Vad är den genetiska koden: allmän information. Vad är en genetisk kod och vilka egenskaper har den?Den genetiska koden bestämmer principen för att registrera information om

Genklassificering

1) Genom arten av interaktion i ett allelpar:

Dominant (en gen som kan undertrycka manifestationen av en recessiv gen som är allel till den); - recessiv (en gen vars uttryck undertrycks av dess alleliskt dominanta gen).

2) Funktionell klassificering:

2) Genetisk kod- dessa är vissa kombinationer av nukleotider och sekvensen av deras placering i DNA-molekylen. Detta är en metod som är karakteristisk för alla levande organismer för att koda för aminosyrasekvensen av proteiner med hjälp av en sekvens av nukleotider.

DNA använder fyra nukleotider - adenin (A), guanin (G), cytosin (C), tymin (T), som i rysk litteratur betecknas med bokstäverna A, G, T och C. Dessa bokstäver utgör alfabetet i genetisk kod. RNA använder samma nukleotider, med undantag för tymin, som ersätts av en liknande nukleotid - uracil, som betecknas med bokstaven U (U i ryskspråkig litteratur). I DNA- och RNA-molekyler är nukleotider ordnade i kedjor och på så sätt erhålls sekvenser av genetiska bokstäver.

Genetisk kod

För att bygga proteiner i naturen används 20 olika aminosyror. Varje protein är en kedja eller flera kedjor av aminosyror i en strikt definierad sekvens. Denna sekvens bestämmer proteinets struktur och därför alla dess biologiska egenskaper. Uppsättningen av aminosyror är också universell för nästan alla levande organismer.

Implementeringen av genetisk information i levande celler (det vill säga syntesen av ett protein som kodas av en gen) utförs med hjälp av två matrisprocesser: transkription (det vill säga syntesen av mRNA på en DNA-matris) och translation av den genetiska koden till en aminosyrasekvens (syntes av en polypeptidkedja på en mRNA-matris). Tre på varandra följande nukleotider är tillräckliga för att koda för 20 aminosyror, såväl som stoppsignalen som indikerar slutet av proteinsekvensen. En uppsättning av tre nukleotider kallas en triplett. Godkända förkortningar som motsvarar aminosyror och kodon visas i figuren.

Egenskaper hos den genetiska koden

1. Trippel- en meningsfull kodenhet är en kombination av tre nukleotider (en triplett eller kodon).

2. Kontinuitet- det finns inga skiljetecken mellan trillingar, det vill säga informationen läses kontinuerligt.

3. Diskrethet- samma nukleotid kan inte vara en del av två eller flera tripletter samtidigt.

4. Specificitet- ett specifikt kodon motsvarar endast en aminosyra.

5. Degeneration (redundans)- flera kodon kan motsvara samma aminosyra.

6. Mångsidighet - genetisk kod fungerar likadant i organismer med olika komplexitetsnivåer - från virus till människor. (genteknikmetoder är baserade på detta)

3) transkription - processen för RNA-syntes med DNA som mall som förekommer i alla levande celler. Det är med andra ord överföringen av genetisk information från DNA till RNA.

Transkription katalyseras av enzymet DNA-beroende RNA-polymeras. Processen för RNA-syntes fortsätter i riktningen från 5" till 3"-änden, det vill säga längs DNA-mallsträngen rör sig RNA-polymeras i riktningen 3"->5"

Transkription består av stadierna initiering, förlängning och avslutning.

Initiering av transkription- en komplex process som beror på DNA-sekvensen nära den transkriberade sekvensen (och i eukaryoter även på mer avlägsna delar av genomet - förstärkare och ljuddämpare) och på närvaro eller frånvaro av olika proteinfaktorer.

Förlängning- ytterligare avveckling av DNA och syntes av RNA längs den kodande kedjan fortsätter. det, liksom DNA-syntes, sker i 5-3-riktningen

Uppsägning- så snart polymeraset når terminatorn splittras det omedelbart från DNA:t, den lokala DNA-RNA-hybriden förstörs och det nysyntetiserade RNA:t transporteras från kärnan till cytoplasman och transkriptionen är fullbordad.

Bearbetning- en uppsättning reaktioner som leder till omvandling av primära produkter av transkription och translation till fungerande molekyler. Funktionellt inaktiva prekursormolekyler exponeras för P. ribonukleinsyror (tRNA, rRNA, mRNA) och många andra. proteiner.

I processen för syntes av kataboliska enzymer (nedbrytning av substrat) sker inducerbar syntes av enzymer i prokaryoter. Detta ger cellen möjlighet att anpassa sig till miljöförhållanden och spara energi genom att stoppa syntesen av motsvarande enzym om behovet av det försvinner.
För att inducera syntesen av kataboliska enzymer krävs följande villkor:

1. Enzymet syntetiseras endast när nedbrytningen av motsvarande substrat är nödvändig för cellen.
2. Koncentrationen av substratet i mediet måste överstiga en viss nivå innan motsvarande enzym kan bildas.
Mekanismen för reglering av genuttryck i Escherichia coli studeras bäst med exemplet lac-operon, som kontrollerar syntesen av tre kataboliska enzymer som bryter ner laktos. Om det finns mycket glukos och lite laktos i cellen förblir promotorn inaktiv, och repressorproteinet är lokaliserat på operatören - transkription av lac-operonet blockeras. När mängden glukos i miljön, och därför i cellen, minskar och laktos ökar inträffar följande händelser: mängden cykliskt adenosinmonofosfat ökar, det binder till CAP-proteinet - detta komplex aktiverar promotorn till vilken RNA-polymeras binder; samtidigt binder överskott av laktos till repressorproteinet och frigör operatören från det - vägen är öppen för RNA-polymeras, transkription av lac-operonens strukturella gener börjar. Laktos fungerar som en inducerare av syntesen av de enzymer som bryter ner den.

5) Reglering av genuttryck i eukaryoterär mycket mer komplicerat. Olika typer av celler i en flercellig eukaryot organism syntetiserar ett antal identiska proteiner och samtidigt skiljer de sig från varandra i en uppsättning proteiner som är specifika för celler av en given typ. Produktionsnivån beror på celltypen, såväl som organismens utvecklingsstadium. Reglering av genuttryck utförs på cell- och organismnivå. Eukaryota cellers gener är indelade i två huvudtyper: den första bestämmer universaliteten av cellulära funktioner, den andra bestämmer (bestämmer) specialiserade cellulära funktioner. Genfunktioner första gruppen dyka upp i alla celler. För att utföra differentierade funktioner måste specialiserade celler uttrycka en specifik uppsättning gener.
Kromosomer, gener och operoner av eukaryota celler har ett antal strukturella och funktionella egenskaper, vilket förklarar komplexiteten i genuttryck.
1. Operaner av eukaryota celler har flera gener - regulatorer, som kan finnas på olika kromosomer.
2. Strukturella gener som styr syntesen av enzymer i en biokemisk process kan koncentreras i flera operoner, lokaliserade inte bara i en DNA-molekyl, utan också i flera.
3. Komplex sekvens av en DNA-molekyl. Det finns informativa och icke-informativa avsnitt, unika och upprepade gånger upprepade informativa nukleotidsekvenser.
4. Eukaryota gener består av exoner och introner, och mognaden av mRNA åtföljs av excision av introner från motsvarande primära RNA-transkript (pro-RNA), dvs. skarvning.
5. Processen för gentranskription beror på kromatinets tillstånd. Lokal DNA-komprimering blockerar fullständigt RNA-syntes.
6. Transkription i eukaryota celler är inte alltid associerad med translation. Syntetiserat mRNA kan lagras under lång tid i form av informationosomer. Transkription och översättning förekommer i olika fack.
7. Vissa eukaryota gener har variabel lokalisering (labila gener eller transposoner).
8. Molekylärbiologiska metoder har avslöjat den hämmande effekten av histonproteiner på syntesen av mRNA.
9. Under utveckling och differentiering av organ är genaktiviteten beroende av hormoner som cirkulerar i kroppen och orsakar specifika reaktioner i vissa celler. Hos däggdjur är verkan av könshormoner viktig.
10. I eukaryoter uttrycks 5-10% av generna vid varje ontogenesstadium, resten måste blockeras.

6) reparation av genetiskt material

Genetisk reparation- processen att eliminera genetisk skada och återställa den ärftliga apparaten, som förekommer i cellerna i levande organismer under påverkan av speciella enzymer. Cellernas förmåga att reparera genetiska skador upptäcktes först 1949 av den amerikanske genetikern A. Kellner. Reparera- en speciell funktion hos celler, som består i förmågan att korrigera kemiska skador och brott i DNA-molekyler som skadats under normal DNA-biosyntes i cellen eller till följd av exponering för fysikaliska eller kemiska ämnen. Det utförs av speciella enzymsystem i cellen. Ett antal ärftliga sjukdomar (t.ex. xeroderma pigmentosum) är förknippade med störningar i reparationssystem.

typer av reparationer:

Direkt reparation är det enklaste sättet att eliminera skador i DNA, vilket vanligtvis involverar specifika enzymer som snabbt (vanligtvis i ett steg) kan eliminera motsvarande skada och återställa nukleotidernas ursprungliga struktur. Detta är till exempel fallet med O6-metylguanin DNA-metyltransferas, som tar bort en metylgrupp från en kvävebas på en av sina egna cysteinrester.

I kroppens ämnesomsättning ledande roll tillhör proteiner och nukleinsyror.
Proteinämnen utgör grunden för alla vitala cellstrukturer, har en ovanligt hög reaktivitet och är utrustade med katalytiska funktioner.
Nukleinsyror är en del av cellens viktigaste organ - kärnan, såväl som cytoplasman, ribosomer, mitokondrier, etc. Nukleinsyror spelar en viktig, primär roll i ärftlighet, kroppsvariabilitet och proteinsyntes.

Planen syntes protein lagras i cellkärnan, och direkt syntes sker utanför kärnan, så det är nödvändigt leveransservice kodad planen från kärnan till platsen för syntesen. Denna leveranstjänst utförs av RNA-molekyler.

Processen startar kl kärna celler: en del av DNA-stegen lindas upp och öppnas. Tack vare detta bildar RNA-bokstäverna bindningar med de öppna DNA-bokstäverna i en av DNA-strängarna. Enzymet överför RNA-bokstäverna för att förena dem till en sträng. Detta är hur bokstäverna i DNA "skrivs om" till bokstäverna i RNA. Den nybildade RNA-kedjan separeras och DNA-”stegen” vrider sig igen. Processen att läsa information från DNA och syntetisera den med hjälp av dess RNA-matris kallas transkription , och det syntetiserade RNA:t kallas budbärare eller mRNA .

Efter ytterligare modifieringar är denna typ av kodat mRNA klar. mRNA kommer ut ur kärnan och går till platsen för proteinsyntes, där bokstäverna i mRNA:t dechiffreras. Varje uppsättning av tre i-RNA-bokstäver bildar en "bokstav" som representerar en specifik aminosyra.

En annan typ av RNA hittar denna aminosyra, fångar upp den med hjälp av ett enzym och levererar den till platsen för proteinsyntesen. Detta RNA kallas transfer-RNA, eller t-RNA. När mRNA-meddelandet läses och översätts växer kedjan av aminosyror. Denna kedja vrids och vikas till en unik form, vilket skapar en typ av protein. Till och med proteinveckningsprocessen är anmärkningsvärd: det krävs en dator för att beräkna allt alternativ att vika ett medelstort protein bestående av 100 aminosyror skulle ta 1027 (!) år. Och det tar inte mer än en sekund att bilda en kedja av 20 aminosyror i kroppen, och denna process sker kontinuerligt i alla kroppens celler.

Gener, genetisk kod och dess egenskaper.

Cirka 7 miljarder människor bor på jorden. Bortsett från de 25-30 miljoner paren av enäggstvillingar, genetiskt alla människor är olika : alla är unika, har unika ärftliga egenskaper, karaktärsdrag, förmågor och temperament.

Dessa skillnader förklaras skillnader i genotyper- uppsättningar av gener hos organismen; Var och en är unik. De genetiska egenskaperna hos en viss organism är förkroppsligade i proteiner - därför skiljer sig strukturen av proteinet hos en person, om än väldigt lite, från proteinet hos en annan person.

Det betyder inte att inte två personer har exakt samma proteiner. Proteiner som utför samma funktioner kan vara lika eller endast skilja sig något med en eller två aminosyror från varandra. Men existerar inte på jorden av människor (med undantag för enäggstvillingar) som skulle ha alla sina proteiner är samma .

Information om primära proteinstrukturer kodad som en sekvens av nukleotider i en sektion av en DNA-molekyl, gen – en enhet av ärftlig information om en organism. Varje DNA-molekyl innehåller många gener. Helheten av alla gener i en organism utgör den genotyp . Således,

Gen är en enhet av ärftlig information från en organism, som motsvarar en separat del av DNA

Kodning av ärftlig information sker med hjälp av genetisk kod , vilket är universellt för alla organismer och endast skiljer sig i växlingen av nukleotider som bildar gener och kodar för proteiner från specifika organismer.

Genetisk kod består av tripletter (tripletter) av DNA-nukleotider, kombinerade i olika sekvenser (AAT, HCA, ACG, THC, etc.), som var och en kodar för en specifik aminosyra (som kommer att byggas in i polypeptidkedjan).

Faktiskt koda räknas sekvens av nukleotider i en mRNA-molekyl , därför att det tar bort information från DNA (process transkriptioner ) och översätter det till en sekvens av aminosyror i molekylerna av syntetiserade proteiner (processen sändningar ).
Sammansättningen av mRNA inkluderar nukleotider A-C-G-U, vars tripletter kallas kodon : en triplett på DNA CGT på i-RNA kommer att bli en triplett GCA, och en triplett DNA AAG kommer att bli en triplett UUC. Exakt mRNA-kodon den genetiska koden återspeglas i journalen.

Således, genetisk kod - ett enhetligt system för att registrera ärftlig information i nukleinsyramolekyler i form av en sekvens av nukleotider . Den genetiska koden är baserad på användningen av ett alfabet som består av endast fyra bokstäver-nukleotider, kännetecknade av kvävebaser: A, T, G, C.

Grundläggande egenskaper hos den genetiska koden:

1. Genetisk kod trilling. En triplett (kodon) är en sekvens av tre nukleotider som kodar för en aminosyra. Eftersom proteiner innehåller 20 aminosyror är det uppenbart att var och en av dem inte kan kodas av en nukleotid ( Eftersom det bara finns fyra typer av nukleotider i DNA förblir i detta fall 16 aminosyror okodade). Två nukleotider räcker inte heller för att koda för aminosyror, eftersom i detta fall endast 16 aminosyror kan kodas. Detta innebär att det minsta antalet nukleotider som kodar för en aminosyra måste vara minst tre. I det här fallet är antalet möjliga nukleotidtripletter 43 = 64.

2. Redundans (degeneration) Koden är en konsekvens av dess triplettkaraktär och innebär att en aminosyra kan kodas av flera tripletter (eftersom det finns 20 aminosyror och 64 tripletter), med undantag för metionin och tryptofan, som endast kodas av en triplett. Dessutom utför vissa tripletter specifika funktioner: i en mRNA-molekyl är tripletter UAA, UAG, UGA stoppkodon, d.v.s. sluta-signaler som stoppar syntesen av polypeptidkedjan. Tripletten motsvarande metionin (AUG), som ligger i början av DNA-kedjan, kodar inte för en aminosyra, utan utför funktionen att initiera (spännande) läsning.

3. Entydighet kod - samtidigt som redundans har kod egenskapen entydighet : varje kodon matchar endast ett en viss aminosyra.

4. Kolinearitet kod, dvs. nukleotidsekvens i en gen exakt motsvarar sekvensen av aminosyror i ett protein.

5. Genetisk kod icke-överlappande och kompakt , d.v.s. innehåller inte "skiljetecken". Detta innebär att läsningsprocessen inte tillåter möjligheten att överlappa kolumner (tripletter), och med början vid ett visst kodon fortsätter läsningen kontinuerligt, triplett efter triplett, tills sluta-signaler ( stoppa kodon).

6. Genetisk kod universell , det vill säga alla organismers kärngener kodar information om proteiner på samma sätt, oavsett organisationsnivå och systematisk position för dessa organismer.

Existera genetiska kodtabeller för dekryptering kodon mRNA och konstruktion av kedjor av proteinmolekyler.

Matrissyntesreaktioner.

Reaktioner okända i den livlösa naturen förekommer i levande system - matrissyntesreaktioner.

Termen "matris" inom teknik betecknar de en form som används för att gjuta mynt, medaljer och typografiska typsnitt: den härdade metallen återger exakt alla detaljer i formen som används för gjutning. Matrissyntes liknar gjutning på en matris: nya molekyler syntetiseras i exakt enlighet med den plan som fastställts i strukturen för befintliga molekyler.

Matrisprincipen ligger i kärnan de viktigaste syntetiska reaktionerna i cellen, såsom syntesen av nukleinsyror och proteiner. Dessa reaktioner säkerställer den exakta, strikt specifika sekvensen av monomerenheter i de syntetiserade polymererna.

Det pågår riktningsåtgärder här. dra monomerer till en specifik plats celler - till molekyler som fungerar som en matris där reaktionen äger rum. Om sådana reaktioner inträffade som ett resultat av slumpmässiga kollisioner av molekyler, skulle de gå oändligt långsamt. Syntesen av komplexa molekyler baserad på mallprincipen utförs snabbt och exakt. Matrisens roll makromolekyler av nukleinsyror spelar i matrisreaktioner DNA eller RNA .

Monomera molekyler från vilken polymeren syntetiseras - nukleotider eller aminosyror - i enlighet med komplementaritetsprincipen, är lokaliserade och fixerade på matrisen i en strikt definierad, specificerad ordning.

Sedan händer det "tvärbindning" av monomerenheter till en polymerkedja och den färdiga polymeren utmatas från matrisen.

Efter det matrisen är klar till sammansättningen av en ny polymermolekyl. Det är tydligt att precis som på en given form endast ett mynt eller en bokstav kan gjutas, så kan på en given matrismolekyl endast en polymer "sammansättas".

Matrisreaktionstyp- en specifik egenskap hos de levande systemens kemi. De är grunden för den grundläggande egenskapen för allt levande - dess förmåga att reproducera sin egen sort.

Mallsyntesreaktioner

1. DNA-replikation - replikation (från latin replicatio - förnyelse) - processen för syntes av en dottermolekyl av deoxiribonukleinsyra på matrisen av moder-DNA-molekylen. Under den efterföljande delningen av modercellen får varje dottercell en kopia av en DNA-molekyl som är identisk med den ursprungliga modercellens DNA. Denna process säkerställer att genetisk information överförs korrekt från generation till generation. DNA-replikation utförs av ett komplext enzymkomplex bestående av 15-20 olika proteiner, så kallade replisome . Materialet för syntes är fria nukleotider som finns i cellernas cytoplasma. Den biologiska innebörden av replikation ligger i den exakta överföringen av ärftlig information från modermolekylen till dottermolekylerna, vilket normalt sker under delning av somatiska celler.

En DNA-molekyl består av två komplementära strängar. Dessa kedjor hålls samman av svaga vätebindningar som kan brytas av enzymer. DNA-molekylen är kapabel till självduplicering (replikation), och på varje gammal halva av molekylen syntetiseras en ny halva.
Dessutom kan en mRNA-molekyl syntetiseras på en DNA-molekyl, som sedan överför informationen som tas emot från DNA till platsen för proteinsyntes.

Informationsöverföring och proteinsyntes sker enligt en matrisprincip, jämförbar med driften av en tryckpress i ett tryckeri. Information från DNA kopieras många gånger. Om fel uppstår under kopieringen kommer de att upprepas i alla efterföljande kopior.

Det är sant att vissa fel vid kopiering av information med en DNA-molekyl kan korrigeras - processen för eliminering av fel kallas gottgörelse. Den första av reaktionerna i processen för informationsöverföring är replikeringen av DNA-molekylen och syntesen av nya DNA-kedjor.

2. Transkription (från latin transcriptio - omskrivning) - processen för RNA-syntes med DNA som mall, som förekommer i alla levande celler. Det är med andra ord överföringen av genetisk information från DNA till RNA.

Transkription katalyseras av enzymet DNA-beroende RNA-polymeras. RNA-polymeras rör sig längs DNA-molekylen i riktningen 3" → 5". Transkription består av steg initiering, förlängning och avslutning . Enheten för transkription är ett operon, ett fragment av en DNA-molekyl som består av promotor, transkriberad del och terminator . mRNA består av en enda kedja och syntetiseras på DNA i enlighet med komplementaritetsregeln med deltagande av ett enzym som aktiverar början och slutet av syntesen av mRNA-molekylen.

Den färdiga mRNA-molekylen går in i cytoplasman på ribosomer, där syntesen av polypeptidkedjor sker.

3. Utsända (från lat. översättning- överföring, rörelse) - processen för proteinsyntes från aminosyror på en matris av information (budbärare) RNA (mRNA, mRNA), utförd av ribosomen. Med andra ord är detta processen att översätta informationen som finns i sekvensen av nukleotider av mRNA till sekvensen av aminosyror i polypeptiden.

4. Omvänd transkription är processen att bilda dubbelsträngat DNA baserat på information från enkelsträngat RNA. Denna process kallas omvänd transkription, eftersom överföringen av genetisk information sker i "omvänd" riktning i förhållande till transkription. Idén om omvänd transkription var från början mycket impopulär eftersom den stred mot den centrala dogmen inom molekylärbiologin, som antog att DNA transkriberas till RNA och sedan översätts till proteiner.

Men 1970 upptäckte Temin och Baltimore oberoende ett enzym som heter omvänt transkriptas (revertas) och möjligheten till omvänd transkription bekräftades slutligen. 1975 tilldelades Temin och Baltimore Nobelpriset i fysiologi eller medicin. Vissa virus (som humant immunbristvirus, som orsakar HIV-infektion) har förmågan att transkribera RNA till DNA. HIV har ett RNA-genom som är integrerat i DNA. Som ett resultat kan virusets DNA kombineras med värdcellens genom. Det huvudsakliga enzymet som ansvarar för syntesen av DNA från RNA kallas omvända. En av funktionerna med reversease är att skapa komplementärt DNA (cDNA) från det virala genomet. Det associerade enzymet ribonukleas klyver RNA och reversease syntetiserar cDNA från DNA-dubbelhelixen. cDNA:t integreras i värdcellens genom genom integras. Resultatet är syntes av virala proteiner av värdcellen, som bildar nya virus. I fallet med HIV programmeras även apoptos (celldöd) av T-lymfocyter. I andra fall kan cellen förbli en distributör av virus.

Sekvensen av matrisreaktioner under proteinbiosyntes kan representeras i form av ett diagram.

Således, proteinbiosyntes- detta är en av de typer av plastutbyte, under vilken ärftlig information kodad i DNA-gener implementeras i en specifik sekvens av aminosyror i proteinmolekyler.

Proteinmolekyler är i huvudsak polypeptidkedjor består av individuella aminosyror. Men aminosyror är inte tillräckligt aktiva för att kombineras med varandra på egen hand. Därför, innan de kombineras med varandra och bildar en proteinmolekyl, måste aminosyror Aktivera . Denna aktivering sker under verkan av speciella enzymer.

Som ett resultat av aktivering blir aminosyran mer labil och, under inverkan av samma enzym, binder den till t- RNA. Varje aminosyra motsvarar en strikt specifik t- RNA, som hittar "sin" aminosyra och överföringar det in i ribosomen.

Följaktligen olika aktiverade aminosyror i kombination med sina egna T- RNA. Ribosomen är som transportband att sätta ihop en proteinkedja från olika aminosyror som tillförs den.

Samtidigt med t-RNA, på vilken dess egen aminosyra "sitter", " signal"från DNA som finns i kärnan. I enlighet med denna signal syntetiseras ett eller annat protein i ribosomen.

Den styrande inverkan av DNA på proteinsyntesen utförs inte direkt, utan med hjälp av en speciell mellanhand - matris eller budbärar-RNA (m-RNA eller mRNA), som syntetiseras in i kärnan e under påverkan av DNA, så dess sammansättning återspeglar sammansättningen av DNA. RNA-molekylen är som en avgjutning av DNA-formen. Det syntetiserade mRNA:t går in i ribosomen och, så att säga, överför det till denna struktur planen- i vilken ordning måste de aktiverade aminosyrorna som kommer in i ribosomen kombineras med varandra för att ett specifikt protein ska syntetiseras? Annat, genetisk information kodad i DNA överförs till mRNA och sedan till protein.

mRNA-molekylen går in i ribosomen och stygn henne. Det segment av det som för närvarande finns i ribosomen bestäms kodon (triplett), interagerar på ett helt specifikt sätt med de som strukturellt liknar den triplett (antikodon) i transfer-RNA, som förde in aminosyran i ribosomen.

Transfer RNA med dess aminosyra matchar ett specifikt kodon av mRNA och ansluter med honom; till nästa, angränsande sektion av mRNA ytterligare ett tRNA med en annan aminosyra tillsätts och så vidare tills hela kedjan av i-RNA är avläst, tills alla aminosyrorna reduceras i lämplig ordning och bildar en proteinmolekyl. Och tRNA, som levererade aminosyran till en specifik del av polypeptidkedjan, befriad från sin aminosyra och lämnar ribosomen.

Sedan, igen i cytoplasman, kan den önskade aminosyran förena den och återigen överföra den till ribosomen. I processen med proteinsyntes är inte en utan flera ribosomer - polyribosomer - involverade samtidigt.

De viktigaste stegen i överföringen av genetisk information:

1. Syntes på DNA som mall för mRNA (transkription)
2. Syntes av en polypeptidkedja i ribosomer enligt programmet som ingår i mRNA (translation) .

Stadierna är universella för alla levande varelser, men de tidsmässiga och rumsliga förhållandena mellan dessa processer skiljer sig åt i pro- och eukaryoter.

U prokaryot transkription och translation kan ske samtidigt eftersom DNA finns i cytoplasman. U eukaryoter transkription och translation är strikt åtskilda i rum och tid: syntesen av olika RNA sker i kärnan, varefter RNA-molekylerna måste lämna kärnan genom att passera genom kärnmembranet. RNA:n transporteras sedan i cytoplasman till platsen för proteinsyntes.

Alla morfologiska, anatomiska och funktionella egenskaper hos någon levande cell och organism som helhet bestäms av strukturen hos specifika proteiner som utgör cellerna. Förmågan att syntetisera endast strikt definierade proteiner är en ärftlig egenskap hos organismer. Sekvensen av aminosyror i polypeptidkedjan - proteinets primära struktur, som dess biologiska egenskaper beror på - bestäms av sekvensen av nukleotider i DNA-molekyler. Den senare är innehavaren av ärftlig information i celler.

Nukleotidsekvensen i polynukleotidkedjan av DNA är mycket specifik för varje cell och representerar genetisk kod, genom vilken information om syntesen av vissa proteiner registreras. Det betyder att i DNA kodas varje meddelande med en specifik sekvens av fyra tecken - A, G, T, C, precis som ett skrivet meddelande kodas med tecken (bokstäver) i alfabetet eller morsekoden. Den genetiska koden är trilling d.v.s. varje aminosyra kodas av en känd kombination av tre intilliggande nukleotider, som kallas kodon. Det är lätt att beräkna att antalet möjliga kombinationer av fyra nukleotider i tre kommer att vara 64.

Det visade sig att koden är flera olika eller "degenererad", dvs samma aminosyra kan kodas av flera triplettkodon (från 2 till b), medan varje triplett kodar endast för en aminosyra, till exempel på budbärar-RNA:s språk:

• fenylalanin - UUU, UUC;
• isoleucin - AUC, AUC, AUA;
• prolin - CCU, CCC, CCA, CCG;
• serin - UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC.

Bortsett från detta är koden ej överlappande, t.s. samma nukleotid kan inte samtidigt vara en del av två angränsande tripletter. Och slutligen, den här koden har inte kommatecken, vilket betyder att om en nukleotid saknas, då när man läser den, kommer den närmaste nukleotiden från det intilliggande kodonet att ta sin plats, vilket kommer att ändra hela läsordningen. Därför säkerställs korrekt läsning av koden från budbärar-RNA av telco om den läses från en strikt definierad punkt. Startkodonen i molekylen och RNA:t är tripletterna AUG och GU G.

Nukleotidkoden är universell för alla levande organismer och virus: identiska tripletter kodar för identiska aminosyror. Denna upptäckt representerar ett allvarligt steg mot en djupare förståelse av essensen av levande materia, eftersom den genetiska kodens universalitet indikerar ursprungsenheten för alla levande organismer. Hittills har tripletter dechiffrerats för alla 20 aminosyror som utgör naturliga proteiner. Genom att känna till ordningen på tripletter i en DNA-molekyl (genetisk kod) är det därför möjligt att fastställa ordningen på aminosyrorna i ett protein.

En enda DNA-molekyl kan koda för aminosyrasekvensen för många proteiner. Ett funktionellt segment av en DNA-molekyl som bär information om strukturen hos en polypeptid eller RNA-molekyl kallas genomet. Det finns strukturella gener, som kodar för information för syntes av strukturella och enzymatiska proteiner, och gener med information för syntes av tRNA, rRNA, etc.

I vilken cell och organism som helst bestäms alla anatomiska, morfologiska och funktionella egenskaper av strukturen hos de proteiner som består av dem. Kroppens ärftliga egenskap är förmågan att syntetisera vissa proteiner. Aminosyror finns i en polypeptidkedja, på vilken biologiska egenskaper beror.
Varje cell har sin egen sekvens av nukleotider i polynukleotidkedjan av DNA. Detta är den genetiska koden för DNA. Genom den registreras information om syntesen av vissa proteiner. Den här artikeln beskriver vad den genetiska koden är, dess egenskaper och genetisk information.

Lite historia

Idén att det kan finnas en genetisk kod formulerades av J. Gamow och A. Down i mitten av nittonhundratalet. De beskrev att nukleotidsekvensen som är ansvarig för syntesen av en viss aminosyra innehåller minst tre enheter. Senare bevisade de det exakta antalet av tre nukleotider (detta är en enhet av genetisk kod), som kallades en triplett eller kodon. Det finns sextiofyra nukleotider totalt, eftersom syramolekylen där RNA förekommer är uppbyggd av fyra olika nukleotidrester.

Vad är genetisk kod

Metoden för att koda sekvensen av aminosyraproteiner på grund av sekvensen av nukleotider är karakteristisk för alla levande celler och organismer. Detta är vad den genetiska koden är.
Det finns fyra nukleotider i DNA:

• adenin - A;
• guanin - G;
• cytosin - C;
• tymin - T.

De betecknas med stora latinska eller (i ryskspråkig litteratur) ryska bokstäver.
RNA innehåller också fyra nukleotider, men en av dem skiljer sig från DNA:

• adenin - A;
• guanin - G;
• cytosin - C;
• uracil - U.

Alla nukleotider är ordnade i kedjor, med DNA som har en dubbel helix och RNA har en enkel helix.
Proteiner bygger på där de, belägna i en viss sekvens, bestämmer dess biologiska egenskaper.

Egenskaper hos den genetiska koden

Trippelitet. En enhet av genetisk kod består av tre bokstäver, det är triplett. Det betyder att de tjugo aminosyrorna som finns kodas av tre specifika nukleotider som kallas kodon eller trilpetter. Det finns sextiofyra kombinationer som kan skapas från fyra nukleotider. Denna mängd är mer än tillräckligt för att koda för tjugo aminosyror.
Degeneration. Varje aminosyra motsvarar mer än ett kodon, med undantag för metionin och tryptofan.
Entydighet. Ett kodon kodar för en aminosyra. Till exempel, i en frisk persons gen med information om beta-målet för hemoglobin, en triplett av GAG och GAA kodar för A hos alla som har sicklecellssjukdom, ändras en nukleotid.
Kolinearitet. Aminosyrornas sekvens motsvarar alltid sekvensen av nukleotider som genen innehåller.
Den genetiska koden är kontinuerlig och kompakt, vilket innebär att den inte har några skiljetecken. Det vill säga att med början vid ett visst kodon sker kontinuerlig avläsning. Till exempel kommer AUGGGUGTSUAUAUGUG att läsas som: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Men inte AUG, UGG och så vidare eller något annat.
Mångsidighet. Det är samma sak för absolut alla landlevande organismer, från människor till fiskar, svampar och bakterier.

Tabell

Alla tillgängliga aminosyror ingår inte i den presenterade tabellen. Hydroxiprolin, hydroxylysin, fosfoserin, jodderivat av tyrosin, cystin och några andra är frånvarande, eftersom de är derivat av andra aminosyror som kodas av m-RNA och bildas efter modifiering av proteiner som ett resultat av translation.
Från egenskaperna hos den genetiska koden är det känt att ett kodon kan koda för en aminosyra. Undantaget är den genetiska koden som utför ytterligare funktioner och kodar för valin och metionin. mRNA, som är i början av kodonet, fäster t-RNA, som bär formylmetion. När syntesen är klar, klyvs den av och tar formylresten med sig och omvandlas till en metioninrest. Sålunda är ovanstående kodoner initiatorerna för syntesen av polypeptidkedjan. Om de inte är i början, så skiljer de sig inte från de andra.

Genetisk information

Detta koncept innebär ett program av egenskaper som förs vidare från förfäder. Det är inbäddat i ärftlighet som en genetisk kod.
Den genetiska koden realiseras under proteinsyntesen:

• budbärar-RNA;
• ribosomalt rRNA.

Information överförs genom direkt kommunikation (DNA-RNA-protein) och omvänd kommunikation (medium-protein-DNA).
Organismer kan ta emot, lagra, överföra och använda det mest effektivt.
Information som överförs genom arv bestämmer utvecklingen av en viss organism. Men på grund av interaktion med miljön förvrängs reaktionen hos den senare, på grund av vilken evolution och utveckling sker. På så sätt förs ny information in i kroppen.

Beräkningen av molekylärbiologins lagar och upptäckten av den genetiska koden illustrerade behovet av att kombinera genetik med Darwins teori, på grundval av vilken en syntetisk evolutionsteori uppstod - icke-klassisk biologi.
Darwins ärftlighet, variation och naturliga urval kompletteras av genetiskt bestämt urval. Evolution realiseras på genetisk nivå genom slumpmässiga mutationer och nedärvning av de mest värdefulla egenskaperna som är mest anpassade till miljön.

Avkoda den mänskliga koden

På nittiotalet lanserades Human Genome Project, vilket ledde till att genomfragment innehållande 99,99 % av mänskliga gener upptäcktes på tvåtusendelar. Fragment som inte är involverade i proteinsyntes och som inte är kodade förblir okända. Deras roll är fortfarande okänd.

Senast upptäckt 2006, kromosom 1 är den längsta i genomet. Mer än trehundrafemtio sjukdomar, inklusive cancer, uppträder som ett resultat av störningar och mutationer i den.

Rollen av sådana studier kan inte överskattas. När de upptäckte vad den genetiska koden är blev det känt efter vilka mönster utveckling sker, hur den morfologiska strukturen, psyket, anlag för vissa sjukdomar, ämnesomsättning och defekter hos individer bildas.

Genetisk kod– ett system för att registrera genetisk information i DNA (RNA) i form av en viss sekvens av nukleotider En viss sekvens av nukleotider i DNA och RNA motsvarar en viss sekvens av aminosyror i proteinernas polypeptidkedjor. Det är vanligt att skriva koden med versaler i det ryska eller latinska alfabetet. Varje nukleotid betecknas med bokstaven med vilken namnet på den kvävebas som ingår i dess molekyl börjar: A (A) - adenin, G (G) - guanin, C (C) - cytosin, T (T) - tymin; i RNA istället för tyminuracil - U (U). Nukleotidsekvensen bestämmer sekvensen för inkorporering av AK i det syntetiserade proteinet.

Egenskaper för den genetiska koden:

1. Trippel- en meningsfull kodenhet är en kombination av tre nukleotider (triplett eller kodon).
2. Kontinuitet- det finns inga skiljetecken mellan trillingar, det vill säga informationen läses kontinuerligt.
3. Icke-överlappande- samma nukleotid kan inte samtidigt vara en del av två eller flera tripletter (ej observerat för vissa överlappande gener av virus, mitokondrier och bakterier som kodar för flera frameshift-proteiner).
4. Entydighet(specificitet) - ett specifikt kodon motsvarar endast en aminosyra (dock kodar UGA-kodonet i Euplotescrassus för två aminosyror - cystein och selenocystein)
5. Degeneration(redundans) - flera kodon kan motsvara samma aminosyra.
6. Mångsidighet- den genetiska koden fungerar likadant i organismer med olika komplexitetsnivåer - från virus till människor (genteknikmetoder är baserade på detta; det finns ett antal undantag, som visas i tabellen i avsnittet "Variationer av den genetiska standardkoden" Nedan).

Biosyntesförhållanden

Proteinbiosyntes kräver genetisk information från DNA-molekylen; budbärar-RNA - bäraren av denna information från kärnan till platsen för syntes; ribosomer - organeller där själva proteinsyntesen sker; en uppsättning aminosyror i cytoplasman; överföra RNA:n som kodar för aminosyror och överför dem till syntesstället på ribosomer; ATP är ett ämne som ger energi för kodning och biosyntesprocessen.

Etapper

Transkription- processen för biosyntes av alla typer av RNA på en DNA-matris, som sker i kärnan.

En viss del av DNA-molekylen despirals, vätebindningarna mellan de två kedjorna förstörs under inverkan av enzymer. På en DNA-sträng, som på en mall, syntetiseras en RNA-kopia från nukleotider enligt den komplementära principen. Beroende på DNA-sektionen syntetiseras ribosomalt, transport- och budbärar-RNA på detta sätt.

Efter mRNA-syntes lämnar det kärnan och skickas till cytoplasman till platsen för proteinsyntes på ribosomer.

Utsända- processen för syntes av polypeptidkedjor som utförs på ribosomer, där mRNA är en mellanhand vid överföring av information om proteinets primära struktur.

Proteinbiosyntes består av en serie reaktioner.

1. Aktivering och kodning av aminosyror. tRNA har formen av ett klöverblad, i vars centrala slinga det finns ett triplettantikodon, motsvarande koden för en specifik aminosyra och kodonet på mRNA:t. Varje aminosyra är kopplad till motsvarande tRNA med hjälp av energin från ATP. Ett tRNA-aminosyrakomplex bildas som kommer in i ribosomerna.

2. Bildning av mRNA-ribosomkomplexet. mRNA i cytoplasman är förbundet med ribosomer på det granulära ER.

3. Sammansättning av polypeptidkedjan. tRNA med aminosyror, enligt principen om antikodon-kodon komplementaritet, kombineras med mRNA och går in i ribosomen. I ribosomens peptidcentrum bildas en peptidbindning mellan två aminosyror, och det frigjorda tRNA:t lämnar ribosomen. I det här fallet avancerar mRNA:t en triplett varje gång, vilket introducerar ett nytt tRNA - en aminosyra och tar bort det frigjorda tRNA:t från ribosomen. Hela processen tillhandahålls av ATP-energi. Ett mRNA kan kombineras med flera ribosomer och bilda en polysom, där många molekyler av ett protein syntetiseras samtidigt. Syntesen slutar när nonsenskodon (stoppkoder) börjar på mRNA. Ribosomer separeras från mRNA och polypeptidkedjor avlägsnas från dem. Eftersom hela syntesprocessen äger rum på det granulära endoplasmatiska retikulum, kommer de resulterande polypeptidkedjorna in i ER-tubuli, där de förvärvar sin slutliga struktur och omvandlas till proteinmolekyler.

Alla syntesreaktioner katalyseras av speciella enzymer med förbrukning av ATP-energi. Synteshastigheten är mycket hög och beror på polypeptidens längd. Till exempel, i ribosomen av Escherichia coli, syntetiseras ett protein med 300 aminosyror på cirka 15-20 sekunder.