Composition chimique et l'organisation structurelle de la molécule d'ADN.
Les molécules d'acide nucléique sont de très longues chaînes composées de plusieurs centaines, voire millions de nucléotides. Tout acide nucléique ne contient que quatre types de nucléotides. Les fonctions des molécules d'acide nucléique dépendent de leur structure, des nucléotides qu'elles contiennent, de leur nombre dans la chaîne et de la séquence du composé dans la molécule.
Chaque nucléotide est constitué de trois composants : une base azotée, un glucide et un acide phosphorique. DANS composé chaque nucléotide ADN comprend l'un des quatre types de bases azotées (adénine - A, thymine - T, guanine - G ou cytosine - C), ainsi que du carbone désoxyribose et un résidu d'acide phosphorique.
Ainsi, les nucléotides de l'ADN ne diffèrent que par le type de base azotée.
La molécule d'ADN est constituée d'un grand nombre de nucléotides reliés en chaîne dans une certaine séquence. Chaque type de molécule d’ADN possède son propre nombre et sa propre séquence de nucléotides.
Les molécules d'ADN sont très longues. Par exemple, pour écrire en lettres la séquence des nucléotides des molécules d’ADN d’une cellule humaine (46 chromosomes), il faudrait un livre d’environ 820 000 pages. L'alternance de quatre types de nucléotides peut se former ensemble infini variantes de molécules d'ADN. Ces caractéristiques structurelles des molécules d'ADN leur permettent de stocker une énorme quantité d'informations sur toutes les caractéristiques des organismes.
En 1953, le biologiste américain J. Watson et le physicien anglais F. Crick créent un modèle de la structure de la molécule d'ADN. Les scientifiques ont découvert que chaque molécule d’ADN est constituée de deux chaînes interconnectées et torsadées en spirale. Cela ressemble à une double hélice. Dans chaque chaîne, quatre types de nucléotides alternent dans une séquence spécifique.
Nucléotide Composition de l'ADN varie parmi différents types bactéries, champignons, plantes, animaux. Mais cela ne change pas avec l’âge et dépend peu des changements environnementaux. Les nucléotides sont appariés, c'est-à-dire que le nombre de nucléotides adénine dans toute molécule d'ADN est égal au nombre de nucléotides thymidine (A-T) et le nombre de nucléotides cytosine est égal au nombre de nucléotides guanine (C-G). Cela est dû au fait que la connexion de deux chaînes entre elles dans une molécule d'ADN obéit à une certaine règle, à savoir : l'adénine d'une chaîne est toujours reliée par deux liaisons hydrogène uniquement avec la thymine d'une autre chaîne et la guanine - avec trois liaisons hydrogène avec la cytosine, c'est-à-dire que les chaînes nucléotidiques d'une molécule d'ADN sont complémentaires, se complètent.
Les molécules d'acide nucléique - ADN et ARN - sont constituées de nucléotides. Les nucléotides d'ADN comprennent une base azotée (A, T, G, C), le désoxyribose glucidique et un résidu de molécule d'acide phosphorique. La molécule d'ADN est une double hélice, constituée de deux chaînes reliées par des liaisons hydrogène selon le principe de complémentarité. Fonction de l'ADN - stockage informations héréditaires.
Propriétés et fonctions de l'ADN.
ADN est porteur d'informations génétiques enregistrées sous la forme d'une séquence de nucléotides à l'aide d'un code génétique. Les molécules d'ADN sont associées à deux principes fondamentaux propriétés des êtres vivants organismes - hérédité et variabilité. Au cours d'un processus appelé réplication de l'ADN, deux copies du brin d'origine sont formées, qui sont héritées par les cellules filles lors de leur division, de sorte que les cellules résultantes sont génétiquement identiques à l'original.
L'information génétique est réalisée lors de l'expression des gènes dans les processus de transcription (synthèse de molécules d'ARN sur une matrice d'ADN) et de traduction (synthèse de protéines sur une matrice d'ARN).
La séquence de nucléotides « code » des informations sur différents types d’ARN : messager ou matrice (ARNm), ribosomal (ARNr) et transport (ARNt). Tous ces types d’ARN sont synthétisés à partir de l’ADN au cours du processus de transcription. Leur rôle dans la biosynthèse des protéines (processus de traduction) est différent. L'ARN messager contient des informations sur la séquence d'acides aminés dans une protéine, l'ARN ribosomal sert de base aux ribosomes (complexes nucléoprotéiques complexes dont la fonction principale est l'assemblage de protéines à partir d'acides aminés individuels sur la base de l'ARNm), les ARN de transfert délivrent des acides aminés acides au site d'assemblage des protéines - au centre actif du ribosome, " rampant " sur l'ARNm.
Code génétique, ses propriétés.
Code génétique- une méthode caractéristique de tous les organismes vivants consistant à coder la séquence d'acides aminés des protéines à l'aide d'une séquence de nucléotides. PROPRIÉTÉS:
- Tripleté- une unité de code significative est une combinaison de trois nucléotides (triplet ou codon).
- Continuité- il n'y a pas de signes de ponctuation entre les triplets, c'est-à-dire que les informations sont lues en continu.
- Sans chevauchement- un même nucléotide ne peut pas faire partie simultanément de deux ou plusieurs triplets (ce qui n'est pas observé pour certains gènes superposés de virus, de mitochondries et de bactéries, qui codent pour plusieurs protéines de changement de cadre).
- Unicité (spécificité)- un codon spécifique correspond à un seul acide aminé (cependant, le codon UGA a Euplotes crassus code pour deux acides aminés - la cystéine et la sélénocystéine)
- Dégénérescence (redondance)- plusieurs codons peuvent correspondre au même acide aminé.
- Polyvalence- le code génétique fonctionne de la même manière dans les organismes de différents niveaux de complexité - des virus aux humains (les méthodes de génie génétique sont basées sur cela ; il existe un certain nombre d'exceptions, indiquées dans le tableau de la section « Variations du code génétique standard » ci-dessous).
- Immunité au bruit- les mutations de substitutions nucléotidiques qui n'entraînent pas de changement dans la classe de l'acide aminé codé sont appelées conservateur; les mutations par substitution nucléotidique qui conduisent à un changement dans la classe de l'acide aminé codé sont appelées radical.
5. Autoreproduction de l'ADN. Réplicon et son fonctionnement .
Le processus d'auto-reproduction de molécules d'acide nucléique, accompagné de l'héritage (de cellule à cellule) de copies exactes de l'information génétique ; R.. réalisée avec la participation d'un ensemble d'enzymes spécifiques (hélicase<hélicase>contrôler le déroulement de la molécule ADN, ADN-polymérase<ADN polymérase> I et III, ADN-ligase<ADN ligase>), procède de manière semi-conservatrice avec la formation d'un fork de réplication<fourche de réplication> ; sur l'un des circuits<brin principal> la synthèse de la chaîne complémentaire est continue, et d'autre part<brin en retard> se produit en raison de la formation de fragments de Dkazaki<Fragments d'Okazaki>; R.. - un procédé de haute précision dont le taux d'erreur ne dépasse pas 10 -9 ; chez les eucaryotes R.. peut se produire en plusieurs points d'une molécule à la fois ADN; vitesse R.. les eucaryotes en ont environ 100 et les bactéries environ 1 000 nucléotides par seconde.
6. Niveaux d'organisation du génome eucaryote .
Chez les organismes eucaryotes, le mécanisme de régulation de la transcription est beaucoup plus complexe. Grâce au clonage et au séquençage de gènes eucaryotes, des séquences spécifiques impliquées dans la transcription et la traduction ont été découvertes.
Une cellule eucaryote est caractérisée par :
1. La présence d'introns et d'exons dans la molécule d'ADN.
2. Maturation de l'ARNm - excision des introns et couture des exons.
3. La présence d'éléments régulateurs qui régulent la transcription, tels que : a) promoteurs - 3 types, dont chacun est occupé par une polymérase spécifique. Pol I réplique les gènes ribosomiques, Pol II réplique les gènes structurels des protéines, Pol III réplique les gènes codant pour les petits ARN. Les promoteurs Pol I et Pol II sont situés devant le site d'initiation de la transcription, le promoteur Pol III est au sein du gène de structure ; b) modulateurs - séquences d'ADN qui améliorent le niveau de transcription ; c) amplificateurs - séquences qui améliorent le niveau de transcription et agissent quelle que soit leur position par rapport à la partie codante du gène et l'état du point de départ de la synthèse de l'ARN ; d) terminateurs - séquences spécifiques qui arrêtent à la fois la traduction et la transcription.
Ces séquences diffèrent des séquences procaryotes par leur structure primaire et leur emplacement par rapport au codon d'initiation, et l'ARN polymérase bactérienne ne les « reconnaît » pas. Ainsi, pour l’expression de gènes eucaryotes dans les cellules procaryotes, les gènes doivent être sous le contrôle d’éléments régulateurs procaryotes. Cette circonstance doit être prise en compte lors de la construction de vecteurs d'expression.
7. Composition chimique et structurelle des chromosomes .
Chimique composition chromosomique - ADN - 40 %, protéines histones - 40 %. Non histone - 20 % d'ARN. Lipides, polysaccharides, ions métalliques.
La composition chimique d'un chromosome est un complexe d'acides nucléiques contenant des protéines, des glucides, des lipides et des métaux. Le chromosome régule l'activité des gènes et la restaure en cas de dommages chimiques ou radiologiques.
DE CONSTRUCTION????
Chromosomes- nucléoprotéine éléments structurels les noyaux cellulaires contenant l'ADN, qui contient les informations héréditaires de l'organisme, sont capables de s'auto-reproduire, possèdent une individualité structurelle et fonctionnelle et la conservent sur plusieurs générations.
dans le cycle mitotique, les caractéristiques suivantes de l'organisation structurelle des chromosomes sont observées :
Il existe des formes mitotiques et interphases Organisation structurelle les chromosomes qui s'échangent les uns avec les autres au cours du cycle mitotique sont des transformations fonctionnelles et physiologiques
8. Niveaux de conditionnement du matériel héréditaire chez les eucaryotes .
Niveaux structurels et fonctionnels d'organisation du matériel héréditaire des eucaryotes
L'hérédité et la variabilité fournissent :
1) héritage individuel (discret) et changement des caractéristiques individuelles ;
2) reproduction de l'ensemble du complexe chez les individus de chaque génération caractéristiques morphofonctionnelles organismes d'une espèce biologique spécifique ;
3) redistribution chez les espèces à reproduction sexuée dans le processus de reproduction de penchants héréditaires, de sorte que le descendant présente une combinaison de caractéristiques différente de leur combinaison chez les parents. Les modèles d'héritage et de variabilité des traits et de leurs ensembles découlent des principes de l'organisation structurelle et fonctionnelle du matériel génétique.
Il existe trois niveaux d'organisation du matériel héréditaire des organismes eucaryotes : génique, chromosomique et génomique (niveau génotype).
La structure élémentaire du niveau génique est le gène. Le transfert de gènes des parents à la progéniture est nécessaire au développement de certaines caractéristiques. Bien que plusieurs formes de variabilité biologique soient connues, seule une violation de la structure des gènes modifie le sens des informations héréditaires, selon lesquelles se forment des caractéristiques et des propriétés spécifiques. Grâce à la présence du niveau génétique, un héritage individuel, séparé (discret) et indépendant et des modifications des caractéristiques individuelles sont possibles.
Les gènes des cellules eucaryotes sont répartis en groupes le long des chromosomes. Ce sont les structures du noyau cellulaire, caractérisées par l'individualité et la capacité de se reproduire tout en préservant les caractéristiques structurelles individuelles au fil des générations. La présence de chromosomes détermine l'identification du niveau d'organisation chromosomique du matériel héréditaire. Le placement des gènes sur les chromosomes affecte l'héritage relatif des traits et permet à la fonction d'un gène d'être influencée par son environnement génétique immédiat - les gènes voisins. L'organisation chromosomique du matériel héréditaire sert une condition nécessaire redistribution des inclinations héréditaires des parents dans la progéniture lors de la reproduction sexuée.
Malgré la répartition sur différents chromosomes, l'ensemble des gènes se comporte fonctionnellement comme un tout, formant un système unique représentant le niveau génomique (génotypique) d'organisation du matériel héréditaire. À ce niveau, il existe une large interaction et une influence mutuelle des inclinations héréditaires, localisées à la fois dans un chromosome et dans différents chromosomes. Le résultat est la correspondance mutuelle d'informations génétiques de différentes tendances héréditaires et, par conséquent, le développement de traits équilibrés dans le temps, le lieu et l'intensité au cours du processus d'ontogenèse. L'activité fonctionnelle des gènes, le mode de réplication et les changements mutationnels dans le matériel héréditaire dépendent également des caractéristiques du génotype de l'organisme ou de la cellule dans son ensemble. En témoigne, par exemple, la relativité de la propriété de domination.
Eu - et hétérochromatine.
Certains chromosomes apparaissent condensés et intensément colorés lors de la division cellulaire. De telles différences étaient appelées hétéropycnose. Le terme " hétérochromatine" Il y a l'euchromatine - la partie principale des chromosomes mitotiques, qui subit le cycle habituel de compactage et de décompaction pendant la mitose, et hétérochromatine- des régions de chromosomes constamment dans un état compact.
Chez la plupart des espèces d'eucaryotes, les chromosomes contiennent à la fois ouf- et des régions hétérochromatiques, ces dernières constituant une part importante du génome. Hétérochromatine situés dans les régions péricentromériques, parfois dans les régions péritomères. Des régions hétérochromatiques ont été découvertes dans les bras euchromatiques des chromosomes. Ils ressemblent à des inclusions (intercalations) d’hétérochromatine dans l’euchromatine. Tel hétérochromatine appelé intercalaire. Compactage de la chromatine. Euchromatine et hétérochromatine diffèrent dans les cycles de compactage. Euh. traverse un cycle complet de compaction-décompaction d'interphase en interphase, hétéro. maintient un état de relative compacité. Colorabilité différentielle. Différentes zones de l'hétérochromatine sont colorées avec différents colorants, certaines zones avec un seul, d'autres avec plusieurs. En utilisant divers colorants et en utilisant des réarrangements chromosomiques qui brisent les régions hétérochromatiques, il a été possible de caractériser de nombreuses petites régions de la drosophile où l'affinité pour les taches est différente de celle des régions voisines.
10. Caractéristiques morphologiques du chromosome métaphasique .
Le chromosome métaphasique est constitué de deux brins longitudinaux de désoxyribonucléoprotéine - chromatides, reliés les uns aux autres dans la région de la constriction primaire - le centromère. Un centromère est une région spécialement organisée d'un chromosome qui est commune aux deux chromatides sœurs. Le centromère divise le corps chromosomique en deux bras. Selon l'emplacement de la constriction primaire, on distingue les types de chromosomes suivants : à bras égaux (métacentriques), lorsque le centromère est situé au milieu et que les bras sont approximativement longueur égale; bras inégaux (sous-métacentriques), lorsque le centromère est déplacé du milieu du chromosome et que les bras sont de longueur inégale ; en forme de bâtonnet (acrocentrique), lorsque le centromère est déplacé vers une extrémité du chromosome et qu'un bras est très court. Il existe également des chromosomes ponctuels (télocentriques) ; il leur manque un bras, mais ils ne sont pas présents dans le caryotype humain (ensemble de chromosomes). Certains chromosomes peuvent avoir des constrictions secondaires qui séparent une région appelée satellite du corps du chromosome.
Les mêmes nucléotides sont utilisés, à l'exception du nucléotide contenant de la thymine, qui est remplacé par un nucléotide similaire contenant de l'uracile, désigné par la lettre (dans la littérature russe). Dans les molécules d’ADN et d’ARN, les nucléotides sont disposés en chaînes et des séquences de lettres génétiques sont ainsi obtenues.
Les protéines de presque tous les organismes vivants sont constituées de seulement 20 types d’acides aminés. Ces acides aminés sont appelés canoniques. Chaque protéine est une ou plusieurs chaînes d'acides aminés reliées dans une séquence strictement définie. Cette séquence détermine la structure de la protéine, et donc toutes ses propriétés biologiques.
Cependant, au début des années 60 du 20e siècle, de nouvelles données ont révélé l'incohérence de l'hypothèse du « code sans virgules ». Ensuite, des expériences ont montré que les codons, considérés comme dénués de sens par Crick, pouvaient provoquer la synthèse de protéines in vitro, et en 1965, la signification des 64 triplets était établie. Il s'est avéré que certains codons sont simplement redondants, c'est-à-dire que toute une série d'acides aminés est codée par deux, quatre ou même six triplets.
Propriétés
Tableaux de correspondance entre codons d'ARNm et acides aminés
Code génétique commun à la plupart des pro et eucaryotes. Le tableau montre les 64 codons et les acides aminés correspondants. L’ordre des bases va de l’extrémité 5" à l’extrémité 3" de l’ARNm.
| 1er base |
2e but | 3ème base |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U | C | UN | g | ||||||
| U | UUU | (Phe/F) Phénylalanine | UCU | (Ser/S) Sérine | UAU | (Tyr/Y) Tyrosine | UGU | (Cys/C) Cystéine | U |
| UUC | UCC | UAC | CGU | C | |||||
| UUA | (Leu/L)Leucine | UCA | SAU | Arrêt ( Ocre) | U.G.A. | Arrêt ( Opale) | UN | ||
| UUG | UCG | UAG | Arrêt ( ambre) | UGG | (Trp/W) Tryptophane | g | |||
| C | CUU | CCU | (Pro/P) Proline | UAU | (His/H) Histidine | C.G.U. | (Arg/R)Arginine | U | |
| CUC | CCC | CAC | C.G.C. | C | |||||
| AUC | DPA | CAA | (Gln/Q) Glutamine | C.G.A. | UN | ||||
| C.U.G. | GCC | CAG | CGG | g | |||||
| UN | AUU | (Ile/I) Isoleucine | UCA | (Thr/T) Thréonine | UQA | (Asn/N) Asparagine | AGU | (Ser/S) Sérine | U |
| AUC | ACC | A.A.C. | A.G.C. | C | |||||
| AUA | ACA | AAA | (Lys/K) Lysine | A.G.A. | (Arg/R)Arginine | UN | |||
| AOÛT | (Met/M) Méthionine | A.C.G. | AAG | AGG | g | ||||
| g | GUU | (Val/V) Valine | C.G.U. | (Ala/A) Alanine | GAU | (Asp/D) Acide aspartique | GGU | (Gly/G)Glycine | U |
| GUC | CCG | GAC | GGC | C | |||||
| GUA | G.C.A. | GAA | (Glu/E) Acide glutamique | GGA | UN | ||||
| G.U.G. | GCG | GAG | GGG | g | |||||
| Ala/A | GCU, GCC, GCA, GCG | Leu/L | UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG |
|---|---|---|---|
| Arg/R | UGT, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG | Lys/K | AAA, AAG |
| Asn/N | AAU, AAC | Rencontré/M | AOÛT |
| Asp/D | GAU, GAC | Phe/F | UUU, UUC |
| Cys/C | UGU, UGC | Soutenir | CCU, CCC, CCA, GCC |
| Gln/Q | CAA, CAG | Ser/S | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
| Colle | GAA, GAG | Thr/T | ACU, ACC, ACA, ACG |
| Gly/G | GGU, GGC, GGA, GGG | Trp/W | UGG |
| Son/H | CAU, CAC | Tyr/Y | UAU, UAC |
| Île/Je | AUU, AUC, AUA | Val/V | GUU, GUC, GUA, GUG |
| COMMENCER | AOÛT | ARRÊT | UAG, UGA, UAA |
Variations du code génétique standard
Le premier exemple d’écart par rapport au code génétique standard a été découvert en 1979 lors d’une étude des gènes mitochondriaux humains. Depuis lors, plusieurs variantes similaires ont été trouvées, y compris une variété de codes mitochondriaux alternatifs, par exemple, lisant le codon stop UGA comme le codon spécifiant le tryptophane dans les mycoplasmes. Chez les bactéries et les archées, HG et UG sont souvent utilisés comme codons d'initiation. Dans certains cas, les gènes commencent à coder une protéine par un codon d'initiation différent de celui normalement utilisé par l'espèce.
Dans certaines protéines, des acides aminés non standards, comme la sélénocystéine et la pyrrolysine, sont insérés par un ribosome lisant le codon stop, en fonction des séquences présentes dans l'ARNm. La sélénocystéine est désormais considérée comme le 21ème, et la pyrrolysine le 22ème, des acides aminés qui composent les protéines.
Malgré ces exceptions, tous les organismes vivants possèdent un code génétique caractéristiques communes: les codons sont constitués de trois nucléotides, les deux premiers étant décisifs ; les codons sont traduits par l'ARNt et les ribosomes en une séquence d'acides aminés.
| Exemple | Codon | Signification normale | Se lit comme : |
|---|---|---|---|
| Certains types de levure Candidose | C.U.G. | Leucine | Sérine |
| Les mitochondries, en particulier dans Saccharomyces cerevisiae | CU(U, C, A, G) | Leucine | Sérine |
| Mitochondries des plantes supérieures | CGG | Arginine | Tryptophane |
| Mitochondries (dans tous les organismes étudiés sans exception) | U.G.A. | Arrêt | Tryptophane |
| Génome nucléaire des ciliés Euplotès | U.G.A. | Arrêt | Cystéine ou sélénocystéine |
| Mitochondries de mammifères, drosophile, S. cerevisiae et de nombreux protozoaires | AUA | Isoleucine | Méthionine = Début |
| Procaryotes | G.U.G. | Valin | Commencer |
| Eucaryotes (rares) | C.U.G. | Leucine | Commencer |
| Eucaryotes (rares) | G.U.G. | Valin | Commencer |
| Procaryotes (rares) | UUG | Leucine | Commencer |
| Eucaryotes (rares) | A.C.G. | Thréonine | Commencer |
| Mitochondries de mammifères | AGC, AGU | Sérine | Arrêt |
| Mitochondries de drosophile | A.G.A. | Arginine | Arrêt |
| Mitochondries de mammifères | UN GAG) | Arginine | Arrêt |
Évolution
On pense que le code triplet s’est développé assez tôt dans l’évolution de la vie. Mais l'existence de différences dans certains organismes, apparues à différents stades de l'évolution, indique qu'il n'a pas toujours été ainsi.
Selon certains modèles, le code existait d'abord sous une forme primitive, lorsqu'un petit nombre de codons désignait un nombre relativement faible d'acides aminés. Signification plus précise des codons et plus grand nombre les acides aminés pourraient être introduits plus tard. Dans un premier temps, seules les deux premières des trois bases pouvaient être utilisées pour la reconnaissance [ce qui dépend de la structure de l'ARNt].
- Lewin B. Les gènes. M. : 1987. P. 62.
voir également
Remarques
- Sanger F. (1952). "La disposition des acides aminés dans les protéines." Av. Chimie des protéines. 7 : 1-67. PMID.
- Ichas M. Code biologique. - M. : Mir, 1971.
- Watson JD, Crick FH (avril 1953). « Structure moléculaire des acides nucléiques ; une structure pour l’acide nucléique désoxyribose. Nature. 171 : 737-738. PMID. référence)
- Watson JD, Crick FH (mai 1953). "Implications génétiques de la structure de l'acide désoxyribonucléique." Nature. 171 : 964-967. PMID. Utilise le paramètre |month= obsolète (aide)
- Crick F. H. (avril 1966). "Le code génétique - hier, aujourd'hui et demain." Harb de printemps froid. Symp. Quant. Biol.: 1-9. PMID. Utilise le paramètre |month= obsolète (aide)
- Gamow G. (février 1954). "Relation possible entre l'acide désoxyribonucléique et les structures protéiques." Nature. 173 : 318. est ce que je:10.1038/173318a0. PMID. Utilise le paramètre |month= obsolète (aide)
- Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). "Le problème du transfert d'informations des acides nucléiques vers les protéines." Av. Bio.l Med. Phys.. 4 : 23-68. PMID.
- Gamow G, Ycas M. (1955). « Corrélation statistique de la composition des protéines et des acides ribonucléiques » . Proc. Natl. Acad. Sci. ETATS-UNIS.. 41 : 1011-1019. PMID.
- Crick F.H., Griffith J.S., Orgel L.E. (1957).
Ministère de l'Éducation et des Sciences Fédération Russe Agence fédérale pour l'éducation
État établissement d'enseignement plus haut enseignement professionnel"État de l'Altaï Université technique eux. I.I. Polzounov"
Département des sciences naturelles et de l'analyse des systèmes
Résumé sur le thème "Code génétique"
1. Le concept de code génétique
3. Informations génétiques
Bibliographie
1. Le concept de code génétique
Le code génétique est un système unifié d'enregistrement des informations héréditaires dans des molécules d'acide nucléique sous la forme d'une séquence de nucléotides caractéristiques des organismes vivants. Chaque nucléotide est désigné par une lettre majuscule, qui commence le nom de la base azotée entrant dans sa composition : - A (A) adénine ; - G(G)guanine ; - C(C)cytosine ; - T(T)thymine (dans l'ADN) ou U(U)uracile (dans l'ARNm).
La mise en œuvre du code génétique dans une cellule se déroule en deux étapes : la transcription et la traduction.
Le premier d’entre eux se produit dans le noyau ; elle consiste en la synthèse de molécules d'ARNm au niveau des sections d'ADN correspondantes. Dans ce cas, la séquence nucléotidique de l’ADN est « réécrite » en séquence nucléotidique de l’ARN. La deuxième étape se déroule dans le cytoplasme, sur les ribosomes ; dans ce cas, la séquence de nucléotides de l'ARNm est traduite en séquence d'acides aminés dans la protéine : cette étape se déroule avec la participation de l'ARN de transfert (ARNt) et des enzymes correspondantes.
2. Propriétés du code génétique
1. Tripleté
Chaque acide aminé est codé par une séquence de 3 nucléotides.
Un triplet ou codon est une séquence de trois nucléotides codant pour un acide aminé.
Le code ne peut pas être monoplet, puisque 4 (le nombre de nucléotides différents dans l'ADN) est inférieur à 20. Le code ne peut pas être doublet, car 16 (le nombre de combinaisons et de permutations de 4 nucléotides de 2) est inférieur à 20. Le code peut être triplet, car 64 (le nombre de combinaisons et de permutations de 4 à 3) est supérieur à 20.
2. Dégénérescence.
Tous les acides aminés, à l'exception de la méthionine et du tryptophane, sont codés par plus d'un triplet : 2 acides aminés de 1 triplet = 2 9 acides aminés de 2 triplets = 18 1 acide aminé 3 triplets = 3 5 acides aminés de 4 triplets = 20 3 acides aminés de 6 triplets = 18 Au total, 61 triplets codent pour 20 acides aminés.
3. Présence de signes de ponctuation intergéniques.
Un gène est une section d’ADN qui code pour une chaîne polypeptidique ou une molécule d’ARNt, d’ARNr ou d’ARNs.
Les gènes d’ARNt, d’ARNr et d’ARNs ne codent pas pour les protéines.
À la fin de chaque gène codant pour un polypeptide se trouve au moins un des 3 codons stop, ou signaux stop : UAA, UAG, UGA. Ils mettent fin à la diffusion.
Classiquement, le codon AUG, le premier après la séquence leader, appartient également aux signes de ponctuation. Cela fonctionne comme une lettre majuscule. Dans cette position, il code pour la formylméthionine (chez les procaryotes).
4. Sans ambiguïté.
Chaque triplet code pour un seul acide aminé ou est un terminateur de traduction.
L'exception est le codon AUG. Chez les procaryotes en première position ( lettre capitale) il code pour la formylméthionine, et dans tout autre - la méthionine.
5. Compacité ou absence de signes de ponctuation intragéniques.
Au sein d'un gène, chaque nucléotide fait partie d'un codon significatif.
En 1961 Seymour Benzer et Francis Crick ont prouvé expérimentalement la nature triple du code et sa compacité.
L'essence de l'expérience : mutation « + » - insertion d'un nucléotide. Mutation "-" - perte d'un nucléotide. Une seule mutation « + » ou « - » au début d'un gène gâche le gène entier. Une double mutation "+" ou "-" gâte également l'ensemble du gène. Une triple mutation « + » ou « - » au début d’un gène n’en gâte qu’une partie. Une quadruple mutation « + » ou « - » gâte à nouveau le gène entier.
L'expérience prouve que le code est un triplet et qu'il n'y a aucun signe de ponctuation à l'intérieur du gène. L'expérience a été réalisée sur deux gènes de phages adjacents et a montré en outre la présence de signes de ponctuation entre les gènes.
3. Informations génétiques
L'information génétique est un programme des propriétés d'un organisme, reçu des ancêtres et intégré dans des structures héréditaires sous la forme d'un code génétique.
On suppose que la formation de l'information génétique a suivi le schéma suivant : processus géochimiques - formation minérale - catalyse évolutive (autocatalyse).
Il est possible que les premiers gènes primitifs étaient des cristaux d'argile microcristalline et que chaque nouvelle couche d'argile soit construite conformément aux caractéristiques structurelles de la précédente, comme si elle recevait des informations sur la structure.
La mise en œuvre de l'information génétique se produit dans le processus de synthèse de molécules protéiques à l'aide de trois ARN : l'ARN messager (ARNm), l'ARN de transport (ARNt) et l'ARN ribosomal (ARNr). Le processus de transfert d'informations s'effectue : - via un canal de communication direct : ADN - ARN - protéine ; et - par le canal de rétroaction : environnement - protéine - ADN.
Les organismes vivants sont capables de recevoir, stocker et transmettre des informations. De plus, les organismes vivants ont un désir inhérent d'utiliser le plus efficacement possible les informations reçues sur eux-mêmes et sur le monde qui les entoure. Les informations héréditaires inscrites dans les gènes et nécessaires à l'existence, au développement et à la reproduction d'un organisme vivant sont transmises de chaque individu à ses descendants. Ces informations déterminent la direction du développement de l'organisme et, au cours de son interaction avec l'environnement, la réaction envers son individu peut être déformée, assurant ainsi l'évolution du développement de la descendance. Au cours du processus d'évolution d'un organisme vivant, de nouvelles informations apparaissent et sont mémorisées, y compris la valeur de l'information pour elle.
Lors de la mise en œuvre d'informations héréditaires dans certaines conditions environnementales, le phénotype des organismes d'une espèce biologique donnée se forme.
Les informations génétiques déterminent la structure morphologique, la croissance, le développement, le métabolisme, la constitution mentale, la prédisposition aux maladies et aux défauts génétiques du corps.
De nombreux scientifiques, soulignant à juste titre le rôle de l'information dans la formation et l'évolution des êtres vivants, ont noté cette circonstance comme l'un des principaux critères de la vie. Donc V.I. Karagodin estime : « La vie est une telle forme d'existence de l'information et des structures qu'elle code, qui assure la reproduction de cette information dans des conditions environnementales appropriées. » Le lien entre l'information et la vie est également noté par les A.A. Lyapunov : « La vie est un état hautement ordonné de la matière qui utilise des informations codées par les états de molécules individuelles pour développer des réactions persistantes. » Notre célèbre astrophysicien N.S. Kardashev souligne également la composante informationnelle de la vie : « La vie naît grâce à la possibilité de synthétiser un type particulier de molécules capables de mémoriser et d'utiliser dans un premier temps les informations les plus simples sur environnement et leur propre structure, qu'ils utilisent pour leur autoconservation, pour leur reproduction et, ce qui est particulièrement important pour nous, pour obtenir encore plus d'informations." L'écologiste S.S. attire l'attention sur cette capacité des organismes vivants à conserver et à transmettre des informations dans son livre " Physique de l'immortalité". Chetverikov sur la génétique des populations, dans lequel il a été montré que ce ne sont pas les caractéristiques individuelles et les individus qui sont soumis à la sélection, mais le génotype de la population entière, mais qu'elle s'effectue à travers les caractéristiques phénotypiques des individus individuels. Cela conduit à la propagation de changements utiles dans la population. Ainsi, le mécanisme de l'évolution se réalise par le biais de mutations aléatoires. niveau génétique, et par l'héritage des traits les plus précieux (la valeur de l'information !), qui déterminent l'adaptation des traits mutationnels à l'environnement, fournissant ainsi la progéniture la plus viable.
Changements climatiques saisonniers, divers phénomènes naturels ou les désastres causés par l'homme d'une part, ils conduisent à une modification de la fréquence de répétition des gènes dans les populations et, par conséquent, à une diminution de la variabilité héréditaire. Ce processus est parfois appelé dérive génétique. Et d'autre part, à des changements dans la concentration de diverses mutations et à une diminution de la diversité des génotypes contenus dans la population, ce qui peut conduire à des changements dans le sens et l'intensité de la sélection.
4. Décoder le code génétique humain
En mai 2006, des scientifiques travaillant à déchiffrer le génome humain ont publié une carte génétique complète du chromosome 1, qui était le dernier chromosome humain non entièrement séquencé.
Une carte génétique humaine préliminaire a été publiée en 2003, marquant l'achèvement officiel du projet sur le génome humain. Dans ce cadre, des fragments du génome contenant 99 % des gènes humains ont été séquencés. La précision de l'identification des gènes était de 99,99 %. Cependant, au moment où le projet était terminé, seuls quatre des 24 chromosomes avaient été entièrement séquencés. Le fait est qu'en plus des gènes, les chromosomes contiennent des fragments qui ne codent pour aucune caractéristique et ne sont pas impliqués dans la synthèse des protéines. Le rôle que jouent ces fragments dans la vie de l'organisme reste inconnu, mais de plus en plus de chercheurs sont enclins à croire que leur étude nécessite la plus grande attention.
Dans le métabolisme du corps rôle principal
appartient aux protéines et aux acides nucléiques.
Les substances protéiques constituent la base de toutes les structures cellulaires vitales, ont une réactivité inhabituellement élevée et sont dotées de fonctions catalytiques.
Les acides nucléiques font partie de le corps le plus important cellules - noyaux, ainsi que cytoplasme, ribosomes, mitochondries, etc. Les acides nucléiques jouent un rôle primordial et important dans l'hérédité, la variabilité de l'organisme et dans la synthèse des protéines.
Plan la synthèse la protéine est stockée dans le noyau cellulaire et la synthèse directe se produit à l'extérieur du noyau, elle est donc nécessaire service de livraison codé plan du noyau au site de synthèse. Ce service de livraison est assuré par des molécules d’ARN.
Le processus commence à cœur cellules : une partie de « l’échelle » d’ADN se déroule et s’ouvre. Grâce à cela, les lettres d'ARN forment des liaisons avec les lettres d'ADN ouvertes d'un des brins d'ADN. L'enzyme transfère les lettres d'ARN pour les joindre en un brin. C’est ainsi que les lettres de l’ADN sont « réécrites » en lettres de l’ARN. La chaîne d’ARN nouvellement formée est séparée et « l’échelle » d’ADN se tord à nouveau. Le processus de lecture des informations de l'ADN et de leur synthèse à l'aide de sa matrice d'ARN est appelé transcription , et l'ARN synthétisé est appelé messager ou ARNm .
Après d’autres modifications, ce type d’ARNm codé est prêt. ARNm sort du noyau et se rend au site de synthèse des protéines, où les lettres de l'ARNm sont déchiffrées. Chaque ensemble de trois lettres d’ARNi forme une « lettre » qui représente un acide aminé spécifique.
Un autre type d'ARN trouve cet acide aminé, le capture à l'aide d'une enzyme et le délivre au site de synthèse des protéines. Cet ARN est appelé ARN de transfert, ou ARNt. À mesure que le message d’ARNm est lu et traduit, la chaîne d’acides aminés se développe. Cette chaîne se tord et se plie pour prendre une forme unique, créant un type de protéine. Même le processus de repliement des protéines est remarquable : il faut un ordinateur pour tout calculer choix Le repliement d’une protéine de taille moyenne composée de 100 acides aminés prendrait 1027 (!) ans. Et il ne faut pas plus d'une seconde pour former une chaîne de 20 acides aminés dans le corps, et ce processus se produit en continu dans toutes les cellules du corps.
Gènes, code génétique et ses propriétés.
Environ 7 milliards de personnes vivent sur Terre. Outre les 25 à 30 millions de paires de vrais jumeaux, génétiquement tous les gens sont différents : chacun est unique, possède des caractéristiques héréditaires, des traits de caractère, des capacités et un tempérament uniques.
Ces différences s'expliquent différences dans les génotypes- des ensembles de gènes de l'organisme ; Chacun est unique. Les caractéristiques génétiques d'un organisme particulier sont incarnées en protéines - par conséquent, la structure de la protéine d'une personne diffère, bien que très légèrement, de celle d'une autre personne.
Cela ne signifie pas qu'il n'y a pas deux personnes qui possèdent exactement les mêmes protéines. Les protéines qui remplissent les mêmes fonctions peuvent être identiques ou ne différer que légèrement d’un ou deux acides aminés les unes des autres. Mais n'existe pas sur Terre de personnes (à l'exception des vrais jumeaux) qui auraient toutes leurs protéines sont identiques .
Informations sur la structure primaire des protéines codé comme une séquence de nucléotides dans une section d'une molécule d'ADN, gène – une unité d’information héréditaire d’un organisme. Chaque molécule d'ADN contient de nombreux gènes. La totalité de tous les gènes d'un organisme le constitue génotype . Ainsi,
Le gène est une unité d'information héréditaire d'un organisme, qui correspond à une section distincte de l'ADN
Le codage des informations héréditaires s'effectue à l'aide code génétique , qui est universel pour tous les organismes et ne diffère que par l'alternance de nucléotides qui forment des gènes et codent pour des protéines d'organismes spécifiques.
Code génétique se compose de triplets (triplets) de nucléotides d'ADN, combinés en différentes séquences (AAT, HCA, ACG, THC, etc.), dont chacune code pour un acide aminé spécifique (qui sera intégré dans la chaîne polypeptidique).
En fait code
compte séquence de nucléotides dans une molécule d'ARNm
, parce que il supprime les informations de l'ADN (processus transcriptions
) et le traduit en une séquence d'acides aminés dans les molécules de protéines synthétisées (le processus émissions
).
La composition de l'ARNm comprend les nucléotides A-C-G-U, dont les triplets sont appelés codons
: un triplet sur ADN CGT sur i-ARN deviendra un triplet GCA, et un triplet ADN AAG deviendra un triplet UUC. Exactement Codons d'ARNm
le code génétique est reflété dans le dossier.
Ainsi, code génétique - un système unifié pour enregistrer des informations héréditaires dans des molécules d'acide nucléique sous la forme d'une séquence de nucléotides . Le code génétique repose sur l'utilisation d'un alphabet composé de seulement quatre lettres-nucléotides, distinguées par des bases azotées : A, T, G, C.
Propriétés de base du code génétique :
1. Code génétique triolet. Un triplet (codon) est une séquence de trois nucléotides codant pour un acide aminé. Puisque les protéines contiennent 20 acides aminés, il est évident que chacun d’eux ne peut pas être codé par un seul nucléotide ( Puisqu’il n’y a que quatre types de nucléotides dans l’ADN, dans ce cas 16 acides aminés restent non codés.). Deux nucléotides ne suffisent pas non plus pour coder des acides aminés, puisque dans ce cas, seuls 16 acides aminés peuvent être codés. Moyens, le plus petit nombre Il doit y avoir au moins trois nucléotides codant pour un acide aminé. Dans ce cas, le nombre de triplets de nucléotides possibles est de 43 = 64.
2. Redondance (dégénérescence) Le code est une conséquence de sa nature triplet et signifie qu'un acide aminé peut être codé par plusieurs triplets (puisqu'il y a 20 acides aminés et 64 triplets), à l'exception de la méthionine et du tryptophane, qui sont codés par un seul triplet. De plus, certains triplés effectuent fonctions spécifiques: dans une molécule d'ARNm, les triplets UAA, UAG, UGA sont des codons de terminaison, c'est-à-dire arrêt-des signaux qui arrêtent la synthèse de la chaîne polypeptidique. Le triplet correspondant à la méthionine (AUG), situé au début de la chaîne d'ADN, ne code pas pour un acide aminé, mais remplit la fonction d'initier (exciter) la lecture.
3. Sans ambiguïté code - en même temps que la redondance, le code a la propriété sans ambiguïté : chaque codon correspond uniquement un un certain acide aminé.
4. Colinéarité code, c'est-à-dire séquence nucléotidique dans un gène exactement correspond à la séquence d’acides aminés d’une protéine.
5. Code génétique sans chevauchement et compact , c'est-à-dire qu'il ne contient pas de « signes de ponctuation ». Cela signifie que le processus de lecture ne permet pas la possibilité de chevauchement de colonnes (triplets) et, à partir d'un certain codon, la lecture se poursuit continuellement triplet après triplet jusqu'à ce que arrêt-signaux ( arrêter les codons).
6. Code génétique universel , c'est-à-dire que les gènes nucléaires de tous les organismes codent les informations sur les protéines de la même manière, quel que soit le niveau d'organisation et position systématique ces organismes.
Exister tables de codes génétiques pour le décryptage codons ARNm et construction de chaînes de molécules protéiques.
Réactions de synthèse matricielle.
Des réactions inconnues dans la nature inanimée se produisent dans les systèmes vivants - réactions de synthèse matricielle.
Le terme « matrice » en technologie, ils désignent un moule utilisé pour couler des pièces de monnaie, des médailles et des polices typographiques : le métal trempé reproduit exactement tous les détails du moule utilisé pour la coulée. Synthèse matricielle Cela ressemble à un moulage sur une matrice : de nouvelles molécules sont synthétisées selon le plan établi dans la structure des molécules existantes.
Le principe matriciel réside au coeur les réactions de synthèse les plus importantes de la cellule, comme la synthèse d'acides nucléiques et de protéines. Ces réactions garantissent la séquence exacte et strictement spécifique des unités monomères dans les polymères synthétisés.
Il y a une action directionnelle en cours ici. tirer les monomères vers un emplacement spécifique cellules - en molécules qui servent de matrice où la réaction a lieu. Si de telles réactions se produisaient à la suite de collisions aléatoires de molécules, elles se dérouleraient infiniment lentement. La synthèse de molécules complexes basée sur le principe du modèle est réalisée de manière rapide et précise. Le rôle de la matrice les macromolécules des acides nucléiques jouent dans les réactions matricielles ADN ou ARN .
Molécules monomèresà partir duquel le polymère est synthétisé - nucléotides ou acides aminés - selon le principe de complémentarité, sont localisés et fixés sur la matrice dans un ordre strictement défini et précisé.
Puis ça arrive "réticulation" d'unités monomères en une chaîne polymère, et le polymère fini est déchargé de la matrice.
Après cela la matrice est prêteà l'assemblage d'une nouvelle molécule de polymère. Il est clair que, de même que sur un moule donné, une seule pièce de monnaie ou une seule lettre peut être coulée, de même sur une molécule matricielle donnée, un seul polymère peut être « assemblé ».
Type de réaction matricielle- une spécificité de la chimie des systèmes vivants. Ils sont la base propriété fondamentale de tous les êtres vivants - sa capacité à reproduire les siens.
Réactions de synthèse de modèle
1. Réplication de l'ADN - réplication (du latin réplicatio - renouvellement) - le processus de synthèse d'une molécule fille d'acide désoxyribonucléique sur la matrice de la molécule d'ADN parent. Lors de la division ultérieure de la cellule mère, chaque cellule fille reçoit une copie d'une molécule d'ADN identique à l'ADN de la cellule mère d'origine. Ce processus garantit que les informations génétiques sont transmises avec précision de génération en génération. La réplication de l'ADN est réalisée par un complexe enzymatique complexe composé de 15 à 20 protéines différentes, appelées réplique . Le matériel de synthèse est constitué de nucléotides libres présents dans le cytoplasme des cellules. La signification biologique de la réplication réside dans le transfert précis d’informations héréditaires de la molécule mère aux molécules filles, ce qui se produit normalement lors de la division des cellules somatiques.
Une molécule d'ADN est constituée de deux brins complémentaires. Ces chaînes sont maintenues ensemble par de faibles liaisons hydrogène qui peuvent être rompues par des enzymes. La molécule d'ADN est capable de s'auto-dupliquer (réplication) et sur chaque ancienne moitié de la molécule, une nouvelle moitié est synthétisée.
De plus, une molécule d'ARNm peut être synthétisée sur une molécule d'ADN, qui transfère ensuite les informations reçues de l'ADN vers le site de synthèse protéique.
Le transfert d'informations et la synthèse des protéines se déroulent selon un principe matriciel, comparable au fonctionnement d'une presse à imprimer dans une imprimerie. Les informations de l'ADN sont copiées plusieurs fois. Si des erreurs surviennent lors de la copie, elles seront répétées dans toutes les copies suivantes.
Certes, certaines erreurs lors de la copie d'informations avec une molécule d'ADN peuvent être corrigées - le processus d'élimination des erreurs est appelé réparation. La première des réactions dans le processus de transfert d'informations est la réplication de la molécule d'ADN et la synthèse de nouvelles chaînes d'ADN.
2. Transcription (du latin transcriptio - réécriture) - le processus de synthèse d'ARN utilisant l'ADN comme modèle, se produisant dans toutes les cellules vivantes. En d’autres termes, il s’agit du transfert d’informations génétiques de l’ADN vers l’ARN.
La transcription est catalysée par l’enzyme ARN polymérase ADN-dépendante. L'ARN polymérase se déplace le long de la molécule d'ADN dans la direction 3" → 5". La transcription se compose d'étapes initiation, élongation et terminaison . L'unité de transcription est un opéron, un fragment d'une molécule d'ADN constitué de promoteur, partie transcrite et terminateur . L'ARNm est constitué d'une seule chaîne et est synthétisé sur l'ADN selon la règle de complémentarité avec la participation d'une enzyme qui active le début et la fin de la synthèse de la molécule d'ARNm.
La molécule d'ARNm finie pénètre dans le cytoplasme sur les ribosomes, où se produit la synthèse des chaînes polypeptidiques.
3. Diffuser (de lat. traduction- transfert, mouvement) - le processus de synthèse protéique à partir d'acides aminés sur une matrice d'ARN informationnel (messager) (ARNm, ARNm), réalisé par le ribosome. En d’autres termes, il s’agit du processus de traduction de l’information contenue dans la séquence de nucléotides de l’ARNm en séquence d’acides aminés du polypeptide.
4. Transcription inversée est le processus de formation d’ADN double brin basé sur les informations de l’ARN simple brin. Ce processus est appelé transcription inverse, puisque le transfert de l’information génétique s’effectue dans le sens « inverse » par rapport à la transcription. L'idée de la transcription inverse était au début très impopulaire, car elle contredisait le dogme central biologie moléculaire, qui supposait que l’ADN était transcrit en ARN puis traduit en protéines.
Cependant, en 1970, Temin et Baltimore ont découvert indépendamment une enzyme appelée transcriptase inverse (révertase)
, et la possibilité d'une transcription inverse a finalement été confirmée. En 1975, Temin et Baltimore ont reçu prix Nobel dans le domaine de la physiologie et de la médecine. Certains virus (comme le virus de l’immunodéficience humaine, responsable de l’infection par le VIH) ont la capacité de transcrire l’ARN en ADN. Le VIH possède un génome à ARN intégré à l'ADN. En conséquence, l’ADN du virus peut être combiné avec le génome de la cellule hôte. La principale enzyme responsable de la synthèse de l'ADN à partir de l'ARN est appelée inverser. L'une des fonctions de l'inversion est de créer ADN complémentaire
(ADNc) du génome viral. L'enzyme ribonucléase associée clive l'ARN et la reversease synthétise l'ADNc à partir de la double hélice d'ADN. L'ADNc est intégré dans le génome de la cellule hôte par l'intégrase. Le résultat est synthèse de protéines virales par la cellule hôte, qui forment de nouveaux virus. Dans le cas du VIH, l'apoptose (mort cellulaire) des lymphocytes T est également programmée. Dans d’autres cas, la cellule peut rester distributrice de virus.
La séquence des réactions matricielles lors de la biosynthèse des protéines peut être représentée sous la forme d'un diagramme.
Ainsi, biosynthèse des protéines- c'est l'un des types d'échange plastique au cours duquel les informations héréditaires codées dans les gènes de l'ADN sont mises en œuvre dans une séquence spécifique d'acides aminés dans des molécules protéiques.
Les molécules de protéines sont essentiellement chaînes polypeptidiques constitué d’acides aminés individuels. Mais les acides aminés ne sont pas suffisamment actifs pour se combiner seuls. Par conséquent, avant de se combiner les uns avec les autres et de former une molécule protéique, les acides aminés doivent Activer . Cette activation se produit sous l'action d'enzymes spéciales.
À la suite de l'activation, l'acide aminé devient plus labile et, sous l'action de la même enzyme, se lie à t- ARN. Chaque acide aminé correspond à un t- strictement spécifique. ARN, qui trouve « son » acide aminé et transferts dans le ribosome.
Par conséquent, divers acides aminés activés combinés avec les leurs T- ARN. Le ribosome est comme convoyeur assembler une chaîne protéique à partir de divers acides aminés qui lui sont fournis.
Simultanément avec l'ARNt, sur lequel son propre acide aminé « repose », « signal"de l'ADN contenu dans le noyau. Conformément à ce signal, l'une ou l'autre protéine est synthétisée dans le ribosome.
L'influence directrice de l'ADN sur la synthèse des protéines ne s'effectue pas directement, mais avec l'aide d'un intermédiaire spécial - matrice ou ARN messager (ARNm ou ARNm), lequel synthétisé dans le noyau e sous l’influence de l’ADN, sa composition reflète donc la composition de l’ADN. La molécule d’ARN est comme un moulage de la forme ADN. L'ARNm synthétisé pénètre dans le ribosome et, pour ainsi dire, le transfère vers cette structure plan- dans quel ordre les acides aminés activés entrant dans le ribosome doivent-ils être combinés entre eux pour qu'une protéine spécifique soit synthétisée ? Sinon, l'information génétique codée dans l'ADN est transférée à l'ARNm puis à la protéine.
La molécule d'ARNm pénètre dans le ribosome et des points de suture son. Ce segment qui est dans ce moment dans le ribosome, défini codon (triplet), interagit de manière tout à fait spécifique avec ceux qui lui sont structurellement similaires triplet (anticodon) dans l'ARN de transfert, qui a amené l'acide aminé dans le ribosome.
L'ARN de transfert avec son acide aminé correspond à un codon spécifique de l'ARNm et se connecte avec lui; au suivant, à la parcelle voisine i-ARN un autre ARNt avec un acide aminé différent est ajouté et ainsi de suite jusqu'à ce que toute la chaîne d'ARNi soit lue, jusqu'à ce que tous les acides aminés soient réduits dans l'ordre approprié, formant une molécule protéique. Et l'ARNt, qui délivre l'acide aminé à une partie spécifique de la chaîne polypeptidique, libéré de son acide aminé et sort du ribosome.
Puis, toujours dans le cytoplasme, l'acide aminé souhaité peut le rejoindre et le transférer à nouveau au ribosome. Dans le processus de synthèse des protéines, non pas un, mais plusieurs ribosomes - les polyribosomes - sont impliqués simultanément.
Les principales étapes du transfert de l'information génétique :
1. Synthèse sur l'ADN comme matrice pour l'ARNm (transcription)
2. Synthèse d'une chaîne polypeptidique dans les ribosomes selon le programme contenu dans l'ARNm (traduction)
.
Les étapes sont universelles pour tous les êtres vivants, mais les relations temporelles et spatiales de ces processus diffèrent chez les pro- et les eucaryotes.
U procaryote la transcription et la traduction peuvent se produire simultanément car l’ADN est situé dans le cytoplasme. U eucaryotes la transcription et la traduction sont strictement séparées dans l'espace et dans le temps : la synthèse des différents ARN se produit dans le noyau, après quoi les molécules d'ARN doivent quitter le noyau en passant par la membrane nucléaire. Les ARN sont ensuite transportés dans le cytoplasme jusqu'au site de synthèse des protéines.
Aujourd'hui, ce n'est un secret pour personne que le programme de vie de tous les organismes vivants est inscrit sur une molécule d'ADN. La façon la plus simple d’imaginer une molécule d’ADN est de la représenter comme une longue échelle. Les poteaux verticaux de cet escalier sont constitués de molécules de sucre, d'oxygène et de phosphore. Toutes les informations importantes sur le fonctionnement de la molécule sont inscrites sur les barreaux de l'échelle - ils sont constitués de deux molécules, chacune étant attachée à l'un des poteaux verticaux. Ces molécules – les bases azotées – sont appelées adénine, guanine, thymine et cytosine, mais elles sont généralement simplement désignées par les lettres A, G, T et C. La forme de ces molécules leur permet de former des liaisons – des échelles complètes –. seulement d'un certain type. Ce sont des connexions entre les bases A et T et entre les bases G et C (le couple ainsi formé est appelé "paire de bases"). Il ne peut y avoir d’autres types de connexions dans une molécule d’ADN.
En parcourant les étapes le long d’un brin d’une molécule d’ADN, vous obtenez une séquence de bases. C'est ce message sous forme d'une séquence de bases qui détermine le déroulement des réactions chimiques dans la cellule et, par conséquent, les caractéristiques de l'organisme possédant cet ADN. Selon le dogme central de la biologie moléculaire, la molécule d'ADN code des informations sur les protéines, qui, à leur tour, agissent comme des enzymes ( cm. Catalyseurs et enzymes) régulent tout réactions chimiques dans les organismes vivants.
La correspondance stricte entre la séquence de paires de bases dans une molécule d'ADN et la séquence d'acides aminés qui composent les enzymes protéiques est appelée code génétique. Le code génétique a été déchiffré peu après la découverte de la structure double brin de l’ADN. On savait que la molécule nouvellement découverte informatif, ou matrice L'ARN (ARNm ou ARNm) transporte des informations écrites sur l'ADN. Les biochimistes Marshall W. Nirenberg et J. Heinrich Matthaei des National Institutes of Health de Bethesda, près de Washington, D.C., ont mené les premières expériences qui ont conduit à des indices sur le code génétique.
Ils ont commencé par synthétiser des molécules d'ARNm artificielles constituées uniquement de la base azotée répétitive uracile (qui est un analogue de la thymine, "T", et ne forme des liaisons qu'avec l'adénine, "A", de la molécule d'ADN). Ils ont ajouté ces ARNm à des tubes à essai contenant un mélange d’acides aminés, et dans chaque tube, un seul des acides aminés était marqué avec un marqueur radioactif. Les chercheurs ont découvert que l’ARNm qu’ils avaient synthétisé artificiellement initiait la formation de protéines dans un seul tube à essai contenant l’acide aminé phénylalanine. Ils ont donc établi que la séquence « -U-U-U- » sur la molécule d'ARNm (et, par conséquent, la séquence équivalente « -A-A-A- » sur la molécule d'ADN) code pour une protéine constituée uniquement de l'acide aminé. phénylalanine. Ce fut la première étape vers le déchiffrement du code génétique.
On sait aujourd'hui que trois paires de bases d'une molécule d'ADN (ce triplet est appelé codon) code pour un acide aminé dans une protéine. En réalisant des expériences similaires à celles décrites ci-dessus, les généticiens ont fini par déchiffrer l'intégralité du code génétique, dans lequel chacun des 64 codons possibles correspond à un acide aminé spécifique.
