Acasă » clasa a 8-a » Cel mai mare număr de codoni pentru un aminoacid este. Biologie la Liceu. Descifrarea codului uman

Cel mai mare număr de codoni pentru un aminoacid este. Biologie la Liceu. Descifrarea codului uman

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, toate organismele vii cod genetic 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.

Abateri de la codul genetic standard.

Exemplu	codon	Valoare obișnuită	Se citește ca:
Unele tipuri de drojdie din gen Candida	CUG	leucina	Senin
Mitocondriile, în special Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	leucina	Senin
Mitocondriile plantelor superioare	CGG	Arginina	triptofan
Mitocondriile (în toate organismele studiate fără excepție)	UGA	Stop	triptofan
Mitocondriile mamiferelor, Drosophila, S.cerevisiae si multe simple	AUA	izoleucina	Metionina = Start
procariote	GUG	Valină	start
eucariote (rare)	CUG	leucina	start
eucariote (rare)	GUG	Valină	start
Procariote (rare)	UUG	leucina	start
eucariote (rare)	ACG	Treonina	start
Mitocondriile mamiferelor	AGC, AGU	Senin	Stop
mitocondriile Drosophila	AGA	Arginina	Stop
Mitocondriile mamiferelor	AG(A,G)	Arginina	Stop

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

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.
Codonul AUG codifică metionina, dar servește și ca codon de început - de regulă, traducerea începe de la primul codon AUG al ARNm.
NCBI: „Codurile genetice”, compilat de Andrzej (Anjay) Elzanowski și Jim Ostell
Jukes TH, Osawa S, Codul genetic în mitocondrii și cloroplaste., Experienta. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.
Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (martie 1992). „Dovezi recente pentru evoluția codului genetic”. microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
SANGER F. (1952). „Dispunerea aminoacizilor în proteine”. Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251 .
M. Ichas cod biologic. - Lumea, 1971.
WATSON JD, CRICK FH. (aprilie 1953). «Structura moleculară a acizilor nucleici; o structură pentru acidul nucleic dezoxiriboză.”. Natură 171 : 737-738. PMID 13054692.
WATSON JD, CRICK FH. (mai 1953). „Implicații genetice ale structurii acidului dezoxiribonucleic”. Natură 171 : 964-967. PMID 13063483 .
Crick F.H. (aprilie 1966). „Codul genetic – ieri, azi și mâine”. Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
G. GAMOW (februarie 1954). „Posibilă relație între acidul dezoxiribonucleic și structurile proteice”. Natură 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0 . PMID 13882203 .
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 .
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 .
Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). CODURI FĂRĂ virgule. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
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 .

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

Cod genetic

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

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.

Abateri de la codul genetic standard.

Exemplu	codon	Valoare obișnuită	Se citește ca:
Unele tipuri de drojdie din gen Candida	CUG	leucina	Senin
Mitocondriile, în special Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	leucina	Senin
Mitocondriile plantelor superioare	CGG	Arginina	triptofan
Mitocondriile (în toate organismele studiate fără excepție)	UGA	Stop	triptofan
Mitocondriile mamiferelor, Drosophila, S.cerevisiae si multe simple	AUA	izoleucina	Metionina = Start
procariote	GUG	Valină	start
eucariote (rare)	CUG	leucina	start
eucariote (rare)	GUG	Valină	start
Procariote (rare)	UUG	leucina	start
eucariote (rare)	ACG	Treonina	start
Mitocondriile mamiferelor	AGC, AGU	Senin	Stop
mitocondriile Drosophila	AGA	Arginina	Stop
Mitocondriile mamiferelor	AG(A,G)	Arginina	Stop

Istoria ideilor despre codul genetic

Vezi si

Note

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.
Codonul AUG codifică metionina, dar servește și ca codon de început - de regulă, traducerea începe de la primul codon AUG al ARNm.
NCBI: „Codurile genetice”, compilat de Andrzej (Anjay) Elzanowski și Jim Ostell
Jukes TH, Osawa S, Codul genetic în mitocondrii și cloroplaste., Experienta. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.
Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (martie 1992). „Dovezi recente pentru evoluția codului genetic”. microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
SANGER F. (1952). „Dispunerea aminoacizilor în proteine”. Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251 .
M. Ichas cod biologic. - Lumea, 1971.
WATSON JD, CRICK FH. (aprilie 1953). «Structura moleculară a acizilor nucleici; o structură pentru acidul nucleic dezoxiriboză.”. Natură 171 : 737-738. PMID 13054692.
WATSON JD, CRICK FH. (mai 1953). „Implicații genetice ale structurii acidului dezoxiribonucleic”. Natură 171 : 964-967. PMID 13063483 .
Crick F.H. (aprilie 1966). „Codul genetic – ieri, azi și mâine”. Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
G. GAMOW (februarie 1954). „Posibilă relație între acidul dezoxiribonucleic și structurile proteice”. Natură 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0 . PMID 13882203 .
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 .
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 .
Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). CODURI FĂRĂ virgule. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
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 .

Fiecare organism viu are un set special de proteine. Anumiți compuși ai nucleotidelor și secvența lor în molecula de ADN formează codul genetic. Transmite informații despre structura proteinei. În genetică, a fost adoptat un anumit concept. Potrivit ei, o genă corespundea unei enzime (polipeptidă). Trebuie remarcat faptul că cercetările asupra acizi nucleici toporul și proteinele au fost efectuate pentru o perioadă suficient de lungă. În continuare, în articol, vom arunca o privire mai atentă asupra codului genetic și proprietăților acestuia. De asemenea, va fi prezentată o scurtă cronologie a cercetării.

Terminologie

Codul genetic este o modalitate de codificare a secvenței proteinei de aminoacizi folosind secvența de nucleotide. Această metodă de formare a informațiilor este caracteristică tuturor organismelor vii. Proteine - naturale materie organică cu greutate moleculară mare. Acești compuși sunt prezenți și în organismele vii. Ele constau din 20 de tipuri de aminoacizi, care se numesc canonici. Aminoacizii sunt aranjați într-un lanț și legați într-o secvență strict stabilită. Determină structura proteinei și proprietățile sale biologice. Există, de asemenea, mai multe lanțuri de aminoacizi în proteină.

ADN și ARN

Acidul dezoxiribonucleic este o macromoleculă. Ea este responsabilă de transmiterea, stocarea și implementarea informațiilor ereditare. ADN-ul folosește patru baze azotate. Acestea includ adenina, guanina, citozina, timina. ARN-ul este format din aceleași nucleotide, cu excepția celei care conține timină. În schimb, este prezentă o nucleotidă care conține uracil (U). Moleculele de ARN și ADN sunt lanțuri de nucleotide. Datorită acestei structuri, se formează secvențe - „alfabetul genetic”.

Implementarea informatiilor

Sinteza unei proteine codificate de o genă se realizează prin combinarea ARNm pe un model de ADN (transcripție). Există, de asemenea, un transfer al codului genetic într-o secvență de aminoacizi. Adică, are loc sinteza lanțului polipeptidic pe ARNm. Pentru a codifica toți aminoacizii și a semnala sfârșitul secvenței proteice, sunt suficiente 3 nucleotide. Acest lanț se numește triplet.

Istoria cercetării

Studiul proteinelor și acizilor nucleici a fost realizat de mult timp. La mijlocul secolului al XX-lea au apărut în sfârșit primele idei despre natura codului genetic. În 1953, s-a descoperit că unele proteine sunt formate din secvențe de aminoacizi. Adevărat, la acel moment nu puteau încă determina numărul lor exact și au existat numeroase dispute în acest sens. În 1953, Watson și Crick au publicat două lucrări. Primul a declarat structura secundară a ADN-ului, al doilea a vorbit despre copierea sa admisibilă prin intermediul sintezei matriceale. În plus, s-a pus accent pe faptul că o anumită secvență de baze este un cod care poartă informații ereditare. Fizicianul american și sovietic Georgy Gamov a admis ipoteza de codificare și a găsit o metodă pentru a o testa. În 1954, lucrarea sa a fost publicată, în timpul căreia a înaintat o propunere de a stabili corespondențe între lanțurile laterale de aminoacizi și „găurile” în formă de diamant și de a folosi acest lucru ca mecanism de codare. Apoi a fost numit rombic. Explicându-și munca, Gamow a recunoscut că codul genetic ar putea fi triplet. Lucrarea unui fizician a fost una dintre primele dintre cele considerate apropiate de adevăr.

Clasificare

După câțiva ani, au fost propuse diverse modele de coduri genetice, reprezentând două tipuri: suprapuse și nesuprapuse. Prima sa bazat pe apariția unei nucleotide în compoziția mai multor codoni. Codul genetic triunghiular, secvențial și major-minor îi aparține. Al doilea model presupune două tipuri. Nesuprapunerea includ combinații și „cod fără virgule”. Prima variantă se bazează pe codificarea unui aminoacid prin tripleți de nucleotide, iar compoziția sa este cea principală. Conform „codului fără virgulă”, anumite triplete corespund aminoacizilor, în timp ce restul nu. În acest caz, se credea că dacă orice triplete semnificative ar fi aranjate în serie, altele într-un cadru de citire diferit s-ar dovedi a fi inutile. Oamenii de știință credeau că este posibil să se selecteze o secvență de nucleotide care să îndeplinească aceste cerințe și că există exact 20 de tripleți.

Deși Gamow și colab. au pus la îndoială acest model, a fost considerat cel mai corect în următorii cinci ani. La începutul celei de-a doua jumătate a secolului al XX-lea au apărut date noi care au făcut posibilă depistarea unor neajunsuri în „codul fără virgule”. S-a descoperit că codonii sunt capabili să induce sinteza proteinelor in vitro. Mai aproape de 1965, ei au înțeles principiul tuturor celor 64 de tripleți. Ca urmare, a fost găsită redundanța unor codoni. Cu alte cuvinte, secvența de aminoacizi este codificată de mai multe triplete.

Trăsături distinctive

Proprietățile codului genetic includ:

Variante

Pentru prima dată, abaterea codului genetic de la standard a fost descoperită în 1979 în timpul studiului genelor mitocondriale din corpul uman. Au fost identificate și alte variante similare, inclusiv multe coduri mitocondriale alternative. Acestea includ descifrarea codonului stop UGA folosit ca definiție a triptofanului în micoplasme. GUG și UUG în arhee și bacterii sunt adesea folosite ca variante de pornire. Uneori, genele codifică o proteină dintr-un codon de început care diferă de cel utilizat în mod normal de acea specie. De asemenea, în unele proteine, selenocisteina și pirolizina, care sunt aminoacizi nestandard, sunt inserate de ribozom. Ea citește codonul de oprire. Depinde de secvențele găsite în ARNm. În prezent, selenocisteina este considerată al 21-lea, pirolizan - al 22-lea aminoacid prezent în proteine.

Caracteristicile generale ale codului genetic

Cu toate acestea, toate excepțiile sunt rare. În organismele vii, în general, codul genetic are un număr de aspecte comune. Printre acestea se numără compoziția codonului, care include trei nucleotide (primele două aparțin celor determinante), transferul de codoni de către tARN și ribozomi într-o secvență de aminoacizi.

Cursul 5 Cod genetic

Definirea conceptului

Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteine folosind secvența de nucleotide din ADN.

Deoarece ADN-ul nu este implicat direct în sinteza proteinelor, codul este scris în limbajul ARN. ARN-ul conține uracil în loc de timină.

Proprietățile codului genetic

1. Tripletate

Fiecare aminoacid este codificat de o secvență de 3 nucleotide.

Definiție: Un triplet sau codon este o secvență de trei nucleotide care codifică un aminoacid.

Codul nu poate fi monoplet, deoarece 4 (numărul de nucleotide diferite din ADN) este mai mic de 20. Codul nu poate fi dublu, deoarece 16 (numărul de combinații și permutări a 4 nucleotide cu 2) este mai mic de 20. Codul poate fi triplet, deoarece 64 (numărul de combinații și permutări de la 4 la 3) este mai mare decât 20.

2. Degenerescenta.

Toți aminoacizii, cu excepția metioninei și triptofanului, sunt codificați de mai mult de un triplet:

2 AK pentru 1 triplet = 2.

9 AK x 2 tripleți = 18.

1 AK 3 tripleți = 3.

5 AK x 4 tripleți = 20.

3 AK x 6 tripleți = 18.

Un total de 61 de coduri triplete pentru 20 de aminoacizi.

3. Prezența semnelor de punctuație intergenice.

Definiție:

Gene este un segment de ADN care codifică un lanț polipeptidic sau o moleculă tPHK, rARN sausPHK.

GeneletPHK, rPHK, sPHKproteinele nu codifică.

La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă, există cel puțin unul dintre cei 3 tripleți care codifică codoni stop ARN sau semnale stop. În ARNm ele arată astfel: UAA, UAG, UGA . Ei termină (încheie) difuzarea.

În mod convențional, codonul se aplică și semnelor de punctuație AUG - primul după secvența lider. (Vezi cursul 8) Îndeplinește funcția de litere majuscule. În această poziție, codifică formilmetionina (la procariote).

4. Unicitatea.

Fiecare triplet codifică doar un aminoacid sau este un terminator de translație.

Excepția este codonul AUG . La procariote, în prima poziție (litera mare) codifică formilmetionina, iar în orice altă poziție codifică metionina.

5. Compactitatea sau absența semnelor de punctuație intragenice.
În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon semnificativ.

În 1961, Seymour Benzer și Francis Crick au demonstrat experimental că codul este triplet și compact.

Esența experimentului: mutația „+” - inserția unei nucleotide. Mutația „-” - pierderea unei nucleotide. O singură mutație „+” sau „-” la începutul unei gene corupă întreaga genă. O mutație dublă „+” sau „-” strică, de asemenea, întreaga genă.

O triplă mutație „+” sau „-” la începutul genei strică doar o parte a acesteia. O mutație cvadruplă „+” sau „-” strică din nou întreaga genă.

Experimentul demonstrează că codul este triplet și nu există semne de punctuație în interiorul genei. Experimentul a fost efectuat pe două gene fagice adiacente și a arătat, în plus, prezența semnelor de punctuație între gene.

6. Versatilitate.

Codul genetic este același pentru toate creaturile care trăiesc pe Pământ.

În 1979 s-a deschis Burrell ideal codul mitocondrial uman.

Definiție:

„Ideal” este codul genetic în care este îndeplinită regula de degenerescență a codului de cvasi-dublu: dacă primele două nucleotide din două triplete coincid, iar a treia nucleotide aparțin aceleiași clase (ambele sunt purine sau ambele sunt pirimidine) , atunci aceste triplete codifică același aminoacid .

Există două excepții de la această regulă în codul generic. Ambele abateri de la codul ideal în universal se referă la punctele fundamentale: începutul și sfârșitul sintezei proteinelor:

codon	universal Codul	Codurile mitocondriale
codon	universal Codul	Vertebrate	nevertebrate	Drojdie	Plante
	STOP				STOP

Cu UA
A G A		STOP
		STOP			Substituțiile 230 nu schimbă clasa aminoacidului codificat. la lacrimabilitate. În 1956, Georgy Gamov a propus o variantă a codului suprapus. Conform codului Gamow, fiecare nucleotidă, începând de la a treia din genă, face parte din 3 codoni. Când codul genetic a fost descifrat, s-a dovedit că nu se suprapune, adică. fiecare nucleotidă face parte dintr-un singur codon. Avantajele codului genetic suprapus: compactitate, dependență mai mică a structurii proteinei de inserția sau deleția unei nucleotide. Dezavantaj: dependența mare a structurii proteinei de substituția nucleotidelor și restricție de vecini. În 1976, ADN-ul fagului φX174 a fost secvențiat. Are un ADN circular monocatenar de 5375 de nucleotide. Fagul era cunoscut că codifică 9 proteine. Pentru 6 dintre ele au fost identificate gene situate una după alta. S-a dovedit că există o suprapunere. Gena E este complet în interiorul genei D . Codonul său de inițiere apare ca urmare a unei deplasări de o nucleotidă în citire. Gene J începe acolo unde se termină gena D . Codonul de inițiere al genei J se suprapune cu codonul de terminare al genei D datorită unei deplasări a două nucleotide. Designul este numit „schimbarea cadrului de citire” printr-un număr de nucleotide care nu este un multiplu de trei. Până în prezent, suprapunerea a fost demonstrată doar pentru câțiva fagi. Capacitatea de informare a ADN-ului Există 6 miliarde de oameni pe Pământ. Informații ereditare despre ei închis în 6x10 9 spermatozoizi. Potrivit diverselor estimări, o persoană are de la 30 la 50 mii de gene. Toți oamenii au ~30x1013 gene sau 30x1016 perechi de baze, care alcătuiesc 1017 codoni. Pagina medie a cărții conține 25x10 2 caractere. ADN-ul spermatozoizilor 6x109 conține informații egale ca volum cu aproximativ 4x10 13 pagini de carte. Aceste pagini ar ocupa spațiul a 6 clădiri NSU. 6x10 9 spermatozoizii ocupă jumătate dintr-un degetar. ADN-ul lor ocupă mai puțin de un sfert de degetar.

În metabolismul organismului rol principal aparține proteinelor și acizilor nucleici.
Substanțele proteice formează baza tuturor structurilor celulare vitale, au o reactivitate neobișnuit de mare și sunt înzestrate cu funcții catalitice.
Acizii nucleici fac parte din cel mai important organ al celulei - nucleul, precum și citoplasma, ribozomii, mitocondriile etc. Acizii nucleici joacă un rol important, primar în ereditate, variabilitatea corpului și sinteza proteinelor.

Plan sinteză proteina este stocată în nucleul celulei, iar sinteza directă are loc în afara nucleului, deci este necesar serviciu de livrare codificat plan de la nucleu la locul de sinteză. Acest serviciu de livrare este realizat de molecule de ARN.

Procesul începe la miez celule: o parte a „scării” ADN se desfășoară și se deschide. Datorită acestui fapt, literele ARN formează legături cu literele ADN deschise ale uneia dintre catenele de ADN. Enzima transferă literele ARN-ului pentru a le conecta într-un fir. Deci literele ADN-ului sunt „rescrise” în literele ARN. Lanțul de ARN nou format este separat, iar „scara” ADN-ului se răsucește din nou. Procesul de citire a informațiilor din ADN și sintetizarea șablonului său de ARN este numit transcriere , iar ARN-ul sintetizat se numește informațional sau i-ARN .

După modificări suplimentare, acest tip de ARNm codificat este gata. i-ARN iese din nucleuși merge la locul sintezei proteinelor, unde sunt descifrate literele i-ARN. Fiecare set de trei litere de i-ARN formează o „litera” care reprezintă un aminoacid specific.

Un alt tip de ARN caută acest aminoacid, îl captează cu ajutorul unei enzime și îl livrează la locul sintezei proteinelor. Acest ARN se numește ARN de transfer sau ARNt. Pe măsură ce mesajul ARNm este citit și tradus, lanțul de aminoacizi crește. Acest lanț se răsucește și se pliază într-o formă unică, creând un singur tip de proteină. Chiar și procesul de pliere a proteinelor este remarcabil: să folosești un computer pentru a calcula totul Opțiuni ar dura 1027 (!) ani pentru a plia o proteină de mărime medie constând din 100 de aminoacizi. Și pentru formarea unui lanț de 20 de aminoacizi în organism, nu durează mai mult de o secundă, iar acest proces are loc continuu în toate celulele corpului.

Genele, codul genetic și proprietățile sale.

Aproximativ 7 miliarde de oameni trăiesc pe Pământ. Cu excepția a 25-30 de milioane de perechi de gemeni identici, apoi genetic toți oamenii sunt diferiți : fiecare este unic, are caracteristici ereditare unice, trăsături de caracter, abilități, temperament.

Astfel de diferențe sunt explicate diferențe de genotipuri- seturi de gene ale unui organism; fiecare este unic. Trăsăturile genetice ale unui anumit organism sunt întruchipate în proteine - în consecință, structura proteinei unei persoane diferă, deși destul de mult, de proteina altei persoane.

Nu inseamna că oamenii nu au exact aceleași proteine. Proteinele care îndeplinesc aceleași funcții pot fi aceleași sau pot diferi foarte puțin prin unul sau doi aminoacizi unul de celălalt. Dar nu exista pe Pământul oamenilor (cu excepția gemenilor identici), în care ar fi toate proteinele sunt la fel .

Informații despre structura primară a unei proteine codificat ca o secvență de nucleotide într-o secțiune a unei molecule de ADN, gena - o unitate de informație ereditară a unui organism. Fiecare moleculă de ADN conține multe gene. Totalitatea tuturor genelor unui organism îl formează genotip . În acest fel,

O genă este o unitate de informații ereditare a unui organism, care corespunde unei secțiuni separate a ADN-ului

Informațiile ereditare sunt codificate folosind cod genetic , care este universal pentru toate organismele și diferă doar prin alternanța nucleotidelor care formează gene și codifică proteinele unor organisme specifice.

Cod genetic constă din tripleți (tripleți) de nucleotide ADN, combinate în diferite secvențe (AAT, HCA, ACG, THC etc.), fiecare dintre ele codifică un aminoacid specific (care va fi încorporat în lanțul polipeptidic).

De fapt cod conteaza secvența de nucleotide dintr-o moleculă de i-ARN , deoarece elimină informații din ADN (procesul transcrieri ) și îl traduce într-o secvență de aminoacizi din moleculele proteinelor sintetizate (proces emisiuni ).
Compoziția ARNm include nucleotide A-C-G-U, ale căror tripleți se numesc codoni : tripletul ADN CHT de pe ARNm va deveni tripletul HCA, iar tripletul AAG ADN va deveni tripletul UUC. Exact codoni i-ARN reflectă codul genetic din înregistrare.

În acest fel, cod genetic - un sistem unificat pentru înregistrarea informațiilor ereditare în moleculele de acid nucleic sub forma unei secvențe de nucleotide . Codul genetic se bazează pe utilizarea unui alfabet format din doar patru litere nucleotidice care diferă în baze azotate: A, T, G, C.

Principalele proprietăți ale codului genetic:

1. Cod genetic triplet. Un triplet (codon) este o secvență de trei nucleotide care codifică un aminoacid. Deoarece proteinele conțin 20 de aminoacizi, este evident că fiecare dintre ei nu poate fi codificat de o singură nucleotidă ( deoarece există doar patru tipuri de nucleotide în ADN, în acest caz 16 aminoacizi rămân necodați). Două nucleotide pentru codificarea aminoacizilor nu sunt, de asemenea, suficiente, deoarece în acest caz pot fi codificați doar 16 aminoacizi. Mijloace, cel mai mic număr trebuie să existe cel puțin trei nucleotide care codifică un aminoacid. În acest caz, numărul de tripleți posibili de nucleotide este 43 = 64.

2. Redundanță (degenerare) Codul este o consecință a naturii sale triplete și înseamnă că un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete (deoarece există 20 de aminoacizi și există 64 de tripleți), cu excepția metioninei și triptofanului, care sunt codificați doar de un singur triplet. În plus, unii tripleți îndeplinesc funcții specifice: în molecula de ARNm, tripleții UAA, UAG, UGA sunt codoni terminali, adică. Stop-semnale care opresc sinteza lantului polipeptidic. Tripletul corespunzător metioninei (AUG), aflat la începutul lanțului ADN, nu codifică un aminoacid, ci îndeplinește funcția de inițiere (excitantă) a citirii.

3. Neambiguitate cod - împreună cu redundanța, codul are proprietatea unicitatea : fiecare codon se potrivește numai unu aminoacid specific.

4. Coliniaritate cod, adică secvența de nucleotide dintr-o genă exact corespunde secvenței de aminoacizi din proteină.

5. Cod genetic nesuprapune și compacte , adică nu conține „semne de punctuație”. Aceasta înseamnă că procesul de citire nu permite posibilitatea suprapunerii coloanelor (triplete) și, începând de la un anumit codon, citirea merge continuu triplu cu triplet până Stop-semnale ( codoni de terminare).

6. Cod genetic universal , adică genele nucleare ale tuturor organismelor codifică informații despre proteine în același mod, indiferent de nivelul de organizare și poziție sistematică aceste organisme.

Exista tabele de coduri genetice pentru decriptare codoni i-ARN și construirea lanțurilor de molecule de proteine.

Reacții de sinteză a matricei.

În sistemele vii, există reacții necunoscute în natura neînsuflețită - reacții de sinteză a matricei.

Termenul "matrice" in tehnologie denota forma folosita la turnarea monedelor, medaliilor, tipul tipografic: metalul calit reproduce exact toate detaliile formei folosite la turnare. Sinteza matricei seamănă cu o turnare pe o matrice: moleculele noi sunt sintetizate în strictă conformitate cu planul stabilit în structura moleculelor deja existente.

Principiul matricei se află in nucleu cele mai importante reacții sintetice ale celulei, cum ar fi sinteza acizilor nucleici și a proteinelor. În aceste reacții, este furnizată o secvență exactă, strict specifică de unități monomerice din polimerii sintetizați.

Aici este direcțional trăgând monomerii într-o anumită locație celule - în molecule care servesc drept matrice în care are loc reacția. Dacă astfel de reacții ar avea loc ca urmare a unei coliziuni aleatorii a moleculelor, ele ar proceda infinit lent. Sinteza moleculelor complexe pe baza principiului matricei se realizează rapid și precis. Rolul matricei macromoleculele acizilor nucleici joacă în reacțiile matriceale ADN sau ARN .

molecule monomerice, din care se sintetizează polimerul - nucleotide sau aminoacizi - în conformitate cu principiul complementarității sunt dispuse și fixate pe matrice într-o ordine strict definită, predeterminată.

Apoi vine „reticulare” unităților monomerice într-un lanț polimeric, iar polimerul finit este scăpat din matrice.

După aceea matricea gata la asamblarea unei noi molecule de polimer. Este clar că, la fel cum o singură monedă, o literă poate fi turnată pe o matriță dată, la fel doar un polimer poate fi „asamblat” pe o anumită moleculă de matrice.

Tipul matricei de reacții- o caracteristică specifică a chimiei sistemelor vii. Ele sunt baza proprietății fundamentale a tuturor viețuitoarelor - capacitatea sa de a reproduce propriul fel.

Reacții de sinteză a matricei

1. Replicarea ADN-ului - replicare (din lat. replicatio - reînnoire) - procesul de sinteză a unei molecule fiice de acid dezoxiribonucleic pe matricea moleculei de ADN părinte. În timpul diviziunii ulterioare a celulei mamă, fiecare celulă fiică primește o copie a unei molecule de ADN care este identică cu ADN-ul celulei mamă inițiale. Acest proces asigură transmiterea exactă a informațiilor genetice de la o generație la alta. Replicarea ADN-ului este realizată de un complex enzimatic complex, format din 15-20 de proteine diferite, numite replisome . Materialul pentru sinteză este nucleotidele libere prezente în citoplasma celulelor. sens biologic replicarea constă în transferul exact al informațiilor ereditare de la molecula părinte la cele fiice, care are loc în mod normal în timpul divizării celulelor somatice.

Molecula de ADN este formată din două catene complementare. Aceste lanțuri sunt ținute împreună prin legături slabe de hidrogen care pot fi rupte de enzime. Molecula de ADN este capabilă să se autodubleze (replicare), iar o nouă jumătate a acesteia este sintetizată pe fiecare jumătate veche a moleculei.
În plus, o moleculă de ARNm poate fi sintetizată pe o moleculă de ADN, care apoi transferă informația primită de la ADN la locul de sinteză a proteinei.

Transferul de informații și sinteza proteinelor urmează un principiu de matrice, comparabil cu munca unei tipografii într-o tipografie. Informațiile din ADN sunt copiate iar și iar. Dacă apar erori în timpul copierii, acestea vor fi repetate în toate copiile ulterioare.

Adevărat, unele erori în copierea informațiilor de către o moleculă de ADN pot fi corectate - procesul de eliminare a erorilor se numește reparatii. Prima dintre reacțiile în procesul de transfer al informațiilor este replicarea moleculei de ADN și sinteza de noi catene de ADN.

2. Transcriere (din latină transcriptio - rescriere) - procesul de sinteză a ARN folosind ca șablon ADN-ul, care are loc în toate celulele vii. Cu alte cuvinte, este transferul de informații genetice de la ADN la ARN.

Transcripția este catalizată de enzima ARN polimeraza dependentă de ADN. ARN polimeraza se deplasează de-a lungul moleculei de ADN în direcția 3 " → 5". Transcrierea constă din pași iniţierea, alungirea şi terminarea . Unitatea de transcriere este operonul, un fragment al moleculei de ADN format din promotor, fragment transcris și terminator . i-ARN constă dintr-o catenă și este sintetizat pe ADN în conformitate cu regula complementarității, cu participarea unei enzime care activează începutul și sfârșitul sintezei moleculei i-ARN.

Molecula de ARNm finită intră în citoplasmă pe ribozomi, unde are loc sinteza lanțurilor polipeptidice.

3. Difuzare (din lat. traducere- transfer, mișcare) - procesul de sinteză a proteinelor din aminoacizi pe matricea informațiilor (matricei) ARN (ARNm, ARNm) realizat de ribozom. Cu alte cuvinte, acesta este procesul de traducere a informațiilor conținute în secvența de nucleotide a i-ARN în secvența de aminoacizi din polipeptidă.

4. transcriere inversă este procesul de formare a ADN-ului dublu catenar pe baza informațiilor din ARN monocatenar. Acest proces se numește transcripție inversă, deoarece transferul de informații genetice are loc în direcția „inversă” față de transcripție. Ideea transcripției inverse a fost inițial foarte nepopulară, deoarece a fost împotriva dogmei centrale a biologiei moleculare, care presupunea că ADN-ul este transcris în ARN și apoi tradus în proteine.

Cu toate acestea, în 1970, Temin și Baltimore au descoperit în mod independent o enzimă numită revers transcriptază (revertază) , iar posibilitatea transcripției inverse a fost în sfârșit confirmată. În 1975, Temin și Baltimore au fost premiați Premiul Nobelîn domeniul fiziologiei și medicinei. Unii virusuri (cum ar fi virusul imunodeficienței umane care provoacă infecția cu HIV) au capacitatea de a transcrie ARN-ul în ADN. HIV are un genom ARN care se integrează în ADN. Ca rezultat, ADN-ul virusului poate fi combinat cu genomul celulei gazdă. Se numește principala enzimă responsabilă de sinteza ADN-ului din ARN revertase. Una dintre funcțiile reversease este de a crea ADN complementar (ADNc) din genomul viral. Enzima asociată ribonucleaza scindează ARN-ul, iar revertasea sintetizează ADNc din dubla helix ADN. cADN-ul este integrat în genomul celulei gazdă prin integrază. Rezultatul este sinteza proteinelor virale de către celula gazdă care formează noi viruși. În cazul HIV, este programată și apoptoza (moartea celulară) a limfocitelor T. În alte cazuri, celula poate rămâne un distribuitor de viruși.

Secvența reacțiilor matricei în biosinteza proteinelor poate fi reprezentată sub formă de diagramă.

În acest fel, biosinteza proteinelor este unul dintre tipurile schimb plastic, în timpul căreia informații ereditare, codificat în genele ADN, este realizat într-o anumită secvență de aminoacizi din moleculele proteice.

Moleculele de proteine sunt în esență lanțuri polipeptidice format din aminoacizi individuali. Dar aminoacizii nu sunt suficient de activi pentru a se conecta unul cu celălalt pe cont propriu. Prin urmare, înainte ca acestea să se combine între ele și să formeze o moleculă proteică, aminoacizii trebuie Activati . Această activare are loc sub acțiunea unor enzime speciale.

Ca urmare a activării, aminoacidul devine mai labil și, sub acțiunea aceleiași enzime, se leagă de t- ARN. Fiecare aminoacid corespunde unui t- strict specific ARN, care își găsește aminoacidul și rezistă acesta în ribozom.

Prin urmare, ribozomul primește diverse aminoacizi activați legați de lor T- ARN. Ribozomul este ca transportor pentru a asambla un lanț proteic din diverși aminoacizi care intră în el.

Simultan cu t-ARN, pe care „se așează” propriul său aminoacid. semnal» din ADN-ul care se află în nucleu. În conformitate cu acest semnal, una sau alta proteină este sintetizată în ribozom.

Influența direcțională a ADN-ului asupra sintezei proteinelor nu se realizează direct, ci cu ajutorul unui intermediar special - matrice sau ARN mesager (ARNm sau i-ARN), care sintetizat în nucleu Nu este influențat de ADN, așa că compoziția sa reflectă compoziția ADN-ului. Molecula de ARN este, parcă, o turnare sub formă de ADN. ARNm-ul sintetizat intră în ribozom și, așa cum ar fi, îl transferă în această structură plan- in ce ordine trebuie combinati intre ei aminoacizii activati care intra in ribozom pentru a sintetiza o anumita proteina. In caz contrar, informația genetică codificată în ADN este transferată la ARNm și apoi la proteine.

Molecula de ARNm intră în ribozom și fulgeră a ei. Segmentul care se află în acest momentîn ribozom codon (triplet), interactioneaza intr-un mod complet specific cu o structura potrivita acestuia triplet (anticodon)în ARN-ul de transfer care a adus aminoacidul în ribozom.

ARN de transfer cu aminoacidul său se apropie de un anumit codon al ARNm și conectează cu el; la următorul situs vecin al i-ARN unește alt ARNt cu alt aminoacidși așa mai departe până când se citește întregul lanț i-ARN, până când toți aminoacizii sunt înșirați în ordinea corespunzătoare, formând o moleculă de proteină. Și t-ARN, care a livrat aminoacidul într-un loc specific al lanțului polipeptidic, eliberat de aminoacidul săuși iese din ribozom.

Apoi, din nou în citoplasmă, aminoacidul dorit se poate alătura acestuia și îl va transfera din nou în ribozom. În procesul de sinteză a proteinelor, nu unul, ci mai mulți ribozomi, poliribozomi, sunt implicați simultan.

Principalele etape ale transferului de informații genetice:

1. Sinteză pe ADN ca pe un șablon de ARNm (transcripție)
2. Sinteza lanțului polipeptidic în ribozomi conform programului conținut în i-ARN (traducere) .

Etapele sunt universale pentru toate ființele vii, dar relațiile temporale și spațiale ale acestor procese diferă în pro- și eucariote.

La procariote transcripția și traducerea pot avea loc simultan deoarece ADN-ul este localizat în citoplasmă. La eucariote transcripția și translația sunt strict separate în spațiu și timp: în nucleu are loc sinteza diferitelor ARN-uri, după care moleculele de ARN trebuie să părăsească nucleul, trecând prin membrana nucleară. ARN-ul este apoi transportat în citoplasmă la locul sintezei proteinelor.

Vizualizări