Chemische Zusammensetzung und strukturelle Organisation des DNA-Moleküls.

Nukleinsäuremoleküle sind sehr lange Ketten, die aus vielen hundert und sogar Millionen von Nukleotiden bestehen. Jede Nukleinsäure enthält nur vier Arten von Nukleotiden. Die Funktionen von Nukleinsäuremolekülen hängen von ihrer Struktur, ihren konstituierenden Nukleotiden, ihrer Anzahl in der Kette und der Sequenz der Verbindung im Molekül ab.

Jedes Nukleotid besteht aus drei Komponenten: einer stickstoffhaltigen Base, einem Kohlenhydrat und Phosphorsäure. BEIM Verbindung jedes Nukleotid DNS eine der vier Arten stickstoffhaltiger Basen (Adenin – A, Thymin – T, Guanin – G oder Cytosin – C) ist enthalten, ebenso wie ein Desoxyribose-Kohlenstoff und ein Phosphorsäurerest.

Somit unterscheiden sich DNA-Nukleotide nur in der Art der stickstoffhaltigen Base.
Das DNA-Molekül besteht aus einer großen Anzahl von Nukleotiden, die in einer bestimmten Reihenfolge zu einer Kette verbunden sind. Jede Art von DNA-Molekül hat ihre eigene Anzahl und Sequenz von Nukleotiden.

DNA-Moleküle sind sehr lang. Um beispielsweise die Abfolge der Nukleotide in DNA-Molekülen einer menschlichen Zelle (46 Chromosomen) aufzuschreiben, wäre ein Buch mit einem Umfang von etwa 820.000 Seiten erforderlich. Der Wechsel von vier Arten von Nukleotiden kann sich bilden unendlicher Satz Varianten von DNA-Molekülen. Diese Merkmale der Struktur von DNA-Molekülen ermöglichen es ihnen, eine große Menge an Informationen über alle Anzeichen von Organismen zu speichern.

1953 erstellten der amerikanische Biologe J. Watson und der englische Physiker F. Crick ein Modell für die Struktur des DNA-Moleküls. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass jedes DNA-Molekül aus zwei Strängen besteht, die miteinander verbunden und spiralförmig verdrillt sind. Es sieht aus wie eine Doppelhelix. In jeder Kette wechseln sich vier Arten von Nukleotiden in einer bestimmten Reihenfolge ab.

Nukleotid DNA-Zusammensetzung unterscheidet sich von verschiedene Typen Bakterien, Pilze, Pflanzen, Tiere. Aber es ändert sich nicht mit dem Alter, es hängt wenig von Veränderungen in der Umgebung ab. Nukleotide sind gepaart, das heißt, die Anzahl der Adenin-Nukleotide in jedem DNA-Molekül ist gleich der Anzahl der Thymidin-Nukleotide (A-T) und die Anzahl der Cytosin-Nukleotide ist gleich der Anzahl der Guanin-Nukleotide (C-G). Das liegt daran, dass die Verbindung zweier Ketten miteinander in einem DNA-Molekül einer bestimmten Regel gehorcht, nämlich: Adenin einer Kette ist immer durch zwei verbunden Wasserstoffbrücken nur mit Thymin einer anderen Kette und Guanin - durch drei Wasserstoffbrückenbindungen mit Cytosin, dh die Nukleotidketten eines DNA-Moleküls sind komplementär, ergänzen sich.

Nukleinsäuremoleküle - DNA und RNA bestehen aus Nukleotiden. Die Zusammensetzung von DNA-Nukleotiden umfasst eine stickstoffhaltige Base (A, T, G, C), ein Desoxyribose-Kohlenhydrat und einen Rest eines Phosphorsäuremoleküls. Das DNA-Molekül ist eine Doppelhelix, die aus zwei Strängen besteht, die nach dem Prinzip der Komplementarität durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind. Die Funktion der DNA besteht darin, Erbinformationen zu speichern.

Eigenschaften und Funktionen der DNA.

DNS ist ein Träger genetischer Informationen, die in Form einer Nukleotidsequenz unter Verwendung des genetischen Codes geschrieben sind. DNA-Moleküle sind mit zwei grundlegenden verbunden Eigenschaften des Wohnens Organismen - Vererbung und Variabilität. Während eines als DNA-Replikation bezeichneten Prozesses werden zwei Kopien der ursprünglichen Kette gebildet, die bei der Teilung von Tochterzellen vererbt werden, sodass die resultierenden Zellen genetisch identisch mit dem Original sind.

Genetische Informationen werden während der Genexpression in den Prozessen der Transkription (Synthese von RNA-Molekülen auf einer DNA-Matrize) und der Translation (Synthese von Proteinen auf einer RNA-Matrize) realisiert.

Die Nukleotidsequenz "kodiert" Informationen über verschiedene Arten von RNA: Information oder Matrize (mRNA), Ribosomen (rRNA) und Transport (tRNA). Alle diese Arten von RNA werden während des Transkriptionsprozesses aus DNA synthetisiert. Ihre Rolle bei der Proteinbiosynthese (Translationsprozess) ist eine andere. Boten-RNA enthält Informationen über die Abfolge von Aminosäuren in einem Protein, ribosomale RNA dient als Basis für Ribosomen (komplexe Nukleoproteinkomplexe, deren Hauptfunktion darin besteht, ein Protein aus einzelnen Aminosäuren auf Basis von mRNA zusammenzusetzen), Transfer-RNA liefern Amino Säuren zur Protein-Montagestelle - zum aktiven Zentrum des Ribosoms, "kriechen" entlang der mRNA.

Genetischer Code, seine Eigenschaften.

Genetischer Code- eine Methode, die allen lebenden Organismen eigen ist, um die Aminosäuresequenz von Proteinen unter Verwendung einer Sequenz von Nukleotiden zu kodieren. EIGENSCHAFTEN:

1. Triplett- Eine signifikante Einheit des Codes ist eine Kombination aus drei Nukleotiden (Triplett oder Codon).
2. Kontinuität- Zwischen den Tripletts gibt es keine Satzzeichen, d. h. die Informationen werden kontinuierlich gelesen.
3. nicht überlappend- Dasselbe Nukleotid kann nicht gleichzeitig Teil von zwei oder mehr Tripletts sein (nicht beobachtet bei einigen überlappenden Genen von Viren, Mitochondrien und Bakterien, die mehrere Frameshift-Proteine ​​codieren).
4. Eindeutigkeit (Spezifität)- ein bestimmtes Codon entspricht nur einer Aminosäure (jedoch das UGA-Codon in Euplotes crassus Codes für zwei Aminosäuren - Cystein und Selenocystein)
5. Entartung (Redundanz) Mehrere Codons können derselben Aminosäure entsprechen.
6. Vielseitigkeit- Der genetische Code funktioniert in Organismen unterschiedlicher Komplexität - vom Virus bis zum Menschen - auf die gleiche Weise (gentechnische Methoden basieren darauf; es gibt eine Reihe von Ausnahmen, die in der Tabelle in den "Variationen des genetischen Standardcodes" aufgeführt sind " Abschnitt unten).
7. Geräuschunempfindlichkeit- Mutationen von Nukleotidaustauschen, die nicht zu einer Änderung der Klasse der codierten Aminosäure führen, werden genannt konservativ; Nukleotidsubstitutionen werden Mutationen genannt, die zu einer Veränderung der Klasse der codierten Aminosäure führen Radikale.

5. DNA-Autoreproduktion. Replikon und seine Funktionsweise .

Der Prozess der Selbstreproduktion von Nukleinsäuremolekülen, begleitet von der Übertragung durch Vererbung (von Zelle zu Zelle) von exakten Kopien der genetischen Information; R. durchgeführt unter Beteiligung einer Reihe spezifischer Enzyme (Helicase<Spirale>, die das Abwickeln des Moleküls steuert DNS, DNS-Polymerase<DNA-Polymerase> I und III, DNS-Ligase<DNA-Ligase>), durchläuft einen semikonservativen Typus unter Ausbildung einer Replikationsgabel<Replikationsgabel>; an einer der Ketten<führender Strang> die Synthese der komplementären Kette kontinuierlich ist, und andererseits<nacheilender Strang> tritt aufgrund der Bildung von Dkazaki-Fragmenten auf<Okazaki-Fragmente>; R. - hochpräzises Verfahren, dessen Fehlerrate 10 -9 nicht überschreitet; bei Eukaryoten R. kann an mehreren Stellen desselben Moleküls gleichzeitig auftreten DNS; Geschwindigkeit R. Eukaryoten haben ungefähr 100 und Bakterien ungefähr 1000 Nukleotide pro Sekunde.

6. Organisationsebenen des eukaryotischen Genoms .

In eukaryotischen Organismen ist der Tranviel komplexer. Als Ergebnis der Klonierung und Sequenzierung eukaryotischer Gene wurden spezifische Sequenzen gefunden, die an der Transkription und Translation beteiligt sind.
Eine eukaryotische Zelle ist gekennzeichnet durch:
1. Das Vorhandensein von Introns und Exons im DNA-Molekül.
2. Reifung von i-RNA – Exzision von Introns und Stitching von Exons.
3. Das Vorhandensein regulatorischer Elemente, die die Transkription regulieren, wie zum Beispiel: a) Promotoren – 3 Typen, von denen jeder eine spezifische Polymerase sitzt. Pol I repliziert ribosomale Gene, Pol II repliziert Proteinstrukturgene, Pol III repliziert Gene, die kleine RNAs kodieren. Die Pol I- und Pol II-Promotoren befinden sich stromaufwärts der Transkriptionsinitiationsstelle, der Pol III-Promotor befindet sich im Gerüst des Strukturgens; b) Modulatoren – DNA-Sequenzen, die das Transkriptionsniveau erhöhen; c) Enhancer – Sequenzen, die das Transkriptionsniveau erhöhen und unabhängig von ihrer Position relativ zum codierenden Teil des Gens und dem Zustand des Startpunkts der RNA-Synthese wirken; d) Terminatoren – spezifische Sequenzen, die sowohl die Translation als auch die Transkription stoppen.
Diese Sequenzen unterscheiden sich von prokaryotischen Sequenzen in ihrer Primärstruktur und Position relativ zum Initiationscodon, und die bakterielle RNA-Polymerase "erkennt" sie nicht. Somit müssen für die Expression eukaryontischer Gene in prokaryontischen Zellen die Gene unter der Kontrolle von prokaryontischen regulatorischen Elementen stehen. Dieser Umstand muss bei der Konstruktion von Vektoren zur Expression berücksichtigt werden.

7. Chemische und strukturelle Zusammensetzung der Chromosomen .

Chemisch Chromosomenzusammensetzung - DNA - 40 %, Histonproteine ​​- 40 %. Nicht-Histon - 20 % ein wenig RNA. Lipide, Polysaccharide, Metallionen.

Die chemische Zusammensetzung eines Chromosoms ist ein Komplex aus Nukleinsäuren mit Proteinen, Kohlenhydraten, Lipiden und Metallen. Die Regulation der Genaktivität und ihre Wiederherstellung im Falle einer chemischen oder Strahlenschädigung erfolgt im Chromosom.

STRUKTUR????

Chromosomen- Nukleoprotein Strukturelemente Zellkerne, die DNA enthalten, die die Erbinformationen des Organismus enthalten, sind zur Selbstreproduktion fähig, haben strukturelle und funktionelle Individualität und behalten diese über mehrere Generationen bei.

im mitotischen Zyklus werden die folgenden Merkmale der strukturellen Organisation von Chromosomen beobachtet:

Unterscheiden Sie zwischen mitotischen und interphasischen Formen Strukturelle Organisation Chromosomen, die im mitotischen Zyklus ineinander übergehen - das sind funktionelle und physiologische Transformationen

8. Verpackungsstufen von Erbmaterial in Eukaryoten .

Strukturelle und funktionelle Organisationsebenen der Erbsubstanz von Eukaryoten

Vererbung und Variabilität bieten:

1) individuelle (diskrete) Vererbung und Veränderungen individueller Merkmale;

2) Reproduktion bei Individuen jeder Generation des gesamten Komplexes morphofunktionelle Eigenschaften Organismen einer bestimmten biologischen Art;

3) Umverteilung in Arten mit sexueller Fortpflanzung im Prozess der Fortpflanzung erblicher Neigungen, wodurch die Nachkommen eine andere Kombination von Charakteren haben als ihre Kombination bei den Eltern. Vererbungsmuster und Variabilität von Merkmalen und deren Kombinationen folgen aus den Prinzipien der strukturellen und funktionellen Organisation des genetischen Materials.

Es gibt drei Organisationsebenen des Erbguts eukaryotischer Organismen: Gen-, Chromosomen- und Genomebene (Genotypebene).

Die elementare Struktur der Genebene ist das Gen. Die Übertragung von Genen von den Eltern auf die Nachkommen ist für die Entwicklung bestimmter Eigenschaften bei ihm notwendig. Obwohl mehrere Formen der biologischen Variabilität bekannt sind, ändert erst eine Störung in der Struktur von Genen die Bedeutung der Erbinformation, in deren Folge bestimmte Merkmale und Eigenschaften gebildet werden. Aufgrund des Vorhandenseins der Genebene sind individuelle, getrennte (diskrete) und unabhängige Vererbungen und Veränderungen einzelner Merkmale möglich.

Die Gene eukaryotischer Zellen sind in Gruppen entlang der Chromosomen verteilt. Das sind die Strukturen des Zellkerns, die sich durch Individualität und die Fähigkeit auszeichnen, sich unter Erhalt individueller Strukturmerkmale über mehrere Generationen hinweg fortzupflanzen. Das Vorhandensein von Chromosomen bestimmt die Zuordnung der chromosomalen Organisationsebene des Erbguts. Die Platzierung von Genen in Chromosomen beeinflusst die relative Vererbung von Merkmalen, ermöglicht es, die Funktion eines Gens aus seiner unmittelbaren genetischen Umgebung – benachbarten Genen – zu beeinflussen. Die chromosomale Organisation des Erbgutes dient als notwendige Voraussetzung für die Umverteilung der Erbanlagen der Eltern in die Nachkommen während der sexuellen Fortpflanzung.

Trotz der Verteilung auf verschiedene Chromosomen verhält sich der gesamte Gensatz funktional als Ganzes und bildet ein einziges System, das die genomische (genotypische) Organisationsebene des Erbguts darstellt. Auf dieser Ebene gibt es eine breite Interaktion und gegenseitige Beeinflussung erblicher Neigungen, die sowohl in einem als auch in verschiedenen Chromosomen lokalisiert sind. Das Ergebnis ist die wechselseitige Entsprechung der genetischen Information unterschiedlicher Erbanlagen und damit die zeitlich, räumlich und intensiv ausbalancierte Entwicklung von Merkmalen im Prozess der Ontogenese. Die funktionelle Aktivität von Genen, die Art der Replikation und mutationsbedingte Veränderungen des Erbguts hängen auch von den Eigenschaften des Genotyps des Organismus oder der Zelle als Ganzes ab. Dies wird beispielsweise durch die Relativität des Herrschaftseigentums belegt.

Eu - und Heterochromatin.

Einige Chromosomen erscheinen während der Zellteilung verdichtet und intensiv gefärbt. Solche Unterschiede wurden als Heteropyknose bezeichnet. Der Begriff " Heterochromatin". Es gibt Euchromatin - den Hauptteil der mitotischen Chromosomen, der während der Mitose den üblichen Zyklus der Verdichtungsdekompaktierung durchläuft, und Heterochromatin- Regionen von Chromosomen, die sich ständig in einem kompakten Zustand befinden.

Bei den meisten eukaryotischen Arten enthalten die Chromosomen beides EU- und heterochromatische Regionen, wobei letztere ein bedeutender Teil des Genoms sind. Heterochromatin in den zentromeren, manchmal in den telomeren Regionen angesiedelt. Heterochromatische Regionen wurden in den euchromatischen Armen der Chromosomen gefunden. Sie sehen aus wie Interkalationen (Interkalationen) von Heterochromatin in Euchromatin. Solch Heterochromatin Interkalar genannt. Verdichtung von Chromatin. Euchromatin u Heterochromatin unterscheiden sich in Verdichtungszyklen. Ehr. durchläuft einen vollständigen Zyklus von Kompaktisierung-Dekompaktisierung von Interphase zu Interphase, Hetero. behält einen Zustand relativer Kompaktheit bei. Differenzielle Färbung. Verschiedene Abschnitte von Heterochromatin werden mit verschiedenen Farbstoffen gefärbt, einige Bereiche - mit einigen einem, andere - mit mehreren. Unter Verwendung verschiedener Farbstoffe und Chromosomenumlagerungen, die heterochromatische Regionen aufbrechen, wurden viele kleine Regionen in Drosophila charakterisiert, in denen die Farbaffinität von benachbarten Regionen abweicht.

10. Morphologische Merkmale des Metaphase-Chromosoms .

Das Metaphase-Chromosom besteht aus zwei Längssträngen von Desoxyribonukleoprotein - Chromatiden, die im Bereich der primären Verengung - dem Zentromer - miteinander verbunden sind. Zentromer - ein speziell organisierter Abschnitt des Chromosoms, der beiden Schwesterchromatiden gemeinsam ist. Das Zentromer teilt den Körper des Chromosoms in zwei Arme. Je nach Lage der primären Verengung werden folgende Arten von Chromosomen unterschieden: gleicharmig (metazentrisch), wenn sich das Zentromer in der Mitte befindet und die Arme ungefähr sind Gleiche Länge; ungleiche Arme (submetazentrisch), wenn das Zentromer von der Mitte des Chromosoms verschoben ist und die Arme ungleich lang sind; stäbchenförmig (akrozentrisch), wenn das Zentromer zu einem Ende des Chromosoms verschoben ist und ein Arm sehr kurz ist. Es gibt auch punktförmige (telozentrische) Chromosomen, sie haben keinen Arm, aber sie gehören nicht zum menschlichen Karyotyp (Chromosomensatz). In einigen Chromosomen kann es sekundäre Verengungen geben, die eine Region, die als Satellit bezeichnet wird, vom Körper des Chromosoms trennen.

Es werden die gleichen Nukleotide verwendet, mit Ausnahme des Nukleotids, das Thymin enthält, das durch ein ähnliches Nukleotid ersetzt wird, das Uracil enthält, das mit dem Buchstaben ( in der russischsprachigen Literatur) bezeichnet wird. In DNA- und RNA-Molekülen reihen sich Nukleotide in Ketten aneinander und so entstehen Sequenzen von genetischen Buchstaben.

Die Proteine ​​fast aller lebenden Organismen sind aus nur 20 Arten von Aminosäuren aufgebaut. 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 1960er Jahren zeigten neue Daten jedoch das Scheitern der Hypothese des „kommafreien Codes“. Dann zeigten Experimente, dass Codons, die von Crick als bedeutungslos angesehen wurden, eine Proteinsynthese in einem Reagenzglas hervorrufen können, und 1965 wurde die Bedeutung aller 64 Tripletts festgestellt. Es stellte sich heraus, dass einige Codons einfach redundant sind, das heißt, dass eine Reihe von Aminosäuren von zwei, vier oder sogar sechs Tripletts kodiert werden.

Eigenschaften

Korrespondenztabellen von mRNA-Codons und Aminosäuren

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

genetischer Standardcode

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

Das AUG-Codon kodiert für Methionin und ist auch der Ort der Translationsinitiation: Das erste AUG-Codon in der mRNA-kodierenden Region dient als Start der Proteinsynthese. Umgekehrte Tabelle (Codons für jede Aminosäure sind angegeben, ebenso wie Stoppcodons)

Ala/A	AGB, 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	Getroffen/M	AUG
Asp/D	GAU, GAK	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, GUU, GUG
ANFANG	AUG	HALT	UAG, UGA, UAA

Variationen des genetischen Standardcodes

Das erste Beispiel einer Abweichung vom genetischen Standardcode wurde 1979 bei der Untersuchung menschlicher mitochondrialer Gene entdeckt. Seit dieser Zeit wurden mehrere solcher Varianten gefunden, darunter eine Vielzahl alternativer mitochondrialer Codes, wie z. B. das Lesen des Stoppcodons UGA als das Tryptophan definierende Codon in Mycoplasmen. In Bakterien und Archaeen werden häufig GUG und UUG als Startcodons verwendet. In einigen Fällen beginnen Gene mit der Codierung eines Proteins an einem Startcodon, das sich von dem unterscheidet, das normalerweise von der Art verwendet wird.

In einigen Proteinen werden nicht standardmäßige Aminosäuren wie Selenocystein und Pyrrolysin durch das Stop-Codon-lesende Ribosom eingefügt, was von den Sequenzen in der mRNA abhängt. Selenocystein gilt heute als 21. und Pyrrolysin als 22. der Aminosäuren, aus denen Proteine ​​bestehen.

Trotz dieser Ausnahmen hat der genetische Code aller lebenden Organismen gemeinsame Merkmale: Codons bestehen aus drei Nukleotiden, wobei die ersten beiden definierend sind, Codons werden von tRNA und Ribosomen in eine Sequenz von Aminosäuren übersetzt.

Abweichungen vom standardmäßigen genetischen Code.

Beispiel	Kodon	Üblicher Wert	Liest sich wie:
Einige Hefearten der Gattung Candida	CUG	Leucin	Heiter
Insbesondere die Mitochondrien Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	Leucin	Heiter
Mitochondrien höherer Pflanzen	CGG	Arginin	Tryptophan
Mitochondrien (in allen untersuchten Organismen ohne Ausnahme)	UGA	Stoppen	Tryptophan
Kerngenom von Ciliaten Euplotes	UGA	Stoppen	Cystein oder Selenocystein
Mitochondrien von Säugetieren, Drosophila, S. cerevisiae und viele einfach	AUA	Isoleucin	Methionin = Start
Prokaryoten	GUG	Valin	Start
Eukaryoten (selten)	CUG	Leucin	Start
Eukaryoten (selten)	GUG	Valin	Start
Prokaryoten (selten)	UUG	Leucin	Start
Eukaryoten (selten)	ACG	Threonin	Start
Mitochondrien von Säugetieren	AGC, AGU	Heiter	Stoppen
Drosophila-Mitochondrien	AGA	Arginin	Stoppen
Mitochondrien von Säugetieren	EIN GAG)	Arginin	Stoppen

Evolution

Es wird angenommen, dass der Triplett-Code schon sehr früh im Laufe der Evolution des Lebens entstanden ist. Aber die Existenz von Unterschieden bei einigen Organismen, die in verschiedenen Evolutionsstadien auftraten, zeigt, dass dies nicht immer so war.

Nach einigen Modellen existierte der Code zunächst in einer primitiven Form, als eine kleine Anzahl von Codons eine relativ kleine Anzahl von Aminosäuren bezeichnete. Genauere Bedeutung von Codons und mehr Aminosäuren könnten später eingeführt werden. Zunächst konnten nur die ersten beiden der drei Basen zur Erkennung verwendet werden [was von der Struktur der tRNA abhängt].

- Lewin b. Gene. M.: 1987. C. 62.

siehe auch

Anmerkungen

1. Sänger F. (1952). „Die Anordnung von Aminosäuren in Proteinen“. Erw. Protein-Chem. 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. Hinweis)
4. Watson J. D., Crick F. H. (Mai 1953). "Genetische Implikationen der Struktur der Desoxyribonukleinsäure". Natur. 171 : 964-967. PMID. Verwendet veralteten Parameter |month= (Hilfe)
5. Crick FH (April 1966). „Der genetische Code – gestern, heute und morgen“. Cold Spring Harb. Symp. Menge biol.: 1-9. PMID. Verwendet veralteten Parameter |month= (Hilfe)
6. Gamow G. (Februar 1954). "Mögliche Beziehung zwischen Desoxyribonukleinsäure und Proteinstrukturen". Natur. 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0 . PMID. Verwendet veralteten Parameter |month= (Hilfe)
7. Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). „Das Problem der Informationsübertragung von den Nukleinsäuren auf die Proteine“. Erw. Bio.l Med. Phys. 4 : 23-68. PMID.
8. Gamow G., Ycas M. (1955). „Statistische Korrelation von Protein und Ribonukleinsäure Zusammensetzung“ . Proz. Natl. Akad. Wissenschaft VEREINIGTE STAATEN VON AMERIKA. 41 : 1011-1019. PMID.
9. Crick F. H., Griffith J. S., Orgel L. E. (1957).

Ministerium für Bildung und Wissenschaft Russische Föderation Bundesamt für Bildung

Bundesland Bildungseinrichtung höher Berufsausbildung„Staat Altai Technische Universität Sie. ich.ich Polzunow"

Institut für Naturwissenschaften und Systemanalyse

Essay zum Thema "Genetischer Code"

1. Das Konzept des genetischen Codes

3. Genetische Informationen

Referenzliste

1. Das Konzept des genetischen Codes

Der genetische Code ist ein einheitliches System zur Aufzeichnung von Erbinformationen in Nukleinsäuremolekülen in Form einer Nukleotidsequenz, die für lebende Organismen charakteristisch ist. Jedes Nukleotid wird mit einem Großbuchstaben bezeichnet, der mit dem Namen der stickstoffhaltigen Base beginnt, die Teil davon ist: - A (A) Adenin; - G (G) Guanin; -C(C)Cytosin; - T (T) Thymin (in DNA) oder U (U) Uracil (in mRNA).

Die Implementierung des genetischen Codes in die Zelle erfolgt in zwei Stufen: Transkription und Translation.

Die erste davon findet im Kern statt; sie besteht in der Synthese von mRNA-Molekülen auf den entsprechenden DNA-Abschnitten. In diesem Fall wird die DNA-Nukleotidsequenz in die RNA-Nukleotidsequenz "umgeschrieben". Die zweite Stufe findet im Zytoplasma an Ribosomen statt; In diesem Fall wird die Nukleotidsequenz der i-RNA in die Aminosäuresequenz des Proteins übersetzt: Dieser Schritt erfolgt unter Beteiligung der Transfer-RNA (t-RNA) und der entsprechenden Enzyme.

2. Eigenschaften des genetischen Codes

1. Triplett

Jede Aminosäure wird durch eine Sequenz von 3 Nukleotiden kodiert.

Ein Triplett oder Codon ist eine Sequenz aus drei Nukleotiden, die für eine Aminosäure kodiert.

Der Code kann nicht monopleth sein, da 4 (die Anzahl der verschiedenen Nukleotide in der DNA) weniger als 20 ist. Der Code kann nicht verdoppelt werden, weil 16 (die Anzahl der Kombinationen und Permutationen von 4 Nukleotiden mal 2) ist kleiner als 20. Der Code kann dreifach sein, weil 64 (die Anzahl der Kombinationen und Permutationen von 4 bis 3) ist größer als 20.

2. Entartung.

Alle Aminosäuren, mit Ausnahme von Methionin und Tryptophan, werden von mehr als einem Triplett kodiert: 2 Aminosäuren 1 Triplett = 2 9 Aminosäuren je 2 Tripletts = 18 1 Aminosäure 3 Tripletts = 3 5 Aminosäuren je 4 Tripletts = 20 3 Aminosäuren je 6 Tripletts = 18 Insgesamt 61 Tripletts kodieren für 20 Aminosäuren.

3. Das Vorhandensein von intergenischen Satzzeichen.

Ein Gen ist ein DNA-Abschnitt, der für eine Polypeptidkette oder ein tRNA-, rRNA- oder sRNA-Molekül kodiert.

Die tRNA-, rRNA- und sRNA-Gene kodieren nicht für Proteine.

Am Ende jedes Gens, das ein Polypeptid codiert, befindet sich mindestens eines von 3 Terminationscodons oder Stoppsignalen: UAA, UAG, UGA. Sie beenden die Sendung.

Herkömmlicherweise gehört das AUG-Codon auch zu Satzzeichen – das erste nach der Leader-Sequenz. Es erfüllt die Funktion eines Großbuchstabens. In dieser Position kodiert es für Formylmethionin (in Prokaryoten).

4. Einzigartigkeit.

Jedes Triplett codiert nur eine Aminosäure oder ist ein Translationsterminator.

Die Ausnahme ist das AUG-Codon. In Prokaryoten in der ersten Position ( Großbuchstabe) kodiert es für Formylmethionin und in allen anderen kodiert es für Methionin.

5. Kompaktheit oder das Fehlen von intragenen Interpunktionszeichen.

Innerhalb eines Gens ist jedes Nukleotid Teil eines signifikanten Codons.

1961 Seymour Benzer und Francis Crick haben experimentell bewiesen, dass der Code Triplett und kompakt ist.

Die Essenz des Experiments: "+" Mutation - die Einfügung eines Nukleotids. "-" Mutation - Verlust eines Nukleotids. Eine einzelne "+"- oder "-"-Mutation am Anfang eines Gens korrumpiert das gesamte Gen. Eine doppelte "+"- oder "-"-Mutation verdirbt auch das gesamte Gen. Eine dreifache "+" oder "-" Mutation am Anfang des Gens verdirbt nur einen Teil davon. Eine vierfache „+“- oder „-“-Mutation verdirbt wiederum das gesamte Gen.

Das Experiment beweist, dass der Code ein Triplett ist und es keine Satzzeichen innerhalb des Gens gibt. Das Experiment wurde an zwei benachbarten Phagengenen durchgeführt und zeigte zusätzlich das Vorhandensein von Interpunktionszeichen zwischen den Genen.

3. Genetische Informationen

Genetische Information ist ein Programm der Eigenschaften eines Organismus, das von Vorfahren erhalten und in Form eines genetischen Codes in erbliche Strukturen eingebettet ist.

Es wird angenommen, dass die Bildung der genetischen Information nach dem Schema ablief: geochemische Prozesse – Mineralbildung – evolutionäre Katalyse (Autokatalyse).

Es ist möglich, dass die ersten primitiven Gene mikrokristalline Tonkristalle waren, und jede neue Tonschicht richtet sich nach den strukturellen Merkmalen der vorherigen aus, als ob sie von ihr Informationen über die Struktur erhalten würde.

Die Realisierung genetischer Informationen erfolgt im Prozess der Synthese von Proteinmolekülen mit Hilfe von drei RNAs: Informations- (mRNA), Transport- (tRNA) und Ribosomen (rRNA). Der Prozess der Informationsübertragung verläuft: - über den Kanal der direkten Kommunikation: DNA - RNA - Protein; und - über den Rückkanal: Umwelt - Protein - DNA.

Lebewesen können Informationen empfangen, speichern und weitergeben. Darüber hinaus neigen lebende Organismen dazu, die erhaltenen Informationen über sich selbst und die Welt um sie herum so effizient wie möglich zu nutzen. Erbinformationen, die in Genen eingebettet und für einen lebenden Organismus für Existenz, Entwicklung und Fortpflanzung notwendig sind, werden von jedem Individuum an seine Nachkommen weitergegeben. Diese Informationen bestimmen die Entwicklungsrichtung des Organismus, und im Prozess seiner Wechselwirkung mit der Umwelt kann die Reaktion auf sein Individuum verzerrt werden, wodurch die Entwicklung der Entwicklung von Nachkommen sichergestellt wird. Im Verlauf der Evolution eines lebenden Organismus entstehen neue Informationen und werden erinnert, einschließlich des Wertes der Informationen für ihn.

Im Zuge der Umsetzung von Erbinformationen unter bestimmten Umweltbedingungen wird der Phänotyp von Organismen einer bestimmten biologischen Art gebildet.

Genetische Informationen bestimmen die morphologische Struktur, das Wachstum, die Entwicklung, den Stoffwechsel, das mentale Lager, die Veranlagung für Krankheiten und genetische Defekte des Körpers.

Viele Wissenschaftler, die zu Recht die Rolle von Informationen bei der Entstehung und Entwicklung von Lebewesen betonen, haben diesen Umstand als eines der Hauptkriterien des Lebens bezeichnet. Also, V.I. Karagodin glaubt: „Das Lebendige ist eine solche Daseinsform von Informationen und den durch sie codierten Strukturen, die die Reproduktion dieser Informationen unter geeigneten Umweltbedingungen gewährleistet.“ Die Verbindung von Informationen mit dem Leben wird auch von A.A. Lyapunov: „Leben ist ein hochgeordneter Materiezustand, der Informationen nutzt, die durch die Zustände einzelner Moleküle kodiert sind, um anhaltende Reaktionen zu entwickeln.“ Unser bekannter Astrophysiker N.S. Kardashev betont auch die Informationskomponente des Lebens: „Leben entsteht aufgrund der Möglichkeit, eine spezielle Art von Molekülen zu synthetisieren, die in der Lage sind, sich zunächst die einfachsten Informationen zu merken und zu verwenden Umgebung und ihre eigene Struktur, die sie zur Selbsterhaltung, zur Fortpflanzung und, was für uns besonders wichtig ist, um noch mehr Informationen zu erhalten.“ Der Ökologe S.S. Chetverikov über Populationsgenetik, in der gezeigt wurde, dass nicht einzelne Merkmale und Individuen Der Selektion unterliegen zwar nicht die Genotypen der gesamten Population, sondern die phänotypischen Merkmale einzelner Individuen, die zur Verbreitung vorteilhafter Veränderungen in der gesamten Population führen, somit wird der Mechanismus der Evolution wie durch Zufall realisiert Mutationen genetische Ebene, und durch die Vererbung der wertvollsten Merkmale (der Wert von Informationen!), die die Anpassung von Mutationsmerkmalen an die Umwelt bestimmen, wodurch die lebensfähigsten Nachkommen entstehen.

Jahreszeitliche Klimaänderungen, verschiedene natürliche bzw von Menschen verursachte Katastrophen Einerseits führen sie zu einer Veränderung der Genwiederholungshäufigkeit in Populationen und damit zu einer Abnahme der erblichen Variabilität. Dieser Vorgang wird manchmal als Gendrift bezeichnet. Und andererseits zu Veränderungen in der Konzentration verschiedener Mutationen und einer Abnahme der Vielfalt der in der Population enthaltenen Genotypen, was zu Änderungen in Richtung und Intensität der Selektionsaktion führen kann.

4. Entschlüsselung des genetischen Codes des Menschen

Im Mai 2006 veröffentlichten Wissenschaftler, die an der Entschlüsselung des menschlichen Genoms arbeiteten, eine vollständige genetische Karte von Chromosom 1, dem letzten unvollständig sequenzierten menschlichen Chromosom.

Eine vorläufige humangenetische Karte wurde 2003 veröffentlicht und markierte damit das formelle Ende des Human Genome Project. In seinem Rahmen wurden Genomfragmente sequenziert, die 99 % der menschlichen Gene enthalten. Die Genauigkeit der Genidentifikation betrug 99,99 %. Am Ende des Projekts waren jedoch nur vier der 24 Chromosomen vollständig sequenziert. Tatsache ist, dass Chromosomen neben Genen Fragmente enthalten, die keine Merkmale codieren und nicht an der Proteinsynthese beteiligt sind. Die Rolle, die diese Fragmente im Leben des Organismus spielen, ist noch unbekannt, aber immer mehr Forscher neigen dazu zu glauben, dass ihre Untersuchung größte Aufmerksamkeit erfordert.

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

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

Der Prozess beginnt um Ader 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 Buchstaben der RNA, um sie zu einem Faden zu verbinden. Die Buchstaben der DNA werden also 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 der Synthese ihrer RNA-Matrize wird als bezeichnet Transkription , und die synthetisierte RNA wird als Informations- oder bezeichnet i-RNA .

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

Eine andere Art von RNA sucht nach dieser Aminosäure, fängt sie mit Hilfe eines Enzyms ein und liefert sie an den Ort der Proteinsynthese. Diese RNA wird Transfer-RNA oder tRNA genannt. Während die mRNA-Nachricht gelesen und übersetzt wird, wächst die Aminosäurekette. Diese Kette dreht und faltet sich zu einer einzigartigen Form, wodurch eine Art Protein entsteht. Schon der Prozess der Proteinfaltung ist bemerkenswert: alles mit einem Computer zu berechnen Optionen es würde 1027 (!) Jahre dauern, ein mittelgroßes Protein, das aus 100 Aminosäuren besteht, zu falten. Und für die Bildung einer Kette von 20 Aminosäuren im Körper dauert es nicht länger als eine Sekunde, und dieser Prozess findet kontinuierlich in allen Zellen des Körpers statt.

Gene, genetischer Code und seine Eigenschaften.

Etwa 7 Milliarden Menschen leben auf der Erde. Bis auf 25-30 Millionen eineiige Zwillingspaare, dann genetisch alle Menschen sind verschieden : jeder ist einzigartig, hat einzigartige erbliche Eigenschaften, Charaktereigenschaften, Fähigkeiten, Temperament.

Solche Unterschiede werden erklärt Unterschiede in den Genotypen- Gensätze eines Organismus; jeder ist einzigartig. Die genetischen Merkmale eines bestimmten Organismus sind verkörpert bei Proteinen - Folglich unterscheidet sich die Struktur des Proteins einer Person, wenn auch erheblich, von der Protein einer anderen Person.

Es bedeutet nicht dass Menschen nicht genau die gleichen Proteine ​​haben. Proteine, die die gleichen Funktionen erfüllen, können gleich sein oder sich geringfügig um eine oder zwei Aminosäuren voneinander unterscheiden. Aber existiert nicht auf der Erde von Menschen (mit Ausnahme von eineiigen Zwillingen), in denen sich alle Proteine ​​befinden würden sind gleich .

Information über die Primärstruktur eines Proteins kodiert als Sequenz von Nukleotiden in einem Abschnitt eines DNA-Moleküls, Gen - eine Einheit von Erbinformationen eines Organismus. Jedes DNA-Molekül enthält viele Gene. Die Gesamtheit aller Gene eines Organismus macht seine aus Genotyp . Auf diese Weise,

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

Erbinformationen werden mit verschlüsselt genetischer Code , das für alle Organismen universell ist und sich nur in der Abfolge von Nukleotiden unterscheidet, die Gene bilden und für Proteine ​​bestimmter Organismen kodieren.

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

Tatsächlich Code zählt Sequenz von Nukleotiden in einem i-RNA-Molekül , da es entfernt Informationen aus der DNA (der Prozess Transkriptionen ) und übersetzt es in eine Sequenz von Aminosäuren in den Molekülen synthetisierter Proteine ​​(Prozess Sendungen ).
Die Zusammensetzung der mRNA umfasst die Nukleotide A-C-G-U, deren Tripletts genannt werden Kodons : Das CHT-DNA-Triplett auf mRNA wird zum HCA-Triplett, und das AAG-DNA-Triplett wird zum UUC-Triplett. Genau i-RNA-Codons spiegelt den genetischen Code in der Aufzeichnung wider.

Auf diese Weise, genetischer Code - ein einheitliches System zur Aufzeichnung von Erbinformationen in Nukleinsäuremolekülen in Form einer Nukleotidsequenz . Der genetische Code basiert auf der Verwendung eines Alphabets, das aus nur vier Nukleotidbuchstaben besteht, die sich in stickstoffhaltigen Basen unterscheiden: A, T, G, C.

Die Haupteigenschaften des genetischen Codes:

1. Genetischer Code Triplett. Ein Triplett (Codon) ist eine Sequenz aus drei Nukleotiden, die für eine Aminosäure kodiert. 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 zur Codierung von Aminosäuren reichen nicht aus, da in diesem Fall nur 16 Aminosäuren codiert werden können. Das bedeutet, dass die kleinste Anzahl von Nukleotiden, die eine Aminosäure kodieren, mindestens drei sein muss. 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 von mehreren Tripletts codiert werden kann (da es 20 Aminosäuren gibt und es 64 Tripletts gibt), mit Ausnahme von Methionin und Tryptophan, die nur von einem Triplett codiert werden Triplett. Darüber hinaus treten einige Drillinge auf spezifische Funktionen: im mRNA-Molekül sind die Tripletts UAA, UAG, UGA – terminierende Codons, d.h. halt-Signale, die die Synthese der Polypeptidkette stoppen. Das Methionin entsprechende Triplett (AUG), das am Anfang der DNA-Kette steht, kodiert nicht für eine Aminosäure, sondern erfüllt die Funktion des Initiierens (Anregens) des Lesens.

3. Eindeutigkeit code - zusammen mit der Redundanz hat der Code die Eigenschaft Einzigartigkeit : jedes Codon passt nur ein bestimmte Aminosäure.

4. Kollinearität Code, d.h. Abfolge von Nukleotiden in einem Gen exakt entspricht der Reihenfolge der Aminosäuren im Protein.

5. Genetischer Code nicht überlappend und kompakt , d.h. enthält keine "Satzzeichen". Dies bedeutet, dass der Leseprozess keine Möglichkeit von überlappenden Spalten (Tripletts) zulässt, und ab einem bestimmten Codon wird das Lesen kontinuierlich Triplett für Triplett fortgesetzt, bis halt-Signale ( Terminationscodons).

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 Kodons i-RNA und Aufbauketten von Proteinmolekülen.

Matrixsynthesereaktionen.

In lebenden Systemen gibt es Reaktionen, die der unbelebten Natur unbekannt sind - Matrixsynthesereaktionen.

Der Begriff „Matrix“ in der technik bezeichnen sie die form zum giessen von münzen, medaillen, typografischen lettern: das gehärtete metall gibt exakt alle details der zum giessen verwendeten form wieder. Matrixsynthese gleicht einem Abguss auf einer Matrize: Neue Moleküle werden streng nach dem Plan synthetisiert, der in der Struktur bereits vorhandener Moleküle festgelegt ist.

Das Matrixprinzip liegt im Kern die wichtigsten Synthesereaktionen der Zelle, wie die Synthese von Nukleinsäuren und Proteinen. Bei diesen Reaktionen wird eine exakte, streng spezifische Abfolge von Monomereinheiten in den synthetisierten Polymeren bereitgestellt.

Dies ist, wo gerichtet Ziehen von Monomeren an eine bestimmte Stelle Zellen - in Moleküle, die als Matrix dienen, in der die Reaktion stattfindet. Wenn solche Reaktionen das Ergebnis einer zufälligen Kollision von Molekülen wären, würden sie unendlich langsam ablaufen. Die Synthese komplexer Moleküle nach dem Matrixprinzip erfolgt schnell und präzise. Die Rolle der Matrix Makromoleküle von Nukleinsäuren spielen in Matrixreaktionen mit DNA oder RNA .

monomere Moleküle, aus denen das Polymer synthetisiert wird - Nukleotide oder Aminosäuren - werden nach dem Prinzip der Komplementarität in einer fest definierten, vorgegebenen Reihenfolge auf der Matrix angeordnet und fixiert.

Dann kommt "Vernetzung" von Monomereinheiten zu einer Polymerkette, und das fertige Polymer wird aus der Matrix getropft.

Danach Matrix bereit zum Zusammenbau eines neuen Polymermoleküls. Es ist klar, dass genau wie nur eine Münze, ein Buchstabe auf eine gegebene Form gegossen werden kann, auch nur ein Polymer auf einem gegebenen Matrixmolekül "zusammengebaut" werden kann.

Matrixartige Reaktionen- eine Besonderheit der Chemie lebender Systeme. Sie sind die Grundlage grundlegende Eigenschaft aller Lebewesen - seine Fähigkeit, seine eigene Art zu reproduzieren.

Matrixsynthesereaktionen

1. DNA Replikation - Replikation (von lat. replikatio - Erneuerung) - der Prozess der Synthese eines Tochtermoleküls von 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 gewährleistet die genaue Übertragung genetischer Informationen von Generation zu Generation. Die DNA-Replikation wird durch einen komplexen Enzymkomplex, bestehend aus 15-20 verschiedenen Proteinen, genannt Antwort . Das Material für die Synthese sind freie Nukleotide, die im Zytoplasma von Zellen vorhanden sind. Die biologische Bedeutung der Replikation liegt in der exakten Übertragung der Erbinformation vom Elternmolekül auf die Tochtermoleküle, die normalerweise bei der Teilung somatischer Zellen stattfindet.

Das DNA-Molekül besteht aus zwei komplementären Strängen. Diese Ketten werden durch schwache Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten, die von Enzymen aufgebrochen werden können. Das DNA-Molekül ist in der Lage, sich selbst zu verdoppeln (Replikation), und eine neue Hälfte davon wird auf jeder alten Hälfte des Moleküls synthetisiert.
Außerdem kann ein mRNA-Molekül auf einem DNA-Molekül synthetisiert werden, das dann die von der DNA erhaltene Information an den Ort der Proteinsynthese überträgt.

Informationsübertragung und Proteinsynthese folgen einem Matrixprinzip, vergleichbar mit der Arbeit einer Druckmaschine in einer Druckerei. Informationen aus der DNA werden immer wieder kopiert. Treten beim Kopieren Fehler auf, werden diese in allen nachfolgenden Kopien wiederholt.

Es stimmt, einige Fehler beim Kopieren von Informationen durch ein DNA-Molekül können korrigiert werden - der Prozess der Fehlerbeseitigung wird genannt Wiedergutmachungen. Die erste der Reaktionen im Prozess der Informationsübertragung ist die Replikation des DNA-Moleküls und die Synthese neuer DNA-Stränge.

2. Transkription (vom lateinischen Transkriptio - Umschreiben) - der Prozess der RNA-Synthese unter Verwendung von DNA als Vorlage, der in allen lebenden Zellen stattfindet. Mit anderen Worten, es ist die Übertragung genetischer Informationen von DNA auf RNA.

Die Transkription wird durch das Enzym DNA-abhängige RNA-Polymerase katalysiert. RNA-Polymerase bewegt sich entlang des DNA-Moleküls in Richtung 3 " → 5". Die Transkription besteht aus Schritten Initiierung, Verlängerung und Beendigung . Die Einheit der Transkription ist das Operon, ein Fragment des DNA-Moleküls, bestehend aus Promotor, transkribierte Einheit und Terminator . i-RNA besteht aus einem Strang und wird auf DNA gemäß der Komplementaritätsregel unter Beteiligung eines Enzyms synthetisiert, das den Beginn und das Ende der Synthese des i-RNA-Moleküls aktiviert.

Das fertige mRNA-Molekül gelangt an den Ribosomen ins Zytoplasma, wo die Synthese von Polypeptidketten stattfindet.

3. Übertragung (von lat. Übersetzung- Übertragung, Bewegung) - der Prozess der Proteinsynthese aus Aminosäuren auf der Informationsmatrix (Matrix) RNA (mRNA, mRNA), die vom Ribosom durchgeführt wird. Mit anderen Worten, dies ist der Prozess der Übersetzung der in der Nukleotidsequenz der i-RNA enthaltenen Information in die Sequenz der Aminosäuren im Polypeptid.

4. umgekehrte 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 der „umgekehrten“ Richtung zur Transkription erfolgt. Die Idee der umgekehrten Transkription war zunächst sehr unpopulär, da sie dem zentralen Dogma widersprach Molekularbiologie, die darauf hindeutet, dass DNA in RNA transkribiert und dann in Proteine ​​übersetzt wird.

1970 entdeckten Temin und Baltimore jedoch unabhängig voneinander ein Enzym namens Reverse Transkriptase (Revertase) , und die Möglichkeit der reversen Transkription wurde schließlich bestätigt. 1975 wurden Temin und Baltimore ausgezeichnet Nobelpreis im Bereich Physiologie und Medizin. Einige Viren (wie das humane Immunschwächevirus, das eine HIV-Infektion verursacht) haben die Fähigkeit, RNA in DNA umzuwandeln. HIV hat ein RNA-Genom, das sich in die DNA integriert. 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 rückgängig machen. Eine der Funktionen von Reversease ist das Erstellen komplementäre DNA (cDNA) aus dem viralen Genom. Das zugehörige Enzym Ribonuklease spaltet RNA und Reversetase synthetisiert cDNA aus der DNA-Doppelhelix. cDNA wird durch Integrase in das Wirtszellgenom 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 ein Verteiler von Viren bleiben.

Der Ablauf von Matrixreaktionen in der Proteinbiosynthese lässt sich als Diagramm darstellen.

Auf diese Weise, Proteinbiosynthese- Dies ist eine der Arten des plastischen Austauschs, bei dem die in den DNA-Genen kodierte Erbinformation in einer bestimmten Sequenz von Aminosäuren in Proteinmolekülen realisiert wird.

Proteinmoleküle sind im Wesentlichen Polypeptidketten aus einzelnen Aminosäuren aufgebaut. Aber Aminosäuren sind nicht aktiv genug, um sich alleine miteinander zu verbinden. Daher müssen Aminosäuren, bevor sie sich miteinander verbinden und ein Proteinmolekül bilden aktivieren Sie . Diese Aktivierung erfolgt unter Einwirkung spezieller Enzyme.

Durch die Aktivierung wird die Aminosäure labiler und bindet unter Einwirkung des gleichen Enzyms an t- RNS. Jede Aminosäure entspricht einem streng spezifischen t- RNS, der "seine" Aminosäure findet und aushält es in das Ribosom.

Daher erhält das Ribosom verschiedene aktivierte Aminosäuren, die mit ihren verknüpft sind t- RNS. Das Ribosom ist wie Förderer aus verschiedenen eintretenden Aminosäuren eine Proteinkette zusammenzusetzen.

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

Der dirigierende Einfluss der DNA auf die Proteinsynthese erfolgt nicht direkt, sondern mit Hilfe eines speziellen Zwischenhändlers - Matrix oder Boten-RNA (mRNA oder i-RNA), welche in den Zellkern synthetisiert Es wird nicht von DNA beeinflusst, daher spiegelt seine Zusammensetzung die Zusammensetzung der DNA wider. Das RNA-Molekül ist sozusagen ein Abguss der DNA-Form. Die synthetisierte mRNA dringt in das Ribosom ein und überträgt sie sozusagen auf diese Struktur planen- in welcher Reihenfolge müssen die in das Ribosom eintretenden aktivierten Aminosäuren miteinander kombiniert werden, um ein bestimmtes Protein zu synthetisieren. Ansonsten, Die in der DNA kodierte genetische Information wird auf die mRNA und dann auf das Protein übertragen.

Das mRNA-Molekül tritt in das Ribosom ein und blitzt Sie. Der Abschnitt davon, der sich gerade im Ribosom befindet, wird bestimmt Kodon (Triplett), interagiert auf ganz spezifische Weise mit einer dafür geeigneten Struktur Triplett (Anticodon) in der Transfer-RNA, die die Aminosäure in das Ribosom brachte.

Transfer-RNA mit ihrer Aminosäure nähert sich einem bestimmten Codon von mRNA und verbindet mit ihm; zur nächsten, benachbarten Stelle der i-RNA verbindet sich mit einer anderen tRNA mit einer anderen Aminosäure und so weiter, bis die gesamte i-RNA-Kette abgelesen ist, bis alle Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge aneinandergereiht sind und ein Proteinmolekül bilden. Und t-RNA, die die Aminosäure an eine bestimmte Stelle der Polypeptidkette liefert, von seiner Aminosäure befreit und verlässt das Ribosom.

Im Zytoplasma kann sich dann wieder die gewünschte Aminosäure anschließen, die wiederum an das Ribosom übertragen wird. Am Prozess der Proteinsynthese sind nicht nur ein, sondern mehrere Ribosomen, Polyribosomen, gleichzeitig beteiligt.

Die wichtigsten Phasen der Übertragung genetischer Informationen:

1. Synthese auf DNA wie auf einer mRNA-Matrize (Transkription)
2. Synthese der Polypeptidkette in Ribosomen nach dem in i-RNA enthaltenen Programm (Translation) .

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

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

Heute ist es für niemanden ein Geheimnis, dass das Lebensprogramm aller lebenden Organismen auf dem DNA-Molekül geschrieben ist. Die einfachste Art, sich ein DNA-Molekül vorzustellen, ist wie eine lange Leiter. Die vertikalen Stützen dieser Leiter bestehen aus Zucker-, Sauerstoff- und Phosphormolekülen. Auf den Sprossen der Leiter sind alle wichtigen Arbeitsinformationen im Molekül festgehalten – sie bestehen aus zwei Molekülen, die jeweils an einem der vertikalen Gestelle befestigt sind. Diese stickstoffhaltigen Basismoleküle werden Adenin, Guanin, Thymin und Cytosin genannt, aber sie werden allgemein einfach als A, G, T und C bezeichnet. Die Form dieser Moleküle ermöglicht es ihnen, Bindungen – fertige Schritte – von nur einer bestimmten Größe zu bilden Typ. Dies sind die Bindungen zwischen den Basen A und T und zwischen den Basen G und C (das so gebildete Paar heißt "paar gründe"). Es kann keine anderen Arten von Bindungen im DNA-Molekül geben.

Wenn Sie die Stufen entlang eines Strangs des DNA-Moleküls hinuntergehen, erhalten Sie die Abfolge der Basen. Diese Botschaft in Form einer Abfolge von Basen bestimmt den Ablauf chemischer Reaktionen in der Zelle und folglich die Eigenschaften des Organismus, der diese DNA besitzt. Nach dem zentralen Dogma der Molekularbiologie sind Informationen über Proteine ​​auf dem DNA-Molekül kodiert, das wiederum als Enzym ( cm. Katalysatoren und Enzyme), regulieren alles chemische Reaktionen in lebenden Organismen.

Eine strenge Übereinstimmung zwischen der Abfolge von Basenpaaren in einem DNA-Molekül und der Abfolge von Aminosäuren, aus denen Proteinenzyme bestehen, wird als genetischer Code bezeichnet. Der genetische Code wurde kurz nach der Entdeckung der doppelsträngigen Struktur der DNA entschlüsselt. Es war bekannt, dass das neu entdeckte Molekül informativ, oder Matrix RNA (mRNA oder mRNA) trägt Informationen, die auf DNA geschrieben sind. Die Biochemiker Marshall W. Nirenberg und J. Heinrich Matthaei von den National Institutes of Health in Bethesda, Washington, DC, führten die ersten Experimente durch, die zur Enträtselung des genetischen Codes führten.

Sie begannen damit, künstliche mRNA-Moleküle zu synthetisieren, die nur aus der sich wiederholenden stickstoffhaltigen Base Uracil bestehen (die analog zu Thymin, „T“, ist und nur mit Adenin, „A“, aus dem DNA-Molekül Bindungen eingeht). Sie fügten diese mRNAs Reagenzgläsern mit einer Mischung aus Aminosäuren hinzu, wobei nur eine der Aminosäuren in jedem Röhrchen mit einem radioaktiven Marker markiert war. Die Forscher fanden heraus, dass die von ihnen künstlich synthetisierte mRNA die Proteinbildung nur in einem Reagenzglas initiierte, in dem sich die markierte Aminosäure Phenylalanin befand. So stellten sie fest, dass die Sequenz "-U-U-U-" auf dem mRNA-Molekül (und daher die äquivalente Sequenz "-A-A-A-" auf dem DNA-Molekül) ein Protein kodiert, das nur aus der Aminosäure Phenylalanin besteht. Dies war der erste Schritt zur Entschlüsselung des genetischen Codes.

Heute weiß man, dass drei Basenpaare eines DNA-Moleküls (ein solches Triplett heißt Kodon) kodieren für eine Aminosäure in einem Protein. Durch Experimente ähnlich dem oben beschriebenen entschlüsselten Genetiker schließlich den gesamten genetischen Code, in dem jedes der 64 möglichen Codons einer bestimmten Aminosäure entspricht.