التركيب الكيميائيوالتنظيم الهيكلي لجزيء الحمض النووي.

جزيئات الحمض النووي عبارة عن سلاسل طويلة جدًا تتكون من عدة مئات وحتى ملايين من النيوكليوتيدات. يحتوي أي حمض نووي على أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات. تعتمد وظائف جزيئات الحمض النووي على بنيتها ، والنيوكليوتيدات المكونة لها ، وعددها في السلسلة ، وتسلسل المركب في الجزيء.

يتكون كل نوكليوتيد من ثلاثة مكونات: قاعدة نيتروجينية وكربوهيدرات وحمض الفوسفوريك. في تعبيركل نوكليوتيد الحمض النووييتم تضمين أحد الأنواع الأربعة للقواعد النيتروجينية (الأدينين - أ ، الثايمين - تي ، الجوانين - G أو السيتوزين - C) ، بالإضافة إلى كربون الديوكسيريبوز وبقايا حمض الفوسفوريك.

وهكذا ، تختلف نيوكليوتيدات الحمض النووي فقط في نوع القاعدة النيتروجينية.
يتكون جزيء الحمض النووي من عدد كبير من النيوكليوتيدات المتصلة في سلسلة في تسلسل معين. كل نوع من جزيئات الحمض النووي له رقمه الخاص وتسلسله من النيوكليوتيدات.

جزيئات الحمض النووي طويلة جدًا. على سبيل المثال ، قد يتطلب السجل الحرفي لتسلسل النيوكليوتيدات في جزيئات الحمض النووي من خلية بشرية واحدة (46 كروموسومًا) كتابًا من حوالي 820.000 صفحة. يمكن أن يتشكل تناوب أربعة أنواع من النيوكليوتيدات مجموعة لانهائيةالمتغيرات من جزيئات الحمض النووي. تتيح لهم ميزات بنية جزيئات الحمض النووي تخزين كمية هائلة من المعلومات حول جميع علامات الكائنات الحية.

في عام 1953 ، ابتكر عالم الأحياء الأمريكي J. Watson والفيزيائي الإنجليزي F. Crick نموذجًا لبنية جزيء الحمض النووي. لقد وجد العلماء أن كل جزيء DNA يتكون من خيطين مترابطين وملتويين حلزونيًا. يبدو وكأنه حلزون مزدوج. في كل سلسلة ، تتناوب أربعة أنواع من النيوكليوتيدات في تسلسل محدد.

نوكليوتيد تكوين الحمض النووييختلف عن أنواع مختلفةالبكتيريا والفطريات والنباتات والحيوانات. لكنها لا تتغير مع تقدم العمر ، فهي تعتمد قليلاً على التغيرات في البيئة. يتم إقران النيوكليوتيدات ، أي أن عدد نيوكليوتيدات الأدينين في أي جزيء DNA يساوي عدد نيوكليوتيدات الثيميدين (A-T) ، وعدد نيوكليوتيدات السيتوزين يساوي عدد نيوكليوتيدات الجوانين (C-G). هذا يرجع إلى حقيقة أن اتصال سلسلتين ببعضهما البعض في جزيء DNA يخضع لقاعدة معينة ، وهي: يرتبط الأدينين بسلسلة واحدة دائمًا بواسطة اثنين روابط هيدروجينيةفقط مع الثايمين من سلسلة أخرى ، والجوانين - من خلال ثلاث روابط هيدروجينية مع السيتوزين ، أي أن سلاسل النيوكليوتيدات لجزيء DNA واحد مكملة لبعضها البعض.

جزيئات الحمض النووي - يتكون DNA و RNA من النيوكليوتيدات. يشتمل تكوين نيوكليوتيدات الحمض النووي على قاعدة نيتروجينية (A ، T ، G ، C) ، كربوهيدرات ديوكسيريبوز وبقايا جزيء حمض الفوسفوريك. جزيء الحمض النووي عبارة عن حلزون مزدوج ، يتكون من خيطين متصلين بواسطة روابط هيدروجينية وفقًا لمبدأ التكامل. وظيفة الحمض النووي هي تخزين المعلومات الوراثية.

خصائص ووظائف الحمض النووي.

الحمض النوويهي حاملة للمعلومات الجينية ، مكتوبة في شكل سلسلة من النيوكليوتيدات باستخدام الشفرة الوراثية. ترتبط جزيئات الحمض النووي باثنين من العناصر الأساسية خصائص المعيشةالكائنات الحية - الوراثة والتنوع. خلال عملية تسمى تكاثر الحمض النووي ، يتم تكوين نسختين من السلسلة الأصلية ، والتي ترثها الخلايا الوليدة عندما تنقسم ، بحيث تكون الخلايا الناتجة مطابقة وراثيًا للخلايا الأصلية.

تتحقق المعلومات الجينية أثناء التعبير الجيني في عمليات النسخ (تخليق جزيئات الحمض النووي الريبي في قالب الحمض النووي) والترجمة (تخليق البروتينات في قالب الحمض النووي الريبي).

يقوم تسلسل النيوكليوتيدات "بترميز" المعلومات حول أنواع مختلفة من الحمض النووي الريبي: المعلومات أو القالب (مرنا) والريبوزوم (الرنا الريباسي) والنقل (الحمض الريبي النووي النقال). يتم تصنيع كل هذه الأنواع من الحمض النووي الريبي من الحمض النووي أثناء عملية النسخ. دورهم في التخليق الحيوي للبروتين (عملية الترجمة) مختلف. يحتوي Messenger RNA على معلومات حول تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين ، ويعمل RNA الريبوزومي كأساس للريبوسومات (مجمعات البروتين النووي المعقدة ، وتتمثل وظيفتها الرئيسية في تجميع بروتين من الأحماض الأمينية الفردية على أساس mRNA) ، ونقل الحمض النووي الريبي لتوصيل الأمينية الأحماض إلى موقع تجميع البروتين - إلى المركز النشط للريبوسوم ، "الزحف" على طول الرنا المرسال.

الكود الجيني ، خصائصه.

الكود الجيني- طريقة متأصلة في جميع الكائنات الحية لتشفير تسلسل الأحماض الأمينية للبروتينات باستخدام سلسلة من النيوكليوتيدات. الخصائص:

1. الثلاثية- الوحدة المهمة للشفرة هي مزيج من ثلاثة نيوكليوتيدات (ثلاثية ، أو كودون).
2. استمرارية- لا توجد علامات ترقيم بين الثلاثة توائم ، أي أن المعلومات تُقرأ باستمرار.
3. غير التداخل- لا يمكن أن يكون نفس النيوكليوتيد جزءًا من مجموعتين أو أكثر من ثلاثة توائم في نفس الوقت (لم يتم ملاحظته في بعض الجينات المتداخلة للفيروسات والميتوكوندريا والبكتيريا التي تقوم بتشفير العديد من بروتينات الانزياح الإطاري).
4. الوضوح (الخصوصية)- كودون معين يتوافق مع حمض أميني واحد فقط (ومع ذلك ، فإن كودون UGA في Euplotes crassusأكواد لاثنين من الأحماض الأمينية - سيستين وسيلينوسيستين)
5. انحلال (فائض)يمكن أن تتوافق العديد من الكودونات مع نفس الحمض الأميني.
6. براعه- يعمل الكود الجيني بنفس الطريقة في الكائنات الحية ذات المستويات المختلفة من التعقيد - من الفيروسات إلى البشر (تعتمد طرق الهندسة الوراثية على هذا ؛ وهناك عدد من الاستثناءات ، موضحة في الجدول في "الاختلافات في الشفرة الجينية القياسية "أدناه).
7. مناعة ضد الضوضاء- تسمى طفرات بدائل النوكليوتيدات التي لا تؤدي إلى تغيير فئة الحمض الأميني المشفر محافظ؛ تسمى طفرات استبدال النوكليوتيدات التي تؤدي إلى تغيير في فئة الحمض الأميني المشفر أصولي.

5. الإنتاج الذاتي للحمض النووي. Replicon وعمله .

عملية التكاثر الذاتي لجزيئات الحمض النووي ، مصحوبة بالنقل الوراثي (من خلية إلى أخرى) للنسخ الدقيقة للمعلومات الجينية ؛ ص. أجريت بمشاركة مجموعة من الإنزيمات المحددة (هيليكاز<هيليكس> ، الذي يتحكم في تفكيك الجزيء الحمض النووي, الحمض النووي- بوليميراز<بوليميريز الحمض النووي> الأول والثالث ، الحمض النووي-ليجاس<ligase DNA>) ، يمر من خلال نوع شبه محافظ مع تشكيل شوكة النسخ المتماثل<شوكة النسخ المتماثل> ؛ على إحدى السلاسل<الساحل الرئيسي> تركيب السلسلة التكميلية مستمر ، ومن ناحية أخرى<حبلا متخلفة> يحدث بسبب تكوين شظايا دكازاكي<شظايا أوكازاكي>; ص. - عملية عالية الدقة ، لا يتجاوز معدل الخطأ فيها 10 -9 ؛ في حقيقيات النوى ص. يمكن أن يحدث في عدة نقاط على نفس الجزيء دفعة واحدة الحمض النووي؛ سرعة ص. حقيقيات النوى لديها حوالي 100 ، والبكتيريا لديها حوالي 1000 نيوكليوتيد في الثانية.

6. مستويات تنظيم الجينوم حقيقيات النوى .

في الكائنات حقيقية النواة ، تكون آلية تنظيم النسخ أكثر تعقيدًا. نتيجة لاستنساخ وتسلسل الجينات حقيقية النواة ، تم العثور على تسلسلات محددة تشارك في النسخ والترجمة.
تتميز الخلية حقيقية النواة بما يلي:
1. وجود الإنترونات والإكسونات في جزيء الحمض النووي.
2. نضج i-RNA - استئصال الإنترونات وخياطة الإكسونات.
3. وجود عناصر تنظيمية تنظم النسخ ، مثل: أ) المحفزات - 3 أنواع ، كل منها يقع في بوليميراز معين. يكرر Pol I جينات الريبوسوم ، ويكرر Pol II الجينات الهيكلية للبروتين ، ويكرر Pol III الجينات التي تشفر الحمض النووي الريبي الصغير. المروجون Pol I و Pol II هم منبع موقع بدء النسخ ، ومروج Pol III يقع في إطار الجين الهيكلي ؛ ب) المُعدِلات - تسلسلات الحمض النووي التي تعزز مستوى النسخ ؛ ج) المعززات - المتواليات التي تعزز مستوى النسخ وتعمل بغض النظر عن موقعها بالنسبة لجزء ترميز الجين وحالة نقطة البداية لتخليق الحمض النووي الريبي ؛ د) النهايات - تسلسلات محددة توقف كل من الترجمة والنسخ.
تختلف هذه التسلسلات عن متواليات بدائية النواة في بنيتها الأولية وموقعها بالنسبة إلى كودون البدء ، ولا "يتعرف" بوليميراز الرنا البكتيري عليها. وبالتالي ، للتعبير عن الجينات حقيقية النواة في الخلايا بدائية النواة ، يجب أن تكون الجينات تحت سيطرة العناصر التنظيمية بدائية النواة. يجب أن يؤخذ هذا الظرف في الاعتبار عند بناء ناقلات للتعبير.

7. التركيب الكيميائي والبنيوي للكروموسومات .

المواد الكيميائية تكوين الكروموسوم - DNA - 40٪ بروتينات هيستون - 40٪. غير هيستون - 20٪ القليل من الحمض النووي الريبي. الدهون ، السكريات ، أيونات المعادن.

التركيب الكيميائي للكروموسوم هو مركب من الأحماض النووية مع البروتينات والكربوهيدرات والدهون والمعادن. تنظيم نشاط الجينات واستعادتها في حالة حدوث أضرار كيميائية أو إشعاعية في الكروموسوم.

الهيكلي؟؟؟؟

الكروموسومات- بروتين نووي العناصر الهيكليةنوى الخلية التي تحتوي على الحمض النووي ، والتي تحتوي على المعلومات الوراثية للكائن الحي ، قادرة على التكاثر الذاتي ، ولها شخصية هيكلية ووظيفية وتحتفظ بها في عدد من الأجيال.

في الدورة الانقسامية ، يتم ملاحظة السمات التالية للتنظيم الهيكلي للكروموسومات:

التمييز بين الأشكال الانقسامية والطورية التنظيم الهيكليالكروموسومات ، التي تمر بشكل متبادل في بعضها البعض في الدورة الانقسامية - هذه هي التحولات الوظيفية والفسيولوجية

8. مستويات التعبئة للمواد الوراثية في حقيقيات النوى .

المستويات الهيكلية والوظيفية لتنظيم المادة الوراثية لحقيقيات النوى

توفر الوراثة والتنوع ما يلي:

1) الميراث الفردي (المنفصل) والتغيرات في الخصائص الفردية ؛

2) التكاثر في الأفراد من كل جيل للمجمع بأكمله الخصائص الشكليةالكائنات الحية من نوع بيولوجي معين ؛

3) إعادة التوزيع في الأنواع ذات التكاثر الجنسي في عملية تكاثر الميول الوراثية ، ونتيجة لذلك يكون للنسل مجموعة من الشخصيات التي تختلف عن تركيبة الأبوين. تنبع أنماط الوراثة وتنوع السمات ومجموعاتها من مبادئ التنظيم الهيكلي والوظيفي للمادة الوراثية.

هناك ثلاثة مستويات من تنظيم المادة الوراثية للكائنات حقيقية النواة: الجين ، والكروموسومات ، والجينوم (مستوى التركيب الجيني).

التركيب الأولي للمستوى الجيني هو الجين. يعد نقل الجينات من الوالدين إلى النسل ضروريًا لتنمية سمات معينة فيه. على الرغم من أن العديد من أشكال التباين البيولوجي معروفة ، فإن الاضطراب في بنية الجينات فقط يغير معنى المعلومات الوراثية ، وفقًا لتكوين سمات وخصائص محددة. نظرًا لوجود المستوى الجيني ، فإن الميراث الفردي المنفصل (المنفصل) والمستقل والتغيرات في السمات الفردية ممكنة.

يتم توزيع جينات الخلايا حقيقية النواة في مجموعات على طول الكروموسومات. هذه هي هياكل نواة الخلية ، والتي تتميز بالفردية والقدرة على التكاثر مع الحفاظ على السمات الهيكلية الفردية في عدد من الأجيال. يحدد وجود الكروموسومات تخصيص المستوى الكروموسومي لتنظيم المادة الوراثية. يؤثر وضع الجينات في الكروموسومات على الوراثة النسبية للصفات ، مما يجعل من الممكن التأثير على وظيفة الجين من بيئته الوراثية المباشرة - الجينات المجاورة. يعمل التنظيم الكروموسومي للمادة الوراثية كشرط ضروري لإعادة توزيع الميول الوراثية للوالدين في النسل أثناء التكاثر الجنسي.

على الرغم من التوزيع على الكروموسومات المختلفة ، فإن المجموعة الكاملة من الجينات تتصرف وظيفيًا ككل ، وتشكل نظامًا واحدًا يمثل المستوى الجيني (الجيني) لتنظيم المادة الوراثية. في هذا المستوى ، هناك تفاعل واسع وتأثير متبادل للميول الوراثية ، المترجمة في كل من كروموسومات واحدة ومختلفة. والنتيجة هي المراسلات المتبادلة للمعلومات الجينية للميول الوراثية المختلفة ، وبالتالي تطوير سمات متوازنة في الزمان والمكان والشدة في عملية التولد. يعتمد النشاط الوظيفي للجينات ، وطريقة التكاثر والتغيرات الطفرية في المادة الوراثية أيضًا على خصائص النمط الجيني للكائن الحي أو الخلية ككل. يتضح هذا ، على سبيل المثال ، من خلال نسبية خاصية الهيمنة.

الاتحاد الأوروبي - و heterochromatin.

تظهر بعض الكروموسومات مكثفة وملونة بشكل مكثف أثناء انقسام الخلية. هذه الاختلافات كانت تسمى heteropyknosis. المصطلح " الهيتروكروماتين". هناك كروماتين حقيقي - الجزء الرئيسي من الكروموسومات الانقسامية ، والذي يخضع لدورة طبيعية من فك ضغط الضغط أثناء الانقسام ، و الهيتروكروماتين- مناطق الكروموسومات التي تكون في حالة مضغوطة باستمرار.

في معظم الأنواع حقيقية النواة ، تحتوي الكروموسومات على كليهما الاتحاد الأوروبي- والمناطق غير المتجانسة ، حيث تعتبر الأخيرة جزءًا مهمًا من الجينوم. الهيتروكروماتينتقع في الوسط ، وأحيانًا في مناطق التيلومير. تم العثور على مناطق متغايرة اللون في أذرع متجانسة اللون للكروموسومات. تبدو مثل الإقحامات (الإقحامات) من الهيتروكروماتين إلى كروماتين حقيقي. مثل الهيتروكروماتينتسمى مقحمة. ضغط الكروماتين.كروماتين حقيقي و الهيتروكروماتينتختلف في دورات الضغط. إيه. يمر بدورة كاملة من الضغط-فك الضغط من الطور البيني إلى الطور البيني ، مغاير. يحافظ على حالة من الاكتناز النسبي. تلطيخ تفاضلي.أقسام مختلفة من الكروماتين المتغاير ملطخة بأصباغ مختلفة ، وبعض المناطق - مع بعضها ، والبعض الآخر - بعدة أصباغ. باستخدام الأصباغ المختلفة واستخدام إعادة ترتيب الكروموسومات التي تكسر المناطق غير المتجانسة ، تم تمييز العديد من المناطق الصغيرة في ذبابة الفاكهة حيث يختلف تقارب اللون عن المناطق المجاورة.

10. السمات المورفولوجية للكروموسوم الطوري .

يتكون كروموسوم الطور الطوري من خيطين طوليين من البروتين النووي الريبي منقوص الأكسجين - كروماتيدات ، متصلين ببعضهما البعض في منطقة الانقباض الأساسي - السنترومير. Centromere - قسم منظم بشكل خاص من الكروموسوم ، مشترك بين كل من الكروماتيدات الشقيقة. يقسم السنترومير جسم الكروموسوم إلى ذراعين. اعتمادًا على موقع الانقباض الأساسي ، يتم تمييز الأنواع التالية من الكروموسومات: ذراع متساوية (متري) ، عندما يقع السنترومير في المنتصف ، وتكون الذراعين تقريبًا يساوي طول؛ أذرع غير متساوية (تحت المركز) ، عندما يتم إزاحة السنترومير من منتصف الكروموسوم ، وتكون الأذرع ذات أطوال غير متساوية ؛ على شكل قضيب (acrocentric) ، عندما ينتقل السنترومير إلى أحد طرفي الكروموسوم ويكون ذراعه قصيرًا جدًا. هناك أيضًا كروموسومات نقطية (مركزية) ، ليس لديهم ذراع واحدة ، لكنهم ليسوا في النمط النووي البشري (مجموعة الكروموسومات). في بعض الكروموسومات ، قد تكون هناك قيود ثانوية تفصل منطقة تسمى القمر الصناعي عن جسم الكروموسوم.

يتم استخدام نفس النيوكليوتيدات ، باستثناء النيوكليوتيدات المحتوية على الثايمين ، والتي يتم استبدالها بنكليوتيد مشابه يحتوي على اليوراسيل ، والذي يُشار إليه بالحرف (في الأدبيات الروسية). في جزيئات DNA و RNA ، تصطف النيوكليوتيدات في سلاسل ، وبالتالي يتم الحصول على تسلسل من الحروف الجينية.

تتكون بروتينات جميع الكائنات الحية تقريبًا من 20 نوعًا فقط من الأحماض الأمينية. تسمى هذه الأحماض الأمينية الكنسي. كل بروتين عبارة عن سلسلة أو عدة سلاسل من الأحماض الأمينية متصلة في تسلسل محدد بدقة. يحدد هذا التسلسل بنية البروتين ، وبالتالي جميع خصائصه البيولوجية.

ومع ذلك ، في أوائل الستينيات ، كشفت البيانات الجديدة عن فشل فرضية "الشفرة الخالية من الفاصلة". ثم أظهرت التجارب أن الكودونات ، التي اعتبرها كريك لا معنى لها ، يمكن أن تثير تخليق البروتين في أنبوب اختبار ، وبحلول عام 1965 تم تحديد معنى جميع التوائم البالغ عددها 64. اتضح أن بعض الكودونات ببساطة زائدة عن الحاجة ، أي أن عددًا من الأحماض الأمينية يتم ترميزه بواسطة اثنين أو أربعة أو حتى ستة توائم.

الخصائص

جداول المطابقة من أكواد mRNA والأحماض الأمينية

الكود الجيني شائع لمعظم الكائنات الأولية وحقيقيات النوى. يسرد الجدول جميع الكودونات الـ 64 ويسرد الأحماض الأمينية المقابلة. الترتيب الأساسي من 5 "إلى 3" نهاية mRNA.

الكود الجيني القياسي

الأول يتمركز	القاعدة الثانية								الثالث يتمركز
	يو		ج		أ		جي
يو	UUU	(Phe / F) فينيل ألانين	جامعة كاليفورنيا	(سر / ق) سيرين	UAU	(صور / ص) تيروزين	UGU	(Cys / C) سيستين	يو
	جامعة كاليفورنيا		يونيون كاربايد كوربوريشن		UAC		المحتوى الذي ينشئه المستخدمون		ج
	UUA	(ليو / لتر) لوسين	ش كاليفورنيا		UAA	قف ( أكسيد الرصاص)	UGA	قف ( أوبال)	أ
	UUG		يو سي جي		UAG	قف ( العنبر)	UGG	(TRp / W) التربتوفان	جي
ج	CUU		CCU	(برو / ف) برولين	CAU	(صاحب / ح) الهيستيدين	CGU	(Arg / R) أرجينين	يو
	CUC		CCC		كاك		CGC		ج
	CUA		CCA		CAA	(Gln / Q) الجلوتامين	CGA		أ
	CUG		CCG		CAG		CGG		جي
أ	AUU	(إيل / أنا) إيسولوسين	ACU	(Thr / T) ثريونين	AAU	(Asn / N) الهليون	AGU	(سر / ق) سيرين	يو
	الجامعة الأمريكية بالقاهرة		ACC		AAC		AGC		ج
	AUA		ACA		AAA	(ليس / ك) ليسين	AGA	(Arg / R) أرجينين	أ
	أغسطس	(اجتمع / م) ميثيونين	ACG		AAG		AGG		جي
جي	GUU	(فال / V) فالين	GCU	(علاء / ع) ألانين	GAU	(Asp / D) حمض الأسبارتيك	GGU	(Gly / G) جلايسين	يو
	الجامعة الألمانية بالقاهرة		مجلس التعاون الخليجي		GAC		جي جي سي		ج
	GUA		GCA		GAA	(Glu / E) حمض الجلوتاميك	GGA		أ
	GUG		GCG		أسكت		GGG		جي

رموز كودون AUG للميثيونين وهي أيضًا موقع بدء الترجمة: أول كودون AUG في منطقة تشفير mRNA يعمل كبداية لتخليق البروتين. الجدول العكسي (يشار إلى الكودونات لكل حمض أميني ، وكذلك أكواد الإيقاف)

الاء	GCU ، GCC ، GCA ، GCG	ليو / ل	UUA ، UUG ، CUU ، CUC ، CUA ، CUG
أرغ / ص	CGU ، CGC ، CGA ، CGG ، AGA ، AGG	ليس / ك	AAA ، AAG
أسن / ن	AAU ، AAC	التقى / م	أغسطس
جنوب / د	GAU ، GAC	Phe / F.	UUU ، UUC
Cys / C.	UGU ، UGC	دعم	CCU ، CCC ، CCA ، CCG
جلن / س	CAA ، CAG	Ser / S.	UCU ، UCC ، UCA ، UCG ، AGU ، AGC
صمغ	GAA ، GAG	Thr / T.	ACU ، ACC ، ACA ، ACG
جلاي / جي	GGU ، GGC ، GGA ، GGG	TRP / دبليو	UGG
صاحب / ح	CAU ، CAC	صور / ص	UAU ، UAC
إيل / أنا	AUU ، AUC ، AUA	Val / V	GUU ، GUC ، GUU ، GUG
بداية	أغسطس	قف	UAG ، UGA ، UAA

الاختلافات في الكود الجيني القياسي

تم اكتشاف أول مثال للانحراف عن الشفرة الجينية القياسية في عام 1979 أثناء دراسة جينات الميتوكوندريا البشرية. منذ ذلك الوقت ، تم العثور على العديد من هذه المتغيرات ، بما في ذلك مجموعة متنوعة من رموز الميتوكوندريا البديلة ، مثل قراءة كود الإيقاف UGA باعتباره الكودون الذي يحدد التربتوفان في الميكوبلازما. في البكتيريا والعتائق ، غالبًا ما يتم استخدام GUG و UUG ككودونات بدء. في بعض الحالات ، تبدأ الجينات في الترميز لبروتين ما في كودون بداية يختلف عن ذلك المستخدم عادة من قبل الأنواع.

في بعض البروتينات ، يتم إدخال الأحماض الأمينية غير القياسية مثل سيلينوسيستين والبيروليزين عن طريق ريبوسوم إيقاف قراءة الكودون ، والذي يعتمد على التسلسلات في الرنا المرسال. يعتبر السيلينوسيستين الآن هو الحادي والعشرين ، والبيروليزين هو الثاني والعشرون من الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات.

على الرغم من هذه الاستثناءات ، فإن الشفرة الجينية لجميع الكائنات الحية لها سمات مشتركة: تتكون الكودونات من ثلاثة نيوكليوتيدات ، حيث يتم تحديد أول اثنين ، ويتم ترجمة الكودونات بواسطة الحمض الريبي النووي النقال والريبوزومات إلى سلسلة من الأحماض الأمينية.

الانحرافات عن الكود الجيني القياسي.

مثال	كودون	القيمة المعتادة	يقرأ مثل:
بعض أنواع الخميرة من الجنس الكانديدا	CUG	يسين	هادئ
الميتوكوندريا ، على وجه الخصوص خميرة الخميرة	CU (U ، C ، A ، G)	يسين	هادئ
الميتوكوندريا من النباتات العليا	CGG	أرجينين	التربتوفان
الميتوكوندريا (في جميع الكائنات الحية المدروسة دون استثناء)	UGA	قف	التربتوفان
الجينوم النووي للشركات العملاقة إيبلوتس	UGA	قف	سيستين أو سيلينوسيستين
الميتوكوندريا الثديية ، ذبابة الفاكهة ، سريفيسياوالعديد من البساطة	AUA	آيسولوسين	ميثيونين = البداية
بدائيات النوى	GUG	فالين	يبدأ
حقيقيات النوى (نادر)	CUG	يسين	يبدأ
حقيقيات النوى (نادر)	GUG	فالين	يبدأ
بدائيات النوى (نادر)	UUG	يسين	يبدأ
حقيقيات النوى (نادر)	ACG	ثريونين	يبدأ
الميتوكوندريا الثدييات	AGC ، AGU	هادئ	قف
ذبابة الفاكهة الميتوكوندريا	AGA	أرجينين	قف
الميتوكوندريا الثدييات	AG (A، G)	أرجينين	قف

تطور

يُعتقد أن الشفرة الثلاثية قد تشكلت في وقت مبكر جدًا من مسار تطور الحياة. لكن وجود اختلافات في بعض الكائنات الحية ظهرت في مراحل تطورية مختلفة يشير إلى أنها لم تكن كذلك دائمًا.

وفقًا لبعض النماذج ، كان الرمز موجودًا في البداية في شكل بدائي ، عندما يشير عدد صغير من الكودونات إلى عدد صغير نسبيًا من الأحماض الأمينية. المعنى الأكثر دقة للكودونات و أكثريمكن إدخال الأحماض الأمينية في وقت لاحق. في البداية ، يمكن استخدام أول قاعدتين فقط من القواعد الثلاثة للتعرف [الذي يعتمد على بنية الحمض الريبي النووي النقال].

- لوين ب.الجينات. م: 1987 م 62.

أنظر أيضا

ملاحظات

1. سانجر ف. (1952). "ترتيب الأحماض الأمينية في البروتينات". حال. بروتين كيم. 7 : 1-67. بميد.
2. ايشاس م.الكود البيولوجي. - م: مير ، 1971.
3. واتسون جي دي ، كريك إف إتش (أبريل 1953). "التركيب الجزيئي للأحماض النووية. هيكل للحمض النووي ديوكسيريبوز ". طبيعة. 171 : 737-738. بميد. المرجعي)
4. واتسون جي دي ، كريك إف إتش (مايو 1953). “الآثار الجينية لهيكل حمض الديوكسي ريبونوكلييك”. طبيعة. 171 : 964-967. بميد. الاستخدامات متوقفة | الشهر = المعلمة (مساعدة)
5. كريك إف إتش (أبريل 1966). "الشفرة الجينية - أمس واليوم وغدًا". كولد سبرينج حرب. سيمب. كمية. بيول.: 1-9. بميد. الاستخدامات متوقفة | الشهر = المعلمة (مساعدة)
6. جامو ج. (فبراير 1954). "العلاقة المحتملة بين بنى البروتين والحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين". طبيعة. 173 : 318. DOI: 10.1038 / 173318a0. بميد. الاستخدامات متوقفة | الشهر = المعلمة (مساعدة)
7. جامو ج. ، ريتش أ. ، يكاس م. (1956). “مشكلة نقل المعلومات من الأحماض النووية إلى البروتينات”. حال. بيو إل ميد. فيز. 4 : 23-68. بميد.
8. جامو جي ، يكاس م. (1955). "الارتباط الإحصائي لتكوين البروتين والحمض النووي الريبي". بروك. ناتل. أكاد. الخيال. الولايات المتحدة الأمريكية. 41 : 1011-1019. بميد.
9. كريك إف إتش ، غريفيث جي إس ، أورجيل إل إي (1957).

وزارة التربية والعلوم الاتحاد الروسيالوكالة الاتحادية للتعليم

حالة مؤسسة تعليميةأعلى التعليم المهني"ولاية ألتاي جامعة فنيةهم. أنا. بولزونوف "

قسم العلوم الطبيعية وتحليل النظام

مقال حول موضوع "الكود الجيني"

1. مفهوم الكود الجيني

3. المعلومات الجينية

فهرس

1. مفهوم الكود الجيني

الكود الجيني هو نظام موحد لتسجيل المعلومات الوراثية في جزيئات الحمض النووي في شكل سلسلة من النيوكليوتيدات ، المميزة للكائنات الحية. يُشار إلى كل نوكليوتيد بحرف كبير يبدأ باسم القاعدة النيتروجينية التي تشكل جزءًا منه: - أ (أ) الأدينين ؛ - G (G) جوانين ؛ - C (C) السيتوزين ؛ - T (T) الثايمين (في DNA) أو U (U) uracil (في mRNA).

يتم تنفيذ الكود الجيني في الخلية على مرحلتين: النسخ والترجمة.

أولها يحدث في النواة. يتكون من تخليق جزيئات الرنا المرسال في الأقسام المقابلة من الحمض النووي. في هذه الحالة ، يتم "إعادة كتابة" تسلسل نوكليوتيدات الحمض النووي في تسلسل نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي. المرحلة الثانية تحدث في السيتوبلازم ، على الريبوسومات ؛ في هذه الحالة ، يتم ترجمة تسلسل النوكليوتيدات لـ i-RNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين: تستمر هذه المرحلة بمشاركة RNA (t-RNA) والإنزيمات المقابلة.

2. خصائص الكود الجيني

1. الثلاثية

يتم ترميز كل حمض أميني بواسطة سلسلة من 3 نيوكليوتيدات.

الثلاثي أو الكودون هو سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات ترمز لحمض أميني واحد.

لا يمكن أن يكون الرمز أحاديًا ، حيث أن 4 (عدد النيوكليوتيدات المختلفة في الحمض النووي) أقل من 20. لا يمكن أن تكون الشفرة مزدوجة ، لأن 16 (عدد التوليفات والتباديلات لـ 4 نيوكليوتيدات في 2) أقل من 20. يمكن أن يكون الرمز ثلاثيًا ، لأن 64 (عدد التوليفات والتبديلات من 4 إلى 3) أكبر من 20.

2. الانحطاط.

جميع الأحماض الأمينية ، باستثناء الميثيونين والتريبتوفان ، مشفرة بأكثر من ثلاثة توائم: 2 من الأحماض الأمينية 1 ثلاثية = 2 9 أحماض أمينية 2 ثلاثة توائم لكل منها = 18 1 حمض أميني 3 ثلاثة توائم = 3 5 أحماض أمينية 4 ثلاثة توائم لكل منها = 20 3 أحماض أمينية 6 ثلاثة توائم لكل منها = 18 إجمالي 61 كود ثلاثي لكل 20 حمضًا أمينيًا.

3. وجود علامات الترقيم بين الجينات.

الجين هو جزء من الحمض النووي يرمز لسلسلة عديد ببتيد واحدة أو جزيء واحد من الحمض النووي الريبي ، أو الرنا الريباسي ، أو الرنا الريباسي.

لا تقوم جينات الرنا الريباسي و الرنا الرناوي و الرنا الرناوي بتشفير البروتينات.

في نهاية كل جين يشفر بولي ببتيد ، يوجد واحد على الأقل من 3 أكواد إنهاء ، أو إشارات توقف: UAA ، UAG ، UGA. قاموا بإنهاء البث.

بشكل تقليدي ، ينتمي كودون AUG أيضًا إلى علامات الترقيم - الأولى بعد التسلسل الرئيسي. ينفذ وظيفة الحرف الكبير. في هذا الموقف ، يتم ترميز الفورميل ميثيونين (في بدائيات النوى).

4. التفرد.

كل ثلاثة توائم يشفر حمض أميني واحد فقط أو عبارة عن فاصل ترجمة.

الاستثناء هو كودون AUG. في بدائيات النوى في المركز الأول ( الحرف الكبير) يرمز إلى فورميل ميثيونين ، وفي أي رموز أخرى للميثيونين.

5. الضغط ، أو عدم وجود علامات الترقيم داخل الجين.

داخل الجين ، كل نوكليوتيد هو جزء من كودون مهم.

في عام 1961 أثبت سيمور بينزر وفرانسيس كريك تجريبياً أن الشفرة ثلاثية ومضغوطة.

جوهر التجربة: الطفرة "+" - إدخال نوكليوتيد واحد. "-" الطفرة - فقدان أحد النوكليوتيدات. طفرة واحدة "+" أو "-" في بداية الجين تفسد الجين بأكمله. كما أن الطفرة المزدوجة "+" أو "-" تفسد الجين بأكمله. الطفرة الثلاثية "+" أو "-" في بداية الجين تفسد جزءًا فقط منه. الطفرة الرباعية "+" أو "-" تفسد الجين بأكمله مرة أخرى.

أثبتت التجربة أن الشفرة ثلاثية ولا توجد علامات ترقيم داخل الجين. أجريت التجربة على جينين متجاورين من الملتهمة وأظهرت ، بالإضافة إلى ذلك ، وجود علامات ترقيم بين الجينات.

3. المعلومات الجينية

المعلومات الجينية هي برنامج لخصائص الكائن الحي ، يتم استلامها من أسلافها ومضمنة في الهياكل الوراثية في شكل رمز جيني.

من المفترض أن تكون المعلومات الجينية تتم وفقًا للمخطط: العمليات الجيوكيميائية - تكوين المعادن - التحفيز التطوري (التحفيز الذاتي).

من الممكن أن تكون الجينات البدائية الأولى عبارة عن بلورات جريزوفولفين من الطين ، وتصطف كل طبقة جديدة من الطين وفقًا للسمات الهيكلية السابقة ، كما لو كانت تتلقى معلومات حول التركيب منها.

يحدث إدراك المعلومات الوراثية في عملية تخليق جزيئات البروتين بمساعدة ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي: المعلوماتية (مرنا) ، والنقل (الحمض الريبي النووي النقال) والرايبوسوم (الرنا الريباسي). تمر عملية نقل المعلومات: - من خلال قناة الاتصال المباشر: DNA - RNA - بروتين ؛ و- عبر قناة التغذية الراجعة: البيئة - البروتين - الحمض النووي.

الكائنات الحية قادرة على تلقي المعلومات وتخزينها ونقلها. علاوة على ذلك ، تميل الكائنات الحية إلى استخدام المعلومات الواردة عن نفسها والعالم من حولها بأكبر قدر ممكن من الكفاءة. تنتقل المعلومات الوراثية المضمنة في الجينات والضرورية للكائن الحي للوجود والتطور والتكاثر من كل فرد إلى نسله. تحدد هذه المعلومات اتجاه تطور الكائن الحي ، وفي عملية تفاعله مع البيئة ، يمكن أن يتشوه رد الفعل تجاه فرده ، وبالتالي ضمان تطور تطور الأحفاد. في عملية تطور الكائن الحي ، تظهر معلومات جديدة ويتم تذكرها ، بما في ذلك قيمة المعلومات التي تزداد.

في سياق تنفيذ المعلومات الوراثية في ظل ظروف بيئية معينة ، يتم تشكيل النمط الظاهري للكائنات الحية لنوع بيولوجي معين.

تحدد المعلومات الجينية التركيب المورفولوجي ، والنمو ، والتطور ، والتمثيل الغذائي ، والمستودع العقلي ، والاستعداد للأمراض والعيوب الوراثية في الجسم.

أكد العديد من العلماء ، بحق ، على دور المعلومات في تكوين الكائنات الحية وتطورها ، أن هذا الظرف هو أحد المعايير الرئيسية للحياة. لذا ، ف. يعتقد كاراجودين أن: "الحياة هي شكل من أشكال وجود المعلومات والتراكيب المشفرة بها ، مما يضمن استنساخ هذه المعلومات في ظروف بيئية مناسبة". كما لاحظ أ. أ. ارتباط المعلومات بالحياة. ليابونوف: "الحياة هي حالة من المادة شديدة التنظيم تستخدم المعلومات المشفرة بواسطة حالات الجزيئات الفردية لتطوير تفاعلات مستمرة." قام عالم الفيزياء الفلكية المعروف ن. يؤكد كارداشيف أيضًا على عنصر المعلومات في الحياة: "تنشأ الحياة بسبب إمكانية تخليق نوع خاص من الجزيئات القادرة على تذكر واستخدام أبسط المعلومات في البداية حول بيئةوبنيتهم ​​الخاصة ، التي يستخدمونها للحفاظ على الذات ، والتكاثر ، وهو أمر مهم بشكل خاص بالنسبة لنا ، للحصول على مزيد من المعلومات. "عالم البيئة س. تخضع للاختيار ، ولكن النمط الوراثي لجميع السكان ، ولكن يتم تنفيذها من خلال السمات المظهرية للأفراد الأفراد ، وهذا يؤدي إلى انتشار التغييرات المفيدة في جميع السكان.وبالتالي ، فإن آلية التطور تتحقق من خلال العشوائية الطفرات المستوى الجيني، ومن خلال وراثة السمات الأكثر قيمة (قيمة المعلومات!) ، والتي تحدد تكيف السمات الطفرية مع البيئة ، مما يوفر النسل الأكثر قابلية للحياة.

التغيرات المناخية الموسمية ، طبيعية أو مختلفة كوارث من صنع الإنسانمن ناحية ، تؤدي إلى تغيير في تكرار تكرار الجينات في السكان ، ونتيجة لذلك ، إلى انخفاض في التباين الوراثي. تسمى هذه العملية أحيانًا بالانحراف الجيني. ومن ناحية أخرى ، إلى تغييرات في تركيز الطفرات المختلفة وانخفاض في تنوع الأنماط الجينية الموجودة في السكان ، مما قد يؤدي إلى تغييرات في اتجاه وشدة إجراء الانتقاء.

4. فك الشفرة الوراثية البشرية

في مايو 2006 ، نشر العلماء الذين يعملون على تسلسل الجينوم البشري خريطة جينية كاملة للكروموسوم 1 ، والذي كان آخر كروموسوم بشري غير كامل التسلسل.

نُشرت خريطة جينية بشرية أولية في عام 2003 ، إيذانا بنهاية رسمية لمشروع الجينوم البشري. في إطاره ، تم تسلسل شظايا الجينوم التي تحتوي على 99 ٪ من الجينات البشرية. كانت دقة تحديد الجينات 99.99٪. ومع ذلك ، في نهاية المشروع ، تم تسلسل أربعة كروموسومات فقط من أصل 24 كروموسومًا بشكل كامل. الحقيقة هي أنه بالإضافة إلى الجينات ، تحتوي الكروموسومات على أجزاء لا تشفر أي سمات ولا تشارك في تخليق البروتين. لا يزال الدور الذي تلعبه هذه الشظايا في حياة الكائن الحي غير معروف ، لكن المزيد والمزيد من الباحثين يميلون إلى الاعتقاد بأن دراستهم تتطلب اهتمامًا وثيقًا.

في عملية التمثيل الغذائي في الجسم دور قيادي ينتمي إلى البروتينات والأحماض النووية.
تشكل المواد البروتينية أساس جميع هياكل الخلايا الحيوية ، ولها تفاعل عالي بشكل غير عادي ، وتتمتع بوظائف تحفيزية.
الأحماض النووية جزء من أهم هيئةالخلايا - النوى ، وكذلك السيتوبلازم ، الريبوسومات ، الميتوكوندريا ، إلخ. تلعب الأحماض النووية دورًا رئيسيًا مهمًا في الوراثة ، وتقلبات الجسم ، وتخليق البروتين.

يخططنتيجة الجمع بين الطريحة والنقيضة يتم تخزين البروتين في نواة الخلية ، ويحدث التركيب المباشر خارج النواة ، لذلك فهو ضروري خدمة التوصيلمشفر خطة من النواة إلى موقع التوليف. يتم تنفيذ خدمة التوصيل هذه بواسطة جزيئات RNA.

تبدأ العملية في النواة الخلايا: جزء من "سلم" الحمض النووي ينفتح ويفتح. نتيجة لذلك ، تشكل أحرف RNA روابط مع أحرف DNA المفتوحة لإحدى خيوط DNA. يقوم الإنزيم بنقل أحرف RNA لربطها في خيط. لذلك تتم إعادة كتابة أحرف DNA إلى أحرف RNA. يتم فصل سلسلة RNA المشكلة حديثًا ، ويلتوى "سلم" الحمض النووي مرة أخرى. تسمى عملية قراءة المعلومات من الحمض النووي وتوليف قالب الحمض النووي الريبي الخاص به النسخ ، ويسمى الحمض النووي الريبي المركب بالمعلومات أو ط- RNA .

بعد مزيد من التعديلات ، يكون هذا النوع من mRNA المشفر جاهزًا. ط- RNA يخرج من النواةويذهب إلى موقع تخليق البروتين ، حيث يتم فك رموز الأحرف i-RNA. كل مجموعة من ثلاثة أحرف من i-RNA تشكل "حرفًا" يرمز إلى حمض أميني معين.

نوع آخر من الحمض النووي الريبي يبحث عن هذا الحمض الأميني ، يلتقطه بمساعدة إنزيم ، ويوصله إلى موقع تخليق البروتين. يسمى هذا RNA نقل RNA ، أو tRNA. أثناء قراءة رسالة mRNA وترجمتها ، تنمو سلسلة الأحماض الأمينية. تلتف هذه السلسلة وتطوي في شكل فريد ، مكونة نوعًا واحدًا من البروتين. حتى عملية طي البروتين رائعة: استخدام الكمبيوتر لحساب كل شيء والخياراتسوف يستغرق الأمر 1027 سنة (!) لطي بروتين متوسط ​​الحجم يتكون من 100 حمض أميني. ولتشكيل سلسلة من 20 حمضًا أمينيًا في الجسم ، لا تستغرق أكثر من ثانية واحدة ، وتحدث هذه العملية بشكل مستمر في جميع خلايا الجسم.

الجينات والشفرة الجينية وخصائصها.

يعيش حوالي 7 مليارات شخص على الأرض. باستثناء 25-30 مليون زوج من التوائم المتماثلة ، ثم جينيا كل الناس مختلفون : كل ​​منها فريد من نوعه ، له خصائص وراثية فريدة ، سمات شخصية ، قدرات ، مزاج.

يتم شرح هذه الاختلافات الاختلافات في الأنماط الجينية- مجموعات من جينات الكائن الحي ؛ كل واحد فريد. تتجسد السمات الجينية لكائن معين في البروتينات - وبناءً على ذلك ، تختلف بنية البروتين لدى شخص ما ، على الرغم من اختلافها قليلاً ، عن بروتين شخص آخر.

هذا ليس ما اعنيهأن البشر لا يمتلكون بالضبط نفس البروتينات. قد تكون البروتينات التي تؤدي نفس الوظائف هي نفسها أو تختلف اختلافًا طفيفًا جدًا بواحد أو اثنين من الأحماض الأمينية عن بعضها البعض. ولكن غير موجود على الأرض من البشر (باستثناء التوائم المتطابقة) ، حيث ستكون جميع البروتينات هي نفسها .

معلومات حول التركيب الأساسي للبروتينمشفرة كسلسلة من النيوكليوتيدات في جزء من جزيء DNA ، الجين - وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي. يحتوي كل جزيء DNA على العديد من الجينات. يتكون مجموع كل جينات الكائن الحي من الطراز العرقى . في هذا الطريق،

الجين هو وحدة المعلومات الوراثية للكائن الحي ، والتي تتوافق مع قسم منفصل من الحمض النووي

يتم ترميز المعلومات الوراثية باستخدام الكود الجيني ، وهو عالمي لجميع الكائنات الحية ويختلف فقط في تناوب النيوكليوتيدات التي تشكل الجينات وترمز لبروتينات كائنات معينة.

الكود الجيني يتكون من ثلاثة توائم (ثلاثة توائم) من نيوكليوتيدات الحمض النووي ، مجتمعة في تسلسلات مختلفة (AAT ، HCA ، ACG ، THC ، إلخ) ، كل منها يشفر حمض أميني معين (والذي سيتم بناؤه في سلسلة البولي ببتيد).

فعلا الشفرة العد تسلسل النيوكليوتيدات في جزيء i-RNA ، لأن يزيل المعلومات من الحمض النووي (العملية النسخ ) ويترجمها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتينات المركبة (عملية البث ).
يتضمن تكوين mRNA النيوكليوتيدات A-C-G-U ، والتي تسمى ثلاثة توائم منها الكودونات : سيصبح الثلاثي DNA CHT على mRNA ثلاثي HCA ، وسيصبح ثلاثي AAG DNA ثلاثي UUC. بالضبط أكواد i-RNA يعكس الشفرة الجينية في السجل.

في هذا الطريق، الكود الجيني - نظام موحد لتسجيل المعلومات الوراثية في جزيئات الحمض النووي في شكل سلسلة من النيوكليوتيدات . يعتمد الكود الجيني على استخدام أبجدية تتكون من أربعة أحرف نوكليوتيد فقط تختلف في القواعد النيتروجينية: A ، T ، G ، C.

الخصائص الرئيسية للشفرة الجينية:

1. الكود الجيني ثلاثة توائم. الثلاثي (الكودون) هو سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات ترمز لحمض أميني واحد. نظرًا لأن البروتينات تحتوي على 20 نوعًا من الأحماض الأمينية ، فمن الواضح أنه لا يمكن ترميز كل منها بواسطة نيوكليوتيد واحد ( نظرًا لوجود أربعة أنواع فقط من النيوكليوتيدات في الحمض النووي ، في هذه الحالة يبقى 16 حمضًا أمينيًا غير مشفر). كما أن اثنين من النيوكليوتيدات لترميز الأحماض الأمينية لا يكفيان أيضًا ، لأنه في هذه الحالة يمكن فقط ترميز 16 حمضًا أمينيًا. هذا يعني أن أقل عدد من النيوكليوتيدات يشفر حمض أميني واحد يجب أن يكون ثلاثة على الأقل. في هذه الحالة ، يكون عدد التوائم الثلاثية الممكنة للنيوكليوتيدات هو 43 = 64.

2. التكرار (انحلال)الكود هو نتيجة لطبيعته الثلاثية ويعني أن حمض أميني واحد يمكن ترميزه بعدة ثلاثة توائم (حيث يوجد 20 حمضًا أمينيًا ، وهناك 64 ثلاثيًا) ، باستثناء الميثيونين والتربتوفان ، والتي يتم ترميزها بواسطة واحد فقط ثلاثة توائم. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي بعض ثلاثة توائم وظائف محددة: في جزيء mRNA ، ثلاثة توائم UAA ، UAG ، UGA - إنهاء الكودونات ، أي قف-الإشارات التي توقف تخليق سلسلة البولي ببتيد. لا يقوم الثلاثي المقابل للميثيونين (AUG) ، الذي يقف في بداية سلسلة الحمض النووي ، بتشفير حمض أميني ، ولكنه يؤدي وظيفة بدء القراءة (المثيرة).

3. غموض الكود - إلى جانب التكرار ، يمتلك الرمز الخاصية التفرد : كل ​​كودون يطابق فقط واحدحمض أميني محدد.

4. علاقة خطية متداخلة الكود ، أي تسلسل النيوكليوتيدات في الجين بالضبطيتوافق مع تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.

5. الكود الجيني غير متداخلة ومضغوطة ، أي لا يحتوي على "علامات الترقيم". هذا يعني أن عملية القراءة لا تسمح بإمكانية تداخل الأعمدة (ثلاثة توائم) ، وبدءًا من كودون معين ، تستمر القراءة ثلاث مرات بثلاثة أضعاف حتى قف-إشارات ( أكواد الإنهاء).

6. الكود الجيني عالمي ، أي أن الجينات النووية لجميع الكائنات الحية تقوم بتشفير المعلومات حول البروتينات بنفس الطريقة ، بغض النظر عن مستوى التنظيم و موقف منهجيهذه الكائنات الحية.

يخرج جداول الكود الجيني لفك التشفير الكودونات i-RNA وسلاسل بناء من جزيئات البروتين.

تفاعلات تركيب المصفوفة.

في الأنظمة الحية ، توجد ردود أفعال غير معروفة في الطبيعة غير الحية - تفاعلات تركيب المصفوفة.

مصطلح "المصفوفة"في التكنولوجيا ، يشيرون إلى الشكل المستخدم في صب العملات المعدنية والميداليات ونوع الطباعة: يعيد المعدن المقوى إنتاج جميع تفاصيل النموذج المستخدم في الصب. توليف المصفوفةيشبه الصب على مصفوفة: يتم تصنيع الجزيئات الجديدة بما يتفق بدقة مع الخطة الموضوعة في بنية الجزيئات الموجودة بالفعل.

يكمن مبدأ المصفوفة في الصميمأهم التفاعلات التركيبية للخلية ، مثل تخليق الأحماض النووية والبروتينات. في هذه التفاعلات ، يتم توفير تسلسل دقيق ومحدد بدقة للوحدات الأحادية في البوليمرات المركبة.

هذا هو حيث الاتجاه سحب المونومرات إلى موقع معينالخلايا - إلى جزيئات تعمل كمصفوفة حيث يحدث التفاعل. إذا حدثت مثل هذه التفاعلات نتيجة تصادم عشوائي للجزيئات ، فستتقدم ببطء إلى ما لا نهاية. يتم تركيب الجزيئات المعقدة على أساس مبدأ المصفوفة بسرعة وبدقة. دور المصفوفة تلعب الجزيئات الكبيرة من الأحماض النووية في تفاعلات المصفوفة DNA أو RNA .

جزيئات أحادية، التي يتم من خلالها تصنيع البوليمر - النيوكليوتيدات أو الأحماض الأمينية - وفقًا لمبدأ التكامل يتم ترتيبها وتثبيتها على المصفوفة بترتيب محدد بدقة ومحدد مسبقًا.

ثم يأتي "التشابك" لوحدات المونومر في سلسلة بوليمر، ويتم إسقاط البوليمر النهائي من المصفوفة.

بعد ذلك المصفوفة جاهزةلتجميع جزيء بوليمر جديد. من الواضح أنه مثل عملة واحدة فقط ، يمكن صب حرف واحد على قالب معين ، لذلك يمكن "تجميع" بوليمر واحد فقط على جزيء مصفوفة معين.

نوع مصفوفة من ردود الفعل- سمة محددة لكيمياء النظم الحية. هم الأساس الملكية الأساسيةلكل الكائنات الحية - قدرتها على إعادة إنتاج نوعها.

تفاعلات تركيب المصفوفة

1. تكرار الحمض النووي - النسخ المتماثل (من خط الطول. النسخ المتماثل - التجديد) - عملية تخليق جزيء ابنة من حمض الديوكسي ريبونوكلييك على مصفوفة جزيء DNA الأصل. أثناء الانقسام اللاحق للخلية الأم ، تتلقى كل خلية ابنة نسخة واحدة من جزيء DNA مطابق للحمض النووي للخلية الأم الأصلية. تضمن هذه العملية النقل الدقيق للمعلومات الجينية من جيل إلى جيل. يتم إجراء تكرار الحمض النووي بواسطة مركب إنزيم معقد ، يتكون من 15-20 بروتينًا مختلفًا ، يُسمى ريبيزوم . مادة التوليف هي نيوكليوتيدات حرة موجودة في سيتوبلازم الخلايا. يكمن المعنى البيولوجي للتكاثر في النقل الدقيق للمعلومات الوراثية من الجزيء الأصل إلى الجزيء الابنة ، والذي يحدث عادةً أثناء انقسام الخلايا الجسدية.

يتكون جزيء الحمض النووي من خيطين متكاملين. ترتبط هذه السلاسل ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية ضعيفة يمكن أن تنكسر بواسطة الإنزيمات. جزيء الحمض النووي قادر على المضاعفة الذاتية (النسخ المتماثل) ، ويتم تصنيع نصف جديد منه في كل نصف قديم من الجزيء.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تصنيع جزيء mRNA على جزيء DNA ، والذي يقوم بعد ذلك بنقل المعلومات الواردة من DNA إلى موقع تخليق البروتين.

يتبع نقل المعلومات وتخليق البروتين مبدأ المصفوفة ، يمكن مقارنته بعمل المطبعة في المطبعة. يتم نسخ المعلومات من الحمض النووي مرارًا وتكرارًا. إذا حدثت أخطاء أثناء النسخ ، فسوف تتكرر في جميع النسخ اللاحقة.

صحيح أن بعض الأخطاء في نسخ المعلومات بواسطة جزيء DNA يمكن تصحيحها - تسمى عملية إزالة الأخطاء تعويضات. أول التفاعلات في عملية نقل المعلومات هو تكرار جزيء DNA وتوليف خيوط DNA الجديدة.

2. النسخ (من النسخ اللاتينية - إعادة الكتابة) - عملية تخليق الحمض النووي الريبي باستخدام الحمض النووي كقالب ، والتي تحدث في جميع الخلايا الحية. بمعنى آخر ، إنه نقل المعلومات الجينية من DNA إلى RNA.

يتم تحفيز النسخ بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي. يتحرك بوليميراز الحمض النووي الريبي على طول جزيء الحمض النووي في الاتجاه 3 "→ 5". يتكون النسخ من خطوات البدء والاستطالة والإنهاء . وحدة النسخ هي أوبرون ، وهو جزء من جزيء الحمض النووي يتكون من المروج ، والجزء المكتوب ، والمنهي . يتكون i-RNA من خيط واحد ويتم تصنيعه على DNA وفقًا لقاعدة التكامل بمشاركة إنزيم ينشط بداية ونهاية تخليق جزيء i-RNA.

يدخل جزيء الرنا المرسال النهائي إلى السيتوبلازم على الريبوسومات ، حيث يتم تركيب سلاسل البولي ببتيد.

3. إذاعة (من اللات. ترجمة- النقل ، الحركة) - عملية تخليق البروتين من الأحماض الأمينية على مصفوفة المعلومات (المصفوفة) RNA (mRNA ، mRNA) التي يقوم بها الريبوسوم. بمعنى آخر ، هذه هي عملية ترجمة المعلومات الواردة في تسلسل النوكليوتيدات لـ i-RNA إلى تسلسل الأحماض الأمينية في عديد الببتيد.

4. النسخ العكسي هي عملية تكوين DNA مزدوج الشريطة بناءً على معلومات من الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة. تسمى هذه العملية النسخ العكسي ، حيث يحدث نقل المعلومات الجينية في الاتجاه "العكسي" بالنسبة إلى النسخ. كانت فكرة النسخ العكسي في البداية غير شعبية للغاية ، لأنها تتعارض مع العقيدة المركزية البيولوجيا الجزيئية، مما يشير إلى أن الحمض النووي يُنسخ إلى RNA ثم يُترجم إلى بروتينات.

ومع ذلك ، في عام 1970 ، اكتشف كل من Temin و Baltimore بشكل مستقل إنزيمًا يسمى نسخة عكسية (رجوع) ، وتم التأكيد أخيرًا على إمكانية النسخ العكسي. في عام 1975 ، تم منح Temin و Baltimore جائزة نوبلفي مجال علم وظائف الأعضاء والطب. بعض الفيروسات (مثل فيروس نقص المناعة البشرية الذي يسبب الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية) لديها القدرة على نسخ الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي. فيروس نقص المناعة البشرية لديه جينوم الحمض النووي الريبي الذي يندمج في الحمض النووي. نتيجة لذلك ، يمكن دمج الحمض النووي للفيروس مع جينوم الخلية المضيفة. يسمى الإنزيم الرئيسي المسؤول عن تخليق الحمض النووي من الحمض النووي الريبي العودة. إحدى وظائف الانعكاس هي الخلق الحمض النووي التكميلي (كدنا) من الجينوم الفيروسي. يشق إنزيم الريبونوكلياز المرتبط الحمض النووي الريبي ، ويصنع إنزيم الريكسيتاز (كدنا) من الحلزون المزدوج للحمض النووي. تم دمج (كدنا) في جينوم الخلية المضيفة عن طريق التكامل. النتيجه هي تخليق البروتينات الفيروسية بواسطة الخلية المضيفةالتي تشكل فيروسات جديدة. في حالة فيروس نقص المناعة البشرية ، يتم أيضًا برمجة موت الخلايا المبرمج (موت الخلايا) للخلايا اللمفاوية التائية. في حالات أخرى ، قد تظل الخلية موزعًا للفيروسات.

يمكن تمثيل تسلسل تفاعلات المصفوفة في التخليق الحيوي للبروتين كرسم تخطيطي.

في هذا الطريق، تخليق البروتين- هذا أحد أنواع التبادل البلاستيكي ، حيث تتحقق المعلومات الوراثية المشفرة في جينات الحمض النووي في تسلسل معين من الأحماض الأمينية في جزيئات البروتين.

جزيئات البروتين هي في الأساس سلاسل بولي ببتيدتتكون من الأحماض الأمينية الفردية. لكن الأحماض الأمينية ليست نشطة بما يكفي للتواصل مع بعضها البعض من تلقاء نفسها. لذلك ، قبل أن تتحد مع بعضها البعض وتشكل جزيء بروتين ، يجب أن تتحد الأحماض الأمينية تفعيل . يحدث هذا التنشيط تحت تأثير إنزيمات خاصة.

نتيجة للتنشيط ، يصبح الحمض الأميني أكثر قابلية للتغير ، وتحت تأثير نفس الإنزيم ، يرتبط بـ t- RNA. يتوافق كل حمض أميني مع عنصر t محدد بدقة RNA، والتي تجد "لها" الأحماض الأمينية و يتحملفي الريبوسوم.

لذلك ، يتلقى الريبوسوم مختلفًا تنشيط الأحماض الأمينية المرتبطة بهم T- RNA. الريبوسوم مثل ناقللتجميع سلسلة بروتين من مختلف الأحماض الأمينية التي تدخلها.

بالتزامن مع t-RNA ، حيث "يجلس" الحمض الأميني الخاص به ، " الإشارة»من الحمض النووي الموجود في النواة. وفقًا لهذه الإشارة ، يتم تصنيع بروتين واحد أو آخر في الريبوسوم.

لا يتم تنفيذ التأثير التوجيهي للحمض النووي على تخليق البروتين بشكل مباشر ، ولكن بمساعدة وسيط خاص - مصفوفةأو رسول RNA (مرناأو ط- RNA)، أي توليفها في النواةلا يتأثر بالحمض النووي ، لذا فإن تركيبته تعكس تكوين الحمض النووي. جزيء الحمض النووي الريبي ، كما كان ، هو قالب من شكل الحمض النووي. يدخل mRNA المركب الريبوسوم وينقله ، كما كان ، إلى هذا الهيكل خطة- في أي ترتيب يجب أن تتحد الأحماض الأمينية المنشطة التي تدخل الريبوسوم مع بعضها البعض من أجل تصنيع بروتين معين. غير ذلك، يتم نقل المعلومات الجينية المشفرة في الحمض النووي إلى mRNA ثم إلى البروتين.

يدخل جزيء mRNA الريبوسوم و ومضاتلها. يتم تحديد ذلك الجزء الموجود حاليًا في الريبوسوم كودون (ثلاثي)، يتفاعل بطريقة محددة تمامًا مع بنية مناسبة لها ثلاثي (أنتيكودون)في نقل الحمض النووي الريبي الذي جلب الحمض الأميني إلى الريبوسوم.

يقترب نقل الحمض النووي الريبي بحمضه الأميني من كودون معين من الرنا المرسال و يربطمعه إلى الموقع التالي المجاور لـ i-RNA ينضم إلى الحمض الريبي النووي النقال آخر مع حمض أميني مختلفوهكذا حتى يتم قراءة سلسلة i-RNA بأكملها ، حتى يتم ربط جميع الأحماض الأمينية بالترتيب المناسب ، مكونة جزيء بروتين. و t-RNA ، الذي نقل الحمض الأميني إلى موقع معين من سلسلة البولي ببتيد ، تحرر من الأحماض الأمينيةويخرج الريبوسوم.

ثم مرة أخرى في السيتوبلازم ، يمكن للحمض الأميني المرغوب أن ينضم إليه ، وسوف ينقله مرة أخرى إلى الريبوسوم. في عملية تخليق البروتين ، لا تشارك ريبوسومات واحدة ، بل عدة ريبوسومات ، بوليريبوسومات ، في نفس الوقت.

المراحل الرئيسية لنقل المعلومات الجينية:

1. توليف على DNA كما في قالب mRNA (النسخ)
2. توليف سلسلة البولي ببتيد في الريبوسومات وفقًا للبرنامج الوارد في i-RNA (ترجمة) .

المراحل عالمية لجميع الكائنات الحية ، لكن العلاقات الزمانية والمكانية لهذه العمليات تختلف في البدائل وحقيقيات النوى.

في بدائيات النوىيمكن أن يحدث النسخ والترجمة في وقت واحد لأن الحمض النووي يقع في السيتوبلازم. في حقيقيات النوىيتم فصل النسخ والترجمة بشكل صارم في المكان والزمان: يحدث تخليق مختلف الحمض النووي الريبي في النواة ، وبعد ذلك يجب أن تغادر جزيئات الحمض النووي الريبي النواة ، مروراً بالغشاء النووي. ثم يتم نقل الحمض النووي الريبي في السيتوبلازم إلى موقع تخليق البروتين.

لا يخفى على أحد اليوم أن برنامج الحياة لجميع الكائنات الحية مكتوب على جزيء الحمض النووي. أسهل طريقة للتفكير في جزيء الحمض النووي هي السلم الطويل. تتكون القوائم الرأسية لهذا السلم من جزيئات السكر والأكسجين والفوسفور. يتم تسجيل جميع معلومات العمل المهمة في الجزيء على درجات السلم - وهي تتكون من جزيئين ، كل منهما متصل بأحد الرفوف الرأسية. تسمى جزيئات القاعدة النيتروجينية الأدينين ، والجوانين ، والثايمين ، والسيتوزين ، ولكن يشار إليها عادةً بالأحرف A و G و T و C. شكل هذه الجزيئات يسمح لها بتكوين روابط - خطوات كاملة - فقط نوع معين. هذه هي الروابط بين القاعدتين A و T وبين القاعدتين G و C (يسمى الزوج المتشكل بهذه الطريقة "زوج من الأسباب"). لا يمكن أن يكون هناك أنواع أخرى من الروابط في جزيء الحمض النووي.

تنزل الخطوات على طول خيط واحد من جزيء الحمض النووي ، تحصل على تسلسل القواعد. هذه الرسالة في شكل سلسلة من القواعد هي التي تحدد تدفق التفاعلات الكيميائية في الخلية ، وبالتالي ، خصائص الكائن الحي الذي يحتوي على هذا الحمض النووي. وفقًا للعقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية ، يتم ترميز المعلومات المتعلقة بالبروتينات في جزيء الحمض النووي ، والذي بدوره يعمل كإنزيمات ( سم.المحفزات والإنزيمات) ، تنظم كل شيء تفاعلات كيميائيةفي الكائنات الحية.

يُطلق على التطابق الصارم بين تسلسل أزواج القواعد في جزيء الحمض النووي وتسلسل الأحماض الأمينية التي تشكل إنزيمات البروتين الرمز الجيني. تم فك الشفرة الجينية بعد فترة وجيزة من اكتشاف بنية الحمض النووي مزدوجة الشريطة. وكان معروفا أن الجزيء المكتشف حديثا معلوماتية، أو مصفوفةيحمل RNA (mRNA أو mRNA) معلومات مكتوبة على DNA. أجرى عالما الكيمياء الحيوية مارشال دبليو نيرنبرغ وجيه. هاينريش ماتاي من المعاهد الوطنية للصحة في بيثيسدا ، واشنطن العاصمة ، التجارب الأولى التي أدت إلى تفكيك الشفرة الجينية.

لقد بدأوا بتوليف جزيئات mRNA الاصطناعية التي تتكون فقط من تكرار القاعدة النيتروجينية (التي تشبه الثايمين ، "T" ، وتشكل روابط فقط مع الأدينين ، "A" ، من جزيء الحمض النووي). لقد أضافوا mRNAs لاختبار الأنابيب بمزيج من الأحماض الأمينية ، مع واحد فقط من الأحماض الأمينية في كل أنبوب مُصنَّف بعلامة إشعاعية. وجد الباحثون أن الرنا المرسال الذي تم تصنيعه صناعياً بواسطتهم بدأ في تكوين البروتين في أنبوب اختبار واحد فقط ، حيث تم العثور على الحمض الأميني فينيل ألانين. لذلك أثبتوا أن التسلسل "-U-U-U-" على جزيء الرنا المرسال (وبالتالي ، التسلسل المكافئ "-A-A-A-" على جزيء الحمض النووي) يشفر بروتينًا يتكون فقط من الحمض الأميني فينيل ألانين. كانت هذه هي الخطوة الأولى نحو فك الشفرة الجينية.

من المعروف اليوم أن ثلاثة أزواج قاعدية من جزيء DNA (يسمى هذا الثلاثي كودون) رمز حمض أميني واحد في البروتين. عند إجراء تجارب مشابهة لتلك الموصوفة أعلاه ، قام علماء الوراثة في النهاية بفك شفرة الشفرة الجينية بأكملها ، حيث يتوافق كل من الكودون الـ64 المحتمل مع حمض أميني معين.