Im Stoffwechsel des Körpers Hauptrolle gehört zu Proteinen und Nukleinsäuren.
Eiweißstoffe bilden die Grundlage aller lebenswichtigen Zellstrukturen, verfügen über eine ungewöhnlich hohe Reaktivität und sind mit katalytischen Funktionen ausgestattet.
Nukleinsäuren sind Teil davon das wichtigste Organ Zellen – Kerne sowie Zytoplasma, Ribosomen, Mitochondrien usw. Nukleinsäuren spielen eine wichtige, primäre Rolle bei der Vererbung, der Variabilität des Körpers und bei der Proteinsynthese.

Planen Synthese Protein wird im Zellkern gespeichert und die direkte Synthese findet außerhalb des Zellkerns statt, daher ist es notwendig Lieferservice codiert planen vom Kern bis zum Ort der Synthese. Dieser Lieferdienst wird von RNA-Molekülen übernommen.

Der Prozess beginnt um Kern Zellen: Ein Teil der DNA-„Leiter“ wickelt sich ab und öffnet sich. Dadurch gehen die RNA-Buchstaben Bindungen mit den offenen DNA-Buchstaben eines der DNA-Stränge ein. Das Enzym überträgt die RNA-Buchstaben, um sie zu einem Strang zu verbinden. Auf diese Weise werden die Buchstaben der DNA in die Buchstaben der RNA „umgeschrieben“. Die neu gebildete RNA-Kette wird getrennt und die DNA-„Leiter“ dreht sich erneut. Der Prozess des Lesens von Informationen aus der DNA und deren Synthese mithilfe ihrer RNA-Matrix wird als bezeichnet Transkription , und die synthetisierte RNA wird Messenger oder genannt mRNA .

Nach weiteren Modifikationen ist diese Art von kodierter mRNA fertig. mRNA kommt aus dem Kern und geht zum Ort der Proteinsynthese, wo die Buchstaben der mRNA entschlüsselt werden. Jeder Satz aus drei i-RNA-Buchstaben bildet einen „Buchstaben“, der eine bestimmte Aminosäure darstellt.

Eine andere Art von RNA findet diese Aminosäure, fängt sie mit Hilfe eines Enzyms ein und liefert sie an den Ort der Proteinsynthese. Diese RNA wird Transfer-RNA oder t-RNA genannt. Während die mRNA-Nachricht gelesen und übersetzt wird, wächst die Aminosäurekette. Diese Kette dreht und faltet sich in eine einzigartige Form und erzeugt so eine Proteinart. Schon der Proteinfaltungsprozess ist bemerkenswert: Um alles zu berechnen, braucht es einen Computer Optionen Die Faltung eines durchschnittlich großen Proteins bestehend aus 100 Aminosäuren würde 1027 (!) Jahre dauern. Und es dauert nicht länger als eine Sekunde, um im Körper eine Kette von 20 Aminosäuren zu bilden, und dieser Prozess läuft kontinuierlich in allen Zellen des Körpers ab.

Gene, genetischer Code und seine Eigenschaften.

Auf der Erde leben etwa 7 Milliarden Menschen. Abgesehen von den 25-30 Millionen eineiigen Zwillingspaaren, genetisch gesehen alle Menschen sind unterschiedlich : Jeder ist einzigartig, hat einzigartige Erbmerkmale, Charaktereigenschaften, Fähigkeiten und Temperament.

Diese Unterschiede werden erklärt Unterschiede in den Genotypen- Gensätze des Organismus; Jedes ist einzigartig. Die genetischen Eigenschaften eines bestimmten Organismus werden verkörpert in Proteinen - Daher unterscheidet sich die Struktur des Proteins einer Person, wenn auch nur geringfügig, von der Proteinstruktur einer anderen Person.

Es bedeutet nicht dass keine zwei Menschen genau die gleichen Proteine ​​haben. Proteine, die die gleichen Funktionen erfüllen, können gleich sein oder sich nur geringfügig um ein oder zwei Aminosäuren voneinander unterscheiden. Aber existiert nicht Auf der Erde gäbe es Menschen (mit Ausnahme eineiiger Zwillinge), die alle ihre Proteine ​​hätten sind gleich .

Informationen zur Protein-Primärstruktur kodiert als Nukleotidsequenz in einem Abschnitt eines DNA-Moleküls, Gen – eine Einheit der Erbinformation eines Organismus. Jedes DNA-Molekül enthält viele Gene. Die Gesamtheit aller Gene eines Organismus macht ihn aus Genotyp . Auf diese Weise,

Ein Gen ist eine Einheit der Erbinformation eines Organismus, die einem separaten Abschnitt der DNA entspricht

Die Kodierung erblicher Informationen erfolgt mittels genetischer Code , das für alle Organismen universell ist und sich nur durch den Wechsel von Nukleotiden unterscheidet, die Gene bilden und Proteine ​​​​spezifischer Organismen kodieren.

Genetischer Code besteht aus Tripletts (Tripletts) von DNA-Nukleotiden, kombiniert in verschiedenen Sequenzen (AAT, HCA, ACG, THC usw.), von denen jede eine bestimmte Aminosäure kodiert (die in die Polypeptidkette eingebaut wird).

Eigentlich Code zählt Nukleotidsequenz in einem mRNA-Molekül , Weil Es entfernt Informationen aus der DNA (Prozess Transkriptionen ) und übersetzt es in eine Aminosäuresequenz in den Molekülen synthetisierter Proteine ​​(der Prozess). Sendungen ).
Die Zusammensetzung der mRNA umfasst die Nukleotide A-C-G-U, deren Tripletts genannt werden Codons : Ein Triplett auf DNA-CGT auf i-RNA wird zu einem Triplett-GCA und ein Triplett-DNA-AAG wird zu einem Triplett-UUC. genau mRNA-Codons Der genetische Code spiegelt sich in der Aufzeichnung wider.

Auf diese Weise, genetischer Code – ein einheitliches System zur Aufzeichnung erblicher Informationen in Nukleinsäuremolekülen in Form einer Nukleotidsequenz . Der genetische Code basiert auf der Verwendung eines Alphabets, das aus nur vier Buchstaben-Nukleotiden besteht, die sich durch stickstoffhaltige Basen unterscheiden: A, T, G, C.

Grundlegende Eigenschaften des genetischen Codes:

1. Genetischer Code Triplett. Ein Triplett (Codon) ist eine Sequenz aus drei Nukleotiden, die eine Aminosäure kodieren. Da Proteine ​​​​20 Aminosäuren enthalten, ist es offensichtlich, dass nicht jede von ihnen durch ein Nukleotid kodiert werden kann ( Da es in der DNA nur vier Arten von Nukleotiden gibt, bleiben in diesem Fall 16 Aminosäuren unkodiert). Auch zwei Nukleotide reichen nicht aus, um Aminosäuren zu kodieren, da in diesem Fall nur 16 Aminosäuren kodiert werden können. Bedeutet, kleinste Zahl Es müssen mindestens drei Nukleotide vorhanden sein, die eine Aminosäure kodieren. In diesem Fall beträgt die Anzahl der möglichen Nukleotidtripletts 43 = 64.

2. Redundanz (Entartung) Der Code ist eine Folge seiner Triplettnatur und bedeutet, dass eine Aminosäure durch mehrere Tripletts kodiert werden kann (da es 20 Aminosäuren und 64 Tripletts gibt), mit Ausnahme von Methionin und Tryptophan, die nur durch ein Triplett kodiert werden. Darüber hinaus treten einige Drillinge auf spezifische Funktionen: In einem mRNA-Molekül sind die Tripletts UAA, UAG, UGA Terminationscodons, d.h. stoppen-Signale, die die Synthese der Polypeptidkette stoppen. Das dem Methionin (AUG) entsprechende Triplett, das sich am Anfang der DNA-Kette befindet, kodiert nicht für eine Aminosäure, sondern übernimmt die Funktion, das Lesen zu initiieren (anzuregen).

3. Eindeutigkeit Code – gleichzeitig mit Redundanz hat Code die Eigenschaft Eindeutigkeit : jedes Codon passt nur eins eine bestimmte Aminosäure.

4. Kollinearität Code, d.h. Nukleotidsequenz in einem Gen genau entspricht der Reihenfolge der Aminosäuren in einem Protein.

5. Genetischer Code überlappungsfrei und kompakt , d.h. enthält keine „Satzzeichen“. Dies bedeutet, dass der Lesevorgang die Möglichkeit überlappender Spalten (Tripletts) nicht zulässt und das Lesen ab einem bestimmten Codon kontinuierlich fortschreitet, Triplett für Triplett, bis stoppen-Signale ( Stopp-Codons).

6. Genetischer Code Universal- , d.h. die Kerngene aller Organismen kodieren Informationen über Proteine ​​auf die gleiche Weise, unabhängig von der Organisationsebene und systematische Stellung diese Organismen.

Existieren genetische Codetabellen zur Entschlüsselung Codons mRNA und Aufbau von Ketten aus Proteinmolekülen.

Matrixsynthesereaktionen.

In lebenden Systemen treten Reaktionen auf, die in der unbelebten Natur unbekannt sind – Matrixsynthesereaktionen.

Der Begriff „Matrix“ In der Technik bezeichnet man damit eine Form zum Gießen von Münzen, Medaillen und typografischen Schriftarten: Das gehärtete Metall gibt alle Details der zum Gießen verwendeten Form exakt wieder. Matrixsyntheseähnelt dem Guss auf eine Matrix: Neue Moleküle werden exakt nach dem Plan synthetisiert, der in der Struktur bestehender Moleküle festgelegt ist.

Das Matrixprinzip liegt im Kern die wichtigsten Synthesereaktionen der Zelle, etwa die Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen. Diese Reaktionen gewährleisten die exakte, streng spezifische Reihenfolge der Monomereinheiten in den synthetisierten Polymeren.

Hier gibt es richtungsweisende Maßnahmen. Monomere an einen bestimmten Ort ziehen Zellen - in Moleküle, die als Matrix dienen, in der die Reaktion stattfindet. Würden solche Reaktionen durch zufällige Kollisionen von Molekülen ablaufen, würden sie unendlich langsam ablaufen. Synthese komplexe Moleküle Basierend auf dem Matrixprinzip erfolgt die Durchführung schnell und präzise. Die Rolle der Matrix Makromoleküle von Nukleinsäuren spielen bei Matrixreaktionen eine Rolle DNA oder RNA .

Monomere Moleküle aus denen das Polymer synthetisiert wird – Nukleotide oder Aminosäuren – werden nach dem Prinzip der Komplementarität in einer genau definierten, festgelegten Reihenfolge auf der Matrix lokalisiert und fixiert.

Dann passiert es „Vernetzung“ von Monomereinheiten zu einer Polymerkette, und das fertige Polymer wird aus der Matrix ausgetragen.

Danach Matrix ist fertig zum Aufbau eines neuen Polymermoleküls. Es ist klar, dass genau wie auf einer gegebenen Form nur eine Münze oder ein Buchstabe gegossen werden kann, so kann auf einem gegebenen Matrixmolekül nur ein Polymer „zusammengebaut“ werden.

Matrixreaktionstyp- ein spezifisches Merkmal der Chemie lebender Systeme. Sie sind die Basis Grundeigentum aller Lebewesen - seine Fähigkeit, seinesgleichen zu reproduzieren.

Reaktionen der Template-Synthese

1. DNA Replikation - Replikation (von lateinisch „replication“ – Erneuerung) – der Prozess der Synthese eines Tochtermoleküls der Desoxyribonukleinsäure auf der Matrix des übergeordneten DNA-Moleküls. Bei der anschließenden Teilung der Mutterzelle erhält jede Tochterzelle eine Kopie eines DNA-Moleküls, das mit der DNA der ursprünglichen Mutterzelle identisch ist. Dieser Prozess stellt sicher, dass genetische Informationen korrekt von Generation zu Generation weitergegeben werden. Die DNA-Replikation erfolgt durch einen komplexen Enzymkomplex, der aus 15–20 verschiedenen Proteinen besteht, genannt antwortend . Das Synthesematerial sind freie Nukleotide, die im Zytoplasma der Zellen vorhanden sind. Die biologische Bedeutung der Replikation liegt in der genauen Übertragung von Erbinformationen vom Muttermolekül auf die Tochtermoleküle, die normalerweise bei der Teilung somatischer Zellen erfolgt.

Ein DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Strängen. Diese Ketten werden schwach gehalten Wasserstoffbrücken, fähig, unter der Wirkung von Enzymen zu brechen. Das DNA-Molekül ist zur Selbstvervielfältigung (Replikation) fähig, und auf jeder alten Hälfte des Moleküls wird eine neue Hälfte synthetisiert.
Darüber hinaus kann ein mRNA-Molekül auf einem DNA-Molekül synthetisiert werden, das dann die von der DNA erhaltenen Informationen an den Ort der Proteinsynthese überträgt.

Informationsübertragung und Proteinsynthese erfolgen nach einem Matrixprinzip, vergleichbar mit dem Betrieb einer Druckmaschine in einer Druckerei. Informationen aus der DNA werden viele Male kopiert. Sollten beim Kopieren Fehler auftreten, wiederholen sich diese bei allen weiteren Kopien.

Zwar können einige Fehler beim Kopieren von Informationen mit einem DNA-Molekül korrigiert werden – der Prozess der Fehlerbeseitigung wird als Fehlerbeseitigung bezeichnet Wiedergutmachung. Die erste Reaktion im Prozess der Informationsübertragung ist die Replikation des DNA-Moleküls und die Synthese neuer DNA-Ketten.

2. Transkription (von lateinisch transcriptio – Umschreiben) – der Prozess der RNA-Synthese unter Verwendung von DNA als Vorlage, der in allen lebenden Zellen abläuft. Mit anderen Worten handelt es sich um die Übertragung genetischer Informationen von der DNA auf die RNA.

Die Transkription wird durch das Enzym DNA-abhängige RNA-Polymerase katalysiert. Die RNA-Polymerase bewegt sich entlang des DNA-Moleküls in der Richtung 3" → 5". Die Transkription besteht aus Etappen Einleitung, Verlängerung und Beendigung . Die Transkriptionseinheit ist ein Operon, ein Fragment eines DNA-Moleküls, bestehend aus Promotor, transkribierter Teil und Terminator . mRNA besteht aus einer einzelnen Kette und wird nach der Komplementaritätsregel unter Beteiligung eines Enzyms auf DNA synthetisiert, das den Anfang und das Ende der Synthese des mRNA-Moleküls aktiviert.

Das fertige mRNA-Molekül gelangt in das Zytoplasma auf Ribosomen, wo die Synthese von Polypeptidketten stattfindet.

3. Übertragen (von lat. Übersetzung- Übertragung, Bewegung) - der Prozess der Proteinsynthese aus Aminosäuren auf einer Informationsmatrix (Messenger) RNA (mRNA, mRNA), durchgeführt vom Ribosom. Mit anderen Worten handelt es sich dabei um den Prozess der Übersetzung der in der Nukleotidsequenz der mRNA enthaltenen Informationen in die Aminosäuresequenz des Polypeptids.

4. Reverse Transkription ist der Prozess der Bildung doppelsträngiger DNA basierend auf Informationen aus einzelsträngiger RNA. Dieser Vorgang wird als Reverse Transkription bezeichnet, da die Übertragung genetischer Informationen in „umgekehrter“ Richtung zur Transkription erfolgt. Die Idee der Reverse Transkription war zunächst sehr unpopulär, da sie dem zentralen Dogma der Molekularbiologie widersprach, das davon ausging, dass DNA in RNA umgeschrieben und dann in Proteine ​​übersetzt wird.

1970 entdeckten Temin und Baltimore jedoch unabhängig voneinander ein Enzym namens Reverse Transkriptase (Revertase) und die Möglichkeit einer umgekehrten Transkription wurde schließlich bestätigt. 1975 wurden Temin und Baltimore ausgezeichnet Nobelpreis im Bereich Physiologie und Medizin. Einige Viren (wie das Humane Immundefizienzvirus, das eine HIV-Infektion verursacht) haben die Fähigkeit, RNA in DNA umzuwandeln. HIV verfügt über ein RNA-Genom, das in die DNA integriert ist. Dadurch kann die DNA des Virus mit dem Genom der Wirtszelle kombiniert werden. Das Hauptenzym, das für die Synthese von DNA aus RNA verantwortlich ist, wird genannt umkehren. Eine der Funktionen von Reversease ist das Erstellen komplementäre DNA (cDNA) aus dem viralen Genom. Das zugehörige Enzym Ribonuklease spaltet RNA und Reversease synthetisiert cDNA aus der DNA-Doppelhelix. Die cDNA wird durch Integrase in das Genom der Wirtszelle integriert. Das Ergebnis ist Synthese viraler Proteine ​​​​durch die Wirtszelle, die neue Viren bilden. Bei HIV ist auch die Apoptose (Zelltod) von T-Lymphozyten programmiert. In anderen Fällen kann die Zelle weiterhin ein Virusverteiler bleiben.

Der Ablauf von Matrixreaktionen bei der Proteinbiosynthese lässt sich in Form eines Diagramms darstellen.

Auf diese Weise, Proteinbiosynthese- Dies ist eine der Arten des plastischen Austauschs, bei dem in DNA-Genen kodierte Erbinformationen in eine bestimmte Aminosäuresequenz in Proteinmolekülen umgesetzt werden.

Proteinmoleküle sind im Wesentlichen Polypeptidketten aus einzelnen Aminosäuren zusammengesetzt. Aminosäuren sind jedoch nicht aktiv genug, um sich allein miteinander zu verbinden. Bevor sie sich miteinander verbinden und ein Proteinmolekül bilden, müssen daher Aminosäuren vorhanden sein aktivieren Sie . Diese Aktivierung erfolgt unter Einwirkung spezieller Enzyme.

Durch die Aktivierung wird die Aminosäure labiler und bindet unter der Wirkung desselben Enzyms an t- RNA. Jede Aminosäure entspricht einem streng spezifischen T- RNA, das „seine“ Aminosäure findet und Überweisungen es in das Ribosom.

Folglich verschiedene aktivierte Aminosäuren kombiniert mit ihren eigenen T- RNA. Das Ribosom ist wie Förderer aus verschiedenen ihm zugeführten Aminosäuren eine Proteinkette zusammenzusetzen.

Gleichzeitig mit der t-RNA, auf der ihre eigene Aminosäure „sitzt“, „ Signal„aus der DNA, die im Zellkern enthalten ist. Entsprechend diesem Signal wird im Ribosom das eine oder andere Protein synthetisiert.

Der lenkende Einfluss der DNA auf die Proteinsynthese erfolgt nicht direkt, sondern mit Hilfe eines speziellen Vermittlers – Matrix oder Boten-RNA (m-RNA oder mRNA), welche in den Zellkern synthetisiert e unter dem Einfluss von DNA, daher spiegelt seine Zusammensetzung die Zusammensetzung der DNA wider. Das RNA-Molekül ist wie ein Abguss der DNA-Form. Die synthetisierte mRNA gelangt in das Ribosom und überträgt es sozusagen auf diese Struktur planen- In welcher Reihenfolge müssen die aktivierten Aminosäuren, die in das Ribosom gelangen, miteinander kombiniert werden, damit ein bestimmtes Protein synthetisiert werden kann? Ansonsten, In der DNA kodierte genetische Informationen werden auf mRNA und dann auf Protein übertragen.

Das mRNA-Molekül dringt in das Ribosom ein und Stiche ihr. Der Abschnitt davon, der drin ist dieser Moment im Ribosom, definiert Codon (Triplett), interagiert auf ganz spezifische Weise mit denen, die ihm strukturell ähnlich sind Triplett (Anticodon) in Transfer-RNA, die die Aminosäure in das Ribosom brachte.

Transfer-RNA mit ihrer Aminosäure passt zu einem bestimmten Codon der mRNA und verbindet mit ihm; zum nächsten, zum Nachbargrundstück i-RNA eine weitere tRNA mit einer anderen Aminosäure wird hinzugefügt und so weiter, bis die gesamte i-RNA-Kette abgelesen ist, bis alle Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge reduziert sind und ein Proteinmolekül bilden. Und tRNA, die die Aminosäure an einen bestimmten Teil der Polypeptidkette lieferte, von seiner Aminosäure befreit und verlässt das Ribosom.

Anschließend kann sich im Zytoplasma die gewünschte Aminosäure daran anschließen und erneut auf das Ribosom übertragen. An der Proteinsynthese sind nicht ein, sondern mehrere Ribosomen – Polyribosomen – gleichzeitig beteiligt.

Die Hauptphasen der Übertragung genetischer Informationen:

1. Synthese auf DNA als Vorlage für mRNA (Transkription)
2. Synthese einer Polypeptidkette in Ribosomen gemäß dem in mRNA enthaltenen Programm (Übersetzung) .

Die Stadien sind für alle Lebewesen universell, die zeitlichen und räumlichen Zusammenhänge dieser Prozesse unterscheiden sich jedoch bei Pro- und Eukaryoten.

U Prokaryoten Transkription und Translation können gleichzeitig erfolgen, da sich die DNA im Zytoplasma befindet. U Eukaryoten Transkription und Translation sind räumlich und zeitlich strikt getrennt: Die Synthese verschiedener RNAs findet im Kern statt, danach müssen die RNA-Moleküle den Kern verlassen, indem sie die Kernmembran passieren. Die RNAs werden dann im Zytoplasma zum Ort der Proteinsynthese transportiert.

ist eine für alle lebenden Organismen charakteristische Methode zur Kodierung der Aminosäuresequenz von Proteinen mithilfe der Nukleotidsequenz in einem DNA-Molekül.

Die Umsetzung genetischer Informationen in lebende Zellen (also die Synthese eines in der DNA kodierten Proteins) erfolgt über zwei Matrixprozesse: Transkription (also die Synthese von mRNA auf einer DNA-Matrix) und Translation (die Synthese von a Polypeptidkette auf einer mRNA-Matrix).

DNA verwendet vier Nukleotide – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C), Thymin (T). Diese „Buchstaben“ bilden das Alphabet des genetischen Codes. RNA verwendet die gleichen Nukleotide, mit Ausnahme von Thymin, das durch Uracil (U) ersetzt wird. In DNA- und RNA-Molekülen sind Nukleotide in Ketten angeordnet und so entstehen Abfolgen von „Buchstaben“.

Die DNA-Nukleotidsequenz enthält Code-„Wörter“ für jede Aminosäure des zukünftigen Proteinmoleküls – den genetischen Code. Es besteht aus einer bestimmten Reihenfolge der Anordnung von Nukleotiden in einem DNA-Molekül.

Drei aufeinanderfolgende Nukleotide kodieren den „Namen“ einer Aminosäure, das heißt, jede der 20 Aminosäuren wird durch eine signifikante Codeeinheit verschlüsselt – eine Kombination aus drei Nukleotiden, die als Triplett oder Codon bezeichnet wird.

Derzeit ist der DNA-Code vollständig entschlüsselt und wir können über bestimmte Eigenschaften sprechen, die für dieses Einzigartige charakteristisch sind biologisches System, Bereitstellung der Übersetzung von Informationen aus der „Sprache“ der DNA in die „Sprache“ des Proteins.

Der Träger der genetischen Information ist die DNA, aber da mRNA, eine Kopie eines der DNA-Stränge, direkt an der Proteinsynthese beteiligt ist, wird der genetische Code meist in der „RNA-Sprache“ geschrieben.

Aminosäure	RNA-kodierende Tripletts
Alanin	AGB GCC GCA GCH
Arginin	TsGU TsGTs TsGA TsGG AGA AGG
Asparagin	AAU AAC
Asparaginsäure	GAU GAC
Valin	GUU GUT GUA GUG
Histidin	TsAU TsATs
Glycin	GGU GGC GGA YYY
Glutamin	CAA CAG
Glutaminsäure	GAA GAG
Isoleucin	AUU AUC AUA
Leucin	TSUU TSUTS TSUA TSUG UUA UUG
Lysin	AAA AAG
Methionin	AUG
Prolin	TsTsU TsTs TsTsTsG
Serin	UCU UCC UCA UCG ASU AGC
Tyrosin	UAU UAC
Threonin	ACU ACC ACA ACG
Tryptophan	UGG
Phenylalanin	UUU UUC
Cystein	UGU UGC
STOPPEN	UGA UAG UAA

Eigenschaften des genetischen Codes

Drei aufeinanderfolgende Nukleotide (Stickstoffbasen) kodieren den „Namen“ einer Aminosäure, d. h. jede der 20 Aminosäuren ist mit einer signifikanten Codeeinheit verschlüsselt – einer Kombination aus drei sogenannten Nukleotiden Triplett oder Codon

Triplett (Codon)- eine Sequenz aus drei Nukleotiden (Stickstoffbasen) in einem DNA- oder RNA-Molekül, die den Einbau einer bestimmten Aminosäure in das Proteinmolekül während seiner Synthese bestimmt.

• Einzigartigkeit (Diskretheit)

Ein Triplett kann nicht zwei verschiedene Aminosäuren kodieren; es verschlüsselt nur eine Aminosäure. Ein bestimmtes Codon entspricht nur einer Aminosäure.

Jede Aminosäure kann durch mehr als ein Triplett definiert werden. Ausnahme - Methionin Und Tryptophan. Mit anderen Worten: Mehrere Codons können derselben Aminosäure entsprechen.

• Nicht überlappend

Die gleiche Base kann nicht gleichzeitig in zwei benachbarten Codons vorkommen.

Einige Tripletts kodieren keine Aminosäuren, sind aber eigenartig. Straßenschilder", die den Anfang und das Ende einzelner Gene bestimmen (UAA, UAG, UGA), von denen jedes die Beendigung der Synthese bedeutet und sich am Ende jedes Gens befindet, sodass wir über die Polarität des genetischen Codes sprechen können.

Bei Tieren und Pflanzen, Pilzen, Bakterien und Viren kodiert das gleiche Triplett für die gleiche Art von Aminosäure, das heißt, der genetische Code ist für alle Lebewesen derselbe. Mit anderen Worten: Vielseitigkeit - die Fähigkeit des genetischen Codes, in Organismen unterschiedlicher Komplexität, vom Virus bis zum Menschen, gleichermaßen zu funktionieren.Die Universalität des DNA-Codes bestätigt die Einheit vonUrsprung allen Lebens auf unserem Planeten. Gentechnische Methoden basieren auf der Nutzung der Eigenschaft der Universalität des genetischen Codes.

Aus der Geschichte der Entdeckung des genetischen Codes

Zum ersten Mal die Idee der Existenz genetischer Code formuliert von A. Down in den Jahren 1952 - 1954. Wissenschaftler haben gezeigt, dass die Nukleotidsequenz, die die Synthese einer bestimmten Aminosäure eindeutig bestimmt, mindestens drei Einheiten enthalten muss. Später wurde nachgewiesen, dass eine solche Sequenz aus drei sogenannten Nukleotiden besteht Codon oder Triplett .

Die Frage, welche Nukleotide für den Einbau einer bestimmten Aminosäure in ein Proteinmolekül verantwortlich sind und wie viele Nukleotide diesen Einbau bestimmen, blieb bis 1961 ungeklärt. Die theoretische Analyse ergab, dass der Code nicht aus einem Nukleotid bestehen kann, da in diesem Fall nur 4 Aminosäuren kodiert werden können. Allerdings kann der Code kein Dublett sein, d. h. eine Kombination zweier Nukleotide aus einem vierbuchstabigen „Alphabet“ kann nicht alle Aminosäuren abdecken, da theoretisch nur 16 solcher Kombinationen möglich sind (4 2 = 16).

Um 20 Aminosäuren sowie ein Stoppsignal, das das Ende der Proteinsequenz anzeigt, zu kodieren, reichen drei aufeinanderfolgende Nukleotide aus, wenn die Anzahl der möglichen Kombinationen 64 beträgt (4 3 = 64).

GENETISCHER CODE(Griechisch: genetikos bezogen auf die Herkunft; Syn.: Code, biologischer Code, Aminosäurecode, Proteincode, Nukleinsäurecode) - ein System zur Aufzeichnung erblicher Informationen in den Nukleinsäuremolekülen von Tieren, Pflanzen, Bakterien und Viren durch abwechselnde Nukleotidsequenzen.

Genetische Informationen (Abb.) von Zelle zu Zelle, von Generation zu Generation, mit Ausnahme von RNA-haltigen Viren, werden durch Reduktion von DNA-Molekülen übertragen (siehe Replikation). Die Umsetzung der DNA-Erbinformationen während des Lebens einer Zelle erfolgt durch drei Arten von RNA: Informations- (mRNA oder mRNA), ribosomale (rRNA) und Transport-RNA (tRNA), die mithilfe des Enzyms RNA-Polymerase auf DNA als a synthetisiert werden Matrix. In diesem Fall bestimmt die Nukleotidsequenz in einem DNA-Molekül eindeutig die Nukleotidsequenz in allen drei RNA-Typen (siehe Transkription). Die Informationen des Gens (siehe), das ein Proteinmolekül kodiert, werden nur von mRNA getragen. Das Endprodukt der Umsetzung erblicher Informationen ist die Synthese von Proteinmolekülen, deren Spezifität durch die Sequenz der darin enthaltenen Aminosäuren bestimmt wird (siehe Übersetzung).

Da DNA oder RNA nur 4 verschiedene stickstoffhaltige Basen enthält [in DNA – Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G), Cytosin (C); in RNA - Adenin (A), Uracil (U), Cytosin (C), Guanin (G)], deren Sequenz die Reihenfolge von 20 Aminosäuren im Protein bestimmt, entsteht das Problem der GK, also das Problem der Übersetzung aus einem 4-Buchstaben-Alphabet aus Nukleinsäuren in ein 20-Buchstaben-Alphabet aus Polypeptiden.

Die Idee der Matrixsynthese von Proteinmolekülen mit der korrekten Vorhersage der Eigenschaften einer hypothetischen Matrix wurde erstmals 1928 von N. K. Koltsov formuliert. 1944 stellten O. Avery et al. fest, dass DNA-Moleküle dafür verantwortlich sind die Übertragung erblicher Merkmale bei der Transformation bei Pneumokokken. 1948 zeigte E. Chargaff, dass in allen DNA-Molekülen eine quantitative Gleichheit der entsprechenden Nukleotide (A-T, G-C) besteht. Im Jahr 1953 kamen F. Crick, J. Watson und M. H. F. Wilkins auf der Grundlage dieser Regel und Röntgenbeugungsdaten (siehe) zu dem Schluss, dass DNA-Moleküle eine Doppelhelix sind, die aus zwei Polynukleotidfäden besteht, die durch Wasserstoff miteinander verbunden sind Fesseln. Darüber hinaus kann nur T gegen das A einer Kette in der zweiten sein und nur C gegen G. Diese Komplementarität führt dazu, dass die Nukleotidsequenz einer Kette die Sequenz der anderen Kette eindeutig bestimmt. Die zweite wichtige Schlussfolgerung, die sich aus diesem Modell ergibt, ist, dass das DNA-Molekül zur Selbstreproduktion fähig ist.

1954 formulierte G. Gamow das Problem geometrischer Gleichungen in seinem moderne Form. Im Jahr 1957 formulierte F. Crick die Adapter-Hypothese, die darauf hindeutet, dass Aminosäuren nicht direkt, sondern über Vermittler (heute als tRNA bekannt) mit Nukleinsäuren interagieren. In den folgenden Jahren wurden alle zunächst hypothetischen grundlegenden Zusammenhänge im allgemeinen Schema der Übertragung genetischer Informationen experimentell bestätigt. Im Jahr 1957 wurden mRNAs entdeckt [A. S. Spirin, A. N. Belozersky et al.; Folkin und Astrachan (E. Volkin, L. Astrachan)] und tRNA [Hoagland (M.V. Hoagland)]; 1960 wurde DNA außerhalb der Zelle unter Verwendung vorhandener DNA-Makromoleküle als Matrix synthetisiert (A. Kornberg) und die DNA-abhängige RNA-Synthese wurde entdeckt [S. B. Weiss et al.]. 1961 wurde ein zellfreies System geschaffen, in dem proteinähnliche Substanzen in Gegenwart natürlicher RNA oder synthetischer Polyribonukleotide synthetisiert wurden [M. Nirenberg und Matthaei (J. H. Matthaei)]. Das Erkenntnisproblem von G. k. bestand in der Forschung allgemeine Eigenschaften den Code und seine eigentliche Dekodierung, d. h. herauszufinden, welche Kombinationen von Nukleotiden (Codons) bestimmte Aminosäuren kodieren.

Die allgemeinen Eigenschaften des Codes wurden unabhängig von seiner Dekodierung und hauptsächlich davor durch die Analyse der molekularen Muster der Mutationsbildung geklärt (F. Krick et al., 1961; N.V. Luchnik, 1963). Sie laufen auf Folgendes hinaus:

1. Der Code ist universell, d. h. zumindest grundsätzlich für alle Lebewesen identisch.

2. Der Code ist ein Triplett, das heißt, jede Aminosäure wird durch ein Triplett von Nukleotiden kodiert.

3. Der Code ist nicht überlappend, d. h. ein bestimmtes Nukleotid kann nicht Teil von mehr als einem Codon sein.

4. Der Code ist degeneriert, d. h. eine Aminosäure kann durch mehrere Tripletts codiert werden.

5. Informationen über die Primärstruktur des Proteins werden sequentiell aus der mRNA gelesen, beginnend an einem festen Punkt.

6. Die meisten möglichen Tripletts haben einen „Sinn“, das heißt, sie kodieren für Aminosäuren.

7. Von den drei „Buchstaben“ eines Codons haben nur zwei (obligatorisch) eine vorherrschende Bedeutung, während der dritte (optional) deutlich weniger Informationen enthält.

Die direkte Entschlüsselung des Codes würde aus dem Vergleich der Nukleotidsequenz im Strukturgen (oder der darauf synthetisierten mRNA) mit der Aminosäuresequenz im entsprechenden Protein bestehen. Allerdings ist ein solcher Weg technisch noch nicht möglich. Zwei weitere Methoden wurden verwendet: Proteinsynthese in einem zellfreien System unter Verwendung künstlicher Polyribonukleotide bekannter Zusammensetzung als Matrix und Analyse der molekularen Muster der Mutationsbildung (siehe). Der erste brachte früher positive Ergebnisse und spielte historisch gesehen eine große Rolle bei der Entschlüsselung von G. k.

Im Jahr 1961 verwendeten M. Nirenberg und Mattei ein Homopolymer als Matrix – synthetische Polyuridylsäure (d. h. künstliche RNA der Zusammensetzung UUUU...) und erhielten Polyphenylalanin. Daraus folgte, dass das Phenylalanin-Codon aus mehreren U besteht, d. h. im Falle eines Triplett-Codes wird es als UUU entschlüsselt. Später wurden neben Homopolymeren auch Polyribonukleotide verwendet, die aus verschiedenen Nukleotiden bestehen. Gleichzeitig war nur die Zusammensetzung der Polymere bekannt, die Lage der Nukleotide in ihnen war statistisch, daher war die Analyse der Ergebnisse statistisch und lieferte indirekte Schlussfolgerungen. Es gelang recht schnell, für alle 20 Aminosäuren mindestens ein Triplett zu finden. Es stellte sich heraus, dass das Vorhandensein organischer Lösungsmittel, Änderungen des pH-Werts oder der Temperatur, einiger Kationen und insbesondere Antibiotika den Code mehrdeutig machen: Dieselben Codons beginnen, die Aufnahme anderer Aminosäuren zu stimulieren, in einigen Fällen begann ein Codon, bis zu vier zu kodieren verschiedene Aminosäuren. Streptomycin beeinflusste das Lesen von Informationen sowohl in zellfreien Systemen als auch in vivo und war nur bei Streptomycin-empfindlichen Bakterienstämmen wirksam. Bei Streptomycin-abhängigen Stämmen „korrigierte“ es die Ablesung von Codons, die sich infolge der Mutation verändert hatten. Ähnliche Ergebnisse gaben Anlass, an der Richtigkeit der Dekodierung von G. mithilfe eines zellfreien Systems zu zweifeln; Eine Bestätigung war erforderlich, hauptsächlich durch In-vivo-Daten.

Die wichtigsten Daten zu G. in vivo wurden durch Analyse der Aminosäurezusammensetzung von Proteinen in Organismen erhalten, die mit Mutagenen (siehe) mit einem bekannten Wirkungsmechanismus behandelt wurden, beispielsweise Stickstoff, der den Ersatz von C durch U und A durch in verursacht das DNA-Molekül G. Nützliche Informationen bieten auch eine Analyse von Mutationen, die durch unspezifische Mutagene verursacht werden, einen Vergleich von Unterschieden in der Primärstruktur verwandter Proteine ​​in verschiedene Typen, Korrelation zwischen der Zusammensetzung von DNA und Proteinen usw.

Die Entschlüsselung von G. to. basierend auf Daten in vivo und in vitro ergab übereinstimmende Ergebnisse. Später wurden drei weitere Methoden zur Entschlüsselung des Codes in zellfreien Systemen entwickelt: Bindung von Aminoacyl-tRNA (d. h. tRNA mit einer angehängten aktivierten Aminosäure) an Trinukleotide bekannter Zusammensetzung (M. Nirenberg et al., 1965), Bindung von Aminoacyl-tRNA mit Polynukleotiden, die mit einem bestimmten Triplett beginnen (Mattei et al., 1966), und die Verwendung von Polymeren als mRNA, bei denen nicht nur die Zusammensetzung, sondern auch die Reihenfolge der Nukleotide bekannt ist (X. Korana et al. , 1965). Alle drei Methoden ergänzen sich und die Ergebnisse stimmen mit Daten aus In-vivo-Experimenten überein.

In den 70ern 20. Jahrhundert Zur besonders zuverlässigen Überprüfung der Ergebnisse der G. k.-Entschlüsselung sind Methoden aufgetaucht. Es ist bekannt, dass Mutationen, die unter dem Einfluss von Proflavin auftreten, im Verlust oder Einbau einzelner Nukleotide bestehen, was zu einer Verschiebung des Leserahmens führt. Im Phagen T4 wurde eine Reihe von Mutationen durch Proflavin verursacht, bei denen sich die Zusammensetzung des Lysozyms veränderte. Diese Zusammensetzung wurde analysiert und mit den Codons verglichen, die aus einem Frameshift entstanden sein sollten. Das Ergebnis war vollständige Compliance. Darüber hinaus konnte mit dieser Methode festgestellt werden, welche Tripletts des degenerierten Codes die einzelnen Aminosäuren kodieren. 1970 gelang es J. M. Adams und seinen Mitarbeitern, G. c. mit einer direkten Methode teilweise zu entschlüsseln: Im Phagen R17 wurde die Basensequenz in einem 57 Nukleotide langen Fragment bestimmt und mit der Aminosäuresequenz seines Hüllproteins verglichen . Die Ergebnisse stimmten vollständig mit denen überein, die mit weniger direkten Methoden erzielt wurden. Somit wurde der Code vollständig und korrekt entschlüsselt.

Die Dekodierungsergebnisse sind in einer Tabelle zusammengefasst. Es gibt die Zusammensetzung von Codons und RNA an. Die Zusammensetzung der tRNA-Anticodons ist komplementär zu den mRNA-Codons, d. h. sie enthalten statt Y A, statt A - U, statt C - G und statt G - C und entsprechen den Codons des Strukturgens (des DNA-Strangs). aus dem Informationen abgelesen werden) mit dem einzigen Unterschied, dass Uracil den Platz von Thymin einnimmt. Von den 64 Tripletts, die durch eine Kombination von 4 Nukleotiden gebildet werden können, haben 61 „Sinn“, d. h. sie kodieren Aminosäuren, und 3 sind „Unsinn“ (bedeutungslos). Es besteht ein ziemlich klarer Zusammenhang zwischen der Zusammensetzung von Tripletts und ihrer Bedeutung, der bei der Analyse der allgemeinen Eigenschaften des Codes entdeckt wurde. In einigen Fällen zeichnen sich Tripletts, die eine bestimmte Aminosäure (z. B. Prolin, Alanin) kodieren, dadurch aus, dass die ersten beiden Nukleotide (obligatorisch) gleich sind und das dritte (optional) alles sein kann. In anderen Fällen (z. B. bei der Kodierung von Asparagin, Glutamin) haben zwei ähnliche Tripletts die gleiche Bedeutung, bei der die ersten beiden Nukleotide zusammenfallen und an der Stelle des dritten ein beliebiges Purin oder ein beliebiges Pyrimidin steht.

Nonsense-Codons, von denen 2 spezielle Namen haben, die der Bezeichnung von Phagenmutanten entsprechen (UAA-Ocker, UAG-Amber, UGA-Opal), obwohl sie keine Aminosäuren kodieren, aber haben sehr wichtig beim Lesen von Informationen durch Kodierung des Endes einer Polypeptidkette.

Das Lesen von Informationen erfolgt in der Richtung von 5 1 -> 3 1 – bis zum Ende der Nukleotidkette (siehe Desoxyribonukleinsäuren). In diesem Fall verläuft die Proteinsynthese von einer Aminosäure mit einer freien Aminogruppe zu einer Aminosäure mit einer freien Carboxylgruppe. Der Beginn der Synthese wird durch die Tripletts AUG und GUG kodiert, die in diesem Fall eine spezifische Ausgangs-Aminoacyl-tRNA, nämlich N-Formylmethionyl-tRNA, umfassen. Dieselben Tripletts kodieren, wenn sie innerhalb der Kette lokalisiert sind, für Methionin bzw. Valin. Die Mehrdeutigkeit wird dadurch beseitigt, dass dem Beginn der Lektüre Unsinn vorausgeht. Es gibt Hinweise darauf, dass die Grenze zwischen Regionen der mRNA, die für verschiedene Proteine ​​kodieren, aus mehr als zwei Tripletts besteht und dass sich die Sekundärstruktur der RNA an diesen Stellen ändert; Dieses Problem wird derzeit erforscht. Kommt innerhalb eines Strukturgens ein Nonsense-Codon vor, so wird das entsprechende Protein nur bis zur Stelle dieses Codons aufgebaut.

Die Entdeckung und Entschlüsselung des genetischen Codes – eine herausragende Errungenschaft der Molekularbiologie – beeinflusste alle biologischen Wissenschaften und führte in einigen Fällen zur Entwicklung spezieller großer Abschnitte (siehe Molekulargenetik). Die Wirkung von Gs Entdeckung und der damit verbundenen Forschung wird mit der Wirkung verglichen, die Darwins Theorie auf die biologischen Wissenschaften hatte.

Die Universalität der Genetik ist ein direkter Beweis für die Universalität der grundlegenden molekularen Mechanismen des Lebens bei allen Vertretern der organischen Welt. Mittlerweile sind große Unterschiede in den Funktionen des genetischen Apparats und seiner Struktur beim Übergang von Prokaryoten zu Eukaryoten und von einzelligen zu mehrzelligen Organismen wahrscheinlich mit molekularen Unterschieden verbunden, deren Erforschung eine der Aufgaben der Zukunft ist. Seit G.K. ist Forschung nur noch eine Frage den letzten Jahren, die Bedeutung der erhaltenen Ergebnisse für praktische Medizin ist nur indirekter Natur und ermöglicht es uns, die Natur von Krankheiten, den Wirkmechanismus von Krankheitserregern und Arzneimitteln zu verstehen. Die Entdeckung solcher Phänomene wie Transformation (siehe), Transduktion (siehe), Unterdrückung (siehe) weist jedoch auf die grundsätzliche Möglichkeit hin, pathologisch veränderte Erbinformationen oder deren Korrektur zu korrigieren – die sogenannte. Gentechnik (siehe).

Tisch. GENETISCHER CODE

Erstes Nukleotid des Codons	Zweites Nukleotid des Codons								Drittens, Nukleotidcodon
		Phenylalanin
						J Unsinn
								Tryptophan
						Histidin
						Glutaminsäure
		Isoleucin				Asparaginsäure
		Methionin
						Asparagin
						Glutamin

* Kodiert das Ende der Kette.

** Codiert auch den Anfang der Kette.

Literaturverzeichnis: Ichas M. Biologischer Code, trans. aus Englisch, M., 1971; Archer N.B. Biophysik zytogenetischer Läsionen und genetischer Code, L., 1968; Molekulargenetik, übers. aus dem Englischen, hrsg. A. N. Belozersky, Teil 1, M., 1964; Nukleinsäuren, trans. aus dem Englischen, hrsg. A. N. Belozersky, M., 1965; Watson J.D. Molekularbiologie Gen, trans. aus Englisch, M., 1967; Physiologische Genetik, hrsg. M. E. Lobasheva S. G., Inge-Vechtomo-va, L., 1976, Bibliogr.; Desoxyribonuklease, Schlüßel des Lebens, hrsg. v„ E. Geissler, B., 1972; Der genetische Code, Gold Spr. Harb. Symp. quant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Der genetische Code, N. Y. a. o., 1967.

Es werden die gleichen Nukleotide verwendet, mit Ausnahme des Thymin enthaltenden Nukleotids, das durch ein ähnliches Uracil enthaltendes Nukleotid ersetzt wird, das mit dem Buchstaben bezeichnet wird (in der russischsprachigen Literatur). In DNA- und RNA-Molekülen sind Nukleotide in Ketten angeordnet und so entstehen Sequenzen genetischer Buchstaben.

Die Proteine ​​fast aller lebenden Organismen bestehen aus nur 20 Arten von Aminosäuren. Diese Aminosäuren werden als kanonisch bezeichnet. Jedes Protein ist eine Kette oder mehrere Ketten von Aminosäuren, die in einer genau definierten Reihenfolge verbunden sind. Diese Sequenz bestimmt die Struktur des Proteins und damit alle seine biologischen Eigenschaften.

In den frühen 60er Jahren des 20. Jahrhunderts offenbarten jedoch neue Daten die Inkonsistenz der Hypothese vom „Code ohne Kommas“. Dann zeigten Experimente, dass Codons, die Crick für bedeutungslos hielt, in vitro eine Proteinsynthese auslösen konnten, und 1965 war die Bedeutung aller 64 Tripletts geklärt. Es stellte sich heraus, dass einige Codons einfach redundant sind, das heißt, eine ganze Reihe von Aminosäuren wird von zwei, vier oder sogar sechs Tripletts kodiert.

Eigenschaften

Entsprechungstabellen zwischen Codons von mRNA und Aminosäuren

Genetischer Code, der den meisten Pro- und Eukaryoten gemeinsam ist. Die Tabelle zeigt alle 64 Codons und die entsprechenden Aminosäuren. Die Basenreihenfolge reicht vom 5"- bis zum 3"-Ende der mRNA.

Standardmäßiger genetischer Code

1 Base	2. Basis								3 Base
	U		C		A		G
U	UUU	(Phe/F) Phenylalanin	UCU	(Ser/S) Serin	UAU	(Tyr/Y) Tyrosin	UGU	(Cys/C) Cystein	U
	UUC		UCC		UAC		UGC		C
	UUA	(Leu/L) Leucin	UCA		UAA	Stoppen ( Ocker)	U.G.A.	Stoppen ( Opal)	A
	UUG		UCG		UAG	Stoppen ( Bernstein)	UGG	(Trp/W) Tryptophan	G
C	CUU		CCU	(Pro/P) Prolin	CAU	(His/H) Histidin	C.G.U.	(Arg/R) Arginin	U
	CUC		CCC		C.A.C.		C.G.C.		C
	CUA		CCA		CAA	(Gln/Q) Glutamin	C.G.A.		A
	C.U.G.		CCG		CAG		CGG		G
A	AUU	(Ile/I) Isoleucin	ACU	(Thr/T) Threonin	AAU	(Asn/N) Asparagin	AGU	(Ser/S) Serin	U
	AUC		ACC		A.A.C.		A.G.C.		C
	AUA		ACA		AAA	(Lys/K) Lysin	A.G.A.	(Arg/R) Arginin	A
	AUG	(Met/M) Methionin	A.C.G.		AAG		AGG		G
G	GUU	(Val/V) Valin	G.C.U.	(Ala/A) Alanin	GAU	(Asp/D) Asparaginsäure	GGU	(Gly/G) Glycin	U
	GUC		GCC		GAC		GGC		C
	GUA		G.C.A.		GAA	(Glu/E) Glutaminsäure	GGA		A
	G.U.G.		GCG		GAG		GGG		G

Das AUG-Codon kodiert für Methionin und ist auch die Translationsinitiationsstelle: Das erste AUG-Codon in der kodierenden Region der mRNA dient als Beginn der Proteinsynthese. Umkehrtabelle (Codons für jede Aminosäure werden angezeigt, ebenso wie Stoppcodons)

Ala/A	AVV, GCC, GCA, GCG	Leu/L	UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R	CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG	Lys/K	AAA, AAG
Asn/N	AAU, AAC	Met/M	AUG
Asp/D	GAU, GAC	Phe/F	UUU, UUC
Cys/C	UGU, UGC	Stütze	CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q	CAA, CAG	Ser/S	UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Kleber	GAA, GAG	Thr/T	ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G	GGU, GGC, GGA, GGG	Trp/W	UGG
Sein/H	CAU, CAC	Tyr/Y	UAU, UAC
Ile/I	AUU, AUC, AUA	Val/V	GUU, GUC, GUA, GUG
START	AUG	STOPPEN	UAG, UGA, UAA

Variationen im standardmäßigen genetischen Code

Das erste Beispiel einer Abweichung vom genetischen Standardcode wurde 1979 bei einer Untersuchung menschlicher mitochondrialer Gene entdeckt. Seitdem wurden mehrere ähnliche Varianten gefunden, darunter eine Vielzahl alternativer mitochondrialer Codes, beispielsweise die Lesung des Stoppcodons UGA als das Codon, das Tryptophan in Mykoplasmen spezifiziert. Bei Bakterien und Archaeen werden HUG und UUG häufig als Startcodons verwendet. In einigen Fällen beginnen Gene mit der Codierung eines Proteins an einem Startcodon, das sich von dem normalerweise von der Art verwendeten unterscheidet.

In einigen Proteinen werden nicht standardmäßige Aminosäuren wie Selenocystein und Pyrrolysin durch ein Ribosom eingefügt, das das Stoppcodon liest, abhängig von den Sequenzen in der mRNA. Selenocystein gilt heute als die 21. und Pyrrolysin als die 22. der Aminosäuren, aus denen Proteine ​​bestehen.

Trotz dieser Ausnahmen verfügen alle lebenden Organismen über einen genetischen Code Gemeinsamkeiten: Codons bestehen aus drei Nukleotiden, wobei die ersten beiden entscheidend sind; Codons werden von tRNA und Ribosomen in eine Aminosäuresequenz übersetzt.

Abweichungen vom standardmäßigen genetischen Code.

Beispiel	Codon	Normale Bedeutung	Liest sich wie:
Einige Arten von Hefe Candida	C.U.G.	Leucin	Serin
Mitochondrien, insbesondere in Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	Leucin	Serin
Mitochondrien höherer Pflanzen	CGG	Arginin	Tryptophan
Mitochondrien (ausnahmslos in allen untersuchten Organismen)	U.G.A.	Stoppen	Tryptophan
Kerngenom von Ciliaten Euploten	U.G.A.	Stoppen	Cystein oder Selenocystein
Mitochondrien von Säugetieren, Drosophila, S. cerevisiae und viele Protozoen	AUA	Isoleucin	Methionin = Start
Prokaryoten	G.U.G.	Valin	Start
Eukaryoten (selten)	C.U.G.	Leucin	Start
Eukaryoten (selten)	G.U.G.	Valin	Start
Prokaryoten (selten)	UUG	Leucin	Start
Eukaryoten (selten)	A.C.G.	Threonin	Start
Mitochondrien von Säugetieren	AGC, AGU	Serin	Stoppen
Drosophila-Mitochondrien	A.G.A.	Arginin	Stoppen
Mitochondrien von Säugetieren	EIN GAG)	Arginin	Stoppen

Evolution

Es wird angenommen, dass sich der Triplett-Code schon recht früh in der Evolution des Lebens entwickelt hat. Aber die Existenz von Unterschieden bei einigen Organismen, die in unterschiedlichen Entwicklungsstadien auftraten, deutet darauf hin, dass er nicht immer so war.

Einigen Modellen zufolge existierte der Code zunächst in einer primitiven Form, als eine kleine Anzahl von Codons eine relativ kleine Anzahl von Aminosäuren bezeichnete. Mehr genauer Wert Codons und größere Zahl Aminosäuren könnten später eingeführt werden. Zunächst konnten nur die ersten beiden der drei Basen zur Erkennung genutzt werden [was von der Struktur der tRNA abhängt].

- Lewin B. Gene. M.: 1987. S. 62.

siehe auch

Anmerkungen

1. Sanger F. (1952). „Die Anordnung von Aminosäuren in Proteinen.“ Adv. Proteinchemie. 7 : 1-67. PMID.
2. Ichas M. Biologischer Code. - M.: Mir, 1971.
3. Watson J. D., Crick F. H. (April 1953). „Molekulare Struktur von Nukleinsäuren; eine Struktur für Desoxyribose-Nukleinsäure.“ Natur. 171 : 737-738. PMID. Referenz)
4. Watson J. D., Crick F. H. (Mai 1953). „Genetische Implikationen der Struktur der Desoxyribonukleinsäure.“ Natur. 171 : 964-967. PMID. Verwendet den veralteten Parameter |month= (Hilfe)
5. Crick F. H. (April 1966). „Der genetische Code – gestern, heute und morgen.“ Kalter Frühling Harb. Symp. Quant. Biol.: 1-9. PMID. Verwendet den veralteten Parameter |month= (Hilfe)
6. Gamow G. (Februar 1954). „Möglicher Zusammenhang zwischen Desoxyribonukleinsäure und Proteinstrukturen.“ Natur. 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID. Verwendet den veralteten Parameter |month= (Hilfe)
7. Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). „Das Problem der Informationsübertragung von den Nukleinsäuren auf Proteine.“ Adv. Bio.l Med. Physik.. 4 : 23-68. PMID.
8. Gamow G, Ycas M. (1955). „Statistische Korrelation der Protein- und Ribonukleinsäurezusammensetzung“ . Proz. Natl. Acad. Wissenschaft. USA.. 41 : 1011-1019. PMID.
9. Crick F. H., Griffith J. S., Orgel L. E. (1957).

Kapitel Einheitliches Staatsexamen: 2.6. Genetische Informationen in einer Zelle. Gene, genetischer Code und seine Eigenschaften. Matrixnatur von Biosynthesereaktionen. Biosynthese von Proteinen und Nukleinsäuren

Auf der Erde leben bereits mehr als 6 Milliarden Menschen. Abgesehen von den 25 bis 30 Millionen eineiigen Zwillingspaaren sind alle Menschen genetisch unterschiedlich. Das bedeutet, dass jeder von ihnen einzigartig ist, einzigartige Erbmerkmale, Charaktereigenschaften, Fähigkeiten, Temperament und viele andere Eigenschaften aufweist. Was bestimmt solche Unterschiede zwischen Menschen? Natürlich sind die Unterschiede in ihrer Genotypen , d.h. Gensätze eines bestimmten Organismus. Es ist für jeden Menschen einzigartig, genauso wie der Genotyp eines einzelnen Tieres oder einer einzelnen Pflanze einzigartig ist. Sondern genetische Merkmale diese Person verkörpert in Proteinen, die in seinem Körper synthetisiert werden. Folglich unterscheidet sich die Struktur des Proteins einer Person, wenn auch nur geringfügig, von der Proteinstruktur einer anderen Person. Aus diesem Grund entsteht das Problem der Organtransplantation, aus diesem Grund kommt es zu allergischen Reaktionen auf Nahrungsmittel, Insektenstiche, Pflanzenpollen usw. Das bedeutet nicht, dass Menschen nicht genau die gleichen Proteine ​​haben. Proteine, die die gleichen Funktionen erfüllen, können gleich sein oder sich nur geringfügig um ein oder zwei Aminosäuren voneinander unterscheiden. Aber es gibt keine Menschen auf der Erde (mit Ausnahme eineiiger Zwillinge), die alle die gleichen Proteine ​​haben.

Informationen über die Primärstruktur eines Proteins werden als Nukleotidsequenz in einem Abschnitt eines DNA-Moleküls – einem Gen – kodiert. Gen ist eine Einheit der Erbinformation eines Organismus. Jedes DNA-Molekül enthält viele Gene. Die Gesamtheit aller Gene eines Organismus macht ihn aus Genotyp.

Die Kodierung erblicher Informationen erfolgt mittels genetischer Code . Der Code ähnelt dem bekannten Morsecode, der Informationen mit Punkten und Strichen kodiert. Der Morsecode ist für alle Funker universell und die Unterschiede bestehen nur in der Übersetzung von Signalen in verschiedene Sprachen. Auch der genetische Code ist für alle Organismen universell und unterscheidet sich nur durch den Wechsel der Nukleotide, die Gene bilden und Proteine ​​bestimmter Organismen kodieren.

Eigenschaften des genetischen Codes : Triplettität, Spezifität, Universalität, Redundanz und Nichtüberlappung.

Was ist also der genetische Code? Anfangs besteht es aus Drillingen ( Dreiergruppen ) DNA-Nukleotide in verschiedenen Sequenzen kombiniert. Zum Beispiel AAT, GCA, ACG, THC usw. Jedes Nukleotidtriplett kodiert für eine bestimmte Aminosäure, die in die Polypeptidkette integriert wird. Beispielsweise kodiert das CGT-Triplett die Aminosäure Alanin und das AAG-Triplett die Aminosäure Phenylalanin. Es gibt 20 Aminosäuren und es gibt 64 Möglichkeiten, vier Nukleotide zu Dreiergruppen zusammenzufassen. Daher reichen vier Nukleotide aus, um 20 Aminosäuren zu kodieren. Aus diesem Grund kann eine Aminosäure durch mehrere Tripletts kodiert werden. Einige Tripletts kodieren überhaupt keine Aminosäuren, starten oder stoppen jedoch die Proteinbiosynthese.

Dabei wird der tatsächliche genetische Code berücksichtigt Nukleotidsequenz in einem mRNA-Molekül, weil es Informationen aus der DNA entfernt ( Transkriptionsprozess ) und übersetzt es in eine Aminosäuresequenz in den Molekülen synthetisierter Proteine ​​( Broadcast-Prozess ). Die Zusammensetzung der mRNA umfasst ACGU-Nukleotide. Tripletts von mRNA-Nukleotiden werden Codons genannt. Die bereits angegebenen Beispiele für DNA-Tripletts auf mRNA werden so aussehen – das CGT-Triplett auf mRNA wird zu einem GCA-Triplett und das DNA-Triplett – AAG – wird zu einem UUC-Triplett. Es sind die Codons der mRNA, die den genetischen Code in der Aufzeichnung widerspiegeln. Der genetische Code ist also ein Triplett, universell für alle Organismen auf der Erde, degeneriert (jede Aminosäure ist durch mehr als ein Codon verschlüsselt). Zwischen den Genen gibt es Satzzeichen – das sind Drillinge, die man nennt Stopp-Codons . Sie signalisieren das Ende der Synthese einer Polypeptidkette. Es gibt Tabellen des genetischen Codes, den Sie zum Entschlüsseln von mRNA-Codons und zum Aufbau von Ketten aus Proteinmolekülen (komplementäre DNA in Klammern) verwenden müssen.