Genetinis kodas yra būdas koduoti aminorūgščių seką baltymo molekulėje, naudojant nukleotidų seką nukleorūgšties molekulėje. Genetinio kodo savybės išplaukia iš šio kodavimo ypatybių.

Kiekviena baltymo aminorūgštis yra susijusi su trimis iš eilės nukleorūgščių nukleotidais - trynukas, arba kodonas. Kiekviename iš nukleotidų gali būti viena iš keturių azoto bazių. RNR tai yra adeninas (A), uracilas (U), guaninas (G), citozinas (C). Įvairiais būdais derinant azotines bazes (šiuo atveju jų turinčius nukleotidus), galima gauti daug skirtingų tripletų: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC ir tt Bendras galimų derinių skaičius yra 64, t.y 43.

Gyvų organizmų baltymuose yra apie 20 aminorūgščių. Jei gamta „sumanytų“ kiekvieną aminorūgštį koduoti ne trimis, o dviem nukleotidais, tai tokių porų įvairovės neužtektų, nes jų būtų tik 16, t.y. 42.

Šiuo būdu, pagrindinė genetinio kodo savybė yra jo tripletas. Kiekvieną aminorūgštį koduoja nukleotidų tripletas.

Kadangi galimų skirtingų tripletų yra žymiai daugiau nei biologinėse molekulėse naudojamų aminorūgščių, tokia savybė kaip perteklius genetinis kodas. Daugelį aminorūgščių pradėjo koduoti ne vienas kodonas, o kelios. Pavyzdžiui, aminorūgštį gliciną koduoja keturi skirtingi kodonai: GGU, GGC, GGA, GGG. Atleidimas taip pat vadinamas degeneracija.

Aminorūgščių ir kodonų atitikimas atsispindi lentelių pavidalu. Pavyzdžiui, šie:

Kalbant apie nukleotidus, genetinis kodas turi tokią savybę: unikalumas(arba specifiškumas): kiekvienas kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį. Pavyzdžiui, GGU kodonas gali koduoti tik gliciną ir jokios kitos aminorūgšties.

Vėlgi. Perteklius yra susijęs su tuo, kad keli tripletai gali koduoti tą pačią aminorūgštį. Specifiškumas – kiekvienas konkretus kodonas gali koduoti tik vieną aminorūgštį.

Specialių skyrybos ženklų genetiniame kode nėra (išskyrus stop kodonus, kurie rodo polipeptidų sintezės pabaigą). Skyrybos ženklų funkciją atlieka patys trynukai – vieno pabaiga reiškia, kad šalia prasidės kitas. Tai reiškia šias dvi genetinio kodo savybes: tęstinumą Ir nesutampa. Tęstinumas suprantamas kaip trynukų skaitymas iš karto vienas po kito. Nepersidengimas reiškia, kad kiekvienas nukleotidas gali būti tik vieno tripleto dalis. Taigi pirmasis kito tripleto nukleotidas visada ateina po trečiojo ankstesnio tripleto nukleotido. Kodonas negali prasidėti nuo antrojo ar trečiojo ankstesnio kodono nukleotido. Kitaip tariant, kodas nesutampa.

Genetinis kodas turi savybę universalumas. Tai vienoda visiems organizmams Žemėje, o tai rodo gyvybės kilmės vienovę. Yra labai retų išimčių. Pavyzdžiui, kai kurie mitochondrijų ir chloroplastų tripletai koduoja kitas aminorūgštis nei įprastinės. Tai gali reikšti, kad gyvybės vystymosi aušroje buvo šiek tiek skirtingų genetinio kodo variacijų.

Galiausiai, genetinis kodas turi atsparumas triukšmui, o tai yra jos nuosavybės kaip pertekliaus pasekmė. Taškinės mutacijos, kartais pasitaikančios DNR, dažniausiai lemia vienos azoto bazės pakeitimą kita. Tai pakeičia tripletą. Pavyzdžiui, tai buvo AAA, po mutacijos tapo AAG. Tačiau tokie pokyčiai ne visada lemia aminorūgšties pasikeitimą susintetintame polipeptide, nes abu tripletai dėl genetinio kodo pertekliaus savybės gali atitikti vieną aminorūgštį. Atsižvelgiant į tai, kad mutacijos dažniau yra žalingos, atsparumo triukšmui savybė yra naudinga.

Genetinis, arba biologinis, kodas yra viena iš universalių gyvosios gamtos savybių, įrodančių jos kilmės vienovę. Genetinis kodas- tai polipeptido aminorūgščių sekos kodavimo metodas, naudojant nukleorūgščių nukleotidų seką (informatyvią RNR arba komplementarią DNR sekciją, ant kurios sintetinama mRNR).

Yra ir kitų apibrėžimų.

Genetinis kodas- tai yra kiekvienos aminorūgšties (kuri yra gyvų baltymų dalis) tam tikros trijų nukleotidų sekos atitikimas. Genetinis kodas yra ryšys tarp nukleorūgščių bazių ir baltymų aminorūgščių.

Mokslinėje literatūroje genetinis kodas nėra suprantamas kaip bet kurio organizmo DNR nukleotidų seka, lemianti jo individualumą.

Klaidinga manyti, kad vienas organizmas ar rūšis turi vieną kodą, o kitas – kitą. Genetinis kodas yra tai, kaip aminorūgštys yra koduojamos nukleotidais (t. y. principas, mechanizmas); jis yra universalus visiems gyviems dalykams, vienodas visiems organizmams.

Todėl neteisinga sakyti, pavyzdžiui, „Žmogaus genetinis kodas“ arba „Organizmo genetinis kodas“, kuris dažnai vartojamas beveik mokslinėje literatūroje ir filmuose.

Šiais atvejais dažniausiai turime omenyje žmogaus genomą, organizmą ir pan.

Gyvų organizmų įvairovę ir jų gyvybinės veiklos ypatybes pirmiausia lemia baltymų įvairovė.

Specifinę baltymo struktūrą lemia įvairių aminorūgščių, sudarančių jo sudėtį, tvarka ir kiekis. Peptido aminorūgščių seka yra užšifruota DNR naudojant biologinį kodą. Monomerų rinkinio įvairovės požiūriu DNR yra primityvesnė molekulė nei peptidas. DNR yra tik keturių nukleotidų kaitos įvairovė. Tai ilgą laiką neleido tyrėjams laikyti DNR paveldimumo medžiaga.

Kaip aminorūgštis koduoja nukleotidai

1) Nukleorūgštys (DNR ir RNR) yra polimerai, sudaryti iš nukleotidų.

Kiekvienas nukleotidas gali turėti vieną iš keturių azoto bazių: adeniną (A, en: A), guaniną (G, G), citoziną (C, en: C), timiną (T, en: T). RNR atveju timinas pakeičiamas uracilu (Y, U).

Svarstant genetinį kodą, atsižvelgiama tik į azoto bazes.

Tada DNR grandinė gali būti pavaizduota kaip jų linijinė seka. Pavyzdžiui:

Šį kodą papildanti mRNR sritis bus tokia:

2) Baltymai (polipeptidai) yra polimerai, susidedantys iš aminorūgščių.

Gyvuose organizmuose polipeptidams gaminti naudojama 20 aminorūgščių (dar kelios yra labai retos). Jiems žymėti galima ir viena raidė (nors dažniau naudojamos trys – aminorūgšties pavadinimo santrumpa).

Polipeptido aminorūgštys taip pat yra linijiškai susietos peptidine jungtimi. Pavyzdžiui, tarkime, kad yra baltymo sritis su tokia aminorūgščių seka (kiekviena aminorūgštis žymima viena raide):

3) Jei užduotis yra užkoduoti kiekvieną aminorūgštį naudojant nukleotidus, tada viskas susiveda į tai, kaip užkoduoti 20 raidžių naudojant 4 raides.

Tai galima padaryti suderinant 20 raidžių abėcėlės raides su žodžiais, sudarytais iš kelių 4 raidžių abėcėlės raidžių.

Jei vieną aminorūgštį koduoja vienas nukleotidas, tai gali būti koduojamos tik keturios aminorūgštys.

Jei kiekviena aminorūgštis atitinka du iš eilės nukleotidus RNR grandinėje, gali būti užkoduota šešiolika aminorūgščių.

Iš tiesų, jei yra keturios raidės (A, U, G, C), tada skirtingų jų porų derinių skaičius bus 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), ( UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Suvokimo patogumui naudojami skliaustai.] Tai reiškia, kad tokiu kodu (dviejų raidžių žodis) gali būti užkoduota tik 16 skirtingų aminorūgščių: kiekviena turės savo žodį (du iš eilės einančius nukleotidus).

Iš matematikos kombinacijų skaičiaus nustatymo formulė atrodo taip: ab = n.

Čia n – skirtingų kombinacijų skaičius, a – abėcėlės raidžių skaičius (arba skaičių sistemos pagrindas), b – raidžių skaičius žodyje (arba skaitmenų skaičius). Jei į šią formulę pakeisime 4 raidžių abėcėlę ir žodžius, sudarytus iš dviejų raidžių, gausime 42 = 16.

Jei kaip kiekvienos aminorūgšties kodinis žodis naudojami trys iš eilės nukleotidai, gali būti užkoduotos 43 = 64 skirtingos aminorūgštys, nes 64 skirtingos kombinacijos gali būti sudarytos iš keturių raidžių, paimtų į tris (pavyzdžiui, AUG, GAA, CAU, GGU ir kt.).

d.). To jau pakanka 20 aminorūgščių kodui.

Būtent genetiniame kode naudojamas trijų raidžių kodas. Vadinami trys iš eilės einantys nukleotidai, koduojantys tą pačią aminorūgštį trynukas(arba kodonas).

Kiekviena aminorūgštis yra susijusi su specifiniu nukleotidų tripletu.

Be to, kadangi tripletų deriniai sutampa su aminorūgščių skaičiumi, daugelis aminorūgščių yra koduojamos keliais tripletais.

Trys tripletai nekoduoja nė vienos aminorūgšties (UAA, UAG, UGA).

Jie pažymi transliacijos pabaigą ir yra iškviečiami stop kodonai(arba nesąmonių kodonai).

AUG tripletas koduoja ne tik aminorūgštį metioniną, bet ir inicijuoja vertimą (atlieka starto kodono vaidmenį).

Žemiau yra aminorūgščių atitikimo nukleoidų tripletams lentelės.

Pagal pirmąją lentelę patogu nustatyti atitinkamą aminorūgštį iš nurodyto tripleto. Antrajai - tam tikrai aminorūgščiai, ją atitinkantys tripletai.

Apsvarstykite genetinio kodo įgyvendinimo pavyzdį. Tebūnie mRNR su tokiu turiniu:

Nukleotidų seką suskaidykime į tripletus:

Palyginkime kiekvieną tripletą su jo koduojamu polipeptido aminorūgštimi:

Metioninas - Asparto rūgštis - Serinas - Treoninas - Triptofanas - Leucinas - Leucinas - Lizinas - Asparaginas - Glutaminas

Paskutinis tripletas yra stop kodonas.

Genetinio kodo savybės

Genetinio kodo savybės daugiausia yra aminorūgščių kodavimo būdo pasekmė.

Pirmoji ir akivaizdi savybė yra trigubas.

Tai suprantama kaip faktas, kad kodo vienetas yra trijų nukleotidų seka.

Svarbi genetinio kodo savybė yra jo nesutampa. Nukleotidas, įtrauktas į vieną tripletą, negali būti įtrauktas į kitą.

Tai reiškia, kad seka AGUGAA gali būti skaitoma tik kaip AGU-GAA, bet ne, pavyzdžiui, taip: AGU-GUG-GAA. Tai yra, jei GU pora yra įtraukta į vieną trejetą, ji jau negali būti neatsiejama kito dalis.

Pagal unikalumas Genetinis kodas supranta, kad kiekvienas tripletas atitinka tik vieną aminorūgštį.

Pavyzdžiui, AGU tripletas koduoja aminorūgštį seriną ir jokios kitos aminorūgšties.

Genetinis kodas

Šis tripletas vienareikšmiškai atitinka tik vieną aminorūgštį.

Kita vertus, vieną aminorūgštį gali atitikti keli tripletai. Pavyzdžiui, tas pats serinas, be AGU, atitinka kodoną AGC. Ši savybė vadinama degeneracija genetinis kodas.

Degeneracija leidžia daugelį mutacijų palikti nekenksmingas, nes dažnai vieno nukleotido pakeitimas DNR nepakeičia tripleto vertės. Jei atidžiai pažvelgsite į aminorūgščių ir tripletų atitikimo lentelę, pamatysite, kad jei aminorūgštį koduoja keli tripletai, tada jie dažnai skiriasi paskutiniu nukleotidu, tai yra, tai gali būti bet kas.

Taip pat pažymimos kai kurios kitos genetinio kodo savybės (tęstinumas, atsparumas triukšmui, universalumas ir kt.).

Stabilumas kaip augalų prisitaikymas prie egzistavimo sąlygų. Pagrindinės augalų reakcijos į nepalankių veiksnių poveikį.

Augalų atsparumas – tai gebėjimas atlaikyti ekstremalių aplinkos veiksnių (dirvožemio ir oro sausros) poveikį.

Kodo ge-not-ti-che-th nedviprasmiškumas pasireiškia tuo, kad

Ši savybė buvo sukurta evoliucijos procese ir yra genetiškai fiksuota. Vietose, kuriose sąlygos nepalankios, susiformavo stabilios dekoratyvinės formos ir vietinės kultūrinių augalų veislės – atsparios sausrai. Tam tikras augalų atsparumo lygis atsiskleidžia tik veikiant ekstremaliems aplinkos veiksniams.

Dėl tokio veiksnio atsiradimo prasideda dirginimo fazė - staigus daugelio fiziologinių parametrų nukrypimas nuo normos ir greitas jų normalizavimas. Tada pasikeičia medžiagų apykaitos intensyvumas ir pažeidžiamos tarpląstelinės struktūros. Tuo pačiu metu slopinami visi sintetiniai, aktyvuojami visi hidroliziniai, sumažėja bendras organizmo aprūpinimas energija. Jei faktoriaus poveikis neviršija slenkstinės reikšmės, prasideda adaptacijos fazė.

Pritaikytas augalas mažiau reaguoja į pasikartojantį ar didėjantį ekstremalių veiksnių poveikį. Organiniu lygmeniu prie adaptacijos mechanizmų pridedama m / y organų sąveika. Susilpnėjus vandens, mineralinių ir organinių junginių tekėjimui per augalą, sustiprėja konkurencija tarp organų, sustoja jų augimas.

Nustatytas augalų biologinis atsparumas. maks. yra kraštutinio faktoriaus, kuriam esant augalai vis dar formuoja gyvybingas sėklas, vertė. Agronominį tvarumą lemia derliaus sumažėjimo laipsnis. Augalai pasižymi atsparumu tam tikro tipo ekstremaliems veiksniams – žiemojantiems, atspariems dujoms, atspariems druskai, atspariems sausroms.

Tipo apvaliosios kirmėlės, skirtingai nei plokščiosios kirmėlės, turi pirminę kūno ertmę – šizocelę, susidariusią sunaikinus parenchimą, užpildančią tarpas tarp kūno sienelių ir vidaus organų – jos funkcija yra transportavimas.

Jis palaiko homeostazę. Kūno forma yra apvalaus skersmens. Integumentas yra kutikulizuotas. Raumenis vaizduoja išilginių raumenų sluoksnis. Žarnynas yra nuo galo iki galo ir susideda iš 3 skyrių: priekinės, vidurinės ir užpakalinės. Burnos anga yra priekinio kūno galo ventraliniame paviršiuje. Ryklė turi būdingą trikampį spindį. Išskyrimo sistemą atstovauja protonefridijos arba specialios odos - poodinės liaukos. Dauguma rūšių yra dvinamės, tik lytiškai dauginasi.

Vystymasis yra tiesioginis, retai su metamorfoze. Jie turi pastovią kūno ląstelių sudėtį ir neturi gebėjimo atsinaujinti. Priekinė žarna susideda iš burnos ertmės, ryklės ir stemplės.

Jie neturi vidurinės ar galinės dalies. Išskyrimo sistemą sudaro 1-2 milžiniškos hipodermos ląstelės. Išilginiai šalinimo kanalai yra šoninėse hipodermio keterose.

Genetinio kodo savybės. Tripleto kodo įrodymai. Kodonų iššifravimas. Terminacijos kodonai. Genetinės slopinimo samprata.

Idėją, kad informacija yra užkoduota pirminėje baltymo struktūroje esančiame gene, nurodė F.

Crickas savo sekos hipotezėje, pagal kurią genų elementų seka lemia aminorūgščių liekanų seką polipeptidinėje grandinėje. Sekos hipotezės pagrįstumą įrodo geno ir jo koduojamo polipeptido struktūrų kolineariškumas. Reikšmingiausias 1953 m. pasiekimas buvo idėja, kad. Kad kodas greičiausiai yra tripletas.

; DNR bazių poros: A-T, T-A, G-C, C-G – gali koduoti tik 4 aminorūgštis, jei kiekviena pora atitinka vieną aminorūgštį. Kaip žinote, baltymuose yra 20 pagrindinių aminorūgščių. Jei darysime prielaidą, kad kiekviena aminorūgštis atitinka 2 bazių poras, tai gali būti užkoduota 16 aminorūgščių (4 * 4) - to vėlgi nepakanka.

Jei kodas yra tripletas, tada iš 4 bazių porų galima sudaryti 64 kodonus (4 * 4 * 4), kurių pakanka 20 aminorūgščių kodavimui. Creek ir jo bendradarbiai manė, kad kodas buvo trigubas, kad tarp kodonų nėra „kablelių“, t. y. atskiriančių simbolius; kodo skaitymas geno viduje vyksta iš fiksuoto taško viena kryptimi. 1961 m. vasarą Kirenbergas ir Mattei pranešė apie pirmojo kodono iššifravimą ir pasiūlė kodonų sudėties nustatymo metodą baltymų sintezės sistemoje be ląstelių.

Taigi, mRNR fenilalanino kodonas buvo iššifruotas kaip UUU. Be to, taikant Korano, Nirenbergo ir Lederio sukurtus metodus 1965 m.

buvo sudarytas kodų žodynas šiuolaikine forma. Taigi, mutacijų gavimas T4 faguose, kurias sukelia bazių ištrynimas arba pridėjimas, buvo tripleto kodo įrodymas (1 savybė). Šie nukritimai ir papildymai, lemiantys kadrų poslinkius „skaitant“ kodą, buvo pašalinti tik atkūrus kodo teisingumą, tai neleido atsirasti mutantams. Šie eksperimentai taip pat parodė, kad trynukai nesutampa, ty kiekviena bazė gali priklausyti tik vienam tripletui (2 savybė).

Dauguma aminorūgščių turi daugiau nei vieną kodoną. Kodas, kuriame aminorūgščių skaičius yra mažesnis už kodonų skaičių, vadinamas išsigimusiu (3 savybė), t.y.

e. tam tikrą aminorūgštį gali koduoti daugiau nei vienas tripletas. Be to, trys kodonai visiškai nekoduoja jokios aminorūgšties („nesąmonių kodonai“) ir veikia kaip „stop signalas“. Stabdymo kodonas yra DNR funkcinio vieneto cistrono galutinis taškas. Terminaciniai kodonai yra vienodi visose rūšyse ir yra vaizduojami kaip UAA, UAG, UGA. Svarbus kodo bruožas yra tai, kad jis yra universalus (4 savybė).

Visuose gyvuose organizmuose tie patys tripletai koduoja tas pačias aminorūgštis.

Įrodyta, kad E. coli ir mielėse egzistuoja trijų tipų mutantiniai kodonai – terminatoriai ir jų slopinimas. Genų – slopintuvų – atradimas, „suvokimas“ nesąmonių – skirtingų genų alelių, rodo, kad genetinio kodo vertimas gali keistis.

Mutacijos, turinčios įtakos tRNR antikodonui, keičia jų kodono specifiškumą ir sukuria galimybę slopinti mutacijas transliacijos lygmeniu. Transliacijos lygio slopinimas gali atsirasti dėl kai kuriuos ribosomų baltymus koduojančių genų mutacijų. Dėl šių mutacijų ribosomos „klysta“, pavyzdžiui, skaitydamos nesąmoningus kodonus ir „supranta“ juos kai kurių nemutantinių tRNR sąskaita. Kartu su genotipiniu slopinimu, veikiančiu vertimo lygmeniu, galimas ir beprasmių alelių fenotipinis slopinimas: sumažėjus temperatūrai, ląsteles veikiant aminoglikozidų antibiotikams, kurie jungiasi prie ribosomų, pavyzdžiui, streptomicinu.

22. Aukštųjų augalų dauginimasis: vegetatyvinis ir nelytinis. Sporuliacija, lygiaverčių ir heterosporinių sporų sandara Dauginimasis kaip gyvosios medžiagos savybė, tai yra individo gebėjimas sukelti savo rūšį, egzistavo ankstyvosiose evoliucijos stadijose.

Dauginimosi formas galima suskirstyti į 2 tipus: nelytinę ir seksualinę. Tiesą sakant, nelytinis dauginimasis vyksta nedalyvaujant lytinėms ląstelėms, naudojant specializuotas ląsteles - sporas. Jie susidaro nelytinio dauginimosi organuose - sporangijose dėl mitozinio dalijimosi.

Sporos dygimo metu atkuria naują individą, panašų į motininį, išskyrus sėklinių augalų sporas, kuriose sporos prarado dauginimosi ir nusėdimo funkciją. Sporos gali susidaryti ir redukcinio dalijimosi būdu, kai vienaląstės sporos išsilieja.

Augalų dauginimas vegetatyviniu (ūglio dalis, lapas, šaknis) arba vienaląsčių dumblių dalijimasis per pusę vadinamas vegetatyviniu (svogūnėlis, auginiai).

Lytinį dauginimąsi vykdo specialios lytinės ląstelės – gametos.

Gametos susidaro dėl mejozės, yra moterys ir vyrai. Dėl jų susiliejimo atsiranda zigota, iš kurios vėliau išsivysto naujas organizmas.

Augalai skiriasi lytinių ląstelių rūšimis. Kai kuriuose vienaląsčiuose organizmuose ji tam tikru metu veikia kaip gameta. Įvairių lyčių organizmai (gametos) susilieja – šis seksualinis procesas vadinamas hologamija. Jei vyriškos ir moteriškos lytinės ląstelės yra morfologiškai panašios, judrios – tai izogametai.

Ir seksualinis procesas izogamiškas. Jei moteriškos lytinės ląstelės yra šiek tiek didesnės ir mažiau judrios nei vyriškos lytinės ląstelės, tai yra heterogametos, o procesas yra heterogamija. Oogamija – moteriškos lytinės ląstelės yra labai didelės ir nejudrios, vyriškos – mažos ir judrios.

12345678910Kitas ⇒

Genetinis kodas – atitikimas tarp DNR tripletų ir baltymų aminorūgščių

Būtinybę koduoti baltymų struktūrą linijinėje mRNR ir DNR nukleotidų sekoje lemia tai, kad vertimo metu:

• nėra atitikimo tarp monomerų skaičiaus mRNR matricoje ir produkto – susintetinto baltymo;
• nėra struktūrinio panašumo tarp RNR ir baltymų monomerų.

Tai pašalina komplementarią matricos ir produkto sąveiką, principą, pagal kurį replikacijos ir transkripcijos metu sukuriamos naujos DNR ir RNR molekulės.

Iš to tampa aišku, kad turi būti „žodynas“, leidžiantis sužinoti, kuri mRNR nukleotidų seka numato aminorūgščių įtraukimą į tam tikrą baltymo seką. Šis „žodynas“ vadinamas genetiniu, biologiniu, nukleotidų arba aminorūgščių kodu. Tai leidžia koduoti aminorūgštis, kurios sudaro baltymus, naudojant specifinę nukleotidų seką DNR ir mRNR. Jis turi tam tikrų savybių.

Trigubas. Vienas iš pagrindinių klausimų aiškinantis kodo savybes buvo nukleotidų skaičiaus klausimas, kuris turėtų lemti vienos aminorūgšties įtraukimą į baltymą.

Nustatyta, kad koduojantys elementai, koduojantys aminorūgščių seką, iš tiesų yra nukleotidų tripletai arba trynukai, kurie buvo pavadinti „kodonai“.

Kodonų reikšmė.

Pavyko nustatyti, kad iš 64 kodonų aminorūgščių įtraukimas į susintetintą polipeptidinę grandinę koduoja 61 tripletą, o likę 3 - UAA, UAG, UGA nekoduoja aminorūgščių įtraukimo į baltymą ir iš pradžių buvo vadinami. beprasmiai ar beprasmiai kodonai. Tačiau vėliau buvo įrodyta, kad šie tripletai signalizuoja apie vertimo pabaigą, todėl jie tapo žinomi kaip termino arba stop kodonai.

mRNR kodonai ir nukleotidų tripletai DNR koduojančioje grandinėje, nukreiptoje nuo 5' iki 3' galo, turi tą pačią azoto bazių seką, išskyrus tai, kad DNR vietoj uracilo (U), būdingas mRNR, yra timinas (T).

Specifiškumas.

Kiekvienas kodonas atitinka tik vieną konkrečią aminorūgštį. Šia prasme genetinis kodas yra griežtai nedviprasmiškas.

4-3 lentelė.

Vienareikšmiškumas yra viena iš genetinio kodo savybių, pasireiškianti tuo, kad ...

Pagrindiniai baltymų sintezės sistemos komponentai

Reikalingi komponentai	Funkcijos
vienas . Amino rūgštys	Baltymų sintezės substratai
2. tRNR	tRNR veikia kaip adapteriai. Jie sąveikauja su akceptoriniu galu su aminorūgštimis, o su antikodonu - su mRNR kodonu.
3. Aminoacil-tRNR sintetazė	Kiekviena aa-tRNR sintetazė katalizuoja specifinę vienos iš 20 aminorūgščių prisijungimo reakciją su atitinkama tRNR
4.mRNR	Matricoje yra linijinė kodonų seka, kuri lemia pirminę baltymų struktūrą
5. Ribosomos	Ribonukleoproteinų tarpląstelinės struktūros, kurios yra baltymų sintezės vieta
6.	Energijos šaltiniai
7. Baltyminiai iniciacijos, pailgėjimo, nutraukimo veiksniai	Specifiniai ekstraribosominiai baltymai, reikalingi vertimo procesui (12 iniciacijos faktorių: elF; 2 pailgėjimo faktoriai: eEF1, eEF2 ir pabaigos faktoriai: eRF)
8. Magnio jonai	Kofaktorius, stabilizuojantis ribosomų struktūrą

Pastabos: elF( eukariotų iniciacijos veiksniai) yra iniciacijos veiksniai; eEF( eukariotų pailgėjimo faktoriai) yra pailgėjimo veiksniai; eRF ( eukariotus atpalaiduojantys faktoriai) yra nutraukimo veiksniai.

degeneracija. MRNR ir DNR turi prasmę 61 tripletas, kurių kiekvienas koduoja vienos iš 20 aminorūgščių įtraukimą į baltymą.

Iš to išplaukia, kad informacinėse molekulėse tos pačios aminorūgšties įtraukimą į baltymą lemia keli kodonai. Ši biologinio kodo savybė vadinama degeneracija.

Žmonėms tik 2 aminorūgštys yra užšifruotos vienu kodonu – Met ir Tri, tuo tarpu Leu, Ser ir Apr – šešiais kodonais, o Ala, Val, Gli, Pro, Tre – keturiais kodonais (1 lentelė).

Kodavimo sekų perteklius yra vertingiausia kodo savybė, nes padidina informacijos srauto atsparumą neigiamam išorinės ir vidinės aplinkos poveikiui. Nustatant aminorūgšties, kuri turi būti įtraukta į baltymą, pobūdį, trečiasis kodone esantis nukleotidas nėra toks svarbus kaip pirmieji du. Kaip matyti iš lentelės. 4-4, daugeliui aminorūgščių nukleotido pakeitimas trečioje kodono padėtyje neturi įtakos jo reikšmei.

Informacijos įrašymo tiesiškumas.

Transliacijos metu mRNR kodonai „skaitomi“ iš fiksuoto pradžios taško nuosekliai ir nesutampa. Informacijos įraše nėra signalų, nurodančių vieno kodono pabaigą ir kito pradžią. AUG kodonas inicijuojamas ir skaitomas tiek pradžioje, tiek kituose mRNR regionuose kaip Met. Po jo einantys tripletai skaitomi nuosekliai be jokių tarpų iki stop kodono, kuriame baigiama polipeptidinės grandinės sintezė.

Universalumas.

Dar visai neseniai buvo manoma, kad kodas yra absoliučiai universalus, t.y. kodinių žodžių reikšmė yra vienoda visiems tirtiems organizmams: virusams, bakterijoms, augalams, varliagyviams, žinduoliams, tarp jų ir žmogui.

Tačiau vėliau tapo žinoma viena išimtis – paaiškėjo, kad mitochondrijų mRNR turi 4 tripletus, kurie turi kitokią reikšmę nei branduolinės kilmės mRNR. Taigi, mitochondrijų mRNR tripletas UGA koduoja Tri, AUA kodai Met, o ACA ir AGG skaitomi kaip papildomi stop kodonai.

Geno ir produkto kolineariškumas.

Prokariotuose buvo rasta linijinė geno kodonų sekos ir baltyminio produkto aminorūgščių sekos atitiktis arba, kaip sakoma, tarp geno ir produkto yra kolineariškumas.

4-4 lentelė.

Genetinis kodas

Pirmasis fondas	Antra bazė
	U	NUO	BET	G
U	UUU plaukų džiovintuvas	UCU Cep	UAU padanga	UGU Cys
UUC Plaukų džiovintuvas	UCC ser	iASTir	UGC Cys
UUA Lei	UCA Cep	UAA*	UGA*
UUG Lei	UCG ser	UAG*	UGG Balandžio mėn
NUO	Cu Lei	CCU Pro	CAU Gis	CGU Balandžio mėn
CUC Lei	SSS Pro	SAS Gis	CGC balandžio mėn
CUA Lei	SSA Pro	CAA Gln	CGA balandžio mėn
CUG Lei	CCG Pro	CAG Gln	CGG Balandžio mėn
BET	AUU Ile	ACU Tpe	AAU Asn	AGU Ser
AUC Ile	ACC Tre	AAS Asn	AGG Ser
AUA Met	ASA Tre	AAA Liz	AGA Balandžio mėn
AUG Met	ACG Tre	AAG Liz	AGG balandžio mėn
G	GUU draudimas	GCU Ala	GAU Asp	GGU Gli
GUC velenas	GCC Ala	GAC Asp	GGC Glee
GUA val	GSA Ala	GAA Glu	GGA Glee
GUG velenas	GСG Ala	GAG Glu	GGG Glee

Pastabos: U, uracilas; C - citozinas; A - adeninas; G – guaninas; * - pabaigos kodonas.

Eukariotuose bazinės sekos genuose, kolinijinės aminorūgščių sekos baltyme, yra pertraukiamos intronais.

Todėl eukariotinėse ląstelėse baltymo aminorūgščių seka yra lygiagreti su egzonų seka gene arba brandžioje mRNR po transkripcijos pašalinus intronus.

GENETINIS KODAS(Graikų kalba, genetika reiškia kilmę; sin.: kodas, biologinis kodas, aminorūgščių kodas, baltymo kodas, nukleino rūgšties kodas) – sistema, skirta įrašyti paveldimą informaciją gyvūnų, augalų, bakterijų ir virusų nukleorūgščių molekulėse, kaitaliojant nukleotidų seką.

Genetinė informacija (pav.) iš ląstelės į ląstelę, iš kartos į kartą, išskyrus RNR turinčius virusus, perduodama reduplikuojant DNR molekules (žr. Replikacija). DNR paveldimos informacijos įgyvendinimas ląstelių gyvavimo procese vykdomas per 3 RNR tipus: informacinę (mRNR arba mRNR), ribosominę (rRNR) ir transportinę (tRNR), kurios sintezuojamos DNR kaip matricoje, naudojant RNR. polimerazės fermentas. Tuo pačiu metu nukleotidų seka DNR molekulėje vienareikšmiškai lemia nukleotidų seką visose trijose RNR rūšyse (žr. Transkripcija). Geno (žr.) informaciją, koduojančią baltyminę molekulę, neša tik mRNR. Galutinis paveldimos informacijos įgyvendinimo produktas yra baltymų molekulių sintezė, kurios specifiškumą lemia jų aminorūgščių seka (žr. Vertimą).

Kadangi DNR arba RNR yra tik 4 skirtingos azotinės bazės [DNR - adeninas (A), timinas (T), guaninas (G), citozinas (C); RNR - adeninas (A), uracilas (U), citozinas (C), guaninas (G)], kurių seka lemia 20 aminorūgščių seką baltyme, G. to. problema, ty 4 raidžių nukleorūgščių abėcėlės vertimo į 20 raidžių polipeptidų abėcėlę problema.

Pirmą kartą baltymų molekulių matricinės sintezės idėją teisingai numatant hipotetinės matricos savybes NK Koltsovas suformulavo 1928 m. 1944 m. Avery ir kt. nustatė, kad DNR molekulės yra atsakingos už perdavimą. paveldimų požymių transformacijos į pneumokokus metu. 1948 metais E. Chargaffas parodė, kad visose DNR molekulėse yra kiekybinė atitinkamų nukleotidų (A-T, G-C) lygybė. 1953 m. F. Crick, J. Watson ir Wilkins (M. HF Wilkins), remdamiesi šia taisykle ir rentgeno spindulių difrakcijos analizės duomenimis (žr.), priėjo prie išvados, kad DNR molekulė yra dviguba spiralė, susidedanti iš dvi polinukleotidų grandinės, sujungtos vandeniliniais ryšiais. Be to, tik T gali būti prieš vienos grandinės A antroje, o tik C prieš G. Šis komplementarumas lemia tai, kad vienos grandinės nukleotidų seka vienareikšmiškai lemia kitos grandinės seką. Antroji reikšminga išvada, išplaukianti iš šio modelio, yra ta, kad DNR molekulė gali savaime daugintis.

1954 metais G. Gamow suformulavo G. problemą į. jos modernia forma. 1957 metais F. Crickas išreiškė Adapterio hipotezę, darydamas prielaidą, kad aminorūgštys sąveikauja su nukleorūgštimi ne tiesiogiai, o per tarpininkus (dabar žinomas kaip tRNR). Vėlesniais metais visos pagrindinės genetinės informacijos perdavimo schemos, iš pradžių hipotetinės, jungtys buvo patvirtintos eksperimentiškai. 1957 m. buvo atrastos mRNR [A. S. Spirin, A. N. Belozersky ir kt.; Folkinas ir Astrachanė (E. Volkinas, L. Astrachanas)] ir tRNR [Hoaglandas (M. V. Hoaglandas)]; 1960 m. DNR buvo susintetinta už ląstelės ribų, naudojant esamas DNR makromolekules kaip šabloną (A. Kornberg) ir buvo atrasta nuo DNR priklausoma RNR sintezė [Weiss (S. V. Weiss) ir kt.]. 1961 metais buvo sukurta beląstelinė sistema, kurioje, esant natūraliai RNR arba sintetiniams poliribonukleotidams, buvo sintetinamos į baltymus panašios medžiagos [M. Nirenbergas ir Matthaei (J. H. Matthaei)]. G. to. pažinimo problema susideda iš bendrųjų kodo savybių tyrimo ir faktinio jo iššifravimo, tai yra išsiaiškinimo, kurios nukleotidų (kodonų) kombinacijos koduoja tam tikras aminorūgštis.

Bendrosios kodo savybės buvo išaiškintos neatsižvelgiant į jo dekodavimą ir daugiausia prieš jį analizuojant mutacijų formavimosi molekulinius modelius (F. Crick ir kt., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Jie ateina į tai:

1. Kodas yra universalus, t.y. identiškas, bent jau iš esmės, visoms gyvoms būtybėms.

2. Kodas yra tripletas, tai yra, kiekviena aminorūgštis yra koduota trigubu nukleotidų.

3. Kodas yra nepersidengiantis, t. y. tam tikras nukleotidas negali būti daugiau nei vieno kodono dalis.

4. Kodas yra išsigimęs, tai yra, vieną aminorūgštį gali užkoduoti keli tripletai.

5. Informacija apie pirminę baltymo struktūrą skaitoma iš iRNR nuosekliai, pradedant nuo fiksuoto taško.

6. Dauguma galimų trynukų turi „prasmę“, t.y., koduoja aminorūgštis.

7. Iš trijų kodono „raidžių“ tik dvi (įpareigojamosios) yra svarbiausios, o trečioji (neprivaloma) neša daug mažiau informacijos.

Tiesioginis kodo iššifravimas būtų lyginamas struktūrinio geno nukleotidų seka (arba jame susintetinta mRNR) su aminorūgščių seka atitinkamame baltyme. Tačiau šis būdas vis dar techniškai neįmanomas. Taikyti dar du būdai: baltymų sintezė sistemoje be ląstelių, naudojant žinomos sudėties dirbtinius poliribonukleotidus kaip matricą ir mutacijų formavimosi molekulinių modelių analizė (žr.). Pirmoji atnešė teigiamų rezultatų anksčiau ir istoriškai suvaidino didelį vaidmenį iššifruojant G. į.

1961 metais M. Nirenbergas ir Mattei kaip matricą panaudojo homopolimerą – sintetinę poliuridilo rūgštį (t.y. UUUU... sudėties dirbtinę RNR) ir gavo polifenilalaniną. Iš to išplaukė, kad fenilalanino kodonas susideda iš kelių U, ty tripleto kodo atveju jis reiškia UUU. Vėliau kartu su homopolimerais buvo naudojami poliribonukleotidai, susidedantys iš skirtingų nukleotidų. Šiuo atveju buvo žinoma tik polimerų sudėtis, o nukleotidų išsidėstymas juose buvo statistinis, todėl rezultatų analizė buvo statistinė ir davė netiesiogines išvadas. Gana greitai pavyko rasti bent vieną tripletą visoms 20 aminorūgščių. Paaiškėjo, kad organinių tirpiklių buvimas, pH ar temperatūros pokytis, kai kurie katijonai, o ypač antibiotikai, kodą daro dviprasmišką: tie patys kodonai pradeda skatinti kitų aminorūgščių įtraukimą, kai kuriais atvejais pradėjo koduoti vienas kodonas. iki keturių skirtingų aminorūgščių. Streptomicinas paveikė informacijos skaitymą tiek sistemose, kuriose nėra ląstelių, tiek in vivo, ir buvo veiksmingas tik streptomicinui jautrioms bakterijų padermėms. Nuo streptomicino priklausomose padermėse jis „pataisė“ rodmenis iš kodonų, kurie pasikeitė dėl mutacijos. Panašūs rezultatai davė pagrindo abejoti G. dekodavimo teisingumu, naudojant sistemą be ląstelių; buvo reikalingas patvirtinimas, pirmiausia naudojant in vivo duomenis.

Pagrindiniai duomenys apie G. to. in vivo buvo gauti analizuojant baltymų aminorūgščių sudėtį organizmuose, apdorotuose mutagenais (žr.), kurių veikimo mechanizmas žinomas, pavyzdžiui, azoto to-one, dėl kurio C pakeičiama U ir A by D. Naudingos informacijos suteikia ir nespecifinių mutagenų sukeltų mutacijų analizė, skirtingų rūšių giminingų baltymų pirminės struktūros skirtumų palyginimas, DNR ir baltymų sudėties koreliacija ir kt.

G. dekodavimas į. remiantis duomenimis in vivo ir in vitro davė sutampančius rezultatus. Vėliau buvo sukurti kiti trys kodo iššifravimo metodai sistemose be ląstelių: aminoacil-tRNR (ty tRNR su prijungta aktyvuota aminorūgštimi) surišimas su žinomos sudėties trinukleotidais (M. Nirenberg ir kt., 1965), aminoacil-tRNR surišimas su polinukleotidais, pradedant tam tikru tripletu (Mattei ir kt., 1966), ir polimerų kaip mRNR panaudojimas, kuriame žinoma ne tik sudėtis, bet ir nukleotidų tvarka (X. Korana ir kt. ., 1965). Visi trys metodai papildo vienas kitą, o rezultatai atitinka duomenis, gautus atliekant eksperimentus in vivo.

70-aisiais. 20 amžiaus buvo ypač patikimi G. dekodavimo rezultatų tikrinimo metodai. Yra žinoma, kad proflavino įtakoje atsirandančios mutacijos susideda iš atskirų nukleotidų praradimo arba įterpimo, dėl kurio pasislenka skaitymo rėmas. T4 fage proflavinas sukėlė daugybę mutacijų, kurių metu pasikeitė lizocimo sudėtis. Ši kompozicija buvo išanalizuota ir palyginta su tais kodonais, kurie turėjo būti gauti pakeitus skaitymo rėmą. Vyko visiškas mačas. Be to, šis metodas leido nustatyti, kurie išsigimusio kodo tripletai koduoja kiekvieną aminorūgštį. 1970 m. Adamsui (JM Adamsui) ir jo bendradarbiams pavyko iš dalies iššifruoti G. to. tiesioginiu metodu: R17 fage bazinė seka buvo nustatyta 57 nukleotidų ilgio fragmente ir palyginta su aminorūgščių seka. jo lukšto baltymas. Rezultatai visiškai sutapo su gautais mažiau tiesioginiais metodais. Taigi kodas iššifruojamas visiškai ir teisingai.

Dekodavimo rezultatai apibendrinti lentelėje. Jame išvardyta kodonų ir RNR sudėtis. tRNR antikodonų sudėtis papildo mRNR kodonus, ty vietoj U juose yra A, vietoj A - U, vietoj C - G ir vietoj G - C, ir atitinka struktūrinio geno kodonus (tai DNR, su kuria skaitoma informacija), vienintelis skirtumas yra tas, kad uracilas užima timino vietą. Iš 64 tripletų, kuriuos gali sudaryti 4 nukleotidų derinys, 61 turi „jutimą“, t.y. koduoja aminorūgštis, o 3 yra „nesąmonė“ (be prasmės). Yra gana aiškus ryšys tarp trynukų sudėties ir jų reikšmės, kuris buvo atrastas net ir analizuojant bendras kodo savybes. Kai kuriais atvejais specifinę aminorūgštį (pvz., proliną, alaniną) koduojantiems tripletams būdinga tai, kad pirmieji du nukleotidai (obligatiniai) yra vienodi, o trečiasis (nebūtina) gali būti bet koks. Kitais atvejais (koduojant, pavyzdžiui, asparaginą, glutaminą) du panašūs tripletai turi tą pačią reikšmę, kai pirmieji du nukleotidai sutampa, o bet koks purinas ar bet koks pirimidinas užima trečiojo vietą.

Nesąmoningi kodonai, iš kurių 2 turi specialius pavadinimus, atitinkančius fagų mutantų žymėjimą (UAA-ochra, UAG-gintaras, UGA-opalas), nors jie nekoduoja jokių aminorūgščių, jie turi didelę reikšmę skaitant informaciją, koduojančią polipeptidinės grandinės galas.

Informacija skaitoma kryptimi nuo 5 1 -> 3 1 - iki nukleotidų grandinės galo (žr. Dezoksiribonukleino rūgštys). Šiuo atveju baltymų sintezė vyksta nuo aminorūgšties su laisva aminogrupe iki aminorūgšties su laisvąja karboksilo grupe. Sintezės pradžią koduoja AUG ir GUG tripletai, kurie šiuo atveju apima specifinę pradinę aminoacil-tRNR, būtent N-formilmetionil-tRNR. Tie patys tripletai, lokalizuoti grandinėje, koduoja atitinkamai metioniną ir valiną. Dviprasmybę pašalina tai, kad prieš skaitymo pradžią yra nesąmonių. Yra duomenų, kad ribą tarp skirtingus baltymus koduojančių iRNR sričių sudaro daugiau nei du tripletai ir šiose vietose kinta antrinė RNR struktūra; šis klausimas tiriamas. Jei struktūriniame gene yra nesąmoningas kodonas, atitinkamas baltymas sukuriamas tik iki šio kodono vietos.

Genetinio kodo atradimas ir iššifravimas – išskirtinis molekulinės biologijos pasiekimas – turėjo įtakos visai biologijai, mokslams, kai kuriais atvejais padėjo pagrindą specialių didelių skyrių kūrimui (žr. Molekulinė genetika). G. atveriamasis poveikis ir su juo susiję tyrimai lyginami su poveikiu, kurį biol, mokslams padarė Darvino teorija.

G. to. universalumas yra tiesioginis visų organinio pasaulio atstovų pagrindinių molekulinių gyvybės mechanizmų universalumo įrodymas. Tuo tarpu dideli genetinio aparato funkcijų ir jo struktūros skirtumai pereinant nuo prokariotų prie eukariotų ir iš vienaląsčių prie daugialąsčių tikriausiai siejami su molekuliniais skirtumais, kurių tyrimas yra vienas iš ateities uždavinių. Kadangi G. tyrimai yra tik pastarųjų metų klausimas, gautų rezultatų reikšmė praktinei medicinai yra tik netiesioginio pobūdžio, kol kas leidžia suprasti ligų prigimtį, patogenų veikimo mechanizmą ir vaistinių medžiagų. Tačiau tokių reiškinių kaip transformacija (žr.), transdukcija (žr.), slopinimas (žr.) atradimas rodo esminę patologiškai pakitusios paveldimos informacijos pataisymo ar jos korekcijos galimybę – vadinamąją. genų inžinerija (žr.).

Lentelė. GENETINIS KODAS

Pirmasis kodono nukleotidas	Antrasis kodono nukleotidas								Trečia, kodono nukleotidas
		Fenilalaninas
						J Nesąmonė
								triptofanas
						Histidinas
						Glutamo rūgštis
		Izoleucinas				Aspartas
		metioninas
						Asparaginas
						Glutaminas

* Užkoduoja grandinės galą.

** Taip pat koduoja grandinės pradžią.

Bibliografija: Ichas M. Biologinis kodas, vert. iš anglų k., M., 1971; Lankininkas N.B. Citogenetinių pralaimėjimų biofizika ir genetinis kodas, L., 1968; Molekulinė genetika, trans. iš anglų kalbos, red. A. N. Belozersky, 1 dalis, M., 1964; Nukleino rūgštys, trans. iš anglų kalbos, red. A. N. Belozerskis. Maskva, 1965 m. Watson JD Geno molekulinė biologija, trans. iš anglų k., M., 1967; Fiziologinė genetika, red. M. E. Lobaševa S. G., Inge-Vechtoma-va, L., 1976, bibliogr.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „E. Geissler, B., 1972; Genetinis kodas, Gold Spr. Harb. Symp. kvant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Genetinis kodas, N. Y. a. o., 1967 m.

DNR molekulės cheminė sudėtis ir struktūrinė struktūra.

Nukleino rūgšties molekulės yra labai ilgos grandinės, susidedančios iš daugybės šimtų ir net milijonų nukleotidų. Bet kurioje nukleino rūgštyje yra tik keturių tipų nukleotidai. Nukleino rūgšties molekulių funkcijos priklauso nuo jų struktūros, jas sudarančių nukleotidų, jų skaičiaus grandinėje ir junginio sekos molekulėje.

Kiekvienas nukleotidas susideda iš trijų komponentų: azoto bazės, angliavandenių ir fosforo rūgšties. IN kompozicija kiekvienas nukleotidas DNR yra įtraukta viena iš keturių tipų azoto bazių (adeninas - A, timinas - T, guaninas - G arba citozinas - C), taip pat dezoksiribozės anglis ir fosforo rūgšties liekanos.

Taigi DNR nukleotidai skiriasi tik azotinės bazės tipu.
DNR molekulė susideda iš daugybės nukleotidų, sujungtų grandinėje tam tikra seka. Kiekvienas DNR molekulės tipas turi savo nukleotidų skaičių ir seką.

DNR molekulės yra labai ilgos. Pavyzdžiui, norint užrašyti nukleotidų seką DNR molekulėse iš vienos žmogaus ląstelės (46 chromosomos), reikėtų apie 820 000 puslapių apimties knygos. Keturių tipų nukleotidų kaitaliojimas gali sudaryti begalinį skaičių DNR molekulių variantų. Šios DNR molekulių struktūros ypatybės leidžia saugoti didžiulį kiekį informacijos apie visus organizmų požymius.

1953 metais amerikiečių biologas J. Watsonas ir anglų fizikas F. Crickas sukūrė DNR molekulės struktūros modelį. Mokslininkai nustatė, kad kiekviena DNR molekulė susideda iš dviejų tarpusavyje sujungtų ir spirališkai susuktų gijų. Tai atrodo kaip dviguba spiralė. Kiekvienoje grandinėje tam tikra seka pakaitomis keičiasi keturių tipų nukleotidai.

Nukleotidas DNR sudėtis skiriasi įvairių tipų bakterijomis, grybais, augalais, gyvūnais. Bet tai nesikeičia su amžiumi, mažai priklauso nuo aplinkos pokyčių. Nukleotidai yra suporuoti, tai yra, adenino nukleotidų skaičius bet kurioje DNR molekulėje yra lygus timidino nukleotidų skaičiui (A-T), o citozino nukleotidų skaičius lygus guanino nukleotidų (C-G) skaičiui. Taip yra dėl to, kad dviejų grandinių sujungimas viena su kita DNR molekulėje paklūsta tam tikrai taisyklei, būtent: vienos grandinės adeninas visada jungiasi dviem vandeniliniais ryšiais tik su kitos grandinės timinu, o guaninas – trimis vandeniliais. ryšiai su citozinu, tai yra, vienos molekulės DNR nukleotidų grandinės yra komplementarios, papildo viena kitą.

Nukleino rūgšties molekulės – DNR ir RNR susideda iš nukleotidų. DNR nukleotidų sudėtis apima azoto bazę (A, T, G, C), dezoksiribozės angliavandenį ir fosforo rūgšties molekulės liekaną. DNR molekulė yra dviguba spiralė, susidedanti iš dviejų grandinių, sujungtų vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą. DNR funkcija yra saugoti paveldimą informaciją.

DNR savybės ir funkcijos.

DNR yra genetinės informacijos nešiklis, parašytas nukleotidų sekos forma naudojant genetinį kodą. DNR molekulės yra susijusios su dviem pagrindinėmis gyvenimo savybės organizmai – paveldimumas ir kintamumas. Proceso, vadinamo DNR replikacija, metu susidaro dvi pradinės grandinės kopijos, kurias dalijantis paveldi dukterinės ląstelės, todėl gautos ląstelės yra genetiškai identiškos originalai.

Genetinė informacija realizuojama genų ekspresijos metu transkripcijos (RNR molekulių sintezė DNR šablone) ir transliacijos (baltymų sintezė RNR šablone) procesuose.

Nukleotidų seka „koduoja“ informaciją apie įvairius RNR tipus: informaciją, arba šabloną (mRNR), ribosominę (rRNR) ir transportinę (tRNR). Visi šie RNR tipai yra sintetinami iš DNR transkripcijos proceso metu. Jų vaidmuo baltymų biosintezėje (vertimo procese) yra skirtingas. Messenger RNR yra informacija apie aminorūgščių seką baltyme, ribosominė RNR yra ribosomų (sudėtingų nukleoproteinų kompleksų, kurių pagrindinė funkcija yra surinkti baltymą iš atskirų aminorūgščių mRNR pagrindu), ribosomų RNR pagrindas. rūgštys į baltymų surinkimo vietą – į aktyvųjį ribosomos centrą, „šliaužia“ palei mRNR.

Genetinis kodas, jo savybės.

Genetinis kodas- metodas, būdingas visiems gyviems organizmams, skirtas koduoti baltymų aminorūgščių seką, naudojant nukleotidų seką. SAVYBĖS:

1. Trigubas- reikšmingas kodo vienetas yra trijų nukleotidų derinys (tripletas arba kodonas).
2. Tęstinumas- tarp trynukų nėra skyrybos ženklų, tai yra, informacija skaitoma nuolat.
3. nesutampa- tas pats nukleotidas vienu metu negali būti dviejų ar daugiau tripletų dalis (nepastebėta kai kuriems persidengiantiems virusų, mitochondrijų ir bakterijų genams, koduojantiems kelis kadrų poslinkio baltymus).
4. Vienareikšmiškumas (specifiškumas)- tam tikras kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį (tačiau UGA kodonas Euplotes crassus koduoja dvi aminorūgštis - cisteiną ir selenocisteiną)
5. Degeneracija (redundancija) Tą pačią aminorūgštį gali atitikti keli kodonai.
6. Universalumas- genetinis kodas vienodai veikia skirtingo sudėtingumo organizmuose – nuo ​​virusų iki žmonių (tuo pagrįsti genų inžinerijos metodai; yra nemažai išimčių, pateiktų lentelėje „Standartinio genetinio kodo variacijos“). “ skyrių žemiau).
7. Triukšmo atsparumas- nukleotidų pakaitų mutacijos, kurios nelemia koduojamos aminorūgšties klasės pasikeitimo, vadinamos konservatyvus; vadinamos nukleotidų pakeitimo mutacijos, dėl kurių pasikeičia koduojamos aminorūgšties klasė radikalus.

5. DNR autoreprodukcija. Replikonas ir jo veikimas .

Nukleino rūgšties molekulių savaiminio dauginimosi procesas, lydimas tikslių genetinės informacijos kopijų perdavimo (iš ląstelės į ląstelę) paveldėjimo būdu; R. atliekamas dalyvaujant specifinių fermentų rinkiniui (helikazei<helicase>, kuri kontroliuoja molekulės išsivyniojimą DNR, DNR- polimerazė<DNR polimerazė> I ir III, DNR- ligazė<DNR ligazė>), pereina per pusiau konservatyvų tipą, susidarant replikacijos šakutei<replikacijos šakutė>; ant vienos iš grandinių<vedanti kryptis> papildomos grandinės sintezė yra nuolatinė, o iš kitos pusės<atsiliekanti sruoga> atsiranda dėl Dkazaki fragmentų susidarymo<Okazaki fragmentai>; R. - didelio tikslumo procesas, kurio klaidų lygis neviršija 10 -9; eukariotuose R. gali atsirasti keliuose tos pačios molekulės taškuose vienu metu DNR; greitis R. eukariotai turi apie 100, o bakterijos – apie 1000 nukleotidų per sekundę.

6. Eukariotų genomo organizavimo lygiai .

Eukariotų organizmuose transkripcijos reguliavimo mechanizmas yra daug sudėtingesnis. Dėl eukariotų genų klonavimo ir sekos nustatymo buvo rastos specifinės sekos, dalyvaujančios transkripcija ir transliacija.
Eukariotinė ląstelė pasižymi:
1. Intronų ir egzonų buvimas DNR molekulėje.
2. i-RNR brendimas – intronų iškirpimas ir egzonų susiuvimas.
3. Reguliacinių elementų, reguliuojančių transkripciją, buvimas, pavyzdžiui: a) promotoriai – 3 tipai, kurių kiekvienas turi specifinę polimerazę. Pol I replikuoja ribosomų genus, Pol II replikuoja baltymų struktūrinius genus, Pol III replikuoja genus, koduojančius mažas RNR. Pol I ir Pol II promotoriai yra prieš transkripcijos iniciacijos vietą, Pol III promotorius yra struktūrinio geno rėmuose; b) moduliatoriai – DNR sekos, kurios sustiprina transkripcijos lygį; c) stiprikliai – sekos, kurios sustiprina transkripcijos lygį ir veikia nepriklausomai nuo jų padėties koduojančios geno dalies atžvilgiu ir RNR sintezės pradžios taško būsenos; d) terminatoriai – specifinės sekos, kurios sustabdo ir transliaciją, ir transkripciją.
Šios sekos skiriasi nuo prokariotinių sekų savo pirmine struktūra ir vieta, palyginti su iniciacijos kodonu, o bakterinė RNR polimerazė jų „neatpažįsta“. Taigi, norint ekspresuoti eukariotų genus prokariotinėse ląstelėse, genai turi būti kontroliuojami prokariotinių reguliavimo elementų. Į šią aplinkybę reikia atsižvelgti kuriant išraiškos vektorius.

7. Chromosomų cheminė ir struktūrinė sudėtis .

Cheminis chromosomų sudėtis - DNR - 40%, Histono baltymai - 40%. Ne histonas - 20% šiek tiek RNR. Lipidai, polisacharidai, metalų jonai.

Chromosomos cheminė sudėtis yra nukleino rūgščių kompleksas su baltymais, angliavandeniais, lipidais ir metalais. Chromosomoje vyksta genų aktyvumo reguliavimas ir jų atstatymas esant cheminei ar radiacinei žalai.

STRUKTŪRINIS????

Chromosomos- nukleoproteinų struktūriniai ląstelės branduolio elementai, kuriuose yra DNR, kurioje yra paveldima organizmo informacija, gali savaime daugintis, turi struktūrinį ir funkcinį individualumą ir išlaiko jį per kelias kartas.

mitoziniame cikle pastebimos šios chromosomų struktūros ypatybės:

Yra mitozinės ir tarpfazinės chromosomų struktūros formos, kurios mitoziniame cikle tarpusavyje pereina viena į kitą - tai funkcinės ir fiziologinės transformacijos.

8. Paveldimos medžiagos pakavimo lygiai eukariotuose .

Eukariotų paveldimos medžiagos struktūriniai ir funkciniai organizavimo lygiai

Paveldimumas ir kintamumas suteikia:

1) individualus (diskretusis) paveldėjimas ir individualių savybių pokyčiai;

2) kiekvienos kartos individų dauginimasis iš viso tam tikros biologinės rūšies organizmų morfologinių ir funkcinių savybių komplekso;

3) perskirstymas lytiškai dauginantis rūšyse paveldimų polinkių dauginimosi procese, dėl kurio palikuonys turi kitokį charakterių derinį nei jų derinys tėvuose. Požymių ir jų derinių paveldėjimo ir kintamumo modeliai išplaukia iš genetinės medžiagos struktūrinės ir funkcinės organizavimo principų.

Yra trys eukariotinių organizmų paveldimos medžiagos organizavimo lygiai: genų, chromosomų ir genomo (genotipo lygis).

Geno lygio elementari struktūra yra genas. Genų perdavimas iš tėvų palikuonims yra būtinas tam, kad jame išsivystytų tam tikri bruožai. Nors žinomos kelios biologinio kintamumo formos, tik genų struktūros sutrikimas pakeičia paveldimos informacijos reikšmę, pagal kurią formuojasi specifiniai bruožai ir savybės. Dėl genų lygio buvimo galimas individualus, atskiras (diskretus) ir nepriklausomas paveldėjimas bei individualių požymių pokyčiai.

Eukariotinių ląstelių genai yra pasiskirstę grupėmis išilgai chromosomų. Tai ląstelės branduolio struktūros, kurioms būdingas individualumas ir gebėjimas daugintis išsaugant individualius struktūrinius bruožus per kelias kartas. Chromosomų buvimas lemia paveldimos medžiagos chromosomų organizavimo lygio paskirstymą. Genų išsidėstymas chromosomose įtakoja santykinį požymių paveldėjimą, leidžia daryti įtaką geno funkcijai iš jo artimiausios genetinės aplinkos – gretimų genų. Paveldimos medžiagos chromosomų struktūra yra būtina sąlyga paveldimų tėvų polinkių persiskirstymui palikuonyje lytinio dauginimosi metu.

Nepaisant pasiskirstymo skirtingose ​​​​chromosomose, visas genų rinkinys funkcionaliai elgiasi kaip visuma, sudarydamas vieną sistemą, atspindinčią paveldimos medžiagos genominį (genotipinį) organizavimo lygį. Šiame lygmenyje yra plati paveldimų polinkių, lokalizuotų tiek vienoje, tiek skirtingose ​​chromosomose, sąveika ir abipusė įtaka. Rezultatas – skirtingų paveldimų polinkių genetinės informacijos tarpusavio atitikimas ir atitinkamai laike, vietoje ir intensyvumu subalansuotų bruožų vystymasis ontogenezės procese. Funkcinis genų aktyvumas, replikacijos būdas ir mutacijų pokyčiai paveldimojoje medžiagoje taip pat priklauso nuo organizmo ar visos ląstelės genotipo ypatybių. Tai liudija, pavyzdžiui, dominavimo savybės reliatyvumas.

Eu - ir heterochromatinas.

Kai kurios chromosomos ląstelių dalijimosi metu atrodo kondensuotos ir intensyviai spalvotos. Tokie skirtumai buvo vadinami heteropiknoze. Terminas " heterochromatinas“. Yra euchromatinas - pagrindinė mitozinių chromosomų dalis, kuri mitozės metu patiria įprastą tankinimo dekompaktavimo ciklą ir heterochromatinas- chromosomų regionai, kurie nuolat yra kompaktiškoje būsenoje.

Daugumos eukariotų rūšių chromosomose yra abu eu- ir heterochromatiniai regionai, pastarieji yra reikšminga genomo dalis. Heterochromatinas išsidėsčiusios centromerinėse, kartais telomerinėse srityse. Heterochromatiniai regionai buvo rasti euchromatinėse chromosomų rankose. Jie atrodo kaip heterochromatino interkalacijos (interkalacijos) į euchromatiną. Toks heterochromatinas vadinamas tarpkaliniu. Chromatino sutankinimas. Euchromatinas ir heterochromatinas skiriasi tankinimo ciklais. Euhr. praeina visą tankinimo-dekompaktavimo ciklą nuo tarpfazės iki tarpfazės, hetero. išlaiko santykinio kompaktiškumo būseną. Diferencinis dažymas.Įvairios heterochromatino sekcijos nudažomos skirtingais dažais, vienos vietos – vienais, kitos – keliais. Naudojant įvairius dažus ir naudojant chromosomų pertvarkymus, kurie pažeidžia heterochromatines sritis, buvo apibūdinta daug mažų Drosophila regionų, kuriuose afinitetas spalvai skiriasi nuo gretimų regionų.

10. Metafazės chromosomos morfologiniai ypatumai .

Metafazinė chromosoma susideda iš dviejų išilginių dezoksiribonukleoproteino gijų – chromatidų, sujungtų viena su kita pirminio susiaurėjimo – centromero – srityje. Centromeras – specialiai organizuota chromosomos dalis, bendra abiem seserinėms chromatidėms. Centromeras padalija chromosomos kūną į dvi rankas. Priklausomai nuo pirminio susiaurėjimo vietos, išskiriami šie chromosomų tipai: lygiarankės (metacentrinės), kai centromera yra viduryje, o rankos yra maždaug vienodo ilgio; nelygios rankos (submetacentrinės), kai centromeras yra pasislinkęs iš chromosomos vidurio, o rankos yra nevienodo ilgio; lazdelės formos (akrocentrinis), kai centromeras pasislinkęs į vieną chromosomos galą, o viena ranka labai trumpa. Taip pat yra taškinių (telocentrinių) chromosomų, jos neturi vienos rankos, bet nėra žmogaus kariotipe (chromosomų rinkinyje). Kai kuriose chromosomose gali būti antrinių susiaurėjimų, kurie atskiria regioną, vadinamą palydovu, nuo chromosomos kūno.

GENETINIS KODAS, paveldimos informacijos įrašymo nukleorūgščių molekulėse būdas šias rūgštis sudarančių nukleotidų sekos pavidalu. Tam tikra nukleotidų seka DNR ir RNR atitinka tam tikrą aminorūgščių seką baltymų polipeptidinėse grandinėse. Įprasta kodą rašyti didžiosiomis rusų arba lotynų abėcėlės raidėmis. Kiekvienas nukleotidas žymimas raide, kuri prasideda azoto bazės, kuri yra jo molekulės dalis, pavadinimas: A (A) – adeninas, G (G) – guaninas, C (C) – citozinas, T (T) – timinas; RNR vietoj timino uracilas yra U (U). Kiekvienas iš jų yra užkoduotas trijų nukleotidų deriniu – tripletu arba kodonu. Trumpai tariant, genetinės informacijos perdavimo būdas apibendrintas vadinamajame. pagrindinė molekulinės biologijos dogma: DNR RNR f baltymas.

Ypatingais atvejais informacija gali būti perkelta iš RNR į DNR, bet niekada iš baltymo į genus.

Genetinės informacijos realizavimas vykdomas dviem etapais. Ląstelės branduolyje, informacijoje arba matricoje RNR (transkripcija) sintetinama DNR. Šiuo atveju DNR nukleotidų seka „perrašoma“ (perkoduojama) į mRNR nukleotidų seką. Tada mRNR patenka į citoplazmą, prisijungia prie ribosomos ir ant jos, kaip ir ant matricos, susintetinama polipeptidinė baltymo grandinė (transliacija). Aminorūgštys pernešančios RNR pagalba yra prijungiamos prie kuriamos grandinės seka, kurią lemia nukleotidų tvarka mRNR.

Iš keturių „raidžių“ galite padaryti 64 skirtingus trijų raidžių „žodžius“ (kodonus). Iš 64 kodonų 61 koduoja tam tikras aminorūgštis, o trys yra atsakingi už polipeptidinės grandinės sintezės užbaigimą. Kadangi 20 aminorūgščių, sudarančių baltymus, yra 61 kodonas, kai kurias aminorūgštis koduoja daugiau nei vienas kodonas (vadinamasis kodo degeneracija). Toks perteklius padidina kodo ir viso baltymų biosintezės mechanizmo patikimumą. Dar viena kodo savybė – jo specifiškumas (vienaprasmiškumas): vienas kodonas koduoja tik vieną aminorūgštį.

Be to, kodas nesutampa – informacija skaitoma viena kryptimi nuosekliai, tripletas po tripleto. Nuostabiausia kodo savybė – jo universalumas: jis vienodas visoms gyvoms būtybėms – nuo ​​bakterijų iki žmogaus (išskyrus mitochondrijų genetinį kodą). Mokslininkai mano, kad tai patvirtina sampratą apie visų organizmų kilmę iš vieno bendro protėvio.

Genetinio kodo dekodavimas, t.y., kiekvieno kodono „prasmės“ ir informacijos skaitymo taisyklių nustatymas, buvo atliktas 1961–1965 m. ir laikomas vienu ryškiausių molekulinės biologijos laimėjimų.

Bet kurioje ląstelėje ir organizme visas anatominės, morfologinės ir funkcinės prigimties ypatybes lemia juose esančių baltymų struktūra. Paveldima organizmo savybė – gebėjimas sintetinti tam tikrus baltymus. Aminorūgštys yra polipeptidinėje grandinėje, nuo kurios priklauso biologinės savybės.
Kiekviena ląstelė turi savo nukleotidų seką DNR polinukleotidų grandinėje. Tai yra genetinis DNR kodas. Per ją fiksuojama informacija apie tam tikrų baltymų sintezę. Šiame straipsnyje aprašyta, kas yra genetinis kodas, apie jo savybes ir genetinę informaciją.

Truputis istorijos

Idėją, kad galbūt egzistuoja genetinis kodas, XX amžiaus viduryje suformulavo J. Gamow ir A. Down. Jie aprašė, kad nukleotidų seka, atsakinga už tam tikros aminorūgšties sintezę, turi mažiausiai tris vienetus. Vėliau jie įrodė tikslų trijų nukleotidų skaičių (tai yra genetinio kodo vienetas), kuris buvo vadinamas tripletu arba kodonu. Iš viso yra šešiasdešimt keturi nukleotidai, nes rūgšties molekulė, kurioje yra arba RNR, susideda iš keturių skirtingų nukleotidų liekanų.

Kas yra genetinis kodas

Baltymų aminorūgščių sekos kodavimo metodas dėl nukleotidų sekos būdingas visoms gyvoms ląstelėms ir organizmams. Štai koks yra genetinis kodas.
DNR yra keturi nukleotidai:

• adeninas - A;
• guaninas - G;
• citozinas – C;
• timinas - T.

Jie žymimi didžiosiomis raidėmis lotynų arba (rusų kalba literatūroje) rusų kalba.
RNR taip pat turi keturis nukleotidus, tačiau vienas iš jų skiriasi nuo DNR:

• adeninas - A;
• guaninas - G;
• citozinas – C;
• uracilas - U.

Visi nukleotidai išsirikiuoja į grandines, o DNR gaunama dviguba spiralė, o RNR – viena.
Baltymai yra pastatyti ant dvidešimties aminorūgščių, kur jie, išsidėstę tam tikra seka, lemia jo biologines savybes.

Genetinio kodo savybės

Trigubas. Genetinio kodo vienetas susideda iš trijų raidžių, tai yra tripletas. Tai reiškia, kad dvidešimt esamų aminorūgščių yra užkoduotos trijų specifinių nukleotidų, vadinamų kodonais arba trilpetais. Yra šešiasdešimt keturi deriniai, kuriuos galima sukurti iš keturių nukleotidų. Šio kiekio daugiau nei pakanka užkoduoti dvidešimčiai aminorūgščių.
Degeneracija. Kiekviena aminorūgštis atitinka daugiau nei vieną kodoną, išskyrus metioniną ir triptofaną.
Vienareikšmiškumas. Vienas kodonas koduoja vieną aminorūgštį. Pavyzdžiui, sveiko žmogaus gene, turinčiame informaciją apie hemoglobino beta taikinį, GAG ir GAA tripletas koduoja A kiekvienam, sergančiam pjautuvine anemija, vienas nukleotidas yra pakeistas.
Kolineariškumas. Aminorūgščių seka visada atitinka nukleotidų seką, kurią turi genas.
Genetinis kodas yra ištisinis ir kompaktiškas, vadinasi, neturi „skyrybos ženklų“. Tai yra, pradedant nuo tam tikro kodono, yra nuolatinis skaitymas. Pavyzdžiui, AUGGUGTSUUAAAUGUG bus skaitomas taip: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG. Bet ne AUG, UGG ir pan., ar kaip nors kitaip.
Universalumas. Tai vienoda absoliučiai visiems sausumos organizmams – nuo ​​žmonių iki žuvų, grybų ir bakterijų.

stalo

Pateiktoje lentelėje nėra visų turimų aminorūgščių. Hidroksiprolino, hidroksilizino, fosfoserino, tirozino jodo darinių, cistino ir kai kurių kitų nėra, nes jie yra kitų aminorūgščių, koduojamų mRNR, dariniai, susidarę po baltymų modifikavimo dėl transliacijos.
Iš genetinio kodo savybių žinoma, kad vienas kodonas gali koduoti vieną aminorūgštį. Išimtis yra genetinis kodas, kuris atlieka papildomas funkcijas ir koduoja valiną ir metioniną. RNR, būdama pradžioje su kodonu, prijungia t-RNR, kuri neša formilo metioną. Pasibaigus sintezei, jis atsiskiria ir pasiima formilo liekaną, virsdamas metionino liekana. Taigi minėti kodonai yra polipeptidų grandinės sintezės iniciatoriai. Jei jie nėra pradžioje, jie niekuo nesiskiria nuo kitų.

genetinė informacija

Ši sąvoka reiškia savybių programą, perduodamą iš protėvių. Jis yra įtrauktas į paveldimumą kaip genetinis kodas.
Įdiegtas baltymų sintezės metu genetinis kodas:

• informacija ir RNR;
• ribosomų rRNR.

Informacija perduodama tiesioginiu ryšiu (DNR-RNR-baltymas) ir atvirkštine (aplinka-baltymas-DNR).
Organizmai gali jį priimti, saugoti, perduoti ir panaudoti efektyviausiai.
Būdama paveldima, informacija lemia organizmo vystymąsi. Bet dėl ​​sąveikos su aplinka pastarosios reakcija iškreipiama, dėl ko vyksta evoliucija ir vystymasis. Taigi organizme kaupiasi nauja informacija.

Molekulinės biologijos dėsnių skaičiavimas ir genetinio kodo atradimas iliustravo poreikį derinti genetiką su Darvino teorija, kurios pagrindu atsirado sintetinė evoliucijos teorija – neklasikinė biologija.
Paveldimumą, kintamumą ir Darvino natūralią atranką papildo genetiškai nulemta atranka. Evoliucija įgyvendinama genetiniu lygmeniu per atsitiktines mutacijas ir vertingiausių savybių, labiausiai pritaikytų prie aplinkos, paveldėjimą.

Žmogaus kodo iššifravimas

Devintajame dešimtmetyje buvo pradėtas įgyvendinti Žmogaus genomo projektas, kurio rezultatas – 2000-aisiais buvo atrasti genomo fragmentai, kuriuose yra 99,99 % žmogaus genų. Fragmentai, kurie nedalyvauja baltymų sintezėje ir nėra užkoduoti, liko nežinomi. Jų vaidmuo vis dar nežinomas.

1 chromosoma, paskutinį kartą atrasta 2006 m., yra ilgiausia genome. Daugiau nei trys šimtai penkiasdešimt ligų, įskaitant vėžį, atsiranda dėl jo sutrikimų ir mutacijų.

Tokių tyrimų vaidmenį vargu ar galima pervertinti. Sužinojus, kas yra genetinis kodas, tapo žinoma, pagal kokius dėsningumus vyksta raida, kaip formuojasi individų morfologinė sandara, psichika, polinkis sirgti tam tikromis ligomis, medžiagų apykaita, ydos.