Kalıtsal bilgiyi kaydetmenin bir yolu olarak genetik kod. Kodun içindeki kod: İkinci genetik kod ortaya çıktı

Bu konular üzerinde çalıştıktan sonra şunları yapabilmelisiniz:

1. Aşağıdaki kavramları tanımlayın ve aralarındaki ilişkileri açıklayın:
   • polimer, monomer;
   • karbonhidrat, monosakkarit, disakkarit, polisakkarit;
   • lipit, yağ asidi, gliserol;
   • amino asit, Peptit bağı, protein;
   • katalizör, enzim, aktif bölge;
   • nükleik asit, nükleotid.
2. Suyu canlı sistemlerin bu kadar önemli bir bileşeni haline getiren 5-6 nedeni sıralayın.
3. Dört ana sınıfı adlandırın organik bileşikler canlı organizmalarda bulunur; her birinin rolünü açıklayın.
4. Enzim kontrollü reaksiyonların neden sıcaklığa, pH'a ve koenzimlerin varlığına bağlı olduğunu açıklayın.
5. ATP'nin hücrenin enerji ekonomisindeki rolünü açıklayın.
6. Işıkla indüklenen reaksiyonların ve karbon fiksasyonu reaksiyonlarının başlangıç ​​malzemelerini, ana adımlarını ve son ürünlerini adlandırın.
7. Vermek Kısa Açıklama Hücresel solunumun genel şeması, buradan glikoliz reaksiyonlarının, G. Krebs döngüsünün (döngü) hangi yerde olduğu açık olacaktır. sitrik asit) ve elektron taşıma zinciri.
8. Solunum ve fermantasyonu karşılaştırın.
9. DNA molekülünün yapısını tanımlayın ve neden adenin kalıntılarının sayısının timin kalıntılarının sayısına ve guanin kalıntılarının sayısının sitozin kalıntılarının sayısına eşit olduğunu açıklayın.
10. Prokaryotlarda DNA'dan (transkripsiyon) RNA sentezinin kısa bir diyagramını yapın.
11. Genetik kodun özelliklerini tanımlayın ve neden üçlü kod olması gerektiğini açıklayın.
12. Verilen DNA zinciri ve kodon tablosuna göre haberci RNA'nın tamamlayıcı dizisini belirleyin, transfer RNA'nın kodonlarını ve çeviri sonucunda oluşan amino asit dizisini belirtin.
13. Ribozom düzeyinde protein sentezinin aşamalarını sıralayınız.

Sorunları çözmek için algoritma.

Tip 1. DNA'nın kendi kendine kopyalanması.

DNA zincirlerinden biri aşağıdaki nükleotid dizisine sahiptir:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Aynı molekülün ikinci zinciri hangi nükleotid dizisine sahiptir?

Bir DNA molekülünün ikinci ipliğinin nükleotit dizisini yazmak için, birinci ipliğin dizisi bilindiğinde, timin yerine adenin, adenin yerine timin, guanin yerine sitozin ve sitozin yerine guanin koymak yeterlidir. Bu değişimi yaptıktan sonra şu sırayı elde ederiz:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...

Tip 2. Protein kodlaması.

Ribonükleaz proteininin amino asit zinciri şu başlangıca sahiptir: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lisin...
Bu proteine ​​karşılık gelen gen hangi nükleotid dizisiyle başlıyor?

Bunu yapmak için genetik kod tablosunu kullanın. Her amino asit için, kod tanımını karşılık gelen üçlü nükleotid formunda bulup yazıyoruz. Bu üçlüleri karşılık gelen amino asitlerle aynı sıraya göre birbiri ardına düzenleyerek haberci RNA'nın bir bölümünün yapısının formülünü elde ederiz. Kural olarak, bu tür birkaç üçlü vardır, seçim sizin kararınıza göre yapılır (ancak üçüzlerden yalnızca biri alınır). Buna göre birkaç çözüm olabilir.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГАAG

Bir protein aşağıdaki nükleotid dizisi tarafından kodlanıyorsa hangi amino asit dizisiyle başlar:
ACCTTCCATGGCCGGT...

Tamamlayıcılık ilkesini kullanarak, bir DNA molekülünün belirli bir bölümünde oluşan haberci RNA'nın bir bölümünün yapısını buluyoruz:
UGCGGGGUACCGGCCCA...

Daha sonra genetik kod tablosuna dönüyoruz ve her bir nükleotid üçlüsü için, ilkinden başlayarak karşılık gelen amino asidi bulup yazıyoruz:
Sistein-glisin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Genel Biyoloji". Moskova, "Aydınlanma", 2000

• Konu 4." Kimyasal bileşim hücreler." §2-§7 s. 7-21
• Konu 5. "Fotosentez." §16-17 s. 44-48
• Konu 6. "Hücresel solunum." §12-13 s. 34-38
• Konu 7. "Genetik bilgi." §14-15 s. 39-44

GENETİK KOD, protein (polipeptit) moleküllerindeki birincil yapıyı (amino asit kalıntılarının konumu) belirleyen, DNA moleküllerindeki (bazı virüslerde - RNA) bir dizi nükleotid baz dizisi şeklinde kalıtsal bilgilerin kaydedilmesi için bir sistem. Genetik kod sorunu, DNA'nın genetik rolünün kanıtlanmasından (Amerikalı mikrobiyologlar O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) ve yapısının deşifre edilmesinden (J. Watson, F. Crick, 1953) sonra formüle edildi. genlerin enzimlerin yapısını ve fonksiyonlarını belirlediği (J. Beadle ve E. Tatem, 1941'in yazdığı “bir gen - bir enzim” prensibi) ve bir proteinin uzaysal yapısı ve aktivitesinin birincil yapısına bağlı olduğu (F. Sanger, 1955). 4 nükleik asit bazının kombinasyonlarının polipeptitlerdeki 20 ortak amino asit kalıntısının değişimini nasıl belirlediği sorusu ilk olarak 1954'te G. Gamow tarafından ortaya atıldı.

F. Crick ve diğer bilim adamları, 1961'de T4 bakteriyofajının genlerinden birinde bir çift nükleotidin eklenmesi ve silinmesinin etkileşimlerini inceledikleri bir deneye dayanarak şunu belirlediler: Genel Özellikler genetik kod: üçlü, yani polipeptit zincirindeki her amino asit kalıntısı, genin DNA'sındaki üç bazdan (üçlü veya kodon) oluşan bir diziye karşılık gelir; bir genin içindeki kodonlar sabit bir noktadan, tek yönde ve “virgülsüz” olarak okunur, yani kodonlar birbirlerinden herhangi bir işaretle ayrılmaz; dejenerasyon veya artıklık - aynı amino asit kalıntısı birkaç kodon (eş anlamlı kodonlar) tarafından kodlanabilir. Yazarlar kodonların örtüşmediğini (her baz yalnızca bir kodona aittir) varsaymışlardır. Üçlülerin kodlama kapasitesinin doğrudan incelenmesi, sentetik haberci RNA'nın (mRNA) kontrolü altında hücre içermeyen bir protein sentez sistemi kullanılarak sürdürüldü. 1965'e kadar genetik Kod S. Ochoa, M. Nirenberg ve H. G. Korana'nın eserlerinde tamamen deşifre edilmiştir. Genetik kodun sırlarını çözmek, 20. yüzyılda biyolojinin olağanüstü başarılarından biriydi.

Genetik kodun bir hücrede uygulanması iki matris işlemi sırasında gerçekleşir: transkripsiyon ve çeviri. Gen ile protein arasındaki aracı, DNA iplikçiklerinden birinde transkripsiyon sırasında oluşan mRNA'dır. Bu durumda proteinin birincil yapısı hakkında bilgi taşıyan DNA baz dizisi, mRNA baz dizisi şeklinde “yeniden yazılır”. Daha sonra ribozomlarda çeviri sırasında mRNA'nın nükleotit dizisi transfer RNA'ları (tRNA'lar) tarafından okunur. İkincisi, bir amino asit kalıntısının bağlandığı bir alıcı uca ve karşılık gelen mRNA kodonunu tanıyan bir adaptör ucuna veya antikodon üçlüsüne sahiptir. Bir kodon ile bir anti-kodon arasındaki etkileşim, tamamlayıcı baz eşleşmesi temelinde gerçekleşir: Adenin (A) - Urasil (U), Guanin (G) - Sitozin (C); bu durumda mRNA'nın baz dizisi, sentezlenen proteinin amino asit dizisine çevrilir. Çeşitli organizmalar Aynı amino asit için farklı frekanslara sahip farklı eşanlamlı kodonlar kullanırlar. Polipeptit zincirini kodlayan mRNA'nın okunması, amino asit metionine karşılık gelen AUG kodonu ile başlar (başlar). Daha az yaygın olarak, prokaryotlarda başlatma kodonları GUG (valin), UUG (lösin), AUU (izolösin) ve ökaryotlarda - UUG (lösin), AUA (izolösin), ACG (treonin), CUG'dir (lösin). Bu, çeviri sırasındaki okumanın sözde çerçevesini veya aşamasını belirler, yani mRNA'nın tüm nükleotit dizisi, genellikle durdurma kodonları olarak adlandırılan üç sonlandırıcı kodondan herhangi biriyle karşılaşılıncaya kadar tRNA'nın üçlü üçlüsü okunur. mRNA: UAA, UAG, UGA (tablo). Bu üçlülerin okunması polipeptit zincirinin sentezinin tamamlanmasına yol açar.

AUG ve stop kodonları, sırasıyla mRNA kodlayan polipeptitlerin bölgelerinin başında ve sonunda görünür.

Genetik kod yarı evrenseldir. Bu, nesneler arasındaki bazı kodonların anlamında küçük farklılıklar olduğu anlamına gelir ve bu, öncelikle önemli olabilen sonlandırıcı kodonlar için geçerlidir; örneğin bazı ökaryotların ve mikoplazmaların mitokondrilerinde UGA, triptofanı kodlar. Ek olarak, bazı bakteri ve ökaryot mRNA'larında UGA, alışılmadık bir amino asit olan selenosistein'i ve arkebakterilerden biri olan pirolizin'deki UAG'yi kodlar.

Genetik kodun tesadüfen ortaya çıktığına dair bir görüş vardır ("donmuş şans" hipotezi). Evrim geçirmiş olma ihtimali daha yüksek. Bu varsayım, amino asidin üç bazdan yalnızca ikisi tarafından belirlendiği mitokondride "üçte iki" kuralına göre okunan kodun daha basit ve görünüşe göre daha eski bir versiyonunun varlığıyla desteklenmektedir. üçlüde.

Lafzen: Crick F.N.a. Ö. Proteinler için genetik kodun genel doğası // Doğa. 1961. Cilt. 192; Genetik kod. NY, 1966; Ichas M. Biyolojik kod. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. Genetik kod nasıl okunur: kurallar ve istisnalar // Modern doğa bilimi. M., 2000.T.8; Ratner V. A. Bir sistem olarak genetik kod // Soros eğitim dergisi. 2000. T. 6. No. 3.

S. G. Inge-Vechtomov.

Ders 5. Genetik Kod

Kavramın tanımı

Genetik kod, DNA'daki nükleotid dizisini kullanarak proteinlerdeki amino asit dizisi hakkındaki bilgileri kaydeden bir sistemdir.

DNA, protein sentezinde doğrudan yer almadığı için kod, RNA dilinde yazılmıştır. RNA'da timin yerine urasil bulunur.

Genetik kodun özellikleri

1. Üçlü

Her bir amino asit 3 nükleotidden oluşan bir dizi tarafından kodlanır.

Tanım: Bir üçlü veya kodon, bir amino asidi kodlayan üç nükleotitten oluşan bir dizidir.

4 (DNA'daki farklı nükleotidlerin sayısı) 20'den az olduğundan kod tek parça olamaz. Kod çift olamaz çünkü 16 (2'nin 4 nükleotidinin kombinasyon ve permütasyon sayısı) 20'den azdır. Kod üçlü olabilir çünkü 64 (4'ten 3'e kadar olan kombinasyon ve permütasyon sayısı) 20'den fazladır.

2. Dejenerasyon.

Metiyonin ve triptofan dışındaki tüm amino asitler birden fazla üçlü tarafından kodlanır:

1 üçlü için 2 AK = 2.

9 AK, her biri 2 üçlü = 18.

1 AK 3 üçlü = 3.

4 üçlüden 5 AK = 20.

6 üçlüden 3 AK = 18.

Toplam 61 üçlü 20 amino asidi kodlar.

3. Genler arası noktalama işaretlerinin varlığı.

Tanım:

Gen - bir polipeptit zincirini veya bir molekülü kodlayan DNA bölümü tRNA, RRNA veyasRNA.

GenlertRNA, rRNA, sRNAproteinler kodlanmamıştır.

Bir polipeptidi kodlayan her genin sonunda, RNA durdurma kodonlarını veya durdurma sinyallerini kodlayan 3 üçlüden en az biri vardır. MRNA'da aşağıdaki forma sahiptirler: UAA, UAG, UGA . Yayını sonlandırırlar (sonlandırırlar).

Geleneksel olarak kodon noktalama işaretlerine de aittir AĞUSTOS - lider diziden sonraki ilk. (Bkz. Ders 8) Büyük harf görevi görür. Bu pozisyonda formilmetiyonini (prokaryotlarda) kodlar.

4. Belirsizlik.

Her üçlü yalnızca bir amino asidi kodlar veya bir çeviri sonlandırıcıdır.

Bunun istisnası kodondur AĞUSTOS . Prokaryotlarda, ilk konumda (büyük harf) formilmetiyonini kodlar ve diğer herhangi bir konumda metiyonini kodlar.

5. Kompaktlık veya intragenik noktalama işaretlerinin olmaması.
Bir gen içindeki her nükleotid önemli bir kodonun parçasıdır.

1961'de Seymour Benzer ve Francis Crick, kodun üçlü doğasını ve kompaktlığını deneysel olarak kanıtladılar.

Deneyin özü: “+” mutasyon - bir nükleotidin eklenmesi. "-" mutasyon - bir nükleotidin kaybı. Bir genin başlangıcındaki tek bir "+" veya "-" mutasyonu, genin tamamını bozar. Çift "+" veya "-" mutasyon da genin tamamını bozar.

Bir genin başlangıcındaki üçlü “+” veya “-” mutasyon, genin yalnızca bir kısmını bozar. Dörtlü bir “+” veya “-” mutasyon yine tüm geni bozar.

Deney bunu kanıtlıyor Kod kopyalanmıştır ve genin içinde hiçbir noktalama işareti yoktur. Deney iki bitişik faj geni üzerinde gerçekleştirildi ve ayrıca şunu gösterdi: genler arasında noktalama işaretlerinin varlığı.

6. Çok yönlülük.

Genetik kod, Dünya'da yaşayan tüm canlılar için aynıdır.

1979'da Burrell açıldı ideal insan mitokondri kodu.

Tanım:

"İdeal", yarı-çift kodun dejenerasyon kuralının karşılandığı bir genetik koddur: İki üçlüde ilk iki nükleotid çakışırsa ve üçüncü nükleotidler aynı sınıfa aitse (her ikisi de pürin veya her ikisi de pirimidin ise) O halde bu üçlüler aynı amino asidi kodlar.

Evrensel kanunda bu kuralın iki istisnası bulunmaktadır. Evrenseldeki ideal koddan her iki sapma da temel noktalarla ilgilidir: protein sentezinin başlangıcı ve sonu:

GENETİK KOD nükleik asit moleküllerindeki kalıtsal bilginin, bu asitleri oluşturan bir nükleotid dizisi biçiminde kaydedilmesine yönelik bir yöntem. DNA ve RNA'daki belirli bir nükleotid dizisi, proteinlerin polipeptit zincirlerindeki belirli bir amino asit dizisine karşılık gelir. Kodu Rusça veya büyük harflerle yazmak gelenekseldir. Latin alfabesi. Her nükleotid, molekülünde bulunan azotlu bazın adının başladığı harfle belirtilir: A (A) - adenin, G (G) - guanin, C (C) - sitozin, T (T) - timin; RNA'da timin yerine urasil U (U)'dur. Her biri üç nükleotidin (bir üçlü veya kodon) birleşimiyle kodlanır. Kısaca genetik bilginin aktarım yolu olarak adlandırılan yol özetlenmiştir. Moleküler biyolojinin merkezi dogması: DNA `RNA f proteini.

Özel durumlarda bilgi RNA'dan DNA'ya aktarılabilir, ancak proteinlerden genlere asla aktarılamaz.

Genetik bilginin uygulanması iki aşamada gerçekleştirilir. Hücre çekirdeğinde, bilgilendirici veya matriste, RNA (transkripsiyon) DNA üzerinde sentezlenir. Bu durumda, DNA nükleotid dizisi mRNA nükleotid dizisine "yeniden yazılır" (yeniden kodlanır). Daha sonra mRNA sitoplazmaya geçer, ribozoma bağlanır ve bunun üzerinde, bir matris üzerinde olduğu gibi, proteinin polipeptit zinciri sentezlenir (translasyon). Amino asitler, mRNA'daki nükleotidlerin sırasına göre belirlenen bir dizide transfer RNA kullanılarak yapım aşamasındaki zincire bağlanır.

Dört “harf”ten 64 farklı üç harfli “kelime” (kodon) oluşturabilirsiniz. 64 kodondan 61'i spesifik amino asitleri kodlar ve üçü polipeptit zincirinin sentezinin tamamlanmasından sorumludur. Proteinleri oluşturan 20 amino asit başına 61 kodon bulunduğundan, bazı amino asitler birden fazla kodon tarafından kodlanır (buna kod dejenerasyonu denir). Bu fazlalık, kodun güvenilirliğini ve protein biyosentezinin tüm mekanizmasını artırır. Kodun diğer bir özelliği de özgüllüğüdür (belirsizliği): Bir kodon yalnızca bir amino asidi kodlar.

Ek olarak, kod örtüşmez - bilgiler tek yönde sırayla, üçlü üçlü okunur. En muhteşem mülk kod - evrenselliği: bakterilerden insanlara (mitokondrinin genetik kodu hariç) tüm canlılarda aynıdır. Bilim insanları bunu, tüm organizmaların tek bir ortak atadan türediği kavramının doğrulanması olarak görüyor.

Genetik kodun şifresinin çözülmesi, yani her kodonun "anlamının" ve bilginin okunma kurallarının belirlenmesi 1961-1965'te gerçekleştirildi. ve moleküler biyolojinin en çarpıcı başarılarından biri olarak kabul edilir.

- tek sistem Nükleik asit moleküllerindeki kalıtsal bilgilerin bir nükleotid dizisi biçiminde kaydedilmesi. Genetik kod, azotlu bazlarla ayırt edilen yalnızca dört harf-nükleotidden oluşan bir alfabenin kullanımına dayanmaktadır: A, T, G, C.

Genetik kodun temel özellikleri şunlardır:

1. Genetik kod üçlüdür. Bir üçlü (kodon), bir amino asidi kodlayan üç nükleotitten oluşan bir dizidir. Proteinler 20 amino asit içerdiğinden her birinin bir nükleotid tarafından kodlanamayacağı açıktır (DNA'da sadece dört tip nükleotid bulunduğundan bu durumda 16 amino asit kodlanmamış olarak kalır). Amino asitleri kodlamak için iki nükleotid de yeterli değildir, çünkü bu durumda yalnızca 16 amino asit kodlanabilir. Araç, en küçük sayı Bir amino asidi kodlayan nükleotid sayısı üçe eşittir. (Bu durumda olası nükleotid üçlülerinin sayısı 4 3 = 64'tür).

2. Kodun fazlalığı (dejenerasyonu), üçlü yapısının bir sonucudur ve bir amino asidin birkaç üçlü tarafından kodlanabileceği anlamına gelir (çünkü 20 amino asit ve 64 üçlü vardır). Bunun istisnası, yalnızca bir üçlü tarafından kodlanan metiyonin ve triptofandır. Ayrıca bazı üçlüler belirli işlevleri yerine getirir. Yani mRNA molekülünde UAA, UAG, UGA'dan üçü durdurma kodonlarıdır, yani polipeptit zincirinin sentezini durduran durdurma sinyalleri. DNA zincirinin başlangıcında yer alan metiyonine (AUG) karşılık gelen üçlü, bir amino asidi kodlamaz ancak okumayı başlatma (uyarma) işlevini yerine getirir.

3. Artıklığın yanı sıra kod, belirsizlik özelliğiyle karakterize edilir; bu, her kodonun yalnızca belirli bir amino aside karşılık geldiği anlamına gelir.

4. Kod eşdoğrusaldır, yani. Bir gendeki nükleotid dizisi, bir proteindeki amino asit dizisiyle tam olarak eşleşir.

5. Genetik kod örtüşmez ve kompakttır, yani “noktalama işaretleri” içermez. Bu, okuma işleminin sütunların (üçlüler) örtüşme olasılığına izin vermediği ve belirli bir kodondan başlayarak okumanın durma sinyallerine (sonlandırma kodonları) kadar üçlüden üçlüye sürekli olarak ilerlediği anlamına gelir. Örneğin, mRNA'da aşağıdaki azotlu baz dizisi AUGGGUGTSUAUAUGUG yalnızca bu üçlüler tarafından okunacaktır: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, AUG, UGG, GGU, GUG, vb. veya AUG, GGU, UGC, CUU değil vb. veya başka bir şekilde (örneğin, AUG kodonu, noktalama işareti G, kodon UGC, noktalama işareti U vb.).

6. Genetik kod evrenseldir, yani tüm organizmaların nükleer genleri, bu organizmaların organizasyon düzeyi ve sistematik konumu ne olursa olsun, proteinler hakkındaki bilgileri aynı şekilde kodlar.