что определяет генетический код
Генетика и ее методология
Предмет генетики
Наследственность подразумевает возможность передачи из поколения в поколение различных признаков и свойств, общих особенностей развития. Это происходит благодаря способности ДНК к самоудвоению (репликации) и дальнейшему равномерному распределению генетического материала.
Ген и генетический код
Это происходит потому, что в разных клетках одни гены «выключены», а другие «активны»: транскрипция идет только с активных генов. Именно из-за этого наши клетки отличаются по строению, функции и форме.
Каждой аминокислоте соответствует 3 нуклеотида (триплет ДНК, кодон иРНК). Существует 64 кодона, из которых 3 являются нонсенс кодонами (стоп-кодонами)
Один и тот же нуклеотид не может принадлежать 2,3 и более триплетам ДНК/кодонам иРНК. Он входит в состав только одного триплета.
Один кодон соответствует строго одной аминокислоте и никакой другой более соответствовать не может.
Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (при этом одну а/к кодируют 3 нуклеотида.)
Соответствие линейной последовательности кодонов иРНК последовательности аминокислот в молекуле белка.
Кодоны считываются строго в одном направлении от первого к последующим. Считывание происходит в процессе трансляции.
Генетический код един для всех живых организмов, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого.
Аллельные гены
Гаметы
К примеру для особи AABbCCDDEeFfGg количество гамет будет рассчитываться исходя из количества генов в гетерозиготном состоянии, которых в генотипе 4: Bb, Ee, Ff, Gg. Формула будет записана 2 4 = 16 гамет.
К примеру, у особи «AA» мы напишем только одну гамету «А» и не будем повторяться, а у особи «Aa» напишем два типа гамет «A» и «a», так как они различаются между собой.
Гибридологический метод
Этот метод основан на скрещивании организмов между собой и дальнейшем анализе полученного потомства от данного скрещивания. С помощью гибридологического метода возможно изучение наследственных свойств организмов, определение рецессивных и доминантных генов.
Цитогенетический метод
С помощью данного метода становится возможным изучение наследственного материала клетки. Врач-генетик может построить карту хромосом пациента (кариотип) и на основании этого сделать вывод о наличии или отсутствии наследственных заболеваний.
Если быть более точным, кариотипом называют совокупность признаков хромосом: строения, формы, размера и числа. При наследственных заболеваниях может быть нарушена структура хромосом (часто летальный исход), иногда нарушено их количество (синдром Дауна, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера).
Генеалогический метод (греч. γενεαλογία — родословная)
По мере изучения законов Менделя, хромосомной теории, я непременно буду обращать ваше внимание на родословные. Вы научитесь видеть детали, по которым можно будет сказать об изучаемом признаке: «рецессивный он или доминантный?», «сцеплен с полом или не сцеплен?»
На предложенной родословной в поколениях семьи хорошо прослеживается наследование не сцепленного с полом (аутосомного) рецессивного признака (например, альбинизма). Это можно определить по ряду признаков, которые я в следующих статьях научу вас видеть. Аутосомно-рецессивный тип наследования можно заподозрить, если:
Близнецовый метод
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Генетический код
Три пары оснований молекулы ДНК кодируют одну аминокислоту в белке.
Сегодня ни для кого не секрет, что программа жизнедеятельности всех живых организмов записана на молекуле ДНК. Проще всего представить молекулу ДНК в виде длинной лестницы. Вертикальные стойки этой лестницы состоят из молекул сахара, кислорода и фосфора. Вся важная рабочая информация в молекуле записана на перекладинах лестницы — они состоят из двух молекул, каждая из которых крепится к одной из вертикальных стоек. Эти молекулы — азотистые основания — называются аденин, гуанин, тимин и цитозин, но обычно их обозначают просто буквами А, Г, Т и Ц. Форма этих молекул позволяет им образовывать связи — законченные ступеньки — лишь определенного типа. Это связи между основаниями А и Т и между основаниями Г и Ц (образованную таким образом пару называют «парой оснований»). Других типов связи в молекуле ДНК быть не может.
Спускаясь по ступенькам вдоль одной цепи молекулы ДНК, вы получите последовательность оснований. Именно это сообщение в виде последовательности оснований и определяет поток химических реакций в клетке и, следовательно, особенности организма, обладающего данной ДНК. Согласно центральной догме молекулярной биологии, на молекуле ДНК закодирована информация о белках, которые, в свою очередь, выступая в роли ферментов (см. Катализаторы и ферменты), регулируют все химические реакции в живых организмах.
Строгое соответствие между последовательностью пар оснований в молекуле ДНК и последовательностью аминокислот, составляющих белковые ферменты, называется генетическим кодом. Генетический код был расшифрован вскоре после открытия двуспиральной структуры ДНК. Было известно, что недавно открытая молекула информационной, или матричной РНК (иРНК, или мРНК), несет информацию, записанную на ДНК. Биохимики Маршалл Уоррен Ниренберг (Marshall W. Nirenberg) и Дж. Генрих Маттеи (J. Heinrich Matthaei) из Национального института здравоохранения в городке Бетезда под Вашингтоном, округ Колумбия, поставили первые эксперименты, которые привели к разгадке генетического кода.
Они начали с того, что синтезировали искусственные молекулы иРНК, состоявшие только из повторяющегося азотистого основания урацила (который является аналогом тимина, «Т», и образует связи только с аденином, «А», из молекулы ДНК). Они добавляли эти иРНК в тестовые пробирки со смесью аминокислот, причем в каждой пробирке лишь одна из аминокислот была помечена радиоактивной меткой. Исследователи обнаружили, что искусственно синтезированная ими иРНК инициировала образование белка лишь в одной пробирке, где находилась меченая аминокислота фенилаланин. Так они установили, что последовательность «—У—У—У—» на молекуле иРНК (и, следовательно, эквивалентную ей последовательность «—А—А—А—» на молекуле ДНК) кодирует белок, состоящий только из аминокислоты фенилаланина. Это было первым шагом к расшифровке генетического кода.
Сегодня известно, что три пары оснований молекулы ДНК (такой триплет получил название кодон) кодируют одну аминокислоту в белке. Выполняя эксперименты, аналогичные описанному выше, генетики в конце концов расшифровали весь генетический код, в котором каждому из 64 возможных кодонов соответствует определенная аминокислота.
Генетический код – определение, функция, типы и тест
Определение генетического кода
Генетический код – это код, который наше тело использует для преобразования инструкций, содержащихся в нашей ДНК, в основные материалы жизни. Обычно это обсуждается с использованием «кодонов», найденных в мРНК мРНК – это мессенджер, который переносит информацию от ДНК к месту синтеза белка.
Все в наших клетках в конечном итоге построено на основе генетического кода. Наша наследственная информация, то есть информация, которая передается от родителя к ребенку, хранится в форме ДНК. Эта ДНК затем используется для создания РНК, белков и, в конечном итоге, клеток, тканей и органов.
Как и двоичный код, ДНК использует химический язык с несколькими буквами для очень эффективного хранения информации. В то время как двоичный файл использует только единицы и нули, ДНК имеет четыре буквы – четыре нуклеотида аденин, цитозин, гуанин и тимин / Урацил.
Тимин и урацил очень похожи друг на друга, за исключением того, что «тимин» немного более стабилен и используется в ДНК. Урацил используется в РНК и обладает теми же свойствами, что и тимин, за исключением того, что он немного более подвержен мутированию.
Это не имеет значения в РНК, так как новые копии РНК могут быть получены из ДНК в любое время, и большинство молекул РНК преднамеренно разрушаются клетка вскоре после того, как они произведены, чтобы клетка не тратила ресурсы, производя ненужные белки из старых молекул РНК.
Вместе эти четыре буквы A, C, G и T / U используются для «написания» закодированных инструкций для каждой аминокислоты, а также для других инструкций, таких как «начало» транскрипция И «прекратить транскрипцию.»
Инструкции для «начала», «остановки» или для данной аминокислоты «читаются» клеткой в виде трехбуквенных блоков, называемых «кодонами». Когда мы говорим о «кодонах», мы обычно подразумеваем кодоны в мРНК – «РНК-мессенджер», которая создается путем копирования информации в ДНК.
По этой причине мы говорим о кодонах, изготовленных из РНК, в которой используется урацил, вместо исходного кода ДНК, в котором используется тимин.
Каждая аминокислота представлена в наших генетических инструкциях одним или несколькими кодонами, как показано ниже.
Одно из самых замечательных свидетельств общий спуск всей жизни на Земле от одного предка является тот факт, что все организмы используют один и тот же генетический код для перевода ДНК в аминокислоты.
Есть несколько небольших исключений, которые могут быть найдены, но генетический код достаточно схож по организмам, что когда ген из растение или медузу вводят в клетку млекопитающего, например, клетка млекопитающего будет считывать ген таким же образом и создавать тот же продукт, что и исходное растение или медуза!
Функция генетического кода
Генетический код позволяет клеткам содержать ошеломляющее количество информации.
Подумайте об этом: микроскопически оплодотворенная яйцеклетка, следуя инструкциям, содержащимся в ее генетическом коде, может произвести человека или слона, который даже имеет сходные черты и поведение с поведением своих родителей. Там много информации!
Разработка генетического кода была жизненно важной, поскольку она позволяла живым существам надежно производить продукты, необходимые для их выживания, и передавать инструкции о том, как сделать то же самое, следующему поколению.
Когда клетка стремится размножаться, первое, что она делает, – это копирует свою ДНК. Это «S» фаза клеточный цикл, что означает «Синтез» новой копии ДНК клетки.
Информация, закодированная в ДНК, сохраняется путем специфического спаривания оснований ДНК друг с другом. Аденин будет связываться только с тимином, цитозин с гуанином и т. Д.
Это означает, что когда клетка хочет скопировать свою ДНК, все, что ей нужно сделать, это разделить две нити двойная спираль и выстраивают нуклеотиды, с которыми «хотят» соединиться основания существующей ДНК.
Это конкретное сопряжение оснований гарантирует, что новая цепочка партнеров будет содержать ту же последовательность пар оснований – тот же «код», что и старая цепочка партнеров. Каждый результат двойная спираль содержит одну нить старой ДНК в паре с одной нитью новой ДНК.
Эти новые двойные спирали будут наследоваться двумя дочерние клетки, Когда пришло время размножаться дочерним клеткам, каждая нить этих новых двойных спиралей выступает в качестве шаблонов для новой двойной спирали!
Когда для клетки приходит время «прочитать» инструкции, содержащиеся в ее ДНК, она использует тот же принцип специфической парной связи. РНК очень похожа на ДНК, и каждое основание РНК специфически связывается с одним основанием ДНК. Урацил связывается с аденином, цитозином с гуанином и т. Д.
Это означает, что, как и при репликации ДНК, информация в ДНК точно передается в РНК, если полученная цепь РНК состоит из оснований, которые специфически связываются с основаниями в ДНК.
Иногда сама цепь РНК может быть конечным продуктом. Структуры, сделанные из РНК, выполняют в себе важные функции, включая сборку белков, регулирование экспрессии генов и катализирование образования белков.
Фактически, некоторые ученые считают, что первая жизнь на Земле могла состоять в основном из РНК. Это потому, что РНК может хранить информацию в своих парах оснований точно так же, как ДНК, но также может выполнять некоторые ферментативные и регуляторные функции.
Однако в большинстве случаев РНК транскрибируется в белок. Используя аминокислотные «строительные блоки жизни», наши клетки могут создавать почти белковые машины практически для любых целей, от мускул волокна для нейротрансмиттеров для пищеварительных ферментов.
При транскрипции белка кодоны РНК, которые были транскрибированы с ДНК, «читаются» рибосома, Рибосома находит соответствующую трансферную РНК (тРНК ) с «анти-кодонами», которые дополняют кодоны в РНК-мессенджере (мРНК), которая была транскрибирована с ДНК.
Рибосомы катализируют образование пептидных связей между аминокислотами, когда они «читают» каждый кодон в мРНК. В конце процесса у вас есть цепочка аминокислот, как указано в ДНК, то есть белок.
Другие строительные блоки жизни, такие как сахара и липиды, в свою очередь, создаются белками. Таким образом, информация, содержащаяся в ДНК, преобразуется во все материалы жизни, используя генетический код!
Типы генетических мутаций
Поскольку генетический код содержит информацию, которая делает жизнь, ошибки в организм ДНК может иметь катастрофические последствия. Ошибки могут произойти во время репликации ДНК, если неправильно базовая пара добавляется к цепи ДНК, если основание пропущено или добавлено дополнительное основание.
Редко, эти ошибки могут действительно быть полезны – «ошибочная» версия ДНК может работать лучше, чем оригинал, или иметь совершенно новую функцию! В этом случае новая версия может стать более успешной, и ее носитель может превзойти носителей старой версии в Население, Это распространение новых черт среди населения, как эволюция прогрессирует.
Молчаливые мутации и избыточное кодирование
В некоторых случаях генетические мутации могут вообще не оказывать никакого влияния на конечный продукт белка. Это потому, что, как видно из приведенной выше таблицы, большинство аминокислот связаны с более чем одним кодоном.
Например, глицин кодируется кодонами GGA, GGC, GGG и GGU. мутация в результате неправильно нуклеотид использование последней буквы глицинового кодона не имеет значения. Кодон, начинающийся с «GG», все равно будет кодировать глицин, независимо от того, какая буква использовалась последней.
Предполагается, что использование нескольких кодонов для одной и той же аминокислоты является механизмом, развивающимся с течением времени, чтобы минимизировать вероятность небольшой мутации, вызывающей проблемы для организма.
Миссенс Мутация
В миссенс мутация замена одной пары оснований на неправильную пару оснований во время репликации ДНК приводит к тому, что в белке используется неправильная аминокислота.
Это может иметь небольшое влияние на организм или большое – в зависимости от того, насколько важна аминокислота для функции ее белка и какой белок влияет.
Это можно представить как конструкцию мебели. Насколько было бы плохо, если бы вы использовали не ту деталь, чтобы прикрутить ножку стула на место? Если бы вы использовали винт вместо гвоздя, они, вероятно, достаточно похожи, чтобы ножка стула оставалась на месте, но если вы попытаетесь использовать, скажем, подушку сиденья для соединения ножки с креслом, ваш стул не будет работать очень хорошо!
Миссенс-мутация может привести к ферменту, который почти так же, как и к нормальной версии, или к ферменту, который вообще не функционирует.
Глупая мутация
бессмысленная мутация происходит, когда неправильная пара оснований используется во время репликации ДНК, но где полученный кодон не кодирует неправильную аминокислоту.
Вместо этого эта ошибка создает стоп кодон или другая часть информации, которая не поддается расшифровке для ячейки. В результате рибосома перестает работать с этим белком, и все последующие кодоны не транскрибируются!
Нонсенс-мутации приводят к неполным белкам, которые могут функционировать очень плохо или вообще не функционировать. Представьте, что вы перестали собирать стул на полпути!
делеция
В делеционная мутация одно или несколько оснований ДНК не копируются во время репликации ДНК. Мутации удаления имеют огромный диапазон размеров – может отсутствовать одна пара оснований или большая часть хромосома может отсутствовать!
Меньшие мутации не всегда менее вредны. Потеря только одной или двух баз может привести к мутация сдвига кадров это нарушает жизненно важный ген, как обсуждается в разделе «мутации сдвига кадров» ниже.
Напротив, большие делеционные мутации могут быть фатальными – или могут приводить только к инвалидности, как при синдроме ДиДжорджа и других состояниях, возникающих в результате делеции части хромосомы.
Причина этого заключается в том, что ДНК очень похожа на компьютерный исходный код – один фрагмент кода может иметь решающее значение для включения системы вообще, тогда как другие фрагменты кода могут просто гарантировать, что веб-сайт выглядит красиво или быстро загружается.
В зависимости от функции фрагмента кода, который удален или иным образом видоизменен, небольшое изменение может привести к катастрофическим последствиям или, по-видимому, значительному искажению кода, которое может привести к тому, что система будет немного сбойной.
вставка
Инсерционная мутация возникает, когда один или несколько нуклеотидов ошибочно добавлены к растущей цепи ДНК во время репликации ДНК. В редких случаях длинные участки ДНК могут быть неправильно добавлены в середине гена.
Как и миссенс-мутация, влияние этого может варьироваться. Добавление ненужной аминокислоты в белок может сделать белок лишь немного менее эффективным; или это может нанести вред.
Подумайте, что случится с вашим креслом, если вы добавите в него случайный кусок дерева, которого не требуют инструкции. Результаты могут сильно различаться в зависимости от размера, формы и расположения дополнительного куска!
дупликация
Мутация дупликации происходит, когда сегмент ДНК случайно реплицируется два или более раз. Как и другие мутации, перечисленные выше, они могут иметь слабые последствия – или они могут быть катастрофическими.
Чтобы представить, было ли у вашего стула две спинки, два сиденья или восемь ножек. Небольшое дублирование и стул все еще могут быть использованы, если они выглядят немного странно или неудобно. Но если кресло имеет, например, шесть сидений, прикрепленных друг к другу, оно может быстро стать бесполезным по назначению!
Мутация смены кадров
Мутация сдвига кадров является подтипом мутаций вставки, делеции и дублирования. В мутации смещения кадра одна или две аминокислоты удаляются или вставляются, что приводит к смещению «рамки», которую рибосома использует, чтобы определить, где один кодон останавливается, а начинается следующий.
Этот тип ошибки может быть особенно опасным, поскольку он приводит к неправильному прочтению всех кодонов, возникающих после ошибки. Как правило, каждая аминокислота, добавленная к белку после мутации сдвига рамки, является неправильной.
Представьте, что вы читаете книгу – но в какой-то момент во время написания произошла программная ошибка, так что каждая последующая буква смещалась на одну букву позже в алфавите.
Слово, которое должно было читать «письмо», внезапно стало бы «mfuuft». Бо тп по.
Это примерно то, что происходит в мутации сдвига кадров.
викторина
1. Основными правилами спаривания ДНК и РНК являются:
Учитывая это, что из следующего будет анти-кодонной последовательностью для кодона мРНК, читающего «UUGCUGCAG?»A. AAGGACGUCB. AACGAGGUCC. AACGACGUCD. AACGACGUG
Ответ на вопрос № 1
С верно. Он содержит правильный комплимент всех букв в трех предоставленных кодонах мРНК.
2. Что из нижеперечисленного НЕ могло произойти в результате делеции одного нуклеотида?A. Ошибочная ошибка.B. Глупая ошибка.C. Мутация сдвига кадров.D. Ни один из вышеперечисленных.
Ответ на вопрос № 2
верно. Удаление одного нуклеотида приведет к мутации сдвига рамки, поскольку каждая аминокислота кодируется тремя основаниями. Рибосома будет продолжать считывать нуклеотиды в наборах по три – и поскольку один нуклеотид отсутствует, каждый набор из трех после этой делеции будет неправильным.
3. Для какой последовательности аминокислот кодируется последовательность мРНК UUGCUGCAG?A. Лейцин-изолейцин-глютаминB. Лейцин-лейцин-глютаминC. Лейцин-лейцин-АргининD. Изолейцин-изолейцин-глютамин
Ответ на вопрос № 3
В верно. Если вы обратитесь к таблице генетического кода в верхней части этой статьи, вы увидите, что это правильный перевод этой нуклеотидной последовательности.
Биосинтез белка и нуклеиновых кислот. Гены, генетический код
В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам.
Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, обладают необычайно высокой реакционной способностью, наделены каталитическими функциями.
Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль в наследственности, изменчивости организма, в синтезе белка.
План синтеза белка хранится в ядре клетки, а непосредственно синтез происходит вне ядра, поэтому необходима служба доставки закодированного плана из ядра к месту синтеза. Такую службу доставки исполняют молекулы РНК.
После дальнейших изменений этот вид закодированной и-РНК готов. и-РНК выходит из ядра и направляется к месту синтеза белка, где буквы и-РНК расшифровываются. Каждый набор из трех букв и-РНК образует «букву», обозначающее одну конкретную аминокислоту.
Другой вид РНК отыскивает эту аминокислоту, захватывает ее с помощью фермента и доставляет к месту синтеза белка. Эта РНК называется транспортной, или т-РНК. По мере прочтения и перевода сообщения и-РНК цепочка аминокислот растет. Эта цепочка закручивается и укладывается в уникальную форму, создавая один вид белка. Примечателен даже процесс укладки белка: на то, чтобы с помощью компьютера просчитать все варианты укладки белка среднего размера, состоящего из 100 аминокислот, потребовалось бы 1027 (!) лет. А для образования в организме цепочки из 20 аминокислот требуется не более одной секунды, и этот процесс происходит непрерывно во всех клетках тела.
Гены, генетический код и его свойства.
На Земле живет около 7 млрд людей. Если не считать 25—30 млн пар однояйцовых близнецов, то генетически все люди разные : каждый уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом.
Такие различия объясняются различиями в генотипах—наборах генов организма; у каждого он уникален. Генетические признаки конкретного организма воплощаются в белках — следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека.
Ген – единица наследственной информации организма, которой соответствует отдельный участок ДНК
Генетический код состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности (ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д.), каждый из которых кодирует определенную аминокислоту (которая будет встроена в полипептидную цепь).
Основные свойства генетического кода:
2. Избыточность ( вырожденность ) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (поскольку аминокислот 20, а триплетов — 64), за исключением метионина и триптофана, которые кодируются только одним триплетом. Кроме того, некоторые триплеты выполняют специфические функции: в молекуле и-РНК триплеты УАА, УАГ, УГА — являются терминирующими кодонами, т. е. стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), стоящий в начале цепи ДНК, не кодирует аминокислоту, а выполняет функцию инициирования (возбуждения) считывания.
4. Коллинеарность кода, т.е. последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке.
Существуют таблицы генетического кода для расшифровки кодонов и- РНК и построения цепочек белковых молекул.
Реакции матричного синтеза.
В живых системах встречается реакции, неизвестные в неживой природе — реакции матричного синтеза.
Термином «матрица» в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул.
Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, та-ких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах.
Мономерные молекулы, из которых синтезируется полимер, — нуклеотиды или аминокислоты — в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном, заданном порядке.
Затем происходит «сшивание» мономерных звеньев в полимерную цепь, и готовый полимер сбрасывается с матрицы.
После этого матрица готова к сборке новой полимерной молекулы. Понятно, что как на данной форме может производиться отливка только какой-то одной монеты, одной буквы, так и на данной матричной молекуле может идти «сборка» только какого-то одного полимера.
Матричный тип реакций — специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого — его способности к воспроизведению себе подобного.
Реакции матричного синтеза
Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей. Эти цепи удерживаются слабыми водородными связями, способными разрываться под действием ферментов. Молекула ДНК способна к самоудвоению (репликации), причем на каждой старой половине молекулы синтезируется новая ее половина.
Кроме того, на молекуле ДНК может синтезироваться молекула и-РНК, которая затем переносит полученную от ДНК информацию к месту синтеза белка.
Передача информации и синтез белка идут по матричному принципу, сравнимому с работой печатного станка в типографии. Информация от ДНК многократно копируется. Если при копировании произойдут ошибки, то они повторятся во всех последующих копиях.
Правда, некоторые ошибки при копировании информации молекулой ДНК могут исправляться — процесс устранения ошибок называется репарацией. Первой из реакций в процессе передачи информации является репликация молекулы ДНК и синтез новых цепей ДНК.
2. Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
Готовая молекула и-РНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей.
3. Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. Иными словами, это процесс перевода информации, со-держащейся в последовательности нуклеотидов и-РНК, в последовательность амино-кислот в полипептиде.
4. Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на основании информации из одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении. Идея обратной транскрипции вначале была очень непопулярна, так как противоречила центральной догме молекулярной биологии, которая предполагала, что ДНК транскрибируется в РНК и далее транслируется в белки.
Последовательность матричных реакций при биосинтезе белков можно представить в виде схемы.
Таким образом, биосинтез белка – это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определенную последовательность аминокислот в белковых молекулах.
В результате активирования аминокислота становится более лабильной и под действием того же фермента связывается с т-РНК. Каждой аминокислоте соответствует строго специфическая т-РНК, которая находит «свою» аминокислоту и переносит ее в рибосому.
Следовательно, в рибосому поступают различные активированные аминокислоты, соединенные со своими т-РНК. Рибосома представляет собой как бы конвейер для сборки цепочки белка из поступающих в него различных аминокислот.
Одновременно с т-РНК, на которой «сидит» своя аминокислота, в рибосому поступает «сигнал» от ДНК, которая содержится в ядре. В соответствии с этим сигналом в рибосоме синтезируется тот или иной белок.
Направляющее влияние ДНК на синтез белка осуществляется не непосредственно, а с помощью особого посредника – матричной или информационной РНК (м-РНК или и-РНК), которая синтезируется в ядре под влиянием ДНК, поэтому ее состав отражает состав ДНК. Молекула РНК представляет собой как бы слепок с формы ДНК. Синтезированная и-РНК поступает в рибосому и как бы передает этой структуре план — в каком порядке должны соединяться друг с другом поступившие в рибосому активированные аминокислоты, чтобы синтезировался определенный белок. Иначе, генетическая информация, закодированная в ДНК, передается на и- РНК и далее на белок.
Молекула и-РНК поступает в рибосому и прошивает ее. Тот ее отрезок, который находится в данный момент в рибосоме, определенный кодоном (триплет), взаимо-действует совершенно специфично с подходящим к нему по строению триплетом (антикодоном) в транспортной РНК, которая принесла в рибосому аминокислоту.
Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит к определенному кодону и-РНК и соединяется с ним; к следующему, соседнему участку и- РНК присоединяется другая т-РНК с другой аминокислотой и так до тех пор, пока не будет считана вся цепочка и-РНК, пока не нанижутся все аминокислоты в соответствующем порядке, образуя молекулу белка. А т-РНК, которая доставила аминокислоту к определенному участку полипептидной цепи, освобождается от своей аминокислоты и выходит из рибосомы.
Затем снова в цитоплазме к ней может присоединиться нужная аминокислота, и она снова перенесет ее в рибосому. В процессе синтеза белка участвует одновременно не одна, а несколько рибосом — полирибосомы.
Основные этапы передачи генетической информации:
Этапы универсальны для всех живых существ, но временные и пространственные взаимоотношения этих процессов различаются у про- и эукариотов.
У прокариот транскрипция и трансляция могут осуществляться одновременно, поскольку ДНК находится в цитоплазме. У эукариот транскрипция и трансляция строго разделены в пространстве и времени: синтез различных РНК происходит в ядре, после чего молекулы РНК должны покинуть пределы ядра, пройдя через ядерную мембрану. Затем в цитоплазме РНК транспортируются к месту синтеза белка.