Po odkryciu zasady organizacji molekularnej substancji takiej jak DNA w 1953 r. zaczęła się rozwijać biologia molekularna. Ponadto w trakcie badań naukowcy odkryli, w jaki sposób DNA jest rekombinowane, jego skład i jak zorganizowany jest nasz ludzki genom.
Każdego dnia na poziomie molekularnym zachodzą złożone procesy. Jak ułożona jest cząsteczka DNA, z czego się składa? Jaką rolę odgrywają cząsteczki DNA w komórce? Porozmawiajmy szczegółowo o wszystkich procesach zachodzących w podwójnym łańcuchu.
Co to jest informacja dziedziczna?
Jak to się wszystko zaczęło? W 1868 roku znaleziono jądra bakterii. A w 1928 r. N. Koltsov wysunął teorię, że w DNA zaszyfrowana jest cała informacja genetyczna o żywym organizmie. Następnie J. Watson i F. Crick znaleźli w 1953 roku model znanej już helisy DNA, za co zasłużyli na uznanie i nagrodę – Nagrodę Nobla.
Czym w ogóle jest DNA? Substancja ta składa się z 2 połączonych nitek, a dokładniej spirali. Odcinek takiego łańcucha z pewną informacją nazywa się genem.
DNA przechowuje wszystkie informacje o tym, jakie białka zostaną utworzone iw jakiej kolejności. Makrocząsteczka DNA jest materialnym nośnikiem niezwykle obszernych informacji, zapisanych w ścisłej kolejności poszczególnych cegiełek - nukleotydów. W sumie są 4 nukleotydy, które uzupełniają się chemicznie i geometrycznie. Ta zasada komplementarności lub komplementarności w nauce zostanie opisana później. Zasada ta odgrywa kluczową rolę w kodowaniu i dekodowaniu informacji genetycznej.
Ponieważ nić DNA jest niewiarygodnie długa, w tej sekwencji nie ma powtórzeń. Każda żywa istota ma swoją unikalną nić DNA.
Funkcje DNA
Funkcje obejmują przechowywanie informacji dziedzicznych i przekazywanie ich potomstwu. Bez tej funkcji genom gatunku nie mógłby być zachowany i rozwijany przez tysiąclecia. Organizmy, które przeszły poważne mutacje genów, mają większe szanse na przeżycie lub utratę zdolności do rodzenia potomstwa. Istnieje więc naturalna ochrona przed degeneracją gatunku.
Kolejną istotną funkcją jest implementacja przechowywanych informacji. Komórka nie może wytworzyć żadnego ważnego białka bez instrukcji przechowywanych w podwójnej nici.
Skład kwasów nukleinowych
Teraz już niezawodnie wiadomo, z czego składają się same nukleotydy, budulec DNA. Zawierają 3 substancje:
- Kwas ortofosforowy.
- zasada azotowa. Zasady pirymidynowe - które mają tylko jeden pierścień. Należą do nich tymina i cytozyna. Zasady purynowe zawierające 2 pierścienie. Są to guanina i adenina.
- Sacharoza. DNA zawiera dezoksyrybozę, RNA zawiera rybozę.
Liczba nukleotydów jest zawsze równa liczbie zasad azotowych. W specjalnych laboratoriach nukleotyd jest rozszczepiany i izolowana jest z niego zasada azotowa. Badają więc indywidualne właściwości tych nukleotydów i możliwe w nich mutacje.
Poziomy organizacji informacji dziedzicznej
Istnieją 3 poziomy organizacji: genowy, chromosomalny i genomowy. Wszystkie informacje potrzebne do syntezy nowego białka zawarte są w małej części łańcucha - genie. Oznacza to, że gen jest uważany za najniższy i najprostszy poziom kodowania informacji.
Geny z kolei składają się w chromosomy. Dzięki takiej organizacji nosiciela materiału dziedzicznego grupy cech przeplatają się według określonych praw i są przekazywane z pokolenia na pokolenie. Należy zauważyć, że w ciele jest niewiarygodnie dużo genów, ale informacja nie jest tracona, nawet jeśli jest wielokrotnie rekombinowana.
Istnieje kilka rodzajów genów:
- zgodnie z ich przeznaczeniem funkcjonalnym wyróżnia się 2 typy: sekwencje strukturalne i regulacyjne;
- w zależności od wpływu na procesy zachodzące w komórce wyróżnia się geny superwitalne, letalne, warunkowo letalne oraz geny mutatorowe i antymutatorowe.
Geny są ułożone wzdłuż chromosomu w porządku liniowym. W chromosomach informacja nie jest przypadkowo skupiona, istnieje pewna kolejność. Istnieje nawet mapa pokazująca pozycje, czyli loci genów. Na przykład wiadomo, że dane dotyczące koloru oczu dziecka są zaszyfrowane w chromosomie numer 18.
Co to jest genom? Jest to nazwa całego zestawu sekwencji nukleotydowych w komórce ciała. Genom charakteryzuje cały gatunek, a nie pojedynczego osobnika.
Jaki jest kod genetyczny człowieka?
Faktem jest, że cały ogromny potencjał rozwoju człowieka jest zawarty już w okresie poczęcia. Wszystkie informacje dziedziczne, które są niezbędne do rozwoju zygoty i wzrostu dziecka po urodzeniu, są zaszyfrowane w genach. Sekcje DNA są najbardziej podstawowymi nośnikami informacji dziedzicznej.
Ludzie mają 46 chromosomów, czyli 22 pary somatyczne plus jeden chromosom determinujący płeć od każdego z rodziców. Ten diploidalny zestaw chromosomów koduje cały wygląd fizyczny człowieka, jego zdolności umysłowe i fizyczne oraz predyspozycje do chorób. Chromosomy somatyczne są na zewnątrz nie do odróżnienia, ale niosą różne informacje, ponieważ jeden z nich pochodzi od ojca, a drugi od matki.
Kod męski różni się od kodu żeńskiego ostatnią parą chromosomów - XY. Żeński zestaw diploidalny to ostatnia para, XX. Mężczyźni otrzymują jeden chromosom X od swojej biologicznej matki, a następnie przekazują go swoim córkom. Chromosom Y płci jest przekazywany synom.
Ludzkie chromosomy różnią się znacznie pod względem wielkości. Na przykład najmniejsza para chromosomów ma numer 17. A największa para to 1 i 3.
Średnica podwójnej helisy u człowieka wynosi zaledwie 2 nm. DNA jest tak ciasno zwinięte, że mieści się w małym jądrze komórki, chociaż po rozwinięciu będzie miało do 2 metrów długości. Długość helisy to setki milionów nukleotydów.
W jaki sposób przekazywany jest kod genetyczny?
Jaką rolę odgrywają cząsteczki DNA w komórce podczas podziału? Geny – nośniki dziedzicznej informacji – znajdują się w każdej komórce ciała. Aby przekazać swój kod organizmowi potomnemu, wiele stworzeń dzieli swoje DNA na 2 identyczne helisy. Nazywa się to replikacją. W procesie replikacji DNA rozwija się, a specjalne „maszyny” uzupełniają każdy łańcuch. Po rozwidleniu helisy genetycznej jądro i wszystkie organelle zaczynają się dzielić, a następnie cała komórka.
Ale dana osoba ma inny proces przenoszenia genów - seksualny. Znaki ojca i matki są mieszane, nowy kod genetyczny zawiera informacje od obojga rodziców.
Przechowywanie i przekazywanie informacji dziedzicznych jest możliwe dzięki złożonej organizacji helisy DNA. W końcu, jak powiedzieliśmy, struktura białek jest zaszyfrowana w genach. Raz stworzony w momencie poczęcia, ten kod będzie się kopiował przez całe życie. Kariotyp (osobisty zestaw chromosomów) nie zmienia się podczas odnawiania komórek narządu. Przekazywanie informacji odbywa się za pomocą gamet płciowych - męskiej i żeńskiej.
Tylko wirusy zawierające pojedynczą nić RNA nie są w stanie przekazać informacji swojemu potomstwu. Dlatego, aby się rozmnażać, potrzebują komórek ludzkich lub zwierzęcych.
Implementacja informacji dziedzicznej
W jądrze komórkowym nieustannie zachodzą ważne procesy. Wszystkie informacje zapisane w chromosomach są wykorzystywane do budowy białek z aminokwasów. Ale nić DNA nigdy nie opuszcza jądra, więc potrzebny jest tutaj inny ważny związek, RNA. Tylko RNA jest w stanie przeniknąć przez błonę jądrową i oddziaływać z łańcuchem DNA.
Dzięki interakcji DNA i 3 rodzajów RNA, wszystkie zakodowane informacje są realizowane. Na jakim poziomie jest wdrażanie informacji dziedzicznej? Wszystkie interakcje zachodzą na poziomie nukleotydów. Komunikator RNA kopiuje odcinek łańcucha DNA i przenosi tę kopię do rybosomu. Tutaj rozpoczyna się synteza nukleotydów nowej cząsteczki.
Aby mRNA skopiowało niezbędną część łańcucha, helisa rozwija się, a następnie, po zakończeniu procesu kodowania, jest ponownie odtwarzana. Co więcej, proces ten może zachodzić jednocześnie po 2 stronach 1 chromosomu.
Zasada komplementarności
Składają się z 4 nukleotydów - są to adenina (A), guanina (G), cytozyna (C), tymina (T). Są one połączone wiązaniami wodorowymi zgodnie z zasadą komplementarności. Prace E. Chargaffa pomogły ustalić tę regułę, ponieważ naukowiec zauważył pewne wzorce w zachowaniu tych substancji. E. Chargaff odkrył, że stosunek molowy adeniny do tyminy jest równy jeden. I w ten sam sposób stosunek guaniny do cytozyny jest zawsze równy jeden.
Na podstawie jego pracy genetycy stworzyli regułę interakcji nukleotydów. Zasada komplementarności mówi, że adenina łączy się tylko z tyminą, a guanina z cytozyną. Podczas dekodowania helisy i syntezy nowego białka w rybosomie ta zasada naprzemienności pomaga szybko znaleźć niezbędny aminokwas, który jest przyłączony do przenoszonego RNA.
RNA i jego rodzaje
Co to jest informacja dziedziczna? nukleotydy w podwójnej nici DNA. Co to jest RNA? Jaka jest jej praca? RNA, czyli kwas rybonukleinowy, pomaga wydobywać informacje z DNA, dekodować je i na zasadzie komplementarności tworzyć niezbędne komórkom białka.
W sumie izolowane są 3 rodzaje RNA. Każdy z nich spełnia ściśle swoją funkcję.
- Informacyjny (mRNA) lub jest również nazywany macierzą. Idzie prosto do środka komórki, do jądra. Znajduje w jednym z chromosomów materiał genetyczny niezbędny do budowy białka i kopiuje jeden z boków podwójnego łańcucha. Kopiowanie odbywa się ponownie zgodnie z zasadą komplementarności.
- Transport to mała cząsteczka, która po jednej stronie ma dekodery nukleotydów, a po drugiej aminokwasy odpowiadające głównemu kodowi. Zadaniem tRNA jest dostarczenie go do „warsztatu”, czyli na rybosom, gdzie syntetyzuje potrzebny aminokwas.
- rRNA jest rybosomalny. Kontroluje ilość produkowanego białka. Składa się z 2 części - miejsca aminokwasowego i peptydowego.
Jedyną różnicą podczas dekodowania jest to, że RNA nie zawiera tyminy. Zamiast tyminy obecny jest tu uracyl. Ale potem, w procesie syntezy białek, z tRNA, nadal prawidłowo ustala wszystkie aminokwasy. Jeśli występują błędy w dekodowaniu informacji, następuje mutacja.
Naprawa uszkodzonej cząsteczki DNA
Proces naprawy uszkodzonej podwójnej nici nazywa się naprawą. Podczas procesu naprawy uszkodzone geny są usuwane.
Następnie wymagana sekwencja elementów jest dokładnie odtwarzana i rozbija się z powrotem w tym samym miejscu łańcucha, z którego została wyodrębniona. Wszystko to dzieje się dzięki specjalnym chemikaliom - enzymom.
Dlaczego występują mutacje?
Dlaczego niektóre geny zaczynają mutować i przestają spełniać swoją funkcję - przechowywania ważnych informacji dziedzicznych? Jest to spowodowane błędem dekodowania. Na przykład, jeśli adenina zostanie przypadkowo zastąpiona tyminą.
Istnieją również mutacje chromosomowe i genomowe. Mutacje chromosomalne występują, gdy brakuje fragmentów informacji dziedzicznej, powielają się lub nawet przenoszą i integrują z innym chromosomem.
Najpoważniejsze są mutacje genomowe. Ich przyczyną jest zmiana liczby chromosomów. To znaczy, gdy zamiast pary w kariotypie występuje zestaw diploidalny, zestaw triploidalny.
Najbardziej znanym przykładem mutacji triploidalnej jest zespół Downa, w którym osobisty zestaw chromosomów wynosi 47. U takich dzieci 3 chromosomy powstają w miejsce 21. pary.
Istnieje również taka mutacja, jak poliploidia. Ale poliploidalność występuje tylko u roślin.
Kod genetyczny- sposób zapisania w cząsteczce DNA informacji o liczbie i kolejności aminokwasów w białku.
Nieruchomości:
Tripletity - jeden aminokwas jest kodowany przez trzy nukleotydy
Nienakładający się - ten sam nukleotyd nie może być jednocześnie częścią dwóch lub więcej trójek
Jednoznaczność (specyficzność) - określony kodon odpowiada tylko jednemu
Uniwersalność – kod genetyczny działa tak samo w organizmach o różnym stopniu złożoności – od wirusów po człowieka
Degeneracja (nadmiarowość) - kilka kodonów może odpowiadać temu samemu aminokwasowi.
14. Etapy implementacji informacji dziedzicznej u prokariontów i eukariontów.
Replikacja (synteza) DNA
Synteza DNA zawsze rozpoczyna się w ściśle określonych punktach. Enzym topoizomeraza rozwija helisę. Helikaza zrywa wiązania wodorowe między niciami DNA i tworzy widełki replikacyjne. Białka SSB zapobiegają ponownemu tworzeniu się wiązań wodorowych.
Prymaza RNA syntetyzuje krótkie fragmenty RNA (startery), które są przyłączone do końca 3'.
Polimeraza DNA zaczyna się od startera i syntetyzuje łańcuch potomny (5 „3”) -
Kierunek syntezy jednej nici DNA pokrywa się z kierunkiem ruchu widełek replikacyjnych, więc ta nić jest syntetyzowana w sposób ciągły. Tutaj synteza przebiega szybko. Kierunek syntezy drugiej nici jest przeciwny do kierunku syntezy widełek replikacyjnych. Dlatego synteza tego łańcucha zachodzi w postaci oddzielnych odcinków i przebiega powoli (fragmenty Okazaki).
Dojrzewanie DNA: cięcie starterów RNA, uzupełnianie brakujących nukleotydów, łączenie fragmentów DNA za pomocą ligazy. Topoizomeraza rozwija helisę.
Etapy wdrażania informacji dziedzicznej (u eukariontów)
1. Transkrypcja
2. Przetwarzanie
3. Tłumaczenie
4. Zmiany potranslacyjne
Audycja- synteza cząsteczki RNA na bazie cząsteczki DNA. Kluczowym enzymem jest polimeraza RNA.
Polimeraza RNA musi rozpoznać promotor i oddziaływać z nim. Promotor to specjalna sekcja DNA, która znajduje się przed informacyjną częścią genu. Interakcja z promotorem jest niezbędna do aktywacji polimerazy RNA. Po aktywacji polimeraza RNA rozrywa wiązania wodorowe między niciami DNA.
Synteza RNA zachodzi zawsze wzdłuż pewnej kodogennej nici DNA, na której promotor znajduje się bliżej końca 3'.
Synteza RNA zachodzi na zasadzie komplementarności i antyrównoległości.
Polimeraza RNA dociera do kodonu stop (kodon terminatora lub terminatora), co jest sygnałem do zatrzymania syntezy. Enzym jest inaktywowany, oddzielany od DNA i uwalniana jest nowo zsyntetyzowana cząsteczka DNA - pierwotny transkrypt - pro-RNA. Oryginalna struktura DNA zostaje przywrócona.
Cechy strukturalne genu eukariotycznego:
U eukariontów geny obejmują regiony o różnych funkcjach.
A) Introny - fragmenty DNA (gen), które nie kodują aminokwasów w białku
B) Eksony to odcinki DNA, które kodują aminokwasy w białku.
Nieciągły charakter genu odkryli Roberts i Sharpe (Nagroda Nob. 1903).
Liczba intronów i egzonów w różnych genach jest bardzo różna.
Przetwarzanie(dojrzewanie)
Pierwotny transkrypt dojrzewa i powstaje dojrzała cząsteczka informacyjnego RNA, która może uczestniczyć w syntezie białek na rybosomach.
Na 5" końcu RNA tworzy się specjalne miejsce (struktura) - CEP lub cap. CEP zapewnia interakcję z małą podjednostką rybosomu.
Na końcu 3" RNA przyłączonych jest od 100 do 200 cząsteczek nukleotydów zawierających adeninę (poliA). Podczas syntezy białek nukleotydy te są stopniowo odcinane, zniszczenie poliA jest sygnałem do zniszczenia cząsteczek RNA.
Grupa CH3 jest dodawana do niektórych nukleotydów RNA - metylacja. Zwiększa to odporność DNA na działanie enzymów cytoplazmatycznych.
Splicing - introny są wycinane, a egzony są zszywane. enzymy restrykcyjne usuwają, sieciują ligazę)
Dojrzały informacyjny RNA obejmuje:
Lider zapewnia wiązanie informacyjnego RNA z podjednostką rybosomu.
SC - kodon start - taki sam dla wszystkich informacyjnych RNA, koduje aminokwas
Region kodujący - koduje aminokwasy w białku.
Kodon stop - sygnał do zatrzymania syntezy białek.
Podczas przetwarzania następuje ścisła selekcja do cytoplazmy, około 10% cząsteczek z liczby pierwotnych transkryptów jest uwalnianych z jądra.
Splicing alternatywny
Osoba ma 25-30 tysięcy genów.
Jednak u ludzi wyizolowano około 100 tysięcy białek.
Splicing alternatywny to sytuacja, w której ten sam gen zapewnia syntezę tych samych cząsteczek proRNA w komórkach różnych tkanek. W różnych komórkach liczba i granice między eksonami i intronami są określane w różny sposób. W rezultacie z tych samych pierwotnych transkryptów uzyskuje się różne mRNA i syntetyzowane są różne białka.
Alternatywny splicing został udowodniony dla około 50% ludzkich genów.
Translacja to proces składania łańcucha peptydowego na rybosomach zgodnie z informacją zawartą w mRNA.
1. Inicjacja (początek)
2. Wydłużenie (wydłużenie cząsteczki)
3. Zakończenie (koniec)
Inicjacja.
Cząsteczka matrRNA kontaktuje się z małą podjednostką rybosomu za pomocą CEP. Lider RNA wiąże się z podjednostką rybosomu. TranspRNA, który przenosi kwaśną metioninę transportową, jest przyłączony do kodonu start. Następnie łączy się duża podjednostka rybosomu. W całym rybosomie powstają dwa centra aktywne: aminoacyl i peptydyl. Aminoacyl jest wolny, a peptydyl jest zajęty przez tRNA z metioniną.
Wydłużenie.
Centrum aminoacylowe zawiera mRNA, którego antykodon odpowiada kodonowi.
Następnie rybosom przesuwa się w stosunku do mRNA o kodon 1. W tym przypadku uwalniane jest centrum aminoacylowe. mRNA znajduje się w centrum peptydylowym i wiąże się z drugim aminokwasem. Proces jest cyklicznie powtarzany.
3. Wypowiedzenie
Kodon stop wchodzi do centrum aminoacylowego, które jest rozpoznawane przez specjalne białko, jest to sygnał do zatrzymania syntezy białka. Podjednostki rybosomu są rozdzielane, uwalniane jest mRNA, a polipeptyd jest ponownie syntetyzowany.
4. Zmiany potranslacyjne.
Podczas translacji powstaje pierwotna struktura polipeptydu, która nie wystarcza do pełnienia funkcji białka, więc białko się zmienia, co zapewnia jego aktywność.
Utworzony:
A) struktura drugorzędowa (wiązania wodorowe)
B) globula - struktura trzeciorzędowa (wiązania dwusiarczkowe)
C) struktura czwartorzędowa - hemoglobina
D) Glikozylacja - przyłączenie reszt cukrowych (przeciwciał) do białka
E) rozszczepienie dużego polipeptydu na kilka fragmentów.
Różnice w realizacji informacji dziedzicznej u prokariotów i eukariontów:
1. Prokarionty nie mają eksonów i intronów, więc nie ma etapów przetwarzania i składania.
2. U prokariotów transkrypcja i translacja zachodzą jednocześnie, tj. Trwa synteza RNA, a synteza DNA już się rozpoczyna.
3. U eukariontów synteza różnych typów RNA jest kontrolowana przez różne enzymy. U prokariotów wszystkie typy RNA są syntetyzowane przez jeden enzym.
4. U eukariontów każdy gen ma swój unikalny promotor, u prokariotów jeden promotor może kontrolować pracę kilku genów.
5. Tylko prokarioty mają system operonowy
W pierwszej ćwierci XXw. wykazano, że elementarne cechy dziedziczne wynikają z materialnych jednostek dziedziczności - genów zlokalizowanych w chromosomach, gdzie są one rozmieszczone sekwencyjnie jedna po drugiej w porządku liniowym. Na tej podstawie opracował T. X. Morgan chromosomowa teoria dziedziczności, za co otrzymał w 1933 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny „za odkrycia dotyczące roli chromosomów w dziedziczności”.
Naukowcy próbowali także określić „produkty” aktywności genów, czyli te cząsteczki, które są syntetyzowane w kontrolowanych przez nich komórkach. W pracach Ephrussiego, Beadle'a i Tatuma w przededniu II wojny światowej wysunięto pogląd, że geny wytwarzają białka, ale w tym celu gen musi przechowywać informacje potrzebne do syntezy określonego białka (enzymu). Złożony mechanizm realizacji informacji zawartej w DNA i jej translacji do postaci białka został odkryty dopiero w latach 60. ubiegłego wieku.
KOD GENETYCZNY Pomysł, że informacja o pierwszorzędowej strukturze białka jest zakodowana w genie, przedstawił F. Crick w swojej hipoteza sekwencji, zgodnie z którym sekwencja elementów strukturalnych genu determinuje sekwencję reszt aminokwasowych w syntetyzowanym łańcuchu polipeptydowym. Autor hipotezy zasugerował, że kod jest najprawdopodobniej trypletem, że jednostka kodująca jest reprezentowana przez trzy pary zasad DNA ułożone w określonej kolejności. Rzeczywiście, cztery pary zasad DNA: A-T, T-A, G-C, C-G - mogą kodować tylko 4 aminokwasy, jeśli przyjmiemy, że każda para odpowiada jednemu aminokwasowi. Wiadomo, że białka składają się z 20 podstawowych aminokwasów. Jeśli założymy, że każdy aminokwas odpowiada dwóm parom zasad, to można zakodować 16 aminokwasów (4 2). To również nie wystarczy. Z kodem trypletowym składającym się z czterech par zasad można utworzyć 64 kodony (4 3), co jest więcej niż wystarczające do zakodowania 20 aminokwasów. Eksperymentalne dowody na to, że kod genetyczny jest trypletowy, zostały opublikowane w 1961 r. (F. Crick i in.). W tym samym roku na V Międzynarodowym Kongresie Biochemicznym w Moskwie M. Nirenberg i J. Mattei opisali rozszyfrowanie pierwszego kodonu (UUU - kodon dla fenyloalaniny) i, co ważniejsze, zaproponowali metodę określania składu kodonów w bezkomórkowym systemie syntezy białek.
Od razu pojawiły się dwa pytania: czy kod się pokrywa i czy kod jest zdegenerowany?
Gdyby kodony zachodziły na siebie, to zastąpienie jednej pary zasad prowadziłoby do zastąpienia dwóch lub trzech aminokwasów jednocześnie w syntetyzowanym białku. W rzeczywistości tak się nie dzieje, a kod genetyczny jest brany pod uwagę nienakładające się.
Kod jest zdegenerowany ponieważ prawie każdy aminokwas jest związany z więcej niż jednym kodonem, co determinuje ich rozmieszczenie w strukturze pierwszorzędowej syntetyzowanego łańcucha polipeptydowego. Tylko dwa aminokwasy – metionina i tryptofan – są związane z pojedynczymi kodonami – odpowiednio AUG i UGG. Ułożenie każdego z trzech aminokwasów – argininy, leucyny i seryny – w pierwszorzędowej strukturze łańcucha polipeptydowego określa sześć kodonów itd. (patrz Tabela 3.2).
Wśród cech kodu genetycznego znajduje się również jego wszechstronność(jest to w zasadzie takie samo dla wszystkich żywych organizmów). Jednak znaleziono również wyjątki od tej reguły. W 1981 r. zakończono określanie pełnej sekwencji nukleotydowej ludzkiego mitochondrialnego DNA, zawierającej 16 569 par nukleotydowych. Uzyskane wyniki wskazują, że genomy mitochondrialne wyższych i niższych eukariontów, kodujące w przybliżeniu ten sam zestaw funkcji, charakteryzują się różnicami w znaczeniu semantycznym niektórych kodonów, regułami rozpoznawania antykodon-kodon oraz ogólną organizacją strukturalną. Okazało się więc, że w przeciwieństwie do zwykłego kodu uniwersalnego kodon AUA koduje metioninę zamiast izoleucyny, a trójki AGA i AGG nie są kodonami argininowymi, ale sygnałami terminacyjnymi. transmisje; tryptofan jest kodowany zarówno przez triplet UGG, jak i triplet UGA, który zwykle działa jako kodon terminatora.
W kodzie genetycznym różne kodony tego samego aminokwasu, czyli kodony synonimiczne, prawie zawsze leżą w tym samym kwadracie i różnią się od siebie ostatnim z trzech nukleotydów (jedynymi wyjątkami są kodony argininy, serenu i leucyny , z których każdy ma sześć kodonów , które nie mieszczą się w jednym kwadracie, w którym mieszczą się tylko cztery kodony). Kod genetyczny ma liniowy porządek odczytu i charakteryzuje się kolinearnością , tj. zbieżność kolejności ułożenia kodonów w mRNA z kolejnością ułożenia aminokwasów zsyntetyzowanego łańcucha półdipeptydowego.
SYNTEZABIAŁKO W KLATCE. Rozmnażanie i działanie genów są związane z procesami macierzowymi: syntezą makrocząsteczek - DNA, RNA, białek. Replikacja była już rozważana powyżej jako proces zapewniający reprodukcję informacji genetycznej. Współczesna teoria genu, będąca osiągnięciem genetyki molekularnej, opiera się całkowicie na sukcesie biochemii w badaniu procesów zachodzących w matrycy. I odwrotnie, metoda analizy genetycznej wnosi znaczący wkład w badanie procesów macierzowych, które same są pod kontrolą genetyczną. Rozważ działanie genu, który zapewnia transkrypcja, lub synteza RNA i audycja, lub synteza białek.
TranskrypcjaDNA, Ono - przeniesienie informacji genetycznej zakodowanej w sekwencji par nukleotydów z dwuniciowej cząsteczki DNA do jednoniciowej cząsteczki RNA. Matrycą do syntezy RNA jest tylko jedna nić DNA, tzw semantyczny.
W transkrypcji, podobnie jak w innych procesach macierzowych, istnieją trzy etapy: inicjacja, wydłużenie oraz zakończenie. Enzym, który przeprowadza ten proces, nazywa się polimerazą RNA zależną od DNA lub po prostu polimeraza RNA; w tym przypadku polimeryzacja polirybonukleotydu (RNA) zachodzi w kierunku od 5" do 3" końca rosnącego łańcucha.
Synteza enzymów i innych białek niezbędnych do życia i rozwoju organizmów zachodzi głównie w pierwszym etapie interfazy, przed rozpoczęciem replikacji DNA.
W wyniku transkrypcji dziedziczna informacja zapisana w DNA genu jest dokładnie transkrybowane(przepisany) do sekwencji nukleotydów ciemności. Synteza mRNA rozpoczyna się w miejscu inicjacji transkrypcji tzw promotor. Promotor znajduje się przed genem i zawiera około 80 par zasad (u wirusów i bakterii region ten odpowiada około jednemu zwojowi helisy DNA i zawiera około 10 par zasad). Sekwencje nukleotydowe promotora często zawierają pary AT, dlatego nazywane są również sekwencjami TATA.
Transkrypcja odbywa się za pomocą enzymów polimerazy RNA. U eukariontów znane są trzy typy polimeraz RNA: I - odpowiedzialne za syntezę rRNA, II - za syntezę mRNA; III - do syntezy tRNA i rRNA o małej masie cząsteczkowej - 5S RNA.
Polimeraza RNA silnie wiąże się z promotorem i rozdziela nukleotydy komplementarnych łańcuchów. Następnie enzym ten zaczyna poruszać się wzdłuż genu (cząsteczki DNA) i w miarę rozłączania łańcuchów prowadzi do (sensownej) syntezy mRNA na jednym z nich, dodając, zgodnie z zasadą komplementarności, adeninę do tyminy, uracyl do adeniny , guanina do cytozyny i cytozyna do guaniny. Te odcinki DNA, na których polimeraza utworzyła mRNA, są ponownie łączone, a syntetyzowana cząsteczka mRNA jest stopniowo oddzielana od DNA. Koniec syntezy mRNA jest określony przez miejsce zatrzymania transkrypcji - terminator. Sekwencje nukleotydowe promotora i terminatora są rozpoznawane przez specjalne białka regulujące aktywność polimerazy RNA.
Przed opuszczeniem jądra do początkowej części mRNA (koniec 5) dodawana jest metylowana reszta guaniny zwana „czapką”, a na końcu mRNA (koniec 3) około 200 reszt kwasu adenylowego. W tej postaci dojrzały mRNA przechodzi przez błonę jądrową do cytoplazmy do rybosomu i łączy się z nim. Uważa się, że u eukariontów „czapka” mRNA bierze udział w jego wiązaniu z małą podjednostką rybosomu.
Audycja mRNA. Jest to synteza białek na rybosomach kierowana przez matrycę mRNA. W tym przypadku informacja jest tłumaczona z czteroliterowego alfabetu kwasów nukleinowych na dwudziestoliterowy alfabet sekwencji aminokwasowych łańcuchów polipeptydowych.
Proces ten składa się z trzech etapów.
Aktywacja wolnych aminokwasów - powstawanie aminoacyladenylany w wyniku interakcji aminokwasów z ATP pod kontrolą enzymów specyficznych dla każdego aminokwasu. Te enzymy są syntaza aminoacyltRNA- udział w kolejnym etapie.
Aminoacylacja tRNA to przyłączenie reszt aminokwasowych do tRNA w wyniku interakcji tRNA i kompleksu syntetazy aminoacylo-tRNA z aminoacyladenylami. W tym przypadku każda reszta aminokwasowa jest przyłączona do określonej klasy tRNA.
Właściwie translacja, czyli polimeryzacja reszt aminokwasowych z tworzeniem wiązań peptydowych.
Tak więc podczas translacji sekwencja nukleotydów w mRNA jest tłumaczona na odpowiednią, ściśle uporządkowaną sekwencję aminokwasów w syntetyzowanej cząsteczce białka. Proces translacji obejmuje mRNA, rybosomy, tRNA, syntetazy aminoacylo-tRNA.
Sygnał rozpoczęcie transmisji u pro- i eukariontów kodon OUT jest używany, jeśli znajduje się na początku mRNA. W tym przypadku jest „rozpoznawany” przez wyspecjalizowany inicjujący formylometioninę (u bakterii) lub metioninę (u eukariontów) tRNA. W innych przypadkach kodon AUG jest „odczytywany” jako metionina. Kodon GUG może również służyć jako sygnał inicjujący. Ta interakcja zachodzi na rybosomie w jego centrum aminoacylowym (centrum A), zlokalizowanym głównie na małej podjednostce rybosomu.
Interakcja kodonu AUG informacyjnego RNA, małej podjednostki rybosomu i form formylometionylo-tRNA kompleks inicjacyjny. Istota tej interakcji polega na tym, że przyłącza ona swój antykod do kodonu AUG na mRNA.
UAC jest tRNA, który wychwycił i przenosi cząsteczkę aminokwasu metioniny (u bakterii inicjatorem jest tRNA, który przenosi formylometioninę). Następnie do tego kompleksu dołącza duża podjednostka rybosomu (50S*), składająca się z małej podjednostki rybosomu (30S*), mRNA i tRNA. W rezultacie powstaje w pełni zmontowany rybosom, w skład którego wchodzi jedna cząsteczka mRNA i inicjator tRNA z aminokwasem. Rybosom ma aminoacyl oraz peptydyl centra.
Pierwszy aminokwas (metionina) najpierw wchodzi do centrum aminoacylowego. W procesie przyłączania większej podjednostki rybosomu mRNA przesuwa się o jeden kodon, tRNA przesuwa się z centrum aminoacylowego do centrum peptydylowego. Następny kodon mRNA wchodzi do centrum aminoacylowego, które może łączyć się z antykodonem następnego aminoacylo-tRNA. Od tego momentu rozpoczyna się drugi etap tłumaczenia - wydłużenie, podczas którego wielokrotnie powtarza się cykl przyłączania cząsteczek aminokwasów do rosnącego łańcucha polipeptydowego. Tak więc, zgodnie z kodonem informacyjnego RNA, druga cząsteczka tRNA niosąca następny aminokwas wchodzi do centrum aminoacylowego rybosomu. Ten tRNA wiąże się ze swoim antykodonem do komplementarnego kodonu mRNA. Natychmiast, za pomocą peptydylotransferazy, poprzedzający aminokwas (metionina) jest połączony swoją grupą karboksylową (COOH) z grupą aminową (NH2) nowo dostarczonego aminokwasu. Tworzy się między nimi wiązanie peptydowe. W tym przypadku uwalniana jest cząsteczka wody:
W rezultacie mRNA, które dostarczało metioninę, jest uwalniane, a dipeptyd jest już przyłączony do tRNA w centrum aminoacylowym. W celu dalszej realizacji procesu elongacji centrum aminoacylowe musi zostać uwolnione, co się dzieje.
W wyniku procesu translacji kompleks dipeptydylo-tRNA przemieszcza się z centrum aminoacylowego do peptydylowego. Wynika to z ruchu rybosomu o jeden kodon z udziałem enzymu translokazy i czynnik wydłużania białka. Uwolniony tRNA i związany z nim kodon mRNA opuszczają rybosom. Następny tRNA dostarcza aminokwas do zwolnionego centrum aminoacylowego zgodnie z otrzymanym tam kodonem. Ten aminokwas jest połączony z poprzednim aminokwasem wiązaniem peptydowym. W tym przypadku rybosom przesuwa się o jeden kodon więcej i proces jest powtarzany, aż jeden z trzech kodonów terminacyjnych (kodonów nonsensownych), tj. UAA, UAG lub UGA, wejdzie do centrum aminoacylowego.
Po wejściu kodonu terminacyjnego do centrum aminoacylowego rybosomu rozpoczyna się trzeci etap syntezy polipeptydu - zakończenie. Rozpoczyna się on przyłączeniem jednego z czynników terminacji białka do kodonu terminacji mRNA, co prowadzi do zablokowania dalszego wydłużania łańcucha. Zakończenie syntezy prowadzi do uwolnienia syntetyzowanego łańcucha polipeptydowego i podjednostek rybosomu, które po uwolnieniu dysocjują i mogą brać udział w syntezie kolejnego łańcucha polipeptydowego,
Całemu procesowi translacji towarzyszy rozszczepienie cząsteczek GTP (trifosforanu guanozyny), przy czym niezbędny jest udział dodatkowych czynników białkowych specyficznych dla procesów inicjacji (czynniki inicjacji), elongacji (czynniki elongacji) i terminacji (czynniki terminacji). Białka te nie są integralną częścią rybosomu, ale są do niego przyłączone na pewnych etapach translacji. Ogólnie rzecz biorąc, proces translacji jest taki sam we wszystkich organizmach.
Proces syntezy białek jest bardzo złożony. Oprócz wymienionych, jego przepływ zapewnia wiele innych enzymów. Na mi. coli odkryto około 100 genów, które kontrolują syntezę polipeptydów i tworzenie różnych elementów składających się na aparat translacyjny. Ponieważ cząsteczka mRNA jest wystarczająco długa, może do niej dołączyć kilka rybosomów. W każdym z rybosomów związanych z jedną cząsteczką mRNA zachodzi synteza tych samych cząsteczek białka, jednak synteza ta przebiega na różnych etapach, o czym decyduje, który z nich wcześniej, a który później wszedł w kontakt z cząsteczką mRNA. Gdy rybosom porusza się wzdłuż mRNA (od jego 5"- do końca Z "-), uwalniane jest miejsce inicjujące łańcuch, montowany jest na nim kolejny aktywny kompleks rybosomowy i ponownie rozpoczyna się synteza polipeptydu na tej samej matrycy. Kiedy kilka aktywnych rybosomów oddziałuje z jedną cząsteczką mRNA, polirybosom, lub polisom.
Łańcuchy polipeptydowe powstające podczas syntezy białek przechodzą transformacje potranslacyjne, a następnie pełnią swoje specyficzne funkcje. Struktura podstawowa polipeptyd jest określony przez sekwencję zawartych w nim aminokwasów. Łańcuchy polipeptydowe spontanicznie tworzą pewne wtórny struktura, która jest określona przez charakter grup bocznych reszt aminokwasowych (α-helisa, złożona warstwa β, kłębek nieuporządkowany). Wszystkie te i inne cechy strukturalne definiują pewną ustaloną trójwymiarową konfigurację, która jest tzw trzeciorzędowy(lub przestrzenna) struktura polipeptydu, co zasadniczo odzwierciedla sposób, w jaki łańcuch polipeptydowy jest złożony w przestrzeni trójwymiarowej.
Białka mogą składać się z jednego lub większej liczby łańcuchów polipeptydowych. W drugim przypadku są to tzw białka oligomeryczne. Charakteryzują się pewnym struktura czwartorzędowa. Termin ten odnosi się do ogólnej konfiguracji białka, która powstała podczas asocjacji wszystkich jego składowych łańcuchów polipeptydowych. W szczególności model strukturalny ludzkiej hemoglobiny obejmuje dwa łańcuchy α i dwa łańcuchy β, które są ze sobą połączone i tworzą czwartorzędową strukturę białkową.
Dokładność syntezy polipeptydów zależy od prawidłowego utworzenia układu wiązań wodorowych pomiędzy kodonami i antykodonami. Przed zamknięciem kolejnego wiązania peptydowego za pomocą rybosomów sprawdzana jest poprawność utworzenia pary kodon-antykodon. Bezpośrednim dowodem na aktywną rolę rybosomów w kontroli komplementarności wiązania kodon-antykodon jest odkrycie mutacji zmieniających białka rybosomalne, a tym samym wpływających na dokładność translacji. Mutacje zostaną omówione w rozdziale 6.
SPECJALISTYCZNY TRANSFER INFORMACJI GENETYCZNEJ. REPLIKACJA RNA Znane są trzy typy procesów, w ramach których odbywa się wyspecjalizowany transfer informacji genetycznej. Jeden z nich - przekazywanie informacji z RNA na RNA - można naprawić tylko w komórkach zakażonych wirusami, których materiał genetyczny jest reprezentowany przez RNA. Są to w szczególności wirus mozaiki tytoniu i wiele innych wirusów roślinnych, bakteriofagi zawierające RNA i niektóre inne wirusy zwierzęce, takie jak wirusy polio. Te wirusowe genomowe RNA, jednoniciowe lub dwuniciowe, niosą geny kodujące specyficzne replikazy RNA, które mogą syntetyzować komplementarne cząsteczki RNA z matrycy RNA. Te z kolei mogą służyć jako matryce do syntezy kopii rodzicielskich łańcuchów RNA w podobny sposób. Przekazywanie informacji genetycznej z RNA na RNA opiera się również na zasadzie komplementarności zasad w macierzystej i potomnej nici RNA.
Transkrypcja odwrotna. Ten rodzaj wyspecjalizowanego transferu informacji genetycznej nie z DNA na RNA, ale odwrotnie z RNA na DNA, stwierdzono w komórkach zwierzęcych zakażonych pewnymi typami wirusów. Jest to specjalny rodzaj wirusów zawierających RNA, tzw retrowirusy. Obecnie ustalono, że innym typem wirusa jest wirus zapalenia wątroby zawierający DNA. W w swoim rozwoju wykorzystuje również transfer informacji z RNA do DNA.
Retrowirusy zawierają jednoniciowe cząsteczki RNA, przy czym każda cząsteczka wirusa ma dwie kopie genomu RNA, tj. Wirusy tego typu są jedyną znaną odmianą wirusów diploidalnych. Zostały one po raz pierwszy odkryte dzięki ich zdolności do powodowania powstawania nowotworów u zwierząt. Pierwszy wirus tego typu został opisany w 1911 roku. Peptona Rousa, który odkrył mięsaka zakaźnego u kurczaków.
Po wejściu RNA retrowirusa do komórki gospodarza genom wirusa podlega transkrypcja odwrotna. W tym przypadku najpierw powstaje dupleks RNA-DNA, a następnie dwuniciowy DNA. Etapy te poprzedzają ekspresję genów wirusowych na poziomie białek i tworzenie genomów RNA.
Nazywa się enzym, który katalizuje komplementarne kopiowanie RNA w celu utworzenia DNA odwrotna transkryptaza. Zawarty jest w cząsteczkach retrowirusów (wirionach) i jest aktywowany po wejściu wirusa do komórki i zniszczeniu jej otoczki lipidowo-glikoproteinowej.
Jest coraz więcej dowodów na to, że odwrotna transkrypcja występuje również w różnych komórkach eukariotycznych, a odwrotna transkryptaza odgrywa ważną rolę w procesach rearanżacji genomu.
Retrowirusowe odwrotne transkryptazy to zasadniczo polimerazy DNA, które można stosować in vitro jako matrycę DNA. Działają jednak znacznie wydajniej na RNA. Podobnie jak wszystkie polimerazy DNA, odwrotne transkryptazy nie są w stanie zainicjować syntezy nowych nici DNA. Ale jeśli synteza jest już zainicjowana przez starter RNA lub koniec 3' DNA, enzym skutecznie przeprowadza syntezę, używając nici DNA jako matrycy.
Retrowirusy okazały się bardzo przydatnym narzędziem we współczesnych badaniach inżynierii genetycznej. Służą one jako źródło pozyskiwania praktycznie czystej odwrotnej transkryptazy, enzymu odgrywającego główną rolę w licznych badaniach opartych na klonowaniu genów eukariotycznych. Tak więc oczyszczony pojedynczy mRNA kodujący białko będące przedmiotem zainteresowania badacza jest z reguły znacznie łatwiejszy do wyizolowania niż fragment DNA genomu kodujący to białko. Kopię DNA tego mRNA można następnie wykonać przy użyciu odwrotnej transkryptazy i wstawić do odpowiedniego plazmidu w celu klonowania i produkcji znacznych ilości pożądanego DNA.
Tłumaczenie DNA. Trzeci rodzaj wyspecjalizowanego transferu informacji genetycznej z DNA bezpośrednio do białka zaobserwowano dopiero w warunkach laboratoryjnych in vitro. W tych warunkach niektóre antybiotyki, w szczególności streptomycyna i neomycyna, wchodząc w interakcje z rybosomami, mogą zmieniać ich właściwości w taki sposób, że rybosomy zaczynają wykorzystywać jednoniciowy DNA jako matrycę zamiast mRNA, z którego sekwencja zasad jest bezpośrednio tłumaczona na sekwencja aminokwasowa zsyntetyzowanego polipeptydu.
1. Podaj definicje pojęć.
Kod genetyczny
- zestaw kombinacji trzech nukleotydów kodujących 20 rodzajów aminokwasów tworzących białko.
Tryplet- trzy kolejne nukleotydy.
antykodon Region tRNA składający się z trzech niesparowanych nukleotydów, który specyficznie wiąże się z kodonem mRNA.
Transkrypcja
- proces syntezy RNA z wykorzystaniem DNA jako matrycy, występujący we wszystkich żywych komórkach.
Audycja- proces syntezy białek z aminokwasów na matrycy mRNA (mRNA), prowadzony przez rybosom.
2. Porównaj pojęcia „informacja genetyczna” i „kod genetyczny”. Jakie są ich podstawowe różnice?
Informacja genetyczna - informacja o budowie białek, zakodowana za pomocą sekwencji nukleotydów - kodu genetycznego - w genach.
Innymi słowy, kod genetyczny jest zasadą zapisywania informacji genetycznej. Informacja to informacja, a kod to sposób przekazywania informacji.
3. Wypełnij grupę „Właściwości kodu genetycznego”.
Właściwości: tryplet, jednoznaczność, redundantność, nienakładanie się, biegunowość, uniwersalność.
4. Jakie jest biologiczne znaczenie redundancji kodu genetycznego?
Ponieważ na 20 aminokwasów tworzących białka przypada 61 kodonów, niektóre aminokwasy są kodowane przez więcej niż jeden kodon (tzw. degeneracja kodu).
Ta redundancja zwiększa niezawodność kodu i całego mechanizmu biosyntezy białek.
5. Wyjaśnij, czym są reakcje syntezy macierzowej. Dlaczego tak się nazywają?
Jest to synteza złożonych cząsteczek polimerowych w żywych komórkach, zachodząca na podstawie informacji genetycznej komórki zakodowanej w matrix (cząsteczka DNA, RNA). Synteza matrycy zachodzi podczas replikacji, transkrypcji i translacji DNA. Leży u podstaw procesu reprodukcji własnego rodzaju.
6. Naszkicuj cząsteczkę tRNA i oznacz jej główne części.
7. Wypełnij tabelę.
ROLA SUBSTANCJI ORGANICZNYCH W BIOSYNTEZE BIAŁEK
8. Jeden z łańcuchów DNA ma następującą sekwencję nukleotydów:
C-T-T-A-A-C-A-C-C-C-C-T-G-A-C-G-T-G-A-C-G-C-G-G-C- C-G
Napisz strukturę mRNA zsyntetyzowanego na tej nici. Jaki będzie skład aminokwasowy fragmentu białka zsyntetyzowanego na podstawie tej informacji w rybosomie?
mRNA
G-A-A-U-U-G-U-G-G-G-G-A-C-U-G-C-A-C-U-G-C-G-C-C-G-G-C-
Łańcuch polipeptydowy
Glu-le-trp-gli-ley-gis-cis-ala-gli.
9. Naszkicuj proces syntezy białek.
10. Wypełnij tabelę.
ETAPY WDRAŻANIA INFORMACJI DZIEDZICZNEJ W KOMÓRCE
11. Przeczytaj § 2.10 i przygotuj odpowiedź na pytanie: „Dlaczego rozszyfrowanie kodu genetycznego jest jednym z najważniejszych odkryć naukowych naszych czasów?”
Rozszyfrowanie kodu genetycznego, czyli określenie „znaczenia” każdego kodonu i zasad odczytywania informacji genetycznej, uważane jest za jedno z najbardziej uderzających osiągnięć biologii molekularnej.
Udowodniono, że kod jest uniwersalny dla życia. Odkrycie i rozszyfrowanie kodu może pomóc w znalezieniu sposobów leczenia różnych chorób chromosomalnych i genomicznych, badaniu mechanizmu procesów metabolicznych na poziomie komórkowym i molekularnym.
Ogromna ilość danych eksperymentalnych szybko się gromadzi. Rozpoczął się nowy etap badań DNA. Biologia molekularna zwróciła się ku znacznie bardziej złożonym układom supramolekularnym i komórkowym. Okazało się, że możliwe jest podejście do zagadnień związanych z genetyką molekularną eukariontów, ze zjawiskami ontogenezy.
12. Wybierz poprawną odpowiedź.
Próba 1
Synteza białek nie może zachodzić:
2) w lizosomie;
Próba 2
Transkrypcja to:
3) synteza mRNA na DNA;
Próba 3
Wszystkie aminokwasy tworzące białko są kodowane przez:
4) 64 trojaczki.
Próba 4
Jeśli do syntezy białek weźmiemy rybosomy labraksa, enzymy i aminokwasy wrony szarej, ATP jaszczurki szybkiej, mRNA dzikiego królika, to białko zostanie zsyntetyzowane:
4) dziki królik.
13. Ustal zgodność między właściwościami kodu genetycznego a ich cechami.
Właściwości kodu genetycznego
1. Trójka
3. Wyjątkowość
4. Wszechstronność
5. Nienakładające się
6. Polaryzacja
Charakterystyka
A. Każdy nukleotyd jest częścią tylko jednego trypletu
B. Kod genetyczny jest taki sam dla wszystkich żywych organizmów na Ziemi
B. Jeden aminokwas jest kodowany przez trzy kolejne nukleotydy
D. Niektóre trójki określają początek i koniec tłumaczenia
E. Każda trójka koduje tylko jeden określony aminokwas.
E. Aminokwas może być zdefiniowany przez więcej niż jedną trójkę.
14. Wstaw brakujący element.
Nukleotyd - Litera
Trójka - Słowo
Gen - sugestia
15. Wyjaśnij pochodzenie i ogólne znaczenie słowa (terminu), opierając się na znaczeniu tworzących go rdzeni.
16. Wybierz termin i wyjaśnij, w jaki sposób jego współczesne znaczenie odpowiada pierwotnemu znaczeniu jego korzeni.
Wybranym terminem jest transkrypcja.
Korespondencja – termin odpowiada swojemu pierwotnemu znaczeniu, ponieważ następuje przeniesienie informacji genetycznej z DNA na RNA.
17. Sformułuj i zapisz główne idee § 2.10.
Informacja genetyczna w organizmach żywych jest zapisywana za pomocą kodu genetycznego. Kod to zestaw kombinacji trzech nukleotydów (trypletów) kodujących 20 rodzajów aminokwasów, które tworzą białko. Kod ma właściwości:
1. Trójka
2. Degeneracja (redundancja)
3. Wyjątkowość
4. Wszechstronność
5. Nienakładające się
6. Polaryzacja.
Procesy syntezy złożonych cząsteczek polimerowych w żywych komórkach zachodzą na podstawie informacji genetycznej komórki zakodowanej w matrix (cząsteczka DNA, RNA). Synteza macierzy to replikacja, transkrypcja i translacja DNA.
Pamiętać!
Jaka jest budowa białek i kwasów nukleinowych?
Długie łańcuchy białkowe zbudowane są tylko z 20 różnych rodzajów aminokwasów, które mają wspólny plan strukturalny, ale różnią się od siebie budową rodnika. Łącząc cząsteczki aminokwasów tworzą tak zwane wiązania peptydowe. Skręcając się w formie spirali, nić białkowa uzyskuje wyższy poziom organizacji - strukturę drugorzędową. Na koniec polipeptyd zwija się, tworząc cewkę (globulę). To właśnie ta trzeciorzędowa struktura białka jest jego biologicznie aktywną formą, która ma indywidualną specyficzność. Jednak w przypadku wielu białek trzeciorzędowa struktura nie jest ostateczna. Struktura drugorzędowa to łańcuch polipeptydowy skręcony w helisę. Aby uzyskać silniejsze oddziaływanie w strukturze drugorzędowej, zachodzi oddziaływanie wewnątrzcząsteczkowe za pomocą mostków siarczkowych –S – S– między zwojami helisy. Zapewnia to wytrzymałość tej konstrukcji. Struktura trzeciorzędowa to wtórna struktura spiralna skręcona w kulki - zwarte grudki. Struktury te zapewniają maksymalną wytrzymałość i większą obfitość w komórkach w porównaniu z innymi cząsteczkami organicznymi.
DNA to podwójna helisa, RNA to pojedyncza nić nukleotydów.
Jakie znasz typy RNA?
i-RNA, t-RNA, r-RNA.
i-RNA - syntetyzowany w jądrze na matrycy DNA, jest podstawą syntezy białek.
tRNA to transport aminokwasów do miejsca syntezy białek - do rybosomów.
Gdzie powstają podjednostki rybosomów?
rRNA - syntetyzowany w jąderkach jądra i sam tworzy rybosomy komórki.
Jaka jest funkcja rybosomów w komórce?
Biosynteza białek - składanie cząsteczki białka
Sprawdź pytania i zadania
1. Zapamiętaj pełną definicję pojęcia „życie”.
F. Engels „Życie jest sposobem istnienia ciał białkowych, którego istotą jest ciągła wymiana substancji z otaczającą je przyrodą zewnętrzną, a wraz z ustaniem tego metabolizmu zatrzymuje się również życie, co prowadzi do rozkładu białek. A w ciałach nieorganicznych może zachodzić podobna wymiana substancji, która odbywa się wszędzie w czasie, ponieważ działania chemiczne zachodzą wszędzie, nawet bardzo powoli. Ale różnica polega na tym, że w przypadku ciał nieorganicznych metabolizm je niszczy, podczas gdy w przypadku ciał organicznych jest to warunek konieczny ich istnienia.
2. Wymień główne właściwości kodu genetycznego i wyjaśnij ich znaczenie.
Kod jest trójkowy i redundantny – z 4 nukleotydów można stworzyć 64 różne trójki, tj. kodują 64 aminokwasy, ale tylko 20 jest używanych w życiu.
Kod jest jednoznaczny - każdy triplet szyfruje tylko jeden aminokwas.
Pomiędzy genami znajdują się znaki interpunkcyjne – są one niezbędne do prawidłowego pogrupowania w trójki monotonnej sekwencji nukleotydów, gdyż nie ma znaków podziału między trojaczkami. Rolę znakowania genów pełnią trzy trójki, które nie kodują żadnych aminokwasów - UAA, UAG, UGA. Oznaczają koniec cząsteczki białka, jak kropka w zdaniu.
Wewnątrz genu nie ma znaków interpunkcyjnych - ponieważ genkod jest jak język; Spójrzmy na tę właściwość na przykładzie frazy:
KOT BYŁ CICHY, TEN KOT BYŁ DLA MNIE SŁODKI
Gen jest przechowywany w następujący sposób:
ZHILBYLKOTTIKHBYLSERMILMNETOTKOT
Znaczenie zostanie przywrócone, jeśli trójki zostaną poprawnie pogrupowane, nawet jeśli nie ma znaków interpunkcyjnych. Jeśli zaczniemy grupowanie od drugiej litery (drugiego nukleotydu), otrzymamy następującą sekwencję:
ILB YLK OTT IHB YLS ERM ILM NO OTK OD
Ta sekwencja nie ma już znaczenia biologicznego, a jeśli zostanie wdrożona, to uzyskana zostanie substancja obca temu organizmowi. Dlatego gen w łańcuchu DNA ma ściśle ustalony początek czytania i uzupełniania.
Kod jest uniwersalny – jest taki sam dla wszystkich stworzeń żyjących na Ziemi: u bakterii, grzybów, ludzi te same trojaczki kodują te same aminokwasy.
3. Jakie procesy leżą u podstaw przekazywania informacji dziedzicznej z pokolenia na pokolenie iz jądra do cytoplazmy, do miejsca syntezy białek?
Mejoza jest podstawą przekazywania informacji dziedzicznej z pokolenia na pokolenie. Transkrypcja (z transkrypcji łacińskiej - przepisywanie). Informacja o budowie białek przechowywana jest w postaci DNA w jądrze komórkowym, a synteza białek zachodzi na rybosomach w cytoplazmie. Komunikator RNA działa jako pośrednik przekazujący informacje o budowie określonej cząsteczki białka do miejsca jego syntezy. Broadcast (z łac. tłumaczenie - transmisja). Cząsteczki mRNA wychodzą przez pory jądrowe do cytoplazmy, gdzie rozpoczyna się drugi etap wdrażania informacji dziedzicznej - tłumaczenie informacji z „języka” RNA na „język” białka.
4. Gdzie syntetyzowane są wszystkie rodzaje kwasów rybonukleinowych?
Wszystkie typy RNA są syntetyzowane na matrycy DNA.
5. Powiedz, gdzie zachodzi synteza białek i jak przebiega.
Etapy biosyntezy białek:
– Transkrypcja (z łac. przepisywanie): proces syntezy i-RNA na matrycy DNA, czyli przeniesienie informacji genetycznej z DNA na RNA, transkrypcja jest katalizowana przez enzym polimerazę RNA. 1) ruchy polimerazy RNA - rozwijanie i odtwarzanie podwójnej helisy DNA, 2) informacja z genu DNA - do i-RNA na zasadzie komplementarności.
– Połączenie aminokwasów z t-RNA: Budowa t-RNA: 1) aminokwas jest przyłączony kowalencyjnie do t-RNA za pomocą enzymu syntetazy t-RNA, odpowiadającego antykodonowi, 2) przyłączony jest określony aminokwas do ogonków liściowych t-RNA
– Translacja: synteza białek rybosomalnych z aminokwasów do mRNA, zachodząca w cytoplazmie. 1) Inicjacja - początek syntezy. 2) Elongacja - rzeczywista synteza białek. 3) Terminacja - rozpoznanie kodonu stop - koniec syntezy.
6. Rozważ ryc. 45. Określ, w jakim kierunku – od prawej do lewej, czy od lewej do prawej – rybosom pokazany na rysunku porusza się względem mRNA. Udowodnij swój punkt widzenia.
i-RNA przesuwa się w prawo, rybosom zawsze porusza się w przeciwnym kierunku, aby nie zakłócać procesów, ponieważ kilka rybosomów (polisomów) może znajdować się na jednej nici i-RNA w tym samym czasie. Pokazuje również, w jakim kierunku poruszają się tRNA - od prawej do lewej, jak rybosom.
Myśleć! Pamiętać!
1. Dlaczego węglowodany nie mogą pełnić funkcji przechowywania informacji?
W węglowodanach nie ma zasady komplementarności, niemożliwe jest tworzenie kopii genetycznych.
2. W jaki sposób realizowana jest dziedziczna informacja o budowie i funkcjach cząsteczek niebiałkowych syntetyzowanych w komórce?
Powstawanie w komórkach innych cząsteczek organicznych, takich jak tłuszcze, węglowodany, witaminy itp., jest związane z działaniem białek katalitycznych (enzymów). Na przykład enzymy, które zapewniają syntezę tłuszczów u ludzi, „tworzą” ludzkie lipidy i podobne katalizatory w słoneczniku - oleju słonecznikowym. Enzymy metabolizmu węglowodanów u zwierząt tworzą rezerwową substancję glikogen, aw roślinach z nadmiarem glukozy syntetyzuje się skrobię.
3. W jakim stanie strukturalnym cząsteczki DNA mogą być źródłem informacji genetycznej?
W stanie spiralizacji, ponieważ w tym stanie DNA jest częścią chromosomów.
4. Jakie cechy strukturalne cząsteczek RNA zapewniają ich funkcję przenoszenia informacji o budowie białka z chromosomów do miejsca jego syntezy?
i-RNA - syntetyzowany w jądrze na matrycy DNA, jest podstawą syntezy białek. Skład RNA - nukleotydy komplementarne do nukleotydów DNA, niewielkich rozmiarów w porównaniu do DNA (co zapewnia wyjście z porów jądrowych).
5. Wyjaśnij, dlaczego cząsteczka DNA nie mogła być zbudowana z trzech rodzajów nukleotydów.
Kod jest trójkowy i redundantny – z 4 nukleotydów można stworzyć 64 różne trójki (43), tj. kodują 64 aminokwasy, ale żywych organizmów używa tylko 20. Jest to konieczne, aby zastąpić dowolny nukleotyd, jeśli nagle nie ma go w komórce, wówczas nukleotyd zostanie automatycznie zastąpiony podobnym kodującym ten sam aminokwas. Gdyby istniały trzy nukleotydy, to 33 to tylko 9 aminokwasów, co jest niemożliwe, ponieważ każdy organizm potrzebuje 20 aminokwasów.
6. Podaj przykłady procesów technologicznych opartych na syntezie macierzowej.
drukarka matrycowa,
nanotechnologia,
Matryca aparatu
Matryca ekranu laptopa
Matryca LCD
7. Wyobraź sobie, że w trakcie pewnego eksperymentu do syntezy białek pobrano tRNA z komórek krokodyla, aminokwasy małpy, ATP drozda, mRNA niedźwiedzia polarnego, niezbędne enzymy żaby drzewnej i rybosomy szczupaka. Czyje białko zostało ostatecznie zsyntetyzowane? Wyjaśnij swój punkt widzenia.
Kod genetyczny jest zaszyfrowany w i-RNA, co oznacza - niedźwiedzia polarnego.
