Na akej úrovni sa vytvoril genetický kód. Degenerácia genetického kódu: všeobecné informácie

Klasifikácia génov

1) Podľa povahy interakcie v alelickom páre:

Dominantný (gén schopný potlačiť prejav recesívneho génu, alelického k nemu); - recesívny (gén, ktorého expresia je potlačená jeho alelickým dominantným génom).

2) Funkčná klasifikácia:

2) Genetický kód- sú to určité kombinácie nukleotidov a poradie ich umiestnenia v molekule DNA. Toto je metóda charakteristická pre všetky živé organizmy kódovania aminokyselinovej sekvencie proteínov pomocou sekvencie nukleotidov.

DNA využíva štyri nukleotidy - adenín (A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T), ktoré sa v ruskej literatúre označujú písmenami A, G, T a C. Tieto písmená tvoria abecedu tzv. genetický kód. RNA používa rovnaké nukleotidy, s výnimkou tymínu, ktorý je nahradený podobným nukleotidom – uracilom, ktorý je označený písmenom U (v ruskojazyčnej literatúre U). V molekulách DNA a RNA sú nukleotidy usporiadané do reťazcov a tak sa získajú sekvencie genetických písmen.

Genetický kód

Na stavbu bielkovín v prírode sa používa 20 rôznych aminokyselín. Každý proteín je reťazec alebo niekoľko reťazcov aminokyselín v presne definovanom poradí. Táto sekvencia určuje štruktúru proteínu, a tým aj všetky jeho biologické vlastnosti. Súbor aminokyselín je tiež univerzálny pre takmer všetky živé organizmy.

Implementácia genetickej informácie v živých bunkách (t. j. syntéza proteínu kódovaného génom) sa uskutočňuje pomocou dvoch matricových procesov: transkripcia (tj syntéza mRNA na matrici DNA) a translácia genetického kódu. do aminokyselinovej sekvencie (syntéza polypeptidového reťazca na matrici mRNA). Tri po sebe idúce nukleotidy sú dostatočné na kódovanie 20 aminokyselín, ako aj stop signál označujúci koniec proteínovej sekvencie. Súbor troch nukleotidov sa nazýva triplet. Akceptované skratky zodpovedajúce aminokyselinám a kodónom sú znázornené na obrázku.

Vlastnosti genetického kódu

1. Triplety- zmysluplná jednotka kódu je kombináciou troch nukleotidov (triplet alebo kodón).

2. Kontinuita- medzi trojicami nie sú žiadne interpunkčné znamienka, to znamená, že informácie sa čítajú nepretržite.

3. Diskrétnosť- ten istý nukleotid nemôže byť súčasťou dvoch alebo viacerých tripletov súčasne.

4. Špecifickosť- špecifický kodón zodpovedá len jednej aminokyseline.

5. Degenerácia (redundancia)- niekoľko kodónov môže zodpovedať tej istej aminokyseline.

6. Všestrannosť - genetický kód funguje rovnako v organizmoch rôznej úrovne zložitosti – od vírusov až po ľudí. (na tomto sú založené metódy genetického inžinierstva)

3) prepis - proces syntézy RNA pomocou DNA ako templátu, ktorý sa vyskytuje vo všetkých živých bunkách. Inými slovami, ide o prenos genetickej informácie z DNA do RNA.

Transkripciu katalyzuje enzým DNA-dependentná RNA polymeráza. Proces syntézy RNA prebieha v smere od 5" do 3" konca, to znamená, že pozdĺž vlákna templátu DNA sa RNA polymeráza pohybuje v smere 3"->5"

Transkripcia pozostáva z fáz iniciácie, predĺženia a ukončenia.

Iniciácia transkripcie- zložitý proces, ktorý závisí od sekvencie DNA v blízkosti transkribovanej sekvencie (a u eukaryotov aj od vzdialenejších častí genómu - zosilňovačov a tlmičov) a od prítomnosti alebo neprítomnosti rôznych proteínových faktorov.

Predĺženie- pokračuje ďalšie odvíjanie DNA a syntéza RNA pozdĺž kódovacieho reťazca. rovnako ako syntéza DNA prebieha v smere 5-3

Ukončenie- akonáhle polymeráza dosiahne terminátor, okamžite sa odštiepi od DNA, lokálny hybrid DNA-RNA je zničený a novosyntetizovaná RNA je transportovaná z jadra do cytoplazmy a transkripcia je dokončená.

Spracovanie- súbor reakcií vedúcich k premene primárnych produktov transkripcie a translácie na funkčné molekuly. Funkčne neaktívne prekurzorové molekuly sú vystavené P. ribonukleové kyseliny (tRNA, rRNA, mRNA) a mnohé ďalšie. bielkoviny.

V procese syntézy katabolických enzýmov (rozklad substrátov) dochádza v prokaryotoch k indukovateľnej syntéze enzýmov. To dáva bunke schopnosť prispôsobiť sa podmienkam životné prostredie a šetriť energiu zastavením syntézy zodpovedajúceho enzýmu, ak jeho potreba zmizne.
Na vyvolanie syntézy katabolických enzýmov sú potrebné nasledujúce podmienky:

1. Enzým sa syntetizuje len vtedy, keď je rozpad zodpovedajúceho substrátu pre bunku nevyhnutný.
2. Pred vytvorením zodpovedajúceho enzýmu musí koncentrácia substrátu v médiu prekročiť určitú úroveň.
Mechanizmus regulácie génovej expresie v Escherichia coli je najlepšie študovať na príklade lac operónu, ktorý riadi syntézu troch katabolických enzýmov štiepiacich laktózu. Ak je v bunke veľa glukózy a málo laktózy, promótor zostáva neaktívny a represorový proteín sa nachádza na operátorovi - transkripcia lac operónu je blokovaná. Keď množstvo glukózy v prostredí, a teda v bunke, klesá a laktóza stúpa, dochádza k nasledujúcim udalostiam: zvyšuje sa množstvo cyklického adenozínmonofosfátu, ten sa viaže na proteín CAP – tento komplex aktivuje promótor, na ktorý sa RNA polymeráza viaže; zároveň sa nadbytočná laktóza naviaže na represorový proteín a uvoľní z neho operátor – uvoľní sa cesta pre RNA polymerázu, začína sa prepis štruktúrnych génov lac operónu. Laktóza pôsobí ako induktor syntézy tých enzýmov, ktoré ju rozkladajú.

5) Regulácia génovej expresie v eukaryotoch je oveľa zložitejšia. Rôzne druhy bunky mnohobunkového eukaryotického organizmu syntetizujú množstvo identických proteínov a zároveň sa navzájom líšia súborom bunkovo ​​špecifických proteínov tohto typu. Úroveň produkcie závisí od typu bunky, ako aj od štádia vývoja organizmu. Regulácia génovej expresie prebieha na bunkovej a organizačnej úrovni. Gény eukaryotických buniek sa delia na dva hlavné typy: prvý určuje univerzálnosť bunkových funkcií, druhý určuje (určuje) špecializované bunkové funkcie. Génové funkcie prvá skupina objaviť vo všetkých bunkách. Aby mohli vykonávať diferencované funkcie, musia špecializované bunky exprimovať špecifický súbor génov.
Chromozómy, gény a operóny eukaryotických buniek majú množstvo štrukturálnych a funkčných znakov, čo vysvetľuje zložitosť génovej expresie.
1. Operóny eukaryotických buniek majú viacero génov – regulátorov, ktoré sa môžu nachádzať na rôznych chromozómoch.
2. Štrukturálne gény, ktoré riadia syntézu enzýmov jedného biochemického procesu, môžu byť sústredené vo viacerých operónoch, nachádzajúcich sa nielen v jednej molekule DNA, ale aj vo viacerých.
3. Komplexná sekvencia molekuly DNA. Existujú informatívne a neinformatívne časti, jedinečné a opakovane sa opakujúce informatívne nukleotidové sekvencie.
4. Eukaryotické gény pozostávajú z exónov a intrónov a dozrievanie mRNA je sprevádzané excíziou intrónov zo zodpovedajúcich primárnych transkriptov RNA (pro-RNA), t.j. spájanie.
5. Proces transkripcie génu závisí od stavu chromatínu. Lokálne zhutnenie DNA úplne blokuje syntézu RNA.
6. Transkripcia v eukaryotických bunkách nie je vždy spojená s transláciou. Syntetizovaná mRNA môže byť dlho uložená vo forme informačno-zómov. Transkripcia a translácia sa vyskytujú v rôznych kompartmentoch.
7. Niektoré eukaryotické gény majú nekonzistentnú lokalizáciu (labilné gény alebo transpozóny).
8. Metódy molekulárnej biológie odhalili inhibičný účinok histónových proteínov na syntézu mRNA.
9. Počas vývoja a diferenciácie orgánov závisí aktivita génov od hormónov, ktoré cirkulujú v tele a spôsobujú špecifické reakcie v určitých bunkách. U cicavcov je dôležité pôsobenie pohlavných hormónov.
10. V eukaryotoch je v každom štádiu ontogenézy exprimovaných 5-10% génov, zvyšok musí byť zablokovaný.

6) oprava genetického materiálu

Genetická reparácia- proces odstraňovania genetického poškodenia a obnovy dedičného aparátu, vyskytujúci sa v bunkách živých organizmov pod vplyvom špeciálnych enzýmov. Schopnosť buniek opravovať genetické poškodenia prvýkrát objavil v roku 1949 americký genetik A. Kellner. Oprava- špeciálna funkcia buniek, ktorá spočíva v schopnosti korigovať chemické poškodenia a zlomy v molekulách DNA poškodených pri normálnej biosyntéze DNA v bunke alebo v dôsledku pôsobenia fyzikálnych alebo chemických látok. Vykonáva sa špeciálnymi enzýmovými systémami bunky. Množstvo dedičných chorôb (napr. xeroderma pigmentosum) je spojených s poruchami reparačných systémov.

druhy opráv:

Priama oprava je najjednoduchší spôsob eliminácie poškodenia v DNA, ktorý zvyčajne zahŕňa špecifické enzýmy, ktoré dokážu rýchlo (zvyčajne v jednom štádiu) eliminovať zodpovedajúce poškodenie a obnoviť tak pôvodnú štruktúru nukleotidov. To je prípad napríklad O6-metylguanín DNA metyltransferázy, ktorá odstraňuje metylovú skupinu z dusíkatej bázy na jeden z vlastných cysteínových zvyškov.

Gene- štrukturálna a funkčná jednotka dedičnosti, ktorá riadi vývoj určité znamenie alebo vlastnosti. Rodičia odovzdávajú súbor génov svojim potomkom počas reprodukcie. K štúdiu génu výrazne prispeli ruskí vedci: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V.

V súčasnosti sa v molekulárnej biológii zistilo, že gény sú úseky DNA, ktoré nesú nejaký druh integrálnej informácie - o štruktúre jednej molekuly proteínu alebo jednej molekuly RNA. Tieto a ďalšie funkčné molekuly určujú vývoj, rast a fungovanie tela.

Každý gén je zároveň charakterizovaný množstvom špecifických regulačných sekvencií DNA, ako sú promótory, ktoré sa priamo podieľajú na regulácii expresie génu. Regulačné sekvencie môžu byť umiestnené buď v tesnej blízkosti otvoreného čítacieho rámca kódujúceho proteín, alebo začiatku sekvencie RNA, ako je to v prípade promótorov (tzv. cis cis-regulačné prvky a na vzdialenosti mnohých miliónov párov báz (nukleotidov), ako v prípade zosilňovačov, izolátorov a supresorov (niekedy klasifikovaných ako trans-regulačné prvky, angl. transregulačné prvky). Pojem gén sa teda neobmedzuje len na kódujúcu oblasť DNA, ale ide o širší pojem, ktorý zahŕňa aj regulačné sekvencie.

Pôvodne termín gén sa objavil ako teoretická jednotka na prenos diskrétnej dedičnej informácie. História biológie si pamätá spory o to, ktoré molekuly môžu byť nositeľmi dedičnej informácie. Väčšina výskumníkov sa domnievala, že takýmito nosičmi môžu byť iba proteíny, pretože ich štruktúra (20 aminokyselín) umožňuje vytvorenie viacerých variantov ako štruktúra DNA, ktorá sa skladá iba z štyri typy nukleotidy. Neskôr sa experimentálne dokázalo, že to zahŕňa DNA dedičná informácia, ktorá bola vyjadrená ako centrálna dogma molekulárnej biológie.

Gény môžu podliehať mutáciám – náhodným alebo cieleným zmenám v sekvencii nukleotidov v reťazci DNA. Mutácie môžu viesť k zmene v sekvencii, a teda k zmene biologických charakteristík proteínu alebo RNA, čo môže následne viesť k všeobecnej alebo lokálnej zmenenej alebo abnormálnej funkcii tela. Takéto mutácie sú v niektorých prípadoch patogénne, pretože vedú k ochoreniu alebo sú smrteľné na embryonálnej úrovni. Nie všetky zmeny v nukleotidovej sekvencii však vedú k zmenám v štruktúre proteínov (v dôsledku degenerácie genetického kódu), resp. výrazná zmena sekvencie a nie sú patogénne. Najmä ľudský genóm je charakterizovaný jednonukleotidovými polymorfizmami a variáciami počtu kópií. variácie počtu kópií), ako sú delécie a duplikácie, ktoré predstavujú približne 1 % celej ľudskej nukleotidovej sekvencie. Jednonukleotidové polymorfizmy definujú najmä rôzne alely jedného génu.

Monoméry, ktoré tvoria každý z reťazcov DNA, sú komplexné organické zlúčeniny, ktoré obsahujú dusíkaté bázy: adenín (A) alebo tymín (T) alebo cytozín (C) alebo guanín (G), pentaatómový cukor pentóza deoxyribóza, ktorá je pomenovaná po a samotná DNA, ako aj zvyšok kyseliny fosforečnej, sa nazývali tieto zlúčeniny.

Vlastnosti génov

1. diskrétnosť - nemiešateľnosť génov;
2. stabilita - schopnosť udržiavať štruktúru;
3. labilita - schopnosť opakovane mutovať;
4. mnohopočetný alelizmus – mnoho génov existuje v populácii vo viacerých molekulárnych formách;
5. alelicita - v genotype diploidných organizmov sú len dve formy génu;
6. špecifickosť – každý gén kóduje svoj vlastný znak;
7. pleiotropia - viacnásobný účinok génu;
8. expresivita - stupeň expresie génu vo znaku;
9. penetrancia - frekvencia prejavu génu vo fenotype;
10. amplifikácia – zvýšenie počtu kópií génu.

Klasifikácia

1. Štrukturálne gény sú jedinečné zložky genómu, ktoré predstavujú jednu sekvenciu, ktorá kóduje špecifický proteín alebo určité typy RNA. (Pozri tiež článok Gény domácnosti).
2. Funkčné gény – regulujú fungovanie štrukturálnych génov.

Genetický kód- metóda charakteristická pre všetky živé organizmy kódovania aminokyselinovej sekvencie bielkovín pomocou sekvencie nukleotidov.

DNA využíva štyri nukleotidy - adenín (A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T), ktoré sa v ruskej literatúre označujú písmenami A, G, C a T. Tieto písmená tvoria abecedu tzv. genetický kód. RNA používa rovnaké nukleotidy, s výnimkou tymínu, ktorý je nahradený podobným nukleotidom – uracilom, ktorý je označený písmenom U (v ruskojazyčnej literatúre U). V molekulách DNA a RNA sú nukleotidy usporiadané do reťazcov a tak sa získajú sekvencie genetických písmen.

Genetický kód

Na stavbu bielkovín v prírode sa používa 20 rôznych aminokyselín. Každý proteín je reťazec alebo niekoľko reťazcov aminokyselín v presne definovanom poradí. Táto sekvencia určuje štruktúru proteínu, a tým aj všetky jeho biologické vlastnosti. Súbor aminokyselín je tiež univerzálny pre takmer všetky živé organizmy.

Implementácia genetickej informácie v živých bunkách (t. j. syntéza proteínu kódovaného génom) sa uskutočňuje pomocou dvoch matricových procesov: transkripcia (tj syntéza mRNA na matrici DNA) a translácia genetického kódu. do aminokyselinovej sekvencie (syntéza polypeptidového reťazca na mRNA). Tri po sebe idúce nukleotidy sú dostatočné na kódovanie 20 aminokyselín, ako aj stop signál označujúci koniec proteínovej sekvencie. Súbor troch nukleotidov sa nazýva triplet. Akceptované skratky zodpovedajúce aminokyselinám a kodónom sú znázornené na obrázku.

Vlastnosti

1. Triplety- zmysluplná jednotka kódu je kombinácia troch nukleotidov (triplet, alebo kodón).
2. Kontinuita- medzi trojicami nie sú žiadne interpunkčné znamienka, to znamená, že informácie sa čítajú nepretržite.
3. Neprekrývajúce sa- ten istý nukleotid nemôže byť súčasne súčasťou dvoch alebo viacerých tripletov (nepozorované pre niektoré prekrývajúce sa gény vírusov, mitochondrií a baktérií, ktoré kódujú niekoľko proteínov s posunom rámca).
4. Jedinečnosť (špecifickosť)- špecifický kodón zodpovedá iba jednej aminokyseline (kodón UGA má však Euplotes crassus kóduje dve aminokyseliny - cysteín a selenocysteín)
5. Degenerácia (redundancia)- niekoľko kodónov môže zodpovedať tej istej aminokyseline.
6. Všestrannosť- genetický kód funguje rovnako v organizmoch rôznej úrovne zložitosti - od vírusov po ľudí (na tom sú založené metódy genetického inžinierstva; existuje niekoľko výnimiek, ktoré sú uvedené v tabuľke v časti „Variácie štandardného genetického kódu“ nižšie).
7. Imunita proti hluku- mutácie nukleotidových substitúcií, ktoré nevedú k zmene triedy kódovanej aminokyseliny, sú tzv. konzervatívny; nukleotidové substitučné mutácie, ktoré vedú k zmene triedy kódovanej aminokyseliny, sa nazývajú radikálny.

Biosyntéza bielkovín a jej štádiá

Biosyntéza bielkovín- zložitý viacstupňový proces syntézy polypeptidového reťazca z aminokyselinových zvyškov, vyskytujúci sa na ribozómoch buniek živých organizmov za účasti molekúl mRNA a tRNA.

Biosyntézu proteínov možno rozdeliť do štádií transkripcie, spracovania a translácie. Pri transkripcii sa načíta genetická informácia zašifrovaná v molekulách DNA a táto informácia sa zapíše do molekúl mRNA. Počas série po sebe nasledujúcich fáz spracovania sa z mRNA odstránia niektoré fragmenty, ktoré nie sú potrebné v nasledujúcich fázach, a upravia sa nukleotidové sekvencie. Po transporte kódu z jadra do ribozómov nastáva vlastná syntéza proteínových molekúl pripojením jednotlivých aminokyselinových zvyškov na rastúci polypeptidový reťazec.

Medzi transkripciou a transláciou prechádza molekula mRNA sériou postupných zmien, ktoré zabezpečujú dozrievanie funkčnej matrice pre syntézu polypeptidového reťazca. Na 5΄-koniec je pripojený uzáver a na 3΄-koniec je pripojený poly-A chvost, čo zvyšuje životnosť mRNA. S príchodom spracovania v eukaryotickej bunke bolo možné kombinovať génové exóny, aby sa získala väčšia rozmanitosť proteínov kódovaných jedinou sekvenciou nukleotidov DNA - alternatívnym zostrihom.

Translácia pozostáva zo syntézy polypeptidového reťazca v súlade s informáciou zakódovanou v messengerovej RNA. Aminokyselinová sekvencia je usporiadaná pomocou dopravy RNA (tRNA), ktorá tvorí komplexy s aminokyselinami – aminoacyl-tRNA. Každá aminokyselina má svoju vlastnú tRNA, ktorá má zodpovedajúci antikodón, ktorý sa „zhoduje“ s kodónom mRNA. Počas translácie sa ribozóm pohybuje pozdĺž mRNA a pri tom rastie polypeptidový reťazec. Energiu na biosyntézu bielkovín poskytuje ATP.

Hotová molekula proteínu sa potom odštiepi z ribozómu a transportuje na požadované miesto v bunke. Na dosiahnutie aktívneho stavu niektoré proteíny vyžadujú dodatočnú posttranslačnú modifikáciu.

Genetický kód je spôsob kódovania sekvencie aminokyselín v molekule proteínu pomocou sekvencie nukleotidov v molekule nukleová kyselina. Vlastnosti genetického kódu vyplývajú z charakteristík tohto kódovania.

Každá proteínová aminokyselina je spárovaná s tromi po sebe nasledujúcimi nukleotidmi nukleovej kyseliny - trojčatá, alebo kodón. Každý nukleotid môže obsahovať jednu zo štyroch dusíkatých báz. V RNA sú to adenín (A), uracil (U), guanín (G), cytozín (C). Rôznym kombinovaním dusíkatých báz (v tomto prípade nukleotidov, ktoré ich obsahujú) môžete získať mnoho rôznych tripletov: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC atď. Celkový počet možných kombinácií je 64, t.j. 43.

Bielkoviny živých organizmov obsahujú asi 20 aminokyselín. Ak by príroda „plánovala“ zakódovať každú aminokyselinu nie tromi, ale dvoma nukleotidmi, potom by rôznorodosť takýchto párov nestačila, keďže by ich bolo len 16, t.j. 42.

teda hlavnou vlastnosťou genetického kódu je jeho triplicita. Každá aminokyselina je kódovaná trojicou nukleotidov.

Keďže existuje podstatne viac možných odlišných tripletov ako aminokyselín používaných v biologických molekulách, v živej prírode sa realizovala nasledujúca vlastnosť: nadbytok genetický kód. Mnoho aminokyselín začalo byť kódovaných nie jedným kodónom, ale niekoľkými. Napríklad aminokyselina glycín je kódovaná štyrmi rôznymi kodónmi: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundancia je tiež tzv degenerácia.

Zhoda medzi aminokyselinami a kodónmi je uvedená v tabuľkách. Napríklad tieto:

Vo vzťahu k nukleotidom má genetický kód nasledujúcu vlastnosť: jednoznačnosť(alebo špecifickosť): každý kodón zodpovedá len jednej aminokyseline. Napríklad kodón GGU môže kódovať iba glycín a žiadnu inú aminokyselinu.

Opäť. Redundancia znamená, že niekoľko tripletov môže kódovať rovnakú aminokyselinu. Špecifickosť – každý špecifický kodón môže kódovať iba jednu aminokyselinu.

V genetickom kóde nie sú žiadne špeciálne interpunkčné znamienka (okrem stop kodónov, ktoré označujú koniec syntézy polypeptidu). Funkciu interpunkčných znamienok plnia samotné trojičky – koniec jednej znamená, že ďalšia začne ďalšia. To znamená nasledujúce dve vlastnosti genetického kódu: kontinuita A neprekrývajúce sa. Kontinuita sa vzťahuje na čítanie trojíc bezprostredne po sebe. Neprekrývanie znamená, že každý nukleotid môže byť súčasťou iba jedného tripletu. Takže prvý nukleotid nasledujúceho tripletu vždy nasleduje po treťom nukleotide predchádzajúceho tripletu. Kodón nemôže začínať druhým alebo tretím nukleotidom predchádzajúceho kodónu. Inými slovami, kód sa neprekrýva.

Genetický kód má vlastnosť všestrannosť. Je to rovnaké pre všetky organizmy na Zemi, čo naznačuje jednotu pôvodu života. V tomto existujú veľmi zriedkavé výnimky. Napríklad niektoré triplety v mitochondriách a chloroplastoch kódujú aminokyseliny iné, než sú ich obvyklé. To môže naznačovať, že na úsvite života existovali mierne odlišné variácie genetického kódu.

Napokon, genetický kód má odolnosť proti hluku, ktorá je dôsledkom jej vlastníctva ako nadbytočnosti. Bodové mutácie, ktoré sa niekedy vyskytujú v DNA, zvyčajne vedú k nahradeniu jednej dusíkatej bázy inou. Tým sa zmení triplet. Napríklad to bolo AAA, ale po mutácii sa z neho stalo AAG. Takéto zmeny však nie vždy vedú k zmene aminokyseliny v syntetizovanom polypeptide, pretože obidva triplety môžu v dôsledku redundantnej vlastnosti genetického kódu zodpovedať jednej aminokyseline. Vzhľadom na to, že mutácie sú často škodlivé, vlastnosť odolnosti voči hluku je užitočná.

Genetický alebo biologický kód je jednou z univerzálnych vlastností živej prírody, ktorá dokazuje jednotu jej pôvodu. Genetický kód je spôsob kódovania sekvencie aminokyselín polypeptidu pomocou sekvencie nukleotidov nukleovej kyseliny (messenger RNA alebo komplementárna časť DNA, na ktorej sa syntetizuje mRNA).

Existujú aj iné definície.

Genetický kód- toto je zhoda každej aminokyseliny (časť živých bielkovín) so špecifickou sekvenciou troch nukleotidov. Genetický kód je vzťah medzi bázami nukleových kyselín a proteínovými aminokyselinami.

Vo vedeckej literatúre genetický kód neznamená poradie nukleotidov v DNA organizmu, ktoré určuje jeho individualitu.

Je nesprávne predpokladať, že jeden organizmus alebo druh má jeden kód a iný iný. Genetický kód je spôsob, akým sú aminokyseliny kódované nukleotidmi (t. j. princíp, mechanizmus); je univerzálny pre všetko živé, rovnaký pre všetky organizmy.

Preto je nesprávne povedať napríklad „Genetický kód človeka“ alebo „Genetický kód organizmu“, ktorý sa často používa v pseudovedeckej literatúre a filmoch.

V týchto prípadoch máme väčšinou na mysli genóm človeka, organizmu atď.

Rôznorodosť živých organizmov a charakteristiky ich životnej činnosti sú spôsobené predovšetkým rôznorodosťou bielkovín.

Špecifická štruktúra proteínu je určená poradím a množstvom rôznych aminokyselín, ktoré tvoria jeho zloženie. Aminokyselinová sekvencia peptidu je zakódovaná v DNA pomocou biologického kódu. Z hľadiska diverzity súboru monomérov je DNA primitívnejšia molekula ako peptid. DNA pozostáva z rôznych alternácií iba štyroch nukleotidov. Toto na dlhú dobu zabránili výskumníkom považovať DNA za materiál dedičnosti.

Ako sú aminokyseliny kódované nukleotidmi?

1) Nukleové kyseliny (DNA a RNA) sú polyméry pozostávajúce z nukleotidov.

Každý nukleotid môže obsahovať jednu zo štyroch dusíkatých báz: adenín (A, en: A), guanín (G, G), cytozín (C, en: C), tymín (T, en: T). V prípade RNA je tymín nahradený uracilom (U, U).

Pri zvažovaní genetického kódu sa berú do úvahy iba dusíkaté bázy.

Potom môže byť reťazec DNA reprezentovaný ako ich lineárna sekvencia. Napríklad:

Sekcia mRNA komplementárna k tomuto kódu bude nasledovná:

2) Proteíny (polypeptidy) sú polyméry pozostávajúce z aminokyselín.

V živých organizmoch sa na stavbu polypeptidov používa 20 aminokyselín (niekoľko ďalších je veľmi vzácnych). Na ich označenie môžete použiť aj jedno písmeno (hoci častejšie používajú tri - skratku názvu aminokyseliny).

Aminokyseliny v polypeptide sú tiež spojené lineárne peptidovou väzbou. Predpokladajme napríklad, že existuje časť proteínu s nasledujúcou sekvenciou aminokyselín (každá aminokyselina je označená jedným písmenom):

3) Ak je úlohou zakódovať každú aminokyselinu pomocou nukleotidov, potom ide o to, ako zakódovať 20 písmen pomocou 4 písmen.

Dá sa to dosiahnuť spárovaním písmen 20-písmenovej abecedy so slovami zloženými z niekoľkých písmen 4-písmenovej abecedy.

Ak je jedna aminokyselina kódovaná jedným nukleotidom, potom môžu byť kódované iba štyri aminokyseliny.

Ak je každá aminokyselina spojená s dvoma po sebe nasledujúcimi nukleotidmi v reťazci RNA, potom môže byť kódovaných šestnásť aminokyselín.

V skutočnosti, ak existujú štyri písmená (A, U, G, C), počet ich rôznych párových kombinácií bude 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Zátvorky sa používajú na uľahčenie vnímania.] To znamená, že iba 16 rôznych aminokyselín môže byť kódovaných takýmto kódom (dvojpísmenové slovo): každá bude mať svoje vlastné slovo (dva po sebe idúce nukleotidy).

Z matematiky vzorec na určenie počtu kombinácií vyzerá takto: ab = n.

Tu n je počet rôznych kombinácií, a je počet písmen abecedy (alebo základ číselnej sústavy), b je počet písmen v slove (alebo číslic v čísle). Ak do tohto vzorca dosadíme 4-písmenovú abecedu a slová pozostávajúce z dvoch písmen, dostaneme 42 = 16.

Ak sa ako kódové slovo pre každú aminokyselinu použijú tri po sebe idúce nukleotidy, potom je možné zakódovať 43 = 64 rôznych aminokyselín, pretože 64 rôzne kombinácie môžu byť zložené zo štyroch písmen v skupinách po troch (napríklad AUG, GAA, CAU, GGU atď.)

d.). To už je viac než dosť na zakódovanie 20 aminokyselín.

presne tak trojpísmenový kód používaný v genetickom kóde. Nazývajú sa tri po sebe idúce nukleotidy kódujúce jednu aminokyselinu trojčatá(alebo kodón).

Každá aminokyselina je spojená so špecifickým tripletom nukleotidov.

Okrem toho, keďže kombinácie tripletov prekrývajú počet aminokyselín v nadbytku, mnohé aminokyseliny sú kódované niekoľkými tripletmi.

Tri triplety nekódujú žiadnu z aminokyselín (UAA, UAG, UGA).

Označujú koniec vysielania a sú volané stop kodóny(alebo nezmyselné kodóny).

Triplet AUG kóduje nielen aminokyselinu metionín, ale iniciuje aj transláciu (hrá úlohu štartovacieho kodónu).

Nižšie sú uvedené tabuľky zhody aminokyselín s nukleotidovými tripletmi.

Pomocou prvej tabuľky je vhodné určiť zodpovedajúcu aminokyselinu z daného tripletu. Pre druhú - pre danú aminokyselinu, jej zodpovedajúce triplety.

Uvažujme o príklade implementácie genetického kódu. Nech existuje mRNA s nasledujúcim obsahom:

Rozdeľme nukleotidovú sekvenciu na triplety:

Spojme každý triplet s aminokyselinou polypeptidu, ktorý kóduje:

Metionín - Kyselina asparágová - Serín - Treonín - Tryptofán - Leucín - Leucín - Lyzín - Asparagín - Glutamín

Posledný triplet je stop kodón.

Vlastnosti genetického kódu

Vlastnosti genetického kódu sú do značnej miery dôsledkom spôsobu kódovania aminokyselín.

Prvou a zrejmou vlastnosťou je trojnásobnosť.

Vzťahuje sa na skutočnosť, že jednotka kódu je sekvencia troch nukleotidov.

Dôležitou vlastnosťou genetického kódu je jeho neprekrývajúce sa. Nukleotid zahrnutý v jednom triplete nemôže byť zahrnutý v inom.

To znamená, že sekvenciu AGUGAA možno čítať len ako AGU-GAA, ale nie napríklad takto: AGU-GUG-GAA. To znamená, že ak je pár GU zahrnutý v jednej trojici, nemôže už byť neoddeliteľnou súčasťouďalší.

Pod jednoznačnosť Genetický kód chápe, že každý triplet zodpovedá iba jednej aminokyseline.

Napríklad triplet AGU kóduje aminokyselinu serín a nič iné.

Genetický kód

Tento triplet jednoznačne zodpovedá iba jednej aminokyseline.

Na druhej strane, jednej aminokyseline môže zodpovedať niekoľko tripletov. Napríklad ten istý serín okrem AGU zodpovedá kodónu AGC. Táto vlastnosť je tzv degenerácia genetický kód.

Degenerácia umožňuje mnohým mutáciám zostať neškodnými, pretože často nahradenie jedného nukleotidu v DNA nevedie k zmene hodnoty tripletu. Ak sa pozriete pozorne na tabuľku zhody aminokyselín s tripletmi, môžete vidieť, že ak je aminokyselina kódovaná niekoľkými tripletmi, často sa líšia v poslednom nukleotide, t.j. môže to byť čokoľvek.

Zaznamenávajú sa aj niektoré ďalšie vlastnosti genetického kódu (kontinuita, odolnosť voči šumu, univerzálnosť atď.).

Odolnosť ako prispôsobenie rastlín životným podmienkam. Základné reakcie rastlín na pôsobenie nepriaznivých faktorov.

Odolnosť rastlín je schopnosť odolávať účinkom extrémnych environmentálnych faktorov (sucho pôdy a vzduchu).

Jedinečnosť genetického kódu sa prejavuje v tom, že

Táto vlastnosť sa vyvinula počas procesu evolúcie a bola geneticky fixovaná. V oblastiach s nepriaznivými podmienkami sa vytvorili odolné dekoratívne formy a miestne odrody pestované rastliny- odolný voči suchu. Konkrétna úroveň rezistencie, ktorá je vlastná rastlinám, sa odhalí iba pod vplyvom extrémnych environmentálnych faktorov.

V dôsledku nástupu takéhoto faktora začína fáza podráždenia - prudká odchýlka od normy množstva fyziologických parametrov a ich rýchly návrat do normálu. Potom dochádza k zmene rýchlosti metabolizmu a poškodeniu vnútrobunkových štruktúr. Zároveň sa potláčajú všetky syntetické, aktivujú sa všetky hydrolytické a znižuje sa celková energetická zásoba organizmu. Ak účinok faktora nepresiahne prahovú hodnotu, začína sa adaptačná fáza.

Adaptovaná rastlina menej reaguje na opakované alebo zvyšujúce sa vystavenie extrémnym faktorom. Na úrovni organizmu sa k adaptačným mechanizmom pridáva interakcia medzi orgánmi. Oslabenie pohybu vodných tokov, minerálnych a organických zlúčenín cez rastlinu zhoršuje konkurenciu medzi orgánmi a ich rast sa zastaví.

Definovaná biostabilita v rastlinách. maximálna hodnota extrémneho faktora, pri ktorej rastliny ešte tvoria životaschopné semená. Agronomická stabilita je určená stupňom zníženia výnosu. Rastliny sa vyznačujú odolnosťou voči špecifickému typu extrémneho faktora – prezimovaniu, plynovzdornosti, soli, suchu.

Typ škrkavky, na rozdiel od plochých červov, má primárnu telesnú dutinu - schizocoel, ktorá vzniká deštrukciou parenchýmu, ktorý vypĺňa priestory medzi stenou tela a vnútorné orgány– jeho funkciou je transport.

Udržuje homeostázu. Tvar tela je okrúhly v priemere. Koža je kutikulovaná. Svaly sú reprezentované vrstvou pozdĺžnych svalov. Črevo je priechodné a skladá sa z 3 častí: prednej, strednej a zadnej. Ústny otvor sa nachádza na ventrálnom povrchu predného konca tela. Hltan má charakteristický trojuholníkový lúmen. Vylučovací systém reprezentované protonefrídiami alebo špeciálnou kožou - hypodermálnymi žľazami. Väčšina druhov je dvojdomá a rozmnožujú sa len pohlavne.

Vývoj je priamy, menej často s metamorfózou. Majú konštantné bunkové zloženie tela a chýba im schopnosť regenerácie. Predné črevo pozostáva z ústna dutina, hltan, pažerák.

Nemajú strednú ani zadnú časť. Vylučovací systém pozostáva z 1-2 obrovských buniek podkožia. Pozdĺžne vylučovacie kanály ležia v bočných hrebeňoch hypodermis.

Vlastnosti genetického kódu. Dôkaz tripletového kódu. Dekódovanie kodónov. Zastavte kodóny. Koncept genetickej supresie.

Myšlienku, že gén kóduje informáciu v primárnej štruktúre proteínu, konkretizoval F.

Crick vo svojej sekvenčnej hypotéze, podľa ktorej sekvencia génových prvkov určuje poradie aminokyselinových zvyškov v polypeptidovom reťazci. Platnosť sekvenčnej hypotézy je dokázaná kolinearitou štruktúr génu a polypeptidu, ktorý kóduje. Najvýznamnejším vývojom v roku 1953 bola myšlienka, že. Že kód je s najväčšou pravdepodobnosťou trojitý.

; Páry báz DNA: A-T, T-A, G-C, C-G - môžu kódovať iba 4 aminokyseliny, ak každý pár zodpovedá jednej aminokyseline. Ako viete, bielkoviny obsahujú 20 základných aminokyselín. Ak predpokladáme, že každá aminokyselina má 2 páry báz, potom je možné zakódovať 16 aminokyselín (4*4) - to je opäť málo.

Ak je kód triplet, potom možno zo 4 párov báz vytvoriť 64 kodónov (4*4*4), čo je viac než dosť na kódovanie 20 aminokyselín. Crick a jeho kolegovia predpokladali, že kód bol trojitý; medzi kodónmi neboli žiadne „čiarky“, t. j. oddeľovacie značky; Kód v géne sa číta z pevného bodu v jednom smere. V lete 1961 Kirenberg a Mattei informovali o dekódovaní prvého kodónu a navrhli spôsob stanovenia zloženia kodónov v systéme bezbunkovej syntézy proteínov.

Kodón pre fenylalanín bol teda transkribovaný ako UUU v mRNA. Ďalej, ako výsledok aplikácie metód vyvinutých Koranou, Nirenbergom a Lederom v roku 1965.

v jeho bol zostavený kódový slovník moderná forma. Výskyt mutácií vo fágoch T4 spôsobených stratou alebo pridaním báz bol teda dôkazom tripletovej povahy kódu (vlastnosť 1). Tieto vymazania a pridania, ktoré viedli k posunom snímok pri „čítaní“ kódu, boli eliminované iba obnovením správnosti kódu, čím sa zabránilo výskytu mutantov. Tieto experimenty tiež ukázali, že triplety sa neprekrývajú, to znamená, že každá báza môže patriť len jednému tripletu (vlastnosť 2).

Väčšina aminokyselín má niekoľko kodónov. Kód, v ktorom je počet aminokyselín menšie číslo Kodóny sa nazývajú degenerované (vlastnosť 3), t.j.

to znamená, že daná aminokyselina môže byť kódovaná viac ako jedným tripletom. Okrem toho tri kodóny nekódujú vôbec žiadnu aminokyselinu („nezmyselné kodóny“) a fungujú ako „stop signál“. Stop kodón je koncový bod funkčnej jednotky DNA, cistrónu. Stop kodóny sú rovnaké u všetkých druhov a sú reprezentované ako UAA, UAG, UGA. Pozoruhodnou vlastnosťou kódu je, že je univerzálny (vlastnosť 4).

Vo všetkých živých organizmoch rovnaké triplety kódujú rovnaké aminokyseliny.

Existencia troch typov mutantných terminátorov kodónov a ich supresia bola preukázaná v E. coli a kvasinkách. Objav supresorových génov, ktoré „interpretujú“ nezmyselné alely rôznych génov, naznačuje, že translácia genetického kódu sa môže zmeniť.

Mutácie ovplyvňujúce antikodón tRNA menia ich kodónovú špecificitu a vytvárajú možnosť supresie mutácií na translačnej úrovni. K potlačeniu na translačnej úrovni môže dôjsť v dôsledku mutácií v génoch kódujúcich určité ribozomálne proteíny. V dôsledku týchto mutácií ribozóm „robí chyby“, napríklad pri čítaní nezmyselných kodónov a „interpretuje“ ich pomocou niektorých nemutovaných tRNA. Spolu s genotypovou supresiou pôsobiacou na úrovni translácie je možná aj fenotypová supresia nezmyselných alel: keď sa teplota zníži, keď sú bunky vystavené aminoglykozidovým antibiotikám, ktoré sa viažu na ribozómy, napríklad streptomycín.

22. Rozmnožovanie vyšších rastlín: vegetatívne a nepohlavné. Sporulácia, štruktúra spór, rovná a heterosporózna Reprodukcia ako vlastnosť živej hmoty, t.j. schopnosť jedinca dať vznik svojmu druhu, existovala v raných štádiách evolúcie.

Formy reprodukcie možno rozdeliť do 2 typov: asexuálne a sexuálne. Samotná asexuálna reprodukcia sa uskutočňuje bez účasti zárodočných buniek, pomocou špecializovaných buniek - spór. Vznikajú v orgánoch nepohlavného rozmnožovania – sporangiách v dôsledku mitotického delenia.

Výtrusnica počas svojho klíčenia rozmnožuje nového jedinca, podobného matke, s výnimkou výtrusov semenných rastlín, u ktorých výtrus stratil funkciu rozmnožovania a rozširovania. Výtrusy môžu vzniknúť aj redukčným delením, pričom sa jednobunkové výtrusy vysypú.

Rozmnožovanie rastlín pomocou vegetatívneho (časť výhonku, listu, koreňa) alebo rozdelenie jednobunkových rias na polovicu sa nazýva vegetatívne (cibuľa, odrezky).

Sexuálnu reprodukciu vykonávajú špeciálne pohlavné bunky - gaméty.

V dôsledku meiózy sa tvoria gaméty, existujú ženy a muži. V dôsledku ich splynutia vzniká zygota, z ktorej sa následne vyvinie nový organizmus.

Rastliny sa líšia typmi gamét. V niektorých jednobunkových organizmoch určitý čas funguje ako gameta. Organizmy rôzneho pohlavia (gaméty) sa spájajú – tento sexuálny proces sa nazýva hologamia. Ak sú samčie a samičie gaméty morfologicky podobné a mobilné, ide o izogaméty.

A sexuálny proces - izogamný. Ak sú ženské gaméty o niečo väčšie a menej mobilné ako mužské, potom ide o heterogaméty a proces je heterogamia. Oogamia - samičie gaméty sú veľmi veľké a nepohyblivé, samčie gaméty sú malé a mobilné.

12345678910Ďalej ⇒

Genetický kód - korešpondencia medzi DNA tripletmi a proteínovými aminokyselinami

Potreba kódovať štruktúru proteínov v lineárnej sekvencii nukleotidov mRNA a DNA je daná skutočnosťou, že počas translácie:

• neexistuje žiadna zhoda medzi počtom monomérov v matrici mRNA a produktom - syntetizovaným proteínom;
• neexistuje žiadna štrukturálna podobnosť medzi RNA a proteínovými monomérmi.

Tým sa eliminuje komplementárna interakcia medzi matricou a produktom - princíp, na základe ktorého sa uskutočňuje konštrukcia nových molekúl DNA a RNA počas replikácie a transkripcie.

Z toho je zrejmé, že musí existovať „slovník“, ktorý umožňuje zistiť, ktorá sekvencia nukleotidov mRNA zabezpečuje zaradenie aminokyselín do proteínu v danej sekvencii. Tento „slovník“ sa nazýva genetický, biologický, nukleotidový alebo aminokyselinový kód. Umožňuje šifrovať aminokyseliny, ktoré tvoria proteíny, pomocou špecifickej sekvencie nukleotidov v DNA a mRNA. Vyznačuje sa určitými vlastnosťami.

Trojnásobnosť. Jednou z hlavných otázok pri určovaní vlastností kódu bola otázka počtu nukleotidov, ktoré by mali určovať zaradenie jednej aminokyseliny do proteínu.

Zistilo sa, že kódujúce prvky v šifrovaní aminokyselinovej sekvencie sú skutočne triplety nukleotidov, resp. trojčatá, ktoré boli pomenované „kodóny“.

Význam kodónov.

Bolo možné zistiť, že zo 64 kodónov zahrnutie aminokyselín do syntetizovaného polypeptidového reťazca kóduje 61 tripletov a zvyšné 3 - UAA, UAG, UGA - nekódujú zahrnutie aminokyselín do proteínu a boli pôvodne nazývané nezmyselné alebo nezmyselné kodóny. Neskôr sa však ukázalo, že tieto triplety signalizujú dokončenie translácie, a preto sa začali nazývať terminačné alebo stop kodóny.

Kodóny mRNA a triplety nukleotidov v kódujúcom reťazci DNA so smerom od 5′ do 3′ konca majú rovnakú sekvenciu dusíkatých báz s tým rozdielom, že v DNA namiesto uracilu (U), charakteristického pre mRNA, existuje je tymín (T).

Špecifickosť.

Každý kodón zodpovedá iba jednej špecifickej aminokyseline. V tomto zmysle je genetický kód prísne jednoznačný.

Tabuľka 4-3.

Jednoznačnosť je jednou z vlastností genetického kódu, prejavujúca sa v tom, že...

Hlavné zložky systému syntézy bielkovín

Poznámky: elF( eukaryotické iniciačné faktory) — iniciačné faktory; eEF ( eukaryotické elongačné faktory) — faktory predĺženia; eRF ( eukaryotické uvoľňujúce faktory) sú ukončovacie faktory.

Degenerácia. V mRNA a DNA je 61 tripletov, z ktorých každý kóduje zahrnutie jednej z 20 aminokyselín do proteínu.

Z toho vyplýva, že v informačných molekulách je zahrnutie rovnakej aminokyseliny do proteínu určené niekoľkými kodónmi. Táto vlastnosť biologického kódu sa nazýva degenerácia.

U ľudí sú iba 2 aminokyseliny kódované jedným kodónom - Met a Tri, zatiaľ čo Leu, Ser a Apr - so šiestimi kodónmi a Ala, Val, Gly, Pro, Tre - so štyrmi kodónmi (tabuľka

Redundancia kódovacích sekvencií je najcennejšou vlastnosťou kódu, pretože zvyšuje stabilitu toku informácií voči nepriaznivým vplyvom vonkajšieho a vnútorného prostredia. Pri určovaní povahy aminokyseliny, ktorá sa má zahrnúť do proteínu, nie je tretí nukleotid v kodóne taký dôležitý ako prvé dva. Ako je možné vidieť z tabuľky. 4-4, pre mnohé aminokyseliny neovplyvňuje nahradenie nukleotidu v tretej pozícii kodónu jeho význam.

Linearita záznamu informácií.

Počas translácie sa kodóny mRNA „čítajú“ z pevného východiskového bodu postupne a neprekrývajú sa. Informačný záznam neobsahuje signály označujúce koniec jedného kodónu a začiatok ďalšieho. AUG kodón je iniciačný kodón a číta sa ako na začiatku, tak aj v iných častiach mRNA ako Met. Triplety za ním sa čítajú postupne bez akýchkoľvek medzier až do stop kodónu, v ktorom je dokončená syntéza polypeptidového reťazca.

Všestrannosť.

Donedávna sa verilo, že kód je absolútne univerzálny, t.j. význam kódových slov je rovnaký pre všetky skúmané organizmy: vírusy, baktérie, rastliny, obojživelníky, cicavce vrátane človeka.

Neskôr sa však ukázalo, že mitochondriálna mRNA obsahuje 4 triplety, ktoré majú iný význam ako v mRNA jadrového pôvodu. V mitochondriálnej mRNA teda triplet UGA kóduje Tri, AUA kóduje Met a ACA a AGG sa čítajú ako ďalšie stop kodóny.

Kolinearita génu a produktu.

U prokaryotov bola zistená lineárna zhoda medzi sekvenciou kodónov génu a sekvenciou aminokyselín v proteínovom produkte, alebo, ako sa hovorí, existuje kolinearita medzi génom a produktom.

Tabuľka 4-4.

Genetický kód

Poznámky: U - uracil; C - cytozín; A - adenín; G - guanín; *—terminačný kodón.

V eukaryotoch sú sekvencie báz v géne, ktoré sú kolineárne so sekvenciou aminokyselín v proteíne, prerušené nitrónmi.

Preto v eukaryotických bunkách je aminokyselinová sekvencia proteínu kolineárna so sekvenciou exónov v géne alebo zrelej mRNA po post-transkripčnom odstránení intrónov.

Vďaka procesu transkripcie v bunke dochádza k prenosu informácie z DNA do proteínu: DNA - mRNA - proteín. Genetická informácia obsiahnutá v DNA a mRNA je obsiahnutá v sekvencii nukleotidov v molekulách. Ako sa prenáša informácia z „jazyka“ nukleotidov do „jazyka“ aminokyselín? Tento preklad sa vykonáva pomocou genetického kódu. Kód alebo šifra je systém symbolov na preklad jednej formy informácií do inej. Genetický kód je systém na zaznamenávanie informácií o sekvencii aminokyselín v proteínoch pomocou sekvencie nukleotidov v messenger RNA. Aké dôležité je presne poradie usporiadania rovnakých prvkov (štyri nukleotidy v RNA) pre pochopenie a zachovanie významu informácie, si môžeme pozrieť na jednoduchom príklade: preskupením písmen v kóde slova dostaneme slovo s iným význam - doc. Aké vlastnosti má genetický kód?

1. Kód je trojitý. RNA pozostáva zo 4 nukleotidov: A, G, C, U. Ak by sme sa pokúsili označiť jednu aminokyselinu jedným nukleotidom, potom by 16 z 20 aminokyselín zostalo nezašifrovaných. Dvojpísmenový kód by zakódoval 16 aminokyselín (zo štyroch nukleotidov možno vytvoriť 16 rôznych kombinácií, z ktorých každá obsahuje dva nukleotidy). Príroda vytvorila trojpísmenový alebo trojmiestny kód. To znamená, že každá z 20 aminokyselín je kódovaná sekvenciou troch nukleotidov, ktorá sa nazýva triplet alebo kodón. Zo 4 nukleotidov môžete vytvoriť 64 rôznych kombinácií po 3 nukleotidoch (4*4*4=64). To je viac ako dosť na kódovanie 20 aminokyselín a zdá sa, že 44 kodónov je nadbytočných. Avšak nie je.

2. Kód je zdegenerovaný. To znamená, že každá aminokyselina je zašifrovaná viac ako jedným kodónom (od dvoch do šiestich). Výnimkou sú aminokyseliny metionín a tryptofán, z ktorých každá je kódovaná len jedným tripletom. (Môžete to vidieť v tabuľke genetických kódov.) Skutočnosť, že metionín je kódovaný jediným tripletom OUT, má zvláštny význam, ktorý vám bude neskôr jasný (16).

3. Kód je jednoznačný. Každý kodón kóduje iba jednu aminokyselinu. U všetkých zdravých ľudí v géne nesúcom informáciu o beta reťazci hemoglobínu, triplet GAA alebo GAG, ja na šiestom mieste, kóduje kyselinu glutámovú. U pacientov s kosáčikovitou anémiou je druhý nukleotid v tomto triplete nahradený U. Ako je zrejmé z tabuľky, triplety GUA alebo GUG, ktoré sa v tomto prípade tvoria, kódujú aminokyselinu valín. K čomu takáto výmena vedie, už viete z časti o DNA.

4. Medzi génmi sú „interpunkčné znamienka“. V tlačenom texte je na konci každej frázy bodka. Niekoľko súvisiacich fráz tvorí odsek. V reči genetickej informácie je takýmto odsekom operón a jeho komplementárna mRNA. Každý gén v operóne kóduje jeden polypeptidový reťazec – frázu. Pretože v niektorých prípadoch sa z matrice mRNA postupne vytvorí niekoľko rôznych polypeptidových reťazcov, musia byť od seba oddelené. Na tento účel sú v genetickom kóde tri špeciálne triplety - UAA, UAG, UGA, z ktorých každý označuje ukončenie syntézy jedného polypeptidového reťazca. Tieto trojčatá teda fungujú ako interpunkčné znamienka. Nachádzajú sa na konci každého génu. Vo vnútri génu nie sú žiadne „interpunkčné znamienka“. Keďže genetický kód je podobný jazyku, analyzujme túto vlastnosť na príklade vety zloženej z trojíc: bola raz jedna tichá mačka, tá mačka mi bola drahá. Význam napísaného je jasný, napriek absencii interpunkčných znamienok Ak odstránime jedno písmeno v prvom slove (jeden nukleotid v géne), ale aj čítame v trojiciach písmen, výsledkom bude nezmysel: ilb ylk. ott ilb yls erm ilm no otk K porušeniu významu dochádza aj vtedy, keď sa z génu stratí jeden alebo dva nukleotidy Proteín, ktorý bude načítaný z takto poškodeného génu, nebude mať nič spoločné s proteínom, ktorý bol kódovaný normálnym génom .

6. Kód je univerzálny. Genetický kód je rovnaký pre všetky tvory žijúce na Zemi. V baktériách a hubách, pšenici a bavlne, rybách a červoch, žabách a ľuďoch kódujú rovnaké triplety rovnaké aminokyseliny.

1. Kód je trojitý.

2. Kód je zdegenerovaný.

3. Kód je jednoznačný.

4. Kód je kolineárny.

5. Kód sa neprekrýva.

6. Kód je univerzálny.

1) Kód je trojitý. 3 susediace nukleotidy nesú informáciu o jednom proteíne. Takýchto tripletov môže byť 64 (to ukazuje na redundanciu genetického kódu), ale len 61 z nich nesie informáciu o proteíne (kodónoch). Tieto 3 triplety sa nazývajú antikodóny a sú to stop signály, pri ktorých sa syntéza proteínov zastaví.

2) Kód je zdegenerovaný. Niekoľko kodónov môže kódovať jednu aminokyselinu.

3) Kód je jasný. Každý kodón kóduje iba jednu aminokyselinu.

4) Kód je kolineárny. sekvencia nukleotidov v géne zodpovedá sekvencii aminokyselín v proteíne.

5) Kód nie je prepísaný. Ten istý nukleotid nemôže byť súčasťou dvoch rôznych kodónov, čítanie prebieha kontinuálne, v rade, až po stop kodón. V kóde nie sú žiadne „interpunkčné znamienka“.

6) Kód je univerzálny. To isté pre všetky živé bytosti, t.j. rovnaký triplet kóduje rovnakú aminokyselinu.

61. V ktorých prípadoch neovplyvňuje zmena nukleotidovej sekvencie v géne štruktúru a funkciu kódujúceho proteínu?

1) ak v dôsledku nahradenia nukleotidov vznikne ďalší kodón kódujúci rovnakú aminokyselinu;

2) ak kodón vytvorený ako výsledok nahradenia nukleotidov kóduje inú aminokyselinu, ale s podobnou chemické vlastnosti, ktorý nemení štruktúru proteínu;

3) ak dôjde k zmenám nukleotidov v intergénových alebo nefunkčných oblastiach DNA.

№62. replikácia DNA.

Krátka recenzia:

Replikácia- proces syntézy dcérskej molekuly deoxyribonukleovej kyseliny na matrici materskej molekuly DNA. Pri následnom delení materskej bunky dostane každá dcérska bunka jednu kópiu molekuly DNA, ktorá je identická s DNA pôvodnej materskej bunky. Tento proces zabezpečuje presné odovzdávanie genetických informácií z generácie na generáciu. Replikácia DNA sa uskutočňuje komplexným enzýmovým komplexom pozostávajúcim z 15-20 rôznych proteínov, nazývaných replikóm.

V čase delenia sa DNA musí replikovať úplne a iba raz. Replikácia prebieha v troch fázach:

1. Iniciácia replikácie (DNA polymeráza začína replikáciu DNA naviazaním sa na segment nukleotidového reťazca. V určitom mieste (mieste začiatku replikácie) dochádza k lokálnej denaturácii DNA, reťazce sa rozchádzajú a vznikajú dve replikačné vidlice, pohybujúce sa v opačných smeroch.).

2. Predlžovanie (štádium biosyntézy molekúl nukleových kyselín, pozostávajúce z postupného pridávania monomérov (nukleotidov) do rastúceho reťazca DNA).

3. Ukončenie replikácie (konečná fáza nastáva v momente, keď sa prázdne úseky naplnia nukleotidmi medzi Okazakiho fragmentmi).

Hlavná časť:

Keďže DNA je molekula dedičnosti, na realizáciu tejto kvality sa musí presne skopírovať a zachovať tak všetky informácie dostupné v pôvodnej molekule DNA vo forme špecifickej sekvencie nukleotidov. Dosahuje sa to špeciálnym procesom, ktorý predchádza rozdeleniu ktorejkoľvek bunky v tele, ktorý sa nazýva replikácia DNA – proces syntézy dcérskej molekuly deoxyribonukleovej kyseliny na matrici materskej molekuly DNA.

Replikácia DNA prebieha v troch fázach:

1. Zasvätenie. Spočíva v tom, že špeciálne enzýmy – helikázy DNA, ktoré odvíjajú dvojvláknovú špirálu DNA, prerušujú slabé vodíkové väzby, ktoré spájajú nukleotidy oboch reťazcov. Výsledkom je, že vlákna DNA sú oddelené a z každého vlákna „trčia“ voľné dusíkaté bázy (vzhľad takzvanej replikačnej vidlice).

2. Predĺženie(štádium biosyntézy molekúl nukleových kyselín, ktoré pozostáva z postupného pridávania monomérov (nukleotidov) do rastúceho reťazca DNA). Každé z dvoch reťazcov DNA slúži ako templát pre syntézu nového reťazca. Keďže rodičovské vlákna sú antiparalelné, kontinuálna replikácia DNA prebieha len na jednom vlákne, ktoré sa nazýva vedúce vlákno. Špeciálny enzým, DNA polymeráza, sa začne pohybovať po voľnom reťazci DNA od 5" do 3" konca, čím pomáha pripojiť voľné nukleotidy, neustále syntetizované v bunke, na 3" koniec novosyntetizovaného reťazca DNA. syntéza nového vlákna na zaostávajúcom vlákne vyžaduje neustálu tvorbu nových primerov (tzv. primery - krátke fragmenty nukleovej kyseliny využívané DNA - polymerázy na začatie syntézy DNA) na začatie replikácie a uskutočňuje sa v malých segmentoch po 1 000 až 2 000 nukleotidoch (fragmenty Okazaki). Semená degradujú po dokončení syntézy ďalšieho Okazakiho fragmentu. Výsledné susedné fragmenty DNA sú spojené DNA ligázou. Topoizomeráza odstraňuje superzávitnice špirály, helikáza zaisťuje odvíjanie dvojitej špirály a SSB proteín zaisťuje stabilitu jednovláknovej DNA.

3. Ukončenie (dokončenie) replikácie nastáva vtedy, keď sa medzery medzi Okazakiho fragmentmi vyplnia nukleotidmi (za účasti DNA ligázy) za vzniku dvoch súvislých dvojvláknových reťazcov DNA a keď sa stretnú dve replikačné vidlice. Potom sa syntetizovaná DNA skrúti a vytvorí superhelixy.

63. Opíšte postupnosť procesov prebiehajúcich počas replikácie DNA v eukaryotoch

Mechanizmy replikácie DNA prokaryotov a eukaryotov sa výrazne líšia v tom, že v druhom prípade je syntéza vedúcich a zaostávajúcich reťazcov DNA uskutočňovaná rôznymi DNA polymerázami (alfa a delta), zatiaľ čo v E. coli sú oba reťazce DNA syntetizovaný dimérom DNA polymerázy III. DNA polymeráza alfa iniciuje syntézu vedúceho vlákna v počiatkoch replikácie a DNA polymeráza delta vykonáva cyklickú reiniciáciu syntézy Okazakiho fragmentov, pričom zjavne rozpoznáva prítomnosť 5"-koncového nukleotidu ďalšieho priméru s následnou disociáciou od templátovú DNA a pripojenie k nej na reiniciáciu syntézy ďalšieho Okazakiho fragmentu.

Zrenie Okazakiho fragmentov v eukaryotoch vyžaduje odstránenie RNA primerov pomocou 5"->3" exonukleázy (proteínové faktory FEN-1 alebo MF-1) a RNázy H1, ako aj kovalentné spojenie fragmentov medzi sebou pôsobením DNA ligázy ja

V súčasnosti nie je známe, čo presne slúži ako spúšťací signál pre začiatok replikácie DNA v S fáze. Iniciačná udalosť, po ktorej začína syntéza DNA, nastáva na špecifických miestach nazývaných „replikačné vidlice“. Počas fázy S sa zhluky replikačných vidlíc aktivujú súčasne na všetkých chromozómoch.

Poloha počiatkov replikácie v génoch môže mať dôležitý biologický význam. Skutočnosť, že v mnohých živočíšnych vírusoch replikácia začína na špecifických miestach v genóme, naznačuje, že počiatky replikácie sú špecializované sekvencie v chromozomálnej DNA. Priemerná vzdialenosť medzi počiatkami replikácie je porovnateľná s priemernou vzdialenosťou medzi susednými chromatínovými slučkami. Je teda možné, že v každej slučke existuje len jeden začiatok replikácie.

Keď sa dve replikačné vidlice odchyľujú od rovnakého počiatku replikácie, na opačných stranách tohto bodu skončia rodičovské nukleozómy v rôznych dcérskych špirálach DNA. V tomto prípade presné umiestnenie začiatku replikácie v transkripčnej jednotke určí distribúciu už existujúcich rodičovských histónov medzi dvoma dcérskymi génmi. Nie všetky nukleozómy sú úplne rovnaké – štruktúra chromatínu je v rôznych oblastiach genetického materiálu odlišná. Presná poloha počiatku replikácie v géne by preto mohla mať dôležitý biologický význam, pretože by určovala chromatínovú štruktúru tohto génu v ďalšej generácii buniek.

Spúšťač replikácie DNA jednoznačne funguje na princípe všetko alebo nič, pretože replikácia DNA, ktorá začína vo fáze S, pokračuje, kým sa proces nedokončí. Proces replikácie môžu riadiť na princípe všetko alebo nič aspoň dvaja rôzne cesty:

1) niektoré všeobecný systém dokáže špecificky rozpoznať každý chromozomálny pás, dekondenzovať ho, a tým sprístupniť všetky replikačné počiatky súčasne pre proteíny zodpovedné za tvorbu replikačných bublín;

2) replikačné proteíny dokážu rozpoznať len niekoľko replikačných počiatkov z daného súboru, po ktorých lokálna replikácia, ktorá začala, zmení štruktúru zostávajúceho chromatínu replikačnej jednotky takým spôsobom, že replikácia na všetkých ostatných počiatkoch bude možná.

Je možné, že kritickým bodom v reťazci udalostí, ktoré iniciujú replikáciu DNA, je dosiahnutie určitého štádia v procese duplikácie centriolu, ktorý pôsobí ako súčasť dôležitého organizačného centra mikrotubulov úzko spojeného s medzifázovým jadrom. komponent každého z pólov vretena počas mitózy. Zdá sa, že centriol sa duplikuje templátovým procesom raz za bunkový cyklus (obrázok 11-19).

Zatiaľ tiež nie je známe, čo určuje pevnú sekvenciu replikácie chromozomálnych pásov. Na vysvetlenie tejto postupnosti boli navrhnuté dve hypotézy. Podľa jedného z nich sa v S fáze syntetizujú rôzne replikačné proteíny, z ktorých každý je špecifický pre chromozomálne pásy určitého typu. iný čas. Podľa inej hypotézy, ktorá sa teraz zdá vierohodnejšia, replikatívne proteíny jednoducho pôsobia na tie časti DNA, ktoré sú pre ne dostupnejšie; napríklad počas S fázy môže nastať kontinuálna dekondenzácia chromozómov a jeden po druhom sa chromozomálne pásy stanú prístupnými pre replikačné proteíny.