Genetikai kód, mint az örökletes információ rögzítésének módja. Kód a kódon belül: a második genetikai kód felfedve

Miután végigdolgozta ezeket a témákat, képesnek kell lennie:

1. Írja le az alábbi fogalmakat, és magyarázza el a köztük lévő kapcsolatokat:
   • polimer, monomer;
   • szénhidrát, monoszacharid, diszacharid, poliszacharid;
   • lipid, zsírsav, glicerin;
   • aminosav, peptid kötés, fehérje;
   • katalizátor, enzim, aktív hely;
   • nukleinsav, nukleotid.
2. Soroljon fel 5-6 okot, amelyek miatt a víz olyan fontos alkotóeleme az élő rendszereknek.
3. Nevezze meg a négy fő osztályt! szerves vegyületekélő szervezetekben találhatók; írja le mindegyikük szerepét.
4. Magyarázza el, miért függenek az enzimvezérelt reakciók a hőmérséklettől, a pH-tól és a koenzimek jelenlététől.
5. Ismertesse az ATP szerepét a sejt energiagazdaságában!
6. Nevezze meg a fényindukált reakciók és szénkötési reakciók kiindulási anyagait, fő lépéseit és végtermékeit!
7. Adni Rövid leírás sejtlégzés általános sémája, amelyből világosan kiderülne, hogy hol helyezkednek el a glikolízis reakciói, a G. Krebs-ciklus (ciklus citromsav) és az elektrontranszport lánc.
8. Hasonlítsa össze a légzést és az erjedést.
9. Ismertesse a DNS-molekula szerkezetét, és magyarázza el, hogy az adenin-maradékok száma miért egyenlő a timin-maradékok számával, a guanin-maradékok száma pedig a citozin-maradékok számával!
10. Készítsen rövid diagramot a prokarióták DNS-ből történő RNS-szintéziséről (transzkripcióról).
11. Ismertesse a genetikai kód tulajdonságait, és magyarázza el, miért kell triplett kódnak lennie.
12. A megadott DNS lánc és kodon táblázat alapján határozza meg a hírvivő RNS komplementer szekvenciáját, jelölje meg a transzfer RNS kodonjait és a transzláció eredményeként kialakuló aminosav szekvenciát.
13. Sorolja fel a fehérjeszintézis szakaszait riboszóma szinten!

Algoritmus a problémák megoldására.

1. típus: DNS önmásolása.

Az egyik DNS-lánc a következő nukleotidszekvenciával rendelkezik:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Milyen nukleotidszekvenciát tartalmaz ugyanannak a molekulának a második lánca?

A DNS-molekula második szálának nukleotidszekvenciájának felírásához, ha az első szál szekvenciája ismert, elegendő a timint adeninnel, az adenint timinnel, a guanint citozinnal, a citozint guaninnal helyettesíteni. A csere elvégzése után a következő sorrendet kapjuk:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

2. típus. Fehérje kódolás.

A ribonukleáz fehérje aminosavláncának kezdete a következő: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin...
Milyen nukleotidszekvenciával kezdődik az ennek a fehérjének megfelelő gén?

Ehhez használja a genetikai kódtáblázatot. Minden aminosavhoz megtaláljuk a kódot a megfelelő nukleotidhármas formájában, és felírjuk. Ezeket a hármasokat egymás után a megfelelő aminosavak sorrendjében rendezve megkapjuk a hírvivő RNS egy szakaszának szerkezeti képletét. Általában több ilyen hármas van, a választás az Ön döntése szerint történik (de csak az egyik hármast veszik figyelembe). Ennek megfelelően több megoldás is lehet.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Milyen aminosavszekvenciával kezdődik egy fehérje, ha a következő nukleotidszekvencia kódolja:
ACCTTCCATGGCCGGT...

A komplementaritás elvét alkalmazva megtaláljuk a DNS-molekula adott szegmensén kialakult hírvivő RNS szakaszának szerkezetét:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Ezután rátérünk a genetikai kód táblázatára, és minden egyes nukleotidhármashoz, az elsőtől kezdve, megtaláljuk és kiírjuk a megfelelő aminosavat:
Cisztein-glicin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Általános biológia". Moszkva, "Felvilágosodás", 2000

• 4. téma." Kémiai összetétel sejtek." 2-7. § 7-21
• 5. téma "Fotószintézis". 16-17. § 44-48
• 6. téma "Sejtlégzés". §12-13, 34-38
• 7. témakör "Genetikai információ". §14-15, 39-44

GENETIKAI KÓD, örökletes információk rögzítésére szolgáló rendszer a DNS-molekulákban (egyes vírusokban - RNS) nukleotidbázisok szekvenciája formájában, amely meghatározza az elsődleges szerkezetet (az aminosavmaradékok elhelyezkedését) a fehérje (polipeptid) molekulákban. A genetikai kód problémája a DNS genetikai szerepének bizonyítása (amerikai mikrobiológusok, O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) és szerkezetének megfejtése (J. Watson, F. Crick, 1953) után fogalmazódott meg, miután megállapították. hogy a gének határozzák meg az enzimek szerkezetét és funkcióit (J. Beadle és E. Tatem „egy gén – egy enzim” elve, 1941), és hogy egy fehérje térbeli szerkezete és aktivitása függ az elsődleges szerkezetétől. (F. Sanger, 1955). Azt a kérdést, hogy 4 nukleinsav bázis kombinációi hogyan határozzák meg 20 közös aminosav váltakozását a polipeptidekben, először G. Gamow tette fel 1954-ben.

F. Crick és más tudósok 1961-ben egy kísérlet alapján, amelyben egy nukleotidpár inszerciójának és deléciójának kölcsönhatásait tanulmányozták, a T4 bakteriofág egyik génjében általános tulajdonságok genetikai kód: triplett, azaz a polipeptidláncban minden aminosav egy három bázisból (triplett vagy kodon) álló halmaznak felel meg a gén DNS-ében; a génen belüli kodonok fix pontból, egy irányban és „vessző nélkül” olvashatók, vagyis a kodonokat semmilyen előjel nem választja el egymástól; degeneráció, vagy redundancia – ugyanazt az aminosav-maradékot több kodon (szinonim kodon) is kódolhatja. A szerzők abból indultak ki, hogy a kodonok nem fedik át egymást (minden bázis csak egy kodonhoz tartozik). A tripletek kódoló képességének közvetlen vizsgálatát egy sejtmentes fehérjeszintézis rendszerrel folytattuk, szintetikus hírvivő RNS (mRNS) irányítása alatt. 1965-ig genetikai kód S. Ochoa, M. Nirenberg és H. G. Korana műveiben teljesen megfejtették. A genetikai kód titkainak feltárása a XX. század biológiájának egyik kiemelkedő vívmánya volt.

A genetikai kód implementációja egy sejtben két mátrixfolyamat – a transzkripció és a transzláció – során történik. A gén és a fehérje közötti közvetítő az mRNS, amely az egyik DNS-szálon a transzkripció során képződik. Ebben az esetben a DNS-bázisok szekvenciája, amely információt hordoz a fehérje elsődleges szerkezetéről, „átíródik” mRNS-bázisok szekvenciájává. Ezután a riboszómákon történő transzláció során az mRNS nukleotidszekvenciáját transzfer RNS-ek (tRNS-ek) olvassák le. Ez utóbbiaknak van egy akceptor vége, amelyhez egy aminosav kapcsolódik, és egy adaptervég vagy antikodon triplett, amely felismeri a megfelelő mRNS kodont. A kodon és az antikodon kölcsönhatása komplementer bázispárosodás alapján megy végbe: Adenin (A) - Uracil (U), Guanin (G) - Citozin (C); ebben az esetben az mRNS bázisszekvenciája a szintetizált fehérje aminosavszekvenciájává transzlálódik. Különféle organizmusok Különböző szinonim kodonokat használnak különböző gyakorisággal ugyanarra az aminosavra. A polipeptid láncot kódoló mRNS leolvasása a metionin aminosavnak megfelelő AUG kodonnal kezdődik (kezdődik). Ritkábban prokariótákban az iniciációs kodonok a GUG (valin), UUG (leucin), AUU (izoleucin), eukariótákban pedig - UUG (leucin), AUA (izoleucin), ACG (treonin), CUG (leucin). Ez beállítja az úgynevezett leolvasási keretet vagy fázist a transzláció során, vagyis az mRNS teljes nukleotidszekvenciáját a tRNS triplettjeként hármasánként beolvassa, amíg a három terminátorkodon, gyakran stopkodonnak nevezett bármelyike ​​meg nem találkozik. az mRNS: UAA, UAG, UGA (táblázat). Ezeknek a tripletteknek a leolvasása a polipeptidlánc szintézisének befejezéséhez vezet.

Az AUG és stop kodonok a polipeptideket kódoló mRNS régiók elején, illetve végén jelennek meg.

A genetikai kód kvázi univerzális. Ez azt jelenti, hogy egyes kodonok jelentésében kismértékű eltérések vannak az objektumok között, és ez elsősorban a terminátorkodonokra vonatkozik, amelyek jelentősek lehetnek; például egyes eukarióták és mikoplazmák mitokondriumában az UGA triptofánt kódol. Ezenkívül a baktériumok és eukarióták egyes mRNS-eiben az UGA egy szokatlan aminosavat - a szelenociszteint, az UAG-t pedig az egyik archaebaktériumban - a pirrolizint kódolja.

Van egy álláspont, amely szerint a genetikai kód véletlenül keletkezett (a „befagyott véletlen” hipotézis). Valószínűbb, hogy kialakult. Ezt a feltételezést támasztja alá, hogy létezik egy egyszerűbb és látszólag ősibb kódváltozat, amelyet a mitokondriumokban a „háromból kettő” szabály szerint olvasnak be, amikor az aminosavat a három bázis közül csak kettő határozza meg. a hármasban.

Sz.: Crick F. N. a. O. A fehérjék genetikai kódjának általános jellege // Természet. 1961. évf. 192; A genetikai kód. N.Y., 1966; Ichas M. Biológiai kód. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. A genetikai kód olvasása: szabályok és kivételek // Modern természettudomány. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. A genetikai kód mint rendszer // Soros oktatási folyóirat. 2000. T. 6. 3. sz.

S. G. Inge-Vechtomov.

5. előadás. Genetikai kód

A fogalom meghatározása

A genetikai kód egy rendszer a fehérjék aminosav-szekvenciájára vonatkozó információk rögzítésére a DNS-ben található nukleotidszekvencia segítségével.

Mivel a DNS közvetlenül nem vesz részt a fehérjeszintézisben, a kódot RNS nyelven írják. Az RNS timin helyett uracilt tartalmaz.

A genetikai kód tulajdonságai

1. Hármas

Minden aminosavat 3 nukleotidból álló szekvencia kódol.

Definíció: a triplett vagy kodon három nukleotidból álló szekvencia, amely egy aminosavat kódol.

A kód nem lehet monoplet, mivel a 4 (a DNS különböző nukleotidjainak száma) kevesebb, mint 20. A kód nem lehet dublett, mert 16 (2 4 nukleotid kombinációinak és permutációinak száma) kevesebb, mint 20. A kód lehet triplett, mert 64 (a kombinációk és permutációk száma 4-től 3-ig) több mint 20.

2. Degeneráltság.

A metionin és a triptofán kivételével minden aminosavat egynél több hármas kódol:

2 AK 1 hármasért = 2.

9 AK, egyenként 2 hármas = 18.

1 AK 3 hármas = 3.

5 AK 4 hármasból = 20.

3 AK 6 hármasból = 18.

Összesen 61 hármas 20 aminosavat kódol.

3. Intergénikus írásjelek jelenléte.

Meghatározás:

Gén - egy DNS-szakasz, amely egy polipeptidláncot vagy egy molekulát kódol tRNS, rRNS illsRNS.

GénektRNS, rRNS, sRNSa fehérjék nincsenek kódolva.

Mindegyik polipeptidet kódoló gén végén legalább egy van a 3 triplet közül, amely RNS stopkodonokat vagy stopszignálokat kódol. Az mRNS-ben a következő formájuk van: UAA, UAG, UGA . Leállítják (befejezik) az adást.

Hagyományosan a kodon is az írásjelekhez tartozik AUGUSZTUS - a vezető sorozat utáni első. (Lásd 8. előadás) Nagybetűként működik. Ebben a helyzetben formil-metionint kódol (prokariótákban).

4. Egyértelműség.

Minden triplett csak egy aminosavat kódol, vagy transzlációs terminátor.

A kivétel a kodon AUGUSZTUS . A prokariótákban az első pozícióban (nagybetűvel) a formil-metionint, bármely más pozícióban a metionint kódolja.

5. Kompaktság vagy az intragenikus írásjelek hiánya.
Egy génen belül minden nukleotid egy jelentős kodon része.

1961-ben Seymour Benzer és Francis Crick kísérletileg bebizonyították a kód triplett jellegét és tömörségét.

A kísérlet lényege: „+” mutáció - egy nukleotid beillesztése. "-" mutáció - egy nukleotid elvesztése. Egyetlen "+" vagy "-" mutáció a gén elején elrontja az egész gént. A kettős "+" vagy "-" mutáció is elrontja az egész gént.

Egy gén elején lévő hármas „+” vagy „-” mutáció csak egy részét rontja el. A négyszeres „+” vagy „-” mutáció ismét elrontja az egész gént.

A kísérlet is ezt bizonyítja A kód átíródik, és a gén belsejében nincsenek írásjelek. A kísérletet két szomszédos fággénen végezték, és ezen kívül kimutatták, írásjelek jelenléte a gének között.

6. Sokoldalúság.

A genetikai kód ugyanaz a Földön élő összes lény számára.

1979-ben megnyílt a Burrell ideál emberi mitokondrium kód.

Meghatározás:

Az „ideális” egy olyan genetikai kód, amelyben teljesül a kvázi-kettős kód degenerációs szabálya: Ha két hármasban az első két nukleotid egybeesik, és a harmadik nukleotid ugyanabba az osztályba tartozik (mindkettő purin vagy mindkettő pirimidinek) , akkor ezek a tripletek ugyanazt az aminosavat kódolják.

Ez alól az univerzális kódban két kivétel van. Az univerzális ideális kódtól való mindkét eltérés alapvető pontokra vonatkozik: a fehérjeszintézis kezdetére és végére:

GENETIKAI KÓD, egy módszer örökletes információ rögzítésére nukleinsavmolekulákban ezeket a savakat alkotó nukleotidszekvencia formájában. A DNS-ben és az RNS-ben lévő nukleotidok egy bizonyos szekvenciája megfelel a fehérjék polipeptidláncában lévő aminosavak bizonyos szekvenciájának. Szokásos a kódot orosz vagy nagybetűkkel írni Latin ábécé. Mindegyik nukleotidot az a betű jelöli, amellyel a molekulájában lévő nitrogénbázis neve kezdődik: A (A) - adenin, G (G) - guanin, C (C) - citozin, T (T) - timin; az RNS-ben a timin helyett az uracil U (U). Mindegyiket három nukleotid – egy triplet vagy kodon – kombinációja kódolja. Röviden összefoglalva a genetikai információ átadásának útját az ún. A molekuláris biológia központi dogmája: DNS ` RNS f fehérje.

Speciális esetekben az információ az RNS-ből a DNS-be kerülhet át, de a fehérjékből soha nem a génekbe.

A genetikai információ megvalósítása két szakaszban történik. A sejtmagban, információs vagy mátrixban az RNS (transzkripció) szintetizálódik a DNS-en. Ebben az esetben a DNS nukleotid szekvencia „átíródik” (újrakódolva) az mRNS nukleotid szekvenciába. Ezután az mRNS a citoplazmába kerül, a riboszómához kötődik, és azon, mint egy mátrixon, szintetizálódik a fehérje polipeptidlánca (transzláció). Az aminosavakat az építés alatt álló lánchoz transzfer RNS segítségével kapcsolják az mRNS-ben lévő nukleotidok sorrendje által meghatározott sorrendben.

Négy „betűből” 64 különböző hárombetűs „szó” (kodon) készíthető. A 64 kodonból 61 specifikus aminosavakat kódol, három pedig a polipeptidlánc szintézisének befejezéséért felelős. Mivel a fehérjéket alkotó 20 aminosavban 61 kodon található, egyes aminosavakat egynél több kodon kódol (úgynevezett kóddegeneráció). Ez a redundancia növeli a kód és a fehérje bioszintézis teljes mechanizmusának megbízhatóságát. A kód másik tulajdonsága a specifitása (egyértelműsége): egy kodon csak egy aminosavat kódol.

Ezenkívül a kód nem fedi át egymást - az információkat egy irányban, egymás után, hármasról hármasra olvassák be. A legtöbb csodálatos ingatlan kód - egyetemessége: minden élőlényben ugyanaz - a baktériumoktól az emberig (a mitokondriumok genetikai kódja kivételével). A tudósok ezt annak az elképzelésnek a megerősítésének tekintik, hogy minden élőlény egy közös őstől származik.

A genetikai kód megfejtését, azaz az egyes kodonok „értelmének” és az információolvasás szabályainak meghatározását 1961–1965-ben végezték. és a molekuláris biológia egyik legszembetűnőbb vívmányának tartják.

- egy rendszerörökletes információk rögzítése nukleinsavmolekulákban nukleotidszekvencia formájában. A genetikai kód olyan ábécé használatán alapul, amely mindössze négy betűből-nukleotidból áll, amelyeket nitrogénbázisok különböztetnek meg: A, T, G, C.

A genetikai kód főbb tulajdonságai a következők:

1. A genetikai kód triplett. A triplett (kodon) három nukleotidból álló szekvencia, amely egy aminosavat kódol. Mivel a fehérjék 20 aminosavat tartalmaznak, nyilvánvaló, hogy mindegyiket nem kódolhatja egy nukleotid (mivel a DNS-ben csak négyféle nukleotid található, ebben az esetben 16 aminosav marad kódolatlanul). Két nukleotid sem elegendő az aminosavak kódolásához, mivel ebben az esetben csak 16 aminosav kódolható. Eszközök, legkisebb szám az egy aminosavat kódoló nukleotidok száma három. (Ebben az esetben a lehetséges nukleotidhármasok száma 4 3 = 64).

2. A kód redundanciája (degeneráltsága) annak hármas jellegének a következménye, és azt jelenti, hogy egy aminosavat több hármas is kódolhat (mivel 20 aminosav és 64 hármas van). Ez alól kivétel a metionin és a triptofán, amelyeket csak egy hármas kódol. Ezenkívül egyes hármasikrek meghatározott funkciókat látnak el. Tehát az mRNS-molekulában három UAA, UAG, UGA stopkodon, azaz stop szignál, amely leállítja a polipeptid lánc szintézisét. A metioninnak megfelelő hármas (AUG), amely a DNS-lánc elején található, nem aminosavat kódol, hanem az olvasás elindító (izgató) funkcióját tölti be.

3. A kódot a redundanciával együtt az egyértelműség tulajdonsága jellemzi, ami azt jelenti, hogy minden kodon csak egy meghatározott aminosavnak felel meg.

4. A kód kollineáris, azaz. a gén nukleotidjainak szekvenciája pontosan megegyezik a fehérje aminosavainak szekvenciájával.

5. A genetikai kód nem átfedő és kompakt, azaz nem tartalmaz „írásjeleket”. Ez azt jelenti, hogy az olvasási folyamat nem teszi lehetővé az oszlopok átfedésének lehetőségét (triplettek), és egy bizonyos kodontól kezdve az olvasás folyamatosan, hármasról tripletre halad, egészen a stop jelzésig (terminációs kodonok). Például az mRNS-ben az AUGGGUGTSUAUAUGUG nitrogénbázisok következő szekvenciáját csak az ilyen hármasok olvassák: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, és nem AUG, UGG, GGU, GUG stb. vagy AUG, GGU, UGC, CUU stb. stb. vagy más módon (például AUG kodon, G írásjel, UGC kodon, U írásjel stb.).

6. A genetikai kód univerzális, vagyis minden élőlény nukleáris génje egyformán kódolja a fehérjékről szóló információkat, függetlenül ezen organizmusok szerveződési szintjétől és szisztematikus helyzetétől.