Ce este codul genetic: informații generale. Degenerarea codului genetic: informații generale Codul informațiilor ereditare

Nucleotide ADN și ARN Purine: adenina, guanina Pirimidină: citozină, timină (uracil)	Codon- un triplet de nucleotide care codifică un aminoacid specific.
fila. 1. Aminoacizi care se găsesc în mod obișnuit în proteine
Nume	Abreviere
1. Alanina	Ala
2. Arginina	Arg
3. Asparagină	Asn
4. Acid aspartic	Asp
5. Cisteină	Cys
6. Acid glutamic	Glu
7. Glutamina	Gln
8. Glicina	Gly
9. Histidină	A lui
10. Isoleucina	Ile
11. Leucina	Leu
12. Lizina	Lys
13. Metionină	Întâlnit
14. Fenilalanina	Phe
15. Proline	Pro
16. Seria	Ser
17. Treonină	Thr
18. Triptofan	Trp
19. Tirozina	Tyr
20. Valin	Val

Codul genetic, numit și codul aminoacizilor, este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină folosind secvența reziduurilor de nucleotide din ADN care conțin una dintre cele 4 baze azotate: adenina (A), guanina (G). ), citozină (C) și timină (T). Cu toate acestea, deoarece helixul ADN dublu catenar nu este implicat direct în sinteza proteinei care este codificată de una dintre aceste catene (adică ARN), codul este scris în limbajul ARN, care conține în schimb uracil (U). de timină. Din același motiv, se obișnuiește să se spună că un cod este o secvență de nucleotide, și nu perechi de nucleotide.

Codul genetic este reprezentat de anumite cuvinte de cod, numite codoni.

Primul cuvânt de cod a fost descifrat de Nirenberg și Mattei în 1961. Aceștia au obținut un extract din E. coli care conținea ribozomi și alți factori necesari pentru sinteza proteinelor. Rezultatul a fost un sistem fără celule pentru sinteza proteinelor, care ar putea asambla proteine din aminoacizi dacă ARNm-ul necesar a fost adăugat în mediu. Adăugând în mediu ARN sintetic format numai din uracili, ei au descoperit că s-a format o proteină constând numai din fenilalanină (polifenilalanină). Astfel, s-a stabilit că tripletul de nucleotide UUU (codon) corespunde fenilalaninei. În următorii 5-6 ani, toți codonii codului genetic au fost determinați.

Codul genetic este un fel de dicționar care traduce textul scris cu patru nucleotide în text proteic scris cu 20 de aminoacizi. Aminoacizii rămași găsiți în proteine sunt modificări ale unuia dintre cei 20 de aminoacizi.

Proprietățile codului genetic

Codul genetic are următoarele proprietăți.

Tripletate- Fiecarui aminoacid ii corespunde un triplu de nucleotide. Este ușor de calculat că există 4 3 = 64 de codoni. Dintre acestea, 61 sunt semantice și 3 sunt nonsens (terminare, codoni stop).
Continuitate(fără semne de separare între nucleotide) - absența semnelor de punctuație intragenice;
În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon semnificativ. În 1961 Seymour Benzer și Francis Crick au demonstrat experimental natura tripletă a codului și continuitatea acestuia (compactitatea) [spectacol]

Esența experimentului: mutația „+” - inserarea unei nucleotide. Mutația „-” - pierderea unei nucleotide.
O singură mutație ("+" sau "-") la începutul unei gene sau o mutație dublă ("+" sau "-") strică întreaga genă.
O triplă mutație ("+" sau "-") la începutul unei gene strică doar o parte a genei.
O mutație cvadruplă „+” sau „-” strică din nou întreaga genă.
Experimentul a fost efectuat pe două gene fagice adiacente și a arătat că
1. codul este triplet și nu există semne de punctuație în interiorul genei
2. există semne de punctuație între gene
Prezența semnelor de punctuație intergenice- prezența printre tripleți a codonilor inițiatori (încep biosinteza proteinelor) și a codonilor terminatori (care indică sfârșitul biosintezei proteinelor);
În mod convențional, codonul AUG, primul după secvența lider, aparține și semnelor de punctuație. Funcționează ca o literă mare. În această poziție, codifică formilmetionina (la procariote).
La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă există cel puțin unul dintre cei 3 codoni stop, sau semnale stop: UAA, UAG, UGA. Ei termină emisiunea.
Coliniaritate- corespondența secvenței liniare a codonilor ARNm și aminoacizilor din proteină.
Specificitate- fiecărui aminoacid îi corespunde doar anumiți codoni care nu pot fi folosiți pentru un alt aminoacid.
Unidirecționalitate- codonii se citesc într-o singură direcție - de la prima nucleotidă la cele ulterioare
Degenerare sau redundanță, - un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete (aminoacizi - 20, posibile triplete - 64, 61 dintre ei sunt semantici, adică, în medie, fiecare aminoacid corespunde la aproximativ 3 codoni); excepțiile sunt metionina (Met) și triptofanul (Trp).
Motivul degenerării codului este că sarcina semantică principală este purtată de primele două nucleotide din triplet, iar a treia nu este atât de importantă. De aici regula degenerării codului : Dacă doi codoni au aceleași primele două nucleotide și a treia lor nucleotide aparțin aceleiași clase (purină sau pirimidină), atunci codifică același aminoacid.
Cu toate acestea, există două excepții de la această regulă ideală. Acesta este codonul AUA, care ar trebui să corespundă nu izoleucinei, ci metioninei, și codonul UGA, care este un codon stop, în timp ce ar trebui să corespundă triptofanului. Degenerarea codului are, evident, o semnificație adaptativă.

Versatilitate- toate proprietățile de mai sus ale codului genetic sunt caracteristice tuturor organismelor vii.

Codon	Cod universal	Codurile mitocondriale
Codon	Cod universal	Vertebrate	Nevertebrate	Drojdie	Plante
U.G.A.	STOP	Trp	Trp	Trp	STOP
AUA	Ile	Întâlnit	Întâlnit	Întâlnit	Ile
CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
A.G.A.	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg
AGG	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg

Recent, principiul universalității codului a fost zdruncinat în legătură cu descoperirea de către Berrell în 1979 a codului ideal al mitocondriilor umane, în care regula degenerării codului este satisfăcută. În codul mitocondrial, codonul UGA corespunde triptofanului, iar AUA metioninei, așa cum este cerut de regula degenerării codului.

Poate că la începutul evoluției, toate organismele simple aveau același cod ca și mitocondriile, iar apoi au suferit ușoare abateri.

Nesuprapunere- fiecare dintre tripletele textului genetic este independent unul de celălalt, o nucleotidă este inclusă într-un singur triplet; În fig. arată diferența dintre codul suprapus și cel care nu se suprapun.
În 1976 ADN-ul fagului φX174 a fost secvențiat. Are ADN circular monocatenar format din 5375 nucleotide. Fagul era cunoscut că codifică 9 proteine. Pentru 6 dintre ele au fost identificate gene situate una după alta.
S-a dovedit că există o suprapunere. Gena E este localizată în întregime în interiorul genei D. Codonul său de pornire apare ca rezultat al deplasării cadrului unei nucleotide. Gena J începe acolo unde se termină gena D. Codonul de început al genei J se suprapune cu codonul de oprire al genei D ca urmare a unei deplasări cu două nucleotide. Construcția este numită „deplasare a cadrelor de citire” de către un număr de nucleotide, nu un multiplu de trei. Până în prezent, suprapunerea a fost demonstrată doar pentru câțiva fagi.
Imunitate la zgomot- raportul dintre numărul de substituții conservatoare și numărul de substituții de radicali.
Mutațiile de substituție nucleotidică care nu duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc conservatoare. Mutațiile de substituție nucleotidică care duc la o schimbare a clasei aminoacizilor codificați se numesc radical.
Deoarece același aminoacid poate fi codificat de diferiți tripleți, unele substituții în tripleți nu conduc la o schimbare a aminoacidului codificat (de exemplu, UUU -> UUC lasă fenilalanina). Unele substituții schimbă un aminoacid cu altul din aceeași clasă (nepolar, polar, bazic, acid), alte substituții schimbă și clasa aminoacidului.
În fiecare triplet se pot face 9 înlocuiri simple, adică Există trei moduri de a alege ce poziție să schimbe (prima sau a doua sau a treia), iar litera selectată (nucleotidă) poate fi schimbată cu 4-1=3 alte litere (nucleotide). Numărul total de substituții posibile de nucleotide este 61 cu 9 = 549.
Prin calcul direct folosind tabelul de coduri genetice, puteți verifica că dintre acestea: 23 de substituții de nucleotide duc la apariția codonilor - terminatori de traducere. Substituțiile 134 nu modifică aminoacidul codificat. Substituțiile 230 nu schimbă clasa aminoacidului codificat. 162 de substituții conduc la o schimbare a clasei de aminoacizi, adică. sunt radicali. Din cele 183 de substituții ale celei de-a treia nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor de translație, iar 176 sunt conservatoare. Din cele 183 de substituții ale primei nucleotide, 9 duc la apariția terminatorilor, 114 sunt conservatoare și 60 sunt radicale. Din cele 183 de substituții ale celei de-a 2-a nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor, 74 sunt conservatoare, 102 sunt radicale.

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

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

Procesul începe la miez celule: o parte a „scării” ADN-ului se desfășoară și se deschide. Datorită acestui fapt, literele ARN formează legături cu literele ADN deschise ale uneia dintre catenele de ADN. Enzima transferă literele ARN pentru a le uni într-o catenă. Acesta este modul în care literele ADN-ului sunt „rescrise” în literele ARN. Lanțul de ARN nou format este separat, iar „scara” ADN-ului se răsucește din nou. Se numește procesul de citire a informațiilor din ADN și sintetizare folosind matricea sa de ARN transcriere , iar ARN-ul sintetizat se numește mesager sau ARNm .

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

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

Genele, codul genetic și proprietățile sale.

Aproximativ 7 miliarde de oameni trăiesc pe Pământ. În afară de cele 25-30 de milioane de perechi de gemeni identici, genetic toti oamenii sunt diferiti : fiecare este unic, are caracteristici ereditare unice, trăsături de caracter, abilități și temperament.

Aceste diferențe sunt explicate diferențe de genotipuri- seturi de gene ale organismului; Fiecare este unic. Caracteristicile genetice ale unui anumit organism sunt întruchipate în proteine - prin urmare, structura proteinei unei persoane diferă, deși foarte puțin, de proteina altei persoane.

Nu inseamna că nici doi oameni nu au exact aceleași proteine. Proteinele care îndeplinesc aceleași funcții pot fi aceleași sau diferă doar puțin prin unul sau doi aminoacizi unul de celălalt. Dar nu exista pe Pământ de oameni (cu excepția gemenilor identici) care ar avea toate proteinele lor sunt la fel .

Informații despre structura primară a proteinelor codificat ca o secvență de nucleotide într-o secțiune a unei molecule de ADN, gena – o unitate de informație ereditară a unui organism. Fiecare moleculă de ADN conține multe gene. Totalitatea tuturor genelor unui organism o constituie genotip . Prin urmare,

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

Codarea informațiilor ereditare are loc folosind cod genetic , care este universal pentru toate organismele și diferă doar prin alternanța nucleotidelor care formează gene și codifică proteine ale unor organisme specifice.

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

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

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

Proprietățile de bază ale codului genetic:

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

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

3. Neambiguitate cod - în același timp cu redundanța, codul are proprietatea neambiguitate : fiecare codon se potrivește numai unu un anumit aminoacid.

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

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

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

Exista tabele de coduri genetice pentru decriptare codoni ARNm și construcția lanțurilor de molecule proteice.

Reacții de sinteză a matricei.

Reacții necunoscute în natura neînsuflețită apar în sistemele vii - reacții de sinteză a matricei.

Termenul "matrice"în tehnologie ei desemnează o matriță folosită pentru turnarea monedelor, medaliilor și fonturilor tipografice: metalul întărit reproduce exact toate detaliile matriței folosite la turnare. Sinteza matricei se aseamănă cu turnarea pe o matrice: moleculele noi sunt sintetizate exact în conformitate cu planul stabilit în structura moleculelor existente.

Principiul matricei se află in nucleu cele mai importante reacții sintetice ale celulei, cum ar fi sinteza acizilor nucleici și a proteinelor. Aceste reacții asigură secvența exactă, strict specifică a unităților monomerice din polimerii sintetizați.

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

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

Apoi se întâmplă „reticulare” unităților monomerice într-un lanț polimeric, iar polimerul finit este evacuat din matrice.

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

Tipul de reacție matriceală- o caracteristică specifică a chimiei sistemelor vii. Ele sunt baza proprietății fundamentale a tuturor ființelor vii - capacitatea sa de a reproduce propriul fel.

Reacții de sinteză șablon

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

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

Transferul de informații și sinteza proteinelor se desfășoară după un principiu de matrice, comparabil cu funcționarea unei prese de tipar într-o tipografie. Informațiile din ADN sunt copiate de mai multe ori. Dacă apar erori în timpul copierii, acestea vor fi repetate în toate copiile ulterioare.

Adevărat, unele erori la copierea informațiilor cu o moleculă de ADN pot fi corectate - procesul de eliminare a erorilor se numește reparaţie. Prima dintre reacțiile în procesul de transfer de informații este replicarea moleculei de ADN și sinteza de noi lanțuri de ADN.

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

Transcripția este catalizată de enzima ARN polimeraza dependentă de ADN. ARN polimeraza se deplasează de-a lungul moleculei de ADN în direcția 3" → 5". Transcrierea constă din etape iniţierea, alungirea şi terminarea . Unitatea de transcriere este un operon, un fragment al unei molecule de ADN format din promotor, parte transcrisă și terminator . ARNm constă dintr-un singur lanț și este sintetizat pe ADN în conformitate cu regula complementarității, cu participarea unei enzime care activează începutul și sfârșitul sintezei moleculei de ARNm.

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

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

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

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

Secvența reacțiilor matricei în timpul biosintezei proteinelor poate fi reprezentată sub forma unei diagrame.

Prin urmare, biosinteza proteinelor- acesta este unul dintre tipurile de schimb plastic, în timpul căruia informațiile ereditare codificate în genele ADN sunt implementate într-o secvență specifică de aminoacizi din moleculele proteice.

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

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

In consecinta, diverse aminoacizi activați combinați cu proprii lor T- ARN. Ribozomul este ca transportor pentru a asambla un lanț proteic din diverși aminoacizi furnizați acestuia.

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

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

Molecula de ARNm intră în ribozom și ochiuri a ei. Se determină acel segment al acestuia care se află în prezent în ribozom codon (triplet), interacționează într-o manieră complet specifică cu cele care îi sunt similare structural triplet (anticodon)în ARN de transfer, care a adus aminoacidul în ribozom.

ARN de transfer cu aminoacidul său se potrivește cu un codon specific al ARNm și conectează cu el; la următoarea secțiune vecină de ARNm se adaugă un alt ARNt cu un aminoacid diferitși așa mai departe până când se citește întregul lanț de i-ARN, până când toți aminoacizii sunt redusi în ordinea potrivită, formând o moleculă proteică. Și ARNt, care a livrat aminoacidul într-o anumită parte a lanțului polipeptidic, eliberat de aminoacidul săuși iese din ribozom.

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

Principalele etape ale transferului de informații genetice:

1. Sinteza pe ADN ca șablon pentru ARNm (transcripție)
2. Sinteza unui lanț polipeptidic în ribozomi conform programului conținut în ARNm (traducere) .

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

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

Codul genetic este de obicei înțeles ca un sistem de semne care indică aranjarea secvențială a compușilor nucleotidici în ADN și ARN, care corespunde unui alt sistem de semne care afișează secvența compușilor de aminoacizi într-o moleculă de proteină.

Este important!

Când oamenii de știință au reușit să studieze proprietățile codului genetic, universalitatea a fost recunoscută ca una dintre principalele. Da, oricât de ciudat ar suna, totul este unit printr-un singur cod genetic universal, comun. S-a format pe o perioadă lungă de timp, iar procesul s-a încheiat cu aproximativ 3,5 miliarde de ani în urmă. În consecință, urme ale evoluției sale pot fi urmărite în structura codului, de la începuturi până în zilele noastre.

Când vorbim despre succesiunea de aranjare a elementelor din codul genetic, ne referim la faptul că este departe de a fi haotică, dar are o ordine strict definită. Și acest lucru determină în mare măsură proprietățile codului genetic. Acest lucru este echivalent cu aranjarea literelor și silabelor în cuvinte. Odată ce încalcăm ordinea obișnuită, cea mai mare parte a ceea ce citim pe paginile cărților sau ziarelor se va transforma într-un ridicol gobbledygook.

Proprietățile de bază ale codului genetic

De obicei, codul conține unele informații criptate într-un mod special. Pentru a descifra codul, trebuie să cunoașteți caracteristicile distinctive.

Deci, principalele proprietăți ale codului genetic sunt:

triplicitate;
degenerare sau redundanță;
neambiguitate;
continuitate;
versatilitatea deja menționată mai sus.

Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare proprietate.

1. Tripletate

Acesta este momentul în care trei compuși nucleotidici formează un lanț secvenţial într-o moleculă (adică ADN sau ARN). Ca rezultat, un compus triplet este creat sau codifică unul dintre aminoacizi, locația sa în lanțul peptidic.

Codonii (sunt și cuvinte de cod!) se disting prin succesiunea lor de conexiuni și prin tipul acelor compuși azotați (nucleotide) care fac parte din ei.

În genetică, se obișnuiește să se distingă 64 de tipuri de codoni. Ele pot forma combinații de patru tipuri de nucleotide, câte 3 în fiecare. Acest lucru este echivalent cu ridicarea numărului 4 la a treia putere. Astfel, este posibilă formarea a 64 de combinații de nucleotide.

2. Redundanța codului genetic

Această proprietate este observată atunci când sunt necesari mai mulți codoni pentru a cripta un aminoacid, de obicei în intervalul 2-6. Și numai triptofanul poate fi codificat folosind un triplet.

3. Neambiguitate

Este inclus în proprietățile codului genetic ca indicator al moștenirii genetice sănătoase. De exemplu, tripletul GAA, care se află pe locul șase în lanț, poate spune medicilor despre starea bună a sângelui, despre hemoglobina normală. El este cel care poartă informații despre hemoglobină și este, de asemenea, codificată de aceasta. Și dacă o persoană are anemie, una dintre nucleotide este înlocuită cu o altă literă a codului - U, care este un semnal al bolii.

4. Continuitate

Când se înregistrează această proprietate a codului genetic, trebuie amintit că codonii, ca verigile dintr-un lanț, nu sunt localizați la distanță, ci în imediata apropiere, unul după altul în lanțul de acid nucleic, iar acest lanț nu este întrerupt - nu are început sau sfârșit.

5. Versatilitate

Nu ar trebui să uităm niciodată că totul pe Pământ este unit printr-un cod genetic comun. Și, prin urmare, la primate și oameni, la insecte și păsări, la un baobab vechi de o sută de ani și un fir de iarbă care abia a ieșit din pământ, tripleți similari sunt codificați de aminoacizi similari.

În gene sunt conținute informațiile de bază despre proprietățile unui anumit organism, un fel de program pe care organismul îl moștenește de la cei care au trăit mai devreme și care există ca cod genetic.

Clasificarea genelor

1) Prin natura interacțiunii într-o pereche alelică:

Dominant (o genă capabilă să suprime manifestarea unei gene recesive alelice acesteia); - recesiv (o genă a cărei expresie este suprimată de gena ei dominantă alelică).

2) Clasificare funcțională:

2) Cod genetic- acestea sunt anumite combinații de nucleotide și secvența locației lor în molecula de ADN. Aceasta este o metodă caracteristică tuturor organismelor vii de codificare a secvenței de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide.

ADN-ul folosește patru nucleotide - adenina (A), guanina (G), citozina (C), timina (T), care în literatura rusă sunt desemnate prin literele A, G, T și C. Aceste litere formează alfabetul cod genetic. ARN folosește aceleași nucleotide, cu excepția timinei, care este înlocuită cu o nucleotidă similară - uracil, care este desemnată prin litera U (U în literatura rusă). În moleculele de ADN și ARN, nucleotidele sunt aranjate în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de litere genetice.

Cod genetic

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

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

Proprietățile codului genetic

1. Tripletate- o unitate de cod semnificativă este o combinație de trei nucleotide (un triplet sau codon).

2. Continuitate- între triplete nu există semne de punctuație, adică informația este citită continuu.

3. Discretenie- aceeași nucleotidă nu poate face parte din două sau mai multe triplete în același timp.

4. Specificitate- unui codon specific îi corespunde doar un aminoacid.

5. Degenerare (redundanță)- mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.

6. Versatilitate - cod genetic funcționează la fel în organisme cu diferite niveluri de complexitate - de la viruși la oameni. (Metodele de inginerie genetică se bazează pe aceasta)

3) transcriere - procesul de sinteză a ARN folosind ca matriță ADN-ul care apare în toate celulele vii. Cu alte cuvinte, este transferul de informații genetice de la ADN la ARN.

Transcripția este catalizată de enzima ARN polimeraza dependentă de ADN. Procesul de sinteză a ARN se desfășoară în direcția de la capătul 5" la 3", adică de-a lungul catenei șablon ADN, ARN polimeraza se mișcă în direcția 3"->5"

Transcripția constă din etapele de inițiere, alungire și terminare.

Inițierea transcripției- un proces complex care depinde de secvența de ADN din apropierea secvenței transcrise (și la eucariote și de părți mai îndepărtate ale genomului - amplificatori și amortizoare) și de prezența sau absența diverșilor factori proteici.

Elongaţie- desfășurarea în continuare a ADN-ului și sinteza ARN-ului de-a lungul lanțului de codificare continuă. ea, ca și sinteza ADN-ului, are loc în direcția 5-3

Încetarea- de îndată ce polimeraza ajunge la terminator, se desprinde imediat de ADN, hibridul ADN-ARN local este distrus și ARN-ul nou sintetizat este transportat din nucleu în citoplasmă, iar transcripția este finalizată.

Prelucrare- un set de reacții care conduc la conversia produselor primare de transcripție și translație în molecule funcționale. Moleculele precursoare inactive funcțional sunt expuse la P. acizi ribonucleici (ARNt, ARNr, ARNm) și mulți alții. proteine.

În procesul de sinteză a enzimelor catabolice (descompunerea substraturilor), la procariote are loc sinteza inductibilă a enzimelor. Acest lucru oferă celulei posibilitatea de a se adapta la condițiile de mediu și de a economisi energie prin oprirea sintezei enzimei corespunzătoare dacă nevoia acesteia dispare.
Pentru a induce sinteza enzimelor catabolice sunt necesare următoarele condiții:

1. Enzima este sintetizată numai atunci când defalcarea substratului corespunzător este necesară pentru celulă.
2. Concentrația substratului în mediu trebuie să depășească un anumit nivel înainte de a se putea forma enzima corespunzătoare.
Mecanismul de reglare a expresiei genelor la Escherichia coli este cel mai bine studiat folosind exemplul operonului lac, care controlează sinteza a trei enzime catabolice care descompun lactoza. Dacă în celulă există multă glucoză și puțină lactoză, promotorul rămâne inactiv, iar proteina represoare este localizată pe operator - transcripția operonului lac este blocată. Când cantitatea de glucoză din mediu, și, prin urmare, din celulă, scade și lactoza crește, apar următoarele evenimente: cantitatea de adenozin monofosfat ciclic crește, se leagă de proteina CAP - acest complex activează promotorul la care ARN polimeraza leagă; în același timp, excesul de lactoză se leagă de proteina represoare și eliberează operatorul din aceasta - calea este deschisă pentru ARN polimerază, începe transcripția genelor structurale ale operonului lac. Lactoza acționează ca un inductor al sintezei acelor enzime care o descompun.

5) Reglarea expresiei genelor la eucariote este mult mai complicat. Diferite tipuri de celule ale unui organism eucariot multicelular sintetizează un număr de proteine identice și, în același timp, diferă unele de altele într-un set de proteine specifice celulelor de un anumit tip. Nivelul de producție depinde de tipul de celule, precum și de stadiul de dezvoltare a organismului. Reglarea expresiei genelor se realizează la nivel celular și organism. Genele celulelor eucariote sunt împărțite în Două tipuri principale: primul determină universalitatea funcțiilor celulare, al doilea determină (determină) funcții celulare specializate. Funcțiile genelor primul grup apărea în toate celulele. Pentru a îndeplini funcții diferențiate, celulele specializate trebuie să exprime un set specific de gene.
Cromozomii, genele și operonii celulelor eucariote au o serie de caracteristici structurale și funcționale, ceea ce explică complexitatea expresiei genelor.
1. Operonii celulelor eucariote au mai multe gene - regulatoare, care pot fi localizate pe diferiți cromozomi.
2. Genele structurale care controlează sinteza enzimelor unui proces biochimic pot fi concentrate în mai mulți operoni, localizați nu numai într-o moleculă de ADN, ci și în mai multe.
3. Secvența complexă a unei molecule de ADN. Există secțiuni informative și neinformative, secvențe de nucleotide informative unice și repetate în mod repetat.
4. Genele eucariote constau din exoni și introni, iar maturarea ARNm este însoțită de excizia intronilor din transcriptele ARN primare corespunzătoare (pro-ARN), adică. îmbinare.
5. Procesul de transcriere a genelor depinde de starea cromatinei. Compactarea ADN-ului local blochează complet sinteza ARN.
6. Transcrierea în celulele eucariote nu este întotdeauna asociată cu translația. ARNm sintetizat poate fi stocat pentru o lungă perioadă de timp sub formă de informaționalozomi. Transcrierea și traducerea apar în compartimente diferite.
7. Unele gene eucariote au localizare variabilă (gene labile sau transpozoni).
8. Metodele de biologie moleculară au relevat efectul inhibitor al proteinelor histonice asupra sintezei ARNm.
9. În timpul dezvoltării și diferențierii organelor, activitatea genelor depinde de hormonii care circulă în organism și provoacă reacții specifice în anumite celule. La mamifere, acțiunea hormonilor sexuali este importantă.
10. La eucariote, la fiecare etapă de ontogeneză se exprimă 5-10% din gene, restul trebuie blocat.

6) repararea materialului genetic

Repararea genetică- procesul de eliminare a daunelor genetice și de refacere a aparatului ereditar, care apare în celulele organismelor vii sub influența unor enzime speciale. Capacitatea celulelor de a repara daune genetice a fost descoperită pentru prima dată în 1949 de geneticianul american A. Kellner. Reparație- o funcție specială a celulelor, care constă în capacitatea de a corecta deteriorarea chimică și spargerile moleculelor de ADN deteriorate în timpul biosintezei normale a ADN-ului în celulă sau ca urmare a expunerii la agenți fizici sau chimici. Se realizează prin sisteme enzimatice speciale ale celulei. O serie de boli ereditare (de exemplu, xeroderma pigmentosum) sunt asociate cu tulburări ale sistemelor de reparare.

tipuri de reparatii:

Repararea directă este cea mai simplă modalitate de a elimina deteriorarea în ADN, care implică de obicei enzime specifice care pot elimina rapid (de obicei într-o singură etapă) deteriorarea corespunzătoare, restabilind structura originală a nucleotidelor. Acesta este cazul, de exemplu, cu ADN-metiltransferaza O6-metilguanină, care elimină o grupare metil dintr-o bază azotată pe unul dintre propriile reziduuri de cisteină.

Toate caracteristicile morfologice, anatomice și funcționale ale oricărei celule vii și organism în ansamblu sunt determinate de structura proteinelor specifice care alcătuiesc celulele. Capacitatea de a sintetiza numai proteine strict definite este o proprietate ereditară a organismelor. Secvența de aminoacizi din lanțul polipeptidic - structura primară a proteinei, de care depind proprietățile sale biologice - este determinată de secvența nucleotidelor din moleculele de ADN. Acesta din urmă este păstrătorul informațiilor ereditare din celule.

Secvența de nucleotide din lanțul polinucleotidic al ADN-ului este foarte specifică pentru fiecare celulă și reprezintă cod genetic, prin care se înregistrează informații despre sinteza anumitor proteine. Aceasta înseamnă că în ADN, fiecare mesaj este codificat cu o secvență specifică de patru caractere - A, G, T, C, la fel cum un mesaj scris este codificat cu caractere (litere) ale alfabetului sau codului Morse. Codul genetic este triplet, adică fiecare aminoacid este codificat de o combinație cunoscută de trei nucleotide adiacente, numite codon. Este ușor de calculat că numărul de combinații posibile de patru nucleotide în trei va fi de 64.

S-a dovedit că codul este multiplu sau „degenerat”, adică același aminoacid poate fi codificat de mai mulți codoni tripleți (de la 2 la b), în timp ce fiecare triplet codifică doar un aminoacid, de exemplu, în limbajul ARN mesager:

fenilalanină - UUU, UUC;
izoleucină - AUC, AUC, AUA;
prolina - CCU, CCC, CCA, CCG;
serină - UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC.

În afară de asta, codul este nesuprapune, c.t. aceeași nucleotidă nu poate face parte simultan din două triplete vecine. Și, în sfârșit, acest cod nu are virgule, ceea ce înseamnă că, dacă lipsește o nucleotidă, atunci la citirea acesteia, îi va lua locul cea mai apropiată nucleotidă din codonul vecin, ceea ce va schimba întreaga ordine de citire. Prin urmare, citirea corectă a codului din ARN mesager este asigurată de telecomunicații dacă este citit dintr-un punct strict definit. Codonii de pornire din moleculă și ARN sunt tripleții AUG și GU G.

Codul nucleotidelor este universal pentru toate organismele vii și viruși: tripletele identice codifică aminoacizi identici. Această descoperire reprezintă un pas serios către o înțelegere mai profundă a esenței materiei vii, deoarece universalitatea codului genetic indică unitatea de origine a tuturor organismelor vii. Până în prezent, tripleții au fost descifrați pentru toți cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele naturale. Prin urmare, cunoscând ordinea tripleților dintr-o moleculă de ADN (codul genetic), este posibil să se stabilească ordinea aminoacizilor dintr-o proteină.

O singură moleculă de ADN poate codifica secvența de aminoacizi pentru multe proteine. Un segment funcțional al unei molecule de ADN care poartă informații despre structura unei polipeptide sau a unei molecule de ARN se numește genomului. Există gene structurale, care codifică informații pentru sinteza proteinelor structurale și enzimatice și gene cu informații pentru sinteza ARNt, ARNr etc.