Kémiai összetételés a DNS-molekula szerkezeti felépítése.

A nukleinsavmolekulák nagyon hosszú láncok, amelyek sok száz, sőt millió nukleotidból állnak. Bármely nukleinsav csak négyféle nukleotidot tartalmaz. A nukleinsavmolekulák funkciói a szerkezetüktől, a bennük lévő nukleotidoktól, a láncban lévő számuktól és a molekulában lévő vegyület szekvenciájától függenek.

Mindegyik nukleotid három komponensből áll: egy nitrogéntartalmú bázisból, egy szénhidrátból és egy foszforsavból. BAN BEN összetett minden nukleotid DNS magában foglalja a négy típusú nitrogénbázis egyikét (adenin - A, timin - T, guanin - G vagy citozin - C), valamint dezoxiribóz szenet és egy foszforsav maradékot.

Így a DNS-nukleotidok csak a nitrogéntartalmú bázis típusában különböznek.
A DNS-molekula hatalmas számú nukleotidból áll, amelyek egy bizonyos szekvenciában láncba kapcsolódnak. Minden DNS-molekulatípusnak megvan a maga nukleotidszáma és szekvenciája.

A DNS-molekulák nagyon hosszúak. Például egy emberi sejtből (46 kromoszómából) származó DNS-molekulák nukleotidszekvenciájának betűkkel történő felírásához körülbelül 820 000 oldalas könyvre lenne szükség. Váltakozó négyféle nukleotid képződhet végtelen halmaz DNS-molekulák változatai. A DNS-molekulák ezen szerkezeti jellemzői lehetővé teszik számukra, hogy hatalmas mennyiségű információt tároljanak az élőlények összes jellemzőjéről.

1953-ban J. Watson amerikai biológus és F. Crick angol fizikus megalkotta a DNS-molekula szerkezetének modelljét. A tudósok azt találták, hogy minden DNS-molekula két egymáshoz kapcsolódó és spirálisan csavart láncból áll. Úgy néz ki, mint egy kettős spirál. Mindegyik láncban négyféle nukleotid váltakozik egy meghatározott szekvenciában.

Nukleotid DNS összetétel között változik különböző típusok baktériumok, gombák, növények, állatok. De ez nem változik az életkorral, és kevéssé függ a környezeti változásoktól. A nukleotidok párosodnak, azaz bármely DNS-molekulában az adenin nukleotidok száma megegyezik a timidin nukleotidok számával (A-T), a citozin nukleotidok száma pedig a guanin nukleotidok számával (C-G). Ez annak a ténynek köszönhető, hogy két lánc összekapcsolása egy DNS-molekulában egy bizonyos szabálynak engedelmeskedik, nevezetesen: az egyik lánc adeninjét mindig kettő köti össze. hidrogénkötések csak egy másik lánc timinjével és guaninnal - három hidrogénkötéssel citozinnal, vagyis az egyik DNS-molekula nukleotidláncai komplementerek, kiegészítik egymást.

A nukleinsavmolekulák - a DNS és az RNS - nukleotidokból állnak. A DNS-nukleotidok közé tartozik egy nitrogéntartalmú bázis (A, T, G, C), a szénhidrát dezoxiribóz és egy foszforsav molekula-maradék. A DNS-molekula kettős hélix, amely két láncból áll, amelyeket hidrogénkötések kapcsolnak össze a komplementaritás elve szerint. A DNS funkciója - tárolás örökletes információk.

A DNS tulajdonságai és funkciói.

DNS egy genetikai információ hordozója, amelyet nukleotidszekvencia formájában rögzítenek egy genetikai kód segítségével. A DNS-molekulák két alapvető elemhez kapcsolódnak az élőlények tulajdonságai organizmusok - öröklődés és változékonyság. A DNS-replikációnak nevezett folyamat során az eredeti szál két másolata keletkezik, amelyeket osztódásukkor a leánysejtek örökölnek, így a létrejövő sejtek genetikailag azonosak az eredetivel.

A genetikai információ a génexpresszió során valósul meg a transzkripció (RNS-molekulák szintézise DNS-templáton) és transzláció (fehérjék szintézise RNS-templáton) folyamataiban.

A nukleotidszekvencia különböző típusú RNS-ekről „kódol”: hírvivő vagy templát (mRNS), riboszómális (rRNS) és transzport (tRNS). Az összes ilyen típusú RNS szintetizálódik a DNS-ből a transzkripció folyamata során. A fehérje bioszintézisben (transzlációs folyamatban) betöltött szerepük eltérő. A Messenger RNS információkat tartalmaz a fehérjében lévő aminosavak sorrendjéről, a riboszómális RNS a riboszómák (komplex nukleoprotein komplexek, amelyek fő funkciója a fehérjék összeállítása az egyes aminosavakból mRNS alapján) alapjául, a transzfer RNS-ek aminosavakat szállítanak. savak a fehérje-összeállítás helyére - a riboszóma aktív központjába, "mászik" az mRNS-en.

Genetikai kód, tulajdonságai.

Genetikai kód- minden élő szervezetre jellemző módszer a fehérjék aminosavszekvenciájának kódolására nukleotidszekvencia segítségével. TULAJDONSÁGOK:

1. Triplety- a kód értelmes egysége három nukleotid kombinációja (triplet vagy kodon).
2. Folytonosság- a hármasok között nincs írásjel, vagyis az információ folyamatosan olvasható.
3. Nem átfedő- ugyanaz a nukleotid nem lehet egyszerre két vagy több hármas része (nem figyelhető meg a vírusok, mitokondriumok és baktériumok néhány átfedő génjénél, amelyek több kereteltolásos fehérjét kódolnak).
4. Egyediség (specifikusság)- egy adott kodon csak egy aminosavnak felel meg (azonban az UGA kodonnak van Euplotes crassus két aminosavat kódol - ciszteint és szelenociszteint)
5. Degeneráció (redundancia)- több kodon is megfelelhet ugyanannak az aminosavnak.
6. Sokoldalúság- a genetikai kód ugyanúgy működik különböző összetettségű szervezetekben - a vírusoktól az emberekig (a géntechnológiai módszerek ezen alapulnak; számos kivétel van, amelyeket a „Szabvány genetikai kód variációi” című fejezet táblázata mutat be lent).
7. Zaj immunitás- a nukleotid szubsztitúciók olyan mutációit, amelyek nem vezetnek a kódolt aminosav osztályának változásához, ún. konzervatív; nukleotidszubsztitúciós mutációkat, amelyek a kódolt aminosav osztályának megváltozásához vezetnek, nevezzük radikális.

5. A DNS autoreprodukciója. A replikon és működése .

A nukleinsavmolekulák önreprodukciós folyamata, amelyet a genetikai információ pontos másolatainak (sejtről sejtre) öröklődése kísér; R. egy sor speciális enzim (helikáz) részvételével történik<helicase>szabályozza a molekula letekeredését DNS, DNS-polimeráz<DNS polimeráz> I és III, DNS-ligáz<DNS ligáz>), félig konzervatív módon halad egy replikációs villa kialakításával<replikációs villa>; az egyik áramkörön<vezető szál> a komplementer lánc szintézise folyamatos, másrészt<lemaradt szál> Dkazaki töredékek keletkezése miatt következik be<Okazaki töredékek>; R. - nagy pontosságú eljárás, amelynek hibaaránya nem haladja meg a 10 -9-et; eukariótákban R. egy molekula több pontján is előfordulhat egyszerre DNS; sebesség R. Az eukariótákban körülbelül 100, a baktériumokban pedig körülbelül 1000 nukleotid van másodpercenként.

6. Az eukarióta genom szerveződésének szintjei .

Az eukarióta szervezetekben a transzkripció szabályozásának mechanizmusa sokkal összetettebb. Az eukarióta gének klónozása és szekvenálása eredményeként specifikus szekvenciákat fedeztek fel, amelyek részt vesznek a transzkripcióban és a transzlációban.
Az eukarióta sejtet a következők jellemzik:
1. Intronok és exonok jelenléte a DNS-molekulában.
2. Az mRNS érése - intronok kivágása és exonok összefűzése.
3. A transzkripciót szabályozó szabályozó elemek jelenléte, mint például: a) promóterek - 3 típus, amelyek mindegyikét egy specifikus polimeráz foglalja el. A Pol I a riboszómális géneket, a Pol II a fehérje szerkezeti géneket, a Pol III a kis RNS-eket kódoló géneket replikálja. A Pol I és Pol II promoter a transzkripciós iniciációs hely előtt, a Pol III promoter a szerkezeti génen belül helyezkedik el; b) modulátorok - DNS-szekvenciák, amelyek fokozzák a transzkripció szintjét; c) erősítők - olyan szekvenciák, amelyek fokozzák a transzkripció szintjét, és a gén kódoló részéhez viszonyított helyzetüktől és az RNS-szintézis kiindulópontjának állapotától függetlenül hatnak; d) terminátorok – specifikus szekvenciák, amelyek mind a transzlációt, mind a transzkripciót leállítják.
Ezek a szekvenciák elsődleges szerkezetükben és a startkodonhoz viszonyított elhelyezkedésükben különböznek a prokarióta szekvenciáktól, és a bakteriális RNS polimeráz nem „felismeri” őket. Így az eukarióta gének prokarióta sejtekben történő expressziójához a géneknek prokarióta szabályozóelemek ellenőrzése alatt kell lenniük. Ezt a körülményt az expressziós vektorok készítésénél figyelembe kell venni.

7. A kromoszómák kémiai és szerkezeti összetétele .

Kémiai kromoszóma összetétele - DNS - 40%, hiszton fehérjék - 40%. Nem hiszton - 20% némi RNS. Lipidek, poliszacharidok, fémionok.

A kromoszóma kémiai összetétele nukleinsavak komplexe fehérjékkel, szénhidrátokkal, lipidekkel és fémekkel. A kromoszóma szabályozza a génaktivitást és helyreállítja azt kémiai vagy sugárkárosodás esetén.

SZERKEZETI????

Kromoszómák- nukleoprotein szerkezeti elemek A szervezet öröklődő információit tartalmazó DNS-t tartalmazó sejtmagok önszaporodásra képesek, szerkezeti és funkcionális egyéniséggel rendelkeznek, és azt több generáción keresztül megőrzik.

a mitotikus ciklusban a kromoszómák szerkezeti szerveződésének következő jellemzői figyelhetők meg:

Vannak mitotikus és interfázisos formák Strukturális szervezés A mitotikus ciklusban egymásba cserélődő kromoszómák funkcionális és fiziológiai átalakulások

8. Az eukarióták örökletes anyagának csomagolási szintjei .

Az eukarióták örökítőanyagának szerveződésének szerkezeti és funkcionális szintjei

Az öröklődés és a változékonyság a következőket nyújtja:

1) egyéni (diszkrét) öröklődés és egyéni jellemzők változása;

2) a teljes komplex reprodukciója az egyes generációk egyedeiben morfofunkcionális jellemzők egy adott biológiai fajhoz tartozó organizmusok;

3) az ivaros szaporodással rendelkező fajok újraeloszlása ​​az örökletes hajlamok szaporodásának folyamatában, amelynek eredményeként a leszármazott olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek eltérnek a szülők kombinációjától. A tulajdonságok és halmazaik öröklődésének, változékonyságának mintázatai a genetikai anyag szerkezeti és funkcionális szerveződésének alapelveiből következnek.

Az eukarióta szervezetek örökítőanyagának három szerveződési szintje van: gén, kromoszómális és genomiális (genotípus szint).

A génszint elemi szerkezete a gén. A gének átadása a szülőkről az utódokra bizonyos tulajdonságok kialakulásához szükséges. Bár a biológiai variabilitásnak számos formája ismert, csak a gének szerkezetének megsértése változtatja meg az örökletes információ jelentését, aminek megfelelően specifikus jellemzők és tulajdonságok alakulnak ki. A génszint jelenlétének köszönhetően egyéni, különálló (diszkrét) és független öröklődés, egyéni jellemzők változása lehetséges.

Az eukarióta sejtekben a gének a kromoszómák mentén csoportokban oszlanak el. Ezek a sejtmag struktúrái, melyeket az egyéniség és az egyéni szerkezeti sajátosságok generációkon át tartó megőrzésével való reprodukálási képesség jellemez. A kromoszómák jelenléte meghatározza az örökítőanyag kromoszómális szerveződési szintjének azonosítását. A gének kromoszómákon való elhelyezése befolyásolja a tulajdonságok relatív öröklődését, és lehetővé teszi, hogy egy gén működését a közvetlen genetikai környezete – a szomszédos gének – befolyásolják. Az örökítőanyag kromoszómális szerveződése szolgál szükséges feltétel a szülők örökletes hajlamainak újraelosztása az utódokban az ivaros szaporodás során.

A különböző kromoszómákon való eloszlás ellenére a gének teljes halmaza funkcionálisan egy egészként viselkedik, egyetlen rendszert alkotva, amely az örökítőanyag genomiális (genotípusos) szerveződési szintjét képviseli. Ezen a szinten az örökletes hajlamok széles körű kölcsönhatása és kölcsönös befolyása van, mind egy, mind a különböző kromoszómákban. Az eredmény a különböző örökletes hajlamok genetikai információinak kölcsönös megfeleltetése, és ennek következtében az ontogenezis folyamatában időben, helyen és intenzitásban kiegyensúlyozott tulajdonságok kialakulása. A gének funkcionális aktivitása, a replikáció módja és az örökítőanyag mutációs változásai a szervezet vagy a sejt egészének genotípusának jellemzőitől is függenek. Ezt bizonyítja például a dominancia tulajdonságának relativitása.

Eu - és heterokromatin.

A sejtosztódás során egyes kromoszómák kondenzáltnak és intenzív színűnek tűnnek. Az ilyen különbségeket heteropiknózisnak nevezték. A " kifejezés heterokromatin" Vannak euchromatin - a mitotikus kromoszómák fő része, amely a mitózis során a szokásos tömörítési és lebomlási cikluson megy keresztül, és heterokromatin- a kromoszómák olyan régiói, amelyek folyamatosan tömör állapotban vannak.

A legtöbb eukarióta fajban a kromoszómák mindkettőt tartalmazzák ew- és heterokromatikus régiók, amelyek a genom jelentős részét alkotják. Heterokromatin pericentromer, néha peritomer régiókban található. Heterokromatikus régiókat fedeztek fel a kromoszómák eukromatikus karjaiban. Úgy néznek ki, mint a heterokromatin zárványai (interkalációi) az euchromatinba. Ilyen heterokromatin interkalárisnak nevezzük. Kromatin tömörítés. Euchromatin és heterokromatin különböznek a tömörítési ciklusokban. Euhr. egy teljes tömörítési-lebontási cikluson megy keresztül az interfázistól az interfázisig, hetero. megtartja a viszonylagos tömörség állapotát. Differenciális festhetőség. A heterokromatin különböző területeit különböző festékekkel festik meg, egyes területeket eggyel, másokat többel. Különböző színezékek és a heterokromatikus régiókat felbontó kromoszóma-átrendeződések alkalmazásával lehetővé vált Drosophila számos kis régiójának jellemzése, ahol a foltok iránti affinitása eltér a szomszédos régióktól.

10. A metafázis kromoszóma morfológiai jellemzői .

A metafázis kromoszóma két hosszanti dezoxiribonukleoprotein szálból - kromatidokból áll, amelyek az elsődleges szűkület - a centromer - régiójában kapcsolódnak egymáshoz. A centromer a kromoszóma egy speciálisan szervezett régiója, amely mindkét testvérkromatidában közös. A centromer a kromoszómatestet két karra osztja. Az elsődleges szűkület helyétől függően a következő típusú kromoszómákat különböztetjük meg: egyenlő karú (metacentrikus), amikor a centroméra középen helyezkedik el, és a karok kb. egyenlő hosszúságú; egyenlőtlen karok (szubmetacentrikusak), amikor a centromer a kromoszóma közepétől elmozdul, és a karok nem egyenlő hosszúak; rúd alakú (akrocentrikus), amikor a centromer a kromoszóma egyik végére tolódik, és az egyik kar nagyon rövid. Léteznek pontszerű (telocentrikus) kromoszómák is, ezekből hiányzik az egyik kar, de nincsenek jelen az emberi kariotípusban (kromoszómakészletben). Egyes kromoszómák másodlagos szűkületekkel rendelkezhetnek, amelyek elválasztják a műholdnak nevezett régiót a kromoszómatesttől.

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. Pontosabb kodonjelentés 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).

Oktatási és Tudományos Minisztérium Orosz Föderáció Szövetségi Oktatási Ügynökség

Állapot oktatási intézmény magasabb szakképzés"Altaj állam Technikai Egyetemőket. I.I. Polzunov"

Természettudományi és Rendszerelemzési Tanszék

Absztrakt a "Genetikus kód" témában

1. A genetikai kód fogalma

3. Genetikai információ

Bibliográfia

1. A genetikai kód fogalma

A genetikai kód egy egységes rendszer a nukleinsavmolekulák örökletes információinak rögzítésére, nukleotidszekvencia formájában, amely az élő szervezetekre jellemző. Minden nukleotidot nagybetűvel jelölünk, amely az összetételében lévő nitrogénbázis nevét kezdi: - A (A) adenin; - G (G) guanin; - C(C) citozin; - T (T) timin (DNS-ben) vagy U (U) uracil (mRNS-ben).

A genetikai kód megvalósítása egy sejtben két szakaszban történik: transzkripció és transzláció.

Közülük az első a magban fordul elő; mRNS-molekulák szintéziséből áll a DNS megfelelő szakaszain. Ebben az esetben a DNS nukleotid szekvencia „átíródik” az RNS nukleotid szekvenciába. A második szakasz a citoplazmában, a riboszómákon zajlik; ebben az esetben az mRNS nukleotidszekvenciája a fehérjében lévő aminosavak szekvenciájává alakul át: ez a szakasz a transzfer RNS (tRNS) és a megfelelő enzimek részvételével történik.

2. A genetikai kód tulajdonságai

1. Hármas

Minden aminosavat 3 nukleotidból álló szekvencia kódol.

A triplett vagy kodon három nukleotidból álló szekvencia, amely egy aminosavat kódol.

A kód nem lehet monoplet, mivel a 4 (a DNS különböző nukleotidjainak száma) kevesebb, mint 20. A kód nem lehet dublett, mert 16 (2 4 nukleotid kombinációinak és permutációinak száma) kevesebb, mint 20. A kód lehet triplett, mert 64 (a kombinációk és permutációk száma 4-től 3-ig) több mint 20.

2. Degeneráltság.

A metionin és a triptofán kivételével minden aminosavat egynél több hármas kódol: 1 triplettből 2 aminosav = 2 hármasból 2 9 aminosav = 18 1 aminosav 3 hármas = 3 5 aminosav 4 hármasból = 20 3 aminosav 6 tripletből = 18 Összesen 61 hármas 20 aminosavat kódol.

3. Intergénikus írásjelek jelenléte.

A gén egy DNS-szakasz, amely egy polipeptidláncot vagy egy tRNS-, rRNS- vagy sRNS-molekulát kódol.

A tRNS, rRNS és sRNS gének nem kódolnak fehérjéket.

Minden polipeptidet kódoló gén végén legalább egy van a 3 stopkodon vagy stopszignál közül: UAA, UAG, UGA. Leállítják az adást.

Hagyományosan az AUG kodon, amely a vezető szekvencia után az első, szintén az írásjelekhez tartozik. Nagybetűként működik. Ebben a helyzetben formil-metionint kódol (prokariótákban).

4. Egyértelműség.

Minden triplett csak egy aminosavat kódol, vagy transzlációs terminátor.

A kivétel az AUG kodon. Az első helyen lévő prokariótákban ( nagybetű) formil-metionint kódol, és bármely másban - metionint.

5. Kompaktság vagy az intragenikus írásjelek hiánya.

Egy génen belül minden nukleotid egy jelentős kodon része.

1961-ben Seymour Benzer és Francis Crick kísérletileg bizonyították a kód triplett jellegét és tömörségét.

A kísérlet lényege: „+” mutáció - egy nukleotid beillesztése. "-" mutáció - egy nukleotid elvesztése. Egyetlen "+" vagy "-" mutáció a gén elején elrontja az egész gént. A kettős "+" vagy "-" mutáció is elrontja az egész gént. Egy gén elején lévő hármas „+” vagy „-” mutáció csak egy részét rontja el. A négyszeres „+” vagy „-” mutáció ismét elrontja az egész gént.

A kísérlet bizonyítja, hogy a kód hármas, és a gén belsejében nincsenek írásjelek. A kísérletet két szomszédos fággénen végezték, és ezen kívül írásjelek jelenlétét mutatták ki a gének között.

3. Genetikai információ

A genetikai információ egy szervezet tulajdonságainak programja, amelyet az ősöktől kaptak, és örökletes struktúrákba ágyazva genetikai kód formájában.

Feltételezhető, hogy a genetikai információ kialakulása a következő sémát követte: geokémiai folyamatok - ásványképződés - evolúciós katalízis (autokatalízis).

Lehetséges, hogy az első primitív gének mikrokristályos agyagkristályok voltak, és minden új agyagréteg az előző szerkezeti jellemzőinek megfelelően épül fel, mintha abból kapna információt a szerkezetről.

A genetikai információ megvalósítása a fehérjemolekulák szintézisének folyamatában történik három RNS felhasználásával: hírvivő RNS (mRNS), transzport RNS (tRNS) és riboszomális RNS (rRNS). Az információátadás folyamata: - közvetlen kommunikációs csatornán keresztül történik: DNS - RNS - fehérje; és - a visszacsatolási csatornán keresztül: környezet - fehérje - DNS.

Az élő szervezetek képesek információkat fogadni, tárolni és továbbítani. Ráadásul az élő szervezetekben benne rejlik a vágy, hogy a magukról és az őket körülvevő világról kapott információkat a lehető leghatékonyabban használják fel. A génekbe ágyazott örökletes információk, amelyek az élő szervezet létezéséhez, fejlődéséhez és szaporodásához szükségesek, minden egyedről továbbadódnak leszármazottaihoz. Ez az információ meghatározza a szervezet fejlődési irányát, és a környezettel való kölcsönhatás során az egyedre adott reakció torzulhat, ezáltal biztosítva az utódok fejlődésének alakulását. Az élő szervezet evolúciós folyamata során új információk merülnek fel és emlékeznek meg, beleértve az információ értékét is.

Az örökletes információ bizonyos környezeti feltételek melletti megvalósítása során kialakul az adott biológiai faj élőlényeinek fenotípusa.

A genetikai információ meghatározza a test morfológiai szerkezetét, növekedését, fejlődését, anyagcseréjét, mentális felépítését, betegségekre való hajlamát és genetikai hibáit.

Sok tudós, helyesen hangsúlyozva az információ szerepét az élőlények kialakulásában és fejlődésében, ezt a körülményt az élet egyik fő kritériumaként jegyezte meg. Szóval, V.I. Karagodin úgy véli: „Az élet az információ és az általa kódolt struktúrák létezésének olyan formája, amely megfelelő környezeti feltételek mellett biztosítja ennek az információnak a reprodukálását.” Az információ és az élet kapcsolatát A.A. is megjegyzi. Ljapunov: „Az élet az anyag rendkívül rendezett állapota, amely az egyes molekulák halmazállapotai által kódolt információkat használja fel tartós reakciók kifejlesztésére.” Híres asztrofizikusunk, N.S. Kardasev az élet információs összetevőjét is hangsúlyozza: „Az élet annak a lehetőségnek köszönhetően keletkezik, hogy létrejöhet egy olyan speciális molekula, amely képes emlékezni és először felhasználni a legegyszerűbb információkat. környezetés saját szerkezetük, amelyet önfenntartásra, szaporodásra, és ami számunkra különösen fontos, még több információ megszerzésére használnak." Az ökológus S.S. az élő szervezetek információmegőrző és -továbbító képességére hívja fel a figyelmet könyvében " A halhatatlanság fizikája". Chetverikov a populációgenetikáról, amelyben kimutatták, hogy nem az egyéni jellemzők és az egyedek, hanem a teljes populáció genotípusa, hanem az egyes egyedek fenotípusos tulajdonságain keresztül valósul meg. Ez a kedvező változások elterjedéséhez vezet a populációban, így az evolúció mechanizmusa véletlenszerű mutációk révén valósul meg. genetikai szint, illetve a legértékesebb tulajdonságok (az információ értéke!) öröklődésén keresztül, amelyek meghatározzák a mutációs tulajdonságok környezethez való alkalmazkodását, a legéletképesebb utódokat biztosítva.

Szezonális klímaváltozások, különféle természetes ill ember okozta katasztrófák egyrészt a populációk génismétlődési gyakoriságának megváltozásához, ennek következtében az örökletes variabilitás csökkenéséhez vezetnek. Ezt a folyamatot néha genetikai sodródásnak is nevezik. Másrészt pedig a különböző mutációk koncentrációjának változásaira és a populációban található genotípusok diverzitásának csökkenésére, ami a szelekció irányának és intenzitásának megváltozásához vezethet.

4. Az emberi genetikai kód dekódolása

2006 májusában az emberi genom megfejtésével foglalkozó tudósok közzétették az 1. kromoszóma teljes genetikai térképét, amely az utolsó nem teljesen szekvenált emberi kromoszóma volt.

2003-ban megjelent egy előzetes humán genetikai térkép, amely a Human Genome Project hivatalos befejezését jelzi. Ennek keretében a humán gének 99%-át tartalmazó genom fragmentumokat szekvenálták. A génazonosítás pontossága 99,99% volt. A projekt befejezéséig azonban a 24 kromoszóma közül csak négyet sikerült teljesen szekvenálni. A tény az, hogy a gének mellett a kromoszómák olyan fragmentumokat is tartalmaznak, amelyek nem kódolnak semmilyen jellemzőt, és nem vesznek részt a fehérjeszintézisben. Ezeknek a töredékeknek a test életében betöltött szerepe ismeretlen, de egyre több kutató hajlamos azt hinni, hogy tanulmányozásuk igényel a legnagyobb figyelmet.

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 átírása , 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. Az összetett molekulák szintézise a templát elvén gyorsan és pontosan történik. 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 gyenge hidrogénkötések tartják össze, amelyeket enzimek képesek felbontani. 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 átírás ötlete kezdetben nagyon népszerűtlen volt, mivel ellentmondott a központi dogmának molekuláris biológia, 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.

Ma már senki előtt nem titok, hogy minden élő szervezet életprogramja egy DNS-molekulára van ráírva. A DNS-molekulát a legkönnyebben hosszú létraként képzelhetjük el. Ennek a lépcsőnek a függőleges oszlopai cukor-, oxigén- és foszformolekulákból állnak. A molekulában található összes fontos működési információ fel van írva a létra fokaira - ezek két molekulából állnak, amelyek mindegyike az egyik függőleges oszlophoz van rögzítve. Ezeket a molekulákat – a nitrogénbázisokat – adeninnek, guaninnak, timinnek és citozinnak nevezik, de általában egyszerűen A, G, T és C betűkkel jelölik őket. Ezeknek a molekuláknak az alakja lehetővé teszi, hogy kötéseket – teljes létrákat – képezzenek. csak egy bizonyos típusú. Ezek az A és T bázisok, valamint a G és C bázisok közötti kapcsolatok (az így kialakult pár ún "alappár"). Egy DNS-molekulában nem lehet más típusú kapcsolat.

A DNS-molekula egyik szála mentén lefelé haladva egy bázissorozatot kapunk. Ez az üzenet a bázisok sorozata formájában, amely meghatározza a kémiai reakciók lefolyását a sejtben, és ennek következtében a DNS-t birtokló szervezet jellemzőit. A molekuláris biológia központi dogmája szerint a DNS-molekula a fehérjékről kódol információkat, amelyek viszont enzimként működnek. cm. Katalizátorok és enzimek) mindent szabályoznak kémiai reakciókélő szervezetekben.

A DNS-molekulában lévő bázispárok szekvenciája és a fehérjeenzimeket alkotó aminosavak szekvenciája közötti szigorú megfelelést genetikai kódnak nevezzük. A genetikai kódot nem sokkal a DNS kétszálú szerkezetének felfedezése után sikerült megfejteni. Köztudott volt, hogy az újonnan felfedezett molekula információs, vagy mátrix Az RNS (mRNS vagy mRNS) a DNS-re írt információkat hordoz. Marshall W. Nirenberg és J. Heinrich Matthaei biokémikusok, a Washington melletti Bethesdában található National Institutes of Health munkatársai végezték el az első kísérleteket, amelyek a genetikai kódra utaltak.

Kezdetben mesterséges mRNS-molekulákat szintetizáltak, amelyek csak az ismétlődő nitrogéntartalmú uracil bázisból állnak (amely a timin analógja, "T", és csak az "A" adeninnel létesít kötéseket a DNS-molekulából). Ezeket az mRNS-eket aminosavkeverékkel adták a kémcsövekbe, és mindegyik csőben csak az egyik aminosav volt radioaktív jelzéssel megjelölve. A kutatók felfedezték, hogy az általuk mesterségesen szintetizált mRNS csak egy kémcsőben indította el a fehérje képződését, amely a jelölt fenilalanint tartalmazta. Így megállapították, hogy az mRNS-molekulán lévő „—U-U-U-” szekvencia (és ezért a DNS-molekulán az „-A-A-A-” ekvivalens szekvencia) olyan fehérjét kódol, amely csak az aminosavból áll. fenilalanin. Ez volt az első lépés a genetikai kód megfejtése felé.

Ma már ismert, hogy egy DNS-molekula három bázispárja (ezt a hármast hívják kodon) egy fehérjében lévő aminosavat kódol. A fent leírtakhoz hasonló kísérletek elvégzésével a genetikusok végül megfejtették a teljes genetikai kódot, amelyben a 64 lehetséges kodon mindegyike egy adott aminosavnak felel meg.