Kimyoviy tarkibi va DNK molekulasining strukturaviy tashkil etilishi.
Nuklein kislota molekulalari ko'p yuzlab va hatto millionlab nukleotidlardan tashkil topgan juda uzun zanjirlardir. Har qanday nuklein kislota faqat to'rt turdagi nukleotidlarni o'z ichiga oladi. Nuklein kislota molekulalarining funktsiyalari ularning tuzilishiga, tarkibidagi nukleotidlarga, ularning zanjirdagi soniga va molekuladagi birikmaning ketma-ketligiga bog'liq.
Har bir nukleotid uchta komponentdan iborat: azotli asos, uglevod va fosfor kislotasi. IN birikma har bir nukleotid DNK azotli asoslarning to'rt turidan birini (adenin - A, timin - T, guanin - G yoki sitozin - C), shuningdek dezoksiriboza uglerod va fosfor kislotasi qoldig'ini o'z ichiga oladi.
Shunday qilib, DNK nukleotidlari faqat azotli asosning turiga ko'ra farqlanadi.
DNK molekulasi ma'lum bir ketma-ketlikda zanjirda bog'langan juda ko'p nukleotidlardan iborat. DNK molekulasining har bir turi o'z nukleotidlari soni va ketma-ketligiga ega.
DNK molekulalari juda uzun. Masalan, insonning bir hujayrasidan (46 xromosoma) DNK molekulalaridagi nukleotidlar ketma-ketligini harflar bilan yozish uchun taxminan 820 000 sahifali kitob kerak bo'ladi. Muqobil to'rt turdagi nukleotidlar hosil bo'lishi mumkin cheksiz to'plam DNK molekulalarining variantlari. DNK molekulalarining bu strukturaviy xususiyatlari ularga organizmlarning barcha xususiyatlari haqida juda katta hajmdagi ma'lumotlarni saqlashga imkon beradi.
1953 yilda amerikalik biolog J. Uotson va ingliz fizigi F. Krik DNK molekulasining tuzilishi modelini yaratdilar. Olimlar har bir DNK molekulasi o‘zaro bog‘langan va spiral tarzda o‘ralgan ikkita zanjirdan iborat ekanligini aniqladilar. Bu ikki tomonlama spiralga o'xshaydi. Har bir zanjirda to'rt turdagi nukleotidlar ma'lum bir ketma-ketlikda almashadilar.
Nukleotid DNK tarkibi orasida farqlanadi turli xil turlari bakteriyalar, qo'ziqorinlar, o'simliklar, hayvonlar. Ammo u yoshga qarab o'zgarmaydi va atrof-muhit o'zgarishlariga ozgina bog'liq. Nukleotidlar juftlashgan, ya'ni har qanday DNK molekulasidagi adenin nukleotidlari soni timidin nukleotidlari soniga (A-T), sitozin nukleotidlari soni esa guanin nukleotidlari soniga (C-G) teng bo'ladi. Buning sababi, DNK molekulasida ikkita zanjirning bir-biriga bog'lanishi ma'lum bir qoidaga bo'ysunadi, ya'ni: bitta zanjirning adenini doimo ikkita zanjir bilan bog'lanadi. vodorod aloqalari faqat boshqa zanjirning Timin bilan va guanin bilan - sitozin bilan uchta vodorod aloqasi bilan, ya'ni bitta DNK molekulasining nukleotid zanjirlari bir-birini to'ldiradi.
Nuklein kislota molekulalari - DNK va RNK - nukleotidlardan tashkil topgan. DNK nukleotidlariga azotli asos (A, T, G, C), uglevod dezoksiriboza va fosfor kislotasi molekulasi qoldig'i kiradi. DNK molekulasi qo'sh spiral bo'lib, komplementarlik printsipiga ko'ra vodorod bog'lari bilan bog'langan ikkita zanjirdan iborat. DNK funktsiyasi - saqlash irsiy ma'lumotlar.
DNKning xossalari va vazifalari.
DNK genetik kod yordamida nukleotidlar ketma-ketligi shaklida qayd etilgan genetik ma'lumotlarning tashuvchisi. DNK molekulalari ikkita asosiy bilan bog'langan tirik mavjudotlarning xususiyatlari organizmlar - irsiyat va o'zgaruvchanlik. DNK replikatsiyasi deb ataladigan jarayon davomida asl zanjirning ikkita nusxasi hosil bo'ladi, ular bo'linganda qiz hujayralar tomonidan meros qilib olinadi, natijada hosil bo'lgan hujayralar genetik jihatdan asl nusxaga o'xshash bo'ladi.
Genetik ma'lumotlar transkripsiya (RNK molekulalarining DNK shablonida sintezi) va translyatsiya (RNK shablonidagi oqsillarni sintezi) jarayonlarida gen ekspressiyasi paytida amalga oshiriladi.
Nukleotidlar ketma-ketligi turli xil RNK turlari haqida ma'lumotni "kodlaydi": xabarchi yoki shablon (mRNK), ribosoma (rRNK) va transport (tRNK). Ushbu turdagi RNKlarning barchasi transkripsiya jarayonida DNKdan sintezlanadi. Ularning oqsil biosintezidagi roli (tarjima jarayoni) boshqacha. Messenger RNK oqsildagi aminokislotalarning ketma-ketligi haqidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi, ribosoma RNK ribosomalar uchun asos bo'lib xizmat qiladi (asosiy vazifasi mRNK asosida individual aminokislotalardan oqsillarni yig'ish bo'lgan murakkab nukleoprotein komplekslari), transfer RNKlari aminokislotalarni etkazib beradi. kislotalar oqsil yig'ilish joyiga - mRNKda "emaklashuvchi" ribosomaning faol markaziga.
Genetik kod, uning xossalari.
Genetik kod- nukleotidlar ketma-ketligi yordamida oqsillarning aminokislotalar ketma-ketligini kodlashning barcha tirik organizmlarga xos bo'lgan usuli. XUSUSIYATLARI:
- Uchlik- kodning mazmunli birligi uchta nukleotidning (uchlik yoki kodon) birikmasidir.
- Davomiylik- uchlik o'rtasida tinish belgilari yo'q, ya'ni ma'lumotlar uzluksiz o'qiladi.
- Bir-biriga mos kelmaslik- bir xil nukleotid bir vaqtning o'zida ikki yoki undan ortiq tripletlarning bir qismi bo'lishi mumkin emas (bir nechta ramka almashinuvi oqsillarini kodlaydigan viruslar, mitoxondriyalar va bakteriyalarning bir-biriga o'xshash ba'zi genlari uchun kuzatilmaydi).
- O'ziga xoslik (o'ziga xoslik)- ma'lum bir kodon faqat bitta aminokislotaga to'g'ri keladi (ammo UGA kodonida mavjud Euplotes crassus ikkita aminokislotalarni kodlaydi - sistein va selenosistein)
- Degeneratsiya (ortiqchalik)- bir aminokislotaga bir nechta kodon mos kelishi mumkin.
- Ko'p qirralilik- genetik kod turli darajadagi murakkablikdagi organizmlarda bir xil ishlaydi - viruslardan odamlargacha (gen muhandislik usullari bunga asoslanadi; jadvalda "Standart genetik kodning o'zgarishlari" bo'limidagi bir qator istisnolar mavjud quyida).
- Shovqinga qarshi immunitet- kodlangan aminokislotalar sinfining o'zgarishiga olib kelmaydigan nukleotid almashtirish mutatsiyalari deyiladi. konservativ; kodlangan aminokislota sinfining o'zgarishiga olib keladigan nukleotidlarni almashtirish mutatsiyalari deyiladi radikal.
5. DNKning avtoko'payishi. Replikon va uning faoliyati .
Genetik ma'lumotlarning aniq nusxalarini meros qilib olish (hujayradan hujayraga) bilan birga nuklein kislota molekulalarining o'z-o'zini ko'paytirish jarayoni; R. o'ziga xos fermentlar to'plami ishtirokida amalga oshiriladi (helikaz<helikaz>molekulaning yechilishini nazorat qilish DNK, DNK-polimeraza<DNK polimeraza> I va III, DNK-ligaza<DNK ligaza>), replikatsiya vilkasini hosil qilish bilan yarim konservativ tarzda davom etadi<replikatsiya vilkasi>; sxemalardan birida<yetakchi qator> to'ldiruvchi zanjirning sintezi uzluksiz va boshqa tomondan<orqada qolgan ip> Dkazaki fragmentlarining hosil bo'lishi tufayli yuzaga keladi<Okazaki parchalari>; R. - xato darajasi 10 -9 dan oshmaydigan yuqori aniqlikdagi jarayon; eukariotlarda R. bir vaqtning o'zida bir molekulaning bir nechta nuqtasida paydo bo'lishi mumkin DNK; tezlik R. eukariotlarda sekundiga 100 ga yaqin, bakteriyalarda esa 1000 ga yaqin nukleotidlar mavjud.
6. Eukaryotik genomning tashkiliy darajalari .
Eukaryotik organizmlarda transkripsiyani tartibga solish mexanizmi ancha murakkab. Eukaryotik genlarni klonlash va sekvensiyalash natijasida transkripsiya va translatsiyada ishtirok etuvchi maxsus ketma-ketliklar topildi.
Eukaryotik hujayra quyidagi belgilar bilan tavsiflanadi:
1. DNK molekulasida intron va ekzonlarning mavjudligi.
2. mRNKning yetilishi - intronlarning kesilishi va ekzonlarning tikilishi.
3. Transkripsiyani tartibga soluvchi tartibga soluvchi elementlarning mavjudligi, masalan: a) promotorlar - har birida o'ziga xos polimeraza egallagan 3 xil. Pol I ribosoma genlarini, Pol II oqsil strukturaviy genlarini, Pol III kichik RNKlarni kodlovchi genlarni replikatsiya qiladi. Pol I va Pol II promotori transkripsiyani boshlash joyi oldida, Pol III promouteri strukturaviy gen ichida joylashgan; b) modulyatorlar - transkripsiya darajasini kuchaytiruvchi DNK ketma-ketliklari; v) kuchaytirgichlar - transkripsiya darajasini oshiradigan va genning kodlash qismiga nisbatan pozitsiyasidan va RNK sintezining boshlang'ich nuqtasi holatidan qat'iy nazar harakat qiladigan ketma-ketliklar; d) terminatorlar - tarjimani ham, transkripsiyani ham to'xtatuvchi o'ziga xos ketma-ketliklar.
Bu ketma-ketliklar boshlang'ich kodonga nisbatan birlamchi tuzilishi va joylashuvi bilan prokaryotik ketma-ketliklardan farq qiladi va bakterial RNK polimeraza ularni "tanimaydi". Shunday qilib, prokaryotik hujayralardagi eukaryotik genlarni ifodalash uchun genlar prokaryotik tartibga soluvchi elementlarning nazorati ostida bo'lishi kerak. Bu holat ifoda vektorlarini qurishda hisobga olinishi kerak.
7. Xromosomalarning kimyoviy va strukturaviy tarkibi .
Kimyoviy xromosoma tarkibi - DNK - 40%, giston oqsillari - 40%. Giston bo'lmagan - 20% bir oz RNK. Lipidlar, polisaxaridlar, metall ionlari.
Xromosomaning kimyoviy tarkibi oqsillar, uglevodlar, lipidlar va metallar bilan nuklein kislotalar majmuasidir. Xromosoma gen faolligini tartibga soladi va kimyoviy yoki radiatsiyaviy zararlanganda uni tiklaydi.
Strukturaviy????
Xromosomalar- nukleoprotein strukturaviy elementlar organizmning irsiy ma'lumotlarini o'z ichiga olgan DNKni o'z ichiga olgan hujayra yadrolari o'z-o'zini ko'paytirishga qodir, tarkibiy va funktsional individuallikka ega va uni bir necha avlodlar davomida saqlab qoladi.
mitotik siklda xromosomalarning strukturaviy tashkil etilishining quyidagi xususiyatlari kuzatiladi:
Mitotik va interfaza shakllari mavjud Strukturaviy tashkilot Mitotik siklda bir-biri bilan almashinadigan xromosomalar funktsional va fiziologik o'zgarishlardir.
8. Eukariotlarda irsiy materialning qadoqlanish darajalari .
Eukariotlarning irsiy materialini tashkil qilishning strukturaviy va funksional darajalari
Irsiyat va o'zgaruvchanlik quyidagilarni ta'minlaydi:
1) individual (diskret) meros va individual xususiyatlarning o'zgarishi;
2) har bir avlodning individlarida butun kompleksning ko'payishi morfofunksional xususiyatlar muayyan biologik turga mansub organizmlar;
3) irsiy moyilliklarni ko'paytirish jarayonida jinsiy ko'payish bilan turlarda qayta taqsimlash, buning natijasida avlod ota-onalardagi kombinatsiyasidan farq qiladigan xususiyatlarning kombinatsiyasiga ega. Belgilarning irsiyat va o'zgaruvchanligi va ularning to'plamlari genetik materialning strukturaviy va funktsional tashkil etilishi tamoyillaridan kelib chiqadi.
Eukaryotik organizmlarning irsiy materialini tashkil qilishning uchta darajasi mavjud: gen, xromosoma va genomik (genotip darajasi).
Gen darajasining elementar tuzilishi gendir. Genlarning ota-onadan naslga o'tishi ma'lum xususiyatlarning rivojlanishi uchun zarurdir. Biologik o'zgaruvchanlikning bir nechta shakllari ma'lum bo'lsa-da, faqat genlar tuzilishining buzilishi irsiy ma'lumotlarning ma'nosini o'zgartiradi, unga muvofiq o'ziga xos xususiyatlar va xususiyatlar shakllanadi. Gen darajasining mavjudligi tufayli individual, alohida (diskret) va mustaqil meros va individual xususiyatlarning o'zgarishi mumkin.
Eukaryotik hujayralardagi genlar xromosomalar bo'ylab guruhlarga bo'lingan. Bu hujayra yadrosining tuzilmalari bo'lib, ular individuallik va avlodlar davomida individual strukturaviy xususiyatlarni saqlab qolish bilan o'zlarini ko'paytirish qobiliyati bilan ajralib turadi. Xromosomalarning mavjudligi irsiy materialni tashkil qilishning xromosoma darajasini aniqlashni belgilaydi. Genlarning xromosomalarga joylashishi belgilarning nisbiy merosiga ta'sir qiladi va gen funktsiyasiga uning bevosita genetik muhiti - qo'shni genlar ta'sir qilishiga imkon beradi. Irsiy materialning xromosoma tuzilishi xizmat qiladi zaruriy shart jinsiy ko'payish paytida ota-onalarning nasl-nasabidagi irsiy moyilligini qayta taqsimlash.
Turli xil xromosomalarda taqsimlanishiga qaramay, genlarning butun to'plami irsiy materialning genomik (genotipik) tashkiliy darajasini ifodalovchi yagona tizimni tashkil qilib, funktsional ravishda o'zini tutadi. Bu darajada bitta va turli xromosomalarda lokalizatsiya qilingan irsiy moyilliklarning keng o'zaro ta'siri va o'zaro ta'siri mavjud. Natijada turli xil irsiy moyilliklarning genetik ma'lumotlarining o'zaro muvofiqligi va natijada ontogenez jarayonida vaqt, joy va intensivlik bo'yicha muvozanatlangan belgilarning rivojlanishi. Genlarning funksional faolligi, replikatsiya usuli va irsiy materialdagi mutatsion o'zgarishlar ham organizm yoki umuman hujayra genotipining xususiyatlariga bog'liq. Buni, masalan, hukmronlik xususiyatining nisbiyligi tasdiqlaydi.
Eu - va geterokromatin.
Hujayra bo'linishi paytida ba'zi xromosomalar kondensatsiyalangan va kuchli rangli ko'rinadi. Bunday farqlar geteropiknoz deb ataldi. Atama " heteroxromatin" Euxromatin mavjud - mitoz xromosomalarning asosiy qismi bo'lib, ular mitoz paytida odatiy siqilish va dekompaktsiya siklini boshdan kechiradi va heteroxromatin- xromosomalarning doimo ixcham holatda bo'lgan hududlari.
Eukariotlarning aksariyat turlarida xromosomalar ikkalasini ham o'z ichiga oladi ew- va geteroxromatik hududlar, ikkinchisi genomning muhim qismini tashkil qiladi. Geterokromatin perisentromerik, ba'zan peritomerik hududlarda joylashgan. Xromosomalarning evromatik qo'llarida geteroxromatik hududlar topilgan. Ular heteroxromatinning evromatin tarkibiga kiritilishi (interkalatsiyasi) kabi ko'rinadi. Bunday heteroxromatin interkalyar deb ataladi. Xromatinning siqilishi. Evromatin va heteroxromatin siqilish davrlarida farqlanadi. Euhr. interfazadan interfazaga, hetero siqilish-dekompaktsiyaning to'liq siklidan o'tadi. nisbatan ixchamlik holatini saqlaydi. Differensial barqarorlik. Geterokromatinning turli joylari turli bo'yoqlar bilan bo'yalgan, ba'zi joylari bitta, boshqalari bir nechta. Turli bo'yoqlardan foydalanish va geteroxromatik hududlarni buzadigan xromosomalarni qayta tashkil etish yordamida Drosophiladagi dog'larga yaqinlik qo'shni mintaqalardan farq qiladigan ko'plab kichik hududlarni tavsiflash mumkin bo'ldi.
10. Metafaza xromosomasining morfologik xususiyatlari .
Metafaza xromosomasi birlamchi siqilish mintaqasida - sentromerada bir-biriga bog'langan dezoksiribonukleoprotein - xromatidlarning ikki bo'ylama ipidan iborat. Tsentromera - bu ikkala opa-singil xromatidlar uchun umumiy bo'lgan xromosomaning maxsus tashkil etilgan hududi. Tsentromera xromosoma tanasini ikki qismga ajratadi. Birlamchi konstriksiyaning joylashishiga qarab, xromosomalarning quyidagi turlari ajratiladi: teng qurolli (metatsentrik), sentromera o'rtada joylashganda va qo'llar taxminan. teng uzunlik; teng bo'lmagan qo'llar (submetasentrik), sentromera xromosomaning o'rtasidan siljiganida va qo'llar teng bo'lmagan uzunlikda; tayoqchali (akrosentrik), sentromera xromosomaning bir uchiga siljiganida va bir qo'li juda qisqa bo'ladi. Nuqta (telotsentrik) xromosomalar ham bor, ularda bitta qo'l yo'q, lekin ular inson karyotipida (xromosomalar to'plami) mavjud emas. Ba'zi xromosomalarda yo'ldosh deb ataladigan hududni xromosoma tanasidan ajratib turadigan ikkilamchi siqilishlar bo'lishi mumkin.
Xuddi shu nukleotidlar qo'llaniladi, timinni o'z ichiga olgan nukleotid bundan mustasno, u harf bilan belgilanadigan urasil o'z ichiga olgan o'xshash nukleotid bilan almashtiriladi (rus tilidagi adabiyotda). DNK va RNK molekulalarida nukleotidlar zanjir bo'lib joylashadi va shu tariqa genetik harflar ketma-ketligi olinadi.
Deyarli barcha tirik organizmlarning oqsillari faqat 20 turdagi aminokislotalardan tuzilgan. Ushbu aminokislotalarga kanonik deyiladi. Har bir oqsil qat'iy belgilangan ketma-ketlikda bog'langan aminokislotalarning zanjiri yoki bir nechta zanjiridir. Bu ketma-ketlik oqsilning tuzilishini va shuning uchun uning barcha biologik xususiyatlarini belgilaydi.
Biroq, 20-asrning 60-yillari boshlarida yangi ma'lumotlar "vergulsiz kod" gipotezasining nomuvofiqligini aniqladi. Keyin tajribalar shuni ko'rsatdiki, Krik tomonidan ma'nosiz deb hisoblangan kodonlar in vitro oqsil sintezini qo'zg'atishi mumkin va 1965 yilga kelib barcha 64 uchliklarning ma'nosi aniqlandi. Ma'lum bo'lishicha, ba'zi kodonlar shunchaki ortiqcha, ya'ni butun bir qator aminokislotalar ikki, to'rt yoki hatto oltita uchlik bilan kodlangan.
Xususiyatlari
mRNK kodonlari va aminokislotalar o'rtasidagi muvofiqlik jadvallari
Ko'pgina pro- va eukariotlarga xos bo'lgan genetik kod. Jadvalda barcha 64 ta kodon va tegishli aminokislotalar ko'rsatilgan. Asosiy tartib mRNKning 5" dan 3" uchigacha.
| 1-chi asos |
2-tayanch | 3 asos |
|||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| U | C | A | G | ||||||
| U | UUU | (Phe/F) Fenilalanin | UCU | (Ser/S) Serin | UAU | (Tyr/Y) Tirozin | UGU | (Cys/C) sistein | U |
| UUC | UCC | UAC | UGC | C | |||||
| UUA | (Ley/L) Leysin | UCA | UAA | STOP ( Ocher) | U.G.A. | STOP ( Opal) | A | ||
| UUG | UCG | UAG | STOP ( Amber) | UGG | (Trp/W) Triptofan | G | |||
| C | CUU | CCU | (Pro/P) Proline | CAU | (Uning/H) Histidin | C.G.U. | (Arg/R) Arginin | U | |
| CUC | CCC | C.A.C. | C.G.C. | C | |||||
| CUA | CCA | CAA | (Gln/Q) Glutamin | C.G.A. | A | ||||
| C.U.G. | CCG | CAG | CGG | G | |||||
| A | AUU | (Ile/I) Izoleysin | ACU | (Thr/T) Treonin | AAU | (Asn/N) Asparagin | 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 | |||
| AVG | (Met/M) metionin | A.C.G. | AAG | AGG | G | ||||
| G | GUU | (Val/V) Valin | G.C.U. | (Ala/A) Alanin | GAU | (Asp/D) Aspartik kislota | GGU | (Gly/G) Glitsin | U |
| GUC | GCC | GAC | GGC | C | |||||
| GUA | G.C.A. | GAA | (Glu/E) Glutamik kislota | GGA | A | ||||
| G.U.G. | GCG | GAG | GGG | G | |||||
| 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 | AVG |
| Asp/D | GAU, GAC | Phe/F | UUU, UUC |
| Cys/C | UGU, UGC | Pro/P | CCU, CCC, CCA, CCG |
| Gln/Q | CAA, CAG | Ser/S | UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC |
| Glu/E | GAA, GAG | Thr/T | ACU, ACC, ACA, ACG |
| Gly/G | GGU, GGC, GGA, GGG | Trp/Vt | UGG |
| Uning/H | CAU, CAC | Tyr/Y | UAU, UAC |
| Ile/I | AUU, AUC, AUA | Val/V | GUU, GUC, GUA, GUG |
| START | AVG | STOP | UAG, UGA, UAA |
Standart genetik koddagi o'zgarishlar
Standart genetik koddan og'ishning birinchi misoli 1979 yilda inson mitoxondrial genlarini o'rganish paytida aniqlangan. O'sha vaqtdan beri bir nechta shunga o'xshash variantlar topildi, jumladan, turli xil muqobil mitoxondrial kodlar, masalan, mikoplazmalarda triptofanni ko'rsatuvchi kodon sifatida UGA stop-kodonini o'qish. Bakteriyalar va arxeyalarda HUG va UUG ko'pincha boshlang'ich kodonlar sifatida ishlatiladi. Ba'zi hollarda genlar oqsilni boshlang'ich kodonida kodlashni boshlaydi, bu tur tomonidan odatdagidan farq qiladi.
Ba'zi oqsillarda nostandart aminokislotalar, masalan, selenosistein va pirolizin, mRNKdagi ketma-ketlikka qarab, to'xtash kodonini o'qiydigan ribosoma orqali kiritiladi. Selenotsistein hozirda oqsillarni tashkil etuvchi aminokislotalarning 21-o'rini, pirolizin esa 22-o'rinni egallaydi.
Ushbu istisnolarga qaramay, barcha tirik organizmlar genetik kodga ega umumiy xususiyatlar: kodonlar uchta nukleotiddan iborat bo'lib, birinchi ikkitasi hal qiluvchi ahamiyatga ega; kodonlar tRNK va ribosomalar tomonidan aminokislotalar ketma-ketligiga aylantiriladi.
| Misol | Kodon | Oddiy ma'no | O'qiydi: |
|---|---|---|---|
| Ba'zi xamirturush turlari Candida | C.U.G. | Leysin | Serin |
| Mitoxondriya, xususan Saccharomyces cerevisiae | CU(U, C, A, G) | Leysin | Serin |
| Yuqori o'simliklarning mitoxondriyalari | CGG | Arginin | Triptofan |
| Mitoxondriya (barcha o'rganilgan organizmlarda istisnosiz) | U.G.A. | STOP | Triptofan |
| Siliatlarning yadro genomi Euplotes | U.G.A. | STOP | Sistein yoki selenosistein |
| Sutemizuvchilarning mitoxondriyalari, Drosophila, S. cerevisiae va ko'plab oddiy hayvonlar | AUA | Izoleysin | Metionin = Boshlash |
| Prokaryotlar | G.U.G. | Valin | Boshlash |
| Eukariotlar (kamdan-kam) | C.U.G. | Leysin | Boshlash |
| Eukariotlar (kamdan-kam) | G.U.G. | Valin | Boshlash |
| Prokaryotlar (kamdan-kam) | UUG | Leysin | Boshlash |
| Eukariotlar (kamdan-kam) | A.C.G. | Treonin | Boshlash |
| Sutemizuvchilarning mitoxondriyalari | AGC, AGU | Serin | STOP |
| Drosophila mitoxondriyalari | A.G.A. | Arginin | STOP |
| Sutemizuvchilarning mitoxondriyalari | AG(A, G) | Arginin | STOP |
Evolyutsiya
Taxminlarga ko'ra, triplet kod hayot evolyutsiyasida juda erta rivojlangan. Ammo ba'zi organizmlarda turli xil evolyutsiya bosqichlarida paydo bo'lgan farqlarning mavjudligi uning har doim ham shunday bo'lmaganligini ko'rsatadi.
Ba'zi modellarga ko'ra, kod dastlab ibtidoiy shaklda mavjud bo'lgan, o'shanda oz sonli kodonlar nisbatan kichik miqdordagi aminokislotalarni belgilagan. Aniqroq kodon ma'nosi va kattaroq raqam aminokislotalar keyinroq kiritilishi mumkin edi. Dastlab, uchta asosning faqat birinchi ikkitasi tanib olish uchun ishlatilishi mumkin edi [bu tRNKning tuzilishiga bog'liq].
- Levin B. Genlar. M.: 1987. B. 62.
Shuningdek qarang
Eslatmalar
- Sanger F. (1952). "Oqsillardagi aminokislotalarning joylashishi." Adv. Protein kimyosi. 7 : 1-67. PMID.
- Ichas M. Biologik kod. - M.: Mir, 1971 yil.
- Watson J. D., Crick F. H. (1953 yil aprel). “Nuklein kislotalarning molekulyar tuzilishi; deoksiriboza nuklein kislotasining tuzilishi. Tabiat. 171 : 737-738. PMID. ma'lumotnoma)
- Watson J. D., Crick F. H. (1953 yil may). "Deoksiribonuklein kislotasi tuzilishining genetik ta'siri." Tabiat. 171 : 964-967. PMID. Eskirgan |month= parametridan foydalanadi (yordam)
- Krik F. H. (1966 yil aprel). "Genetik kod - kecha, bugun va ertaga." Sovuq bahor Harb. Simp. Miqdor. Biol.: 1-9. PMID. Eskirgan |month= parametridan foydalanadi (yordam)
- Gamov G. (1954 yil fevral). "Deoksiribonuklein kislotasi va oqsil tuzilmalari o'rtasidagi mumkin bo'lgan bog'liqlik." Tabiat. 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0. PMID. Eskirgan |month= parametridan foydalanadi (yordam)
- Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). "Ma'lumotni nuklein kislotalardan oqsillarga o'tkazish muammosi". Adv. Bio.l Med. fizika.. 4 : 23-68. PMID.
- Gamow G, Ycas M. (1955). “Proteinlar va ribonuklein kislotalar tarkibining statistik korrelyatsiyasi”. Proc. Natl. akad. Sci. AQSH.. 41 : 1011-1019. PMID.
- Krik F. X., Griffit J. S., Orgel L. E. (1957).
Ta'lim va fan vazirligi Rossiya Federatsiyasi Federal ta'lim agentligi
Davlat ta'lim muassasasi yuqoriroq kasb-hunar ta'limi"Oltoy davlati Texnika universiteti ular. I.I. Polzunov"
Tabiiy fanlar va tizim tahlili bo'limi
"Genetik kod" mavzusida referat
1. Genetik kod haqida tushuncha
3. Genetik axborot
Adabiyotlar ro'yxati
1. Genetik kod haqida tushuncha
Genetik kod - bu tirik organizmlarga xos bo'lgan nukleotidlar ketma-ketligi ko'rinishidagi nuklein kislota molekulalarida irsiy ma'lumotni qayd etishning yagona tizimi. Har bir nukleotid bosh harf bilan belgilanadi, uning tarkibiga kiradigan azotli asos nomi boshlanadi: - A (A) adenin; - G (G) guanin; - C (C) sitozin; - T (T) timin (DNKda) yoki U (U) urasil (mRNKda).
Hujayrada genetik kodni amalga oshirish ikki bosqichda sodir bo'ladi: transkripsiya va tarjima.
Ulardan birinchisi yadroda paydo bo'ladi; u DNKning tegishli bo'limlarida mRNK molekulalarining sintezidan iborat. Bunday holda, DNK nukleotidlari ketma-ketligi RNK nukleotidlari ketma-ketligiga "qayta yoziladi". Ikkinchi bosqich sitoplazmada, ribosomalarda sodir bo'ladi; bu holda mRNK nukleotidlari ketma-ketligi oqsildagi aminokislotalar ketma-ketligiga o'tadi: bu bosqich transfer RNK (tRNK) va tegishli fermentlar ishtirokida sodir bo'ladi.
2. Genetik kodning xossalari
1. Uchlik
Har bir aminokislota 3 ta nukleotidlar ketma-ketligi bilan kodlangan.
Triplet yoki kodon bitta aminokislotalarni kodlaydigan uchta nukleotidlar ketma-ketligidir.
Kod monoplet bo'lishi mumkin emas, chunki 4 (DNKdagi turli nukleotidlar soni) 20 dan kam. Kod dublet bo'lishi mumkin emas, chunki 16 (2 dan 4 ta nukleotidning birikmalari va almashinishlari soni) 20 dan kam. Kod uchlik bo'lishi mumkin, chunki 64 (4 dan 3 gacha kombinatsiyalar va almashtirishlar soni) 20 dan ortiq.
2. Degeneratsiya.
Barcha aminokislotalar, metionin va triptofandan tashqari, bir nechta triplet bilan kodlangan: 1 tripletdan 2 aminokislota = 2 9 aminokislotalar 2 tripletdan = 18 1 aminokislota 3 tripletdan = 3 5 aminokislotalar 4 tripletdan = 6 ta tripletdan 20 3 ta aminokislotalar = 18 Jami 61 ta triplet 20 ta aminokislotalarni kodlaydi.
3. Genlararo tinish belgilarining mavjudligi.
Gen - bu bitta polipeptid zanjirini yoki tRNK, rRNK yoki sRNKning bitta molekulasini kodlaydigan DNK bo'limi.
tRNK, rRNK va sRNK genlari oqsillarni kodlamaydi.
Polipeptidni kodlaydigan har bir genning oxirida kamida 3 ta to'xtash kodonidan biri yoki to'xtash signallari mavjud: UAA, UAG, UGA. Ular translyatsiyani to'xtatadilar.
An'anaviy tarzda, yetakchi qatordan keyin birinchi bo'lgan AUG kodoni ham tinish belgilariga tegishli. U bosh harf sifatida ishlaydi. Bu holatda u formilmetioninni (prokaryotlarda) kodlaydi.
4. Aniqlik.
Har bir triplet faqat bitta aminokislotani kodlaydi yoki tarjima terminatoridir.
Istisno AUG kodoni hisoblanadi. Birinchi holatda prokaryotlarda ( Bosh harf) u formilmetioninni va boshqa har qandayida - metioninni kodlaydi.
5. Kompaktlik yoki intragenik tinish belgilarining yo'qligi.
Gen ichida har bir nukleotid muhim kodonning bir qismidir.
1961 yilda Seymur Benzer va Frensis Krik kodning uchlik xususiyatini va uning ixchamligini eksperimental tarzda isbotladilar.
Tajribaning mohiyati: "+" mutatsiyasi - bitta nukleotidning kiritilishi. "-" mutatsiyasi - bitta nukleotidni yo'qotish. Genning boshida bitta "+" yoki "-" mutatsiya butun genni buzadi. Ikki tomonlama "+" yoki "-" mutatsiya ham butun genni buzadi. Genning boshida uch marta "+" yoki "-" mutatsiya uning faqat bir qismini buzadi. To'rt martalik "+" yoki "-" mutatsiya yana butun genni buzadi.
Tajriba kodning uchlik ekanligini va gen ichida tinish belgilari yo‘qligini isbotlaydi. Tajriba ikkita qo'shni fag genida o'tkazildi va qo'shimcha ravishda genlar o'rtasida tinish belgilari mavjudligini ko'rsatdi.
3. Genetik axborot
Genetik ma'lumot - bu ajdodlardan olingan va genetik kod shaklida irsiy tuzilmalarga kiritilgan organizm xususiyatlarining dasturi.
Genetik ma'lumotlarning shakllanishi quyidagi sxema bo'yicha amalga oshirilgan deb taxmin qilinadi: geokimyoviy jarayonlar - mineral hosil bo'lish - evolyutsion kataliz (avtokataliz).
Ehtimol, birinchi ibtidoiy genlar mikrokristalli gil kristallari bo'lgan va har bir yangi loy qatlami avvalgisining strukturaviy xususiyatlariga mos ravishda qurilgan, go'yo undan struktura haqida ma'lumot oladi.
Genetik ma'lumotni amalga oshirish uchta RNK yordamida oqsil molekulalarini sintez qilish jarayonida sodir bo'ladi: xabarchi RNK (mRNK), transport RNK (tRNK) va ribosoma RNK (rRNK). Axborot uzatish jarayoni sodir bo'ladi: - to'g'ridan-to'g'ri aloqa kanali orqali: DNK - RNK - oqsil; va - qayta aloqa kanali orqali: atrof-muhit - oqsil - DNK.
Tirik organizmlar axborotni qabul qilish, saqlash va uzatish qobiliyatiga ega. Bundan tashqari, tirik organizmlar o'zlari va atrofidagi dunyo haqida olingan ma'lumotlardan iloji boricha samarali foydalanish istagiga ega. Genlarga singib ketgan va tirik organizmning mavjudligi, rivojlanishi va ko'payishi uchun zarur bo'lgan irsiy ma'lumotlar har bir shaxsdan uning avlodlariga uzatiladi. Bu ma'lumotlar organizmning rivojlanish yo'nalishini belgilaydi va uning atrof-muhit bilan o'zaro ta'siri jarayonida uning individual reaktsiyasi buzilishi mumkin va shu bilan avlodlar rivojlanishining evolyutsiyasini ta'minlaydi. Tirik organizmning evolyutsiyasi jarayonida yangi ma'lumotlar paydo bo'ladi va eslab qoladi, shu jumladan u uchun ma'lumotlarning qiymati oshadi.
Muayyan atrof-muhit sharoitida irsiy ma'lumotni amalga oshirish jarayonida ma'lum biologik turlarning organizmlarining fenotipi shakllanadi.
Genetik ma'lumotlar organizmning morfologik tuzilishini, o'sishini, rivojlanishini, metabolizmini, ruhiy tuzilishini, kasalliklarga moyilligini va irsiy nuqsonlarini belgilaydi.
Ko'pgina olimlar tirik mavjudotlarning shakllanishi va evolyutsiyasida axborotning rolini to'g'ri ta'kidlab, bu holatni hayotning asosiy mezonlaridan biri sifatida qayd etdilar. Shunday qilib, V.I. Karagodin shunday deb hisoblaydi: "Tirik - bu ma'lumot va u tomonidan kodlangan tuzilmalar mavjudligining shunday shakli bo'lib, bu ma'lumotni mos muhit sharoitida takrorlashni ta'minlaydi." Axborot va hayot o'rtasidagi bog'liqlikni A.A. Lyapunov: "Hayot - bu doimiy reaktsiyalarni rivojlantirish uchun alohida molekulalarning holatlari tomonidan kodlangan ma'lumotlardan foydalanadigan materiyaning yuqori tartibli holati." Mashhur astrofizikimiz N.S. Kardashev, shuningdek, hayotning informatsion tarkibiy qismini ta'kidlaydi: "Hayot birinchi navbatda eng oddiy ma'lumotlarni eslab qolish va undan foydalanishga qodir bo'lgan maxsus turdagi molekulalarni sintez qilish imkoniyati tufayli paydo bo'ladi. muhit va ular o'z-o'zini saqlash, ko'payish va biz uchun juda muhim bo'lgan, ko'proq ma'lumot olish uchun foydalanadigan o'z tuzilishi." Ekolog S.S o'zining kitobida tirik organizmlarning ma'lumotni saqlash va uzatish qobiliyatiga e'tibor qaratadi " O'lmaslik fizikasi". Chetverikovning populyatsiya genetikasi bo'yicha, unda alohida xususiyatlar va individlar emas, balki butun populyatsiyaning genotipi tanlanishi, balki alohida individlarning fenotipik xususiyatlari orqali amalga oshirilishi ko'rsatilgan. Bu foydali o'zgarishlarning butun populyatsiyada tarqalishiga olib keladi.Shunday qilib, evolyutsiya mexanizmi tasodifiy mutatsiyalar orqali amalga oshiriladi. genetik daraja, va mutatsion belgilarning atrof-muhitga moslashuvini aniqlaydigan, eng hayotiy naslni ta'minlaydigan eng qimmatli xususiyatlarni (axborotning qiymati!) meros qilib olish orqali.
Mavsumiy iqlim o'zgarishlari, turli xil tabiiy yoki texnogen falokatlar bir tomondan, ular populyatsiyalarda genlarning takrorlanish chastotasining o'zgarishiga va natijada irsiy o'zgaruvchanlikning pasayishiga olib keladi. Bu jarayon ba'zan genetik drift deb ataladi. Boshqa tomondan, turli xil mutatsiyalar kontsentratsiyasining o'zgarishi va populyatsiya tarkibidagi genotiplar xilma-xilligining pasayishi, bu tanlov yo'nalishi va intensivligining o'zgarishiga olib kelishi mumkin.
4. Inson genetik kodini dekodlash
2006 yil may oyida inson genomini ochish ustida ishlayotgan olimlar 1-xromosomaning to'liq genetik xaritasini nashr etdilar, bu to'liq ketma-ket bo'lmagan oxirgi inson xromosomasi edi.
Dastlabki inson genetik xaritasi 2003 yilda nashr etilgan bo'lib, u inson genomi loyihasining rasmiy yakunlanishini belgilab berdi. Uning doirasida 99% inson genlarini o'z ichiga olgan genom fragmentlari ketma-ketlashtirildi. Genni aniqlashning aniqligi 99,99% ni tashkil etdi. Biroq, loyiha tugallangach, 24 ta xromosomadan faqat to'rttasi to'liq ketma-ketlikda bo'lgan. Gap shundaki, xromosomalarda genlardan tashqari hech qanday xususiyatlarni kodlamaydigan va oqsil sintezida ishtirok etmaydigan fragmentlar mavjud. Ushbu parchalarning tana hayotidagi roli noma'lum bo'lib qolmoqda, ammo tobora ko'proq tadqiqotchilar ularni o'rganish diqqatni talab qiladi, deb ishonishga moyil.
Tanadagi metabolizmda yetakchi rol
oqsillar va nuklein kislotalarga tegishli.
Protein moddalari barcha hayotiy hujayra tuzilmalarining asosini tashkil qiladi, g'ayrioddiy yuqori reaktivlikka ega va katalitik funktsiyalarga ega.
Nuklein kislotalar tarkibiga kiradi eng muhim tana hujayralar - yadrolar, shuningdek, sitoplazma, ribosomalar, mitoxondriyalar va boshqalar Nuklein kislotalar organizmning irsiyat, o'zgaruvchanligi va oqsil sintezida muhim, birlamchi rol o'ynaydi.
Reja sintez oqsil hujayra yadrosida saqlanadi va to'g'ridan-to'g'ri sintez yadrodan tashqarida sodir bo'ladi, shuning uchun zarur yetkazib berish xizmati kodlangan reja yadrodan sintez joyigacha. Ushbu yetkazib berish xizmati RNK molekulalari tomonidan amalga oshiriladi.
Jarayon boshlanadi yadro hujayralar: DNKning bir qismi "narvon" ochiladi va ochiladi. Buning yordamida RNK harflari DNK zanjirlaridan birining ochiq DNK harflari bilan bog'lanish hosil qiladi. Ferment RNK harflarini bir ipga birlashtirish uchun o'tkazadi. DNK harflari RNK harflariga shunday "qayta yoziladi". Yangi hosil bo'lgan RNK zanjiri ajratiladi va DNK "narvon" yana buriladi. DNKdan ma'lumotni o'qish va uni RNK matritsasi yordamida sintez qilish jarayoni deyiladi transkripsiya , va sintezlangan RNK xabarchi yoki deyiladi mRNK .
Keyingi o'zgarishlardan so'ng, ushbu turdagi kodlangan mRNK tayyor. mRNK yadrodan chiqadi va oqsil sintezi joyiga boradi, u erda mRNK harflari deşifr qilinadi. Uchta i-RNK harflarining har bir to'plami o'ziga xos aminokislotalarni ifodalovchi "harf" ni tashkil qiladi.
RNKning yana bir turi bu aminokislotani topib, uni ferment yordamida ushlaydi va oqsil sintezi joyiga yetkazadi. Bu RNK transfer RNK yoki t-RNK deb ataladi. mRNK xabari o'qilishi va tarjima qilinishi bilan aminokislotalar zanjiri o'sadi. Bu zanjir buralib, o‘ziga xos shaklga ega bo‘lib, bir turdagi oqsilni hosil qiladi. Hatto oqsillarni katlama jarayoni ham ajoyib: hamma narsani hisoblash uchun kompyuter kerak variantlari 100 ta aminokislotadan tashkil topgan oʻrtacha kattalikdagi oqsilni katlama 1027 (!) yil davom etadi. Va organizmda 20 ta aminokislotadan iborat zanjir hosil qilish uchun bir soniyadan ko'proq vaqt kerak bo'lmaydi va bu jarayon tananing barcha hujayralarida doimiy ravishda sodir bo'ladi.
Genlar, genetik kod va uning xossalari.
Yer yuzida 7 milliardga yaqin odam yashaydi. 25-30 million juft bir xil egizaklardan tashqari, genetik jihatdan hamma odamlar har xil : har bir inson o'ziga xosdir, o'ziga xos irsiy xususiyatlar, xarakter xususiyatlari, qobiliyatlari va temperamentiga ega.
Bu farqlar tushuntiriladi genotiplardagi farqlar- organizm genlari to'plami; Har biri o'ziga xosdir. Muayyan organizmning genetik xususiyatlari mujassamlangan oqsillarda - shuning uchun bir odam oqsilining tuzilishi boshqa odamning oqsilidan juda oz bo'lsa-da farq qiladi.
Bu degani emas Ikkita odamda bir xil oqsillar mavjud emas. Xuddi shu funktsiyalarni bajaradigan oqsillar bir xil bo'lishi mumkin yoki bir-biridan bir yoki ikkita aminokislota bilan ozgina farq qilishi mumkin. Lekin mavjud emas Yerda barcha oqsillari bo'lgan odamlar (bir xil egizaklar bundan mustasno). bir xil .
Proteinning asosiy tuzilishi haqida ma'lumot DNK molekulasining bir qismidagi nukleotidlar ketma-ketligi sifatida kodlangan, gen – organizmning irsiy axborot birligi. Har bir DNK molekulasida ko'plab genlar mavjud. Uni organizmning barcha genlarining yig'indisi tashkil qiladi genotip . Shunday qilib,
Gen - bu DNKning alohida bo'limiga mos keladigan organizmning irsiy ma'lumotlar birligi
Irsiy ma'lumotni kodlash yordamida amalga oshiriladi genetik kod , bu barcha organizmlar uchun universal bo'lib, faqat genlarni hosil qiluvchi va o'ziga xos organizmlarning oqsillarini kodlaydigan nukleotidlarning almashinishida farqlanadi.
Genetik kod DNK nukleotidlarining har xil ketma-ketlikda (AAT, HCA, ACG, THC va boshqalar) birlashtirilgan tripletlari (uchliklari) dan iborat bo'lib, ularning har biri o'ziga xos aminokislotalarni (polipeptid zanjiriga o'rnatiladi) kodlaydi.
Aslida kod
hisobga oladi mRNK molekulasidagi nukleotidlar ketma-ketligi
, chunki u DNKdan ma'lumotni olib tashlaydi (jarayon transkripsiyalar
) va uni sintezlangan oqsillar molekulalaridagi aminokislotalar ketma-ketligiga aylantiradi (jarayon eshittirishlar
).
mRNK tarkibiga A-C-G-U nukleotidlari kiradi, ularning tripletlari deyiladi. kodonlar
: i-RNKdagi DNK CGT dagi triplet GCA tripletiga, triplet DNK AAG esa triplet UUC ga aylanadi. Aynan mRNK kodonlari
genetik kod yozuvda aks ettirilgan.
Shunday qilib, genetik kod - nuklein kislota molekulalarida nukleotidlar ketma-ketligi ko'rinishidagi irsiy ma'lumotlarni qayd qilish uchun yagona tizim. . Genetik kod azotli asoslar bilan ajralib turadigan faqat to'rtta harf-nukleotiddan iborat alifbodan foydalanishga asoslangan: A, T, G, C.
Genetik kodning asosiy xususiyatlari:
1. Genetik kod uchlik. Triplet (kodon) - bitta aminokislotalarni kodlaydigan uchta nukleotidlar ketma-ketligi. Proteinlar 20 ta aminokislotadan iborat bo'lganligi sababli, ularning har birini bitta nukleotid bilan kodlash mumkin emasligi aniq. DNKda faqat to'rt turdagi nukleotidlar mavjud bo'lganligi sababli, bu holda 16 ta aminokislotalar kodlanmagan holda qoladi.). Aminokislotalarni kodlash uchun ikkita nukleotid ham etarli emas, chunki bu holda faqat 16 ta aminokislotani kodlash mumkin. Ma'nosi, eng kichik raqam Bitta aminokislotani kodlaydigan kamida uchta nukleotid bo'lishi kerak. Bunday holda, mumkin bo'lgan nukleotid tripletlari soni 43 = 64 ni tashkil qiladi.
2. Ortiqchalik (degeneratsiya) Kod uning triplet tabiatining natijasidir va bitta aminokislota bir nechta tripletlar bilan kodlanishi mumkinligini anglatadi (chunki 20 ta aminokislota va 64 ta triplet mavjud), faqat bitta triplet bilan kodlangan metionin va triptofan bundan mustasno. Bundan tashqari, ba'zi tripletlar bajaradilar o'ziga xos funktsiyalar: mRNK molekulasida uchlik UAA, UAG, UGA tugatish kodonlari, ya'ni. STOP-polipeptid zanjiri sintezini to'xtatuvchi signallar. DNK zanjirining boshida joylashgan metioninga (AUG) mos keladigan triplet aminokislotalarni kodlamaydi, lekin o'qishni boshlash (hayajonli) funktsiyasini bajaradi.
3. Aniqlik kod - ortiqcha bilan bir vaqtda, kod xususiyatga ega noaniqlik : har bir kodon faqat mos keladi bitta ma'lum bir aminokislota.
4. Kollinearlik kod, ya'ni. gendagi nukleotidlar ketma-ketligi aynan oqsildagi aminokislotalarning ketma-ketligiga mos keladi.
5. Genetik kod bir-birining ustiga chiqmaydigan va ixcham , ya'ni "tinish belgilari" ni o'z ichiga olmaydi. Bu shuni anglatadiki, o'qish jarayoni ustunlar (uchlik) bir-birining ustiga tushishiga yo'l qo'ymaydi va ma'lum bir kodondan boshlab, o'qish doimiy ravishda, uchlikdan keyin uch martagacha davom etadi. STOP-signallar ( kodonlarni to'xtatish).
6. Genetik kod universal , ya'ni barcha organizmlarning yadro genlari oqsillar haqidagi ma'lumotni tashkiliy darajasidan va qanday bo'lishidan qat'i nazar, bir xil tarzda kodlaydi. tizimli pozitsiya bu organizmlar.
Mavjud genetik kod jadvallari shifrni ochish uchun kodonlar mRNK va oqsil molekulalari zanjirlarini qurish.
Matritsa sintez reaksiyalari.
Jonsiz tabiatda noma'lum reaktsiyalar tirik tizimlarda sodir bo'ladi - matritsa sintezi reaksiyalari.
"matritsa" atamasi texnologiyada ular tangalar, medallar va tipografik shriftlarni quyish uchun ishlatiladigan qolipni belgilaydilar: qotib qolgan metall quyish uchun ishlatiladigan qolipning barcha tafsilotlarini aniq takrorlaydi. Matritsa sintezi matritsaga quyishga o'xshaydi: yangi molekulalar mavjud molekulalar tuzilishida belgilangan rejaga mos ravishda sintezlanadi.
Matritsa printsipi yotadi asosiyda hujayraning eng muhim sintetik reaktsiyalari, masalan, nuklein kislotalar va oqsillar sintezi. Bu reaksiyalar sintez qilingan polimerlardagi monomer birliklarining aniq, qat'iy o'ziga xos ketma-ketligini ta'minlaydi.
Bu erda yo'naltiruvchi harakatlar olib borilmoqda. monomerlarni ma'lum bir joyga tortib olish hujayralar - reaktsiya sodir bo'ladigan matritsa bo'lib xizmat qiladigan molekulalarga. Agar bunday reaktsiyalar molekulalarning tasodifiy to'qnashuvi natijasida sodir bo'lsa, ular cheksiz sekinlik bilan boradi. Shablon printsipiga asoslangan murakkab molekulalarning sintezi tez va aniq amalga oshiriladi. Matritsaning roli nuklein kislotalarning makromolekulalari matritsa reaktsiyalarida o'ynaydi DNK yoki RNK .
Monomerik molekulalar polimer sintez qilinadigan - nukleotidlar yoki aminokislotalar - komplementarlik printsipiga muvofiq, matritsada qat'iy belgilangan, belgilangan tartibda joylashadi va mahkamlanadi.
Keyin sodir bo'ladi monomer birliklarining polimer zanjiriga "o'zaro bog'lanishi", va tayyor polimer matritsadan chiqariladi.
Bundan keyin matritsa tayyor yangi polimer molekulasining yig'ilishiga. Ma'lum bir qolipga faqat bitta tanga yoki bitta harf quyish mumkin bo'lganidek, ma'lum bir matritsa molekulasida faqat bitta polimerni "yig'ish" mumkinligi aniq.
Matritsali reaksiya turi- tirik tizimlar kimyosining o'ziga xos xususiyati. Ular asosdir asosiy mulk barcha tirik mavjudotlarning - o'z turini ko'paytirish qobiliyati.
Shablon sintez reaktsiyalari
1. DNK replikatsiyasi - replikatsiya (lotincha replicatio - yangilanish) - asosiy DNK molekulasi matritsasida dezoksiribonuklein kislotaning qiz molekulasini sintez qilish jarayoni. Ona hujayraning keyingi bo'linishi paytida har bir qiz hujayra dastlabki ona hujayraning DNKsi bilan bir xil bo'lgan DNK molekulasining bitta nusxasini oladi. Bu jarayon genetik ma'lumotlarning nasldan naslga to'g'ri o'tishini ta'minlaydi. DNK replikatsiyasi 15-20 xil oqsillardan tashkil topgan murakkab ferment kompleksi tomonidan amalga oshiriladi. javob beruvchi . Sintez uchun material hujayralar sitoplazmasida mavjud bo'lgan erkin nukleotidlardir. Replikatsiyaning biologik ma'nosi irsiy ma'lumotni ona molekulasidan qiz molekulalarga to'g'ri o'tkazishda yotadi, bu odatda somatik hujayralarning bo'linishi paytida sodir bo'ladi.
DNK molekulasi bir-birini to'ldiruvchi ikkita zanjirdan iborat. Bu zanjirlar fermentlar tomonidan uzilishi mumkin bo'lgan zaif vodorod aloqalari bilan birlashtiriladi. DNK molekulasi o'z-o'zini ko'paytirish (replikatsiya) qobiliyatiga ega va molekulaning har bir eski yarmida yangi yarmi sintezlanadi.
Bundan tashqari, mRNK molekulasi DNK molekulasida sintezlanishi mumkin, keyinchalik u DNKdan olingan ma'lumotni oqsil sintezi joyiga o'tkazadi.
Axborotni uzatish va oqsil sintezi bosmaxonadagi bosmaxonaning ishlashi bilan taqqoslanadigan matritsa printsipiga muvofiq amalga oshiriladi. DNKdan olingan ma'lumotlar ko'p marta ko'chiriladi. Agar nusxa ko'chirishda xatolar yuzaga kelsa, ular keyingi barcha nusxalarda takrorlanadi.
To'g'ri, DNK molekulasi bilan ma'lumotni nusxalashda ba'zi xatolar tuzatilishi mumkin - xatolarni bartaraf etish jarayoni deyiladi. kompensatsiya. Axborot uzatish jarayonidagi reaktsiyalarning birinchisi DNK molekulasining replikatsiyasi va yangi DNK zanjirlarining sintezidir.
2. Transkripsiya (lotincha transscriptio - qayta yozish) - barcha tirik hujayralarda uchraydigan DNK dan shablon sifatida foydalangan holda RNK sintezi jarayoni. Boshqacha qilib aytganda, bu genetik ma'lumotni DNKdan RNKga o'tkazishdir.
Transkripsiya DNKga bog'liq bo'lgan RNK polimeraza fermenti tomonidan katalizlanadi. RNK polimeraza DNK molekulasi bo'ylab 3" → 5" yo'nalishda harakat qiladi. Transkripsiya bosqichlardan iborat boshlanishi, cho'zilishi va tugashi . Transkripsiya birligi operon bo'lib, DNK molekulasining fragmentidan iborat. promouter, transkripsiyalangan qism va terminator . mRNK bitta zanjirdan iborat bo'lib, mRNK molekulasi sintezining boshlanishi va oxirini faollashtiruvchi ferment ishtirokida komplementarlik qoidasiga muvofiq DNKda sintezlanadi.
Tayyor mRNK molekulasi sitoplazmaga ribosomalarga kiradi, bu erda polipeptid zanjirlarining sintezi sodir bo'ladi.
3. Translyatsiya (latdan. tarjima- ko'chirish, harakat) - ribosoma tomonidan amalga oshiriladigan ma'lumot (xabarchi) RNK (mRNK, mRNK) matritsasidagi aminokislotalardan oqsil sintezi jarayoni. Boshqacha qilib aytganda, bu mRNK nukleotidlari ketma-ketligidagi ma'lumotlarni polipeptiddagi aminokislotalar ketma-ketligiga o'tkazish jarayonidir.
4. Teskari transkripsiya bir zanjirli RNK ma'lumotlari asosida ikki zanjirli DNKni hosil qilish jarayonidir. Bu jarayon teskari transkripsiya deb ataladi, chunki genetik ma'lumotni uzatish transkripsiyaga nisbatan "teskari" yo'nalishda sodir bo'ladi. Teskari transkripsiya g'oyasi dastlab juda mashhur emas edi, chunki u markaziy dogmaga zid edi. molekulyar biologiya, bu DNKning RNKga transkripsiyasini va keyin oqsillarga aylanishini taxmin qildi.
Biroq, 1970 yilda Temin va Baltimor mustaqil ravishda ferment deb nomlangan fermentni topdilar teskari transkriptaza (revertaza)
, va teskari transkripsiya imkoniyati nihoyat tasdiqlandi. 1975 yilda Temin va Baltimor mukofotlandi Nobel mukofoti fiziologiya va tibbiyot sohasida. Ba'zi viruslar (masalan, OIV infektsiyasini keltirib chiqaradigan odamning immunitet tanqisligi virusi) RNKni DNKga transkripsiya qilish qobiliyatiga ega. OIV DNKga integratsiyalangan RNK genomiga ega. Natijada, virusning DNKsi mezbon hujayraning genomi bilan birlashtirilishi mumkin. RNK dan DNK sintezi uchun mas'ul bo'lgan asosiy ferment deyiladi teskari. Teskari funktsiyalardan biri yaratishdir komplementar DNK
(cDNK) virus genomidan. Bog'langan ribonukleaza fermenti RNKni parchalaydi va teskari ferment DNK qo'sh spiralidan cDNKni sintez qiladi. cDNK mezbon hujayra genomiga integraza orqali integratsiyalangan. Natija virusli oqsillarni xost hujayrasi tomonidan sintezi, ular yangi viruslarni hosil qiladi. OIV bo'lsa, T-limfotsitlarning apoptozi (hujayra o'limi) ham dasturlashtirilgan. Boshqa hollarda hujayra viruslarning tarqatuvchisi bo'lib qolishi mumkin.
Protein biosintezi jarayonida matritsa reaktsiyalarining ketma-ketligini diagramma shaklida tasvirlash mumkin.
Shunday qilib, oqsil biosintezi- bu plastik almashinuv turlaridan biri bo'lib, uning davomida DNK genlarida kodlangan irsiy ma'lumot oqsil molekulalarida aminokislotalarning ma'lum bir ketma-ketligida amalga oshiriladi.
Protein molekulalari asosan polipeptid zanjirlari individual aminokislotalardan tashkil topgan. Ammo aminokislotalar o'z-o'zidan bir-biri bilan birlasha oladigan darajada faol emas. Shuning uchun, ular bir-biri bilan qo'shilib, oqsil molekulasini hosil qilishdan oldin, aminokislotalar kerak faollashtirish . Ushbu faollashuv maxsus fermentlar ta'sirida sodir bo'ladi.
Faollashuv natijasida aminokislota labil bo'ladi va xuddi shu ferment ta'sirida t- bilan bog'lanadi. RNK. Har bir aminokislota qat'iy o'ziga xos t-ga mos keladi. RNK, "uning" aminokislotasini topadigan va transferlar ribosomaga kiradi.
Binobarin, har xil faollashtirilgan aminokislotalar o'zlari bilan birlashtirilgan T- RNK. Ribosoma shunga o'xshash konveyer unga berilgan turli xil aminokislotalardan oqsil zanjirini yig'ish.
O'zining aminokislotasi "o'tirgan" t-RNK bilan bir vaqtda, " signal"yadro tarkibidagi DNKdan. Ushbu signalga muvofiq ribosomada u yoki bu oqsil sintezlanadi.
DNKning oqsil sinteziga yo'naltiruvchi ta'siri to'g'ridan-to'g'ri emas, balki maxsus vositachi yordamida amalga oshiriladi - matritsa yoki xabarchi RNK (m-RNK yoki mRNK), qaysi yadroga sintezlanadi e DNK ta'sirida, shuning uchun uning tarkibi DNK tarkibini aks ettiradi. RNK molekulasi DNK shaklidagi quymaga o'xshaydi. Sintezlangan mRNK ribosomaga kiradi va uni xuddi shu tuzilishga o'tkazadi. reja- ribosomaga kiradigan faollashgan aminokislotalar ma'lum bir oqsil sintezlanishi uchun qanday tartibda bir-biri bilan birlashishi kerak? Aks holda, DNKda kodlangan genetik ma'lumot mRNKga, keyin esa oqsilga o'tadi.
mRNK molekulasi ribosomaga kiradi va tikuvlar uni. Uning o'sha qismi bu daqiqa ribosomada aniqlangan kodon (uchlik), tizimli ravishda unga o'xshash bo'lganlar bilan butunlay o'ziga xos tarzda o'zaro ta'sir qiladi uchlik (antikodon) aminokislotalarni ribosomaga olib kelgan transfer RNKda.
Transfer RNK aminokislotalar bilan mRNKning o'ziga xos kodoniga mos keladi va bog‘laydi u bilan; keyingisiga, qo'shni uchastkaga i-RNK boshqa aminokislotali boshqa tRNK qo'shiladi va shunga o'xshash i-RNKning butun zanjiri o'qilguncha, barcha aminokislotalar tegishli tartibda qaytarilgunga qadar, oqsil molekulasini hosil qilguncha davom etadi. Va aminokislotalarni polipeptid zanjirining ma'lum bir qismiga etkazib beradigan tRNK, aminokislotadan ozod qilinadi va ribosomadan chiqadi.
Keyin yana sitoplazmada kerakli aminokislota unga qo'shilib, yana ribosomaga o'tishi mumkin. Oqsil sintezi jarayonida bir vaqtda bir emas, bir nechta ribosomalar - poliribosomalar ishtirok etadi.
Genetik ma'lumotni uzatishning asosiy bosqichlari:
1. mRNK uchun shablon sifatida DNKda sintez (transkripsiya)
2. mRNK tarkibidagi dasturga muvofiq ribosomalarda polipeptid zanjirining sintezi (tarjima)
.
Bosqichlar barcha tirik mavjudotlar uchun universaldir, lekin bu jarayonlarning vaqtinchalik va fazoviy munosabatlari pro- va eukariotlarda farqlanadi.
U prokaryot transkripsiya va translatsiya bir vaqtning o'zida sodir bo'lishi mumkin, chunki DNK sitoplazmada joylashgan. U eukariotlar transkripsiya va translatsiya makon va vaqt bo'yicha qat'iy ravishda ajratiladi: yadroda turli RNKlarning sintezi sodir bo'ladi, shundan so'ng RNK molekulalari yadro membranasidan o'tib yadrodan chiqib ketishi kerak. Keyin RNK sitoplazmada oqsil sintezi joyiga ko'chiriladi.
Bugungi kunda barcha tirik organizmlarning hayot dasturi DNK molekulasida yozilganligi hech kimga sir emas. DNK molekulasini tasavvur qilishning eng oson yo'li uzun narvon kabidir. Ushbu zinapoyaning vertikal ustunlari shakar, kislorod va fosfor molekulalaridan iborat. Molekuladagi barcha muhim operatsion ma'lumotlar zinapoyaning zinapoyalariga yozilgan - ular ikkita molekuladan iborat bo'lib, ularning har biri vertikal postlardan biriga biriktirilgan. Bu molekulalar - azotli asoslar - adenin, guanin, timin va sitozin deb ataladi, lekin ular odatda oddiygina A, G, T va C harflari bilan belgilanadi. Bu molekulalarning shakli ularga bog'lanishni - to'liq narvonlarni - hosil qilish imkonini beradi. faqat ma'lum bir turdagi. Bular A va T asoslari va G va C asoslari orasidagi bog'lanishdir (shunday qilib hosil qilingan juftlik deyiladi. "asosiy juftlik"). DNK molekulasida boshqa turdagi bog'lanishlar bo'lishi mumkin emas.
DNK molekulasining bir zanjiri bo'ylab zinapoyadan pastga tushsangiz, siz asoslar ketma-ketligini olasiz. Hujayradagi kimyoviy reaktsiyalar oqimini va natijada ushbu DNKga ega bo'lgan organizmning xususiyatlarini aniqlaydigan asoslar ketma-ketligi ko'rinishidagi ushbu xabar. Molekulyar biologiyaning markaziy dogmasiga ko'ra, DNK molekulasi oqsillar haqidagi ma'lumotlarni kodlaydi, ular o'z navbatida fermentlar vazifasini bajaradi ( sm. Katalizatorlar va fermentlar) hamma narsani tartibga soladi kimyoviy reaksiyalar tirik organizmlarda.
DNK molekulasidagi asos juftlari ketma-ketligi va oqsil fermentlarini tashkil etuvchi aminokislotalar ketma-ketligi o'rtasidagi qat'iy muvofiqlik genetik kod deb ataladi. Genetik kod DNKning ikki zanjirli tuzilishi topilgandan so'ng ko'p o'tmay shifrlangan. Yangi kashf qilingan molekula ekanligi ma'lum edi axborot, yoki matritsa RNK (mRNK yoki mRNK) DNKda yozilgan ma'lumotlarni olib yuradi. Vashington yaqinidagi Bethesda shahridagi Milliy Sog'liqni saqlash instituti biokimyogarlari Marshall V. Nirenberg va J. Geynrix Matthei genetik kodga oid ma'lumotlarga olib keladigan birinchi tajribalarni o'tkazdilar.
Ular faqat takrorlanuvchi azotli asos urasildan tashkil topgan sun'iy mRNK molekulalarini sintez qilishdan boshlandi (bu timinning analogi "T" va DNK molekulasidan faqat adenin "A" bilan bog'lanish hosil qiladi). Ular ushbu mRNKlarni aminokislotalar aralashmasi bo'lgan probirkalarga qo'shdilar va har bir naychada aminokislotalardan faqat bittasi radioaktiv yorliq bilan belgilandi. Tadqiqotchilar ular sun'iy ravishda sintez qilgan mRNK yorliqli fenilalanin aminokislotasini o'z ichiga olgan bitta probirkada oqsil hosil bo'lishini boshlaganini aniqladilar. Shunday qilib, ular mRNK molekulasidagi “—U—U—U—” ketma-ketligi (demak, DNK molekulasidagi “—A—A—A—” ekvivalent ketma-ketligi) faqat aminokislotadan tashkil topgan oqsilni kodlashini aniqladilar. fenilalanin. Bu genetik kodni dekodlash yo'lidagi birinchi qadam edi.
Bugungi kunda DNK molekulasining uchta asosiy juftligi ma'lum (bu triplet deyiladi kodon) oqsildagi bitta aminokislota uchun kod. Yuqorida ta'riflanganlarga o'xshash tajribalarni amalga oshirib, genetiklar oxir-oqibat 64 ta mumkin bo'lgan kodonlarning har biri ma'lum bir aminokislotaga to'g'ri keladigan butun genetik kodni hal qilishdi.
