des nucléotides peut contenir l'une des quatre bases azotées. Dans l'ARN, ce sont l'adénine (A), l'uracile (U), la guanine (G), la cytosine (C). En combinant des bases azotées de différentes manières (en l'occurrence, des nucléotides les contenant), on peut obtenir de nombreux triplets différents : AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, etc. Le nombre total de combinaisons possibles est de 64, soit 43.

Les protéines des organismes vivants contiennent environ 20 acides aminés. Si la nature "concevait" pour coder chaque acide aminé non pas avec trois, mais avec deux nucléotides, alors la variété de ces paires ne serait pas suffisante, puisqu'il n'y en aurait que 16, c'est-à-dire 42.

De cette façon, la principale propriété du code génétique est son triplet. Chaque acide aminé est codé par un triplet de nucléotides.

Puisqu'il y a beaucoup plus de triplets différents possibles que d'acides aminés utilisés dans les molécules biologiques, une propriété telle que redondance code génétique. De nombreux acides aminés ont commencé à être codés non pas par un codon, mais par plusieurs. Par exemple, l'acide aminé glycine est codé par quatre codons différents : GGU, GGC, GGA, GGG. La redondance est aussi appelée dégénérescence.

La correspondance entre les acides aminés et les codons est reflétée sous forme de tableaux. Par exemple, ceux-ci :

Par rapport aux nucléotides, le code génétique a la propriété suivante : unicité(ou spécificité) : chaque codon correspond à un seul acide aminé. Par exemple, le codon GGU ne peut coder que pour la glycine et aucun autre acide aminé.

Encore. La redondance concerne le fait que plusieurs triplets peuvent coder le même acide aminé. Spécificité - Chaque codon spécifique ne peut coder que pour un seul acide aminé.

Il n'y a pas de signes de ponctuation spéciaux dans le code génétique (à l'exception des codons d'arrêt qui indiquent la fin de la synthèse polypeptidique). La fonction des signes de ponctuation est remplie par les triplés eux-mêmes - la fin de l'un signifie qu'un autre commencera ensuite. Cela implique les deux propriétés suivantes du code génétique : continuité et sans chevauchement. La continuité est comprise comme la lecture de triplets immédiatement les uns après les autres. Non-chevauchement signifie que chaque nucléotide ne peut faire partie que d'un seul triplet. Ainsi, le premier nucléotide du triplet suivant vient toujours après le troisième nucléotide du triplet précédent. Un codon ne peut pas commencer au deuxième ou au troisième nucléotide du codon précédent. En d'autres termes, le code ne se chevauche pas.

Le code génétique a la propriété universalité. Il en est de même pour tous les organismes sur Terre, ce qui indique l'unité de l'origine de la vie. Il y a de très rares exceptions à cela. Par exemple, certains triplets de mitochondries et de chloroplastes codent pour des acides aminés autres que leurs habituels. Cela peut indiquer qu'à l'aube du développement de la vie, il y avait des variations légèrement différentes du code génétique.

Enfin, le code génétique a immunité au bruit, ce qui est une conséquence de sa propriété de redondance. Les mutations ponctuelles, se produisant parfois dans l'ADN, entraînent généralement le remplacement d'une base azotée par une autre. Cela change le triplet. Par exemple, c'était AAA, après la mutation c'est devenu AAG. Cependant, de telles modifications n'entraînent pas toujours une modification de l'acide aminé dans le polypeptide synthétisé, car les deux triplets, en raison de la propriété de redondance du code génétique, peuvent correspondre à un acide aminé. Étant donné que les mutations sont plus souvent nocives, la propriété d'immunité au bruit est utile.

Le code génétique, ou biologique, est une des propriétés universelles de la nature vivante, prouvant l'unité de son origine. Code génétique- il s'agit d'une méthode de codage de la séquence d'acides aminés d'un polypeptide à l'aide d'une séquence nucléotidique d'acide nucléique (ARN informatif ou une section d'ADN complémentaire sur laquelle l'ARNm est synthétisé).

Il existe d'autres définitions.

Code génétique- c'est la correspondance à chaque acide aminé (qui fait partie des protéines vivantes) d'une certaine séquence de trois nucléotides. Code génétique est la relation entre les bases des acides nucléiques et les acides aminés des protéines.

Dans la littérature scientifique, le code génétique n'est pas compris comme la séquence de nucléotides dans l'ADN de tout organisme, qui détermine son individualité.

Il est faux de supposer qu'un organisme ou une espèce a un code et qu'un autre en a un autre. Le code génétique est la façon dont les acides aminés sont codés par les nucléotides (c'est-à-dire principe, mécanisme); elle est universelle pour tous les êtres vivants, la même pour tous les organismes.

Par conséquent, il est incorrect de dire, par exemple, "Le code génétique d'une personne" ou "Le code génétique d'un organisme", qui est souvent utilisé dans la littérature et les films quasi scientifiques.

Dans ces cas, nous entendons généralement le génome d'une personne, d'un organisme, etc.

La diversité des organismes vivants et les caractéristiques de leur activité vitale sont principalement dues à la diversité des protéines.

La structure spécifique d'une protéine est déterminée par l'ordre et la quantité des différents acides aminés qui composent sa composition. La séquence d'acides aminés du peptide est cryptée dans l'ADN à l'aide du code biologique. Du point de vue de la diversité de l'ensemble des monomères, l'ADN est une molécule plus primitive qu'un peptide. L'ADN est une variété d'alternances de seulement quatre nucléotides. Cela a longtemps empêché les chercheurs de considérer l'ADN comme le matériau de l'hérédité.

Comment les acides aminés sont codés par les nucléotides

1) Les acides nucléiques (ADN et ARN) sont des polymères constitués de nucléotides.

Chaque nucléotide peut comprendre l'une des quatre bases azotées : adénine (A, en : A), guanine (G, G), cytosine (C, en : C), thymine (T, en : T). Dans le cas de l'ARN, la thymine est remplacée par l'uracile (Y, U).

Lors de l'examen du code génétique, seules les bases azotées sont prises en compte.

Ensuite, la chaîne d'ADN peut être représentée comme leur séquence linéaire. Par exemple:

La région d'ARNm complémentaire de ce code sera la suivante :

2) Les protéines (polypeptides) sont des polymères constitués d'acides aminés.

Dans les organismes vivants, 20 acides aminés sont utilisés pour construire des polypeptides (quelques autres sont très rares). Une lettre peut également être utilisée pour les désigner (bien que trois soient plus souvent utilisées - une abréviation pour le nom de l'acide aminé).

Les acides aminés dans un polypeptide sont également liés linéairement par une liaison peptidique. Par exemple, supposons qu'il existe une région d'une protéine avec la séquence d'acides aminés suivante (chaque acide aminé est désigné par une seule lettre) :

3) Si la tâche consiste à coder chaque acide aminé à l'aide de nucléotides, cela revient à coder 20 lettres à l'aide de 4 lettres.

Cela peut être fait en faisant correspondre les lettres de l'alphabet à 20 lettres avec des mots composés de plusieurs lettres de l'alphabet à 4 lettres.

Si un acide aminé est codé par un nucléotide, seuls quatre acides aminés peuvent être codés.

Si chaque acide aminé correspond à deux nucléotides consécutifs dans la chaîne d'ARN, alors seize acides aminés peuvent être codés.

En effet, s'il y a quatre lettres (A, U, G, C), alors le nombre de leurs différentes combinaisons de paires sera de 16 : (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Les crochets sont utilisés pour faciliter la perception.] Cela signifie que seuls 16 acides aminés différents peuvent être codés avec un tel code (mot à deux lettres) : chacun aura son propre mot (deux nucléotides consécutifs).

D'après les mathématiques, la formule pour déterminer le nombre de combinaisons ressemble à ceci : ab = n.

Ici n est le nombre de combinaisons différentes, a est le nombre de lettres de l'alphabet (ou la base du système de numération), b est le nombre de lettres dans un mot (ou de chiffres dans un nombre). Si nous remplaçons l'alphabet à 4 lettres et les mots composés de deux lettres dans cette formule, nous obtenons 42 = 16.

Si trois nucléotides consécutifs sont utilisés comme mot de code pour chaque acide aminé, alors 43 = 64 acides aminés différents peuvent être codés, puisque 64 combinaisons différentes peuvent être constituées de quatre lettres prises en trois (par exemple, AUG, GAA, CAU, GGU, etc.).

ré.). C'est déjà plus que suffisant pour coder 20 acides aminés.

Exactement le code à trois lettres est utilisé dans le code génétique. Trois nucléotides consécutifs qui codent pour le même acide aminé sont appelés triolet(ou codon).

Chaque acide aminé est associé à un triplet spécifique de nucléotides.

De plus, étant donné que les combinaisons de triplets chevauchent le nombre d'acides aminés, de nombreux acides aminés sont codés par plusieurs triplets.

Trois triplets ne codent pour aucun des acides aminés (UAA, UAG, UGA).

Ils marquent la fin d'une émission et sont appelés codons d'arrêt(ou codons non-sens).

Le triplet AUG code non seulement l'acide aminé méthionine, mais initie également la traduction (joue le rôle d'un codon d'initiation).

Vous trouverez ci-dessous des tableaux de correspondance des acides aminés aux triplets de nucléoitides.

Selon le premier tableau, il convient de déterminer l'acide aminé correspondant à partir d'un triplet donné. Pour le second - pour un acide aminé donné, les triplets qui lui correspondent.

Considérons un exemple de la mise en œuvre du code génétique. Soit un ARNm avec le contenu suivant :

Décomposons la séquence de nucléotides en triplets :

Comparons chaque triplet avec l'acide aminé du polypeptide qu'il code :

Méthionine - Acide aspartique - Sérine - Thréonine - Tryptophane - Leucine - Leucine - Lysine - Asparagine - Glutamine

Le dernier triplet est un codon stop.

Propriétés du code génétique

Les propriétés du code génétique sont en grande partie une conséquence de la façon dont les acides aminés sont codés.

La première propriété évidente est tripletité.

On entend par le fait que l'unité de code est une séquence de trois nucléotides.

Une propriété importante du code génétique est sa sans chevauchement. Un nucléotide inclus dans un triplet ne peut pas être inclus dans un autre.

C'est-à-dire que la séquence AGUGAA ne peut être lue que comme AGU-GAA, mais pas, par exemple, comme ceci : AGU-GUG-GAA. Autrement dit, si une paire GU est incluse dans un triplet, elle ne peut pas déjà faire partie intégrante d'un autre.

En dessous de unicité Le code génétique comprend que chaque triplet correspond à un seul acide aminé.

Par exemple, le triplet AGU code pour l'acide aminé sérine et aucun autre acide aminé.

Code génétique

Ce triplet correspond uniquement à un seul acide aminé.

En revanche, plusieurs triplets peuvent correspondre à un acide aminé. Par exemple, la même sérine, en plus d'AGU, correspond au codon AGC. Cette propriété est appelée dégénérescence code génétique.

La dégénérescence vous permet de laisser de nombreuses mutations inoffensives, car souvent le remplacement d'un nucléotide dans l'ADN n'entraîne pas de modification de la valeur du triplet. Si vous regardez attentivement le tableau de correspondance des acides aminés aux triplets, vous pouvez voir que si un acide aminé est codé par plusieurs triplets, alors ils diffèrent souvent par le dernier nucléotide, c'est-à-dire que cela peut être n'importe quoi.

Certaines autres propriétés du code génétique sont également notées (continuité, immunité au bruit, universalité, etc.).

La stabilité comme adaptation des plantes aux conditions d'existence. Les principales réactions des plantes à l'action de facteurs défavorables.

La résistance des plantes est la capacité à résister aux effets de facteurs environnementaux extrêmes (sécheresse du sol et de l'air).

La non-ambiguïté du code ge-not-ti-che-th est manifeste dans le fait que

Cette propriété a été développée au cours de l'évolution et est génétiquement fixée. Dans les zones aux conditions défavorables, des formes décoratives stables et des variétés locales de plantes cultivées - résistantes à la sécheresse - se sont formées. Un niveau particulier de résistance inhérent aux plantes ne se révèle que sous l'action de facteurs environnementaux extrêmes.

À la suite de l'apparition d'un tel facteur, la phase d'irritation commence - une forte déviation de la norme d'un certain nombre de paramètres physiologiques et leur retour rapide à la normale. Ensuite, il y a un changement dans l'intensité du métabolisme et des dommages aux structures intracellulaires. Dans le même temps, tous les synthétiques sont supprimés, tous les hydrolytiques sont activés et l'apport énergétique global du corps diminue. Si l'effet du facteur ne dépasse pas la valeur seuil, la phase d'adaptation commence.

Une plante adaptée réagit moins à une exposition répétée ou croissante à un facteur extrême. Au niveau de l'organisme, l'interaction de m/y organes s'ajoute aux mécanismes d'adaptation. L'affaiblissement du flux d'eau, de composés minéraux et organiques à travers la plante intensifie la compétition entre les organes, et leur croissance s'arrête.

Bio-résistance des plantes déterminée. max est la valeur du facteur extrême auquel les plantes forment encore des graines viables. La durabilité agronomique est déterminée par le degré de réduction du rendement. Les plantes se caractérisent par leur résistance à un type spécifique de facteur extrême - hivernage, résistance au gaz, résistance au sel, résistance à la sécheresse.

Les vers ronds de type, contrairement aux vers plats, ont une cavité corporelle primaire - une schizocèle, formée en raison de la destruction du parenchyme qui remplit les espaces entre la paroi corporelle et les organes internes - sa fonction est le transport.

Il maintient l'homéostasie. La forme du corps est de diamètre rond. Le tégument est cuticularisé. La musculature est représentée par une couche de muscles longitudinaux. L'intestin est bout à bout et se compose de 3 sections : antérieure, moyenne et postérieure. L'ouverture buccale est située sur la surface ventrale de l'extrémité antérieure du corps. Le pharynx a une lumière triangulaire caractéristique. Le système excréteur est représenté par des protonéphridies ou peau spéciale - glandes hypodermiques. La plupart des espèces sont dioïques, avec seulement une reproduction sexuée.

Le développement est direct, rarement avec métamorphose. Ils ont une composition cellulaire constante du corps et n'ont pas la capacité de se régénérer. L'intestin antérieur comprend la cavité buccale, le pharynx et l'œsophage.

Ils n'ont pas de section médiane ou arrière. Le système excréteur est constitué de 1 à 2 cellules géantes de l'hypoderme. Les canaux excréteurs longitudinaux se trouvent dans les crêtes latérales de l'hypoderme.

Propriétés du code génétique. Preuves du code triplet. Déchiffrer les codons. Codons de terminaison. Le concept de suppression génétique.

L'idée que l'information est codée dans le gène dans la structure primaire de la protéine a été précisée par F.

Crick dans son hypothèse de séquence, selon laquelle la séquence des éléments géniques détermine la séquence des résidus d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique. La validité de l'hypothèse de séquence est prouvée par la colinéarité des structures du gène et du polypeptide codé par celui-ci. La réalisation la plus importante en 1953 était l'idée que. Que le code est très probablement un triplet.

; Paires de bases d'ADN : A-T, T-A, G-C, C-G - ne peuvent coder que 4 acides aminés si chaque paire correspond à un acide aminé. Comme vous le savez, il y a 20 acides aminés de base dans les protéines. Si nous supposons que chaque acide aminé correspond à 2 paires de bases, alors 16 acides aminés (4 * 4) peuvent être codés - ce n'est encore une fois pas suffisant.

Si le code est triplet, alors 64 codons (4 * 4 * 4) peuvent être fabriqués à partir de 4 paires de bases, ce qui est plus que suffisant pour coder 20 acides aminés. Creek et ses collègues ont supposé que le code était un triplet, qu'il n'y avait pas de «virgules» entre les codons, c'est-à-dire des caractères de séparation; la lecture du code au sein d'un gène se fait à partir d'un point fixe dans une direction. À l'été 1961, Kirenberg et Mattei ont rendu compte du déchiffrement du premier codon et ont proposé une méthode pour déterminer la composition des codons dans un système acellulaire de synthèse des protéines.

Ainsi, le codon de la phénylalanine a été déchiffré comme UUU dans l'ARNm. De plus, à la suite de l'application des méthodes développées par le Coran, Nirenberg et Leder en 1965.

un dictionnaire de code a été compilé dans sa forme moderne. Ainsi, l'obtention de mutations dans les phages T4 causées par la délétion ou l'ajout de bases était la preuve du code triplet (propriété 1). Ces abandons et ajouts, entraînant des décalages de trame lors de la "lecture" du code, n'ont été éliminés qu'en restaurant l'exactitude du code, ce qui a empêché l'apparition de mutants. Ces expériences ont également montré que les triplets ne se chevauchent pas, c'est-à-dire que chaque base ne peut appartenir qu'à un seul triplet (Propriété 2).

La plupart des acides aminés ont plus d'un codon. Un code dans lequel le nombre d'acides aminés est inférieur au nombre de codons est dit dégénéré (propriété 3), c'est-à-dire

c'est-à-dire qu'un acide aminé donné peut être codé par plus d'un triplet. De plus, trois codons ne codent pour aucun acide aminé (« codons non-sens ») et agissent comme un « signal d'arrêt ». Le codon stop est le point final de l'unité fonctionnelle de l'ADN, le cistron. Les codons de terminaison sont les mêmes dans toutes les espèces et sont représentés par UAA, UAG, UGA. Une caractéristique notable du code est qu'il est universel (propriété 4).

Dans tous les organismes vivants, les mêmes triplets codent pour les mêmes acides aminés.

L'existence de trois types de codons mutants - les terminateurs et leur suppression ont été démontrés chez E. coli et la levure. La découverte de gènes - suppresseurs, "compréhension" du non-sens - allèles de gènes différents, indique que la traduction du code génétique peut changer.

Les mutations affectant l'anticodon de l'ARNt modifient la spécificité de leur codon et créent une opportunité de suppression de mutation au niveau traductionnel. La suppression au niveau de la traduction peut se produire en raison de mutations dans les gènes codant pour certaines protéines ribosomiques. À la suite de ces mutations, le ribosome "se trompe", par exemple, dans la lecture des codons non-sens et les "comprend" au détriment de certains ARNt non mutants. Parallèlement à la suppression génotypique, agissant au niveau de la traduction, la suppression phénotypique des allèles non-sens est également possible : avec une diminution de la température, avec l'action des antibiotiques aminosides qui se lient aux ribosomes, comme la streptomycine, sur les cellules.

22. Reproduction des plantes supérieures : végétative et asexuée. Formation de spores, structure des spores, égales et hétérosporeuses La reproduction en tant que propriété de la matière vivante, c'est-à-dire la capacité d'un individu à donner naissance à sa propre espèce, existait aux premiers stades de l'évolution.

Les formes de reproduction peuvent être divisées en 2 types : asexuée et sexuée. En fait, la reproduction asexuée est réalisée sans la participation de cellules germinales, à l'aide de cellules spécialisées - les spores. Ils se forment dans les organes de la reproduction asexuée - les sporanges à la suite de la division mitotique.

La spore au cours de sa germination reproduit un nouvel individu, semblable au parent, à l'exception des spores de plantes à graines, dans lesquelles la spore a perdu la fonction de reproduction et de fixation. Les spores peuvent également être formées par division de réduction, avec des spores unicellulaires qui se répandent.

La multiplication des plantes à l'aide de végétatif (partie de la pousse, de la feuille, de la racine) ou la division des algues unicellulaires en deux est appelée végétative (bulbe, boutures).

La reproduction sexuée est réalisée par des cellules sexuelles spéciales - les gamètes.

Les gamètes se forment à la suite de la méiose, il y a des femelles et des mâles. À la suite de leur fusion, un zygote apparaît, à partir duquel un nouvel organisme se développe par la suite.

Les plantes diffèrent par les types de gamètes. Chez certains organismes unicellulaires, il fonctionne comme un gamète à un certain moment. Les organismes de sexe différent (gamètes) fusionnent - ce processus sexuel est appelé hologamie. Si les gamètes mâles et femelles sont morphologiquement similaires, mobiles - ce sont des isogamètes.

Et le processus sexuel isogame. Si les gamètes femelles sont un peu plus gros et moins mobiles que les gamètes mâles, alors ce sont des hétérogamètes et le processus est l'hétérogamie. Oogamie - les gamètes femelles sont très grandes et immobiles, les gamètes mâles sont petits et mobiles.

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Code génétique - correspondance entre les triplets d'ADN et les acides aminés des protéines

La nécessité de coder la structure des protéines dans la séquence linéaire des nucléotides d'ARNm et d'ADN est dictée par le fait que lors de la traduction :

• il n'y a pas de correspondance entre le nombre de monomères dans la matrice d'ARNm et le produit - la protéine synthétisée ;
• il n'y a pas de similitude structurelle entre l'ARN et les monomères protéiques.

Ceci élimine l'interaction complémentaire entre la matrice et le produit, principe par lequel s'effectue la construction de nouvelles molécules d'ADN et d'ARN lors de la réplication et de la transcription.

A partir de là, il devient clair qu'il doit y avoir un "dictionnaire" qui permet de découvrir quelle séquence de nucléotides d'ARNm permet l'inclusion d'acides aminés dans une séquence donnée dans une protéine. Ce "dictionnaire" s'appelle le code génétique, biologique, nucléotidique ou d'acides aminés. Il vous permet de coder les acides aminés qui composent les protéines en utilisant une séquence spécifique de nucléotides dans l'ADN et l'ARNm. Il a certaines propriétés.

Tripletité. L'une des principales questions pour élucider les propriétés du code était la question du nombre de nucléotides, qui devrait déterminer l'inclusion d'un acide aminé dans la protéine.

Il a été constaté que les éléments codants dans le codage de la séquence d'acides aminés sont en effet des triplets de nucléotides, ou triplés, qui ont été nommés « codons ».

Signification des codons.

Il a été possible d'établir que sur 64 codons, l'inclusion d'acides aminés dans la chaîne polypeptidique synthétisée code pour 61 triplets, et les 3 restants - UAA, UAG, UGA ne codent pas pour l'inclusion d'acides aminés dans la protéine et s'appelaient à l'origine codons sans signification ou sans sens. Cependant, plus tard, il a été montré que ces triplets signalaient l'achèvement de la traduction et, par conséquent, ils sont devenus connus sous le nom de codons de terminaison ou d'arrêt.

Les codons d'ARNm et les triplets de nucléotides dans le brin codant l'ADN avec la direction de l'extrémité 5 'à l'extrémité 3' ont la même séquence de bases azotées, sauf que dans l'ADN au lieu de l'uracile (U), caractéristique de l'ARNm, se trouve la thymine (T).

Spécificité.

Chaque codon correspond à un seul acide aminé spécifique. En ce sens, le code génétique est strictement univoque.

Tableau 4-3.

L'unicité est l'une des propriétés du code génétique, qui se manifeste par le fait que ...

Les principaux composants du système de synthèse des protéines

Remarques: elfe( facteurs d'initiation eucaryotes) sont des facteurs d'initiation ; eEF( facteurs d'élongation eucaryotes) sont des facteurs d'allongement ; eRF ( facteurs de libération eucaryotes) sont des facteurs de terminaison.

dégénérescence. Dans l'ARNm et l'ADN, 61 triplets ont un sens, chacun codant pour l'inclusion de l'un des 20 acides aminés dans la protéine.

Il s'ensuit que dans les molécules informationnelles l'inclusion d'un même acide aminé dans une protéine est déterminée par plusieurs codons. Cette propriété du code biologique s'appelle la dégénérescence.

Chez l'homme, seuls 2 acides aminés sont cryptés avec un codon - Met et Tri, tandis que Leu, Ser et Apr - avec six codons, et Ala, Val, Gli, Pro, Tre - avec quatre codons (tableau 1).

La redondance des séquences de codage est la propriété la plus précieuse du code, car elle augmente la résistance du flux d'informations aux effets néfastes de l'environnement externe et interne. Pour déterminer la nature d'un acide aminé à inclure dans une protéine, le troisième nucléotide d'un codon n'est pas aussi important que les deux premiers. Comme on peut le voir sur le tableau. 4-4, pour de nombreux acides aminés, le remplacement du nucléotide en troisième position du codon n'affecte pas sa signification.

Linéarité de l'enregistrement des informations.

Pendant la traduction, les codons d'ARNm sont "lus" séquentiellement à partir d'un point de départ fixe et ne se chevauchent pas. Il n'y a pas de signaux dans l'enregistrement d'informations indiquant la fin d'un codon et le début du suivant. Le codon AUG est initiateur et est lu à la fois au début et dans d'autres régions de l'ARNm comme Met. Les triplets qui le suivent sont lus séquentiellement sans aucune lacune jusqu'au codon d'arrêt, au niveau duquel la synthèse de la chaîne polypeptidique est terminée.

Polyvalence.

Jusqu'à récemment, on croyait que le code était absolument universel, c'est-à-dire la signification des mots de code est la même pour tous les organismes étudiés : virus, bactéries, plantes, amphibiens, mammifères, y compris l'homme.

Cependant, une exception est devenue connue plus tard, il s'est avéré que l'ARNm mitochondrial contient 4 triplets qui ont une signification différente de celle de l'ARNm d'origine nucléaire. Ainsi, dans l'ARNm mitochondrial, le triplet UGA code Tri, les codes AUA pour Met, et ACA et AGG sont lus comme des codons stop supplémentaires.

Colinéarité des gènes et des produits.

Chez les procaryotes, une correspondance linéaire entre la séquence de codons du gène et la séquence d'acides aminés dans le produit protéique a été trouvée, ou, comme on dit, il existe une colinéarité entre le gène et le produit.

Tableau 4-4.

Code génétique

Remarques: U, uracile; C - cytosine; A - adénine; G, guanine ; * - codon de terminaison.

Chez les eucaryotes, les séquences de bases du gène, les séquences d'acides aminés colinéaires de la protéine, sont interrompues par des introns.

Par conséquent, dans les cellules eucaryotes, la séquence d'acides aminés d'une protéine est colinéaire avec la séquence d'exons dans un gène ou un ARNm mature après élimination post-transcriptionnelle des introns.

Ils s'alignent en chaînes et, ainsi, des séquences de lettres génétiques sont obtenues.

Code génétique

Les protéines de presque tous les organismes vivants sont constituées de seulement 20 types d'acides aminés. Ces acides aminés sont dits canoniques. Chaque protéine est une chaîne ou plusieurs chaînes d'acides aminés reliées selon une séquence strictement définie. Cette séquence détermine la structure de la protéine, et donc toutes ses propriétés biologiques.

CUU (Leu/L) Leucine
CUC (Leu/L) Leucine
CUA (Leu/L)Leucine
CUG (Leu/L) Leucine

Dans certaines protéines, des acides aminés non standard tels que la sélénocystéine et la pyrrolysine sont insérés par le ribosome de lecture des codons stop, qui dépend des séquences de l'ARNm. La sélénocystéine est désormais considérée comme le 21e, et la pyrrolysine comme le 22e acide aminé qui compose les protéines.

Malgré ces exceptions, le code génétique de tous les organismes vivants présente des caractéristiques communes : un codon est constitué de trois nucléotides, où les deux premiers sont déterminants, les codons sont traduits par l'ARNt et les ribosomes en une séquence d'acides aminés.

L'histoire des idées sur le code génétique

Néanmoins, au début des années 1960, de nouvelles données ont révélé l'échec de l'hypothèse du "code sans virgule". Ensuite, des expériences ont montré que les codons, considérés par Crick comme dépourvus de sens, peuvent provoquer la synthèse de protéines dans un tube à essai et, en 1965, la signification des 64 triplets a été établie. Il s'est avéré que certains codons sont simplement redondants, c'est-à-dire qu'un certain nombre d'acides aminés sont codés par deux, quatre ou même six triplets.

voir également

Remarques

1. Le code génétique prend en charge l'insertion ciblée de deux acides aminés par un codon. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. La science. 9 janvier 2009;323(5911):259-61.
2. Le codon AUG code pour la méthionine, mais sert également de codon de départ - en règle générale, la traduction commence à partir du premier codon AUG de l'ARNm.
3. NCBI : "Les codes génétiques", compilé par Andrzej (Anjay) Elzanowski et Jim Ostell
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Littérature

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Liens

• Code génétique- article de la Grande Encyclopédie soviétique

Fondation Wikimédia. 2010 .

Gène- une unité structurelle et fonctionnelle de l'hérédité qui contrôle le développement d'un trait ou d'une propriété particulière. Les parents transmettent un ensemble de gènes à leur progéniture lors de la reproduction.Une grande contribution à l'étude du gène a été apportée par des scientifiques russes: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

Actuellement, en biologie moléculaire, il a été établi que les gènes sont des sections d'ADN qui portent toute information intégrale - sur la structure d'une molécule de protéine ou d'une molécule d'ARN. Ces molécules fonctionnelles et d'autres déterminent le développement, la croissance et le fonctionnement du corps.

En même temps, chaque gène est caractérisé par un certain nombre de séquences d'ADN régulatrices spécifiques, telles que des promoteurs, qui sont directement impliquées dans la régulation de l'expression du gène. Les séquences régulatrices peuvent être localisées soit à proximité immédiate du cadre de lecture ouvert codant pour la protéine, soit au début de la séquence d'ARN, comme c'est le cas avec les promoteurs (ce que l'on appelle cis éléments cis-régulateurs), et à une distance de plusieurs millions de paires de bases (nucléotides), comme dans le cas des amplificateurs, des isolants et des suppresseurs (parfois classés comme trans-éléments réglementaires éléments trans-réglementaires). Ainsi, le concept de gène ne se limite pas à la région codante de l'ADN, mais est un concept plus large qui inclut les séquences régulatrices.

A l'origine le terme gène apparaît comme une unité théorique de transmission d'informations héréditaires discrètes. L'histoire de la biologie garde en mémoire des disputes sur les molécules qui peuvent être porteuses d'informations héréditaires. La plupart des chercheurs pensaient que seules les protéines pouvaient être de tels porteurs, car leur structure (20 acides aminés) vous permet de créer plus d'options que la structure de l'ADN, composée de seulement quatre types de nucléotides. Plus tard, il a été prouvé expérimentalement que c'est l'ADN qui contient des informations héréditaires, qui ont été exprimées comme le dogme central de la biologie moléculaire.

Les gènes peuvent subir des mutations - des changements aléatoires ou délibérés dans la séquence des nucléotides de la chaîne d'ADN. Les mutations peuvent entraîner un changement de séquence, et donc une modification des caractéristiques biologiques d'une protéine ou d'un ARN, qui, à son tour, peut entraîner un fonctionnement général ou local altéré ou anormal de l'organisme. De telles mutations sont dans certains cas pathogènes, car leur résultat est une maladie, ou mortelles au niveau embryonnaire. Cependant, toutes les modifications de la séquence nucléotidique n'entraînent pas une modification de la structure protéique (due à l'effet de la dégénérescence du code génétique) ou à une modification significative de la séquence et ne sont pas pathogènes. En particulier, le génome humain est caractérisé par des polymorphismes mononucléotidiques et des variations du nombre de copies. variations du nombre de copies), telles que les délétions et les duplications, qui représentent environ 1 % de la séquence nucléotidique humaine entière. Les polymorphismes nucléotidiques simples, en particulier, définissent différents allèles du même gène.

Les monomères qui composent chacune des chaînes d'ADN sont des composés organiques complexes qui comprennent des bases azotées : l'adénine (A) ou la thymine (T) ou la cytosine (C) ou la guanine (G), un sucre-pentose-désoxyribose à cinq atomes, nommé après quoi et a reçu le nom d'ADN lui-même, ainsi que le résidu d'acide phosphorique.Ces composés sont appelés nucléotides.

Propriétés des gènes

1. discrétion - immiscibilité des gènes;
2. stabilité - la capacité de maintenir une structure;
3. labilité - la capacité de muter à plusieurs reprises;
4. allélisme multiple - de nombreux gènes existent dans une population sous diverses formes moléculaires ;
5. allélisme - dans le génotype des organismes diploïdes, seules deux formes du gène;
6. spécificité - chaque gène code son propre trait;
7. pléiotropie - effet multiple d'un gène;
8. expressivité - le degré d'expression d'un gène dans un trait;
9. pénétrance - la fréquence de manifestation d'un gène dans le phénotype;
10. amplification - une augmentation du nombre de copies d'un gène.

Classification

1. Les gènes structuraux sont des composants uniques du génome, représentant une seule séquence codant pour une protéine spécifique ou certains types d'ARN. (Voir aussi l'article Gènes ménagers).
2. Gènes fonctionnels - régulent le travail des gènes structurels.

Code génétique- une méthode inhérente à tout organisme vivant pour coder la séquence d'acides aminés des protéines à l'aide d'une séquence de nucléotides.

Quatre nucléotides sont utilisés dans l'ADN - l'adénine (A), la guanine (G), la cytosine (C), la thymine (T), qui dans la littérature en langue russe sont désignées par les lettres A, G, C et T. Ces lettres constituent l'alphabet du code génétique. Dans l'ARN, les mêmes nucléotides sont utilisés, à l'exception de la thymine, qui est remplacée par un nucléotide similaire - l'uracile, qui est désigné par la lettre U (U dans la littérature en langue russe). Dans les molécules d'ADN et d'ARN, les nucléotides s'alignent en chaînes et, ainsi, des séquences de lettres génétiques sont obtenues.

Code génétique

Il existe 20 acides aminés différents utilisés dans la nature pour fabriquer des protéines. Chaque protéine est une chaîne ou plusieurs chaînes d'acides aminés dans une séquence strictement définie. Cette séquence détermine la structure de la protéine, et donc toutes ses propriétés biologiques. L'ensemble des acides aminés est également universel pour presque tous les organismes vivants.

La mise en œuvre de l'information génétique dans les cellules vivantes (c'est-à-dire la synthèse d'une protéine codée par un gène) s'effectue à l'aide de deux processus matriciels : la transcription (c'est-à-dire la synthèse d'ARNm sur une matrice d'ADN) et la traduction du code génétique en une séquence d'acides aminés (synthèse d'une chaîne polypeptidique sur ARNm). Trois nucléotides consécutifs suffisent pour coder 20 acides aminés, ainsi que le signal d'arrêt, c'est-à-dire la fin de la séquence protéique. Un ensemble de trois nucléotides s'appelle un triplet. Les abréviations acceptées correspondant aux acides aminés et aux codons sont indiquées sur la figure.

Propriétés

1. Tripletité- une unité significative du code est une combinaison de trois nucléotides (triplet, ou codon).
2. Continuité- il n'y a pas de signes de ponctuation entre les triplets, c'est-à-dire que l'information est lue en continu.
3. sans chevauchement- un même nucléotide ne peut pas faire partie simultanément de deux triplets ou plus (non observé pour certains gènes chevauchants de virus, mitochondries et bactéries qui codent pour plusieurs protéines de décalage de cadre).
4. Non ambiguïté (spécificité)- un certain codon correspond à un seul acide aminé (cependant, le codon UGA dans Euplotes crassus codes pour deux acides aminés - cystéine et sélénocystéine)
5. Dégénérescence (redondance) Plusieurs codons peuvent correspondre à un même acide aminé.
6. Polyvalence- le code génétique fonctionne de la même manière dans des organismes de différents niveaux de complexité - des virus aux humains (les méthodes de génie génétique sont basées sur cela ; il existe un certain nombre d'exceptions, indiquées dans le tableau des "Variations du code génétique standard " rubrique ci-dessous).
7. Immunité au bruit- les mutations de substitutions de nucléotides qui n'entraînent pas de changement dans la classe de l'acide aminé codé sont appelées conservateur; les mutations de substitution de nucléotide qui conduisent à un changement dans la classe de l'acide aminé codé sont appelées radical.

La biosynthèse des protéines et ses étapes

Biosynthèse des protéines- un processus complexe en plusieurs étapes de synthèse d'une chaîne polypeptidique à partir de résidus d'acides aminés, se produisant sur les ribosomes de cellules d'organismes vivants avec la participation de molécules d'ARNm et d'ARNt.

La biosynthèse des protéines peut être divisée en étapes de transcription, de traitement et de traduction. Lors de la transcription, les informations génétiques codées dans les molécules d'ADN sont lues et ces informations sont écrites dans les molécules d'ARNm. Au cours d'une série d'étapes successives de traitement, certains fragments qui sont inutiles dans les étapes suivantes sont retirés de l'ARNm et les séquences nucléotidiques sont éditées. Une fois le code transporté du noyau aux ribosomes, la synthèse proprement dite des molécules protéiques se produit en attachant des résidus d'acides aminés individuels à la chaîne polypeptidique en croissance.

Entre transcription et traduction, la molécule d'ARNm subit une série de changements successifs qui assurent la maturation d'une matrice fonctionnelle pour la synthèse de la chaîne polypeptidique. Un capuchon est attaché à l'extrémité 5' et une queue poly-A est attachée à l'extrémité 3', ce qui augmente la durée de vie de l'ARNm. Avec l'avènement du traitement dans une cellule eucaryote, il est devenu possible de combiner des exons de gènes pour obtenir une plus grande variété de protéines codées par une seule séquence de nucléotides d'ADN - l'épissage alternatif.

La traduction consiste en la synthèse d'une chaîne polypeptidique conformément aux informations codées dans l'ARN messager. La séquence d'acides aminés est arrangée en utilisant le transport ARN (ARNt), qui forment des complexes avec des acides aminés - aminoacyl-ARNt. Chaque acide aminé a son propre ARNt, qui a un anticodon correspondant qui "correspond" au codon de l'ARNm. Pendant la traduction, le ribosome se déplace le long de l'ARNm, à mesure que la chaîne polypeptidique se construit. L'énergie pour la synthèse des protéines est fournie par l'ATP.

La molécule de protéine finie est ensuite clivée du ribosome et transportée au bon endroit dans la cellule. Certaines protéines nécessitent une modification post-traductionnelle supplémentaire pour atteindre leur état actif.