Heeft de eigenschap dat het voor een specifiek eiwit codeert. Degeneratie van de genetische code: algemene informatie

1. De code is triplet.

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. Drie aangrenzende nucleotiden dragen informatie over één eiwit. Er kunnen 64 van dergelijke tripletten zijn (dit toont de redundantie van de genetische code aan), maar slechts 61 daarvan 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 door meerdere codons worden gecodeerd.

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

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

5) De code overlapt niet. Hetzelfde nucleotide kan geen deel uitmaken van twee verschillende codons; de aflezing gaat continu, op rij, tot aan het stopcodon. Er staan ​​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 er als resultaat van een nucleotidesubstitutie een ander codon verschijnt dat codeert voor hetzelfde aminozuur;

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

3) als er nucleotideveranderingen optreden in intergenetische of niet-functionerende DNA-gebieden.

№62. DNA-replicatie.

Korte beoordeling:

replicatie- het proces van synthese van het dochtermolecuul van deoxyribonucleïnezuur op de matrix van het ouder-DNA-molecuul. Tijdens 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 een nauwkeurige overdracht van genetische informatie van generatie op generatie. DNA-replicatie wordt uitgevoerd door een complex enzymcomplex, bestaande uit 15-20 verschillende eiwitten, het replisoom genoemd.

Tegen de tijd 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 zich 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 er worden twee replicatievorken gevormd die naar binnen bewegen tegengestelde richtingen.).

2. Verlenging (fase van biosynthese van moleculen nucleïnezuren, die bestaat uit de opeenvolgende hechting van monomeren (nucleotiden) aan een groeiende DNA-keten).

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

Grootste deel:

Omdat DNA het erfelijkheidsmolecuul is, moet het zichzelf, om deze kwaliteit te realiseren, exact kopiëren en zo alle informatie behouden die beschikbaar is in het oorspronkelijke DNA-molecuul in de vorm van een bepaalde reeks nucleotiden. Dit wordt verzekerd door een speciaal proces dat voorafgaat aan de deling van elke cel in het lichaam, dat DNA-replicatie wordt genoemd - het proces van het synthetiseren van een dochtermolecuul van deoxyribonucleïnezuur op de 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 stikstofbasen uit elke streng (het uiterlijk van de zogenaamde replicatievork).

2. Verlenging(een stadium in de biosynthese van nucleïnezuurmoleculen, dat bestaat uit de opeenvolgende hechting 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 ouderstrengen antiparallel zijn, vindt continue DNA-replicatie slechts 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 voortdurend in de cel worden gesynthetiseerd, aan het 3"-uiteinde van de nieuw gesynthetiseerde DNA-streng worden gehecht. van een nieuwe streng op een achterblijvende streng vereist constante vorming van nieuwe zaden (de zogenaamde primers - korte fragmenten van nucleïnezuur die worden gebruikt door DNA - polymerasen om DNA-synthese te initiëren) 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 worden verbonden door DNA-ligase. Topoisomerase verwijdert helix-supercoils, helicase windt de dubbele helix af en SSB-eiwit zorgt voor de stabiliteit van enkelstrengs DNA.

3. Beëindiging (voltooiing) van replicatie vindt plaats wanneer de gaten tussen Okazaki-fragmenten worden opgevuld 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 worden uitgevoerd. gesynthetiseerd door het DNA-polymerase III-dimeer. 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, waarbij blijkbaar de aanwezigheid van het 5'-terminale nucleotide van de volgende primer wordt herkend, gevolgd door dissociatie van template-DNA en aanhechting daaraan voor herinitiatie 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 covalente verbinding van de fragmenten met elkaar. andere onder de werking 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 op alle chromosomen geactiveerd.

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

Wanneer twee replicatievorken uiteenlopen van één replicatieoorsprong verschillende kanten vanaf dit punt zullen de ouderlijke nucleosomen in verschillende kinder-DNA-strengen vallen. 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 positie van de oorsprong van replicatie in een gen zou daarom van groot biologisch belang kunnen zijn, omdat het de chromatinestructuur van dat gen in de volgende generatie cellen zou bepalen.

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

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

2) replicatieve eiwitten kunnen slechts enkele replicatieoorsprongen uit een gegeven 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 op alle andere oorsprongen wordt mogelijk.

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

Het is ook nog niet bekend wat de vaste replicatiesequentie van chromosoombanden bepaalt. Er zijn twee hypothesen voorgesteld om deze reeks te verklaren. Volgens een van hen worden in de S-fase verschillende replicatieve eiwitten, die elk specifiek zijn voor een bepaald type chromosoombanden, gesynthetiseerd. andere keer. Volgens een andere hypothese, die nu plausibeler lijkt, werken replicatieve eiwitten eenvoudigweg in op die delen van het DNA die voor hen beter toegankelijk zijn; Tijdens de S-fase kan bijvoorbeeld continue decondensatie van chromosomen plaatsvinden, en komen chromosoombanden één voor één 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 de eiwitsynthese, is de code geschreven in de taal van RNA. RNA bevat uracil in plaats van thymine.

Eigenschappen van de genetische code

1. Tripletiteit

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, omdat 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 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 drielingen = 18.

1 AK 3 drielingen = 3.

5 AK's x 4 drielingen = 20.

3 AK's x 6 drielingen = 18.

Een totaal van 61 tripletcodes voor 20 aminozuren.

3. De aanwezigheid van intergene leestekens.

Definitie:

Gen is een DNA-segment 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 als volgt uit: UAA, UAG, UGA . Ze beëindigen (beëindigen) de uitzending.

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

4. Uniciteit.

Elk triplet codeert voor slechts 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.

Het experiment bewijst dat de code is triplet en er staan ​​geen leestekens in het gen. Het experiment werd uitgevoerd op twee aangrenzende faaggenen en toonde bovendien aan: de aanwezigheid van leestekens tussen genen.

6. Veelzijdigheid.

De genetische code is hetzelfde 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 het einde van de eiwitsynthese:

codon	Universeel code	Mitochondriale codes
		Gewervelde dieren	Ongewervelde dieren	Gist	Planten
	STOP				STOP
Met UA
EEN G A		STOP
		STOP			230 substituties veranderen de klasse van het gecodeerde aminozuur niet. aan scheurbaarheid. In 1956 stelde Georgy Gamov een variant van de overlappende code voor. Volgens de Gamow-code maakt elk nucleotide, beginnend vanaf 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, mindere afhankelijkheid van de eiwitstructuur van de insertie of deletie van een nucleotide. Nadeel: hoge afhankelijkheid van de eiwitstructuur van nucleotidesubstitutie en beperking van buren. In 1976 werd de sequentie van het DNA van de φX174-faag bepaald. Het heeft een enkelstrengs circulair DNA van 5375 nucleotiden. Het was bekend dat de faag voor 9 eiwitten codeerde. Voor zes van hen werden achter elkaar gelegen genen geïdentificeerd. Er bleek sprake te zijn van overlap. Het E-gen bevindt zich volledig in het gen D . Het initiatiecodon verschijnt als gevolg van een verschuiving van één nucleotide in de aflezing. Gen J begint waar het gen eindigt D . Geninitiatiecodon J overlapt met het terminatiecodon van het gen D door een verschuiving van twee nucleotiden. Het ontwerp wordt "leesframeverschuiving" genoemd door een aantal nucleotiden dat geen veelvoud van drie is. Tot nu toe is slechts voor enkele fagen overlap 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 30 tot 50 duizend genen. Alle mensen hebben ~30x1013 genen, of 30x1016 basenparen, die samen 1017 codons vormen. De gemiddelde boekpagina bevat 25 x 10 2 tekens. Het DNA van 6x109 spermatozoa bevat informatie die qua volume gelijk is aan ongeveer 4x10 13 boekpagina's. Deze pagina's zouden het volume van zes NSU-gebouwen beslaan. 6x10 9 sperma neemt 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: drietal, 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 stikstofhoudende basen op verschillende manieren te combineren (in dit geval nucleotiden die ze bevatten), kun je 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 ‘bedenken’ om elk aminozuur niet met drie, maar met twee nucleotiden te coderen, dan zou de verscheidenheid van dergelijke paren niet genoeg zijn, aangezien er maar 16 zouden zijn, d.w.z. 42.

Dus, de belangrijkste eigenschap van de genetische code is het triplet. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een triplet van nucleotiden.

Omdat er aanzienlijk meer verschillende tripletten mogelijk zijn dan aminozuren die in biologische moleculen worden gebruikt, is een dergelijke 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.

De correspondentie tussen aminozuren en codons wordt weerspiegeld in de vorm van tabellen. Deze zijn 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 meerdere tripletten voor hetzelfde aminozuur kunnen coderen. Specificiteit - Elk specifiek codon kan voor slechts één aminozuur coderen.

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 drieling zelf - het einde van de ene betekent dat de volgende zal beginnen. Dit impliceert de volgende twee eigenschappen van de genetische code: continuïteit En niet overlappend. Onder continuïteit wordt verstaan ​​het onmiddellijk na elkaar lezen van drielingen. Niet-overlappend betekent dat elk nucleotide deel kan uitmaken van slechts één triplet. Het eerste nucleotide van het volgende triplet komt dus altijd na het derde nucleotide van het vorige triplet. Een codon kan niet beginnen bij het tweede of derde nucleotide van het voorgaande 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 bestaan ​​zeer zeldzame uitzonderingen. Sommige tripletten van mitochondriën en chloroplasten coderen bijvoorbeeld voor andere aminozuren dan de gebruikelijke. Dit kan erop wijzen dat er aan het begin van de ontwikkeling van het leven enigszins verschillende variaties op de genetische code bestonden.

Ten slotte heeft de genetische code dat wel immuniteit tegen lawaai, wat een gevolg is van zijn eigenschap als redundantie. Puntmutaties, die soms voorkomen in DNA, resulteren meestal in de vervanging van de ene stikstofbase door een 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 en bewijst de eenheid van haar oorsprong. 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-fragment waarop mRNA wordt gesynthetiseerd).

Er zijn andere definities.

Genetische code- dit is de correspondentie 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 opgevat als de sequentie van nucleotiden in het DNA van welk organisme dan ook, die de individualiteit ervan bepaalt.

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

Daarom is het onjuist om bijvoorbeeld "De genetische code van een persoon" of "De genetische code van een organisme" te zeggen, 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 zijn voornamelijk te danken aan de diversiteit aan eiwitten.

De specifieke structuur van een eiwit wordt bepaald door de volgorde en hoeveelheid van de verschillende aminozuren waaruit het bestaat. De aminozuursequentie van het peptide wordt gecodeerd 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 wel verschillende opties afwisseling van slechts vier nucleotiden. Dit voor een lange tijd verhinderde dat onderzoekers DNA als het materiaal van erfelijkheid beschouwden.

Hoe aminozuren worden gecodeerd door nucleotiden

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

Elk 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 stikstofbasen.

Vervolgens 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 (een paar 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 bijvoorbeeld dat er een regio van een eiwit is met de volgende reeks aminozuren (elk aminozuur wordt aangegeven met een enkele letter):

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

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

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

Als elk aminozuur wordt gekoppeld aan twee opeenvolgende nucleotiden in de RNA-keten, kunnen zestien aminozuren worden gecodeerd.

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).

[Voor het gemak van de waarneming worden haakjes gebruikt.] Dit betekent dat slechts 16 verschillende aminozuren kunnen worden gecodeerd met een dergelijke code (tweeletterwoord): elk heeft zijn eigen woord (twee opeenvolgende nucleotiden).

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

Hier is n het aantal verschillende combinaties, a is het aantal letters van het alfabet (of de basis van het getalsysteem), b is het aantal letters in een woord (of cijfers in een getal). Als we het vierletterige alfabet en de woorden die uit twee letters bestaan ​​in deze formule vervangen, krijgen we 42 = 16.

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

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

Precies de drielettercode wordt gebruikt in de genetische code. Er worden drie opeenvolgende nucleotiden genoemd die voor hetzelfde aminozuur coderen drietal(of codon).

Elk aminozuur is geassocieerd met een specifiek triplet van nucleotiden.

Omdat de combinaties van tripletten het aantal aminozuren overlappen, worden bovendien veel aminozuren gecodeerd door meerdere tripletten.

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

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

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 nucleoitidetripletten.

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

Beschouw een voorbeeld van de implementatie van de genetische code. Stel dat er mRNA is met de volgende inhoud:

Laten we de reeks nucleotiden opsplitsen in drielingen:

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 sequentie van drie nucleotiden is.

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

Dat wil zeggen dat de reeks AGUGAA alleen kan worden gelezen als AGU-GAA, maar niet bijvoorbeeld als volgt: AGU-GUG-GAA. Dat wil zeggen: als een GU-paar deel uitmaakt van één triplet, kan dit niet al het geval zijn integraal deel een andere.

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

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

Genetische code

Dit triplet komt op unieke wijze 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 heet 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 naar de aminkijkt, kun je zien dat als een aminozuur door meerdere tripletten wordt gecodeerd, ze vaak verschillen in het laatste nucleotide, dat wil zeggen dat het van alles kan zijn.

Er worden ook enkele andere eigenschappen van de genetische code vermeld (continuïteit, immuniteit tegen ruis, 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 ondubbelzinnigheid van de ge-not-ti-che-th-code komt tot uiting in het feit dat

Deze eigenschap is ontwikkeld tijdens het evolutieproces en ligt genetisch vast. In regio's met ongunstige omstandigheden stabiel decoratieve vormen en lokale variëteiten gekweekte planten- droogtebestendig. Het ene of het andere niveau van resistentie 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, alle hydrolytische geactiveerd en neemt de algehele energietoevoer 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 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 intensiveert de concurrentie tussen organen en hun groei stopt.

Bioresistentie bij planten bepaald. max. is de waarde van de extreme factor waarbij de planten nog levensvatbare zaden vormen. De 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 door de vernietiging van het parenchym dat de gaten tussen de lichaamswand en inwendige organen opvult - de functie ervan is transport.

Het handhaaft de homeostase. De lichaamsvorm is rond van diameter. Het omhulsel is cuticulair. Het spierstelsel wordt weergegeven door een laag longitudinale spieren. De darm loopt van begin tot eind en bestaat uit 3 delen: anterieur, midden en posterieur. 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 protonfridia of speciale huid-hypodermale klieren. De meeste soorten zijn tweehuizig, met alleen seksuele voortplanting.

De 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 reuzencellen van de hypodermis. De longitudinale uitscheidingskanalen liggen in de laterale randen van de hypodermis.

Eigenschappen van de genetische code. Bewijzen van de tripletcode. Het ontcijferen van codons. Beëindigingcodons. Het concept van genetische onderdrukking.

Het idee dat informatie wordt 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 geldigheid 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 basische aminozuren in eiwitten. Als we aannemen dat elk aminozuur overeenkomt met 2 basenparen, kunnen er 16 aminozuren (4 * 4) worden gecodeerd - dit is wederom niet genoeg.

Als de code triplet is, kunnen van 4 basenparen 64 codons (4 * 4 * 4) worden gemaakt, wat meer dan genoeg is om voor 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, dat wil zeggen dat er karakters werden gescheiden; het lezen van de code binnen een gen gebeurt vanuit een vast punt in één richting. In de zomer van 1961 rapporteerden Kirenberg en Mattei over de ontcijfering van het eerste codon en stelden een methode voor voor het bepalen van de samenstelling van codons in een celvrij systeem van eiwitsynthese.

Het codon voor fenylalanine werd dus ontcijferd als UUU in mRNA. Verder, als gevolg van het toepassen van de methoden die in 1965 door de Koran, Nirenberg en Leder zijn ontwikkeld.

in zijn systeem werd een codewoordenboek samengesteld moderne vorm. De verwerving van mutaties in T4-fagen veroorzaakt door deletie of toevoeging van basen was dus een 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 juistheid van de code te herstellen, dit voorkwam het verschijnen van mutanten. Deze experimenten toonden ook aan dat de tripletten elkaar niet overlappen, dat wil zeggen dat elke base slechts tot 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.

d.w.z. een bepaald aminozuur kan door meer dan één triplet gecodeerd worden. Bovendien coderen drie codons voor geen enkel aminozuur (“onzincodons”) en fungeren ze als een “stopsignaal”. Het stopcodon is het eindpunt van de functionele DNA-eenheid, de cistron. Beëindigingcodons zijn bij alle soorten hetzelfde en worden weergegeven als UAA, UAG, UGA. opmerkelijke eigenschap code is dat deze universeel is (4 eigenschap).

In alle levende organismen coderen dezelfde drielingen voor dezelfde aminozuren.

Het bestaan ​​van drie soorten mutante codons - terminators en hun onderdrukking is aangetoond in E. coli en gist. De ontdekking van genen - onderdrukkers, die onzin 'begrijpen' - 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 "maakt" het ribosoom bijvoorbeeld fouten bij het lezen van onzincodons en "begrijpt" het deze ten koste van sommige niet-mutante tRNA's. Naast genotypische onderdrukking die op het niveau van translatie inwerkt, is ook fenotypische onderdrukking van nonsens-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 aseksueel. Sporenvorming, sporenstructuur, gelijk en heterosporig. Reproductie als 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 de evolutie.

Vormen van voortplanting kunnen worden onderverdeeld in 2 soorten: aseksueel en seksueel. Eigenlijk wordt aseksuele voortplanting uitgevoerd zonder de deelname van geslachtscellen, met behulp van gespecialiseerde cellen - sporen. Ze worden gevormd in de organen van aseksuele voortplanting - sporangia als gevolg van mitotische deling.

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

Reproductie van planten met behulp van vegetatief (een deel van de scheut, blad, wortel) of deling van eencellige algen doormidden wordt vegetatief genoemd (bol, stekken).

Seksuele voortplanting wordt uitgevoerd door speciale geslachtscellen - gameten.

Gameten worden gevormd als gevolg van de meiose, er zijn vrouwelijke en mannelijke. Als gevolg van hun fusie verschijnt een zygoot, waaruit zich vervolgens een nieuw organisme ontwikkelt.

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

En het seksuele proces isogaam. Als vrouwelijke gameten iets groter en minder mobiel zijn dan mannelijke gameten, dan zijn dit heterogameten en is er sprake van 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 ingegeven 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 gelijkenis 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 erachter te komen 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 sequentie van nucleotiden in DNA en mRNA. Het heeft bepaalde eigenschappen.

Tripletiteit. Een van de belangrijkste vragen bij het ophelderen van de eigenschappen van de code was de vraag naar het aantal nucleotiden, dat de opname van één aminozuur in het eiwit zou moeten bepalen.

Er werd gevonden 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 niet-sense codons. Later werd echter aangetoond dat deze tripletten de voltooiing van de translatie signaleren, en daarom werden ze terminatie- of stopcodons genoemd.

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

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, die tot uiting komt in het feit dat ...

De belangrijkste componenten van het eiwitsynthesesysteem

Vereiste componenten	Functies
1. 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	Subcellulaire structuren van ribonucleoproteïne die de plaats vormen van eiwitsynthese
6.	Energiebronnen
7. Eiwitfactoren van initiatie, verlenging en beëindiging	Specifieke extraribosomale eiwitten die nodig zijn voor het translatieproces (12 initiatiefactoren: elF; 2 verlengingsfactoren: eEF1, eEF2 en terminatiefactoren: eRF)
8. Magnesiumionen	Cofactor die de structuur van ribosomen stabiliseert

Opmerkingen: elf( eukaryote initiatiefactoren) zijn initiatiefactoren; eEF( eukaryote verlengingsfactoren) zijn verlengingsfactoren; eRF ( eukaryote afgevende factoren) zijn beëindigingsfactoren.

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

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

Bij mensen worden 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 zijn (Tabel 1).

Redundantie van coderende sequenties - 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 uit Tabel blijkt. 4-4 heeft voor veel aminozuren de vervanging van het nucleotide op de derde positie van het codon geen invloed op de betekenis ervan.

Lineariteit van informatieregistratie.

Tijdens de vertaling worden mRNA-codons opeenvolgend vanaf een vast startpunt "gelezen" en overlappen ze niet. Er zijn geen signalen in het informatiebestand 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 daaropvolgende tripletten worden opeenvolgend gelezen, zonder enige tussenruimte, 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 mensen.

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

Colineariteit van genen en producten.

In prokaryoten is 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	MET	A	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
MET	Cuu Lei	CCU Pro	CAU Gis	CGU april
CUC Lei	SSS Pro	SAS Gis	CGC april
CUA Lei	SSA Pro	CAA Gln	CGA april
KUG Lei	CCG Pro	CAG Gln	CGG april
A	AUU-eiland	ACU Tpe	AAU Asn	AGU Ser
AUC eiland	ACC Tre	AAS Asn	AGG Ser
AUA Met	ASA Tre	AAA Liz	AGA april
AUG Met	ACG Tre	AAG Liz	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; * - terminatiecodon.

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

Daarom is in eukaryotische 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 voor het vastleggen van erfelijke informatie 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. Elk nucleotide wordt aangeduid met de letter waarmee de naam van de stikstofbase 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 zogenaamde. het centrale dogma van de moleculaire biologie: DNA `RNA f-eiwit.

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

De realisatie van genetische informatie wordt in twee fasen uitgevoerd. In de celkern, informatie of matrix, wordt RNA (transcriptie) op DNA gesynthetiseerd. In dit geval wordt de nucleotidesequentie van DNA "herschreven" (gehercodeerd) 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 (translatie). Aminozuren worden met behulp van transfer-RNA aan de keten in aanbouw gehecht in een volgorde die wordt bepaald door de volgorde van de 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. Omdat er 61 codons zijn voor 20 aminozuren waaruit eiwitten bestaan, worden sommige aminozuren gecodeerd door meer dan één codon (de zogenaamde code-degeneratie). 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 opeenvolgend in één richting gelezen, triplet voor triplet. De meest verbazingwekkende eigenschap van de code is de universaliteit ervan: hij is hetzelfde voor alle levende wezens - van bacteriën tot mensen (met uitzondering van de genetische code van de mitochondriën). Wetenschappers zien dit als een bevestiging van het concept van de oorsprong van alle organismen uit één gemeenschappelijke voorouder.

Het decoderen van de genetische code, dat wil zeggen het bepalen 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 controleert. Ouders geven tijdens de voortplanting een reeks genen door aan hun nakomelingen. Een grote bijdrage aan de studie van het gen werd geleverd door Russische wetenschappers: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

Momenteel is in de moleculaire biologie vastgesteld dat genen delen van het DNA zijn die integrale informatie bevatten - over de structuur van één eiwitmolecuul of één RNA-molecuul. Deze en andere functionele moleculen bepalen de ontwikkeling, groei en het functioneren 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 zich bevinden in de onmiddellijke nabijheid van het open leesraam dat voor het eiwit codeert, of aan het begin van de RNA-sequentie, zoals het geval is bij 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 discussies over welke moleculen dragers van erfelijke informatie kunnen zijn. De meeste onderzoekers waren van mening dat alleen eiwitten zulke dragers kunnen zijn, omdat je met hun structuur (20 aminozuren) meer opties kunt creëren dan de structuur van DNA, dat uit slechts vier soorten nucleotiden bestaat. Later werd experimenteel bewezen dat het DNA omvat erfelijke informatie wat is uitgedrukt als het centrale dogma van de moleculaire biologie.

Genen kunnen mutaties ondergaan: willekeurige of doelbewuste veranderingen in de volgorde van nucleotiden in de DNA-keten. Mutaties kunnen leiden tot een verandering in de sequentie, en dus tot 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, omdat het resultaat ervan een ziekte is, of dodelijk op embryonaal niveau. Niet alle veranderingen in de nucleotidesequentie leiden echter tot een verandering in de eiwitstructuur (als gevolg 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 polymorfismen van één nucleotide en variaties in het aantal kopieën. variaties in kopieernummers), zoals deleties en duplicaties, die ongeveer 1% van de gehele menselijke nucleotidesequentie uitmaken. 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 DNA zelf is vernoemd, evenals een fosforzuurresidu. Deze verbindingen worden nucleotiden genoemd.

Gen-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 - veel genen bestaan ​​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 reeks nucleotiden.

In het DNA worden vier nucleotiden gebruikt: 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 wordt vervangen door een soortgelijk nucleotide - uracil, dat wordt aangegeven met de letter U (U in de Russischtalige literatuur). In DNA- en RNA-moleculen liggen de nucleotiden in ketens en zo worden sequenties van genetische letters verkregen.

Genetische code

Er worden in de natuur twintig verschillende aminozuren gebruikt om eiwitten te bouwen. Elk eiwit is een keten of meerdere ketens van aminozuren in een strikt gedefinieerde volgorde. Deze sequentie 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 (dat wil zeggen de synthese van een eiwit dat wordt gecodeerd door een gen) wordt uitgevoerd met behulp van twee matrixprocessen: transcriptie (dat wil zeggen de synthese van mRNA op een DNA-sjabloon) en vertaling van de genetische code. in een aminozuursequentie (synthese van een polypeptideketen op mRNA). Drie opeenvolgende nucleotiden zijn voldoende om voor twintig aminozuren te coderen, evenals voor 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 in de figuur getoond.

Eigenschappen

1. Tripletiteit- een significante eenheid van de code is een combinatie van drie nucleotiden (triplet of codon).
2. Continuïteit- er zijn geen leestekens tussen de drielingen, dat wil zeggen dat de informatie continu wordt gelezen.
3. niet overlappend- hetzelfde 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. Ondubbelzinnigheid (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 met verschillende complexiteitsniveaus - van virussen tot mensen (genetische manipulatiemethoden zijn hierop gebaseerd; er zijn een aantal uitzonderingen, weergegeven in de tabel in de "Variaties van de standaard genetische code "sectie hieronder).
7. Immuniteit voor lawaai- mutaties van nucleotidesubstituties die niet leiden tot een verandering in de klasse van het gecodeerde aminozuur worden genoemd conservatief; nucleotidesubstitutiemutaties die leiden tot een verandering in de klasse van het gecodeerde aminozuur worden genoemd radicaal.

Eiwitbiosynthese en zijn stappen

Eiwitbiosynthese- een complex meerfasig proces van synthese van een polypeptideketen uit aminozuurresiduen, dat plaatsvindt 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 vertaling. Tijdens de transcriptie wordt de genetische informatie die in DNA-moleculen is gecodeerd, gelezen en deze informatie wordt in mRNA-moleculen geschreven. Tijdens een reeks opeenvolgende verwerkingsfasen worden enkele fragmenten die in de daaropvolgende fasen niet nodig zijn, uit mRNA verwijderd en worden nucleotidesequenties bewerkt. Nadat de code van de kern naar de ribosomen is getransporteerd, vindt de feitelijke 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 functionerend sjabloon voor de synthese van de polypeptideketen. Aan het 5'-uiteinde is een kapje bevestigd en aan het 3'-uiteinde een poly-A-staart, wat de levensduur van het mRNA verlengt. Met de komst van verwerking in een eukaryotische 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 splitsing.

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

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