Heeft de eigenschap om voor een specifiek eiwit te coderen. Degeneratie van de genetische code: algemene informatie

1. De code is drieling.

2. De code is gedegenereerd.

3. De code is eenduidig.

4. De code is collineair.

5. De code overlapt niet.

6. De code is universeel.

1) triplet-code. 3 aangrenzende nucleotiden dragen informatie over één eiwit. Er kunnen 64 van dergelijke drielingen zijn (dit toont de redundantie van de genetische code aan), maar slechts 61 van hen bevatten informatie over het eiwit (codons). 3 tripletten worden anticodons genoemd, het zijn stopsignalen waarbij de eiwitsynthese stopt.

2) De code is gedegenereerd. Eén aminozuur kan worden gecodeerd door meerdere codons.

3) De code is ondubbelzinnig. Elk codon codeert voor slechts één aminozuur.

4) De code is collineair. De sequentie van nucleotiden in een gen komt overeen met de sequentie van aminozuren in een eiwit.

5) De code overlapt niet. hetzelfde nucleotide kan geen deel uitmaken van twee verschillende codons, de uitlezing gaat continu, achter elkaar, tot aan het stopcodon. Er zijn geen "leestekens" in de code.

6) De code is universeel. Het is hetzelfde voor alle levende wezens, d.w.z. hetzelfde triplet codeert voor hetzelfde aminozuur.

61. In welke gevallen heeft een verandering in de nucleotidesequentie in een gen geen invloed op de structuur en functies van het coderende eiwit?

1) als als gevolg van een nucleotidesubstitutie een ander codon verschijnt dat codeert voor hetzelfde aminozuur;

2) als het codon gevormd als gevolg van een nucleotidesubstitutie codeert voor een ander aminozuur, maar met vergelijkbare chemische eigenschappen dat de structuur van het eiwit niet verandert;

3) als nucleotideveranderingen optreden in intergenetische of niet-functionerende DNA-regio's.

№62. DNA-replicatie.

Korte beoordeling:

replicatie- het syntheseproces van het dochtermolecuul van deoxyribonucleïnezuur op de matrix van het moeder-DNA-molecuul. Bij de daaropvolgende deling van de moedercel krijgt elke dochtercel één kopie van een DNA-molecuul dat identiek is aan het DNA van de oorspronkelijke moedercel. Dit proces zorgt voor de nauwkeurige overdracht van genetische informatie van generatie op generatie. DNA-replicatie wordt uitgevoerd door een complex enzymcomplex, bestaande uit 15-20 verschillende eiwitten, het replisome genaamd.

Op het moment van deling moet het DNA volledig en slechts één keer worden gerepliceerd. Replicatie vindt plaats in drie fasen:

1. Initiatie van replicatie (DNA-polymerase start DNA-replicatie door te binden aan een segment van een keten van nucleotiden. Op een bepaalde plaats (het startpunt van replicatie) vindt lokale DNA-denaturatie plaats, de ketens divergeren en twee replicatievorken worden gevormd, bewegend in tegengestelde richtingen.).

2. Verlenging (stadium van biosynthese van moleculen nucleïnezuren, die bestaat uit de sequentiële bevestiging van monomeren (nucleotiden) aan een groeiende DNA-keten).

3. Beëindiging van replicatie (de laatste fase vindt plaats op het moment dat lege gebieden worden gevuld met nucleotiden tussen Okazaki-fragmenten).

Grootste deel:

Aangezien DNA het molecuul van erfelijkheid is, moet het, om deze kwaliteit te realiseren, zichzelf exact kopiëren en zo alle beschikbare informatie in het oorspronkelijke DNA-molecuul behouden in de vorm van een bepaalde opeenvolging van nucleotiden. Dit wordt verzekerd door een speciaal proces dat voorafgaat aan de deling van een cel in het lichaam, dat DNA-replicatie wordt genoemd - het proces van het synthetiseren van een dochtermolecuul van deoxyribonucleïnezuur op het sjabloon van het ouder-DNA-molecuul.

DNA-replicatie vindt plaats in drie stappen:

1. Initiatie. Het bestaat uit het feit dat speciale enzymen -DNA-helicasen, die de dubbelstrengige DNA-helix afwikkelen, de zwakke waterstofbruggen verbreken die de nucleotiden van de twee ketens verbinden. Als gevolg hiervan worden de DNA-strengen losgekoppeld en "steken" vrije stikstofhoudende basen uit elke streng (het uiterlijk van de zogenaamde replicatievork).

2. Verlenging(een fase in de biosynthese van nucleïnezuurmoleculen, die bestaat uit de sequentiële bevestiging van monomeren (nucleotiden) aan een groeiende DNA-keten). Elk van de twee DNA-strengen dient als sjabloon voor de synthese van een nieuwe streng. Omdat de ouderlijke strengen antiparallel zijn, vindt continue DNA-replicatie alleen plaats op één streng, die de leider (leidend) wordt genoemd. Een speciaal enzym, DNA-polymerase, begint langs de vrije DNA-keten te bewegen van het 5 "naar het 3" uiteinde, waardoor de vrije nucleotiden die constant in de cel worden gesynthetiseerd, worden vastgemaakt aan het 3 "uiteinde van de nieuw gesynthetiseerde DNA-streng. De synthese van een nieuwe streng op een achterblijvende streng vereist een constante vorming van nieuwe zaden (de zogenaamde primers - korte fragmenten van nucleïnezuur die door DNA worden gebruikt - polymerasen om DNA-synthese op gang te brengen) om replicatie te starten en wordt uitgevoerd in kleine segmenten van elk 1000-2000 nucleotiden (Okazaki-fragmenten). De zaden worden afgebroken na voltooiing van de synthese van het volgende Okazaki-fragment. De resulterende aangrenzende DNA-fragmenten zijn verbonden door DNA-ligase. Topoisomerase verwijdert helix-supercoils, helicase wikkelt de dubbele helix af en SSB-eiwit zorgt voor de stabiliteit van enkelstrengs DNA.

3. Beëindiging (voltooiing) van replicatie vindt plaats wanneer de openingen tussen Okazaki-fragmenten worden gevuld met nucleotiden (met de deelname van DNA-ligase) met de vorming van twee continue dubbele DNA-strengen en wanneer twee replicatievorken elkaar ontmoeten. Vervolgens wordt het gesynthetiseerde DNA gedraaid om supercoils te vormen.

63. Beschrijf de volgorde van processen die plaatsvinden tijdens DNA-replicatie in eukaryoten

De DNA-replicatiemechanismen van prokaryoten en eukaryoten verschillen aanzienlijk doordat in het tweede geval de synthese van de leidende en achterblijvende DNA-strengen wordt uitgevoerd door verschillende DNA-polymerasen (respectievelijk alfa en delta), terwijl in E. coli beide DNA-strengen zijn gesynthetiseerd door het dimeer van DNA-polymerase III. DNA-polymerase alfa initieert de synthese van de leidende streng op de punten van replicatieoorsprong, en DNA-polymerase delta voert cyclische herinitiatie uit van de synthese van Okazaki-fragmenten, blijkbaar de aanwezigheid herkennend van het 5'-terminale nucleotide van de volgende primer, gevolgd door dissociatie van sjabloon-DNA en gehechtheid eraan voor herstart van de synthese van het volgende Okazaki-fragment.

De rijping van Okazaki-fragmenten in eukaryoten vereist de verwijdering van RNA-primers met behulp van 5'->3'-exonuclease (eiwitfactoren FEN-1 of MF-1) en RNase H1, evenals de covalente hechting van de fragmenten aan elkaar onder invloed van DNA-ligase I.

Op dit moment is niet bekend wat precies als startsignaal dient voor de start van DNA-replicatie in de S-fase. De initiërende gebeurtenis, waarna de DNA-synthese begint, vindt plaats op specifieke plaatsen die "replicatievorken" worden genoemd. Tijdens de S-fase worden clusters van replicatievorken gelijktijdig geactiveerd op alle chromosomen.

De positie van oorsprong van replicatie in genen kan van groot biologisch belang zijn. Het feit dat een aantal dierlijke virussen begint met replicatie op specifieke genoomplaatsen, suggereert dat de oorsprong van replicatie gespecialiseerde sequenties in chromosomaal DNA zijn. De gemiddelde afstand tussen de oorsprong van replicatie is vergelijkbaar met de gemiddelde afstand tussen aangrenzende chromatinelussen. Het is dus mogelijk dat er slechts één replicatieoorsprong is in elke lus.

Wanneer twee replicatievorken afwijken van één replicatieoorsprong langs verschillende kanten vanaf dit punt vallen ouderlijke nucleosomen in verschillende kindstrengen van DNA. In dit geval zal de verdeling van reeds bestaande ouderlijke histonen tussen de twee dochtergenen afhangen van de exacte locatie van de replicatieoorsprong in de transcriptie-eenheid. Niet alle nucleosomen zijn precies hetzelfde - in verschillende delen van het genetisch materiaal is de structuur van chromatine anders. De precieze plaats van de oorsprong van replicatie in een gen zou daarom van groot biologisch belang kunnen zijn, aangezien het de chromatinestructuur van dat gen in de volgende generatie cellen zou bepalen.

De trigger voor DNA-replicatie werkt duidelijk op een alles-of-niets-basis, aangezien DNA-replicatie, die begon in de S-fase, doorgaat totdat dit proces is voltooid. De besturing van het replicatieproces volgens het "alles of niets"-principe kan door ten minste twee worden uitgevoerd verschillende manieren:

1) sommige algemeen systeem kan specifiek elke chromosoomband herkennen, deze decondenseren en daardoor alle replicatie-oorsprongen tegelijkertijd toegankelijk maken voor eiwitten die verantwoordelijk zijn voor de vorming van replicatiebellen;

2) replicatieve eiwitten kunnen slechts enkele replicatieoorsprongen van een bepaalde set herkennen, waarna de lokale replicatie die is begonnen de structuur van de rest van het chromatine van de replicatie-eenheid zodanig zal veranderen dat replicatie bij alle andere oorsprongen wordt mogelijk.

Het is mogelijk dat het kritieke moment in de keten van gebeurtenissen die DNA-replicatie in gang zetten, het bereiken van een bepaald stadium in het proces van centriolverdubbeling is, dat zowel fungeert als onderdeel van een belangrijk organiserend centrum voor microtubuli dat nauw verbonden is met de interfase-kern en als een component van elk van de spilpolen tijdens mitose. Blijkbaar verdubbelt de centriol eenmaal per celcyclus door een matrixproces (Fig. 11-19).

Het is ook nog niet bekend wat de vaste replicatievolgorde van chromosoombanden bepaalt. Er zijn twee hypothesen voorgesteld om deze reeks te verklaren. Volgens een van hen worden verschillende replicatieve eiwitten, die elk specifiek zijn voor een bepaald type chromosoombanden, gesynthetiseerd in de S-fase in andere keer. Volgens een andere hypothese, die nu plausibeler lijkt, werken replicatieve eiwitten gewoon in op die delen van het DNA die voor hen beter toegankelijk zijn; tijdens de S-fase kan bijvoorbeeld continue decondensatie van chromosomen optreden en komen chromosoombanden een voor een beschikbaar voor replicatieve eiwitten.

Lezing 5 Genetische code

Conceptdefinitie

De genetische code is een systeem voor het vastleggen van informatie over de volgorde van aminozuren in eiwitten met behulp van de volgorde van nucleotiden in DNA.

Omdat DNA niet direct betrokken is bij eiwitsynthese, is de code geschreven in de taal van RNA. RNA bevat uracil in plaats van thymine.

Eigenschappen van de genetische code

1. Drievoudigheid

Elk aminozuur wordt gecodeerd door een sequentie van 3 nucleotiden.

Definitie: Een triplet of codon is een reeks van drie nucleotiden die codeert voor één aminozuur.

De code kan niet monopleth zijn, aangezien 4 (het aantal verschillende nucleotiden in DNA) kleiner is dan 20. De code kan niet doublet zijn, omdat 16 (het aantal combinaties en permutaties van 4 nucleotiden bij 2) is minder dan 20. De code kan een triplet zijn, omdat 64 (het aantal combinaties en permutaties van 4 tot 3) is groter dan 20.

2. Degeneratie.

Alle aminozuren, met uitzondering van methionine en tryptofaan, worden gecodeerd door meer dan één triplet:

2 AK's voor 1 triplet = 2.

9 AK's x 2 tripletten = 18.

1 AK 3 triolen = 3.

5 AK's x 4 tripletten = 20.

3 AK's x 6 tripletten = 18.

In totaal coderen 61 triplets voor 20 aminozuren.

3. De aanwezigheid van intergenische leestekens.

Definitie:

Gen is een stukje DNA dat codeert voor één polypeptideketen of één molecuul tPHK, rRNA ofsPHK.

genentPHK, rPHK, sPHKeiwitten coderen niet.

Aan het einde van elk gen dat voor een polypeptide codeert, bevindt zich ten minste één van de drie tripletten die coderen voor RNA-stopcodons of stopsignalen. In mRNA zien ze er zo uit: UAA, UAG, UGA . Ze beëindigen (beëindigen) de uitzending.

Conventioneel is het codon ook van toepassing op leestekens aug - de eerste na de leidersreeks. (Zie college 8) Het vervult de functie van een hoofdletter. In deze positie codeert het voor formylmethionine (in prokaryoten).

4. Uniciteit.

Elk triplet codeert slechts voor één aminozuur of is een translatieterminator.

De uitzondering is het codon aug . In prokaryoten codeert het in de eerste positie (hoofdletter) voor formylmethionine, en in elke andere positie codeert het voor methionine.

5. Compactheid, of de afwezigheid van intragene leestekens.
Binnen een gen maakt elk nucleotide deel uit van een significant codon.

In 1961 bewezen Seymour Benzer en Francis Crick experimenteel dat de code triplet en compact is.

De essentie van het experiment: "+" mutatie - de insertie van één nucleotide. "-" mutatie - verlies van één nucleotide. Een enkele "+" of "-" mutatie aan het begin van een gen corrumpeert het hele gen. Een dubbele "+" of "-" mutatie bederft ook het hele gen.

Een drievoudige "+" of "-" mutatie aan het begin van het gen bederft slechts een deel ervan. Een viervoudige "+" of "-" mutatie bederft opnieuw het hele gen.

Dat bewijst het experiment de code is triplet en er zijn geen leestekens in het gen. Het experiment werd uitgevoerd op twee aangrenzende faaggenen en toonde bovendien de aanwezigheid van leestekens tussen genen.

6. Veelzijdigheid.

De genetische code is dezelfde voor alle wezens die op aarde leven.

In 1979 werd Burrell geopend ideaal menselijke mitochondriale code.

Definitie:

"Ideaal" is de genetische code waarin aan de degeneratieregel van de quasi-doubletcode wordt voldaan: als de eerste twee nucleotiden in twee tripletten samenvallen en de derde nucleotiden tot dezelfde klasse behoren (beide zijn purines of beide zijn pyrimidines) , dan coderen deze tripletten voor hetzelfde aminozuur.

Er zijn twee uitzonderingen op deze regel in generieke code. Beide afwijkingen van de ideale code in het universele hebben betrekking op de fundamentele punten: het begin en einde van eiwitsynthese:

codon	Universeel de code	Mitochondriale codes
		Gewervelde dieren	Ongewervelde dieren	Gist	Planten
	HOU OP				HOU OP
Met UA
een ga		HOU OP
		HOU OP			230-substituties veranderen de klasse van het gecodeerde aminozuur niet. tot scheurbaarheid. In 1956 stelde Georgy Gamov een variant van de overlappende code voor. Volgens de Gamow-code maakt elke nucleotide, beginnend bij de derde in het gen, deel uit van 3 codons. Toen de genetische code werd ontcijferd, bleek dat deze niet overlappend was, d.w.z. elk nucleotide maakt deel uit van slechts één codon. Voordelen van de overlappende genetische code: compactheid, minder afhankelijkheid van de eiwitstructuur van de insertie of deletie van een nucleotide. Nadeel: grote afhankelijkheid van de eiwitstructuur van nucleotidesubstitutie en beperking van buren. In 1976 werd de sequentie bepaald van het DNA van de faag φX174. Het heeft een enkelstrengs circulair DNA van 5375 nucleotiden. Het was bekend dat de faag codeerde voor 9 eiwitten. Voor 6 van hen werden de genen achter elkaar geïdentificeerd. Er bleek een overlap te zijn. Het E-gen zit volledig in het gen D . Het startcodon verschijnt als resultaat van een verschuiving van één nucleotide in de aflezing. Gen J begint waar het gen eindigt D . Gen-initiatiecodon J overlapt met het terminatiecodon van het gen D door een verschuiving van twee nucleotiden. Het ontwerp wordt "reading frame shift" genoemd door een aantal nucleotiden dat geen veelvoud is van drie. Overlap is tot op heden slechts voor enkele fagen aangetoond. Informatiecapaciteit van DNA Er zijn 6 miljard mensen op aarde. Erfelijke informatie over hen ingesloten in 6x10 9 spermatozoa. Volgens verschillende schattingen heeft een persoon er 30 tot 50 duizend genen. Alle mensen hebben ~30x10 13 genen, of 30x10 16 basenparen, die samen 10 17 codons vormen. De gemiddelde boekpagina bevat 25x10 2 karakters. Het DNA van 6x10 9 spermatozoa bevat informatie gelijk in volume aan ongeveer 4x10 13 boekpagina's. Deze pagina's zouden de ruimte innemen van 6 NSU-gebouwen. 6x10 9 zaadcellen nemen de helft van een vingerhoed in beslag. Hun DNA neemt minder dan een kwart vingerhoed in beslag.

De genetische code is een manier om de sequentie van aminozuren in een eiwitmolecuul te coderen met behulp van de sequentie van nucleotiden in een nucleïnezuurmolecuul. De eigenschappen van de genetische code volgen uit de kenmerken van deze codering.

Elk aminozuur van een eiwit is geassocieerd met drie opeenvolgende nucleïnezuurnucleotiden - drieling, of codon. Elk van de nucleotiden kan een van de vier stikstofbasen bevatten. In RNA zijn dit adenine (A), uracil (U), guanine (G), cytosine (C). Door stikstofbasen op verschillende manieren te combineren (in dit geval nucleotiden die ze bevatten), kunt u veel verschillende tripletten krijgen: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, enz. Het totale aantal mogelijke combinaties is 64, d.w.z. 43.

De eiwitten van levende organismen bevatten ongeveer 20 aminozuren. Als de natuur zou "ontstaan" om elk aminozuur niet met drie, maar met twee nucleotiden te coderen, dan zou de verscheidenheid van dergelijke paren niet voldoende zijn, aangezien er slechts 16 van zouden zijn, d.w.z. 42.

Op deze manier, de belangrijkste eigenschap van de genetische code is zijn triplet. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een triplet van nucleotiden.

Aangezien er aanzienlijk meer verschillende tripletten mogelijk zijn dan aminozuren die worden gebruikt in biologische moleculen, is een eigenschap als ontslag genetische code. Veel aminozuren werden niet door één codon gecodeerd, maar door meerdere. Het aminozuur glycine wordt bijvoorbeeld gecodeerd door vier verschillende codons: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundantie wordt ook wel genoemd degeneratie.

Overeenstemming tussen aminozuren en codons wordt weerspiegeld in de vorm van tabellen. Deze bijvoorbeeld:

Met betrekking tot nucleotiden heeft de genetische code de volgende eigenschap: uniciteit(of specificiteit): elk codon komt overeen met slechts één aminozuur. Het GGU-codon kan bijvoorbeeld alleen coderen voor glycine en geen ander aminozuur.

Opnieuw. Redundantie gaat over het feit dat verschillende tripletten voor hetzelfde aminozuur kunnen coderen. Specificiteit - Elk specifiek codon kan coderen voor slechts één aminozuur.

Er zijn geen speciale leestekens in de genetische code (behalve stopcodons die het einde van de polypeptidesynthese aangeven). De functie van leestekens wordt uitgevoerd door de drielingen zelf - het einde van de ene betekent dat de volgende begint. Dit impliceert de volgende twee eigenschappen van de genetische code: continuïteit en niet overlappend. Continuïteit wordt opgevat als het direct na elkaar lezen van triolen. Niet-overlappend betekent dat elke nucleotide deel kan uitmaken van slechts één triplet. Dus de eerste nucleotide van de volgende triplet komt altijd na de derde nucleotide van de vorige triplet. Een codon kan niet beginnen bij het tweede of derde nucleotide van het voorafgaande codon. Met andere woorden, de code overlapt niet.

De genetische code heeft de eigenschap universaliteit. Het is hetzelfde voor alle organismen op aarde, wat de eenheid van de oorsprong van het leven aangeeft. Hierop zijn zeer zeldzame uitzonderingen. Sommige drielingen van mitochondria en chloroplasten coderen bijvoorbeeld voor andere aminozuren dan hun gebruikelijke. Dit kan erop duiden dat er aan het begin van de ontwikkeling van het leven enigszins verschillende variaties van de genetische code waren.

Ten slotte heeft de genetische code ruis immuniteit, wat een gevolg is van zijn eigendom als redundantie. Puntmutaties, die soms in het DNA voorkomen, resulteren meestal in de vervanging van de ene stikstofbase door de andere. Dit verandert het drietal. Het was bijvoorbeeld AAA, na de mutatie werd het AAG. Dergelijke veranderingen leiden echter niet altijd tot een verandering in het aminozuur in het gesynthetiseerde polypeptide, aangezien beide tripletten, vanwege de eigenschap van de redundantie van de genetische code, kunnen overeenkomen met één aminozuur. Aangezien mutaties vaker schadelijk zijn, is de eigenschap ruisimmuniteit nuttig.

De genetische of biologische code is een van de universele eigenschappen van de levende natuur, die de eenheid van haar oorsprong bewijst. Genetische code- dit is een methode om de aminozuursequentie van een polypeptide te coderen met behulp van een nucleïnezuurnucleotidesequentie (informatief RNA of een complementair DNA-gedeelte waarop mRNA wordt gesynthetiseerd).

Er zijn andere definities.

Genetische code- dit is de overeenkomst met elk aminozuur (dat deel uitmaakt van levende eiwitten) van een bepaalde reeks van drie nucleotiden. Genetische code is de relatie tussen nucleïnezuurbasen en eiwitaminozuren.

In de wetenschappelijke literatuur wordt de genetische code niet begrepen als de opeenvolging van nucleotiden in het DNA van welk organisme dan ook, die zijn individualiteit bepaalt.

Het is verkeerd om aan te nemen dat het ene organisme of de ene soort de ene code heeft en het andere een andere. De genetische code is hoe aminozuren worden gecodeerd door nucleotiden (d.w.z. principe, mechanisme); het is universeel voor alle levende wezens, hetzelfde voor alle organismen.

Daarom is het onjuist om bijvoorbeeld te zeggen "De genetische code van een persoon" of "De genetische code van een organisme", wat vaak wordt gebruikt in bijna-wetenschappelijke literatuur en films.

In deze gevallen bedoelen we meestal het genoom van een persoon, een organisme, enz.

De diversiteit van levende organismen en de kenmerken van hun vitale activiteit is voornamelijk te danken aan de diversiteit van eiwitten.

De specifieke structuur van een eiwit wordt bepaald door de volgorde en hoeveelheid van de verschillende aminozuren waaruit de samenstelling bestaat. De aminozuursequentie van het peptide is versleuteld in DNA met behulp van de biologische code. Vanuit het oogpunt van de diversiteit van de reeks monomeren is DNA een primitiever molecuul dan een peptide. DNA is verschillende opties afwisseling van slechts vier nucleotiden. het voor een lange tijd weerhield onderzoekers ervan DNA te beschouwen als het materiaal van erfelijkheid.

Hoe aminozuren worden gecodeerd door nucleotiden

1) Nucleïnezuren (DNA en RNA) zijn polymeren die zijn opgebouwd uit nucleotiden.

Elke nucleotide kan een van de vier stikstofbasen bevatten: adenine (A, en: A), guanine (G, G), cytosine (C, en: C), thymine (T, en: T). In het geval van RNA wordt thymine vervangen door uracil (Y, U).

Bij het overwegen van de genetische code wordt alleen rekening gehouden met stikstofhoudende basen.

Dan kan de DNA-keten worden weergegeven als hun lineaire sequentie. Bijvoorbeeld:

Het mRNA-gebied dat complementair is aan deze code zal als volgt zijn:

2) Eiwitten (polypeptiden) zijn polymeren bestaande uit aminozuren.

In levende organismen worden 20 aminozuren gebruikt om polypeptiden te bouwen (enkele meer zijn zeer zeldzaam). Eén letter kan ook worden gebruikt om ze aan te duiden (hoewel er vaker drie worden gebruikt - een afkorting voor de naam van het aminozuur).

Aminozuren in een polypeptide zijn ook lineair verbonden door een peptidebinding. Stel dat er een gebied van een eiwit is met de volgende reeks aminozuren (elk aminozuur wordt aangeduid met een enkele letter):

3) Als het de taak is om elk aminozuur te coderen met behulp van nucleotiden, komt het erop neer hoe je 20 letters codeert met 4 letters.

Dit kan gedaan worden door de letters van het 20-letterige alfabet te matchen met woorden die bestaan ​​uit meerdere letters van het 4-letterige alfabet.

Als één aminozuur wordt gecodeerd door één nucleotide, kunnen er slechts vier aminozuren worden gecodeerd.

Als elk aminozuur overeenkomt met twee opeenvolgende nucleotiden in de RNA-keten, kunnen zestien aminozuren worden gecodeerd.

Inderdaad, als er vier letters zijn (A, U, G, C), dan is het aantal van hun verschillende paarcombinaties 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Brackets worden gebruikt voor het gemak van perceptie.] Dit betekent dat er slechts 16 verschillende aminozuren kunnen worden gecodeerd met zo'n code (woord van twee letters): elk heeft zijn eigen woord (twee opeenvolgende nucleotiden).

Vanuit de wiskunde ziet de formule voor het bepalen van het aantal combinaties er zo uit: ab = n.

Hier is n het aantal verschillende combinaties, a is het aantal letters van het alfabet (of de basis van het cijfersysteem), b is het aantal letters in een woord (of cijfers in een getal). Als we het 4-letterige alfabet en woorden bestaande uit twee letters in deze formule vervangen, krijgen we 42 = 16.

Als drie opeenvolgende nucleotiden worden gebruikt als het codewoord voor elk aminozuur, dan kunnen 43 = 64 verschillende aminozuren worden gecodeerd, aangezien 64 verschillende combinaties kan bestaan ​​uit vier letters die in drieën worden genomen (bijvoorbeeld AUG, GAA, CAU, GGU, enz.).

d.). Dit is al meer dan genoeg om 20 aminozuren te coderen.

Precies de drieletterige code wordt gebruikt in de genetische code. Drie opeenvolgende nucleotiden die coderen voor hetzelfde aminozuur worden genoemd drieling(of codon).

Elk aminozuur is gekoppeld aan een specifiek triplet van nucleotiden.

Bovendien, aangezien de combinaties van tripletten het aantal aminozuren overlappen, worden veel aminozuren gecodeerd door meerdere tripletten.

Drie tripletten coderen niet voor een van de aminozuren (UAA, UAG, UGA).

Ze markeren het einde van een uitzending en worden gebeld stopcodons(of onzinnige codons).

Het AUG-triplet codeert niet alleen voor het aminozuur methionine, maar initieert ook de translatie (speelt de rol van een startcodon).

Hieronder staan ​​​​tabellen met correspondentie van aminozuren met nucleoitide-tripletten.

Volgens de eerste tabel is het handig om het overeenkomstige aminozuur van een gegeven triplet te bepalen. Voor de tweede - voor een bepaald aminozuur, de tripletten die ermee overeenkomen.

Beschouw een voorbeeld van de implementatie van de genetische code. Laat er mRNA zijn met de volgende inhoud:

Laten we de sequentie van nucleotiden opsplitsen in tripletten:

Laten we elk triplet vergelijken met het aminozuur van het polypeptide dat erdoor wordt gecodeerd:

Methionine - Asparaginezuur - Serine - Threonine - Tryptofaan - Leucine - Leucine - Lysine - Asparagine - Glutamine

Het laatste triplet is een stopcodon.

Eigenschappen van de genetische code

De eigenschappen van de genetische code zijn grotendeels een gevolg van de manier waarop aminozuren worden gecodeerd.

De eerste en voor de hand liggende eigenschap is drievoudigheid.

Het wordt begrepen als het feit dat de code-eenheid een reeks van drie nucleotiden is.

Een belangrijke eigenschap van de genetische code is de niet overlappend. Een nucleotide dat in het ene triplet zit, kan niet in een ander triplet worden opgenomen.

Dat wil zeggen, de reeks AGUGAA kan alleen worden gelezen als AGU-GAA, maar bijvoorbeeld niet zo: AGU-GUG-GAA. Dat wil zeggen, als een GU-paar is opgenomen in één triplet, kan dit niet al zijn integraal deel een ander.

Onder uniciteit De genetische code begrijpt dat elk triplet overeenkomt met slechts één aminozuur.

Het AGU-triplet codeert bijvoorbeeld voor het aminozuur serine en geen ander aminozuur.

Genetische code

Dit triplet komt uniek overeen met slechts één aminozuur.

Aan de andere kant kunnen meerdere tripletten overeenkomen met één aminozuur. Dezelfde serine komt bijvoorbeeld naast AGU overeen met het codon AGC. Deze eigenschap wordt genoemd degeneratie genetische code.

Door degeneratie kun je veel mutaties onschadelijk laten, omdat de vervanging van één nucleotide in het DNA vaak niet leidt tot een verandering in de waarde van het triplet. Als je goed kijkt naar de correspondentietabel van aminozuren met triolen, kun je zien dat als een aminozuur wordt gecodeerd door meerdere tripletten, ze vaak verschillen in de laatste nucleotide, dat wil zeggen, het kan van alles zijn.

Er worden ook enkele andere eigenschappen van de genetische code vermeld (continuïteit, ruisimmuniteit, universaliteit, enz.).

Stabiliteit als aanpassing van planten aan de bestaansomstandigheden. De belangrijkste reacties van planten op de werking van ongunstige factoren.

Plantresistentie is het vermogen om de effecten van extreme omgevingsfactoren (bodem- en luchtdroogte) te weerstaan.

De eenduidigheid van de ge-not-ti-che-th code komt tot uiting in het feit dat

Deze eigenschap is ontwikkeld in het proces van evolutie en is genetisch vastgelegd. In regio's met ongunstige omstandigheden, stabiel decoratieve vormen en lokale variëteiten gekweekte planten- droogtebestendig. Een bepaald niveau van weerstand dat inherent is aan planten, wordt alleen onthuld onder invloed van extreme omgevingsfactoren.

Als gevolg van het optreden van een dergelijke factor begint de irritatiefase - een scherpe afwijking van de norm van een aantal fysiologische parameters en hun snelle terugkeer naar normaal. Dan is er een verandering in de intensiteit van het metabolisme en schade aan intracellulaire structuren. Tegelijkertijd worden alle synthetische onderdrukt, worden alle hydrolytische geactiveerd en neemt de algehele energievoorziening van het lichaam af. Als het effect van de factor niet groter is dan drempelwaarde, begint de aanpassingsfase.

Een aangepaste plant reageert minder op herhaalde of toenemende blootstelling aan een extreme factor. Op de organisme niveau de interactie van m / y organen wordt toegevoegd aan de aanpassingsmechanismen. De verzwakking van de stroom van water, minerale en organische verbindingen door de plant versterkt de concurrentie tussen organen en hun groei stopt.

Bioresistentie in planten bepaald. max. is de waarde van de extreme factor waarbij de planten nog levensvatbare zaden vormen. Agronomische duurzaamheid wordt bepaald door de mate van opbrengstvermindering. Planten worden gekenmerkt door hun weerstand tegen een specifiek type extreme factor: overwintering, gasbestendig, zoutbestendig, droogtebestendig.

Type rondwormen hebben, in tegenstelling tot platwormen, een primaire lichaamsholte - een schizocele, gevormd als gevolg van de vernietiging van het parenchym dat de openingen tussen de lichaamswand en interne organen opvult - zijn functie is transport.

Het handhaaft de homeostase. De lichaamsvorm is rond in diameter. Het integument is cuticularized. Musculatuur wordt vertegenwoordigd door een laag longitudinale spieren. De darm is end-to-end en bestaat uit 3 delen: voorste, middelste en achterste. De mondopening bevindt zich op het ventrale oppervlak van het voorste uiteinde van het lichaam. De keelholte heeft een karakteristiek driehoekig lumen. Het excretiesysteem wordt vertegenwoordigd door protonephridia of speciale huid - hypodermale klieren. De meeste soorten zijn tweehuizig, met alleen geslachtelijke voortplanting.

Ontwikkeling is direct, zelden met metamorfose. Ze hebben een constante cellulaire samenstelling van het lichaam en missen het vermogen om te regenereren. De voorste darm bestaat uit de mondholte, keelholte en slokdarm.

Ze hebben geen midden- of achtergedeelte. Het uitscheidingssysteem bestaat uit 1-2 gigantische cellen van de hypodermis. De longitudinale uitscheidingskanalen liggen in de laterale richels van de hypodermis.

Eigenschappen van de genetische code. Bewijzen van de triplet-code. Codons ontcijferen. Beëindigingscodons. Het concept van genetische onderdrukking.

Het idee dat informatie is gecodeerd in het gen in de primaire structuur van het eiwit werd gespecificeerd door F.

Crick in zijn sequentiehypothese, volgens welke de sequentie van genelementen de sequentie van aminozuurresiduen in de polypeptideketen bepaalt. De validiteit van de sequentiehypothese wordt bewezen door de colineariteit van de structuren van het gen en het daardoor gecodeerde polypeptide. De belangrijkste prestatie in 1953 was het idee dat. Dat de code hoogstwaarschijnlijk triplet is.

; DNA-basenparen: A-T, T-A, G-C, C-G - kunnen slechts voor 4 aminozuren coderen als elk paar overeenkomt met één aminozuur. Zoals je weet, zijn er 20 basisaminozuren in eiwitten. Als we aannemen dat elk aminozuur overeenkomt met 2 basenparen, dan kunnen 16 aminozuren (4 * 4) worden gecodeerd - dit is weer niet genoeg.

Als de code triplet is, kunnen 64 codons (4 * 4 * 4) worden gemaakt van 4 basenparen, wat meer dan genoeg is om 20 aminozuren te coderen. Creek en zijn collega's gingen ervan uit dat de code een triplet was, dat er geen "komma's" tussen codons stonden, d.w.z. scheidende tekens; het lezen van de code binnen een gen vindt plaats vanaf een vast punt in één richting. In de zomer van 1961 rapporteerden Kirenberg en Mattei over de ontcijfering van het eerste codon en stelden ze een methode voor om de samenstelling van codons in een celvrij systeem van eiwitsynthese te bepalen.

Dus het codon voor fenylalanine werd ontcijferd als UUU in mRNA. Verder, als resultaat van het toepassen van de methoden ontwikkeld door de Koran, Nirenberg en Leder in 1965.

in het zijne is een codewoordenboek samengesteld moderne vorm. Het verkrijgen van mutaties in T4-fagen veroorzaakt door deletie of toevoeging van basen was dus het bewijs van de tripletcode (eigenschap 1). Deze uitval en toevoegingen, die leidden tot frameverschuivingen bij het "lezen" van de code, werden alleen geëlimineerd door de correctheid van de code te herstellen, dit verhinderde het verschijnen van mutanten. Deze experimenten toonden ook aan dat de tripletten elkaar niet overlappen, d.w.z. dat elke base tot slechts één triplet kan behoren (eigenschap 2).

De meeste aminozuren hebben meer dan één codon. Een code waarin het aantal aminozuren kleiner is dan het aantal codons wordt gedegenereerd genoemd (eigenschap 3), d.w.z.

e) een bepaald aminozuur kan worden gecodeerd door meer dan één triplet. Bovendien coderen drie codons helemaal niet voor een aminozuur (“onzinnige codons”) en fungeren ze als een “stopsignaal”. Het stopcodon is het eindpunt van de functionele DNA-eenheid, de cistron. Beëindigingscodons zijn bij alle soorten hetzelfde en worden weergegeven als UAA, UAG, UGA. opvallende eigenschap code is dat het universeel is (4 eigenschap).

In alle levende organismen coderen dezelfde tripletten voor dezelfde aminozuren.

Het bestaan ​​van drie soorten mutante codons - terminators en hun onderdrukking zijn aangetoond in E. coli en gist. De ontdekking van genen - onderdrukkers, het "begrijpen" van onzin - allelen van verschillende genen, geeft aan dat de vertaling van de genetische code kan veranderen.

Mutaties die het tRNA-anticodon beïnvloeden, veranderen hun codonspecificiteit en creëren een mogelijkheid voor mutatie-onderdrukking op translationeel niveau. Onderdrukking op het niveau van translatie kan optreden als gevolg van mutaties in de genen die coderen voor sommige ribosoomeiwitten. Als gevolg van deze mutaties "vergist" het ribosoom zich bijvoorbeeld bij het lezen van onzinnige codons en "begrijpt" deze ten koste van sommige niet-mutante tRNA's. Naast genotypische onderdrukking, werkend op het niveau van translatie, is ook fenotypische onderdrukking van onzinnige allelen mogelijk: met een verlaging van de temperatuur, met de werking van aminoglycoside-antibiotica die zich binden aan ribosomen, zoals streptomycine, op cellen.

22. Voortplanting van hogere planten: vegetatief en ongeslachtelijk. Sporenvorming, sporenstructuur, gelijk en heterosporeus Reproductie als een eigenschap van levende materie, dat wil zeggen het vermogen van een individu om zijn eigen soort voort te brengen, bestond in de vroege stadia van evolutie.

Vormen van voortplanting zijn onder te verdelen in 2 soorten: aseksueel en seksueel. Eigenlijk wordt ongeslachtelijke voortplanting uitgevoerd zonder de deelname van geslachtscellen, met behulp van gespecialiseerde cellen - sporen. Ze worden gevormd in de organen van ongeslachtelijke voortplanting - sporangia als resultaat van mitotische deling.

De spore reproduceert tijdens zijn ontkieming een nieuw individu, vergelijkbaar met de ouder, met uitzondering van sporen van zaadplanten, waarin de spore de functie van voortplanting en vestiging heeft verloren. Sporen kunnen ook worden gevormd door reductiedeling, waarbij eencellige sporen naar buiten komen.

Voortplanting van planten met behulp van vegetatief (deel van de scheut, blad, wortel) of deling van eencellige algen in tweeën wordt vegetatief (bol, stekken) genoemd.

Seksuele voortplanting wordt uitgevoerd door speciale geslachtscellen - gameten.

Gameten worden gevormd als gevolg van meiose, er zijn vrouwelijke en mannelijke. Als resultaat van hun fusie verschijnt een zygote, waaruit vervolgens een nieuw organisme ontstaat.

Planten verschillen in de soorten gameten. In sommige eencellige organismen functioneert het op een bepaald moment als een gameet. Organismen van verschillende geslachten (gameten) versmelten - dit seksuele proces wordt genoemd hologamie. Als mannelijke en vrouwelijke gameten morfologisch vergelijkbaar zijn, mobiel - dit zijn isogameten.

En het seksuele proces isogaam. Als vrouwelijke gameten iets groter en minder mobiel zijn dan mannelijke gameten, dan zijn dit heterogameten en is het proces heterogamie. Oogamy - vrouwelijke gameten zijn erg groot en onbeweeglijk, mannelijke gameten zijn klein en mobiel.

12345678910Volgende ⇒

Genetische code - correspondentie tussen DNA-tripletten en aminozuren van eiwitten

De noodzaak om de structuur van eiwitten in de lineaire sequentie van mRNA- en DNA-nucleotiden te coderen, wordt gedicteerd door het feit dat tijdens translatie:

• er is geen overeenkomst tussen het aantal monomeren in de mRNA-matrix en het product - het gesynthetiseerde eiwit;
• er is geen structurele overeenkomst tussen RNA en eiwitmonomeren.

Dit elimineert de complementaire interactie tussen de matrix en het product, het principe waarmee de constructie van nieuwe DNA- en RNA-moleculen wordt uitgevoerd tijdens replicatie en transcriptie.

Hieruit wordt duidelijk dat er een "woordenboek" moet zijn dat het mogelijk maakt om te achterhalen welke mRNA-nucleotidesequentie zorgt voor de opname van aminozuren in een bepaalde sequentie in een eiwit. Dit "woordenboek" wordt de genetische, biologische, nucleotide- of aminozuurcode genoemd. Hiermee kunt u de aminozuren coderen waaruit eiwitten bestaan ​​met behulp van een specifieke reeks nucleotiden in DNA en mRNA. Het heeft bepaalde eigenschappen.

Drievoudigheid. Een van de belangrijkste vragen bij het ophelderen van de eigenschappen van de code was de vraag naar het aantal nucleotiden dat bepalend zou moeten zijn voor de opname van één aminozuur in het eiwit.

Gevonden werd dat de coderende elementen in de codering van de aminozuursequentie inderdaad tripletten van nucleotiden zijn, of drieling, die zijn genoemd "codonen".

Betekenis van codons.

Het was mogelijk om vast te stellen dat van de 64 codons de opname van aminozuren in de gesynthetiseerde polypeptideketen codeert voor 61 tripletten, en de overige 3 - UAA, UAG, UGA coderen niet voor de opname van aminozuren in het eiwit en werden oorspronkelijk genoemd betekenisloze of onzinnige codons. Later werd echter aangetoond dat deze tripletten de voltooiing van de translatie aangeven en daarom werden ze bekend als terminatie- of stopcodons.

mRNA-codons en nucleotide-tripletten in de coderende DNA-streng met richting van 5'- naar 3'-uiteinde hebben dezelfde sequentie van stikstofhoudende basen, behalve dat in DNA in plaats van uracil (U), kenmerkend voor mRNA, thymine (T) is.

Specificiteit.

Elk codon komt overeen met slechts één specifiek aminozuur. In die zin is de genetische code strikt ondubbelzinnig.

Tabel 4-3.

Ondubbelzinnigheid is een van de eigenschappen van de genetische code, wat tot uiting komt in het feit dat ...

De belangrijkste componenten van het eiwitsynthesesysteem

Vereiste componenten	Functies
een . Aminozuren	Substraten voor eiwitsynthese
2. tRNA	tRNA's fungeren als adapters. Ze interageren met het acceptoruiteinde met aminozuren en met het anticodon - met het mRNA-codon.
3. Aminoacyl-tRNA-synthetase	Elke aa-tRNA-synthetase katalyseert de specifieke bindingsreactie van een van de 20 aminozuren met het overeenkomstige tRNA
4.mRNA	De matrix bevat een lineaire reeks codons die de primaire structuur van eiwitten bepalen
5. Ribosomen	Ribonucleoproteïne subcellulaire structuren die de plaats zijn van eiwitsynthese
6.	Energiebronnen
7. Eiwitfactoren van initiatie, verlenging, beëindiging	Specifieke extraribosomale eiwitten die nodig zijn voor het translatieproces (12 initiatiefactoren: elF; 2 verlengingsfactoren: eEF1, eEF2 en terminatiefactoren: eRF)
8. Magnesium ionen	Cofactor die de structuur van ribosomen stabiliseert

Opmerkingen: elf( eukaryotische initiatiefactoren) zijn initiatiefactoren; eEF( eukaryotische verlengingsfactoren) zijn rekfactoren; eRF ( eukaryote releasefactoren) zijn beëindigingsfactoren.

degeneratie. In mRNA en DNA zijn 61 tripletten logisch, die elk coderen voor de opname van een van de 20 aminozuren in het eiwit.

Hieruit volgt dat in informatieve moleculen de opname van hetzelfde aminozuur in een eiwit wordt bepaald door meerdere codons. Deze eigenschap van de biologische code wordt degeneratie genoemd.

Bij mensen zijn slechts 2 aminozuren gecodeerd met één codon - Met en Tri, terwijl Leu, Ser en Apr - met zes codons, en Ala, Val, Gli, Pro, Tre - met vier codons (Tabel 1).

Redundantie van codeersequenties - meest waardevolle bezit code, omdat het de weerstand van de informatiestroom tegen de nadelige effecten van de externe en interne omgeving vergroot. Bij het bepalen van de aard van een aminozuur dat in een eiwit moet worden opgenomen, is het derde nucleotide in een codon niet zo belangrijk als de eerste twee. Zoals blijkt uit Tabel. 4-4, voor veel aminozuren heeft de vervanging van het nucleotide op de derde positie van het codon geen invloed op de betekenis ervan.

Lineariteit van informatieregistratie.

Tijdens translatie worden mRNA-codons achtereenvolgens "gelezen" vanaf een vast startpunt en overlappen ze elkaar niet. Er zijn geen signalen in het record van informatie die het einde van het ene codon en het begin van het volgende aangeven. Het AUG-codon initieert en wordt zowel aan het begin als in andere regio's van het mRNA gelezen als Met. De tripletten die erop volgen worden opeenvolgend gelezen zonder gaten tot aan het stopcodon, waar de synthese van de polypeptideketen is voltooid.

Veelzijdigheid.

Tot voor kort werd aangenomen dat de code absoluut universeel is, d.w.z. de betekenis van codewoorden is hetzelfde voor alle bestudeerde organismen: virussen, bacteriën, planten, amfibieën, zoogdieren, inclusief de mens.

Er werd echter één uitzondering later bekend, het bleek dat mitochondriaal mRNA 4 tripletten bevat die een andere betekenis hebben dan in mRNA van nucleaire oorsprong. Dus in mitochondriaal mRNA codeert het UGA-triplet voor Tri, AUA-codes voor Met, en ACA en AGG worden gelezen als extra stopcodons.

Colineariteit van genen en producten.

In prokaryoten werd een lineaire overeenkomst gevonden tussen de sequentie van codons van het gen en de sequentie van aminozuren in het eiwitproduct, of, zoals ze zeggen, er is colineariteit tussen het gen en het product.

Tabel 4-4.

Genetische code

Eerste Stichting	Tweede honk
	U	VAN	MAAR	G
U	UUU föhn	UCU Cep	UAU-band	UGU Cys
UUC Föhn	UCC ser	iASTir	UGC cys
UUA Lei	UCA Cep	UAA*	UGA*
UUG Lei	UCG ser	UAG*	UGG april
VAN	Cuu Lei	CCU Pro	CAU Gis	CGU april
CUC Lei	SSS Pro	SAS Gis	CGC april
CUA Lei	SSA Pro	CAA Gln	CGA april
CUG Lei	CCG Pro	CAG Gln	CGG april
MAAR	AUU Ile	ACU Tpe	AAU Asn	AGU ser
AUC eiland	ACC Tre	AAS Asn	AGG ser
AUA ontmoet	ASA Tre	AAA Lize	AGA april
AUG ontmoet	ACG Tre	AAG Lize	AGG april
G	GUU verbod	GCU Ala	GAU Asp	GGU Gli
GUC-schacht	GCC Ala	GAC Asp	GGC vrolijkheid
GUA Val	GSA Ala	GAA Glu	GGA vrolijkheid
GUG-schacht	GСG Ala	GAG Glu	GGG vrolijkheid

Opmerkingen: U, uracil; C - cytosine; A - adenine; G, guanine; * - beëindigingscodon.

Bij eukaryoten worden de basensequenties in het gen, de co-lineaire aminozuursequenties in het eiwit, onderbroken door introns.

Daarom is in eukaryote cellen de aminozuursequentie van een eiwit co-lineair met de sequentie van exons in een gen of volwassen mRNA na post-transcriptionele verwijdering van introns.

GENETISCHE CODE, een methode om erfelijke informatie vast te leggen in nucleïnezuurmoleculen in de vorm van een reeks nucleotiden die deze zuren vormen. Een bepaalde sequentie van nucleotiden in DNA en RNA komt overeen met een bepaalde sequentie van aminozuren in de polypeptideketens van eiwitten. Het is gebruikelijk om de code te schrijven met hoofdletters van het Russische of Latijnse alfabet. Elke nucleotide wordt aangeduid met de letter waarmee de naam van de stikstofhoudende base die deel uitmaakt van het molecuul begint: A (A) - adenine, G (G) - guanine, C (C) - cytosine, T (T) - thymine ; in RNA is uracil in plaats van thymine U (U). Elk wordt gecodeerd door een combinatie van drie nucleotiden - een triplet of codon. In het kort wordt de manier van overdracht van genetische informatie samengevat in de zgn. het centrale dogma van de moleculaire biologie: DNA ` RNA f eiwit.

In bijzondere gevallen kan informatie wel van RNA naar DNA worden overgedragen, maar nooit van eiwit naar genen.

Realisatie van genetische informatie wordt in twee fasen uitgevoerd. In de celkern, informatie of matrix wordt RNA (transcriptie) gesynthetiseerd op DNA. In dit geval wordt de nucleotidesequentie van DNA "herschreven" (opnieuw gecodeerd) in de nucleotidesequentie van mRNA. Vervolgens gaat mRNA het cytoplasma binnen, hecht zich aan het ribosoom en daarop wordt, net als op een matrix, een polypeptide-eiwitketen gesynthetiseerd (vertaling). Aminozuren worden met behulp van transfer-RNA aan de in aanbouw zijnde keten vastgemaakt in een volgorde die wordt bepaald door de volgorde van nucleotiden in mRNA.

Van de vier "letters" kun je 64 verschillende drieletterige "woorden" (codons) maken. Van de 64 codons coderen er 61 voor bepaalde aminozuren en drie zijn verantwoordelijk voor de voltooiing van de synthese van de polypeptideketen. Aangezien er 61 codons zijn voor 20 aminozuren waaruit eiwitten bestaan, worden sommige aminozuren gecodeerd door meer dan één codon (de zogenaamde codedegeneratie). Een dergelijke redundantie verhoogt de betrouwbaarheid van de code en het gehele mechanisme van eiwitbiosynthese. Een andere eigenschap van de code is de specificiteit (ondubbelzinnigheid): één codon codeert voor slechts één aminozuur.

Bovendien overlapt de code niet - de informatie wordt achtereenvolgens in één richting gelezen, triplet voor triplet. De meest verbazingwekkende eigenschap van de code is de universaliteit ervan: het is hetzelfde voor alle levende wezens - van bacteriën tot mensen (met uitzondering van de genetische code van mitochondriën). Wetenschappers zien dit als een bevestiging van het concept van de oorsprong van alle organismen van één gemeenschappelijke voorouder.

Het decoderen van de genetische code, dwz de bepaling van de "betekenis" van elk codon en de regels waarmee informatie wordt gelezen, werd uitgevoerd in 1961-1965. en wordt beschouwd als een van de meest opvallende prestaties van de moleculaire biologie.

Gen- een structurele en functionele eenheid van erfelijkheid die de ontwikkeling van een bepaalde eigenschap of eigenschap regelt. Ouders geven tijdens de voortplanting een reeks genen door aan hun nakomelingen.Russische wetenschappers hebben een grote bijdrage geleverd aan de studie van het gen: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

Momenteel is in de moleculaire biologie vastgesteld dat genen stukjes DNA zijn die alle integrale informatie bevatten - over de structuur van één eiwitmolecuul of één RNA-molecuul. Deze en andere functionele moleculen bepalen de ontwikkeling, groei en werking van het lichaam.

Tegelijkertijd wordt elk gen gekenmerkt door een aantal specifieke regulerende DNA-sequenties, zoals promoters, die direct betrokken zijn bij het reguleren van de expressie van het gen. Regulerende sequenties kunnen ofwel in de onmiddellijke nabijheid van het open leeskader dat voor het eiwit codeert, ofwel aan het begin van de RNA-sequentie worden gelokaliseerd, zoals het geval is met promoters (de zogenaamde cis cis-regulerende elementen), en op een afstand van vele miljoenen basenparen (nucleotiden), zoals in het geval van versterkers, isolatoren en onderdrukkers (soms geclassificeerd als trans- regelgevende elementen transregulerende elementen). Het concept van een gen is dus niet beperkt tot het coderende gebied van DNA, maar is een breder concept dat regulerende sequenties omvat.

Oorspronkelijk de term gen verscheen als een theoretische eenheid voor de overdracht van discrete erfelijke informatie. De geschiedenis van de biologie herinnert zich geschillen over welke moleculen dragers van erfelijke informatie kunnen zijn. De meeste onderzoekers geloofden dat alleen eiwitten zulke dragers kunnen zijn, omdat je met hun structuur (20 aminozuren) meer mogelijkheden kunt creëren dan met de structuur van DNA, dat uit slechts vier soorten nucleotiden bestaat. Later werd experimenteel bewezen dat het om DNA gaat erfelijke informatie die is uitgedrukt als het centrale dogma van de moleculaire biologie.

Genen kunnen mutaties ondergaan - willekeurige of doelgerichte veranderingen in de volgorde van nucleotiden in de DNA-keten. Mutaties kunnen leiden tot een verandering in volgorde, en dus een verandering in de biologische kenmerken van een eiwit of RNA, wat op zijn beurt kan resulteren in een algemeen of lokaal veranderd of abnormaal functioneren van het organisme. Dergelijke mutaties zijn in sommige gevallen pathogeen, aangezien hun resultaat een ziekte is, of dodelijk op embryonaal niveau. Niet alle veranderingen in de nucleotidesequentie leiden echter tot een verandering in de eiwitstructuur (vanwege het effect van de degeneratie van de genetische code) of tot een significante verandering in de sequentie en zijn niet pathogeen. In het bijzonder wordt het menselijk genoom gekenmerkt door enkelvoudige nucleotidepolymorfismen en variaties in het aantal kopieën. aantal variaties kopiëren), zoals deleties en duplicaties, die ongeveer 1% uitmaken van de gehele menselijke nucleotidesequentie. Met name polymorfismen met één nucleotide definiëren verschillende allelen van hetzelfde gen.

De monomeren waaruit elke DNA-streng bestaat, zijn complex organische bestanddelen, inclusief stikstofhoudende basen: adenine (A) of thymine (T) of cytosine (C) of guanine (G), een suiker-pentose-deoxyribose met vijf atomen, waarnaar het DNA zelf is vernoemd, evenals een fosforzuurresidu. Deze verbindingen worden nucleotiden genoemd.

Gene eigenschappen

1. discretie - onmengbaarheid van genen;
2. stabiliteit - het vermogen om een ​​structuur te behouden;
3. labiliteit - het vermogen om herhaaldelijk te muteren;
4. meervoudig allelisme - er bestaan ​​veel genen in een populatie in verschillende moleculaire vormen;
5. allelisme - in het genotype van diploïde organismen, slechts twee vormen van het gen;
6. specificiteit - elk gen codeert voor zijn eigen eigenschap;
7. pleiotropie - meervoudig effect van een gen;
8. expressiviteit - de mate van expressie van een gen in een eigenschap;
9. penetrantie - de frequentie van manifestatie van een gen in het fenotype;
10. amplificatie - een toename van het aantal kopieën van een gen.

Classificatie

1. Structurele genen zijn unieke componenten van het genoom, die een enkele sequentie vertegenwoordigen die codeert voor een specifiek eiwit of sommige soorten RNA. (Zie ook het artikel huishoudgenen).
2. Functionele genen - reguleren het werk van structurele genen.

Genetische code- een methode die inherent is aan alle levende organismen om de aminozuursequentie van eiwitten te coderen met behulp van een sequentie van nucleotiden.

Vier nucleotiden worden gebruikt in DNA - adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T), die in de Russischtalige literatuur worden aangeduid met de letters A, G, C en T. Deze letters vormen het alfabet van de genetische code. In RNA worden dezelfde nucleotiden gebruikt, met uitzondering van thymine, dat is vervangen door een vergelijkbaar nucleotide - uracil, dat wordt aangeduid met de letter U (U in de Russischtalige literatuur). In DNA- en RNA-moleculen liggen nucleotiden in ketens en zo worden sequenties van genetische letters verkregen.

Genetische code

Er zijn 20 verschillende aminozuren die in de natuur worden gebruikt om eiwitten op te bouwen. Elk eiwit is een keten of meerdere ketens van aminozuren in een strikt gedefinieerde volgorde. Deze volgorde bepaalt de structuur van het eiwit en dus al zijn biologische eigenschappen. De set aminozuren is ook universeel voor bijna alle levende organismen.

De implementatie van genetische informatie in levende cellen (d.w.z. de synthese van een eiwit gecodeerd door een gen) wordt uitgevoerd met behulp van twee matrixprocessen: transcriptie (d.w.z. de synthese van mRNA op een DNA-template) en vertaling van de genetische code in een aminozuursequentie (synthese van een polypeptideketen op mRNA). Drie opeenvolgende nucleotiden zijn voldoende om 20 aminozuren te coderen, evenals het stopsignaal, wat het einde van de eiwitsequentie betekent. Een set van drie nucleotiden wordt een triplet genoemd. Geaccepteerde afkortingen die overeenkomen met aminozuren en codons worden getoond in de figuur.

Eigendommen

1. Drievoudigheid- een significante eenheid van de code is een combinatie van drie nucleotiden (triplet of codon).
2. Continuïteit- er zijn geen leestekens tussen de triolen, dat wil zeggen dat de informatie continu wordt gelezen.
3. niet overlappend- dezelfde nucleotide kan niet tegelijkertijd deel uitmaken van twee of meer tripletten (niet waargenomen voor sommige overlappende genen van virussen, mitochondriën en bacteriën die coderen voor verschillende frameshift-eiwitten).
4. Eenduidigheid (specificiteit)- een bepaald codon komt overeen met slechts één aminozuur (het UGA-codon in Euplotes crassus codeert voor twee aminozuren - cysteïne en selenocysteïne)
5. Degeneratie (redundantie) Verschillende codons kunnen overeenkomen met hetzelfde aminozuur.
6. Veelzijdigheid- de genetische code werkt op dezelfde manier in organismen van verschillende complexiteitsniveaus - van virussen tot mensen (genetische manipulatiemethoden zijn hierop gebaseerd; er zijn een aantal uitzonderingen, weergegeven in de tabel in de "Variaties op de standaard genetische code" " sectie hieronder).
7. Ruis immuniteit- mutaties van nucleotidesubstituties die niet leiden tot een verandering in de klasse van het gecodeerde aminozuur worden genoemd conservatief; nucleotide-substitutiemutaties die leiden tot een verandering in de klasse van het gecodeerde aminozuur worden genoemd radicaal.

Eiwitbiosynthese en zijn stappen

Eiwit biosynthese- een complex meertrapsproces van de synthese van een polypeptideketen uit aminozuurresiduen, die voorkomen op de ribosomen van cellen van levende organismen met de deelname van mRNA- en tRNA-moleculen.

Eiwitbiosynthese kan worden onderverdeeld in stadia van transcriptie, verwerking en translatie. Tijdens transcriptie wordt de genetische informatie die in DNA-moleculen is gecodeerd, gelezen en deze informatie wordt in mRNA-moleculen geschreven. Tijdens een reeks opeenvolgende stadia van verwerking worden enkele fragmenten die in volgende stadia niet nodig zijn, uit mRNA verwijderd en worden nucleotidesequenties bewerkt. Nadat de code van de kern naar de ribosomen is getransporteerd, vindt de eigenlijke synthese van eiwitmoleculen plaats door individuele aminozuurresiduen aan de groeiende polypeptideketen te hechten.

Tussen transcriptie en translatie ondergaat het mRNA-molecuul een reeks opeenvolgende veranderingen die zorgen voor de rijping van een functionerende matrijs voor de synthese van de polypeptideketen. Aan het 5'-uiteinde is een kap bevestigd en aan het 3'-uiteinde is een poly-A-staart bevestigd, wat de levensduur van het mRNA verlengt. Met de komst van verwerking in een eukaryote cel werd het mogelijk om gen-exons te combineren om een ​​grotere verscheidenheid aan eiwitten te verkrijgen die worden gecodeerd door een enkele sequentie van DNA-nucleotiden - alternatieve splicing.

Translatie bestaat uit de synthese van een polypeptideketen in overeenstemming met de informatie die is gecodeerd in boodschapper-RNA. De aminozuurvolgorde is gerangschikt met behulp van vervoer- RNA (tRNA), die complexen vormen met aminozuren - aminoacyl-tRNA. Elk aminozuur heeft zijn eigen tRNA, dat een corresponderend anticodon heeft dat "overeenkomt" met het mRNA-codon. Tijdens translatie beweegt het ribosoom langs het mRNA terwijl de polypeptideketen zich opbouwt. Energie voor eiwitsynthese wordt geleverd door ATP.

Het afgewerkte eiwitmolecuul wordt vervolgens van het ribosoom gesplitst en naar de juiste plek in de cel getransporteerd. Sommige eiwitten hebben aanvullende post-translationele modificatie nodig om hun actieve toestand te bereiken.