A szervezet anyagcseréjében vezető szerep fehérjékhez és nukleinsavakhoz tartozik.
A fehérjeanyagok minden létfontosságú sejtszerkezet alapját képezik, szokatlanul magas reakcióképességgel rendelkeznek, és katalitikus funkciókkal rendelkeznek.
A nukleinsavak részei a legfontosabb test sejtek - magok, valamint citoplazma, riboszómák, mitokondriumok stb. A nukleinsavak fontos, elsődleges szerepet játszanak az öröklődésben, a szervezet változékonyságában és a fehérjeszintézisben.

Terv szintézis A fehérje a sejtmagban raktározódik, és a közvetlen szintézis a sejtmagon kívül történik, ezért szükséges házhozszállítás kódolt terv a magtól a szintézis helyére. Ezt a szállítási szolgáltatást RNS-molekulák végzik.

A folyamat ekkor kezdődik mag sejtek: a DNS „létra” egy része letekerődik és kinyílik. Ennek köszönhetően az RNS-betűk kötést alkotnak az egyik DNS-szál nyitott DNS-betűivel. Az enzim az RNS-betűket továbbítja, hogy egy szálba egyesítse őket. Így „íródnak át” a DNS betűi az RNS betűivé. Az újonnan képződött RNS-lánc elválik, és a DNS „létra” ismét megcsavarodik. A DNS-ből történő információolvasás és az RNS-mátrix segítségével történő szintetizálás folyamatát nevezik átírás , a szintetizált RNS-t pedig hírvivőnek, ill mRNS .

További módosítások után ez a típusú kódolt mRNS készen áll. mRNS kijön a magbólés a fehérjeszintézis helyére megy, ahol megfejtik az mRNS betűit. Minden három i-RNS betűből álló készlet egy „betűt” alkot, amely egy adott aminosavat jelöl.

Egy másik típusú RNS megtalálja ezt az aminosavat, egy enzim segítségével befogja, és a fehérjeszintézis helyére szállítja. Ezt az RNS-t transzfer RNS-nek vagy t-RNS-nek nevezik. Az mRNS üzenet olvasása és lefordítása során az aminosavak lánca nő. Ez a lánc egyedi formára csavarodik és összehajlik, és egyfajta fehérjét hoz létre. Még a fehérje hajtogatási folyamata is figyelemre méltó: számítógép kell minden kiszámításához lehetőségek egy átlagos méretű, 100 aminosavból álló fehérje hajtogatása 1027 (!) évig tartana. És nem tart tovább egy másodpercnél a 20 aminosavból álló lánc kialakításához a szervezetben, és ez a folyamat a test minden sejtjében folyamatosan zajlik.

Gének, genetikai kód és tulajdonságai.

Körülbelül 7 milliárd ember él a Földön. A 25-30 millió egypetéjű ikerpárt leszámítva genetikailag minden ember más : mindenki egyedi, egyedi örökletes jellemzőkkel, jellemvonásokkal, képességekkel és temperamentummal rendelkezik.

Ezeket a különbségeket megmagyarázzák genotípusbeli különbségek- a szervezet génkészletei; Mindegyik egyedi. Egy adott organizmus genetikai jellemzői megtestesülnek fehérjékben - ezért az egyik ember fehérjéjének szerkezete, bár nagyon kis mértékben, eltér egy másik ember fehérjéjétől.

Nem azt jelenti hogy nincs két emberben teljesen egyforma fehérje. Az azonos funkciókat ellátó fehérjék lehetnek azonosak, vagy csak kismértékben különbözhetnek egy vagy két aminosavban egymástól. De nem létezik a Földön olyan emberek (az egypetéjű ikrek kivételével), akiknek minden fehérjéjük meglesz ugyanazok .

A fehérje elsődleges szerkezetére vonatkozó információ nukleotidszekvenciaként kódolva egy DNS-molekula szakaszában, gén – egy szervezet örökletes információinak egysége. Minden DNS-molekula sok gént tartalmaz. Egy szervezet összes génjének összessége alkotja genotípus . És így,

A gén egy szervezet örökletes információinak egysége, amely a DNS egy külön szakaszának felel meg

Az örökletes információk kódolása a használatával történik genetikai kód , amely minden szervezet számára univerzális, és csak a géneket alkotó nukleotidok váltakozásában különbözik, amelyek meghatározott szervezetek fehérjéit kódolják.

Genetikai kód különböző szekvenciákban (AAT, HCA, ACG, THC stb.) kombinált DNS-nukleotid hármasokból (hármasokból) áll, amelyek mindegyike egy-egy specifikus aminosavat kódol (amely beépül a polipeptidláncba).

Tulajdonképpen kód számít nukleotidszekvenciája egy mRNS-molekulában , mert információt távolít el a DNS-ből (folyamat átiratok ), és a szintetizált fehérjék molekuláiban található aminosavszekvenciává alakítja át (a folyamat adások ).
Az mRNS összetétele A-C-G-U nukleotidokat tartalmaz, amelyek tripletjeit ún kodonok : az i-RNS-en lévő DNS CGT-n lévő hármasból triplett GCA, és egy triplett DNS AAG-ból triplett UUC lesz. Pontosan mRNS kodonok a genetikai kód tükröződik a nyilvántartásban.

És így, genetikai kód - egységes rendszer az örökletes információk rögzítésére nukleinsavmolekulákban nukleotidszekvencia formájában . A genetikai kód olyan ábécé használatán alapul, amely mindössze négy betűből-nukleotidból áll, amelyeket nitrogénbázisok különböztetnek meg: A, T, G, C.

A genetikai kód alapvető tulajdonságai:

1. Genetikai kód hármas. A triplett (kodon) három nukleotidból álló szekvencia, amely egy aminosavat kódol. Mivel a fehérjék 20 aminosavat tartalmaznak, nyilvánvaló, hogy mindegyiket nem kódolhatja egy nukleotid ( Mivel a DNS-ben csak négyféle nukleotid található, ebben az esetben 16 aminosav marad kódolatlanul). Két nukleotid sem elegendő az aminosavak kódolásához, mivel ebben az esetben csak 16 aminosav kódolható. Eszközök, legkisebb szám Egy aminosavat legalább három nukleotidnak kell kódolnia. Ebben az esetben a lehetséges nukleotidhármasok száma 43 = 64.

2. Redundancia (degeneráció) A kód hármas jellegéből adódik, és azt jelenti, hogy egy aminosavat több hármas is kódolhat (mivel 20 aminosav és 64 hármas van), a metionin és a triptofán kivételével, amelyeket csak egy hármas kódol. Ezen kívül néhány hármas is fellép konkrét funkciókat: egy mRNS molekulában az UAA, UAG, UGA tripletek terminációs kodonok, azaz. állj meg-jelek, amelyek leállítják a polipeptid lánc szintézisét. A metioninnak megfelelő hármas (AUG), amely a DNS-lánc elején található, nem aminosavat kódol, hanem az olvasás elindító (izgató) funkcióját tölti be.

3. Egyértelműség kód - a redundanciával egy időben a kód rendelkezik a tulajdonsággal egyértelműség : minden kodon csak egyezik egy egy bizonyos aminosav.

4. Kollinearitás kód, azaz nukleotid szekvencia egy génben pontosan megfelel a fehérjében lévő aminosavak sorrendjének.

5. Genetikai kód átfedésmentes és kompakt , azaz nem tartalmaz „írásjeleket”. Ez azt jelenti, hogy az olvasási folyamat nem teszi lehetővé az oszlopok (triplettek) átfedésének lehetőségét, és egy bizonyos kodontól kezdve az olvasás folyamatosan, triplettről tripletre halad, amíg állj meg-jelek ( stop kodonok).

6. Genetikai kód egyetemes , azaz minden élőlény sejtmag génjei ugyanúgy kódolnak információkat a fehérjékről, függetlenül a szervezettség szintjétől, ill. szisztematikus álláspont ezek a szervezetek.

Létezik genetikai kódtáblázatok a visszafejtéshez kodonok mRNS és fehérjemolekulák láncainak felépítése.

Mátrix szintézis reakciók.

Az élettelen természetben ismeretlen reakciók az élő rendszerekben fordulnak elő - mátrix szintézis reakciók.

A "mátrix" kifejezés a technikában érmék, érmek, tipográfiai betűtípusok öntésére használt formát jelölnek: az edzett fém pontosan visszaadja az öntéshez használt forma minden részletét. Mátrix szintézis mátrixra öntéshez hasonlít: az új molekulák pontosan a meglévő molekulák szerkezetében lefektetett terv szerint szintetizálódnak.

A mátrix elve rejlik a magban a sejt legfontosabb szintetikus reakciói, mint például a nukleinsavak és fehérjék szintézise. Ezek a reakciók biztosítják a monomer egységek pontos, szigorúan meghatározott sorrendjét a szintetizált polimerekben.

Itt iránymutatás folyik. monomerek húzása egy adott helyre sejtek - olyan molekulákká, amelyek mátrixként szolgálnak, ahol a reakció végbemegy. Ha az ilyen reakciók a molekulák véletlenszerű ütközésének eredményeként mennének végbe, végtelenül lassan mennének végbe. Szintézis összetett molekulák A mátrix elve alapján gyorsan és pontosan hajtják végre. A mátrix szerepe nukleinsavak makromolekulái játszanak a mátrixreakciókban DNS vagy RNS .

Monomer molekulák amelyekből a polimer szintetizálódik - nukleotidok vagy aminosavak - a komplementaritás elvének megfelelően, szigorúan meghatározott, meghatározott sorrendben helyezkednek el és rögzítik a mátrixon.

Aztán megtörténik monomer egységek "térhálósítása" polimer láncbaés a kész polimer kiürül a mátrixból.

Azt követően a mátrix készen áll egy új polimer molekula összeállításához. Nyilvánvaló, hogy ahogy egy adott formára csak egy érme vagy egy betű önthető, úgy egy adott mátrixmolekulára is csak egy polimert lehet „összerakni”.

Mátrix reakció típusa- az élő rendszerek kémiájának sajátossága. Ők az alapok alapvető tulajdonság minden élőlény közül – a saját fajtáját szaporító képességét.

Template szintézis reakciók

1. DNS replikáció - replikáció (a latin replicatio szóból - megújulás) - a dezoxiribonukleinsav leánymolekula szintézisének folyamata a kiindulási DNS-molekula mátrixán. Az anyasejt ezt követő osztódása során minden leánysejt egy olyan DNS-molekulát kap, amely megegyezik az eredeti anyasejt DNS-ével. Ez a folyamat biztosítja, hogy a genetikai információk pontosan adódnak nemzedékről nemzedékre. A DNS replikációját egy 15-20 különböző fehérjéből álló komplex enzimkomplex, ún visszataszító . A szintézis anyaga a sejtek citoplazmájában jelenlévő szabad nukleotidok. A replikáció biológiai értelme az örökletes információ pontos átvitelében rejlik az anyamolekulától a leánymolekulákig, ami általában a szomatikus sejtek osztódása során megy végbe.

Egy DNS-molekula két komplementer szálból áll. Ezeket a láncokat gyengének tartják hidrogénkötések, amely enzimek hatására képes megtörni. A DNS-molekula képes önduplikációra (replikációra), és a molekula minden régi felén egy új fele szintetizálódik.
Ezenkívül egy DNS-molekulán mRNS-molekula szintetizálható, amely azután a DNS-ből kapott információt a fehérjeszintézis helyére továbbítja.

Az információátadás és a fehérjeszintézis mátrixelv szerint zajlik, hasonló a nyomda működéséhez a nyomdában. A DNS-ből származó információkat sokszor lemásolják. Ha a másolás során hibák lépnek fel, az minden további másolaton megismétlődik.

Igaz, az információ DNS-molekulával történő másolásakor néhány hiba javítható – a hibaelhárítás folyamatát ún. javítás. Az információátadás folyamatában az első reakció a DNS-molekula replikációja és új DNS-láncok szintézise.

2. Átírás (a latin transcriptio szóból - átírás) - az RNS-szintézis folyamata DNS-t templátként használva, minden élő sejtben előfordul. Más szavakkal, ez a genetikai információ átvitele a DNS-ből az RNS-be.

A transzkripciót a DNS-függő RNS-polimeráz enzim katalizálja. Az RNS-polimeráz a DNS-molekula mentén 3" → 5" irányban mozog. Az átírás szakaszokból áll iniciáció, megnyúlás és befejezés . A transzkripció egysége egy operon, egy DNS-molekula töredéke, amelyből áll promóter, átírt rész és terminátor . Az mRNS egyetlen láncból áll, és a komplementaritás szabályának megfelelően DNS-en szintetizálódik egy olyan enzim részvételével, amely aktiválja az mRNS-molekula szintézisének kezdetét és végét.

A kész mRNS molekula a citoplazmába riboszómákra kerül, ahol megtörténik a polipeptid láncok szintézise.

3. Adás (a lat. fordítás- átvitel, mozgás) - a fehérjeszintézis folyamata aminosavakból információs (hírvivő) RNS-en (mRNS, mRNS), amelyet a riboszóma hajt végre. Más szavakkal, ez az a folyamat, amely során az mRNS nukleotid-szekvenciájában lévő információt a polipeptid aminosav-szekvenciájává alakítják.

4. Fordított átírás az egyszálú RNS-ből származó információk alapján kettős szálú DNS kialakításának folyamata. Ezt a folyamatot reverz transzkripciónak nevezik, mivel a genetikai információ átvitele a transzkripcióhoz képest „fordított” irányban történik. A fordított transzkripció ötlete kezdetben nagyon népszerűtlen volt, mert ellentmondott a molekuláris biológia központi dogmájának, amely azt feltételezte, hogy a DNS-t RNS-vé írják át, majd fehérjékké fordítják.

1970-ben azonban Temin és Baltimore egymástól függetlenül felfedezett egy enzimet, az ún reverz transzkriptáz (revertáz) , és végül beigazolódott a reverz transzkripció lehetősége. 1975-ben Temint és Baltimore-t díjazták Nóbel díj az élettan és az orvostudomány területén. Egyes vírusok (például a HIV-fertőzést okozó humán immunhiány vírus) képesek RNS-t DNS-vé átírni. A HIV-nek van egy DNS-be integrált RNS-genomja. Ennek eredményeként a vírus DNS-e kombinálható a gazdasejt genomjával. Az RNS-ből származó DNS szintéziséért felelős fő enzimet ún fordított. A visszafordítás egyik funkciója az alkotás komplementer DNS (cDNS) a vírusgenomból. A kapcsolódó ribonukleáz enzim hasítja az RNS-t, és a reverseáz cDNS-t szintetizál a DNS kettős hélixből. A cDNS-t az integráz integrálja a gazdasejt genomjába. Az eredmény az vírusfehérjék szintézise a gazdasejt által, amelyek új vírusokat képeznek. HIV esetén a T-limfociták apoptózisa (sejthalála) is be van programozva. Más esetekben a sejt a vírusok terjesztője maradhat.

A fehérje bioszintézis során a mátrix reakciók sorrendje diagram formájában ábrázolható.

És így, fehérje bioszintézis- ez a plasztikus csere egyik fajtája, melynek során a DNS-génekben kódolt örökletes információ a fehérjemolekulák egy meghatározott aminosav-szekvenciájába valósul meg.

A fehérje molekulák lényegében polipeptid láncok egyedi aminosavakból épül fel. De az aminosavak nem elég aktívak ahhoz, hogy önmagukban egyesüljenek egymással. Ezért, mielőtt egyesülnének egymással és fehérjemolekulát alkotnának, az aminosavaknak szükségük van aktiválja . Ez az aktiválás speciális enzimek hatására történik.

Az aktiválás következtében az aminosav labilisabbá válik, és ugyanazon enzim hatására kötődik a t- RNS. Minden aminosav egy szigorúan specifikus t-nek felel meg. RNS, amely megtalálja „saját” aminosavát és transzferek be a riboszómába.

Következésképpen különféle aktivált aminosavakat a sajátjaikkal kombinálva T- RNS. A riboszóma olyan szállítószalag hogy fehérjeláncot állítson össze a hozzá szállított különféle aminosavakból.

Egyidejűleg a t-RNS-sel, amelyen a saját aminosav „ül” jel"a sejtmagban található DNS-ből. Ennek a jelnek megfelelően egy vagy másik fehérje szintetizálódik a riboszómában.

A DNS fehérjeszintézisre gyakorolt ​​​​irányító hatása nem közvetlenül, hanem egy speciális közvetítő segítségével történik - mátrix vagy hírvivő RNS (m-RNS vagy mRNS), melyik a magba szintetizálódik e DNS hatása alatt áll, így összetétele a DNS összetételét tükrözi. Az RNS-molekula olyan, mint a DNS-forma öntvénye. A szintetizált mRNS bejut a riboszómába, és mintegy ebbe a szerkezetbe továbbítja terv- milyen sorrendben kell a riboszómába belépő aktivált aminosavakat kombinálni egymással, hogy egy adott fehérje szintetizálódjon? Másképp, a DNS-ben kódolt genetikai információ mRNS-be, majd fehérjébe kerül.

Az mRNS molekula belép a riboszómába és öltések neki. Az a szegmens, ami benne van Ebben a pillanatban a riboszómában, meghatározott kodon (hármas), teljesen sajátos módon kölcsönhatásba lép azokkal, amelyek szerkezetileg hasonlóak hozzá hármas (antikodon) transzfer RNS-ben, amely az aminosavat a riboszómába juttatta.

A transzfer RNS aminosavával megegyezik az mRNS specifikus kodonjával és összeköt vele; a következőhöz, a szomszéd telekre i-RNS egy másik, eltérő aminosavval rendelkező tRNS-t adunk hozzáés így tovább, amíg az i-RNS teljes láncát le nem olvassa, amíg az összes aminosav a megfelelő sorrendben redukálódik, és fehérjemolekulát nem képez. És a tRNS, amely az aminosavat a polipeptidlánc egy meghatározott részébe szállította, aminosavától megszabadulvaés kilép a riboszómából.

Ezután ismét a citoplazmában a kívánt aminosav csatlakozhat hozzá, és ismét átkerülhet a riboszómába. A fehérjeszintézis folyamatában nem egy, hanem több riboszóma - poliriboszóma - vesz részt egyidejűleg.

A genetikai információ átvitelének fő szakaszai:

1. Szintézis DNS-en, mint mRNS-templát (transzkripció)
2. Polipeptidlánc szintézise riboszómában az mRNS-ben található program szerint (transzláció) .

A szakaszok minden élőlény számára univerzálisak, de e folyamatok időbeli és térbeli kapcsolatai a pro- és az eukariótákban eltérőek.

U prokarióta A transzkripció és a transzláció egyidejűleg is megtörténhet, mivel a DNS a citoplazmában található. U eukarióták a transzkripció és a transzláció térben és időben szigorúan elválik egymástól: a sejtmagban a különböző RNS-ek szintézise megy végbe, majd az RNS-molekuláknak a magmembránon áthaladva kell elhagyniuk a sejtmagot. Az RNS-ek ezután a citoplazmában a fehérjeszintézis helyére kerülnek.

Az összes élő szervezetre jellemző módszer a fehérjék aminosavszekvenciájának kódolására egy DNS-molekula nukleotidszekvenciájával.

A genetikai információ élő sejtekben való megvalósítása (vagyis a DNS-ben kódolt fehérje szintézise) két mátrixfolyamat segítségével történik: transzkripció (vagyis mRNS szintézise egy DNS-mátrixon) és transzláció (egy DNS szintézise). polipeptid lánc egy mRNS mátrixon).

A DNS négy nukleotidot használ: adenint (A), guanint (G), citozint (C), timint (T). Ezek a „betűk” alkotják a genetikai kód ábécéjét. Az RNS ugyanazokat a nukleotidokat használja, kivéve a timint, amelyet uracil (U) helyettesít. A DNS- és RNS-molekulákban a nukleotidok láncokba rendeződnek, és így „betűk” szekvenciáit kapjuk.

A DNS-nukleotid szekvencia a jövőbeli fehérjemolekula minden aminosavához tartalmazza a „kódszavakat” - a genetikai kódot. Egy DNS-molekulában a nukleotidok meghatározott sorrendjében áll.

Három egymást követő nukleotid kódolja egy aminosav „nevét”, vagyis a 20 aminosav mindegyikét egy jelentős kódegység – három nukleotid kombinációja – tripletnek vagy kodonnak nevezik.

Jelenleg a DNS-kód teljes megfejtése megtörtént, és beszélhetünk bizonyos, erre az egyediségre jellemző tulajdonságokról biológiai rendszer, amely biztosítja az információk lefordítását a DNS „nyelvéből” a fehérje „nyelvére”.

A genetikai információ hordozója a DNS, de mivel az mRNS, az egyik DNS-szál másolata, közvetlenül részt vesz a fehérjeszintézisben, a genetikai kódot legtöbbször „RNS-nyelven” írják.

Aminosav	RNS-t kódoló hármasok
Alanin	GCU GCC GCA GCH
Arginin	TsGU TsGTs TsGA TsGG AGA AGG
Aszparagin	AAU AAC
Aszparaginsav	GAU GAC
Valin	GUU GUTS GUA GUG
hisztidin	TsAU TsATs
glicin	GGU GGC GGA YYY
Glutamin	CAA CAG
Glutaminsav	GAA GAG
Izoleucin	AUU AUC AUA
Leucin	TSUU TSUTS TSUA TSUG UUA UUG
Lizin	AAA AAG
metionin	AUGUSZTUS
Prolin	TsTsU TsTs TsTsTsG
Serin	UCU UCC UCA UCG ASU AGC
Tirozin	UAU UAC
Treonin	ACU ACC ACA ACG
triptofán	UGG
Fenilalanin	UUU UUC
cisztein	UGU UGC
ÁLLJ MEG	UGA UAG UAA

A genetikai kód tulajdonságai

Három egymást követő nukleotid (nitrogénbázis) kódolja egy aminosav „nevét”, azaz mind a 20 aminosav egy jelentős kódegységgel van titkosítva – három nukleotid kombinációjával, az ún. hármas vagy kodon

Hármas (kodon)- három nukleotidból (nitrogénbázisból) álló szekvencia egy DNS- vagy RNS-molekulában, amely meghatározza egy bizonyos aminosav beépülését a fehérjemolekulába annak szintézise során.

• Egyediség (diszkrét)

Egy triplett nem tud két különböző aminosavat kódolni; csak egy aminosavat kódol. Egy adott kodon csak egy aminosavnak felel meg.

Minden aminosavat egynél több triplett határozhat meg. Kivétel - metioninÉs triptofán. Más szavakkal, több kodon is megfelelhet ugyanannak az aminosavnak.

• Nem átfedő

Ugyanaz a bázis nem jelenhet meg egyszerre két szomszédos kodonban.

Egyes hármasikrek nem kódolnak aminosavakat, de sajátosak. útjelző táblák", amelyek meghatározzák az egyes gének kezdetét és végét, (UAA, UAG, UGA), amelyek mindegyike a szintézis leállását jelenti, és minden gén végén található, így beszélhetünk a genetikai kód polaritásáról.

Állatokban és növényekben, gombákban, baktériumokban és vírusokban ugyanaz a hármas kódolja ugyanazt az aminosavat, vagyis a genetikai kód ugyanaz minden élőlény számára. Más szóval, sokoldalúság - a genetikai kód azon képessége, hogy a vírusoktól az emberekig különböző összetettségű szervezetekben egyformán működjön.A DNS-kód egyetemessége megerősíti annak egységétbolygónk összes életének eredete. A géntechnológiai módszerek a genetikai kód egyetemessége tulajdonságának felhasználásán alapulnak.

A genetikai kód felfedezésének történetéből

Először a létezés gondolata genetikai kód A. Down fogalmazta meg 1952-1954-ben. A tudósok kimutatták, hogy egy adott aminosav szintézisét egyértelműen meghatározó nukleotidszekvenciának legalább három egységet kell tartalmaznia. Később bebizonyosodott, hogy egy ilyen szekvencia három nukleotidból áll, ún kodon vagy hármas .

1961-ig megoldatlan maradt az a kérdés, hogy mely nukleotidok felelősek egy adott aminosav beépüléséért egy fehérjemolekulába, és hány nukleotid határozza meg ezt a beépülést. Az elméleti elemzés kimutatta, hogy a kód nem állhat egy nukleotidból, mivel ebben az esetben csak 4 aminosav kódolható. A kód azonban nem lehet dublett, vagyis egy négybetűs „ábécé”-ből származó két nukleotid kombinációja nem fedheti le az összes aminosavat, hiszen elméletileg mindössze 16 ilyen kombináció lehetséges (4 2 = 16).

20 aminosav kódolásához, valamint a fehérjeszekvencia végét jelző stop jelhez három egymást követő nukleotid elegendő, ha a lehetséges kombinációk száma 64 (4 3 = 64).

GENETIKAI KÓD(görögül, eredetre vonatkozó genetika; szin.: kód, biológiai kód, aminosav kód, fehérje kód, nukleinsav kód) - örökletes információk rögzítésére szolgáló rendszer állatok, növények, baktériumok és vírusok nukleinsavainak molekuláiban váltakozó nukleotidszekvenciák segítségével.

A genetikai információ (ábra) sejtről sejtre, nemzedékről nemzedékre, az RNS-tartalmú vírusok kivételével, a DNS-molekulák reduplikációjával közvetítődik (lásd Replikáció). A DNS örökletes információinak megvalósítása a sejt élete során 3 típusú RNS-en keresztül történik: információs (mRNS vagy mRNS), riboszómális (rRNS) és transzport (tRNS), amelyeket az RNS polimeráz enzim segítségével szintetizálnak a DNS-en. mátrix. Ebben az esetben a DNS-molekulában lévő nukleotidok szekvenciája egyedileg meghatározza a nukleotidok szekvenciáját mindhárom RNS-típusban (lásd Transzkripció). A fehérjemolekulát kódoló gén információit (lásd) csak az mRNS hordozza. Az örökletes információ megvalósításának végterméke a fehérjemolekulák szintézise, ​​amelyek specifitását a bennük lévő aminosavak sorrendje határozza meg (lásd a fordítást).

Mivel a DNS vagy RNS csak 4 különböző nitrogénbázist tartalmaz [a DNS-ben - adenin (A), timin (T), guanin (G), citozin (C); RNS-ben - adenin (A), uracil (U), citozin (C), guanin (G)], amelynek szekvenciája meghatározza a fehérje 20 aminosav szekvenciáját, felmerül a GK problémája, vagyis a transzláció problémája nukleinsavakból álló 4 betűs ábécé polipeptidek 20 betűs ábécéjévé.

N. K. Koltsov fogalmazta meg először 1928-ban a fehérjemolekulák mátrixszintézisének ötletét a hipotetikus mátrix tulajdonságainak helyes előrejelzésével. 1944-ben O. Avery és munkatársai megállapították, hogy a DNS-molekulák felelősek az örökletes jellemzők átvitele a pneumococcusok átalakulása során. 1948-ban E. Chargaff kimutatta, hogy minden DNS-molekulában a megfelelő nukleotidok (A-T, G-C) mennyiségi egyenlősége van. 1953-ban F. Crick, J. Watson és M. H. F. Wilkins erre a szabályra és röntgendiffrakciós adatokra (lásd: lásd) arra a következtetésre jutott, hogy a DNS-molekulák kettős hélix, amely két polinukleotid szálból áll, amelyek hidrogénnel kapcsolódnak egymáshoz. kötvények. Sőt, csak a T lehet az egyik lánc A-jával szemben a másodikban, és csak C lehet a G-vel szemben. Ez a komplementaritás oda vezet, hogy az egyik lánc nukleotidszekvenciája egyértelműen meghatározza a másik láncának szekvenciáját. A második jelentős következtetés, amely ebből a modellből következik, az, hogy a DNS-molekula képes önreprodukcióra.

1954-ben G. Gamow megfogalmazta a geometriai egyenletek problémáját modern forma. 1957-ben F. Crick kifejtette az Adapter hipotézist, amely arra utal, hogy az aminosavak nem közvetlenül, hanem közvetítőkön (ma tRNS néven) keresztül lépnek kölcsönhatásba a nukleinsavval. Az ezt követő években kísérletileg megerősítették a genetikai információ átvitelének általános sémájában az eredetileg hipotetikus összes alapvető kapcsolatot. 1957-ben mRNS-eket fedeztek fel [A. S. Spirin, A. N. Belozersky és munkatársai; Folkin és Astrachan (E. Volkin, L. Astrachan)] és tRNS [Hoagland (M.V. Hoagland)]; 1960-ban a DNS-t a sejten kívül szintetizálták meglévő DNS-makromolekulák mátrixként történő felhasználásával (A. Kornberg), és felfedezték a DNS-függő RNS-szintézist [S. B. Weiss és mtsai]. 1961-ben létrehoztak egy sejtmentes rendszert, amelyben fehérjeszerű anyagokat szintetizáltak természetes RNS vagy szintetikus poliribonukleotidok jelenlétében [M. Nirenberg és Matthaei (J. H. Matthaei)]. G. k. megismerési problémája kutatásból állt általános tulajdonságok a kód és annak tényleges dekódolása, azaz annak kiderítése, hogy bizonyos aminosavakat mely nukleotid-kombinációk (kodonok) kódolnak.

A kód általános tulajdonságait dekódolásától függetlenül, és főként azt megelőzően a mutációk kialakulásának molekuláris mintázatainak elemzésével tisztáztuk (F. Krick et al., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Ezek a következőkre csapódnak le:

1. A kód univerzális, azaz legalábbis alapvetően azonos minden élőlény számára.

2. A kód triplet, azaz minden aminosavat egy nukleotidhármas kódol.

3. A kód nem átfedő, azaz egy adott nukleotid nem lehet egynél több kodon része.

4. A kód degenerált, azaz egy aminosavat több triplett is kódolhat.

5. A fehérje elsődleges szerkezetére vonatkozó információkat szekvenciálisan, egy fix pontból kiindulva olvassuk le az mRNS-ből.

6. A legtöbb lehetséges hármasnak van „értelme”, azaz aminosavakat kódol.

7. A kodon három „betűje” közül csak kettő (kötelező) rendelkezik domináns jelentéssel, míg a harmadik (opcionális) lényegesen kevesebb információt hordoz.

A kód közvetlen dekódolása abból állna, hogy a szerkezeti génben lévő nukleotidszekvenciát (vagy a rajta szintetizált mRNS-t) összehasonlítjuk a megfelelő fehérje aminosavszekvenciájával. Egy ilyen út azonban technikailag még nem lehetséges. Két másik módszert alkalmaztak: fehérjeszintézist sejtmentes rendszerben ismert összetételű mesterséges poliribonukleotidok mátrixként történő felhasználásával, valamint a mutációk kialakulásának molekuláris mintázatainak elemzését (lásd). Az első korábban pozitív eredményeket hozott, és történelmileg nagy szerepet játszott a G. k. megfejtésében.

1961-ben M. Nirenberg és Mattei homopolimert használtak mátrixként - szintetikus poliuridilsavat (azaz UUUU... összetételű mesterséges RNS-t), és polifenilalanint kapott. Ebből az következett, hogy a fenilalanin kodon több U-ból áll, azaz triplett kód esetén UUU-ként van megfejtve. Később a homopolimerek mellett különböző nukleotidokból álló poliribonukleotidokat is alkalmaztak. Ugyanakkor csak a polimerek összetétele volt ismert, a bennük lévő nukleotidok elhelyezkedése statisztikai volt, ezért az eredmények elemzése statisztikai jellegű és közvetett következtetéseket adott. Elég gyorsan sikerült találni legalább egy triplettet mind a 20 aminosavhoz. Kiderült, hogy a szerves oldószerek jelenléte, a pH- vagy hőmérsékletváltozás, egyes kationok és különösen az antibiotikumok kétértelművé teszik a kódot: ugyanazok a kodonok serkentik más aminosavak beépülését, egyes esetekben egy kodon akár négyet is kódolni kezdett. különböző aminosavak. A sztreptomicin sejtmentes rendszerekben és in vivo is befolyásolta az információolvasást, és csak a streptomycin-érzékeny baktériumtörzseken volt hatásos. A sztreptomicin-függő törzsekben „korrigálta” a mutáció következtében megváltozott kodonok leolvasását. Hasonló eredmények okot adtak kétségbe a G. sejtmentes rendszerrel végzett dekódolásának helyességében; megerősítésre volt szükség, elsősorban in vivo adatokkal.

A G. in vivo főbb adatait a fehérjék aminosav-összetételének elemzésével nyertük ismert hatásmechanizmusú mutagénekkel (lásd) kezelt organizmusokban, például nitrogénnel, amely a C-t U-vel és A-t helyettesíti a DNS molekula G. Hasznos információ a nem specifikus mutagének által okozott mutációk elemzését, a rokon fehérjék primer szerkezetében mutatkozó különbségek összehasonlítását is. különböző típusok, összefüggés a DNS és a fehérjék összetétele között stb.

A G. to. in vivo és in vitro adatok alapján történő megfejtése megfelelő eredményeket adott. Később három másik módszert fejlesztettek ki a kód megfejtésére sejtmentes rendszerekben: aminoacil-tRNS (vagyis tRNS-hez kapcsolt aktivált aminosavval) kötése ismert összetételű trinukleotidokkal (M. Nirenberg et al., 1965), kötés. aminoacil-tRNS egy bizonyos tripletttel kezdődő polinukleotidokkal (Mattei és mtsai, 1966), valamint polimerek mRNS-ként való felhasználása, amelyben nemcsak a nukleotidok összetétele, hanem a nukleotidok sorrendje is ismert (X. Korana et al. , 1965). Mindhárom módszer kiegészíti egymást, és az eredmények összhangban vannak az in vivo kísérletekben kapott adatokkal.

A 70-es években 20. század módszerek jelentek meg a G. k dekódolási eredményeinek különösen megbízható ellenőrzésére. Ismeretes, hogy a proflavin hatására fellépő mutációk az egyes nukleotidok elvesztéséből vagy inszerciójából állnak, ami az olvasási keret eltolódásához vezet. A T4 fágban számos mutációt okozott a proflavin, amelyekben a lizozim összetétele megváltozott. Ezt az összetételt elemeztük és összehasonlítottuk azokkal a kodonokkal, amelyeknek kereteltolódásból kellett volna eredniük. Az eredmény a teljes megfelelés volt. Ezenkívül ez a módszer lehetővé tette annak megállapítását, hogy a degenerált kód mely triplettjei kódolják az egyes aminosavakat. 1970-ben J. M. Adamsnek és munkatársainak sikerült direkt módszerrel részlegesen megfejteni a G. c.-t: az R17 fágban meghatározták a bázisok szekvenciáját egy 57 nukleotid hosszúságú fragmentumban, és összehasonlították a burokfehérje aminosavszekvenciájával. . Az eredmények teljesen megegyeztek a kevésbé közvetlen módszerekkel kapott eredményekkel. Így a kód teljesen és helyesen visszafejtésre került.

A dekódolási eredményeket táblázatban foglaljuk össze. A kodonok és az RNS összetételét jelzi. A tRNS antikodonok összetétele komplementer az mRNS kodonokkal, azaz Y helyett A-t, A-U helyett C-G helyett G-C-t tartalmaznak, és megfelel a struktúrgén (a DNS-szál) kodonjainak. amelyből az információ kiolvasható) azzal a különbséggel, hogy az uracil veszi át a timin helyét. A 64 hármasból, amely 4 nukleotid kombinációjával képződhet, 61-nek van „értelme”, azaz aminosavakat kódol, 3 pedig „nonszensz” (értelmetlen). Meglehetősen egyértelmű kapcsolat van a hármasok összetétele és jelentése között, amelyet a kód általános tulajdonságainak elemzésekor fedeztünk fel. Egyes esetekben az adott aminosavat (például prolint, alanint) kódoló tripletteket az a tény jellemzi, hogy az első két nukleotid (obligát) azonos, a harmadik (opcionális) pedig bármi lehet. Más esetekben (például aszparagin, glutamin kódolásakor) két hasonló hármas ugyanazt jelenti, amelyekben az első két nukleotid egybeesik, és a harmadik helyén purin vagy pirimidin található.

Nonszensz kodonok, amelyek közül 2-nek a fágmutánsok jelölésének megfelelő speciális neve van (UAA-okker, UAG-borostyán, UGA-opál), bár nem kódolnak semmilyen aminosavat, de van nagyon fontos amikor információt olvasunk egy polipeptid lánc végének kódolásával.

Az információ leolvasása az 5 1 -> 3 1 - nukleotid lánc végéig terjedő irányban történik (lásd Dezoxiribonukleinsavak). Ebben az esetben a fehérjeszintézis egy szabad aminocsoportot tartalmazó aminosavból egy szabad karboxilcsoportot tartalmazó aminosavba megy át. A szintézis kezdetét az AUG és GUG tripletek kódolják, amelyek ebben az esetben egy specifikus kiindulási aminoacil-tRNS-t, nevezetesen N-formil-metionil-tRNS-t tartalmaznak. Ugyanezek a tripletek, ha a láncon belül lokalizálódnak, metionint és valint kódolnak. A kétértelműséget megszünteti, hogy az olvasás megkezdését hülyeség előzi meg. Bizonyítékok vannak arra, hogy a különböző fehérjéket kódoló mRNS régiói közötti határ kettőnél több tripletből áll, és ezeken a helyeken az RNS másodlagos szerkezete megváltozik; ez a kérdés kutatás alatt áll. Ha egy nonszensz kodon előfordul egy szerkezeti génben, akkor a megfelelő fehérje csak ennek a kodonnak a helyéig épül fel.

A genetikai kód felfedezése és megfejtése - a molekuláris biológia kiemelkedő eredménye - minden biológiai tudományra hatással volt, esetenként speciális nagyszelvények kidolgozását is eredményezte (lásd Molekuláris genetika). G. felfedezésének és a kapcsolódó kutatásoknak a hatását összehasonlítják azzal a hatással, amelyet Darwin elmélete gyakorolt ​​a biológiai tudományokra.

A genetika egyetemessége közvetlen bizonyítéka az élet alapvető molekuláris mechanizmusainak egyetemességének a szerves világ minden képviselőjében. Mindeközben a prokariótákból eukariótákba, illetve az egysejtűekből a többsejtűekbe való átmenet során a genetikai apparátus funkcióiban és felépítésében tapasztalható nagy eltérések valószínűleg molekuláris különbségekkel járnak, amelyek vizsgálata a jövő feladatai közé tartozik. Mivel a G.K. kutatás csak kérdés utóbbi években, a kapott eredmények jelentőségét gyakorlati orvoslás csak közvetett természetű, lehetővé téve a betegségek természetének, a kórokozók és gyógyászati ​​anyagok hatásmechanizmusának megértését. Az olyan jelenségek felfedezése azonban, mint az átalakulás (lásd), a transzdukció (lásd), az elnyomás (lásd), jelzi a kórosan megváltozott örökletes információ korrekciójának vagy korrekciójának alapvető lehetőségét - az ún. géntechnológia (lásd).

Asztal. GENETIKAI KÓD

A kodon első nukleotidja	A kodon második nukleotidja								Harmadszor, a nukleotid kodon
		Fenilalanin
						J Hülyeség
								triptofán
						hisztidin
						Glutaminsav
		Izoleucin				aszparaginsav
		metionin
						Aszparagin
						Glutamin

* A lánc végét kódolja.

** A lánc elejét is kódolja.

Bibliográfia: Ichas M. Biológiai kód, ford. angolból, M., 1971; Archer N.B. A citogenetikai elváltozások biofizikája és a genetikai kód, L., 1968; Molekuláris genetika, ford. angolból, szerk. A. N. Belozersky, 1. rész, M., 1964; Nukleinsavak, transz. angolból, szerk. A. N. Belozersky, M., 1965; Watson J.D. Molekuláris biológia gén, transz. angolból, M., 1967; Fiziológiai genetika, szerk. M. E. Lobasheva S. G., Inge-Vechtomo-va, L., 1976, bibliogr.; Dezoxiribonuc-leins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v„ E. Geissler, B., 1972; A genetikai kód, Gold Spr. Harb. Symp. quant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. A genetikai kód, N. Y. a. o., 1967.

Ugyanazokat a nukleotidokat használják, kivéve a timint tartalmazó nukleotidot, amelyet egy hasonló, uracilt tartalmazó nukleotid helyettesít, amelyet betűvel jelölnek (az orosz nyelvű irodalomban). A DNS- és RNS-molekulákban a nukleotidok láncokba rendeződnek, és így genetikai betűszekvenciák keletkeznek.

Szinte minden élő szervezet fehérje mindössze 20 féle aminosavból épül fel. Ezeket az aminosavakat kanonikusnak nevezzük. Minden fehérje egy lánc vagy több aminosavlánc, amelyek egy szigorúan meghatározott sorrendben kapcsolódnak egymáshoz. Ez a szekvencia határozza meg a fehérje szerkezetét, és ezáltal minden biológiai tulajdonságát.

A 20. század 60-as éveinek elején azonban új adatok feltárták a „vessző nélküli kód” hipotézis következetlenségét. Aztán a kísérletek kimutatták, hogy a Crick által értelmetlennek tartott kodonok in vitro fehérjeszintézist válthatnak ki, és 1965-re mind a 64 triplet jelentését megállapították. Kiderült, hogy egyes kodonok egyszerűen redundánsak, azaz aminosavak egész sorát kódolja két, négy vagy akár hat hármas.

Tulajdonságok

Az mRNS és az aminosavak kodonjai közötti megfelelési táblázatok

A legtöbb pro- és eukarióta genetikai kódja. A táblázat mind a 64 kodont és a megfelelő aminosavakat mutatja. Az alapsorrend az mRNS 5"-től 3"-ig terjed.

Szabványos genetikai kód

1 bázis	2. alap								3 bázis
	U		C		A		G
U	UUU	(Phe/F) Fenilalanin	UCU	(Ser/S) Serin	UAU	(Tyr/Y) Tirozin	UGU	(Cys/C) Cisztein	U
	UUC		UCC		UAC		UGC		C
	UUA	(Leu/L) Leucin	UCA		UAA	Állj meg ( Okker)	U.G.A.	Állj meg ( Opál)	A
	UUG		UCG		UAG	Állj meg ( Borostyán)	UGG	(Trp/W) Triptofán	G
C	CUU		CCU	(Pro/P) Prolin	CAU	(His/H) hisztidin	C.G.U.	(Arg/R) Arginin	U
	CUC		CCC		C.A.C.		C.G.C.		C
	CUA		CCA		CAA	(Gln/Q) Glutamin	C.G.A.		A
	C.U.G.		CCG		CAG		CGG		G
A	AUU	(Ile/I) Izoleucin	ACU	(Thr/T) Treonin	AAU	(Asn/N) Aszparagin	AGU	(Ser/S) Serin	U
	AUC		ACC		A.A.C.		A.G.C.		C
	AUA		ACA		AAA	(Lys/K) Lizin	A.G.A.	(Arg/R) Arginin	A
	AUGUSZTUS	(Met/M) Metionin	A.C.G.		AAG		AGG		G
G	GUU	(Val/V) Valine	G.C.U.	(Ala/A) Alanin	GAU	(Asp/D) Aszparaginsav	GGU	(Gly/G) Glicin	U
	GUC		GCC		GAC		GGC		C
	GUA		G.C.A.		GAA	(Glu/E) Glutaminsav	GGA		A
	G.U.G.		GCG		GAG		GGG		G

Az AUG kodon a metionint kódolja, és egyben a transzláció iniciációs helye is: az mRNS kódoló régiójában az első AUG kodon a fehérjeszintézis kezdeteként szolgál. Fordított táblázat (az egyes aminosavak kodonjai, valamint a stopkodonok láthatók)

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

A standard genetikai kód eltérései

A standard genetikai kódtól való eltérés első példáját 1979-ben fedezték fel humán mitokondriális gének vizsgálata során. Azóta számos hasonló változatot találtak, köztük számos alternatív mitokondriális kódot, például az UGA stopkodont a triptofánt meghatározó kodonként a mikoplazmákban. Baktériumokban és archaeákban a HG-t és az UG-t gyakran használják startkodonként. Egyes esetekben a gének egy fehérjét kezdenek kódolni egy olyan startkodonnál, amely eltér attól, amit a faj általában használ.

Egyes fehérjékben a nem szabványos aminosavakat, például a szelenociszteint és a pirrolizint a stopkodont leolvasó riboszóma inszertálja, az mRNS-ben lévő szekvenciáktól függően. A szelenociszteint ma a 21., a pirrolizint pedig a 22. aminosavnak tekintik a fehérjéket alkotó aminosavak közül.

E kivételek ellenére minden élő szervezet rendelkezik genetikai kóddal közös vonásai: a kodonok három nukleotidból állnak, ahol az első kettő a döntő; a kodonokat a tRNS és a riboszómák transzlálják aminosavszekvenciává.

Eltérés a standard genetikai kódtól.

Példa	Codon	Normális jelentés	Így hangzik:
Egyes élesztőfajták Candida	C.U.G.	Leucin	Serin
Mitokondriumok, különösen Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	Leucin	Serin
A magasabb rendű növények mitokondriumai	CGG	Arginin	triptofán
Mitokondriumok (kivétel nélkül minden vizsgált szervezetben)	U.G.A.	Állj meg	triptofán
A csillós állatok nukleáris genomja Euplotes	U.G.A.	Állj meg	Cisztein vagy szelenocisztein
Emlősök mitokondriumai, Drosophila, S. cerevisiaeés sok protozoa	AUA	Izoleucin	Metionin = Start
Prokarióták	G.U.G.	Valin	Rajt
Eukarióták (ritka)	C.U.G.	Leucin	Rajt
Eukarióták (ritka)	G.U.G.	Valin	Rajt
Prokarióták (ritka)	UUG	Leucin	Rajt
Eukarióták (ritka)	A.C.G.	Treonin	Rajt
Emlős mitokondriumok	AGC, AGU	Serin	Állj meg
Drosophila mitokondriumok	A.G.A.	Arginin	Állj meg
Emlős mitokondriumok	AG(A, G)	Arginin	Állj meg

Evolúció

Úgy tartják, hogy a hármas kód az élet fejlődésének korai szakaszában fejlődött ki. De a különböző evolúciós szakaszokban megjelenő organizmusok különbségei azt jelzik, hogy nem volt mindig ilyen.

Egyes modellek szerint a kód először primitív formában létezett, amikor kis számú kodon viszonylag kis számú aminosavat jelölt ki. Több pontos érték kodonok és nagyobb szám az aminosavakat később be lehet vinni. Eleinte a három bázis közül csak az első kettőt lehetett felismerni [ami a tRNS szerkezetétől függ].

- Lewin B. Gének. M.: 1987. 62. o.

Lásd még

Megjegyzések

1. Sanger F. (1952). "Az aminosavak elrendezése a fehérjékben." Adv. Protein Chem. 7 : 1-67. PMID.
2. Ichas M. Biológiai kód. - M.: Mir, 1971.
3. Watson J. D., Crick F. H. (1953. április). „Nukleinsavak molekuláris szerkezete; a dezoxiribóz nukleinsav szerkezete." Természet. 171 : 737-738. PMID. referencia)
4. Watson J. D., Crick F. H. (1953. május). "A dezoxiribonukleinsav szerkezetének genetikai vonatkozásai." Természet. 171 : 964-967. PMID. Elavult |month= paramétert használ (súgó)
5. Crick F. H. (1966. április). „A genetikai kód – tegnap, ma és holnap.” Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol.: 1-9. PMID. Elavult |month= paramétert használ (súgó)
6. Gamow G. (1954. február). "Lehetséges kapcsolat a dezoxiribonukleinsav és a fehérjeszerkezetek között." Természet. 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID. Elavult |month= paramétert használ (súgó)
7. Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). "A nukleinsavakról a fehérjékre való információátvitel problémája." Adv. Bio.l Med. Phys.. 4 : 23-68. PMID.
8. Gamow G, Ycas M. (1955). „A fehérje és a ribonukleinsav összetételének statisztikai korrelációja”. Proc. Natl. Acad. Sci. EGYESÜLT ÁLLAMOK.. 41 : 1011-1019. PMID.
9. Crick F. H., Griffith J. S., Orgel L. E. (1957).

Fejezet Egységes államvizsga: 2.6. Genetikai információ a sejtben. Gének, genetikai kód és tulajdonságai. A bioszintézis reakcióinak mátrix jellege. Fehérje és nukleinsavak bioszintézise

Már több mint 6 milliárd ember él a Földön. A 25-30 millió egypetéjű ikerpártól eltekintve genetikailag minden ember más. Ez azt jelenti, hogy mindegyik egyedi, egyedi örökletes jellemzőkkel, jellemvonásokkal, képességekkel, temperamentummal és sok más tulajdonsággal rendelkezik. Mi határozza meg az emberek közötti ilyen különbségeket? Természetesen a köztük lévő különbségek genotípusok , azaz egy adott szervezet génkészletei. Minden ember számára egyedi, ahogyan az egyes állatok vagy növények genotípusa is egyedi. De genetikai tulajdonságok ez a személy testében szintetizált fehérjékben ölt testet. Következésképpen az egyik ember fehérjéjének szerkezete, bár nagyon kis mértékben, eltér egy másik ember fehérjéjétől. Emiatt merül fel a szervátültetés problémája, ezért lépnek fel allergiás reakciók az élelmiszerekre, rovarcsípés, növényi pollen stb. Ez nem jelenti azt, hogy az emberek nem rendelkeznek pontosan ugyanazokkal a fehérjékkel. Az azonos funkciókat ellátó fehérjék lehetnek azonosak, vagy csak kismértékben különbözhetnek egy vagy két aminosavban egymástól. De nincs olyan ember a Földön (az egypetéjű ikrek kivételével), akiknek ugyanaz a fehérje.

A fehérje elsődleges szerkezetére vonatkozó információkat nukleotidszekvenciaként kódolják egy DNS-molekula egy szakaszában - egy génben. Gén egy szervezet örökletes információinak egysége. Minden DNS-molekula sok gént tartalmaz. Egy szervezet összes génjének összessége alkotja genotípus.

Az örökletes információk kódolása a használatával történik genetikai kód . A kód hasonló a jól ismert Morse-kódhoz, amely pontokkal és kötőjelekkel kódolja az információkat. A morze univerzális minden rádiós számára, és a különbségek csak a jelek fordításában rejlenek különböző nyelvek. A genetikai kód is univerzális minden organizmusra, és csak a géneket alkotó nukleotidok váltakozásában különbözik, és meghatározott organizmusok fehérjéit kódolják.

A genetikai kód tulajdonságai : tripletitás, specifikusság, egyetemesség, redundancia és átfedésmentesség.

Szóval, mi a genetikai kód? Kezdetben hármasokból áll ( hármas ikrek ) különböző szekvenciákban kombinált DNS-nukleotidok. Például AAT, GCA, ACG, THC stb. Minden nukleotidhármas egy specifikus aminosavat kódol, amely beépül a polipeptidláncba. Például a CGT triplett az alanin aminosavat, az AAG hármas pedig a fenilalanint kódolja. 20 aminosav van, és 64 lehetőség van négy nukleotid három csoportba való kombinálására, ezért négy nukleotid elegendő 20 aminosav kódolásához. Ez az oka annak, hogy egy aminosavat több triplet is kódolhat. Egyes tripletek egyáltalán nem kódolnak aminosavakat, hanem elindítják vagy leállítják a fehérje bioszintézist.

A tényleges genetikai kódot veszik figyelembe nukleotidszekvenciája egy mRNS-molekulában, mert információt távolít el a DNS-ből ( átírási folyamat ) és a szintetizált fehérjék molekuláiban található aminosav-szekvenciává alakítja át ( sugárzási folyamat ). Az mRNS összetétele ACGU nukleotidokat tartalmaz. Az mRNS nukleotidok hármasait kodonoknak nevezzük. Az mRNS-en lévő DNS-hármasokra már megadott példák így fognak kinézni - az mRNS-en lévő CGT-hármasból GCA-hármas, a DNS-hármasból - AAG-ból pedig UUC-hármas lesz. Az mRNS kodonjai tükrözik a nyilvántartásban szereplő genetikai kódot. Tehát a genetikai kód hármas, univerzális minden földi élőlény számára, degenerált (minden aminosavat egynél több kodon kódol). A gének között írásjelek vannak - ezek hármasok, amelyeket ún stop kodonok . Egy polipeptid lánc szintézisének végét jelzik. Vannak táblázatok a genetikai kódról, amelyet használni kell az mRNS kodonok megfejtéséhez és a fehérjemolekulák láncainak felépítéséhez (zárójelben a komplementer DNS).