Care dintre proprietățile codului genetic este indicată corect. Biosinteza proteinelor și acizilor nucleici

După ce ați lucrat la aceste subiecte, ar trebui să puteți:

1. Descrieți următoarele concepte și explicați relația dintre ele:
   • polimer, monomer;
   • carbohidrat, monozaharid, dizaharid, polizaharid;
   • lipide, acizi grași, glicerol;
   • aminoacid, legătură peptidică, proteină;
   • catalizator, enzimă, situs activ;
   • acid nucleic, nucleotidă.
2. Enumerați 5-6 motive pentru care apa este o componentă atât de importantă a sistemelor vii.
3. Numiți cele patru clase principale de compuși organici care se găsesc în organismele vii; descrie rolul fiecăruia.
4. Explicați de ce reacțiile controlate de enzime depind de temperatură, pH și prezența coenzimelor.
5. Descrieți rolul ATP-ului în economia energetică a celulei.
6. Numiți materiile prime, etapele principale și produsele finale ale reacțiilor induse de lumină și ale reacțiilor de fixare a carbonului.
7. Oferiți o scurtă descriere a schemei generale a respirației celulare, din care ar fi clar ce loc ocupă reacțiile de glicoliză, ciclul G. Krebs (ciclul acidului citric) și lanțul de transport de electroni.
8. Comparați respirația și fermentația.
9. Descrieți structura moleculei de ADN și explicați de ce numărul de resturi de adenină este egal cu numărul de resturi de timină, iar numărul de resturi de guanină este egal cu numărul de resturi de citozină.
10. Realizați o schemă scurtă pentru sinteza ARN-ului în ADN (transcripție) la procariote.
11. Descrieți proprietățile codului genetic și explicați de ce ar trebui să fie triplet.
12. Pe baza acestui lanț de ADN și a tabelului de codoni, determinați secvența complementară a ARN-ului matricei, indicați codonii ARN-ului de transfer și secvența de aminoacizi care se formează ca rezultat al translației.
13. Enumerați etapele sintezei proteinelor la nivelul ribozomilor.

Algoritm pentru rezolvarea problemelor.

Tip 1. Autocopie ADN.

Unul dintre lanțurile de ADN are următoarea secvență de nucleotide:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Ce secvență de nucleotide are al doilea lanț al aceleiași molecule?

Pentru a scrie secvența de nucleotide a celei de-a doua catene a unei molecule de ADN, când este cunoscută secvența primei catene, este suficient să înlocuiți timina cu adenină, adenina cu timină, guanina cu citozină și citozina cu guanină. Făcând această înlocuire, obținem succesiunea:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...

Tip 2. Codificarea proteinelor.

Lanțul de aminoacizi al proteinei ribonuclează are următorul început: lizină-glutamină-treonină-alanină-alanină-alanină-lizină...
Ce secvență de nucleotide pornește gena corespunzătoare acestei proteine?

Pentru a face acest lucru, utilizați tabelul codului genetic. Pentru fiecare aminoacid, găsim codul său sub forma trio-ului corespunzător de nucleotide și îl scriem. Dispunând aceste triplete unul după altul în aceeași ordine cu aminoacizii corespunzători, obținem formula pentru structura secțiunii de ARN mesager. De regulă, există mai multe astfel de triple, alegerea se face în funcție de decizia dvs. (dar se ia doar unul dintre triple). Pot exista mai multe soluții, respectiv.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG

Cu ce ​​secvență de aminoacizi începe o proteină dacă este codificată de o astfel de secvență de nucleotide:
ACGCCATGCCGGGT...

Conform principiului complementarității, găsim structura secțiunii informaționale de ARN formată pe un anumit segment al moleculei de ADN:
UGCGGGUACCCGCCCCA...

Apoi ne întoarcem la tabelul codului genetic și pentru fiecare trio de nucleotide, pornind de la prima, găsim și scriem aminoacidul corespunzător acestuia:
Cisteina-glicina-tirozina-arginina-prolina-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. „Biologie generală”. Moscova, „Iluminismul”, 2000

• Tema 4. „Compoziția chimică a celulei”. §2-§7 p. 7-21
• Subiectul 5. „Fotosinteza”. §16-17 p. 44-48
• Subiectul 6. „Respirația celulară”. §12-13 p. 34-38
• Subiectul 7. „Informații genetice”. §14-15 p. 39-44

Compoziția chimică și organizarea structurală a moleculei de ADN.

Moleculele de acid nucleic sunt lanțuri foarte lungi formate din multe sute și chiar milioane de nucleotide. Orice acid nucleic conține doar patru tipuri de nucleotide. Funcțiile moleculelor de acid nucleic depind de structura lor, de nucleotidele lor constitutive, de numărul lor în lanț și de secvența compusului din moleculă.

Fiecare nucleotidă este alcătuită din trei componente: o bază azotată, un carbohidrat și acid fosforic. ÎN compus fiecare nucleotidă ADN este inclus unul dintre cele patru tipuri de baze azotate (adenină - A, timină - T, guanină - G sau citozină - C), precum și un carbon dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic.

Astfel, nucleotidele ADN diferă doar prin tipul bazei azotate.
Molecula de ADN este formată dintr-un număr mare de nucleotide conectate într-un lanț într-o anumită secvență. Fiecare tip de moleculă de ADN are propriul său număr și secvență de nucleotide.

Moleculele de ADN sunt foarte lungi. De exemplu, pentru a nota secvența de nucleotide din moleculele de ADN dintr-o celulă umană (46 de cromozomi), ar fi nevoie de o carte de aproximativ 820.000 de pagini. Alternarea a patru tipuri de nucleotide poate forma un număr infinit de variante de molecule de ADN. Aceste caracteristici ale structurii moleculelor de ADN le permit să stocheze o cantitate imensă de informații despre toate semnele organismelor.

În 1953, biologul american J. Watson și fizicianul englez F. Crick au creat un model pentru structura moleculei de ADN. Oamenii de știință au descoperit că fiecare moleculă de ADN constă din două fire interconectate și răsucite spiralat. Arată ca un dublu helix. În fiecare lanț, patru tipuri de nucleotide alternează într-o secvență specifică.

Nucleotide Compoziția ADN-ului diferă în diferite tipuri de bacterii, ciuperci, plante, animale. Dar nu se schimbă cu vârsta, depinde puțin de schimbările din mediu. Nucleotidele sunt pereche, adică numărul de nucleotide de adenină din orice moleculă de ADN este egal cu numărul de nucleotide de timidină (A-T), iar numărul de nucleotide de citozină este egal cu numărul de nucleotide de guanină (C-G). Acest lucru se datorează faptului că legătura a două lanțuri unul cu celălalt într-o moleculă de ADN respectă o anumită regulă și anume: adenina dintr-un lanț este întotdeauna conectată prin două legături de hidrogen numai cu timina din celălalt lanț și guanina prin trei hidrogen. se leagă de citozină, adică lanțurile de nucleotide ale unei molecule de ADN sunt complementare, se completează reciproc.

Moleculele de acid nucleic - ADN-ul și ARN-ul sunt formate din nucleotide. Compoziția nucleotidelor ADN include o bază azotată (A, T, G, C), un carbohidrat dezoxiriboză și un reziduu al unei molecule de acid fosforic. Molecula de ADN este o dublă helix, constând din două catene legate prin legături de hidrogen conform principiului complementarității. Funcția ADN-ului este de a stoca informații ereditare.

Proprietățile și funcțiile ADN-ului.

ADN este un purtător de informație genetică, scrisă sub forma unei secvențe de nucleotide folosind codul genetic. Moleculele de ADN sunt asociate cu două fundamentale proprietățile vieții organisme – ereditate și variabilitate. În timpul unui proces numit replicare ADN-ului, se formează două copii ale lanțului original, care sunt moștenite de celulele fiice atunci când se divid, astfel încât celulele rezultate sunt identice genetic cu cele originale.

Informația genetică este realizată în timpul expresiei genelor în procesele de transcripție (sinteza moleculelor de ARN pe un șablon de ADN) și de translație (sinteza de proteine ​​pe un șablon de ARN).

Secvența de nucleotide „codifică” informații despre diferite tipuri de ARN: informații sau șablon (ARNm), ribozomal (ARNr) și transport (ARNt). Toate aceste tipuri de ARN sunt sintetizate din ADN în timpul procesului de transcripție. Rolul lor în biosinteza proteinelor (procesul de traducere) este diferit. ARN-ul mesager conține informații despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină, ARN-ul ribozomal servește ca bază pentru ribozomi (complexe de nucleoproteine ​​complexe, a căror funcție principală este de a asambla o proteină din aminoacizi individuali pe baza ARNm), ARN-ul de transfer eliberează amino acizi la locul de asamblare a proteinei - la centrul activ al ribozomului, „târâindu-se” de-a lungul ARNm.

Codul genetic, proprietățile sale.

Cod genetic- o metodă inerentă tuturor organismelor vii pentru a codifica secvența de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide. PROPRIETATI:

1. Tripletate- o unitate semnificativă a codului este o combinație de trei nucleotide (triplet sau codon).
2. Continuitate- nu exista semne de punctuatie intre triplete, adica informatia se citeste continuu.
3. nesuprapunere- aceeași nucleotidă nu poate face parte simultan din două sau mai multe triplete (nu este observată pentru unele gene suprapuse ale virușilor, mitocondriilor și bacteriilor care codifică mai multe proteine ​​frameshift).
4. Neambiguitate (specificitate)- un anumit codon corespunde unui singur aminoacid (cu toate acestea, codonul UGA în Euplotes crassus codifică doi aminoacizi - cisteină și selenocisteină)
5. Degenerare (redundanță) Mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
6. Versatilitate- codul genetic funcționează în același mod în organisme cu diferite niveluri de complexitate - de la viruși la oameni (metodele de inginerie genetică se bazează pe aceasta; există o serie de excepții, prezentate în tabelul din „Variațiile codului genetic standard " secțiunea de mai jos).
7. Imunitate la zgomot- mutațiile substituțiilor de nucleotide care nu duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc conservator; se numesc mutații de substituție nucleotidică care duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat radical.

5. Autoreproducerea ADN-ului. Replicon și funcționarea acestuia .

Procesul de auto-reproducere a moleculelor de acid nucleic, însoțit de transmiterea prin moștenire (de la celulă la celulă) a copiilor exacte ale informațiilor genetice; R. efectuat cu participarea unui set de enzime specifice (helicaza<helicaza>, care controlează derularea moleculei ADN, ADN-polimeraza<ADN polimeraza> I și III, ADN-ligaza<ADN ligaza>), trece printr-un tip semi-conservator cu formarea unei furci de replicare<furcă de replicare>; pe unul dintre lanțuri<fir conducător> sinteza lanţului complementar este continuă, iar pe de altă parte<firul rămas> apare din cauza formării fragmentelor Dkazaki<Fragmente Okazaki>; R. - proces de înaltă precizie, rata de eroare în care nu depășește 10 -9 ; la eucariote R. poate apărea în mai multe puncte ale aceleiași molecule deodată ADN; viteză R. eucariotele au aproximativ 100, iar bacteriile au aproximativ 1000 de nucleotide pe secundă.

6. Niveluri de organizare a genomului eucariotic .

La organismele eucariote, mecanismul de reglare a transcripției este mult mai complex. Ca rezultat al clonării și secvențierii genelor eucariote, au fost găsite secvențe specifice implicate în transcripție și traducere.
O celulă eucariotă se caracterizează prin:
1. Prezența intronilor și exonilor în molecula de ADN.
2. Maturarea i-ARN - excizia intronilor și cusătura exonilor.
3. Prezența elementelor de reglare care reglează transcripția, cum ar fi: a) promotori - 3 tipuri, fiecare dintre ele se află o polimerază specifică. Pol I replică genele ribozomale, Pol II replică genele structurale ale proteinei, Pol III replică genele care codifică ARN-uri mici. Promotorii Pol I şi Pol II sunt în amonte de situsul de iniţiere a transcripţiei, promotorul Pol III se află în cadrul genei structurale; b) modulatori - secvenţe de ADN care sporesc nivelul de transcripţie; c) amplificatori - secvențe care sporesc nivelul de transcripție și acționează indiferent de poziția lor față de partea codificatoare a genei și de starea punctului de plecare al sintezei ARN; d) terminatori - secvențe specifice care opresc atât traducerea, cât și transcripția.
Aceste secvențe diferă de secvențele procariote prin structura lor primară și locația în raport cu codonul de inițiere, iar ARN polimeraza bacteriană nu le „recunoaște”. Astfel, pentru exprimarea genelor eucariote în celulele procariote, genele trebuie să fie sub controlul elementelor reglatoare procariote. Această circumstanță trebuie luată în considerare la construirea vectorilor de exprimare.

7. Compoziția chimică și structurală a cromozomilor .

Chimic compozitia cromozomilor - ADN - 40%, proteine ​​histone - 40%. Non-histone - 20% puțin ARN. Lipide, polizaharide, ioni metalici.

Compoziția chimică a unui cromozom este un complex de acizi nucleici cu proteine, carbohidrați, lipide și metale. Reglarea activității genelor și restabilirea lor în cazul leziunilor chimice sau radiațiilor are loc în cromozom.

STRUCTURAL????

Cromozomii- nucleoproteină Elementele structurale ale nucleului celular, care conţin ADN, care conţine Informaţia ereditară a organismului, sunt capabile de auto-reproducere, au o individualitate structurală şi funcţională şi o păstrează într-un număr de generaţii.

în ciclul mitotic, se observă următoarele caracteristici ale organizării structurale a cromozomilor:

Există forme mitotice și interfazate ale organizării structurale a cromozomilor, trecând reciproc unul în celălalt în ciclul mitotic - acestea sunt transformări funcționale și fiziologice

8. Nivelurile de ambalare a materialului ereditar la eucariote .

Niveluri structurale și funcționale de organizare a materialului ereditar al eucariotelor

Ereditatea și variabilitatea oferă:

1) moștenirea individuală (discretă) și modificări ale caracteristicilor individuale;

2) reproducerea la indivizii fiecărei generații a întregului complex de caracteristici morfologice și funcționale ale organismelor unei anumite specii biologice;

3) redistribuirea la speciile cu reproducere sexuală în procesul de reproducere a înclinațiilor ereditare, în urma căreia descendenții au o combinație de caractere diferită de combinarea lor la părinți. Modelele de moștenire și variabilitatea trăsăturilor și combinațiile lor decurg din principiile organizării structurale și funcționale a materialului genetic.

Există trei niveluri de organizare a materialului ereditar al organismelor eucariote: genă, cromozomială și genomică (nivel de genotip).

Structura elementară a nivelului genei este gena. Transferul genelor de la părinți la urmași este necesar pentru dezvoltarea anumitor trăsături la el. Deși sunt cunoscute mai multe forme de variabilitate biologică, doar o încălcare a structurii genelor schimbă sensul informațiilor ereditare, în conformitate cu care se formează trăsăturile și proprietățile specifice. Datorită prezenței nivelului genei, moștenirea individuală, separată (discretă) și independentă și modificările trăsăturilor individuale sunt posibile.

Genele celulelor eucariote sunt distribuite în grupuri de-a lungul cromozomilor. Acestea sunt structurile nucleului celular, care se caracterizează prin individualitate și capacitatea de a se reproduce cu păstrarea caracteristicilor structurale individuale într-un număr de generații. Prezența cromozomilor determină alocarea nivelului cromozomial de organizare a materialului ereditar. Plasarea genelor în cromozomi afectează moștenirea relativă a trăsăturilor, face posibilă influențarea funcției unei gene din mediul său genetic imediat - genele învecinate. Organizarea cromozomială a materialului ereditar servește ca o condiție necesară pentru redistribuirea înclinațiilor ereditare ale părinților la urmași în timpul reproducerii sexuale.

În ciuda distribuției pe diferiți cromozomi, întregul set de gene se comportă funcțional ca un întreg, formând un singur sistem reprezentând nivelul genomic (genotipic) de organizare a materialului ereditar. La acest nivel, există o interacțiune largă și influență reciprocă a înclinațiilor ereditare, localizate atât într-un singur, cât și în diferiți cromozomi. Rezultatul este corespondența reciprocă a informațiilor genetice ale diferitelor înclinații ereditare și, în consecință, dezvoltarea unor trăsături echilibrate în timp, loc și intensitate în procesul ontogenezei. Activitatea funcțională a genelor, modul de replicare și modificările mutaționale în materialul ereditar depind, de asemenea, de caracteristicile genotipului organismului sau ale celulei în ansamblu. Acest lucru este evidențiat, de exemplu, de relativitatea proprietății de dominanță.

Eu - și heterocromatina.

Unii cromozomi apar condensați și intens colorați în timpul diviziunii celulare. Astfel de diferențe au fost numite heteropicnoză. Termenul " heterocromatina". Există eucromatina - partea principală a cromozomilor mitotici, care suferă ciclul obișnuit de compactare decompactare în timpul mitozei și heterocromatina- regiuni ale cromozomilor care se află constant în stare compactă.

La majoritatea speciilor eucariote, cromozomii le conțin pe ambele UE- și regiuni heterocromatice, acestea din urmă fiind o parte semnificativă a genomului. Heterocromatina situate în centromer, uneori în regiunile telomerice. Regiunile heterocromatice au fost găsite în brațele eucromatice ale cromozomilor. Ele arată ca intercalări (intercalări) ale heterocromatinei în eucromatină. Astfel de heterocromatina numită intercalară. Compactarea cromatinei. Eucromatina și heterocromatina diferă în ciclurile de compactare. Euhr. trece printr-un ciclu complet de compactare-decompactare de la interfaza la interfaza, hetero. menține o stare de relativă compactitate. Colorare diferențială. Diferite secțiuni de heterocromatină sunt colorate cu diferiți coloranți, unele zone - cu unele, altele - cu mai multe. Folosind diverse colorări și folosind rearanjamente cromozomiale care rup regiunile heterocromatinei, multe regiuni mici din Drosophila au fost caracterizate în care afinitatea pentru culoare este diferită de regiunile învecinate.

10. Caracteristici morfologice ale cromozomului metafază .

Cromozomul metafază este format din două catene longitudinale de dezoxiribonucleoproteină - cromatide, conectate între ele în regiunea constricției primare - centromerul. Centromer - o secțiune special organizată a cromozomului, comună ambelor cromatide surori. Centromerul împarte corpul cromozomului în două brațe. În funcție de localizarea constricției primare, se disting următoarele tipuri de cromozomi: braț egal (metacentric), când centromerul este situat la mijloc, iar brațele sunt aproximativ egale ca lungime; brațe inegale (submetacentrice), când centromerul este deplasat de la mijlocul cromozomului, iar brațele sunt de lungime inegală; în formă de tijă (acrocentric), când centromerul este deplasat la un capăt al cromozomului și un braț este foarte scurt. Există și cromozomi punctiform (telocentrici), nu au un braț, dar nu sunt în cariotipul uman (set cromozomial). În unii cromozomi, pot exista constricții secundare care separă o regiune numită satelit de corpul cromozomului.

Codul genetic este o modalitate de codificare a secvenței de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină folosind secvența de nucleotide dintr-o moleculă de acid nucleic. Proprietățile codului genetic decurg din caracteristicile acestei codificări.

Fiecare aminoacid al unei proteine ​​este asociat cu trei nucleotide succesive de acid nucleic - triplet, sau codon. Fiecare dintre nucleotide poate conține una dintre cele patru baze azotate. În ARN, acestea sunt adenina (A), uracilul (U), guanina (G), citozina (C). Prin combinarea bazelor azotate în moduri diferite (în acest caz, nucleotide care le conțin), puteți obține multe triplete diferite: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC etc. Numărul total de combinații posibile este de 64, adică 43.

Proteinele organismelor vii conțin aproximativ 20 de aminoacizi. Dacă natura „ar fi conceput” să codifice fiecare aminoacid nu cu trei, ci cu două nucleotide, atunci varietatea unor astfel de perechi nu ar fi suficientă, deoarece ar fi doar 16 dintre ele, adică. 42.

Prin urmare, principala proprietate a codului genetic este tripletul acestuia. Fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide.

Deoarece există mult mai multe triplete posibile diferite decât aminoacizii utilizați în moleculele biologice, o astfel de proprietate ca redundanţă cod genetic. Mulți aminoacizi au început să fie codificați nu de un codon, ci de mai mulți. De exemplu, aminoacidul glicina este codificat de patru codoni diferiți: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundanța se mai numește degenerare.

Corespondența dintre aminoacizi și codoni se reflectă sub formă de tabele. De exemplu, acestea:

În legătură cu nucleotidele, codul genetic are următoarea proprietate: unicitatea(sau specificitate): fiecărui codon îi corespunde doar un aminoacid. De exemplu, codonul GGU poate codifica numai pentru glicină și niciun alt aminoacid.

Din nou. Redundanța se referă la faptul că mai mulți tripleți pot codifica același aminoacid. Specificitate - Fiecare codon specific poate codifica doar un aminoacid.

Nu există semne de punctuație speciale în codul genetic (cu excepția codonilor stop care indică sfârșitul sintezei polipeptidelor). Funcția semnelor de punctuație este îndeplinită de tripleți înșiși - sfârșitul unuia înseamnă că altul va începe în continuare. Aceasta implică următoarele două proprietăți ale codului genetic: continuitateȘi nesuprapunere. Continuitatea este înțeleasă ca citirea tripleților imediat unul după altul. Nesuprapunerea înseamnă că fiecare nucleotidă poate face parte dintr-un singur triplet. Deci prima nucleotidă a următoarei triplete vine întotdeauna după a treia nucleotidă a tripletului precedent. Un codon nu poate începe la a doua sau a treia nucleotidă a codonului precedent. Cu alte cuvinte, codul nu se suprapune.

Codul genetic are proprietatea universalitate. Este același pentru toate organismele de pe Pământ, ceea ce indică unitatea originii vieții. Există excepții foarte rare de la acest lucru. De exemplu, unele triplete de mitocondrii și cloroplaste codifică pentru alți aminoacizi decât cei obișnuiți. Acest lucru poate indica faptul că în zorii dezvoltării vieții, au existat variații ușor diferite ale codului genetic.

În cele din urmă, codul genetic are imunitate la zgomot, care este o consecință a proprietății sale de redundanță. Mutațiile punctiforme, uneori care apar în ADN, au ca rezultat înlocuirea unei baze azotate cu alta. Acest lucru schimbă tripletul. De exemplu, a fost AAA, după mutație a devenit AAG. Cu toate acestea, astfel de modificări nu conduc întotdeauna la o schimbare a aminoacidului din polipeptida sintetizată, deoarece ambele triplete, datorită proprietății redundanței codului genetic, pot corespunde unui aminoacid. Având în vedere că mutațiile sunt mai des dăunătoare, proprietatea de imunitate la zgomot este utilă.

Codul genetic, sau biologic, este una dintre proprietățile universale ale naturii vii, dovedind unitatea originii sale. Cod genetic- aceasta este o metodă de codificare a secvenței de aminoacizi a unei polipeptide folosind o secvență de nucleotide de acid nucleic (ARN informativ sau o secțiune de ADN complementară pe care este sintetizat ARNm).

Există și alte definiții.

Cod genetic- aceasta este corespondența fiecărui aminoacid (care face parte din proteinele vii) a unei anumite secvențe de trei nucleotide. Cod genetic este relația dintre bazele acizilor nucleici și aminoacizii proteici.

În literatura științifică, codul genetic nu este înțeles ca secvența de nucleotide din ADN-ul oricărui organism, ceea ce determină individualitatea acestuia.

Este greșit să presupunem că un organism sau o specie are un cod, iar altul are altul. Codul genetic este modul în care aminoacizii sunt codificați de nucleotide (adică principiul, mecanismul); este universal pentru toate ființele vii, la fel pentru toate organismele.

Prin urmare, este incorect să spunem, de exemplu, „Codul genetic al unei persoane” sau „Codul genetic al unui organism”, care este adesea folosit în literatura și filmele aproape științifice.

În aceste cazuri, ne referim de obicei la genomul unei persoane, al unui organism etc.

Diversitatea organismelor vii și caracteristicile activității lor vitale se datorează în primul rând diversității proteinelor.

Structura specifică a unei proteine ​​este determinată de ordinea și cantitatea diferiților aminoacizi care alcătuiesc compoziția acesteia. Secvența de aminoacizi a peptidei este criptată în ADN folosind codul biologic. Din punctul de vedere al diversităţii setului de monomeri, ADN-ul este o moleculă mai primitivă decât o peptidă. ADN-ul este o varietate de alternanțe de numai patru nucleotide. Acest lucru i-a împiedicat mult timp pe cercetători să considere ADN-ul ca material al eredității.

Cum sunt codificați aminoacizii de nucleotide

1) Acizii nucleici (ADN și ARN) sunt polimeri formați din nucleotide.

Fiecare nucleotidă poate include una dintre cele patru baze azotate: adenină (A, en: A), guanină (G, G), citozină (C, en: C), timină (T, en: T). În cazul ARN, timina este înlocuită cu uracil (Y, U).

Când se ia în considerare codul genetic, sunt luate în considerare doar bazele azotate.

Apoi lanțul de ADN poate fi reprezentat ca secvența lor liniară. De exemplu:

Regiunea ARNm complementară acestui cod va fi după cum urmează:

2) Proteinele (polipeptidele) sunt polimeri formați din aminoacizi.

În organismele vii, 20 de aminoacizi sunt utilizați pentru a construi polipeptide (încă câțiva sunt foarte rari). De asemenea, o literă poate fi folosită pentru a le desemna (deși trei sunt mai des folosite - o abreviere pentru numele aminoacidului).

Aminoacizii dintr-o polipeptidă sunt, de asemenea, legați liniar printr-o legătură peptidică. De exemplu, să presupunem că există o regiune a unei proteine ​​cu următoarea secvență de aminoacizi (fiecare aminoacid este notat cu o singură literă):

3) Dacă sarcina este de a codifica fiecare aminoacid folosind nucleotide, atunci se rezumă la modul de codificare a 20 de litere folosind 4 litere.

Acest lucru se poate face prin potrivirea literelor alfabetului de 20 de litere cu cuvinte formate din mai multe litere ale alfabetului de 4 litere.

Dacă un aminoacid este codificat de o nucleotidă, atunci pot fi codificați doar patru aminoacizi.

Dacă fiecare aminoacid este potrivit cu două nucleotide consecutive în lanțul ARN, atunci pot fi codificați șaisprezece aminoacizi.

Într-adevăr, dacă există patru litere (A, U, G, C), atunci numărul diferitelor lor combinații de perechi va fi 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), ( UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Parantezele sunt folosite pentru confortul percepției.] Aceasta înseamnă că doar 16 aminoacizi diferiți pot fi codificați cu un astfel de cod (cuvânt din două litere): fiecare va avea propriul cuvânt (două nucleotide consecutive).

Din matematică, formula pentru determinarea numărului de combinații arată astfel: ab = n.

Aici n este numărul de combinații diferite, a este numărul de litere ale alfabetului (sau baza sistemului numeric), b este numărul de litere dintr-un cuvânt (sau cifre dintr-un număr). Dacă înlocuim alfabetul de 4 litere și cuvintele formate din două litere în această formulă, obținem 42 = 16.

Dacă sunt folosite trei nucleotide consecutive ca cuvânt de cod pentru fiecare aminoacid, atunci pot fi codificați 43 = 64 de aminoacizi diferiți, deoarece 64 de combinații diferite pot fi formate din patru litere luate în trei (de exemplu, AUG, GAA, CAU, GGU etc.).

d.). Acest lucru este deja mai mult decât suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi.

Exact codul de trei litere este folosit în codul genetic. Se numesc trei nucleotide consecutive care codifică același aminoacid triplet(sau codon).

Fiecare aminoacid este asociat cu un triplet specific de nucleotide.

În plus, deoarece combinațiile de tripleți se suprapun cu numărul de aminoacizi, mulți aminoacizi sunt codificați de tripleți multipli.

Trei tripleți nu codifică niciunul dintre aminoacizi (UAA, UAG, UGA).

Ele marchează sfârșitul unei emisiuni și sunt chemate codoni de oprire(sau codoni aiurea).

Tripletul AUG codifică nu numai aminoacidul metionină, dar inițiază și translația (joacă rolul unui codon de start).

Mai jos sunt tabele de corespondență a aminoacizilor cu tripleții nucleoitid.

Conform primului tabel, este convenabil să se determine aminoacidul corespunzător dintr-un triplet dat. Pentru al doilea - pentru un aminoacid dat, tripleții corespunzătoare acestuia.

Luați în considerare un exemplu de implementare a codului genetic. Să existe ARNm cu următorul conținut:

Să despărțim secvența de nucleotide în tripleți:

Să comparăm fiecare triplet cu aminoacidul polipeptidei codificate de acesta:

Metionina - Acid aspartic - Serina - Treonina - Triptofan - Leucina - Leucina - Lizina - Asparagina - Glutamina

Ultimul triplet este un codon de oprire.

Proprietățile codului genetic

Proprietățile codului genetic sunt în mare măsură o consecință a modului în care sunt codificați aminoacizii.

Prima și evidentă proprietate este tripletate.

Se înțelege prin faptul că unitatea de cod este o secvență de trei nucleotide.

O proprietate importantă a codului genetic este sa nesuprapunere. O nucleotidă inclusă într-un triplet nu poate fi inclusă într-un altul.

Adică, secvența AGUGAA poate fi citită doar ca AGU-GAA, dar nu, de exemplu, așa: AGU-GUG-GAA. Adică, dacă o pereche GU este inclusă într-un triplet, nu poate fi deja parte integrantă a altuia.

Sub unicitatea Codul genetic înțelege că fiecare triplet îi corespunde doar un aminoacid.

De exemplu, tripletul AGU codifică aminoacidul serină și niciun alt aminoacid.

Cod genetic

Acest triplet corespunde în mod unic unui singur aminoacid.

Pe de altă parte, mai mulți tripleți pot corespunde unui aminoacid. De exemplu, aceeași serină, în plus față de AGU, corespunde codonului AGC. Această proprietate se numește degenerare cod genetic.

Degenerarea vă permite să lăsați multe mutații inofensive, deoarece adesea înlocuirea unei nucleotide în ADN nu duce la o schimbare a valorii tripletului. Dacă te uiți cu atenție la tabelul de corespondență a aminoacizilor cu tripleți, poți vedea că, dacă un aminoacid este codificat de mai multe tripleți, atunci acestea diferă adesea în ultima nucleotidă, adică poate fi orice.

Se notează și alte proprietăți ale codului genetic (continuitate, imunitate la zgomot, universalitate etc.).

Stabilitatea ca adaptare a plantelor la condițiile de existență. Principalele reacții ale plantelor la acțiunea factorilor adversi.

Rezistenta plantelor este capacitatea de a rezista la efectele factorilor de mediu extremi (seceta din sol si aer).

Neambiguitatea codului ge-not-ti-che-th se manifestă prin faptul că

Această proprietate a fost dezvoltată în procesul de evoluție și este fixată genetic. În zonele cu condiții nefavorabile s-au format forme decorative stabile și soiuri locale de plante cultivate - rezistente la secetă. Un anumit nivel de rezistență inerent plantelor este dezvăluit numai sub acțiunea factorilor de mediu extremi.

Ca urmare a apariției unui astfel de factor, începe faza de iritație - o abatere bruscă de la norma unui număr de parametri fiziologici și revenirea lor rapidă la normal. Apoi, există o modificare a intensității metabolismului și deteriorarea structurilor intracelulare. În același timp, toate cele sintetice sunt suprimate, toate hidrolitice sunt activate, iar aportul general de energie al organismului scade. Dacă efectul factorului nu depășește valoarea de prag, începe faza de adaptare.

O plantă adaptată reacționează mai puțin la expunerea repetată sau în creștere la un factor extrem. La nivel organismic, la mecanismele de adaptare se adaugă interacțiunea m/y organelor. Slăbirea fluxului de apă, compuși minerali și organici prin plantă intensifică competiția dintre organe, iar creșterea acestora se oprește.

Biorezistența la plante determinată. max.este valoarea factorului extrem la care plantele inca mai formeaza seminte viabile. Durabilitatea agronomică este determinată de gradul de reducere a randamentului. Plantele se caracterizează prin rezistența la un anumit tip de factor extrem - iernat, rezistent la gaz, rezistent la sare, rezistent la secetă.

Viermi rotunzi de tip, spre deosebire de viermii plati, au o cavitate corporală primară - un schizocel, format din cauza distrugerii parenchimului care umple golurile dintre peretele corpului și organele interne - funcția sa este de transport.

Menține homeostazia. Forma corpului este rotundă în diametru. Tegumentul este cuticularizat. Musculatura este reprezentată de un strat de mușchi longitudinali. Intestinul este cap la cap și este format din 3 secțiuni: anterioară, mijlocie și posterioară. Deschiderea gurii este situată pe suprafața ventrală a capătului anterior al corpului. Faringele are un lumen triunghiular caracteristic. Sistemul excretor este reprezentat de protonefridie sau piele specială - glande hipodermice. Majoritatea speciilor sunt dioice, cu numai reproducere sexuală.

Dezvoltarea este directă, rareori cu metamorfoză. Au o compoziție celulară constantă a corpului și nu au capacitatea de a se regenera. Intestinul anterior este format din cavitatea bucală, faringe și esofag.

Nu au secțiune din mijloc sau din spate. Sistemul excretor este format din 1-2 celule gigantice ale hipodermului. Canalele excretoare longitudinale se află în crestele laterale ale hipodermului.

Proprietățile codului genetic. Dovezi ale codului triplet. Descifrarea codonilor. Codoni de terminare. Conceptul de suprimare genetică.

Ideea că informația este codificată în genă în structura primară a proteinei a fost specificată de F.

Crick în ipoteza sa de secvență, conform căreia secvența elementelor genice determină secvența resturilor de aminoacizi din lanțul polipeptidic. Valabilitatea ipotezei secvenței este dovedită de coliniaritatea structurilor genei și a polipeptidei codificate de aceasta. Cea mai semnificativă realizare din 1953 a fost ideea că. Că codul este cel mai probabil triplet.

; Perechile de baze ADN: A-T, T-A, G-C, C-G - pot codifica doar 4 aminoacizi dacă fiecare pereche corespunde unui aminoacid. După cum știți, există 20 de aminoacizi de bază în proteine. Dacă presupunem că fiecare aminoacid corespunde la 2 perechi de baze, atunci 16 aminoacizi (4 * 4) pot fi codificați - acest lucru nu este din nou suficient.

Dacă codul este triplet, atunci 64 de codoni (4 * 4 * 4) pot fi formați din 4 perechi de baze, ceea ce este mai mult decât suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi. Creek și colegii săi au presupus că codul era triplet, că nu existau „virgule” între codoni, adică caractere de separare; citirea codului în interiorul unei gene are loc dintr-un punct fix într-o direcție. În vara anului 1961, Kirenberg și Mattei au raportat despre descifrarea primului codon și au propus o metodă pentru determinarea compoziției codonilor într-un sistem de sinteză proteică fără celule.

Deci, codonul pentru fenilalanină a fost descifrat ca UUU în ARNm. Mai mult, ca urmare a aplicării metodelor dezvoltate de Coran, Nirenberg și Leder în 1965.

a fost alcătuit un dicționar de cod în forma sa modernă. Astfel, obținerea de mutații în fagii T4 cauzate de ștergerea sau adăugarea de baze a fost o dovadă a codului triplet (proprietatea 1). Aceste abandonări și adăugiri, care au dus la deplasări ale cadrelor la „citirea” codului, au fost eliminate doar prin restabilirea corectitudinii codului, ceea ce a prevenit apariția mutanților. Aceste experimente au arătat, de asemenea, că tripletele nu se suprapun, adică fiecare bază poate aparține unui singur triplet (Proprietatea 2).

Majoritatea aminoacizilor au mai mult de un codon. Un cod în care numărul de aminoacizi este mai mic decât numărul de codoni se numește degenerat (proprietatea 3), adică.

e. un aminoacid dat poate fi codificat de mai mult de un triplet. În plus, trei codoni nu codifică deloc niciun aminoacid („codoni prostii”) și acționează ca un „semnal de oprire”. Codonul stop este punctul final al unității funcționale ADN, cistronul. Codonii de terminare sunt aceiași la toate speciile și sunt reprezentați ca UAA, UAG, UGA. O caracteristică notabilă a codului este că este universal (proprietatea 4).

În toate organismele vii, aceleași tripleți codifică aceiași aminoacizi.

Existența a trei tipuri de codoni mutanți - terminatori și suprimarea lor au fost demonstrate în E. coli și drojdie. Descoperirea genelor – supresoare, „înțelegând” prostii – alele diferitelor gene, indică faptul că traducerea codului genetic se poate schimba.

Mutațiile care afectează anticodonul ARNt își modifică specificitatea codonului și creează o oportunitate pentru suprimarea mutațiilor la nivel de translație. Suprimarea la nivelul translației poate apărea din cauza mutațiilor în genele care codifică unele proteine ​​ribozomale. Ca urmare a acestor mutații, ribozomul „greșește”, de exemplu, citind codoni aiurea și îi „înțelege” în detrimentul unor ARNt nemutant. Alături de suprimarea genotipică, acționând la nivel de translație, este posibilă și suprimarea fenotipică a alelelor nonsens: cu scăderea temperaturii, cu acțiunea antibioticelor aminoglicozide care se leagă de ribozomi, precum streptomicina, asupra celulelor.

22. Reproducerea plantelor superioare: vegetativă și asexuată. Formarea sporilor, structura sporilor, egală și heterosporoasă.Reproducția ca proprietate a materiei vii, adică capacitatea unui individ de a da naștere unui soi propriu, a existat în stadiile incipiente ale evoluției.

Formele de reproducere pot fi împărțite în 2 tipuri: asexuate și sexuale. De fapt, reproducerea asexuată se realizează fără participarea celulelor germinale, cu ajutorul celulelor specializate - spori. Ele se formează în organele de reproducere asexuată - sporangii ca urmare a diviziunii mitotice.

Sporul în timpul germinării reproduce un individ nou, asemănător părintelui, cu excepția sporilor plantelor cu semințe, în care sporul și-a pierdut funcția de reproducere și de așezare. Sporii pot fi formați și prin diviziune de reducere, cu spori unicelulari revărsându-se.

Înmulțirea plantelor cu ajutorul vegetației (parte a lăstarului, frunzei, rădăcinii) sau împărțirea în jumătate a algelor unicelulare se numește vegetativă (bulb, butași).

Reproducerea sexuală este realizată de celule sexuale speciale - gameți.

Gameții se formează ca urmare a meiozei, există femei și bărbați. Ca urmare a fuziunii lor, apare un zigot, din care se dezvoltă ulterior un nou organism.

Plantele diferă prin tipurile de gameți. În unele organisme unicelulare, funcționează ca un gamet la un anumit moment. Organismele de sex diferit (gameții) fuzionează - acest proces sexual se numește hologamie. Dacă gameții masculini și feminini sunt similari din punct de vedere morfologic, mobili - aceștia sunt izogameți.

Și procesul sexual izogam. Dacă gameții feminini sunt ceva mai mari și mai puțin mobili decât gameții masculini, atunci aceștia sunt heterogameți, iar procesul este heterogamie. Oogamie - gameții feminini sunt foarte mari și imobili, gameții masculini sunt mici și mobili.

12345678910Următorul ⇒

Cod genetic - corespondența dintre tripletele ADN și aminoacizii proteinelor

Necesitatea de a codifica structura proteinelor în secvența liniară a nucleotidelor ARNm și ADN este dictată de faptul că în timpul translației:

• nu există corespondență între numărul de monomeri din matricea ARNm și produsul - proteina sintetizată;
• nu există nicio asemănare structurală între ARN și monomerii proteici.

Acest lucru elimină interacțiunea complementară dintre matrice și produs, principiul prin care se realizează construcția de noi molecule de ADN și ARN în timpul replicării și transcripției.

Din aceasta devine clar că trebuie să existe un „dicționar” care să facă posibil să se afle ce secvență de nucleotide ARNm prevede includerea aminoacizilor într-o anumită secvență într-o proteină. Acest „dicționar” se numește cod genetic, biologic, nucleotid sau aminoacizi. Vă permite să codificați aminoacizii care alcătuiesc proteinele folosind o secvență specifică de nucleotide din ADN și ARNm. Are anumite proprietăți.

Tripletate. Una dintre principalele întrebări în elucidarea proprietăților codului a fost întrebarea numărului de nucleotide, care ar trebui să determine includerea unui aminoacid în proteină.

S-a descoperit că elementele de codificare din codificarea secvenței de aminoacizi sunt într-adevăr tripleți de nucleotide sau tripleti, care au fost numite „codoni”.

Înţeles codons.

S-a putut stabili că din 64 de codoni, includerea aminoacizilor în lanțul polipeptidic sintetizat codifică 61 de tripleți, iar restul de 3 - UAA, UAG, UGA nu codifică includerea aminoacizilor în proteină și au fost numite inițial. codoni fără sens sau fără sens. Cu toate acestea, mai târziu s-a demonstrat că acești tripleți semnalează finalizarea traducerii și, prin urmare, au devenit cunoscuți ca codoni de terminare sau stop.

Codonii ARNm și tripleții de nucleotide din catena care codifică ADN-ul cu direcția de la capătul 5’ la 3’ au aceeași secvență de baze azotate, cu excepția faptului că în ADN în loc de uracil (U), caracteristic ARNm, este timina (T).

Specificitate.

Fiecare codon corespunde unui singur aminoacid specific. În acest sens, codul genetic este strict lipsit de ambiguitate.

Tabelul 4-3.

Neambiguitatea este una dintre proprietățile codului genetic, manifestată prin faptul că...

Componentele principale ale sistemului de sinteză a proteinelor

Note: elf( factori de inițiere eucarioți) sunt factori de iniţiere; eEF( factori de alungire eucarioti) sunt factori de alungire; eRF ( factori de eliberare eucarioti) sunt factori de terminare.

degenerare. În ARNm și ADN, 61 de tripleți au sens, fiecare dintre ele codifică includerea unuia dintre cei 20 de aminoacizi în proteină.

De aici rezultă că în moleculele informaționale includerea aceluiași aminoacid într-o proteină este determinată de mai mulți codoni. Această proprietate a codului biologic se numește degenerare.

La om, doar 2 aminoacizi sunt criptați cu un codon - Met și Tri, în timp ce Leu, Ser și Apr - cu șase codoni și Ala, Val, Gli, Pro, Tre - cu patru codoni (Tabelul 1).

Redundanța secvențelor de codare este cea mai valoroasă proprietate a codului, deoarece crește rezistența fluxului de informații la efectele adverse ale mediului extern și intern. În determinarea naturii unui aminoacid care urmează să fie inclus într-o proteină, a treia nucleotidă dintr-un codon nu este la fel de importantă ca primele două. După cum se vede din tabel. 4-4, pentru mulți aminoacizi, înlocuirea nucleotidei în poziția a treia a codonului nu afectează semnificația acestuia.

Linearitatea înregistrării informațiilor.

În timpul translației, codonii ARNm sunt „citiți” dintr-un punct de pornire fix secvențial și nu se suprapun. Nu există semnale în înregistrarea informațiilor care să indice sfârșitul unui codon și începutul următorului. Codonul AUG este de inițiere și este citit atât la început, cât și în alte regiuni ale ARNm ca Met. Tripleții care îl urmăresc sunt citite secvenţial fără nicio lacune până la codonul stop, la care sinteza lanțului polipeptidic este finalizată.

Versatilitate.

Până de curând, se credea că codul este absolut universal, adică. sensul cuvintelor cod este același pentru toate organismele studiate: viruși, bacterii, plante, amfibieni, mamifere, inclusiv oameni.

Cu toate acestea, o excepție a devenit mai târziu cunoscută, s-a dovedit că ARNm mitocondrial conține 4 tripleți care au o semnificație diferită decât în ​​ARNm de origine nucleară. Astfel, în ARNm mitocondrial, tripletul UGA codifică Tri, codurile AUA pentru Met și ACA și AGG sunt citite ca codoni stop suplimentari.

Colinearitatea genelor și a produsului.

La procariote, a fost găsită o corespondență liniară între secvența de codoni ai genei și secvența de aminoacizi din produsul proteic sau, după cum se spune, există o coliniaritate între genă și produs.

Tabelul 4-4.

Cod genetic

Note: U, uracil; C - citozină; A - adenina; G, guanină; * - codon de terminare.

La eucariote, secvențele de baze din genă, secvențele coliniare de aminoacizi din proteină, sunt întrerupte de introni.

Prin urmare, în celulele eucariote, secvența de aminoacizi a unei proteine ​​este coliniară cu secvența de exoni dintr-o genă sau ARNm matur după îndepărtarea post-transcripțională a intronilor.

Ele se aliniază în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de litere genetice.

Cod genetic

Proteinele aproape tuturor organismelor vii sunt construite din doar 20 de tipuri de aminoacizi. Acești aminoacizi sunt numiți canonici. Fiecare proteină este un lanț sau mai multe lanțuri de aminoacizi conectate într-o secvență strict definită. Această secvență determină structura proteinei și, prin urmare, toate proprietățile sale biologice.

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

În unele proteine, aminoacizii nestandard, cum ar fi selenocisteina și pirolizina, sunt inserați de către ribozomul stop care citește codon, care depinde de secvențele din ARNm. Selenocisteina este acum considerată al 21-lea, iar pirolizina al 22-lea aminoacid care formează proteinele.

În ciuda acestor excepții, codul genetic al tuturor organismelor vii are caracteristici comune: un codon este format din trei nucleotide, unde primele două sunt definitorii, codonii sunt traduși de ARNt și ribozomi într-o secvență de aminoacizi.

Istoria ideilor despre codul genetic

Cu toate acestea, la începutul anilor 1960, noi date au relevat eșecul ipotezei „codului fără virgulă”. Apoi experimentele au arătat că codonii, considerați de Crick a fi lipsiți de sens, pot provoca sinteza proteinelor într-o eprubetă, iar până în 1965 a fost stabilit semnificația tuturor celor 64 de tripleți. S-a dovedit că unii codoni sunt pur și simplu redundanți, adică un număr de aminoacizi sunt codificați de doi, patru sau chiar șase tripleți.

Vezi si

Note

1. Codul genetic acceptă inserția țintită a doi aminoacizi de către un codon. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Ştiinţă. 9 ianuarie 2009;323(5911):259-61.
2. Codonul AUG codifică metionina, dar servește și ca codon de început - de regulă, traducerea începe de la primul codon AUG al ARNm.
3. NCBI: „Codurile genetice”, compilat de Andrzej (Anjay) Elzanowski și Jim Ostell
4. Jukes TH, Osawa S, Codul genetic în mitocondrii și cloroplaste., Experienta. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (martie 1992). „Dovezi recente pentru evoluția codului genetic”. microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). „Dispunerea aminoacizilor în proteine”. Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251 .
7. M. Ichas cod biologic. - Lumea, 1971.
8. WATSON JD, CRICK FH. (aprilie 1953). «Structura moleculară a acizilor nucleici; o structură pentru acidul nucleic dezoxiriboză.”. Natură 171 : 737-738. PMID 13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (mai 1953). „Implicații genetice ale structurii acidului dezoxiribonucleic”. Natură 171 : 964-967. PMID 13063483 .
10. Crick F.H. (aprilie 1966). „Codul genetic – ieri, azi și mâine”. Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (februarie 1954). „Posibilă relație între acidul dezoxiribonucleic și structurile proteice”. Natură 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0 . PMID 13882203.
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). „Problema transferului de informații de la acizii nucleici la proteine”. Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508 .
13. Gamow G, Ycas M. (1955). CORELAREA STATISTICĂ A COMPOZIȚIEI PROTEINELOR ȘI A ACIDULUI RIBONUCLEIC. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789 .
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). CODURI FĂRĂ virgule. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. Hayes B. (1998). „Invenția codului genetic”. (Retipărire PDF). om de știință american 86 : 8-14.

Literatură

• Azimov A. Cod genetic. De la teoria evoluției până la decodarea ADN-ului. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 s - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratner V. A. Codul genetic ca sistem - Soros Educational Journal, 2000, 6, No. 3, pp. 17-22.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Natura generală a codului genetic pentru proteine ​​- Nature, 1961 (192), pp. 1227-32

Legături

• Cod genetic- articol din Marea Enciclopedie Sovietică

Fundația Wikimedia. 2010 .

Gene- o unitate structurală și funcțională a eredității care controlează dezvoltarea unei anumite trăsături sau proprietăți. Părinții transmit un set de gene descendenților lor în timpul reproducerii O mare contribuție la studiul genei a fost adusă de oamenii de știință ruși: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

În prezent, în biologia moleculară, s-a stabilit că genele sunt secțiuni de ADN care poartă orice informație integrală - despre structura unei molecule de proteine ​​sau a unei molecule de ARN. Acestea și alte molecule funcționale determină dezvoltarea, creșterea și funcționarea organismului.

În același timp, fiecare genă este caracterizată de un număr de secvențe de ADN reglatoare specifice, cum ar fi promotorii, care sunt direct implicați în reglarea expresiei genei. Secvențele de reglare pot fi localizate fie în imediata vecinătate a cadrului deschis de citire care codifică proteina, fie începutul secvenței de ARN, așa cum este cazul promotorilor (așa-numitii cis elemente de reglare cis), și la o distanță de multe milioane de perechi de baze (nucleotide), ca în cazul amplificatorilor, izolatorilor și supresoarelor (uneori clasificate ca trans-elementele de reglementare elemente trans-regulatoare). Astfel, conceptul de genă nu se limitează la regiunea de codificare a ADN-ului, ci este un concept mai larg care include secvențe reglatoare.

Inițial termenul gena a apărut ca o unitate teoretică de transmitere a informaţiilor ereditare discrete. Istoria biologiei amintește disputele despre care molecule pot fi purtătoare de informații ereditare. Majoritatea cercetătorilor au crezut că numai proteinele pot fi astfel de purtători, deoarece structura lor (20 de aminoacizi) vă permite să creați mai multe opțiuni decât structura ADN-ului, care este compusă din doar patru tipuri de nucleotide. Mai târziu, s-a dovedit experimental că este ADN-ul care include informații ereditare, care a fost exprimată ca dogma centrală a biologiei moleculare.

Genele pot suferi mutații - modificări aleatorii sau intenționate în secvența nucleotidelor din lanțul ADN. Mutațiile pot duce la o modificare a secvenței și, prin urmare, la o modificare a caracteristicilor biologice ale unei proteine ​​sau ARN, care, la rândul său, poate duce la o funcționare generală sau locală alterată sau anormală a organismului. Astfel de mutații în unele cazuri sunt patogene, deoarece rezultatul lor este o boală sau letal la nivel embrionar. Cu toate acestea, nu toate modificările secvenței de nucleotide duc la o modificare a structurii proteinei (datorită efectului degenerării codului genetic) sau la o modificare semnificativă a secvenței și nu sunt patogene. În special, genomul uman este caracterizat prin polimorfisme cu un singur nucleotide și variații ale numărului de copii. variații ale numărului de copii), cum ar fi delețiile și dublările, care reprezintă aproximativ 1% din întreaga secvență de nucleotide umane. Polimorfismele cu un singur nucleotide, în special, definesc alele diferite ale aceleiași gene.

Monomerii care alcătuiesc fiecare dintre lanțurile ADN sunt compuși organici complecși care includ baze azotate: adenină (A) sau timină (T) sau citozină (C) sau guanină (G), o zahăr-pentoză-dezoxiriboză cu cinci atomi, numită după care și a primit numele de ADN în sine, precum și reziduul de acid fosforic.Acești compuși se numesc nucleotide.

Proprietățile genelor

1. discretitatea - nemiscibilitatea genelor;
2. stabilitate - capacitatea de a menține o structură;
3. labilitate - capacitatea de a muta în mod repetat;
4. alelism multiplu - multe gene există într-o populație într-o varietate de forme moleculare;
5. alelism - în genotipul organismelor diploide, doar două forme ale genei;
6. specificitate - fiecare genă codifică propria trăsătură;
7. pleiotropie - efect multiplu al unei gene;
8. expresivitate - gradul de exprimare al unei gene într-o trăsătură;
9. penetranță - frecvența de manifestare a unei gene în fenotip;
10. amplificare - o creștere a numărului de copii ale unei gene.

Clasificare

1. Genele structurale sunt componente unice ale genomului, reprezentând o singură secvență care codifică o proteină specifică sau unele tipuri de ARN. (Vezi și articolul gene de menaj).
2. Genele funcționale - reglează activitatea genelor structurale.

Cod genetic- o metodă inerentă tuturor organismelor vii pentru a codifica secvența de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide.

În ADN sunt utilizate patru nucleotide - adenina (A), guanina (G), citozina (C), timina (T), care în literatura de limbă rusă sunt notate cu literele A, G, C și T. Aceste litere alcătuiesc alfabetul codului genetic. În ARN, se folosesc aceleași nucleotide, cu excepția timinei, care este înlocuită cu o nucleotidă similară - uracil, care este notat cu litera U (U în literatura de limbă rusă). În moleculele de ADN și ARN, nucleotidele se aliniază în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de litere genetice.

Cod genetic

Există 20 de aminoacizi diferiți folosiți în natură pentru a construi proteine. Fiecare proteină este un lanț sau mai multe lanțuri de aminoacizi într-o secvență strict definită. Această secvență determină structura proteinei și, prin urmare, toate proprietățile sale biologice. Setul de aminoacizi este, de asemenea, universal pentru aproape toate organismele vii.

Implementarea informațiilor genetice în celulele vii (adică sinteza unei proteine ​​codificate de o genă) se realizează folosind două procese matriceale: transcripția (adică sinteza ARNm pe un șablon ADN) și traducerea codului genetic. într-o secvență de aminoacizi (sinteza unui lanț polipeptidic pe ARNm). Trei nucleotide consecutive sunt suficiente pentru a codifica 20 de aminoacizi, precum și semnalul stop, ceea ce înseamnă sfârșitul secvenței proteinelor. Un set de trei nucleotide se numește triplet. Abrevierile acceptate corespunzătoare aminoacizilor și codonilor sunt prezentate în figură.

Proprietăți

1. Tripletate- o unitate semnificativă a codului este o combinație de trei nucleotide (triplet sau codon).
2. Continuitate- nu exista semne de punctuatie intre triplete, adica informatia se citeste continuu.
3. nesuprapunere- aceeași nucleotidă nu poate face parte simultan din două sau mai multe triplete (nu este observată pentru unele gene suprapuse ale virușilor, mitocondriilor și bacteriilor care codifică mai multe proteine ​​frameshift).
4. Neambiguitate (specificitate)- un anumit codon corespunde unui singur aminoacid (cu toate acestea, codonul UGA în Euplotes crassus codifică doi aminoacizi - cisteină și selenocisteină)
5. Degenerare (redundanță) Mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
6. Versatilitate- codul genetic funcționează în același mod în organisme cu diferite niveluri de complexitate - de la viruși la oameni (metodele de inginerie genetică se bazează pe aceasta; există o serie de excepții, prezentate în tabelul din „Variațiile codului genetic standard " secțiunea de mai jos).
7. Imunitate la zgomot- mutațiile substituțiilor de nucleotide care nu duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc conservator; se numesc mutații de substituție nucleotidică care duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat radical.

Biosinteza proteinelor și etapele acesteia

Biosinteza proteinelor- un proces complex în mai multe etape de sinteză a unui lanț polipeptidic din reziduuri de aminoacizi, care are loc pe ribozomii celulelor organismelor vii cu participarea moleculelor de ARNm și ARNt.

Biosinteza proteinelor poate fi împărțită în etape de transcripție, procesare și traducere. În timpul transcripției, informația genetică codificată în moleculele de ADN este citită și această informație este scrisă în moleculele de ARNm. În timpul unei serii de etape succesive de procesare, unele fragmente care nu sunt necesare în etapele ulterioare sunt îndepărtate din ARNm și secvențele de nucleotide sunt editate. După ce codul este transportat de la nucleu la ribozomi, sinteza reală a moleculelor de proteine ​​are loc prin atașarea reziduurilor individuale de aminoacizi la lanțul polipeptidic în creștere.

Între transcripție și traducere, molecula de ARNm suferă o serie de modificări succesive care asigură maturarea unui șablon funcțional pentru sinteza lanțului polipeptidic. Un capac este atașat la capătul 5’, iar o coadă poli-A este atașată la capătul 3’, ceea ce crește durata de viață a ARNm. Odată cu apariția procesării într-o celulă eucariotă, a devenit posibilă combinarea exonilor genici pentru a obține o varietate mai mare de proteine ​​codificate de o singură secvență de nucleotide ADN - splicing alternativ.

Traducerea constă în sinteza unui lanț polipeptidic în conformitate cu informațiile codificate în ARN mesager. Secvența de aminoacizi este aranjată folosind transport ARN (ARNt), care formează complexe cu aminoacizi - aminoacil-ARNt. Fiecare aminoacid are propriul său ARNt, care are un anticodon corespunzător care „se potrivește” cu codonul ARNm. În timpul translației, ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm, pe măsură ce lanțul polipeptidic se acumulează. Energia pentru sinteza proteinelor este furnizată de ATP.

Molecula de proteină finită este apoi scindată din ribozom și transportată în locul potrivit în celulă. Unele proteine ​​necesită modificări post-translaționale suplimentare pentru a ajunge la starea lor activă.