Genetinis kodas yra paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema, pagrįsta tam tikru nukleotidų sekų kaitaliojimu DNR arba RNR, kurios sudaro kodonus, atitinkančius aminorūgštis baltyme.

Genetinio kodo savybės.

Genetinis kodas turi keletą savybių.

Trigubai.

Degeneracija arba perteklius.

Vienareikšmiškumas.

Poliškumas.

Nepersidengiantis.

Kompaktiškumas.

Universalumas.

Pažymėtina, kad kai kurie autoriai siūlo ir kitas kodo savybes, susijusias su į kodą įtrauktų nukleotidų cheminėmis savybėmis arba su atskirų aminorūgščių atsiradimo dažnumu organizmo baltymuose ir kt. Tačiau šios savybės išplaukia iš to, kas išdėstyta pirmiau, todėl mes jas ten apsvarstysime.

a. Trigubai. Genetinis kodas, kaip ir daugelis sudėtingai organizuotų sistemų, turi mažiausią struktūrinį ir mažiausią funkcinį vienetą. Tripletas yra mažiausias genetinio kodo struktūrinis vienetas. Jį sudaro trys nukleotidai. Kodonas yra mažiausias funkcinis genetinio kodo vienetas. Paprastai mRNR tripletai vadinami kodonais. Genetiniame kode kodonas atlieka keletą funkcijų. Pirma, pagrindinė jo funkcija yra ta, kad ji koduoja vieną aminorūgštį. Antra, kodonas gali nekoduoti aminorūgšties, tačiau šiuo atveju jis atlieka kitą funkciją (žr. toliau). Kaip matyti iš apibrėžimo, tripletas yra sąvoka, kuri apibūdina elementarus struktūrinis vienetas genetinis kodas (trys nukleotidai). kodonas apibūdina elementarus semantinis vienetas genomas – trys nukleotidai lemia vienos aminorūgšties prisijungimą prie polipeptidinės grandinės.

Elementarus struktūrinis vienetas iš pradžių buvo iššifruotas teoriškai, o vėliau eksperimentiškai patvirtintas jo egzistavimas. Iš tiesų, 20 aminorūgščių negali užkoduoti vienas ar du nukleotidai. pastarųjų yra tik 4. Trys iš keturių nukleotidų duoda 4 3 = 64 variantus, o tai daugiau nei apima gyvuose organizmuose esančių aminorūgščių skaičių (žr. 1 lentelę).

64 lentelėje pateikti nukleotidų deriniai turi dvi ypatybes. Pirma, iš 64 tripletų variantų tik 61 yra kodonai ir koduoja bet kurią aminorūgštį, jie vadinami jutimo kodonai. Trys trynukai nekoduoti

aminorūgštys a yra stabdymo signalai, žymintys vertimo pabaigą. Tokių trynukų yra trys UAA, UAG, UGA, jie taip pat vadinami „beprasmiais“ (nesąmonių kodonais). Dėl mutacijos, kuri yra susijusi su vieno nukleotido pakeitimu triplete kitu, iš jutimo kodono gali atsirasti beprasmis kodonas. Šis mutacijos tipas vadinamas nesąmonė mutacija. Jeigu toks stabdymo signalas susidaro geno viduje (jo informacinėje dalyje), tai baltymų sintezės metu šioje vietoje procesas bus nuolatos nutrūkęs – bus susintetinta tik pirmoji (prieš stop signalą) baltymo dalis. Asmuo, turintis tokią patologiją, patirs baltymų trūkumą ir patirs su šiuo trūkumu susijusius simptomus. Pavyzdžiui, tokia mutacija buvo rasta geno, koduojančio hemoglobino beta grandinę. Sintetinama sutrumpinta neaktyvi hemoglobino grandinė, kuri greitai sunaikinama. Dėl to susidaro hemoglobino molekulė, kurioje nėra beta grandinės. Akivaizdu, kad tokia molekulė vargu ar visiškai atliks savo pareigas. Yra rimta liga, kuri išsivysto pagal hemolizinės anemijos tipą (beta nulinė talasemija, iš graikiško žodžio „Talas“ – Viduržemio jūra, kur ši liga pirmą kartą buvo atrasta).

Stop kodonų veikimo mechanizmas skiriasi nuo jutimo kodonų veikimo mechanizmo. Tai išplaukia iš to, kad visiems kodonams, koduojantiems aminorūgštis, buvo rastos atitinkamos tRNR. Nesąmoningų kodonų tRNR nerasta. Todėl tRNR nedalyvauja baltymų sintezės stabdymo procese.

kodonasRUG (kartais GUG bakterijose) ne tik koduoja aminorūgštis metioniną ir valiną, bet irtransliacijos iniciatorius .

b. Degeneracija arba perteklius.

61 iš 64 tripletų koduoja 20 aminorūgščių. Toks trigubai viršijantis trigubų skaičių, palyginti su aminorūgščių skaičiumi, rodo, kad perduodant informaciją galima naudoti dvi kodavimo parinktis. Pirma, koduojant 20 aminorūgščių gali dalyvauti ne visi 64 kodonai, o tik 20, antra, aminorūgštys gali būti koduojamos keliais kodonais. Tyrimai parodė, kad gamta pasinaudojo pastaruoju variantu.

Jo pirmenybė aišku. Jei koduojant aminorūgštis dalyvautų tik 20 iš 64 tripletų variantų, tai 44 tripletai (iš 64) liktų nekoduoti, t.y. beprasmiai (nesąmonių kodonai). Anksčiau mes nurodėme, koks pavojingas ląstelės gyvybei yra koduojančio tripleto transformacija dėl mutacijos į nesąmoningą kodoną - tai žymiai sutrikdo normalų RNR polimerazės veikimą, galiausiai sukelia ligų vystymąsi. Šiuo metu mūsų genome yra trys nesąmonių kodonai, o dabar įsivaizduokite, kas nutiktų, jei nesąmonių kodonų skaičius padidėtų maždaug 15 kartų. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje normalių kodonų perėjimas prie nonsense kodonų bus nepamatuojamai didesnis.

Kodas, kuriame vieną aminorūgštį koduoja keli tripletai, vadinamas išsigimusiu arba pertekliniu. Beveik kiekviena aminorūgštis turi keletą kodonų. Taigi aminorūgštį leuciną gali koduoti šeši trynukai – UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. Valiną koduoja keturi trynukai, fenilalaniną – du ir tik triptofanas ir metioninas užkoduotas vienu kodonu. Iškviečiama savybė, kuri yra susijusi su tos pačios informacijos su skirtingais simboliais įrašymu degeneracija.

Vienai aminorūgščiai priskirtų kodonų skaičius gerai koreliuoja su aminorūgšties atsiradimo baltymuose dažniu.

Ir tai greičiausiai neatsitiktinai. Kuo dažnesnis aminorūgšties atsiradimas baltyme, tuo dažniau genome yra šios aminorūgšties kodonas, tuo didesnė tikimybė jį pažeisti mutageniniais veiksniais. Todėl aišku, kad mutavęs kodonas labiau koduos tą pačią aminorūgštį, jei ji yra labai išsigimusi. Žvelgiant iš šių pozicijų, genetinio kodo išsigimimas yra mechanizmas, apsaugantis žmogaus genomą nuo pažeidimų.

Pažymėtina, kad degeneracijos terminas molekulinėje genetikoje vartojamas ir kita prasme. Kadangi pagrindinė kodone esančios informacijos dalis patenka ant pirmųjų dviejų nukleotidų, trečioje kodono padėtyje esanti bazė pasirodo mažai svarbi. Šis reiškinys vadinamas „trečiosios bazės degeneracija“. Pastaroji savybė sumažina mutacijų poveikį. Pavyzdžiui, žinoma, kad pagrindinė raudonųjų kraujo kūnelių funkcija yra deguonies pernešimas iš plaučių į audinius ir anglies dvideginio iš audinių pernešimas į plaučius. Šią funkciją atlieka kvėpavimo pigmentas – hemoglobinas, kuris užpildo visą eritrocito citoplazmą. Jį sudaro baltyminė dalis – globinas, kurį koduoja atitinkamas genas. Be baltymų, hemoglobine yra hemo, kuriame yra geležies. Dėl globino genų mutacijų atsiranda įvairių hemoglobino variantų. Dažniausiai mutacijos yra susijusios su vieno nukleotido pakeitimas kitu ir naujo kodono atsiradimas gene, kuris hemoglobino polipeptidinėje grandinėje gali koduoti naują aminorūgštį. Triplete dėl mutacijos gali būti pakeistas bet kuris nukleotidas - pirmasis, antrasis ar trečiasis. Yra žinoma, kad keli šimtai mutacijų turi įtakos globino genų vientisumui. Netoliese 400 iš kurių yra susiję su pavienių nukleotidų pakeitimu gene ir atitinkamu aminorūgščių pakeitimu polipeptide. Iš jų tik 100 pakaitalai sukelia hemoglobino nestabilumą ir įvairias ligas nuo lengvos iki labai sunkios. 300 (apie 64 %) pakaitinių mutacijų neturi įtakos hemoglobino funkcijai ir nesukelia patologijos. Viena iš to priežasčių – minėtas „trečiosios bazės degeneracija“, kai pakeitus trečiąjį nukleotidą triplete, koduojančiame seriną, leuciną, proliną, argininą ir kai kurias kitas aminorūgštis, atsiranda sinonimo kodonas. koduojanti tą pačią aminorūgštį. Fenotipiškai tokia mutacija nepasireikš. Priešingai, bet koks pirmojo ar antrojo nukleotido pakeitimas triplete 100% atvejų sukelia naujo hemoglobino varianto atsiradimą. Tačiau net ir šiuo atveju gali nebūti sunkių fenotipinių sutrikimų. To priežastis yra hemoglobino aminorūgšties pakeitimas kita, panašia į pirmąją pagal fizikines ir chemines savybes. Pavyzdžiui, jei aminorūgštis, turinti hidrofilinių savybių, pakeičiama kita aminorūgštimi, bet su tomis pačiomis savybėmis.

Hemoglobinas susideda iš geležies porfirino grupės hemo (prie jos prisijungusios deguonies ir anglies dioksido molekulės) ir baltymo – globino. Suaugusiųjų hemoglobino (HbA) sudėtyje yra du identiški - grandinės ir dvi - grandinėlės. Molekulė - grandinėje yra 141 aminorūgšties liekana, - grandinėlė - 146, - ir -grandinės skiriasi daugybe aminorūgščių liekanų. Kiekvienos globino grandinės aminorūgščių seką koduoja savas genas. Koduojantis genas - grandinė yra ant trumposios 16 chromosomos rankos, -genas - trumpojoje 11 chromosomos rankoje. Geno kodavimo pasikeitimas - pirmojo ar antrojo nukleotido hemoglobino grandinė beveik visada lemia naujų aminorūgščių atsiradimą baltyme, hemoglobino funkcijų sutrikimą ir rimtų pasekmių pacientui. Pavyzdžiui, viename iš CAU (histidino) tripletų „C“ pakeitus „U“, atsiras naujas UAU tripletas, koduojantis kitą aminorūgštį – tiroziną.Fenotipiškai tai pasireikš sunkia liga .. A. panašus pakeitimas 63 pozicijoje - histidino polipeptido grandinė su tirozinu destabilizuos hemoglobiną. Vystosi liga methemoglobinemija. Dėl mutacijos glutamo rūgštis pakeičiama į valiną 6-oje padėtyje grandinė yra sunkios ligos – pjautuvinės anemijos – priežastis. Netęskime liūdno sąrašo. Atkreipiame dėmesį tik į tai, kad pakeitus pirmuosius du nukleotidus, aminorūgštis savo fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis gali atrodyti panaši į ankstesnę. Taigi, 2-ojo nukleotido pakeitimas viename iš tripletų, koduojančių glutamo rūgštį (GAA) -grandinė "Y" veda prie naujo tripleto (GUA), koduojančio valiną, atsiradimą, o pakeitus pirmąjį nukleotidą "A", susidaro AAA tripletas, koduojantis aminorūgšties liziną. Glutamo rūgštis ir lizinas yra panašios fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis – abu yra hidrofiliniai. Valinas yra hidrofobinė aminorūgštis. Todėl hidrofilinės glutamo rūgšties pakeitimas hidrofobiniu valinu reikšmingai pakeičia hemoglobino savybes, o tai galiausiai lemia pjautuvo pavidalo ląstelių anemijos vystymąsi, o hidrofilinės glutamo rūgšties pakeitimas hidrofiliniu lizinu hemoglobino funkciją keičia mažiau - pacientai. išsivysto lengva anemijos forma. Dėl trečiosios bazės pakeitimo naujasis tripletas gali koduoti tas pačias aminorūgštis kaip ir ankstesnė. Pavyzdžiui, jei CAH triplete uracilas buvo pakeistas citozinu ir atsirado CAC tripletas, tuomet fenotipinių pakitimų žmogui praktiškai nebus aptikta. Tai suprantama, nes Abu trynukai koduoja tą pačią aminorūgštį – histidiną.

Apibendrinant, tikslinga pabrėžti, kad genetinio kodo degeneracija ir trečiosios bazės degeneracija iš bendros biologinės padėties yra apsauginiai mechanizmai, kurie evoliucijoje yra įtraukti į unikalią DNR ir RNR struktūrą.

in. Vienareikšmiškumas.

Kiekvienas tripletas (išskyrus bereikšmes) koduoja tik vieną aminorūgštį. Taigi kodono – aminorūgšties kryptimi genetinis kodas yra vienareikšmis, aminorūgšties – kodono kryptimi – dviprasmiškas (išsigimęs).

nedviprasmiškas

kodono aminorūgštis

išsigimęs

Ir šiuo atveju genetinio kodo vienareikšmiškumo poreikis yra akivaizdus. Kitame variante to paties kodono vertimo metu į baltymų grandinę būtų įterpiamos skirtingos aminorūgštys ir dėl to susidarytų skirtingos pirminės struktūros ir skirtingų funkcijų baltymai. Ląstelės metabolizmas persijungtų į „vienas genas – keli polipeptidai“ veikimo režimą. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje genų reguliavimo funkcija būtų visiškai prarasta.

g. Poliškumas

Informacija iš DNR ir mRNR nuskaitoma tik viena kryptimi. Poliškumas yra būtinas norint apibrėžti aukštesnės eilės struktūras (antrinę, tretinę ir kt.). Anksčiau kalbėjome apie tai, kad žemesnės eilės struktūros lemia aukštesnės eilės struktūras. Tretinė struktūra ir aukštesnės eilės struktūros baltymuose susidaro iš karto, kai tik susintetinta RNR grandinė nutolsta nuo DNR molekulės arba polipeptidinė grandinė nutolsta nuo ribosomos. Nors laisvasis RNR arba polipeptido galas įgyja tretinę struktūrą, kitas grandinės galas vis tiek ir toliau sintetinamas DNR (jei RNR transkribuojama) arba ribosomoje (jei polipeptidas transkribuojamas).

Todėl vienakryptis informacijos skaitymo procesas (RNR ir baltymų sintezėje) yra būtinas ne tik nustatant nukleotidų ar aminorūgščių seką sintezuojamoje medžiagoje, bet ir standžiam antriniam, tretiniam ir kt. struktūros.

e. Nepersidengimas.

Kodas gali sutapti arba nesutapti. Daugumoje organizmų kodas nepersidengia. Kai kuriuose faguose rastas persidengiantis kodas.

Nepersidengiančio kodo esmė ta, kad vieno kodono nukleotidas tuo pačiu metu negali būti kito kodono nukleotidu. Jei kodas sutaptų, tai septynių nukleotidų seka (GCUGCUG) galėtų koduoti ne dvi aminorūgštis (alaninas-alaninas) (33 pav., A), kaip nepersidengiančio kodo atveju, o tris (jei vienas nukleotidas). yra dažnas) (33 pav., B) arba penkis (jei bendri du nukleotidai) (žr. 33 pav., C). Paskutiniais dviem atvejais bet kurio nukleotido mutacija sukeltų dviejų, trijų ir kt. sekos pažeidimą. amino rūgštys.

Tačiau buvo nustatyta, kad vieno nukleotido mutacija visada sutrikdo vienos aminorūgšties įtraukimą į polipeptidą. Tai yra svarbus argumentas, patvirtinantis, kad kodas nepersidengia.

Paaiškinkime tai 34 paveiksle. Paryškintos linijos rodo tripletus, koduojančius aminorūgštis, jei kodas nesutampa ir persidengia. Eksperimentai nedviprasmiškai parodė, kad genetinis kodas nesutampa. Nesigilindami į eksperimento detales, pažymime, kad jei nukleotidų sekoje pakeisime trečiąjį nukleotidą (žr. 34 pav.)At (pažymėta žvaigždute) į kitą, tada:

1. Naudojant nepersidengiantį kodą, šios sekos valdomas baltymas turėtų vienos (pirmosios) aminorūgšties (pažymėtos žvaigždutėmis) pakaitalą.

2. Jei A parinktyje sutampa kodas, dvi (pirmoji ir antroji) aminorūgštys (pažymėtos žvaigždutėmis) būtų pakeistos. Pagal B variantą pakeitimas paveiktų tris aminorūgštis (pažymėtas žvaigždutėmis).

Tačiau daugybė eksperimentų parodė, kad sulaužius vieną DNR nukleotidą, baltymas visada paveikia tik vieną aminorūgštį, o tai būdinga nesutampančiam kodui.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCC CUG

*** *** *** *** *** ***

Alaninas - Alaninas Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

nepersidengęs kodas persidengiantis kodas

Ryžiai. 34. Nepersidengiančio kodo buvimą genome paaiškinanti schema (paaiškinimas tekste).

Genetinio kodo nepersidengimas siejamas su kita savybe – informacijos skaitymas pradedamas nuo tam tikro taško – iniciacijos signalo. Toks iniciacijos signalas mRNR yra kodonas, koduojantis AUG metioniną.

Reikia pažymėti, kad žmogus vis dar turi nedaug genų, kurie nukrypsta nuo bendros taisyklės ir persidengia.

e. Kompaktiškumas.

Tarp kodonų nėra skyrybos ženklų. Kitaip tariant, trynukai nėra atskirti vienas nuo kito, pavyzdžiui, vienu beprasmiu nukleotidu. „Skyrybos ženklų“ nebuvimas genetiniame kode buvo įrodytas eksperimentais.

ir. Universalumas.

Kodas yra vienodas visiems Žemėje gyvenantiems organizmams. Tiesioginis genetinio kodo universalumo įrodymas buvo gautas lyginant DNR sekas su atitinkamomis baltymų sekomis. Paaiškėjo, kad visuose bakterijų ir eukariotų genomuose naudojami tie patys kodo reikšmių rinkiniai. Yra išimčių, bet ne tiek daug.

Pirmosios genetinio kodo universalumo išimtys buvo rastos kai kurių gyvūnų rūšių mitochondrijose. Tai buvo susiję su terminatoriaus kodonu UGA, kuris buvo toks pat kaip UGG kodonas, koduojantis aminorūgštį triptofaną. Taip pat rasta ir kitų retesnių nukrypimų nuo universalumo.

DNR kodų sistema.

Genetinis DNR kodas susideda iš 64 nukleotidų tripletų. Šie trynukai vadinami kodonais. Kiekvienas kodonas koduoja vieną iš 20 aminorūgščių, naudojamų baltymų sintezei. Tai suteikia tam tikro kodo pertekliaus: daugumą aminorūgščių koduoja daugiau nei vienas kodonas.
Vienas kodonas atlieka dvi tarpusavyje susijusias funkcijas: signalizuoja apie transliacijos pradžią ir koduoja aminorūgšties metionino (Met) įtraukimą į augančią polipeptidinę grandinę. DNR kodų sistema sukurta taip, kad genetinį kodą būtų galima išreikšti kaip RNR kodonus arba kaip DNR kodonus. RNR kodonai atsiranda RNR (mRNR) ir šie kodonai gali nuskaityti informaciją polipeptidų sintezės metu (procesas vadinamas vertimu). Bet kiekviena mRNR molekulė įgyja nukleotidų seką transkripcijos metu iš atitinkamo geno.

Visos aminorūgštys, išskyrus dvi (Met ir Trp), gali būti koduojamos 2–6 skirtingais kodonais. Tačiau daugumos organizmų genomas rodo, kad tam tikri kodonai yra palankesni už kitus. Pavyzdžiui, žmonėms alaniną GCC koduoja keturis kartus dažniau nei GCG. Tai tikriausiai rodo didesnį kai kurių kodonų vertimo aparato (pvz., ribosomos) vertimo efektyvumą.

Genetinis kodas yra beveik universalus. Tie patys kodonai priskiriami tai pačiai aminorūgščių atkarpai, o tie patys pradžios ir pabaigos signalai iš esmės yra vienodi gyvūnams, augalams ir mikroorganizmams. Tačiau buvo aptikta keletas išimčių. Dauguma jų apima vieno ar dviejų iš trijų stop kodonų priskyrimą aminorūgščiai.

Rusijos Federacijos švietimo ir mokslo ministerija, federalinė švietimo agentūra

Valstybinė aukštojo profesinio mokymo įstaiga "Altajaus valstybinis technikos universitetas, pavadintas I. I. Polzunovo vardu"

Gamtos mokslų ir sistemų analizės katedra

Esė tema "Genetinis kodas"

1. Genetinio kodo samprata

3. Genetinė informacija

Bibliografija

1. Genetinio kodo samprata

Genetinis kodas yra viena sistema, skirta įrašyti paveldimą informaciją nukleorūgščių molekulėse nukleotidų sekos forma, būdinga gyviems organizmams. Kiekvienas nukleotidas žymimas didžiąja raide, kuria prasideda azoto bazės, kuri yra jo dalis, pavadinimas: - A (A) adeninas; - G (G) guaninas; - C (C) citozinas; - T (T) timinas (DNR) arba U (U) uracilas (mRNR).

Genetinio kodo įgyvendinimas ląstelėje vyksta dviem etapais: transkripcija ir vertimas.

Pirmasis iš jų vyksta branduolyje; ji susideda iš mRNR molekulių sintezės atitinkamose DNR dalyse. Tokiu atveju DNR nukleotidų seka „perrašoma“ į RNR nukleotidų seką. Antrasis etapas vyksta citoplazmoje, ribosomose; šiuo atveju i-RNR nukleotidų seka paverčiama aminorūgščių seka baltyme: šiame etape dalyvauja perdavimo RNR (t-RNR) ir atitinkami fermentai.

2. Genetinio kodo savybės

1. Trigubas

Kiekvieną aminorūgštį koduoja 3 nukleotidų seka.

Tripletas arba kodonas yra trijų nukleotidų seka, koduojanti vieną aminorūgštį.

Kodas negali būti monopletinis, nes 4 (skirtingų nukleotidų skaičius DNR) yra mažesnis nei 20. Kodas negali būti dvigubas, nes 16 (4 nukleotidų derinių ir permutacijų skaičius po 2) yra mažesnis nei 20. Kodas gali būti tripletas, nes 64 (derinių ir permutacijų skaičius nuo 4 iki 3) yra didesnis nei 20.

2. Degeneracija.

Visas aminorūgštis, išskyrus metioniną ir triptofaną, koduoja daugiau nei vienas tripletas: 2 aminorūgštys 1 tripletas = 2 9 aminorūgštys 2 tripletai = 18 1 aminorūgštis 3 tripletai = 3 5 aminorūgštys 4 tripletai = 20 3 aminorūgštys 6 tripletai kiekvienas = 18 Iš viso 61 tripletas kodas 20 aminorūgščių.

3. Tarpgeninių skyrybos ženklų buvimas.

Genas yra DNR dalis, koduojanti vieną polipeptidinę grandinę arba vieną tRNR, rRNR arba sRNR molekulę.

tRNR, rRNR ir sRNR genai nekoduoja baltymų.

Kiekvieno geno, koduojančio polipeptidą, gale yra bent vienas iš 3 terminacinių kodonų arba stop signalų: UAA, UAG, UGA. Jie nutraukia transliaciją.

Paprastai AUG kodonas taip pat priklauso skyrybos ženklams – pirmam po lyderio sekos. Ji atlieka didžiosios raidės funkciją. Šioje padėtyje jis koduoja formilmetioniną (prokariotuose).

4. Unikalumas.

Kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį arba yra vertimo terminatorius.

Išimtis yra AUG kodonas. Prokariotuose pirmoje padėtyje (didžioji raidė) jis koduoja formilmetioniną, o bet kurioje kitoje pozicijoje – metioniną.

5. Kompaktiškumas arba intrageninių skyrybos ženklų nebuvimas.

Geno viduje kiekvienas nukleotidas yra reikšmingo kodono dalis.

1961 metais Seymouras Benzeris ir Francisas Crickas eksperimentiškai įrodė, kad kodas yra trigubas ir kompaktiškas.

Eksperimento esmė: „+“ mutacija – vieno nukleotido įterpimas. „-“ mutacija – vieno nukleotido praradimas. Viena „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina visą geną. Dviguba „+“ arba „-“ mutacija taip pat sugadina visą geną. Triguba „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina tik dalį jo. Keturguba „+“ arba „-“ mutacija vėl sugadina visą geną.

Eksperimentas įrodo, kad kodas yra tripletas ir geno viduje nėra skyrybos ženklų. Eksperimentas buvo atliktas su dviem gretimais fagų genais ir, be to, parodė, kad tarp genų yra skyrybos ženklų.

3. Genetinė informacija

Genetinė informacija – tai organizmo savybių programa, gauta iš protėvių ir genetinio kodo pavidalu įterpta į paveldimas struktūras.

Daroma prielaida, kad genetinės informacijos formavimas vyko pagal schemą: geocheminiai procesai - mineralų susidarymas - evoliucinė katalizė (autokatalizė).

Gali būti, kad pirmieji primityvūs genai buvo mikrokristaliniai molio kristalai, o kiekvienas naujas molio sluoksnis išsirikiuoja pagal ankstesnio struktūrines ypatybes, tarsi iš jo gautų informaciją apie struktūrą.

Genetinės informacijos realizavimas vyksta baltymų molekulių sintezės procese, naudojant tris RNR: informacinę (mRNR), transportinę (tRNR) ir ribosominę (rRNR). Informacijos perdavimo procesas vyksta: - tiesioginio ryšio kanalu: DNR - RNR - baltymas; ir – grįžtamojo ryšio kanalu: aplinka – baltymas – DNR.

Gyvi organizmai geba priimti, saugoti ir perduoti informaciją. Be to, gyvi organizmai linkę kuo efektyviau panaudoti gautą informaciją apie save ir supantį pasaulį. Paveldima informacija, įterpta į genus ir reikalinga gyvam organizmui egzistuoti, vystytis ir daugintis, iš kiekvieno individo perduodama jo palikuonims. Ši informacija lemia organizmo vystymosi kryptį, o jo sąveikos su aplinka procese reakcija į jo individą gali būti iškreipta, taip užtikrinant palikuonių vystymosi raidą. Gyvo organizmo evoliucijos procese atsiranda ir įsimenama nauja informacija, įskaitant informacijos vertės padidėjimą.

Įgyvendinant paveldimą informaciją tam tikromis aplinkos sąlygomis, susiformuoja tam tikros biologinės rūšies organizmų fenotipas.

Genetinė informacija lemia organizmo morfologinę sandarą, augimą, vystymąsi, medžiagų apykaitą, protinį sandėlį, polinkį į ligas ir genetinius organizmo defektus.

Daugelis mokslininkų, teisingai pabrėždami informacijos vaidmenį formuojantis ir evoliucijoje gyviems daiktams, pažymėjo šią aplinkybę kaip vieną iš pagrindinių gyvenimo kriterijų. Taigi, V.I. Karagodinas mano: „Gyvasis yra tokia informacijos ir jos užkoduotų struktūrų egzistavimo forma, kuri užtikrina šios informacijos atkūrimą tinkamomis aplinkos sąlygomis“. Informacijos ryšį su gyvenimu pažymi ir A.A. Lyapunovas: „Gyvybė yra labai sutvarkyta materijos būsena, kuri naudoja informaciją, užkoduotą atskirų molekulių būsenų, kad sukurtų nuolatines reakcijas“. Mūsų žinomas astrofizikas N.S. Kardaševas taip pat pabrėžia informacinį gyvenimo komponentą: „Gyvenimas atsiranda dėl galimybės susintetinti ypatingos rūšies molekules, kurios iš pradžių sugeba atsiminti ir panaudoti paprasčiausią informaciją apie aplinką ir savo struktūrą, kurią naudoja savisaugos tikslais. , dauginimuisi ir, kas mums ypač svarbu, gauti daugiau informacijos. Ekologas F. Tipleris savo knygoje „Nemirtingumo fizika“ atkreipia dėmesį į tokį gyvų organizmų gebėjimą kaupti ir perduoti informaciją: „Aš apibrėžiu gyvybę kaip kažkokią užkoduotą informaciją, kurią išsaugo natūrali atranka“. Be to, jis mano, kad jei taip yra, tai gyvenimo informacinė sistema yra amžina, begalinė ir nemirtinga.

Genetinio kodo atradimas ir molekulinės biologijos dėsnių nustatymas parodė, kad reikia derinti šiuolaikinę genetiką ir Darvino evoliucijos teoriją. Taip gimė nauja biologinė paradigma – sintetinė evoliucijos teorija (STE), kurią jau galima laikyti neklasikine biologija.

Pagrindinės Darvino evoliucijos idėjos su jo triada – paveldimumas, kintamumas, natūrali atranka – šiuolaikiniu gyvojo pasaulio evoliucijos požiūriu yra papildytos ne tik natūralios, bet ir genetiškai nulemtos atrankos idėjomis. Sintetinės arba bendrosios evoliucijos raidos pradžia galima laikyti S.S. Četverikovą apie populiacijos genetiką, kurioje buvo įrodyta, kad atrenkami ne atskiri bruožai ir individai, o visos populiacijos genotipas, tačiau tai atliekama per atskirų individų fenotipinius požymius. Tai lemia naudingų pokyčių plitimą visoje populiacijoje. Taigi evoliucijos mechanizmas įgyvendinamas tiek per atsitiktines mutacijas genetiniame lygmenyje, tiek per paveldimą vertingiausius bruožus (informacijos vertę!), kurie lemia mutacinių savybių prisitaikymą prie aplinkos, suteikiant gyvybingiausius palikuonis. .

Sezoniniai klimato pokyčiai, įvairios stichinės ar žmogaus sukeltos nelaimės, viena vertus, lemia genų pasikartojimo dažnio pokyčius populiacijose ir dėl to mažėja paveldimas kintamumas. Šis procesas kartais vadinamas genetiniu dreifu. Ir kita vertus, į įvairių mutacijų koncentracijos pokyčius ir populiacijoje esančių genotipų įvairovės sumažėjimą, dėl kurio gali pasikeisti atrankos kryptis ir intensyvumas.

4. Žmogaus genetinio kodo iššifravimas

2006 m. gegužę mokslininkai, dirbantys su žmogaus genomo sekos nustatymu, paskelbė visą genetinį 1 chromosomos žemėlapį, kuris buvo paskutinė nepilnai sekvenuota žmogaus chromosoma.

2003 m. buvo paskelbtas preliminarus žmogaus genetinis žemėlapis, žymintis oficialią Žmogaus genomo projekto pabaigą. Jos rėmuose buvo sekvenuoti genomo fragmentai, kuriuose yra 99% žmogaus genų. Genų identifikavimo tikslumas buvo 99,99%. Tačiau projekto pabaigoje tik keturios iš 24 chromosomų buvo visiškai sekvenuotos. Faktas yra tas, kad, be genų, chromosomose yra fragmentų, kurie nekoduoja jokių požymių ir nedalyvauja baltymų sintezėje. Šių fragmentų vaidmuo organizmo gyvenime vis dar nežinomas, tačiau vis daugiau mokslininkų linkę manyti, kad jų tyrimas reikalauja didžiausio dėmesio.

5 paskaita Genetinis kodas

Sąvokos apibrėžimas

Genetinis kodas yra sistema, skirta įrašyti informaciją apie aminorūgščių seką baltymuose, naudojant DNR nukleotidų seką.

Kadangi DNR tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje, kodas parašytas RNR kalba. RNR vietoj timino yra uracilo.

Genetinio kodo savybės

1. Trigubas

Kiekvieną aminorūgštį koduoja 3 nukleotidų seka.

Apibrėžimas: tripletas arba kodonas yra trijų nukleotidų seka, koduojanti vieną aminorūgštį.

Kodas negali būti monopletinis, nes 4 (skirtingų nukleotidų skaičius DNR) yra mažesnis nei 20. Kodas negali būti dvigubas, nes 16 (4 nukleotidų derinių ir permutacijų skaičius po 2) yra mažesnis nei 20. Kodas gali būti tripletas, nes 64 (derinių ir permutacijų skaičius nuo 4 iki 3) yra didesnis nei 20.

2. Degeneracija.

Visos aminorūgštys, išskyrus metioniną ir triptofaną, yra koduotos daugiau nei vienu tripletu:

2 AK už 1 trijulę = 2.

9 AK x 2 trynukai = 18.

1 AK 3 trynukai = 3.

5 AK x 4 tripletai = 20.

3 AK x 6 tripletai = 18.

Iš viso 61 tripletas koduoja 20 aminorūgščių.

3. Tarpgeninių skyrybos ženklų buvimas.

Apibrėžimas:

Gene yra DNR segmentas, koduojantis vieną polipeptidinę grandinę arba vieną molekulę tPHK, rRNR arbasPHK.

GenaitPHK, rPHK, sPHKbaltymai nekoduoja.

Kiekvieno geno, koduojančio polipeptidą, gale yra bent vienas iš 3 tripletų, koduojančių RNR stop kodonus arba stop signalus. MRNR jie atrodo taip: UAA, UAG, UGA . Jie nutraukia (baigia) transliaciją.

Paprastai kodonas taip pat taikomas skyrybos ženklams RUG - pirmasis po lyderio sekos. (Žr. 8 paskaitą) Atlieka didžiosios raidės funkciją. Šioje padėtyje jis koduoja formilmetioniną (prokariotuose).

4. Unikalumas.

Kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį arba yra vertimo terminatorius.

Išimtis yra kodonas RUG . Prokariotuose pirmoje padėtyje (didžioji raidė) jis koduoja formilmetioniną, o bet kurioje kitoje pozicijoje – metioniną.

5. Kompaktiškumas arba intrageninių skyrybos ženklų nebuvimas.
Geno viduje kiekvienas nukleotidas yra reikšmingo kodono dalis.

1961 m. Seymouras Benzeris ir Francisas Crickas eksperimentiškai įrodė, kad kodas yra trigubas ir kompaktiškas.

Eksperimento esmė: „+“ mutacija – vieno nukleotido įterpimas. „-“ mutacija – vieno nukleotido praradimas. Viena „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina visą geną. Dviguba „+“ arba „-“ mutacija taip pat sugadina visą geną.

Triguba „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina tik dalį jo. Keturguba „+“ arba „-“ mutacija vėl sugadina visą geną.

Eksperimentas tai įrodo kodas yra tripletas ir geno viduje nėra skyrybos ženklų. Eksperimentas buvo atliktas su dviem gretimais fagų genais ir, be to, parodė, skyrybos ženklų buvimas tarp genų.

6. Universalumas.

Visų Žemėje gyvenančių būtybių genetinis kodas yra vienodas.

„Burrell“ buvo atidarytas 1979 m idealusžmogaus mitochondrijų kodas.

Apibrėžimas:

„Idealus“ yra genetinis kodas, kuriame įvykdoma kvazidubleto kodo išsigimimo taisyklė: jei pirmieji du nukleotidai dviejuose tripletuose sutampa, o trečiieji priklauso tai pačiai klasei (abu yra purinai arba abu yra pirimidinai) , tada šie tripletai koduoja tą pačią aminorūgštį .

Bendrajame kode yra dvi šios taisyklės išimtys. Abu nukrypimai nuo idealaus universalaus kodo yra susiję su pagrindiniais dalykais: baltymų sintezės pradžia ir pabaiga:

kodonas	Universalus kodas	Mitochondrijų kodai
		Stuburiniai gyvūnai	Bestuburiai	Mielės	Augalai
	SUSTABDYTI				SUSTABDYTI
Su UA
A G A		SUSTABDYTI
		SUSTABDYTI			230 pakeitimų nekeičia užkoduotos aminorūgšties klasės. iki plėšomumo. 1956 metais Georgijus Gamovas pasiūlė persidengiančio kodo variantą. Pagal Gamow kodą kiekvienas nukleotidas, pradedant nuo trečiojo geno, yra 3 kodonų dalis. Iššifravus genetinį kodą paaiškėjo, kad jis nesutampa, t.y. kiekvienas nukleotidas yra tik vieno kodono dalis. Sutampančio genetinio kodo privalumai: kompaktiškumas, mažesnė baltymo struktūros priklausomybė nuo nukleotido įterpimo ar delecijos. Trūkumas: didelė baltymo struktūros priklausomybė nuo nukleotidų pakeitimo ir apribojimo kaimynams. 1976 metais buvo sekvenuota φX174 fago DNR. Jame yra 5375 nukleotidų viengrandė žiedinė DNR. Buvo žinoma, kad fagas koduoja 9 baltymus. 6 iš jų buvo nustatyti vienas po kito esantys genai. Paaiškėjo, kad yra sutapimas. E genas yra visiškai geno viduje D . Jo iniciacijos kodonas atsiranda dėl vieno nukleotido poslinkio skaityme. Gene J prasideda ten, kur baigiasi genas D . Genų iniciacijos kodonas J persidengia su geno terminaciniu kodonu D dėl dviejų nukleotidų poslinkio. Šis dizainas vadinamas „skaitymo rėmelio poslinkiu“ pagal nukleotidų skaičių, kuris nėra trijų kartotinis. Iki šiol sutapimas buvo parodytas tik keliuose faguose. DNR informacinis pajėgumas Žemėje yra 6 milijardai žmonių. Paveldima informacija apie juos uždarytas 6x10 9 spermatozoiduose. Įvairiais skaičiavimais, žmogus turi nuo 30 iki 50 tūkstantis genų. Visi žmonės turi ~30x1013 genų arba 30x1016 bazių porų, kurios sudaro 1017 kodonų. Vidutiniame knygos puslapyje yra 25x10 2 simboliai. 6x10 9 spermatozoidų DNR yra informacijos, kurios tūris prilygsta apytiksliai 4x10 13 knygos puslapių. Šie puslapiai užimtų 6 NSU pastatų erdvę. 6x10 9 spermatozoidai užima pusę antpirščio. Jų DNR užima mažiau nei ketvirtadalį antpirščio.

Jei reikia sintetinti baltymus, prieš ląstelę iškyla viena rimta problema – informacija DNR yra saugoma užkoduotos sekos pavidalu. 4 simboliai(nukleotidai) ir baltymai yra sudaryti iš 20 skirtingų simbolių(amino rūgštys). Jei bandysite vienu metu naudoti visus keturis simbolius aminorūgštims koduoti, gausite tik 16 derinių, o proteinogeninių aminorūgščių yra 20. Nepakanka ...

Šiuo atžvilgiu yra išradingo mąstymo pavyzdys:

"Paimkime, pavyzdžiui, žaidimų kortų kaladę, kurioje atkreipiame dėmesį tik į kortos kostiumą. Kiek galima gauti tos pačios rūšies trynukų? Žinoma, keturios: trys širdelės, trys deimantų, trys kastuvai ir trys lazdos. Kiek trijulių su dviem tos pačios spalvos kortomis ir viena iš kitos? Tarkime, kad turime keturis trečiosios kortelės pasirinkimus. Taigi turime 4x3 = 12 galimybių. Be to, mes turime keturis trynukus su visomis trimis skirtingomis kortomis. Taigi, 4 + 12 + 4 = 20, ir tai yra tikslus aminorūgščių, kurias norėjome gauti, skaičius “(George Gamow, anglas George Gamow, 1904–1968, sovietų ir amerikiečių teorinis fizikas, astrofizikas ir mokslo populiarintojas).

Iš tiesų, eksperimentai parodė, kad kiekvienai aminorūgščiai yra du privalomi nukleotidai ir trečias kintamasis, mažiau specifinis (" siūbavimo efektas"). Jei paimsite tris simbolius iš keturių, gausite 64 derinius, kurie labai sutampa su aminorūgščių skaičiumi. Taigi buvo nustatyta, kad bet kurią aminorūgštį koduoja trys nukleotidai. Ši trijulė vadinama kodonas. Jie, kaip jau minėta, yra 64 variantai. Trys iš jų nekoduoja jokios aminorūgšties, tai yra vadinamosios " nesąmonių kodonai"(Prancūzų kalba. ne jausmai– nesąmonė) arba „stop kodonai“.

Genetinis kodas

Genetinis (biologinis) kodas yra būdas užkoduoti informaciją apie baltymų struktūrą nukleotidų sekos pavidalu. Jis skirtas išversti keturių skaitmenų nukleotidų kalbą (A, G, U, C) į dvidešimties skaitmenų aminorūgščių kalbą. Jis turi būdingų savybių:

• Trigubai Trys nukleotidai sudaro kodoną, koduojantį aminorūgštį. Iš viso yra 61 jutimo kodonas.
• Specifiškumas(arba unikalumas) – kiekvienas kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį.
• degeneracija Viena aminorūgštis gali turėti kelis kodonus.
• Universalumas- biologinis kodas yra vienodas visų rūšių organizmams Žemėje (tačiau žinduolių mitochondrijose yra išimčių).
• Kolineariškumas- kodonų seka atitinka koduojamo baltymo aminorūgščių seką.
• nesutampa- trynukai nepersidengia vienas kito, išsidėstę vienas šalia kito.
• Trūksta skyrybos ženklų– tarp tripletų nėra papildomų nukleotidų ar kitų signalų.
• Vienakryptis- baltymų sintezės metu kodonų skaitymas vyksta nuosekliai, be spragų ar atsitraukimo.

Tačiau aišku, kad biologinis kodas negali pasireikšti be papildomų molekulių, atliekančių pereinamą funkciją arba adapterio funkcija.

Pernešimo RNR adapterio vaidmuo

Pernešimo RNR yra vienintelis tarpininkas tarp 4 raidžių nukleorūgščių sekos ir 20 raidžių baltymų sekos.

Kiekviena perdavimo RNR turi specifinę tripleto seką antikodono kilpoje ( antikodonas) ir gali prijungti tik tą antikodoną atitinkančią aminorūgštį. Būtent vieno ar kito antikodono buvimas tRNR lemia, kuri aminorūgštis bus įtraukta į baltymo molekulę, tk. nei ribosoma, nei mRNR neatpažįsta aminorūgšties.

Šiuo būdu, tRNR adapterio vaidmuo yra:

1. specifinis prisijungimas prie aminorūgščių,
2. specifiškai, atsižvelgiant į kodono ir antikodono sąveiką, prisijungia prie mRNR,
3. ir dėl to aminorūgščių įtraukimas į baltymų grandinę pagal mRNR informaciją.

Aminorūgščių prijungimą prie tRNR atlieka fermentas aminoacil-tRNR sintetazė, kuris turi specifiškumą dviem junginiams vienu metu: bet kuriai aminorūgščiai ir ją atitinkančiai tRNR. Reakcijai reikia dviejų makroerginių ATP ryšių. Aminorūgštis prisijungia prie tRNR akceptoriaus kilpos 3' galo per savo α-karboksilo grupę, ir ryšys tarp aminorūgšties ir tRNR tampa makroerginis. α-amino grupė lieka laisva.

Aminoacilo-tRNR sintezės reakcija

Kadangi yra apie 60 skirtingų tRNR, kai kurios aminorūgštys atitinka dvi ar daugiau tRNR. Vadinamos skirtingos tRNR, kurios prijungia tą pačią aminorūgštį izoakceptorius.

Organizmo metabolizme Pagrindinis vaidmuo priklauso baltymams ir nukleino rūgštims.
Baltyminės medžiagos sudaro visų gyvybiškai svarbių ląstelių struktūrų pagrindą, pasižymi neįprastai dideliu reaktyvumu ir turi katalizinių funkcijų.
Nukleino rūgštys yra svarbiausio ląstelės organo – branduolio, taip pat citoplazmos, ribosomų, mitochondrijų ir kt. dalis. Nukleino rūgštys vaidina svarbų, pirminį vaidmenį paveldimumo, kūno kintamumo ir baltymų sintezėje.

Planuoti sintezė baltymas kaupiamas ląstelės branduolyje, o tiesioginė sintezė vyksta už branduolio ribų, todėl būtina Pristatymo paslauga užkoduotas planą nuo branduolio iki sintezės vietos. Šią pristatymo paslaugą atlieka RNR molekulės.

Procesas prasideda nuo šerdis ląstelės: dalis DNR „kopėčių“ išsivynioja ir atsiveria. Dėl šios priežasties RNR raidės sudaro ryšius su vienos iš DNR grandžių atviromis DNR raidėmis. Fermentas perkelia RNR raides, kad sujungtų jas į siūlą. Taigi DNR raidės „perrašomos“ į RNR raides. Naujai susidariusi RNR grandinė atsiskiria, o DNR „kopėčios“ vėl susisuka. Informacijos nuskaitymo iš DNR ir jos RNR šablono sintezės procesas vadinamas transkripcija , o susintetinta RNR vadinama informacine arba i-RNR .

Po tolesnių modifikacijų tokia užkoduota mRNR yra paruošta. i-RNR išeina iš branduolio ir eina į baltymų sintezės vietą, kur iššifruojamos raidės i-RNR. Kiekvienas trijų i-RNR raidžių rinkinys sudaro "raidę", kuri reiškia vieną konkrečią aminorūgštį.

Kitas RNR tipas ieško šios aminorūgšties, sugauna ją fermento pagalba ir pristato į baltymų sintezės vietą. Ši RNR vadinama perdavimo RNR arba tRNR. Skaitant ir išverčiant mRNR pranešimą, aminorūgščių grandinė auga. Ši grandinė susisuka ir susilanksto į unikalią formą, sukurdama vienos rūšies baltymus. Net baltymų lankstymo procesas yra nepaprastas: naudokite kompiuterį, kad suskaičiuotumėte viską galimybės vidutinio dydžio baltymui, susidedančiam iš 100 aminorūgščių, sulankstyti prireiktų 1027 (!) metų. O 20 aminorūgščių grandinės susidarymas organizme užtrunka ne ilgiau kaip vieną sekundę, ir šis procesas nuolat vyksta visose kūno ląstelėse.

Genai, genetinis kodas ir jo savybės.

Žemėje gyvena apie 7 milijardai žmonių. Išskyrus 25-30 milijonų porų identiškų dvynių, tada genetiškai visi žmonės skirtingi : kiekvienas yra unikalus, turi unikalių paveldimų savybių, charakterio bruožų, sugebėjimų, temperamento.

Tokie skirtumai paaiškinami genotipų skirtumai- organizmo genų rinkiniai; kiekvienas yra unikalus. Įkūnyti tam tikro organizmo genetiniai bruožai baltymuose - Vadinasi, vieno žmogaus baltymo struktūra, nors ir nežymiai, skiriasi nuo kito žmogaus baltymo.

Tai nereiškia kad žmonės neturi lygiai tokių pačių baltymų. Baltymai, atliekantys tas pačias funkcijas, gali būti vienodi arba labai nežymiai skirtis viena ar dviem aminorūgštimis. Bet neegzistuoja žmonių Žemėje (išskyrus identiškus dvynius), kurioje būtų visi baltymai yra tas pats .

Informacija apie pirminę baltymo struktūrą užkoduota kaip nukleotidų seka DNR molekulės dalyje, genas – organizmo paveldimos informacijos vienetas. Kiekvienoje DNR molekulėje yra daug genų. Jį sudaro visų organizmo genų visuma genotipas . Šiuo būdu,

Genas – tai paveldimos organizmo informacijos vienetas, atitinkantis atskirą DNR sekciją

Paveldima informacija yra užkoduota naudojant genetinis kodas , kuri yra universali visiems organizmams ir skiriasi tik genus formuojančių ir specifinių organizmų baltymus koduojančių nukleotidų kaita.

Genetinis kodas susideda iš DNR nukleotidų tripletų (tripletų), kurie susijungia į skirtingas sekas (AAT, HCA, ACH, THC ir kt.), kurių kiekviena koduoja specifinę aminorūgštį (kuri bus įterpta į polipeptidinę grandinę).

Tiesą sakant kodas skaičiuoja i-RNR molekulės nukleotidų seka , nes pašalina informaciją iš DNR (procesas transkripcijos ) ir paverčia ją aminorūgščių seka sintezuotų baltymų molekulėse (procesas transliacijos ).
MRNR sudėtis apima nukleotidus A-C-G-U, kurių tripletai vadinami kodonai : CHT DNR tripletas ant mRNR taps HCA tripletu, o AAG DNR tripletas taps UUC tripletu. Būtent i-RNR kodonai atspindi įraše esantį genetinį kodą.

Šiuo būdu, genetinis kodas - vieninga paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema nukleotidų sekos pavidalu . Genetinis kodas pagrįstas abėcėlės, kurią sudaro tik keturios nukleotidų raidės, kurios skiriasi azoto bazėmis: A, T, G, C, naudojimu.

Pagrindinės genetinio kodo savybės:

1. Genetinis kodas trynukas. Tripletas (kodonas) yra trijų nukleotidų seka, koduojanti vieną aminorūgštį. Kadangi baltymuose yra 20 aminorūgščių, akivaizdu, kad kiekvieno iš jų negali užkoduoti vienas nukleotidas ( kadangi DNR yra tik keturių tipų nukleotidai, šiuo atveju 16 aminorūgščių lieka nekoduotos). Dviejų nukleotidų aminorūgštims koduoti taip pat nepakanka, nes šiuo atveju galima užkoduoti tik 16 aminorūgščių. Tai reiškia, kad mažiausias nukleotidų, koduojančių vieną aminorūgštį, skaičius turi būti bent trys. Šiuo atveju galimų nukleotidų tripletų skaičius yra 43 = 64.

2. Perteklius (degeneracija) Kodas yra jo tripleto pobūdžio pasekmė ir reiškia, kad vieną aminorūgštį gali koduoti keli tripletai (kadangi aminorūgščių yra 20, o tripletai yra 64), išskyrus metioniną ir triptofaną, kuriuos koduoja tik vienas trynukas. Be to, kai kurie trynukai atlieka specifines funkcijas: iRNR molekulėje tripletai UAA, UAG, UGA yra baigiamieji kodonai, t.y. sustabdyti-signalai, sustabdantys polipeptidinės grandinės sintezę. Metioniną atitinkantis tripletas (AUG), stovintis DNR grandinės pradžioje, nekoduoja aminorūgšties, o atlieka skaitymo inicijavimo (jaudinimo) funkciją.

3. Vienareikšmiškumas kodas – kartu su atleidimu kodas turi savybę unikalumas : kiekvienas kodonas atitinka tik vienas specifinė aminorūgštis.

4. Kolineariškumas kodas, t.y. nukleotidų seka geno tiksliai atitinka aminorūgščių seką baltyme.

5. Genetinis kodas nepersidengiantis ir kompaktiškas , t.y. nėra „skyrybos ženklų“. Tai reiškia, kad skaitymo procesas neleidžia sutapti stulpelių (tripletų), o, pradedant nuo tam tikro kodono, skaitymas vyksta nuolat trigubai po tripleto, kol sustabdyti- signalai ( pabaigos kodonai).

6. Genetinis kodas Universalus , t.y., visų organizmų branduoliniai genai informaciją apie baltymus koduoja vienodai, nepriklausomai nuo šių organizmų organizavimo lygio ir sisteminės padėties.

Egzistuoti genetinių kodų lentelės iššifravimui kodonai i-RNR ir baltymų molekulių grandinių kūrimo.

Matricos sintezės reakcijos.

Gyvose sistemose vyksta reakcijos, kurių negyvoji gamta nežino. matricos sintezės reakcijos.

Terminas "matrica" technikoje jie žymi formą, naudojamą liejant monetas, medalius, tipografinį tipą: grūdintas metalas tiksliai atkartoja visas liejant naudojamos formos detales. Matricos sintezė primena liejimą ant matricos: naujos molekulės sintetinamos griežtai laikantis plano, nustatyto jau esamų molekulių struktūroje.

Matricos principas slypi esme svarbiausios ląstelės sintetinės reakcijos, tokios kaip nukleorūgščių ir baltymų sintezė. Šiose reakcijose pateikiama tiksli, griežtai specifinė monomerinių vienetų seka susintetintuose polimeruose.

Čia yra kryptingas traukiant monomerus į tam tikrą vietą ląstelės – į molekules, kurios tarnauja kaip matrica, kurioje vyksta reakcija. Jei tokios reakcijos įvyktų dėl atsitiktinio molekulių susidūrimo, jos vyktų be galo lėtai. Sudėtingų molekulių sintezė, pagrįsta matricos principu, atliekama greitai ir tiksliai. Matricos vaidmuo nukleorūgščių makromolekulės vaidina matricos reakcijose DNR arba RNR .

monomerinės molekulės, iš kurių sintetinamas polimeras – nukleotidai arba aminorūgštys – pagal komplementarumo principą yra išdėstyti ir fiksuojami ant matricos griežtai apibrėžta, iš anksto nustatyta tvarka.

Tada ateina monomerų vienetų „sujungimas“ į polimero grandinę, o gatavas polimeras nuleidžiamas iš matricos.

Po to paruošta matrica prie naujos polimero molekulės surinkimo. Akivaizdu, kad kaip ant tam tikros formos galima išlieti tik vieną monetą, vieną raidę, taip ant tam tikros matricos molekulės galima „surinkti“ tik vieną polimerą.

Matricos tipo reakcijos- specifinis gyvųjų sistemų chemijos bruožas. Jie yra pagrindinės visų gyvų būtybių savybės – jos gebėjimo daugintis – pagrindas.

Matricos sintezės reakcijos

1. DNR replikacija - replikacija (iš lot. replicatio - atsinaujinimas) - dukterinės dezoksiribonukleino rūgšties molekulės sintezės procesas ant pirminės DNR molekulės matricos. Vėlesnio motininės ląstelės dalijimosi metu kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną DNR molekulės kopiją, kuri yra identiška pradinės motininės ląstelės DNR. Šis procesas užtikrina tikslų genetinės informacijos perdavimą iš kartos į kartą. DNR replikaciją vykdo sudėtingas fermentų kompleksas, susidedantis iš 15-20 skirtingų baltymų, vadinamų atgrasus . Sintezės medžiaga yra laisvieji nukleotidai, esantys ląstelių citoplazmoje. Biologinė replikacijos prasmė slypi tikslioje paveldimos informacijos perdavimui iš pirminės molekulės dukterinėms molekulėms, o tai paprastai vyksta dalijantis somatinėms ląstelėms.

DNR molekulė susideda iš dviejų vienas kitą papildančių grandžių. Šias grandines laiko silpni vandenilio ryšiai, kuriuos gali suardyti fermentai. DNR molekulė gali savaime padvigubėti (replikuotis), o ant kiekvienos senosios molekulės pusės sintetinama nauja jos pusė.
Be to, ant DNR molekulės gali būti susintetinta mRNR molekulė, kuri vėliau iš DNR gautą informaciją perduoda į baltymų sintezės vietą.

Informacijos perdavimas ir baltymų sintezė vyksta matricos principu, prilygstančiam spaustuvės darbui spaustuvėje. Informacija iš DNR yra kopijuojama vėl ir vėl. Jei kopijavimo metu įvyksta klaidų, jos pasikartos visose kitose kopijose.

Tiesa, kai kurias klaidas kopijuojant informaciją DNR molekule galima ištaisyti – klaidų šalinimo procesas vadinamas kompensacijos. Pirmoji iš reakcijų informacijos perdavimo procese yra DNR molekulės replikacija ir naujų DNR grandžių sintezė.

2. Transkripcija (iš lot. transcriptio – perrašymas) – RNR sintezės procesas naudojant DNR kaip šabloną, vykstantis visose gyvose ląstelėse. Kitaip tariant, tai genetinės informacijos perkėlimas iš DNR į RNR.

Transkripciją katalizuoja nuo DNR priklausoma RNR polimerazė. RNR polimerazė juda išilgai DNR molekulės kryptimi 3 " → 5". Transkripcija susideda iš žingsnių inicijavimas, pailgėjimas ir užbaigimas . Transkripcijos vienetas yra operonas, DNR molekulės fragmentas, susidedantis iš promotorius, transkribuotas fragmentas ir terminatorius . i-RNR susideda iš vienos grandinės ir yra sintetinama DNR pagal komplementarumo taisyklę dalyvaujant fermentui, kuris aktyvuoja i-RNR molekulės sintezės pradžią ir pabaigą.

Baigta mRNR molekulė patenka į citoplazmą ant ribosomų, kur vyksta polipeptidinių grandinių sintezė.

3. Transliacija (nuo lat. vertimas- perdavimas, judėjimas) - baltymų sintezės procesas iš aminorūgščių informacijos (matricos) RNR (mRNR, mRNR) matricoje, kurią atlieka ribosoma. Kitaip tariant, tai yra i-RNR nukleotidų sekoje esančios informacijos vertimo į aminorūgščių seką polipeptide procesas.

4. atvirkštinė transkripcija yra dvigrandės DNR formavimo procesas, pagrįstas informacija iš vienos grandinės RNR. Šis procesas vadinamas atvirkštine transkripcija, nes genetinės informacijos perdavimas vyksta „atvirkščia“ kryptimi, palyginti su transkripcija. Atvirkštinės transkripcijos idėja iš pradžių buvo labai nepopuliari, nes ji prieštarauja pagrindinei molekulinės biologijos dogmai, kuri manė, kad DNR yra transkribuojama į RNR, o vėliau paverčiama baltymais.

Tačiau 1970 m. Teminas ir Baltimorė nepriklausomai atrado fermentą, vadinamą atvirkštinė transkriptazė (revertazė) , ir galiausiai buvo patvirtinta atvirkštinės transkripcijos galimybė. 1975 metais Teminui ir Baltimorei buvo įteikta Nobelio fiziologijos ar medicinos premija. Kai kurie virusai (pvz., ŽIV infekciją sukeliantis žmogaus imunodeficito virusas) turi galimybę perrašyti RNR į DNR. ŽIV turi RNR genomą, kuris integruojasi į DNR. Dėl to viruso DNR gali būti sujungta su ląstelės šeimininkės genomu. Pagrindinis fermentas, atsakingas už DNR sintezę iš RNR, vadinamas atgręžti. Viena iš reverso funkcijų yra kurti komplementari DNR (cDNR) iš viruso genomo. Susijęs fermentas ribonukleazė skaldo RNR, o reversetazė sintetina cDNR iš DNR dvigubos spiralės. cDNR integrazės dėka integruojama į šeimininko ląstelės genomą. Rezultatas yra viruso baltymų sintezė šeimininko ląstelėse kurie formuoja naujus virusus. ŽIV atveju taip pat užprogramuota T-limfocitų apoptozė (ląstelių mirtis). Kitais atvejais ląstelė gali likti virusų platintoja.

Matricos reakcijų seka baltymų biosintezėje gali būti pavaizduota diagrama.

Šiuo būdu, baltymų biosintezė– tai viena iš plastinių mainų rūšių, kurios metu DNR genuose užkoduota paveldima informacija realizuojama tam tikroje aminorūgščių sekoje baltymų molekulėse.

Baltymų molekulės iš esmės yra polipeptidinės grandinės sudarytas iš atskirų aminorūgščių. Tačiau aminorūgštys nėra pakankamai aktyvios, kad susijungtų viena su kita. Todėl prieš joms susijungiant viena su kita ir suformuojant baltymo molekulę, aminorūgštys turi būti aktyvuoti . Šis aktyvinimas vyksta veikiant specialiems fermentams.

Dėl aktyvacijos aminorūgštis tampa labiau labili ir, veikiant tam pačiam fermentui, jungiasi prie t- RNR. Kiekviena aminorūgštis atitinka griežtai specifinę t- RNR, kuris suranda „savo“ aminorūgštį ir ištveria jis patenka į ribosomą.

Todėl ribosoma gauna įvairių su jomis susietos aktyvuotos aminorūgštys t- RNR. Ribosoma yra kaip konvejeris surinkti baltymų grandinę iš įvairių į ją patenkančių aminorūgščių.

Kartu su t-RNR, ant kurios "sėdi" jos pačios aminorūgštys, " signalas» iš DNR, esančios branduolyje. Pagal šį signalą ribosomoje sintetinamas vienas ar kitas baltymas.

DNR nukreipiamoji įtaka baltymų sintezei vykdoma ne tiesiogiai, o naudojant specialų tarpininką - matrica arba pasiuntinio RNR (mRNR arba i-RNR), kuris susintetinti į branduolį Jai DNR įtakos nedaro, todėl jos sudėtis atspindi DNR sudėtį. RNR molekulė yra tarsi išlieta iš DNR formos. Susintetinta mRNR patenka į ribosomą ir tarsi perkelia ją į šią struktūrą planą- kokia tvarka į ribosomą patenkančios aktyvuotos aminorūgštys turi būti sujungtos viena su kita, kad būtų susintetintas tam tikras baltymas. Priešingu atveju, genetinė informacija, užkoduota DNR, perkeliama į iRNR, o po to į baltymą.

iRNR molekulė patenka į ribosomą ir blyksniai ją. Nustatomas tas jo segmentas, kuris šiuo metu yra ribosomoje kodonas (tripletas), visiškai specifiniu būdu sąveikauja su jai tinkama struktūra tripletas (antikodonas) perdavimo RNR, kuri atnešė aminorūgštį į ribosomą.

Pernešimo RNR su savo aminorūgštimi artėja prie tam tikro mRNR kodono ir jungiasi su juo; į kitą, gretimą i-RNR vietą prisijungia prie kitos tRNR su skirtinga aminorūgštimi ir taip toliau, kol bus perskaityta visa i-RNR grandinė, kol visos aminorūgštys bus susuktos atitinkama tvarka, suformuojant baltymo molekulę. Ir t-RNR, kuri tiekė aminorūgštį į konkrečią polipeptidinės grandinės vietą, išlaisvintas iš savo aminorūgščių ir išeina iš ribosomos.

Tada vėl citoplazmoje norima aminorūgštis gali prisijungti prie jos, ir ji vėl perduos ją į ribosomą. Baltymų sintezės procese vienu metu dalyvauja ne viena, o kelios ribosomos – poliribosomos.

Pagrindiniai genetinės informacijos perdavimo etapai:

1. Sintezė ant DNR kaip ant mRNR šablono (transkripcija)
2. Polipeptidinės grandinės sintezė ribosomose pagal programą, esančią i-RNR (vertimas) .

Etapai yra universalūs visoms gyvoms būtybėms, tačiau šių procesų laiko ir erdvės santykiai skiriasi pro- ir eukariotuose.

At prokariotai transkripcija ir transliacija gali vykti vienu metu, nes DNR yra citoplazmoje. At eukariotas transkripcija ir transliacija yra griežtai atskirtos erdvėje ir laike: branduolyje vyksta įvairių RNR sintezė, po kurios RNR molekulės turi išeiti iš branduolio, pereidamos per branduolio membraną. Tada RNR pernešama citoplazmoje į baltymų sintezės vietą.