چرا کد ژنتیکی جهانی است؟ بیوسنتز پروتئین و اسیدهای نوکلئیک

در متابولیسم بدن نقش رهبری متعلق به پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک است.
مواد پروتئینی اساس تمام ساختارهای سلولی حیاتی را تشکیل می دهند، واکنش پذیری غیرمعمول بالایی دارند و دارای عملکردهای کاتالیزوری هستند.
اسیدهای نوکلئیک بخشی از مهمترین اندام سلول - هسته، و همچنین سیتوپلاسم، ریبوزوم، میتوکندری و غیره هستند.

طرحسنتز پروتئین در هسته سلول ذخیره می شود و سنتز مستقیم در خارج از هسته اتفاق می افتد، بنابراین لازم است خدمات تحویلکدگذاری شده است طرح از هسته تا محل سنتز. این سرویس تحویل توسط مولکول های RNA انجام می شود.

فرآیند در شروع می شود هسته سلول ها: بخشی از "نردبان" DNA باز می شود و باز می شود. به لطف این، حروف RNA با حروف باز DNA یکی از رشته های DNA پیوند ایجاد می کنند. آنزیم حروف RNA را انتقال می دهد تا آنها را به یک رشته بپیوندد. اینگونه است که حروف DNA به حروف RNA "بازنویسی" می شوند. زنجیره RNA تازه تشکیل شده جدا می شود و "نردبان" DNA دوباره می پیچد. فرآیند خواندن اطلاعات از DNA و سنتز آن با استفاده از ماتریس RNA آن نامیده می شود رونویسی ، و RNA سنتز شده را پیام رسان یا می نامند mRNA .

پس از اصلاحات بیشتر، این نوع mRNA کدگذاری شده آماده است. mRNA از هسته بیرون می آیدو به محل سنتز پروتئین می رود، جایی که حروف mRNA رمزگشایی می شود. هر مجموعه از سه حرف i-RNA یک "حرف" را تشکیل می دهد که نشان دهنده یک اسید آمینه خاص است.

نوع دیگری از RNA این اسید آمینه را پیدا کرده و با کمک آنزیمی آن را گرفته و به محل سنتز پروتئین می رساند. این RNA RNA انتقالی یا t-RNA نامیده می شود. با خواندن و ترجمه پیام mRNA، زنجیره اسیدهای آمینه رشد می کند. این زنجیره به شکلی منحصر به فرد می پیچد و تا می شود و یک نوع پروتئین ایجاد می کند. حتی فرآیند تا کردن پروتئین نیز قابل توجه است: برای محاسبه همه چیز به رایانه نیاز است گزینه هاتا کردن یک پروتئین با اندازه متوسط ​​متشکل از 100 اسید آمینه 1027 (!) سال طول می کشد. و بیش از یک ثانیه طول نمی کشد تا زنجیره ای متشکل از 20 اسید آمینه در بدن تشکیل شود و این فرآیند به طور مداوم در تمام سلول های بدن اتفاق می افتد.

ژن ها، کد ژنتیکی و خواص آن.

حدود 7 میلیارد نفر روی زمین زندگی می کنند. جدا از 25 تا 30 میلیون جفت دوقلوهای همسان، از نظر ژنتیکی همه مردم متفاوت هستند : هر کس منحصر به فرد است، ویژگی های ارثی، ویژگی های شخصیتی، توانایی ها و خلق و خوی منحصر به فردی دارد.

این تفاوت ها توضیح داده شده است تفاوت در ژنوتیپ ها- مجموعه ای از ژن های ارگانیسم؛ هر کدام منحصر به فرد است. ویژگی های ژنتیکی یک ارگانیسم خاص تجسم می یابد در پروتئین ها - بنابراین، ساختار پروتئین یک فرد، هرچند بسیار اندک، با پروتئین فرد دیگر متفاوت است.

به این معنا نیستکه هیچ دو نفر پروتئین دقیقاً یکسان ندارند. پروتئین هایی که عملکردهای یکسانی دارند ممکن است یکسان باشند یا فقط یک یا دو اسید آمینه با یکدیگر متفاوت باشند. ولی وجود ندارد بر روی زمین از مردم (به استثنای دوقلوهای همسان) که تمام پروتئین های خود را دارند همان هستند .

اطلاعات ساختار اولیه پروتئینکدگذاری شده به عنوان دنباله ای از نوکلئوتیدها در بخشی از یک مولکول DNA، ژن - واحد اطلاعات ارثی یک موجود زنده. هر مولکول DNA حاوی ژن های زیادی است. مجموع تمام ژن های یک موجود زنده آن را تشکیل می دهد ژنوتیپ . بدین ترتیب،

ژن واحدی از اطلاعات ارثی یک موجود زنده است که مربوط به بخش جداگانه ای از DNA است

کدگذاری اطلاعات ارثی با استفاده از کد ژنتیکی ، که برای همه موجودات جهانی است و فقط در تناوب نوکلئوتیدهایی که ژن ها را تشکیل می دهند و پروتئین های موجودات خاص را رمزگذاری می کنند متفاوت است.

کد ژنتیکی شامل سه قلو (سه قلو) از نوکلئوتیدهای DNA، ترکیب شده در توالی های مختلف (AAT، HCA، ACG، THC، و غیره)، که هر کدام یک اسید آمینه خاص (که در زنجیره پلی پپتیدی ساخته خواهد شد) رمزگذاری می کند.

در حقیقت کد شمارش می کند توالی نوکلئوتیدها در یک مولکول mRNA ، زیرا اطلاعات را از DNA حذف می کند (فرایند رونویسی ها ) و آن را به دنباله ای از اسیدهای آمینه در مولکول های پروتئین های سنتز شده ترجمه می کند (فرایند پخش می کند ).
ترکیب mRNA شامل نوکلئوتیدهای A-C-G-U است که سه قلوهای آن نامیده می شوند کدون ها : یک سه گانه روی DNA CGT روی i-RNA به یک GCA سه گانه تبدیل می شود و یک DNA سه گانه AAG به یک UUC سه گانه تبدیل می شود. دقیقا کدون های mRNA کد ژنتیکی در پرونده منعکس می شود.

بدین ترتیب، کد ژنتیکی - یک سیستم یکپارچه برای ثبت اطلاعات ارثی در مولکول های اسید نوکلئیک به شکل دنباله ای از نوکلئوتیدها . کد ژنتیکی مبتنی بر استفاده از الفبای متشکل از چهار حرف نوکلئوتید است که با پایه های نیتروژنی متمایز می شوند: A، T، G، C.

ویژگی های اساسی کد ژنتیکی:

1. کد ژنتیکی سه قلو. سه گانه (کدون) دنباله ای از سه نوکلئوتید است که یک اسید آمینه را کد می کند. از آنجایی که پروتئین ها حاوی 20 اسید آمینه هستند، بدیهی است که هر یک از آنها نمی توانند توسط یک نوکلئوتید رمزگذاری شوند. از آنجایی که تنها چهار نوع نوکلئوتید در DNA وجود دارد، در این مورد 16 اسید آمینه بدون کد باقی می مانند.). دو نوکلئوتید نیز برای رمزگذاری اسیدهای آمینه کافی نیستند، زیرا در این حالت فقط 16 اسید آمینه می توانند رمزگذاری شوند. این بدان معناست که کمترین تعداد نوکلئوتیدهایی که یک اسید آمینه را کد می کنند باید حداقل سه باشد. در این حالت، تعداد سه گانه نوکلئوتیدی ممکن 43 = 64 است.

2. افزونگی (انحطاط)این کد نتیجه ماهیت سه گانه آن است و به این معنی است که یک اسید آمینه می تواند توسط چندین سه قلو رمزگذاری شود (از آنجایی که 20 اسید آمینه و 64 سه قلو وجود دارد) به استثنای متیونین و تریپتوفان که تنها توسط یک سه قلو کدگذاری می شوند. علاوه بر این، برخی از سه قلوها عملکردهای خاصی را انجام می دهند: در یک مولکول mRNA، سه قلوهای UAA، UAG، UGA کدون های توقف هستند، به عنوان مثال. متوقف کردن- سیگنال هایی که سنتز زنجیره پلی پپتیدی را متوقف می کنند. سه گانه مربوط به متیونین (AUG) که در ابتدای زنجیره DNA قرار دارد، یک اسید آمینه را کد نمی کند، اما عملکرد شروع خواندن (هیجان انگیز) را انجام می دهد.

3. عدم ابهام کد - همزمان با افزونگی، کد دارای خاصیت است عدم ابهام : هر کدون فقط مطابقت دارد یکییک اسید آمینه خاص

4. خط خطی کد، یعنی توالی نوکلئوتیدی در یک ژن دقیقامربوط به توالی اسیدهای آمینه در یک پروتئین است.

5. کد ژنتیکی غیر همپوشانی و فشرده ، یعنی حاوی "علائم نگارشی" نیست. این بدان معنی است که فرآیند خواندن امکان همپوشانی ستون ها (سه گانه) را نمی دهد و با شروع از یک کدون خاص، خواندن به طور مداوم، سه تایی پس از سه گانه ادامه می یابد تا اینکه متوقف کردن-سیگنال ها ( کدون ها را متوقف کنید).

6. کد ژنتیکی جهانی یعنی ژن های هسته ای همه موجودات بدون توجه به سطح سازماندهی و موقعیت سیستماتیک این موجودات، اطلاعات مربوط به پروتئین ها را به یک شکل رمزگذاری می کنند.

وجود داشته باشد جداول کد ژنتیکی برای رمزگشایی کدون ها mRNA و ساخت زنجیره های مولکول های پروتئین.

واکنش های سنتز ماتریس

واکنش های ناشناخته در طبیعت بی جان در سیستم های زنده رخ می دهد - واکنش های سنتز ماتریس

اصطلاح "ماتریس"در فناوری، آنها قالبی را برای ریخته‌گری سکه‌ها، مدال‌ها و فونت‌های چاپی تعیین می‌کنند: فلز سخت شده دقیقاً تمام جزئیات قالب مورد استفاده برای ریخته‌گری را بازتولید می‌کند. سنتز ماتریسشبیه ریخته‌گری روی یک ماتریس است: مولکول‌های جدید دقیقاً مطابق با طرح تعیین شده در ساختار مولکول‌های موجود سنتز می‌شوند.

اصل ماتریس نهفته است در هستهمهم‌ترین واکنش‌های مصنوعی سلول، مانند سنتز اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها. این واکنش ها توالی دقیق و کاملاً خاص واحدهای مونومر در پلیمرهای سنتز شده را تضمین می کند.

در اینجا اقدام جهت دار در حال انجام است. کشیدن مونومرها به یک مکان خاصسلول‌ها - به مولکول‌هایی تبدیل می‌شوند که به عنوان ماتریکسی عمل می‌کنند که در آن واکنش انجام می‌شود. اگر چنین واکنش هایی در نتیجه برخورد تصادفی مولکول ها رخ می داد، بی نهایت آهسته پیش می رفت. سنتز مولکول های پیچیده بر اساس اصل الگو به سرعت و با دقت انجام می شود. نقش ماتریس ماکرومولکول های اسیدهای نوکلئیک در واکنش های ماتریکس ایفای نقش می کنند DNA یا RNA .

مولکول های مونومرکه پلیمر از آن سنتز می شود - نوکلئوتیدها یا اسیدهای آمینه - مطابق با اصل مکمل بودن، به ترتیب مشخص و کاملاً مشخص روی ماتریس قرار گرفته و ثابت می شوند.

سپس این اتفاق می افتد "پیوند متقاطع" واحدهای مونومر به یک زنجیره پلیمری، و پلیمر تمام شده از ماتریس تخلیه می شود.

بعد از آن ماتریس آماده استبرای مونتاژ یک مولکول پلیمری جدید. واضح است که همانطور که روی یک قالب معین فقط می توان یک سکه یا یک حرف ریخته شد، روی یک مولکول ماتریس معین نیز فقط یک پلیمر می تواند "مونتاژ" شود.

نوع واکنش ماتریسی- یک ویژگی خاص از شیمی سیستم های زنده. آنها اساس خاصیت اساسی همه موجودات زنده هستند - توانایی آن برای بازتولید نوع خود.

واکنش های سنتز الگو

1. همانندسازی DNA - همانند سازی (از لاتین replicatio - تجدید) - فرآیند سنتز یک مولکول دختر اسید دئوکسی ریبونوکلئیک روی ماتریس مولکول DNA مادر. در طول تقسیم بعدی سلول مادر، هر سلول دختر یک کپی از یک مولکول DNA دریافت می کند که مشابه DNA سلول مادر اصلی است. این فرآیند تضمین می کند که اطلاعات ژنتیکی به طور دقیق از نسلی به نسل دیگر منتقل می شود. تکثیر DNA توسط یک کمپلکس آنزیمی پیچیده متشکل از 15-20 پروتئین مختلف انجام می شود که به آن می گویند پاسخگو . ماده برای سنتز نوکلئوتیدهای آزاد موجود در سیتوپلاسم سلول است. معنای بیولوژیکی همانند سازی در انتقال دقیق اطلاعات ارثی از مولکول مادر به مولکول های دختر نهفته است که معمولاً در هنگام تقسیم سلول های جسمی اتفاق می افتد.

یک مولکول DNA از دو رشته مکمل تشکیل شده است. این زنجیره ها توسط پیوندهای هیدروژنی ضعیفی که می توانند توسط آنزیم ها شکسته شوند به هم متصل می شوند. مولکول DNA قادر به تکرار خود (تکثیر) است و روی هر نیمه قدیمی مولکول یک نیمه جدید سنتز می شود.
علاوه بر این، یک مولکول mRNA را می توان روی یک مولکول DNA سنتز کرد، که سپس اطلاعات دریافت شده از DNA را به محل سنتز پروتئین منتقل می کند.

انتقال اطلاعات و سنتز پروتئین بر اساس یک اصل ماتریسی، قابل مقایسه با عملکرد یک ماشین چاپ در یک چاپخانه انجام می شود. اطلاعات DNA بارها کپی می شود. اگر در حین کپی خطا رخ دهد، در تمام کپی های بعدی تکرار خواهد شد.

درست است، برخی از خطاها هنگام کپی کردن اطلاعات با یک مولکول DNA قابل اصلاح هستند - فرآیند حذف خطا نامیده می شود جبران خسارت. اولین واکنش در فرآیند انتقال اطلاعات، همانندسازی مولکول DNA و سنتز زنجیره های DNA جدید است.

2. رونویسی (از رونوشت لاتین - بازنویسی) - فرآیند سنتز RNA با استفاده از DNA به عنوان یک الگو که در تمام سلول های زنده رخ می دهد. به عبارت دیگر انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA است.

رونویسی توسط آنزیم RNA پلیمراز وابسته به DNA کاتالیز می شود. RNA پلیمراز در طول مولکول DNA در جهت 3" → 5" حرکت می کند. رونویسی شامل مراحل است شروع، ازدیاد طول و خاتمه . واحد رونویسی یک اپرون است، قطعه ای از یک مولکول DNA متشکل از پروموتر، قسمت رونویسی شده و پایان دهنده . mRNA از یک زنجیره تشکیل شده است و بر روی DNA مطابق با قانون مکمل بودن با مشارکت آنزیمی که ابتدا و انتهای سنتز مولکول mRNA را فعال می کند، سنتز می شود.

مولکول mRNA تمام شده وارد سیتوپلاسم روی ریبوزوم ها می شود، جایی که سنتز زنجیره های پلی پپتیدی اتفاق می افتد.

3. پخش (از لات ترجمه- انتقال، حرکت) - فرآیند سنتز پروتئین از اسیدهای آمینه بر روی یک ماتریس اطلاعات (پیام رسان) RNA (mRNA، mRNA)، که توسط ریبوزوم انجام می شود. به عبارت دیگر، این فرآیند ترجمه اطلاعات موجود در توالی نوکلئوتیدهای mRNA به دنباله اسیدهای آمینه در پلی پپتید است.

4. رونویسی معکوس فرآیند تشکیل DNA دو رشته ای بر اساس اطلاعات RNA تک رشته ای است. این فرآیند رونویسی معکوس نامیده می شود، زیرا انتقال اطلاعات ژنتیکی در جهت "معکوس" نسبت به رونویسی رخ می دهد. ایده رونویسی معکوس در ابتدا بسیار منفور بود زیرا با عقاید اصلی زیست‌شناسی مولکولی که فرض می‌کرد DNA به RNA رونویسی می‌شود و سپس به پروتئین ترجمه می‌شود، در تضاد بود.

با این حال، در سال 1970، Temin و بالتیمور به طور مستقل آنزیمی به نام کشف کردند ترانس کریپتاز معکوس (ریورتاز) و امکان رونویسی معکوس در نهایت تایید شد. در سال 1975، تمین و بالتیمور جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را دریافت کردند. برخی از ویروس ها (مانند ویروس نقص ایمنی انسانی که باعث عفونت HIV می شود) توانایی رونویسی RNA به DNA را دارند. HIV دارای ژنوم RNA است که در DNA ادغام شده است. در نتیجه DNA ویروس را می توان با ژنوم سلول میزبان ترکیب کرد. آنزیم اصلی مسئول سنتز DNA از RNA نام دارد معکوس کردن. یکی از کارکردهای Reversease ایجاد کردن است DNA مکمل (cDNA) از ژنوم ویروس. آنزیم ریبونوکلئاز مرتبط RNA را می شکافد، و reversease cDNA را از مارپیچ دوگانه DNA سنتز می کند. cDNA توسط اینتگراز به ژنوم سلول میزبان ادغام می شود. نتیجه این است سنتز پروتئین های ویروسی توسط سلول میزبان، که ویروس های جدید را تشکیل می دهند. در مورد HIV، آپوپتوز (مرگ سلولی) لنفوسیت های T نیز برنامه ریزی شده است. در موارد دیگر، سلول ممکن است توزیع کننده ویروس ها باقی بماند.

توالی واکنش های ماتریکس در طول بیوسنتز پروتئین را می توان در قالب یک نمودار نشان داد.

بدین ترتیب، بیوسنتز پروتئین- این یکی از انواع تبادل پلاستیک است که در طی آن اطلاعات ارثی رمزگذاری شده در ژن های DNA به دنباله خاصی از اسیدهای آمینه در مولکول های پروتئین وارد می شود.

مولکول های پروتئین اساسا هستند زنجیره های پلی پپتیدیاز اسیدهای آمینه مجزا تشکیل شده است. اما اسیدهای آمینه به اندازه کافی فعال نیستند که به تنهایی با یکدیگر ترکیب شوند. بنابراین، قبل از اینکه آنها با یکدیگر ترکیب شوند و یک مولکول پروتئین تشکیل دهند، اسیدهای آمینه باید فعال کردن . این فعال سازی تحت عمل آنزیم های خاص رخ می دهد.

در نتیجه فعال شدن، اسید آمینه حساس تر می شود و تحت تأثیر همان آنزیم به t- متصل می شود. RNA. هر اسید آمینه مربوط به یک t- کاملاً خاص است. RNA، که اسید آمینه "خود" را پیدا می کند و نقل و انتقالاتآن را وارد ریبوزوم می کند.

در نتیجه، مختلف آمینو اسیدهای فعال ترکیب شده با خود T- RNA. ریبوزوم شبیه است نوار نقالهبرای جمع آوری یک زنجیره پروتئینی از اسیدهای آمینه مختلف عرضه شده به آن.

همزمان با t-RNA، که اسید آمینه خود روی آن «نشسته»، علامت"از DNA موجود در هسته. مطابق با این سیگنال، یک یا آن پروتئین در ریبوزوم سنتز می شود.

تأثیر هدایت کننده DNA بر سنتز پروتئین به طور مستقیم انجام نمی شود، اما با کمک یک واسطه خاص - ماتریسیا RNA پیام رسان (m-RNAیا mRNA) که در هسته سنتز می شود e تحت تأثیر DNA است، بنابراین ترکیب آن منعکس کننده ترکیب DNA است. مولکول RNA مانند قالبی از شکل DNA است. mRNA سنتز شده وارد ریبوزوم شده و آن را به این ساختار منتقل می کند طرح- آمینو اسیدهای فعال شده وارد ریبوزوم به چه ترتیبی باید با یکدیگر ترکیب شوند تا پروتئین خاصی ساخته شود؟ در غیر این صورت، اطلاعات ژنتیکی رمزگذاری شده در DNA به mRNA و سپس به پروتئین منتقل می شود.

مولکول mRNA وارد ریبوزوم می شود و بخیه هااو آن بخش از آن که در حال حاضر در ریبوزوم قرار دارد مشخص می شود کدون (سه گانه)، به شیوه ای کاملاً خاص با آنهایی که از نظر ساختاری شبیه به آن هستند تعامل دارد سه قلو (آنتیکودون)در انتقال RNA، که اسید آمینه را به ریبوزوم آورد.

RNA انتقالی با آمینو اسید خود با کدون خاصی از mRNA مطابقت دارد و متصل می کندبا او؛ به بخش مجاور mRNA بعدی tRNA دیگری با اسید آمینه متفاوت اضافه می شودو به همین ترتیب تا زمانی که کل زنجیره i-RNA خوانده شود، تا زمانی که تمام اسیدهای آمینه به ترتیب مناسب کاهش یافته و یک مولکول پروتئین تشکیل شود. و tRNA که اسید آمینه را به بخش خاصی از زنجیره پلی پپتیدی می رساند، از اسید آمینه خود آزاد می شودو از ریبوزوم خارج می شود.

سپس دوباره در سیتوپلاسم، اسید آمینه مورد نظر می تواند به آن بپیوندد و دوباره آن را به ریبوزوم منتقل کند. در فرآیند سنتز پروتئین، نه یک، بلکه چندین ریبوزوم - پلی ریبوزوم - به طور همزمان درگیر هستند.

مراحل اصلی انتقال اطلاعات ژنتیکی:

1. سنتز روی DNA به عنوان الگویی برای mRNA (رونویسی)
2. سنتز یک زنجیره پلی پپتیدی در ریبوزوم ها طبق برنامه موجود در mRNA (ترجمه) .

مراحل برای همه موجودات زنده جهانی است، اما روابط زمانی و مکانی این فرآیندها در طرفداران و یوکاریوت ها متفاوت است.

U پروکاریوترونویسی و ترجمه می توانند به طور همزمان اتفاق بیفتند زیرا DNA در سیتوپلاسم قرار دارد. U یوکاریوت هارونویسی و ترجمه از نظر مکان و زمان کاملاً از هم جدا هستند: سنتز RNA های مختلف در هسته اتفاق می افتد و پس از آن مولکول های RNA باید با عبور از غشای هسته از هسته خارج شوند. سپس RNA ها در سیتوپلاسم به محل سنتز پروتئین منتقل می شوند.

کد ژنتیکی سیستمی برای ثبت اطلاعات ارثی در مولکول‌های اسید نوکلئیک است که بر اساس تناوب خاصی از توالی‌های نوکلئوتیدی در DNA یا RNA، کدون‌های مربوط به اسیدهای آمینه در پروتئین را تشکیل می‌دهد.

ویژگی های کد ژنتیکی

کد ژنتیکی چندین ویژگی دارد.

سه گانه.

انحطاط یا افزونگی.

عدم ابهام

قطبیت.

غیر همپوشانی

فشردگی.

تطبیق پذیری.

لازم به ذکر است که برخی از نویسندگان همچنین ویژگی های دیگری از کد مربوط به ویژگی های شیمیایی نوکلئوتیدهای موجود در کد یا فراوانی وقوع اسیدهای آمینه منفرد در پروتئین های بدن و غیره را پیشنهاد می کنند. با این حال، این ویژگی ها از موارد ذکر شده در بالا پیروی می کنند، بنابراین ما آنها را در آنجا در نظر خواهیم گرفت.

آ. سه گانه. کد ژنتیکی، مانند بسیاری از سیستم‌های پیچیده سازمان‌یافته، کوچک‌ترین واحد ساختاری و کوچک‌ترین واحد عملکردی را دارد. سه قلو کوچکترین واحد ساختاری کد ژنتیکی است. از سه نوکلئوتید تشکیل شده است. کدون کوچکترین واحد عملکردی کد ژنتیکی است. به طور معمول، سه گانه mRNA را کدون می نامند. در کد ژنتیکی، یک کدون چندین عملکرد را انجام می دهد. در مرحله اول، عملکرد اصلی آن این است که یک اسید آمینه واحد را رمزگذاری می کند. ثانیاً، ممکن است کدون برای یک اسید آمینه کد نکند، اما در این مورد، عملکرد دیگری را انجام می دهد (به زیر مراجعه کنید). همانطور که از تعریف مشخص است، سه گانه مفهومی است که مشخص می کند ابتدایی واحد ساختاریکد ژنتیکی (سه نوکلئوتید). کدون - مشخص می کند واحد معنایی ابتداییژنوم - سه نوکلئوتید اتصال یک اسید آمینه به زنجیره پلی پپتیدی را تعیین می کند.

واحد ساختاری ابتدایی ابتدا به صورت نظری رمزگشایی شد و سپس وجود آن به صورت تجربی تایید شد. در واقع، 20 اسید آمینه را نمی توان با یک یا دو نوکلئوتید رمزگذاری کرد زیرا تنها 4 مورد از نوکلئوتیدها وجود دارد.از هر چهار نوکلئوتید، سه نوکلئوتید 4 3 = 64 نوع می دهد که بیش از تعداد اسیدهای آمینه موجود در موجودات زنده را پوشش می دهد (جدول 1 را ببینید).

64 ترکیب نوکلئوتیدی ارائه شده در جدول دو ویژگی دارند. اولا، از 64 نوع سه گانه، تنها 61 نوع کدون هستند و هر اسید آمینه را رمزگذاری می کنند. کدون های حسی. سه سه قلو کد نمی کنند

اسیدهای آمینه a سیگنال های توقفی هستند که پایان ترجمه را نشان می دهند. سه تا از این قبیل وجود دارد - UAA، UAG، UGA، به آنها "بی معنی" (کدون های بی معنی) نیز می گویند. در نتیجه یک جهش، که با جایگزینی یک نوکلئوتید در یک سه قلو با نوکلئوتید دیگر همراه است، یک کدون بی معنی می تواند از یک کدون حسی ایجاد شود. این نوع جهش نامیده می شود جهش مزخرف. اگر چنین سیگنال توقفی در داخل ژن (در قسمت اطلاعات آن) تشکیل شود، در طول سنتز پروتئین در این مکان، فرآیند به طور مداوم قطع می شود - تنها اولین (قبل از سیگنال توقف) بخشی از پروتئین سنتز می شود. فرد مبتلا به این آسیب شناسی کمبود پروتئین را تجربه می کند و علائم مرتبط با این کمبود را تجربه خواهد کرد. به عنوان مثال، این نوع جهش در ژن رمزکننده زنجیره بتا هموگلوبین شناسایی شد. یک زنجیره هموگلوبین غیر فعال کوتاه شده سنتز می شود که به سرعت از بین می رود. در نتیجه یک مولکول هموگلوبین بدون زنجیره بتا تشکیل می شود. واضح است که چنین مولکولی بعید است که وظایف خود را به طور کامل انجام دهد. یک بیماری جدی رخ می دهد که به عنوان کم خونی همولیتیک ایجاد می شود (تالاسمی بتا صفر، از کلمه یونانی "Thalas" - دریای مدیترانه، جایی که این بیماری برای اولین بار کشف شد).

مکانیسم عمل کدون های توقف با مکانیسم عمل کدون های حسی متفاوت است. این از این واقعیت ناشی می شود که برای همه کدون هایی که اسیدهای آمینه را کد می کنند، tRNA های مربوطه یافت شده است. هیچ tRNA برای کدون های بی معنی پیدا نشد. در نتیجه، tRNA در روند توقف سنتز پروتئین شرکت نمی کند.

کدونآگوست (گاهی اوقات GUG در باکتری ها) نه تنها آمینو اسیدهای متیونین و والین را رمزگذاری می کند، بلکه همچنینآغازگر پخش .

ب انحطاط یا افزونگی.

61 مورد از 64 سه قلو، 20 اسید آمینه را رمزگذاری می کنند. این افزایش سه برابری تعداد سه قلوها نسبت به تعداد اسیدهای آمینه نشان می دهد که می توان از دو گزینه کدگذاری در انتقال اطلاعات استفاده کرد. اولاً، همه 64 کدون نمی توانند در رمزگذاری 20 اسید آمینه نقش داشته باشند، اما تنها 20 کدون و ثانیاً، اسیدهای آمینه می توانند توسط چندین کدون رمزگذاری شوند. تحقیقات نشان داده است که طبیعت از گزینه دوم استفاده کرده است.

ترجیح او آشکار است. اگر از 64 نوع سه قلو فقط 20 مورد در رمزگذاری اسیدهای آمینه نقش داشته باشند، 44 سه قلو (از 64) غیر کد کننده باقی می مانند. بی معنی (کدون های بی معنی). قبلاً اشاره کردیم که تبدیل یک سه گانه کدکننده در نتیجه جهش به یک کدون بی معنی برای زندگی یک سلول چقدر خطرناک است - این به طور قابل توجهی عملکرد طبیعی RNA پلیمراز را مختل می کند و در نهایت منجر به ایجاد بیماری می شود. در حال حاضر، سه کدون در ژنوم ما مزخرف هستند، اما حالا تصور کنید اگر تعداد کدون های مزخرف حدود 15 برابر شود، چه اتفاقی می افتد. واضح است که در چنین شرایطی انتقال کدون های عادی به کدون های مزخرف بی اندازه بیشتر خواهد بود.

کدی که در آن یک اسید آمینه توسط چندین سه قلو رمزگذاری شده باشد، دژنراته یا زائد نامیده می شود. تقریباً هر اسید آمینه چندین کدون دارد. بنابراین، اسید آمینه لوسین را می توان با شش سه قلو - UUA، UUG، TSUU، TsUC، TsUA، TsUG رمزگذاری کرد. والین توسط چهار سه قلو، فنیل آلانین توسط دو و تنها کدگذاری می شود تریپتوفان و متیونینکدگذاری شده توسط یک کدون خاصیتی که با ثبت اطلاعات یکسان با نمادهای مختلف همراه است نامیده می شود انحطاط

تعداد کدون های تعیین شده برای یک اسید آمینه به خوبی با فراوانی وقوع اسید آمینه در پروتئین ها ارتباط دارد.

و این به احتمال زیاد تصادفی نیست. هرچه فراوانی وقوع یک اسید آمینه در پروتئین بیشتر باشد، هر چه تعداد کدون این اسید آمینه در ژنوم بیشتر باشد، احتمال آسیب آن توسط عوامل جهش زا بیشتر است. بنابراین، واضح است که یک کدون جهش یافته در صورتی که به شدت دژنره شده باشد، شانس بیشتری برای رمزگذاری همان اسید آمینه دارد. از این منظر، انحطاط کد ژنتیکی مکانیسمی است که از ژنوم انسان در برابر آسیب محافظت می کند.

لازم به ذکر است که واژه دژنراسیون در ژنتیک مولکولی به معنای دیگری نیز به کار می رود. بنابراین، بخش عمده ای از اطلاعات در یک کدون در دو نوکلئوتید اول موجود است؛ به نظر می رسد که پایه در موقعیت سوم کدون از اهمیت کمی برخوردار است. به این پدیده «انحطاط پایه سوم» می گویند. ویژگی دوم تأثیر جهش ها را به حداقل می رساند. به عنوان مثال، مشخص شده است که وظیفه اصلی گلبول های قرمز انتقال اکسیژن از ریه ها به بافت ها و دی اکسید کربن از بافت ها به ریه ها است. این عملکرد توسط رنگدانه تنفسی - هموگلوبین انجام می شود که کل سیتوپلاسم گلبول قرمز را پر می کند. این شامل یک بخش پروتئین - گلوبین است که توسط ژن مربوطه کدگذاری می شود. علاوه بر پروتئین، مولکول هموگلوبین حاوی هِم است که حاوی آهن است. جهش در ژن های گلوبین منجر به ظهور انواع مختلف هموگلوبین می شود. اغلب، جهش ها با جایگزینی یک نوکلئوتید با نوکلئوتید دیگر و ظهور یک کدون جدید در ژن، که ممکن است یک اسید آمینه جدید در زنجیره پلی پپتیدی هموگلوبین را رمزگذاری کند. در یک سه قلو، در نتیجه جهش، هر نوکلئوتید را می توان جایگزین کرد - اول، دوم یا سوم. صدها جهش شناخته شده است که بر یکپارچگی ژن های گلوبین تأثیر می گذارد. نزدیک 400 که با جایگزینی تک نوکلئوتیدها در یک ژن و جایگزینی اسید آمینه مربوطه در یک پلی پپتید همراه است. فقط از اینها 100 جایگزینی آن منجر به بی ثباتی هموگلوبین و انواع بیماری ها از خفیف تا بسیار شدید می شود. 300 (تقریباً 64٪) جهش جایگزینی بر عملکرد هموگلوبین تأثیر نمی گذارد و منجر به آسیب شناسی نمی شود. یکی از دلایل این امر، «انحطاط پایه سوم» است که در بالا ذکر شد، زمانی که جایگزینی نوکلئوتید سوم در یک سه گانه رمزکننده سرین، لوسین، پرولین، آرژنین و برخی اسیدهای آمینه دیگر منجر به ظهور یک کدون مترادف می شود. رمزگذاری همان اسید آمینه چنین جهشی به صورت فنوتیپی خود را نشان نخواهد داد. در مقابل، هر گونه جایگزینی اولین یا دومین نوکلئوتید در یک سه قلو در 100٪ موارد منجر به ظهور یک نوع جدید هموگلوبین می شود. اما حتی در این مورد، ممکن است اختلالات فنوتیپی شدید وجود نداشته باشد. دلیل این امر جایگزینی یک اسید آمینه در هموگلوبین با آمینو اسیدی مشابه با اولین اسید در خواص فیزیکوشیمیایی است. به عنوان مثال، اگر یک اسید آمینه با خواص آبدوست با یک اسید آمینه دیگر، اما با همان خواص جایگزین شود.

هموگلوبین از گروه پورفیرین آهن هم (مولکول های اکسیژن و دی اکسید کربن به آن متصل است) و پروتئین - گلوبین تشکیل شده است. هموگلوبین بزرگسالان (HbA) حاوی دو مشابه است زنجیر و دو -زنجیره مولکول -زنجیره حاوی 141 باقیمانده اسید آمینه است، -زنجیره - 146، - و - زنجیره ها در بسیاری از باقی مانده های اسید آمینه متفاوت هستند. توالی اسید آمینه هر زنجیره گلوبین توسط ژن خاص خود کدگذاری می شود. رمزگذاری ژن -زنجیره در بازوی کوتاه کروموزوم 16 قرار دارد، ژن - در بازوی کوتاه کروموزوم 11. جایگزینی در رمزگذاری ژن -زنجیره هموگلوبین نوکلئوتید اول یا دوم تقریباً همیشه منجر به ظهور اسیدهای آمینه جدید در پروتئین، اختلال در عملکرد هموگلوبین و عواقب جدی برای بیمار می شود. به عنوان مثال، جایگزینی "C" در یکی از سه قلوهای CAU (هیستیدین) با "Y" منجر به ظهور یک UAU سه گانه جدید می شود که اسید آمینه دیگری - تیروزین را رمزگذاری می کند. از نظر فنوتیپی این خود را در یک بیماری شدید نشان می دهد. تعویض مشابه در موقعیت 63 زنجیره پلی پپتید هیستیدین به تیروزین منجر به بی ثباتی هموگلوبین می شود. بیماری methemoglobinemia ایجاد می شود. جایگزینی، در نتیجه جهش، اسید گلوتامیک با والین در موقعیت ششم -زنجیره عامل شدیدترین بیماری - کم خونی داسی شکل است. بیایید لیست غم انگیز را ادامه ندهیم. فقط توجه داشته باشیم که هنگام جایگزینی دو نوکلئوتید اول، ممکن است یک اسید آمینه با خواص فیزیکوشیمیایی مشابه قبلی ظاهر شود. بنابراین، جایگزینی نوکلئوتید دوم در یکی از سه قلوهای رمزکننده اسید گلوتامیک (GAA) در زنجیره ای با "U" منجر به ظهور یک سه گانه جدید (GUA) می شود که والین را کد می کند و جایگزینی اولین نوکلئوتید با "A" سه گانه AAA را تشکیل می دهد که اسید آمینه لیزین را کد می کند. اسید گلوتامیک و لیزین از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی مشابه هستند - هر دو آبدوست هستند. والین یک اسید آمینه آبگریز است. بنابراین، جایگزینی اسید گلوتامیک هیدروفیل با والین آبگریز به طور قابل توجهی خواص هموگلوبین را تغییر می دهد که در نهایت منجر به ایجاد کم خونی سلول داسی می شود، در حالی که جایگزینی گلوتامیک اسید هیدروفیل با لیزین هیدروفیل عملکرد هموگلوبین را به میزان کمتری تغییر می دهد - بیماران یک فرم خفیف ایجاد می کنند. از کم خونی در نتیجه جایگزینی پایه سوم، سه گانه جدید می تواند همان اسیدهای آمینه قبلی را رمزگذاری کند. به عنوان مثال، اگر اوراسیل در سه گانه CAC با سیتوزین جایگزین شود و یک سه گانه CAC ظاهر شود، عملاً هیچ تغییر فنوتیپی در انسان مشاهده نخواهد شد. این قابل درک است، زیرا هر دو سه قلو برای یک اسید آمینه - هیستیدین کد می کنند.

در خاتمه، شایسته است تاکید کنیم که انحطاط کد ژنتیکی و انحطاط پایه سوم از دیدگاه بیولوژیکی کلی، مکانیسم‌های محافظتی هستند که در تکامل در ساختار منحصر به فرد DNA و RNA ذاتی هستند.

V. عدم ابهام

هر سه قلو (به جز موارد بی معنی) تنها یک اسید آمینه را رمزگذاری می کند. بنابراین، در جهت کدون - اسید آمینه، کد ژنتیکی بدون ابهام است، در جهت اسید آمینه - کدون مبهم است (منحط).

بدون ابهام

کدون اسید آمینه

منحط

و در این صورت نیاز به عدم ابهام در کد ژنتیکی بدیهی است. در گزینه ای دیگر، هنگام ترجمه کدون یکسان، اسیدهای آمینه متفاوتی به زنجیره پروتئین وارد می شود و در نتیجه پروتئین هایی با ساختارهای اولیه متفاوت و عملکردهای متفاوت تشکیل می شود. متابولیسم سلولی به حالت "یک ژن - چند پلی پپتید" تغییر می کند. واضح است که در چنین شرایطی عملکرد تنظیمی ژن ها به کلی از بین می رود.

g. قطبیت

خواندن اطلاعات از DNA و mRNA فقط در یک جهت انجام می شود. قطبیت برای تعریف ساختارهای مرتبه بالاتر (ثانویه، ثالث و غیره) مهم است. قبلاً در مورد اینکه چگونه ساختارهای مرتبه پایین ساختارهای مرتبه بالاتر را تعیین می کنند صحبت کردیم. ساختار سوم و ساختارهای درجه بالاتر در پروتئین ها به محض خروج زنجیره RNA سنتز شده از مولکول DNA یا زنجیره پلی پپتیدی از ریبوزوم تشکیل می شود. در حالی که انتهای آزاد یک RNA یا پلی پپتید ساختار سومی پیدا می کند، انتهای دیگر زنجیره همچنان بر روی DNA (اگر RNA رونویسی شود) یا یک ریبوزوم (اگر پلی پپتید رونویسی شود) سنتز می شود.

بنابراین، فرآیند یک طرفه خواندن اطلاعات (در طول سنتز RNA و پروتئین) نه تنها برای تعیین توالی نوکلئوتیدها یا اسیدهای آمینه در ماده سنتز شده، بلکه برای تعیین دقیق ثانویه، سوم و غیره ضروری است. سازه های.

د- عدم همپوشانی.

کد ممکن است همپوشانی یا غیر همپوشانی داشته باشد. اکثر موجودات دارای کد غیر همپوشانی هستند. کدهای همپوشانی در برخی از فاژها یافت می شود.

ماهیت یک کد غیر همپوشانی این است که یک نوکلئوتید یک کدون نمی تواند به طور همزمان نوکلئوتید کدون دیگر باشد. اگر کد با هم تداخل دارند، توالی هفت نوکلئوتید (GCUGCUG) می تواند نه دو اسید آمینه (آلانین-آلانین) (شکل 33، A) را مانند یک کد غیر همپوشانی، بلکه سه (در صورت وجود) رمزگذاری کند. یک نوکلئوتید مشترک) (شکل 33، B) یا پنج (اگر دو نوکلئوتید مشترک هستند) (شکل 33، C را ببینید). در دو مورد آخر، جهش هر نوکلئوتید منجر به نقض توالی دو، سه و غیره می شود. آمینو اسید.

با این حال، ثابت شده است که جهش یک نوکلئوتید همیشه گنجاندن یک اسید آمینه در یک پلی پپتید را مختل می کند. این یک استدلال مهم است که کد با هم تداخل ندارند.

اجازه دهید این را در شکل 34 توضیح دهیم. خطوط پررنگ سه قلوها را نشان می دهد که اسیدهای آمینه را در مورد کدهای غیر همپوشانی و همپوشانی رمزگذاری می کنند. آزمایش ها به وضوح نشان داده اند که کد ژنتیکی همپوشانی ندارد. بدون پرداختن به جزئیات آزمایش، توجه می کنیم که اگر نوکلئوتید سوم را در دنباله نوکلئوتیدها جایگزین کنید (شکل 34 را ببینید)U (با علامت ستاره) به چیز دیگری:

1. با یک کد غیر همپوشانی، پروتئین کنترل شده توسط این دنباله جایگزین یک (اول) اسید آمینه (که با ستاره مشخص شده است) خواهد بود.

2. با یک کد همپوشانی در گزینه A، یک جایگزینی در دو اسید آمینه (اول و دوم) (که با ستاره مشخص شده اند) رخ می دهد. در گزینه B، جایگزینی بر سه آمینو اسید (که با ستاره مشخص شده اند) تأثیر می گذارد.

با این حال، آزمایش‌های متعدد نشان داده‌اند که وقتی یک نوکلئوتید در DNA مختل می‌شود، اختلال در پروتئین همیشه تنها بر یک اسید آمینه تأثیر می‌گذارد که برای یک کد غیر همپوشانی معمول است.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU GCU

*** *** *** *** *** ***

آلنین - آلنین آلا - سیس - لی آلا - لی - لی - آلا - لی

A B C

کد غیر همپوشانی کد همپوشانی

برنج. 34. نموداری که وجود یک کد غیر همپوشانی را در ژنوم توضیح می دهد (توضیحات در متن).

عدم همپوشانی کد ژنتیکی با خاصیت دیگری مرتبط است - خواندن اطلاعات از یک نقطه خاص شروع می شود - سیگنال شروع. چنین سیگنال آغازینی در mRNA کدون است که متیونین AUG را کد می کند.

لازم به ذکر است که یک فرد هنوز تعداد کمی ژن دارد که از قاعده کلی منحرف شده و همپوشانی دارند.

ث. فشردگی.

هیچ نقطه گذاری بین کدون ها وجود ندارد. به عبارت دیگر، سه قلوها مثلاً با یک نوکلئوتید بی معنی از یکدیگر جدا نمی شوند. عدم وجود "علامت های نقطه گذاری" در کد ژنتیکی در آزمایشات ثابت شده است.

و تطبیق پذیری.

این رمز برای همه موجودات زنده روی زمین یکسان است. شواهد مستقیم از جهانی بودن کد ژنتیکی با مقایسه توالی های DNA با توالی های پروتئینی مربوطه به دست آمد. مشخص شد که همه ژنوم‌های باکتری و یوکاریوتی از مجموعه‌های یکسانی از مقادیر کد استفاده می‌کنند. استثنا وجود دارد، اما تعداد زیادی نیست.

اولین استثناها برای جهانی بودن کد ژنتیکی در میتوکندری برخی از گونه های جانوری یافت شد. این مربوط به کدون پایان‌دهنده UGA است که همان کدون UGG را می‌خواند و اسید آمینه تریپتوفان را رمزگذاری می‌کند. سایر انحرافات نادرتر از جهانی بودن نیز یافت شد.

سیستم کد DNA

کد ژنتیکی DNA از 64 نوکلئوتید سه گانه تشکیل شده است. این سه قلوها کدون نامیده می شوند. هر کدون یکی از 20 اسید آمینه مورد استفاده در سنتز پروتئین را کد می کند. این مقداری افزونگی در کد ایجاد می کند: اکثر اسیدهای آمینه با بیش از یک کدون کدگذاری می شوند.
یک کدون دو عملکرد مرتبط را انجام می دهد: شروع ترجمه را نشان می دهد و گنجاندن اسید آمینه متیونین (Met) در زنجیره پلی پپتیدی در حال رشد را رمزگذاری می کند. سیستم کدگذاری DNA به گونه ای طراحی شده است که کد ژنتیکی می تواند به صورت کدون RNA یا کدون DNA بیان شود. کدون های RNA در RNA (mRNA) یافت می شوند و این کدون ها قادر به خواندن اطلاعات در طول سنتز پلی پپتیدها هستند (فرآیندی به نام ترجمه). اما هر مولکول mRNA یک توالی نوکلئوتیدی را در رونویسی از ژن مربوطه به دست می آورد.

همه اسیدهای آمینه به جز دو (Met و Trp) می توانند توسط 2 تا 6 کدون مختلف رمزگذاری شوند. با این حال، ژنوم اکثر ارگانیسم ها نشان می دهد که کدون های خاصی نسبت به بقیه ارجحیت دارند. به عنوان مثال، در انسان، آلانین توسط GCC چهار برابر بیشتر از GCG رمزگذاری می شود. این احتمالاً نشان دهنده کارایی ترجمه بیشتر دستگاه ترجمه (به عنوان مثال، ریبوزوم) برای برخی از کدون ها است.

کد ژنتیکی تقریباً جهانی است. همان کدون ها به همان بخش آمینواسیدها اختصاص داده می شوند و سیگنال های شروع و توقف یکسان در حیوانات، گیاهان و میکروارگانیسم ها بسیار یکسان است. با این حال، برخی استثناها یافت شده است. بیشتر شامل اختصاص یک یا دو کدون از سه کدون توقف به یک اسید آمینه است.

آنها به صورت زنجیره ای در یک ردیف قرار می گیرند و در نتیجه توالی هایی از حروف ژنتیکی تولید می کنند.

کد ژنتیکی

پروتئین های تقریباً همه موجودات زنده تنها از 20 نوع اسید آمینه ساخته شده اند. این اسیدهای آمینه را متعارف می نامند. هر پروتئین یک زنجیره یا چندین زنجیره از اسیدهای آمینه است که در یک توالی کاملاً مشخص به هم متصل شده اند. این توالی ساختار پروتئین و در نتیجه تمام خواص بیولوژیکی آن را تعیین می کند.

CUU (Leu/L) لوسین
CUC (Leu/L) لوسین
CUA (Leu/L) لوسین
CUG (Leu/L) لوسین

در برخی از پروتئین ها، اسیدهای آمینه غیر استاندارد، مانند سلنوسیستئین و پیرولیزین، بسته به توالی موجود در mRNA توسط یک ریبوزوم که کدون توقف را می خواند، وارد می شود. سلنوسیستئین در حال حاضر بیست و یکمین و پیرولیزین بیست و دومین آمینو اسیدها هستند که پروتئین ها را می سازند.

با وجود این استثناها، همه موجودات زنده دارای کدهای ژنتیکی مشترکی هستند: یک کدون از سه نوکلئوتید تشکیل شده است که دو نوکلئوتید اول تعیین کننده هستند؛ کدون ها توسط tRNA و ریبوزوم ها به دنباله اسید آمینه ترجمه می شوند.

تاریخچه ایده ها در مورد کد ژنتیکی

با این حال، در اوایل دهه 60 قرن بیستم، داده های جدید ناسازگاری فرضیه "کد بدون کاما" را نشان داد. سپس آزمایش‌ها نشان داد که کدون‌هایی که توسط کریک بی‌معنی در نظر گرفته می‌شوند، می‌توانند سنتز پروتئین را در شرایط آزمایشگاهی تحریک کنند و تا سال 1965 معنای تمام 64 سه قلو مشخص شد. معلوم شد که برخی از کدون ها به سادگی اضافی هستند، یعنی یک سری کامل از اسیدهای آمینه توسط دو، چهار یا حتی شش سه قلو کدگذاری می شوند.

همچنین ببینید

یادداشت

1. کد ژنتیکی از درج هدفمند دو اسید آمینه توسط یک کدون پشتیبانی می کند. Turanov AA، Lobanov AV، Fomenko DE، Morrison HG، Sogin ML، Klobutcher LA، Hatfield DL، Gladyshev VN. علوم پایه. 2009 ژانویه 9; 323 (5911): 259-61.
2. کدون AUG متیونین را کد می کند، اما در عین حال به عنوان کدون شروع عمل می کند - ترجمه معمولاً با اولین کدون AUG mRNA آغاز می شود.
3. NCBI: "کدهای ژنتیکی"، گردآوری شده توسط آندری (آنجی) الزانوفسکی و جیم اوستل
4. جوکس تی، اوساوا اس، کد ژنتیکی در میتوکندری و کلروپلاست، تجربه. 1990 دسامبر 1؛ 46 (11-12): 1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (مارس 1992). شواهد اخیر برای تکامل کد ژنتیکی. میکروبیول. کشیش 56 (1): 229-64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). "آرایش آمینو اسیدها در پروتئین ها." Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251.
7. M. Ichasکد بیولوژیکی - جهان، 1971.
8. WATSON JD، CRICK FH. (آوریل 1953). ساختار مولکولی اسیدهای نوکلئیک. ساختاری برای اسید نوکلئیک دئوکسی ریبوز." طبیعت 171 : 737-738. PMID 13054692.
9. WATSON JD، CRICK FH. (مه 1953). "پیامدهای ژنتیکی ساختار اسید دئوکسی ریبونوکلئیک." طبیعت 171 : 964-967. PMID 13063483.
10. کریک اف اچ. (آوریل 1966). "کد ژنتیکی - دیروز، امروز و فردا." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (فوریه 1954). "رابطه احتمالی بین دئوکسی ریبونوکلئیک اسید و ساختارهای پروتئین." طبیعت 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID 13882203.
12. GAMOW G، RICH A، YCAS M. (1956). مشکل انتقال اطلاعات از اسیدهای نوکلئیک به پروتئین ها. Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508.
13. Gamow G, Ycas M. (1955). همبستگی آماری ترکیب پروتئین و اسید ریبونوکلئیک. " Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789.
14. Crick FH، Griffith JS، Orgel LE. (1957). «کدهای بدون کاما. " Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. هیز بی (1998). "اختراع کد ژنتیکی." (تجدید چاپ PDF). دانشمند آمریکایی 86 : 8-14.

ادبیات

• Azimov A. کد ژنتیکی. از نظریه تکامل تا رمزگشایی DNA. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 pp. - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratner V. A. کد ژنتیکی به عنوان یک سیستم - مجله آموزشی سوروس، 2000، 6، شماره 3، صص 17-22.
• کریک اف اچ، بارنت ال، برنر اس، واتس توبین آر جی. طبیعت عمومی کد ژنتیکی پروتئین ها - Nature، 1961 (192)، pp. 1227-32

پیوندها

• کد ژنتیکی- مقاله از دایره المعارف بزرگ شوروی

بنیاد ویکی مدیا 2010.

کد ژنتیکی روشی برای رمزگذاری توالی اسیدهای آمینه در یک مولکول پروتئین با استفاده از توالی نوکلئوتیدها در یک مولکول اسید نوکلئیک است. خواص کد ژنتیکی از ویژگی های این کدگذاری ناشی می شود.

هر اسید آمینه پروتئین با سه نوکلئوتید اسید نوکلئیک متوالی مطابقت دارد - سه قلو، یا کدون. هر نوکلئوتید می تواند حاوی یکی از چهار باز نیتروژن باشد. در RNA اینها آدنین (A)، اوراسیل (U)، گوانین (G)، سیتوزین (C) هستند. با ترکیب بازهای نیتروژن دار (در این مورد، نوکلئوتیدهای حاوی آنها) به روش های مختلف، می توانید سه قلوهای مختلف زیادی بدست آورید: AAA، GAU، UCC، GCA، AUC و غیره. تعداد کل ترکیبات ممکن 64، یعنی 43 است.

پروتئین موجودات زنده حاوی حدود 20 اسید آمینه است. اگر طبیعت "برنامه ریزی" می کرد که هر اسید آمینه را نه با سه، بلکه با دو نوکلئوتید رمزگذاری کند، تنوع این جفت ها کافی نخواهد بود، زیرا تنها 16 مورد از آنها وجود دارد، یعنی. 42.

بدین ترتیب، ویژگی اصلی کد ژنتیکی سه گانه بودن آن است. هر اسید آمینه توسط یک سه قلو نوکلئوتید کدگذاری می شود.

از آنجایی که سه قلوهای مختلف به طور قابل توجهی نسبت به اسیدهای آمینه مورد استفاده در مولکول های بیولوژیکی وجود دارد، ویژگی زیر در طبیعت زنده محقق شده است: افزونگیکد ژنتیکی. بسیاری از اسیدهای آمینه نه با یک کدون، بلکه توسط چندین کدون شروع به کدگذاری کردند. به عنوان مثال، اسید آمینه گلیسین توسط چهار کدون مختلف رمزگذاری می شود: GGU، GGC، GGA، GGG. افزونگی نیز نامیده می شود انحطاط.

مطابقت بین اسیدهای آمینه و کدون ها در جداول نشان داده شده است. مثلاً اینها:

در رابطه با نوکلئوتیدها، کد ژنتیکی دارای ویژگی زیر است: عدم ابهام(یا اختصاصی): هر کدون فقط مربوط به یک اسید آمینه است. به عنوان مثال، کدون GGU فقط می تواند گلیسین و هیچ اسید آمینه دیگری را کد کند.

از نو. افزونگی به این معنی است که چندین سه قلو می توانند یک اسید آمینه را کد کنند. ویژگی - هر کدون خاص می تواند تنها برای یک اسید آمینه کد کند.

هیچ علامت نگارشی خاصی در کد ژنتیکی وجود ندارد (به جز کدون های توقف که نشان دهنده پایان سنتز پلی پپتید هستند). عملکرد علائم نگارشی توسط خود سه قلوها انجام می شود - پایان یکی به این معنی است که دیگری شروع می شود. این به دو خاصیت کد ژنتیکی زیر اشاره دارد: تداومو غیر همپوشانی. تداوم به خواندن سه قلوها بلافاصله پس از هم اشاره دارد. عدم همپوشانی به این معنی است که هر نوکلئوتید می تواند تنها بخشی از یک سه گانه باشد. بنابراین اولین نوکلئوتید سه گانه بعدی همیشه بعد از نوکلئوتید سوم سه گانه قبلی می آید. یک کدون نمی تواند با نوکلئوتید دوم یا سوم کدون قبلی شروع شود. به عبارت دیگر، کد با هم همپوشانی ندارد.

کد ژنتیکی این خاصیت را دارد تطبیق پذیری. برای همه موجودات روی زمین یکسان است که نشان دهنده وحدت منشأ حیات است. در این مورد استثناهای بسیار نادری وجود دارد. به عنوان مثال، برخی از سه قلوها در میتوکندری ها و کلروپلاست ها اسیدهای آمینه ای غیر از اسیدهای آمینه معمول خود را رمزگذاری می کنند. این ممکن است نشان دهد که در سپیده دم زندگی تغییرات کمی متفاوت از کد ژنتیکی وجود داشته است.

در نهایت، کد ژنتیکی دارد ایمنی سر و صدا، که نتیجه خاصیت آن به عنوان افزونگی است. جهش‌های نقطه‌ای که گاهی در DNA رخ می‌دهند، معمولاً منجر به جایگزینی یک باز نیتروژنی با پایه دیگر می‌شوند. این سه قلو را تغییر می دهد. به عنوان مثال، AAA بود، اما پس از جهش به AAG تبدیل شد. با این حال، چنین تغییراتی همیشه منجر به تغییر اسید آمینه در پلی پپتید سنتز شده نمی شود، زیرا هر دو سه قلو، به دلیل خاصیت افزونگی کد ژنتیکی، می توانند با یک اسید آمینه مطابقت داشته باشند. با توجه به اینکه جهش ها اغلب مضر هستند، خاصیت ایمنی در برابر صدا مفید است.

کد ژنتیکی یا بیولوژیکی یکی از ویژگی های جهانی طبیعت زنده است که وحدت منشأ آن را ثابت می کند. کد ژنتیکیروشی برای رمزگذاری توالی اسیدهای آمینه یک پلی پپتید با استفاده از دنباله ای از نوکلئوتیدهای اسید نوکلئیک (RNA پیام رسان یا بخش DNA مکملی است که mRNA روی آن سنتز می شود).

تعاریف دیگری نیز وجود دارد.

کد ژنتیکی- این مطابقت هر اسید آمینه (بخشی از پروتئین های زنده) با یک توالی خاص از سه نوکلئوتید است. کد ژنتیکیرابطه بین بازهای اسید نوکلئیک و اسیدهای آمینه پروتئینی است.

در ادبیات علمی، کد ژنتیکی به معنای توالی نوکلئوتیدها در DNA یک موجود نیست که فردیت آن را تعیین می کند.

این نادرست است که فرض کنیم یک موجود یا گونه دارای یک رمز و دیگری دارای کد دیگری است. کد ژنتیکی نحوه کدگذاری اسیدهای آمینه توسط نوکلئوتیدها است (یعنی اصل، مکانیسم). برای همه موجودات زنده و برای همه موجودات یکسان است.

بنابراین، گفتن مثلاً «کد ژنتیکی یک فرد» یا «کد ژنتیکی یک موجود زنده» که اغلب در ادبیات و فیلم‌های شبه علمی استفاده می‌شود، نادرست است.

در این موارد معمولاً منظور ژنوم یک فرد، یک موجود زنده و غیره است.

تنوع موجودات زنده و ویژگی های فعالیت زندگی آنها در درجه اول به دلیل تنوع پروتئین ها است.

ساختار خاص یک پروتئین با ترتیب و کمیت اسیدهای آمینه مختلفی که ترکیب آن را تشکیل می دهند تعیین می شود. توالی اسید آمینه پپتید با استفاده از یک کد بیولوژیکی در DNA رمزگذاری می شود. از نقطه نظر تنوع مجموعه مونومرها، DNA یک مولکول اولیه تر از یک پپتید است. DNA از تناوب های مختلف فقط چهار نوکلئوتید تشکیل شده است. این مدت طولانی است که محققان را از در نظر گرفتن DNA به عنوان ماده وراثت باز داشته است.

چگونه آمینو اسیدها توسط نوکلئوتیدها کدگذاری می شوند؟

1) اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) پلیمرهایی هستند که از نوکلئوتیدها تشکیل شده اند.

هر نوکلئوتید می تواند شامل یکی از چهار باز نیتروژن باشد: آدنین (A, en: A)، گوانین (G, G)، سیتوزین (C, en: C)، تیمین (T, en: T). در مورد RNA، تیمین با اوراسیل (U, U) جایگزین می شود.

هنگام در نظر گرفتن کد ژنتیکی، فقط پایه های نیتروژنی در نظر گرفته می شود.

سپس زنجیره DNA را می توان به عنوان توالی خطی آنها نشان داد. مثلا:

بخش mRNA مکمل این کد به صورت زیر خواهد بود:

2) پروتئین ها (پلی پپتیدها) پلیمرهایی هستند که از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند.

در موجودات زنده، از 20 اسید آمینه برای ساختن پلی پپتیدها استفاده می شود (چند اسید آمینه دیگر بسیار نادر هستند). برای تعیین آنها، می توانید از یک حرف نیز استفاده کنید (اگرچه اغلب آنها از سه استفاده می کنند - مخفف نام اسید آمینه).

اسیدهای آمینه موجود در یک پلی پپتید نیز به صورت خطی توسط یک پیوند پپتیدی به هم متصل می شوند. برای مثال، فرض کنید بخشی از پروتئین با دنباله اسیدهای آمینه زیر وجود دارد (هر آمینو اسید با یک حرف مشخص می شود):

3) اگر وظیفه رمزگذاری هر اسید آمینه با استفاده از نوکلئوتیدها باشد، آنگاه به نحوه رمزگذاری 20 حرف با استفاده از 4 حرف می رسد.

این کار را می توان با تطبیق حروف یک الفبای 20 حرفی با کلماتی که از چند حرف یک الفبای 4 حرفی تشکیل شده اند انجام داد.

اگر یک اسید آمینه توسط یک نوکلئوتید رمزگذاری شود، تنها چهار اسید آمینه را می توان رمزگذاری کرد.

اگر هر اسید آمینه با دو نوکلئوتید متوالی در زنجیره RNA همراه باشد، می توان شانزده اسید آمینه را رمزگذاری کرد.

در واقع، اگر چهار حرف (A، U، G، C) وجود داشته باشد، تعداد ترکیب‌های جفت مختلف آنها 16 خواهد بود: (AU، UA)، (AG، GA)، (AC، CA)، (UG، GU)، (UC، CU)، (GC، CG)، (AA، UU، GG، CC).

[براکت ها برای سهولت درک استفاده می شوند.] این بدان معنی است که تنها 16 اسید آمینه مختلف را می توان با چنین رمزی (یک کلمه دو حرفی) رمزگذاری کرد: هر کدام کلمه خاص خود را دارند (دو نوکلئوتید متوالی).

از ریاضیات، فرمول تعیین تعداد ترکیب ها به این صورت است: ab = n.

در اینجا n تعداد ترکیب های مختلف است، a تعداد حروف الفبا (یا پایه سیستم اعداد)، b تعداد حروف در کلمه (یا ارقام در عدد) است. اگر الفبای 4 حرفی و کلمات متشکل از دو حرف را در این فرمول جایگزین کنیم، 42 = 16 به دست می آید.

اگر از سه نوکلئوتید متوالی به عنوان کلمه رمز برای هر اسید آمینه استفاده شود، می توان 43 = 64 اسید آمینه مختلف را رمزگذاری کرد، زیرا می توان 64 ترکیب مختلف از چهار حرف در گروه های سه تایی (به عنوان مثال AUG، GAA، CAU) ایجاد کرد. ، GGU و غیره).

د.). این در حال حاضر بیش از حد کافی برای رمزگذاری 20 اسید آمینه است.

دقیقا کد سه حرفی مورد استفاده در کد ژنتیکی. سه نوکلئوتید متوالی که یک اسید آمینه را کد می کنند نامیده می شوند سه قلو(یا کدون).

هر اسید آمینه با یک سه گانه خاص از نوکلئوتیدها مرتبط است.

علاوه بر این، از آنجایی که ترکیب سه قلوها بر تعداد اسیدهای آمینه بیش از حد همپوشانی دارند، بسیاری از اسیدهای آمینه توسط چندین سه قلو کدگذاری می شوند.

سه سه قلو برای هیچ یک از اسیدهای آمینه (UAA، UAG، UGA) کد نمی کنند.

آنها پایان پخش را نشان می دهند و فراخوانی می شوند کدون ها را متوقف کنید(یا کدون های مزخرف).

سه گانه AUG نه تنها آمینو اسید متیونین را رمزگذاری می کند، بلکه ترجمه را نیز آغاز می کند (نقش یک کدون شروع را بازی می کند).

در زیر جداول مربوط به آمینواسیدها با سه قلوهای نوکلئوئیتیدی آمده است.

با استفاده از جدول اول، تعیین اسید آمینه مربوطه از یک سه گانه داده شده راحت است. برای دوم - برای یک اسید آمینه معین، سه قلوهای مربوط به آن.

بیایید نمونه ای از اجرای کد ژنتیکی را در نظر بگیریم. اجازه دهید mRNA با محتوای زیر وجود داشته باشد:

بیایید توالی نوکلئوتیدی را به سه تایی تقسیم کنیم:

اجازه دهید هر سه گانه را با اسید آمینه پلی پپتیدی که کدگذاری می کند مرتبط کنیم:

متیونین - اسید آسپارتیک - سرین - ترئونین - تریپتوفان - لوسین - لوسین - لیزین - آسپاراژین - گلوتامین

آخرین سه گانه یک کدون توقف است.

خواص کد ژنتیکی

خواص کد ژنتیکی عمدتاً نتیجه روش رمزگذاری اسیدهای آمینه است.

اولین و بارز خاصیت این است سه گانه.

به این واقعیت اشاره دارد که واحد کد دنباله ای از سه نوکلئوتید است.

ویژگی مهم کد ژنتیکی آن است غیر همپوشانی. نوکلئوتید موجود در یک سه گانه را نمی توان در دیگری گنجاند.

یعنی دنباله AGUGAA را فقط می توان به صورت AGU-GAA خواند، اما نه، برای مثال، مانند این: AGU-GUG-GAA. یعنی اگر یک جفت GU در یک سه گانه گنجانده شود، نمی تواند از قبل جزء دیگری باشد.

زیر عدم ابهامکد ژنتیکی درک می کند که هر سه قلو فقط مربوط به یک اسید آمینه است.

به عنوان مثال، سه گانه AGU برای اسید آمینه سرین کد می کند و هیچ چیز دیگری.

کد ژنتیکی

این سه گانه به طور منحصر به فرد تنها با یک اسید آمینه مطابقت دارد.

از طرف دیگر، چندین سه قلو می توانند با یک اسید آمینه مطابقت داشته باشند. به عنوان مثال، همان سرین، علاوه بر AGU، با کدون AGC مطابقت دارد. این خاصیت نامیده می شود انحطاطکد ژنتیکی.

انحطاط اجازه می دهد تا بسیاری از جهش ها بی ضرر باقی بمانند، زیرا اغلب جایگزین کردن یک نوکلئوتید در DNA منجر به تغییر در ارزش سه گانه نمی شود. اگر به جدول تناظر اسیدهای آمینه با سه قلو دقت کنید، می بینید که اگر یک اسید آمینه توسط چندین سه قلو رمزگذاری شده باشد، آنها اغلب در آخرین نوکلئوتید متفاوت هستند، یعنی می تواند هر چیزی باشد.

برخی دیگر از ویژگی های کد ژنتیکی نیز ذکر شده است (تداوم، ایمنی نویز، جهانی بودن و غیره).

تاب آوری به عنوان سازگاری گیاهان با شرایط زندگی. واکنش های اساسی گیاهان به عمل عوامل نامطلوب.

مقاومت گیاه توانایی مقاومت در برابر اثرات عوامل محیطی شدید (خشکی خاک و هوا) است.

منحصر به فرد بودن کد ژنتیکی در این واقعیت آشکار می شود که

این ویژگی در طول فرآیند تکامل ایجاد شد و از نظر ژنتیکی ثابت شد. در مناطق با شرایط نامساعد، اشکال زینتی پایدار و ارقام محلی گیاهان کشت شده مقاوم به خشکی شکل گرفته است. سطح خاصی از مقاومت ذاتی در گیاهان تنها تحت تأثیر عوامل محیطی شدید آشکار می شود.

در نتیجه شروع چنین عاملی، مرحله تحریک شروع می شود - انحراف شدید از هنجار تعدادی از پارامترهای فیزیولوژیکی و بازگشت سریع آنها به حالت عادی. سپس تغییر در سرعت متابولیسم و ​​آسیب به ساختارهای داخل سلولی وجود دارد. در همان زمان، تمام مواد مصنوعی سرکوب می شوند، تمام هیدرولیتیک ها فعال می شوند و انرژی کلی بدن کاهش می یابد. اگر اثر عامل از مقدار آستانه تجاوز نکند، مرحله انطباق آغاز می شود.

یک گیاه سازگار کمتر به مواجهه مکرر یا افزایشی با یک عامل شدید واکنش نشان می دهد. در سطح ارگانیسمی، تعامل بین اندام ها به مکانیسم های سازگاری اضافه می شود. تضعیف حرکت جریان آب، ترکیبات معدنی و آلی از طریق گیاه، رقابت بین اندام ها را تشدید می کند و رشد آنها متوقف می شود.

زیست پایداری در گیاهان تعریف شده است. حداکثر مقدار عامل افراطی که در آن گیاهان هنوز بذرهای زنده را تشکیل می دهند. پایداری زراعی با درجه کاهش عملکرد تعیین می شود. گیاهان با مقاومت آنها در برابر یک نوع خاص از عوامل شدید مشخص می شوند - زمستان گذرانی، مقاوم در برابر گاز، مقاوم در برابر نمک، مقاوم در برابر خشکسالی.

نوع کرم های گرد، بر خلاف کرم های مسطح، دارای یک حفره اولیه بدن هستند - یک اسکیزوکول، که به دلیل تخریب پارانشیم که شکاف های بین دیواره بدن و اندام های داخلی را پر می کند - تشکیل می شود - عملکرد آن حمل و نقل است.

هموستاز را حفظ می کند. شکل بدن به قطر گرد است. پوسته پوسته شده است. ماهیچه ها با لایه ای از عضلات طولی نشان داده می شوند. روده از طریق و از 3 بخش قدامی، میانی و خلفی تشکیل شده است. دهانه دهان در سطح شکمی انتهای قدامی بدن قرار دارد. حلق دارای یک لومن مثلثی مشخص است. سیستم دفع توسط پروتونفریدیا یا غدد پوستی خاص - غدد زیر پوستی نشان داده می شود. بیشتر گونه ها دوپایه هستند و تنها از طریق جنسی تولید مثل می کنند.

توسعه مستقیم است، کمتر با دگردیسی. آنها ترکیب سلولی ثابتی از بدن دارند و توانایی بازسازی ندارند. روده قدامی از حفره دهان، حلق و مری تشکیل شده است.

آنها بخش میانی یا خلفی ندارند. سیستم دفع از 1-2 سلول غول پیکر هیپودرم تشکیل شده است. کانال های دفعی طولی در برجستگی های جانبی هیپودرم قرار دارند.

ویژگی های کد ژنتیکی شواهد کد سه گانه. رمزگشایی کدون ها کدون ها را متوقف کنید. مفهوم سرکوب ژنتیکی.

این ایده که یک ژن اطلاعات را در ساختار اولیه یک پروتئین رمزگذاری می کند توسط F مشخص شد.

کریک در فرضیه توالی خود، که بر اساس آن توالی عناصر ژن، توالی باقی مانده اسیدهای آمینه را در زنجیره پلی پپتیدی تعیین می کند. اعتبار فرضیه توالی با هم خطی بودن ساختارهای ژن و پلی پپتیدی که آن را رمزگذاری می کند، اثبات می شود. مهم ترین پیشرفت در سال 1953 توجه به این بود. که کد به احتمال زیاد سه گانه است.

; جفت بازهای DNA: A-T، T-A، G-C، C-G - تنها در صورتی می توانند 4 اسید آمینه را رمزگذاری کنند که هر جفت با یک اسید آمینه مطابقت داشته باشد. همانطور که می دانید پروتئین ها حاوی 20 اسید آمینه اساسی هستند. اگر فرض کنیم که هر اسید آمینه 2 جفت باز دارد، می توان 16 اسید آمینه (4*4) را رمزگذاری کرد - این دوباره کافی نیست.

اگر کد سه گانه باشد، می توان 64 کدون (4*4*4) از 4 جفت باز ساخت که برای رمزگذاری 20 اسید آمینه کافی است. کریک و همکارانش فرض کردند که کد سه گانه است؛ هیچ "کاما" بین کدون ها، یعنی علامت های جداکننده وجود ندارد. کد درون یک ژن از یک نقطه ثابت در یک جهت خوانده می شود. در تابستان 1961، Kirenberg و Mattei رمزگشایی اولین کدون را گزارش کردند و روشی را برای ایجاد ترکیب کدون ها در یک سیستم سنتز پروتئین بدون سلول پیشنهاد کردند.

بنابراین، کدون فنیل آلانین به عنوان UUU در mRNA رونویسی شد. علاوه بر این، در نتیجه به کارگیری روش هایی که کورانا، نیرنبرگ و لدر در سال 1965 توسعه دادند.

یک فرهنگ لغت کد به شکل مدرن آن گردآوری شد. بنابراین، وقوع جهش در فاژهای T4 ناشی از از دست دادن یا افزودن بازها، گواه ماهیت سه گانه کد بود (ویژگی 1). این حذف‌ها و اضافات، که منجر به تغییر فریم هنگام "خواندن" کد می‌شد، تنها با بازگرداندن صحت کد حذف شدند؛ این امر از ظهور جهش‌یافته‌ها جلوگیری کرد. این آزمایشات همچنین نشان داد که سه قلوها همپوشانی ندارند، یعنی هر پایه می تواند تنها به یک سه قلو تعلق داشته باشد (خاصیت 2).

اکثر اسیدهای آمینه چندین کدون دارند. کدی که در آن تعداد اسیدهای آمینه کمتر از تعداد کدون ها باشد، دژنراته نامیده می شود (خاصیت 3)، یعنی.

ه) یک اسید آمینه معین را می توان توسط بیش از یک سه گانه کدگذاری کرد. علاوه بر این، سه کدون اصلاً هیچ اسید آمینه ای را رمزگذاری نمی کنند ("کدون های بی معنی") و به عنوان "سیگنال توقف" عمل می کنند. کدون توقف نقطه پایانی یک واحد عملکردی DNA، سیسترون است. کدون های استاپ در همه گونه ها یکسان هستند و به صورت UAA، UAG، UGA نشان داده می شوند. ویژگی قابل توجه کد جهانی بودن آن است (خاصیت 4).

در همه موجودات زنده، سه قلوهای یکسان برای اسیدهای آمینه یکسان کد می کنند.

وجود سه نوع پایان دهنده کدون جهش یافته و سرکوب آنها در E. coli و مخمر نشان داده شده است. کشف ژن‌های سرکوبگر که آلل‌های مزخرف ژن‌های مختلف را «تفسیر» می‌کنند، نشان می‌دهد که ترجمه کد ژنتیکی می‌تواند تغییر کند.

جهش های موثر بر آنتی کدون tRNA ها ویژگی کدون آنها را تغییر می دهد و امکان سرکوب جهش ها را در سطح ترجمه ایجاد می کند. سرکوب در سطح ترجمه می تواند به دلیل جهش در ژن های کد کننده پروتئین های ریبوزومی خاص رخ دهد. در نتیجه این جهش‌ها، ریبوزوم برای مثال در خواندن کدون‌های بی معنی اشتباه می‌کند و آنها را با استفاده از برخی tRNA‌های غیر جهش‌یافته «تفسیر» می‌کند. همراه با سرکوب ژنوتیپی که در سطح ترجمه عمل می کند، سرکوب فنوتیپی آلل های بی معنی نیز امکان پذیر است: هنگامی که دما کاهش می یابد، زمانی که سلول ها در معرض آنتی بیوتیک های آمینوگلیکوزید قرار می گیرند که به ریبوزوم ها متصل می شوند، به عنوان مثال استرپتومایسین.

22. تولید مثل گیاهان عالی: رویشی و غیرجنسی. هاگ زایی، ساختار هاگ، برابر و هتروسپور تولید مثل به عنوان یک ویژگی ماده زنده، یعنی توانایی یک فرد برای ایجاد نوع خود، در مراحل اولیه تکامل وجود داشته است.

انواع تولید مثل را می توان به 2 نوع تقسیم کرد: غیرجنسی و جنسی. خود تولید مثل غیرجنسی بدون مشارکت سلول های زاینده و با کمک سلول های تخصصی - هاگ ها انجام می شود. آنها در اندام های تولید مثل غیرجنسی - اسپورانژیا در نتیجه تقسیم میتوزی تشکیل می شوند.

در طول جوانه زنی، هاگ یک فرد جدید شبیه به مادر تولید مثل می کند، به استثنای هاگ گیاهان دانه ای که در آن هاگ عملکرد تولید مثل و پراکندگی را از دست داده است. هاگ ها همچنین می توانند با تقسیم کاهشی، با ریختن هاگ های تک سلولی به بیرون تشکیل شوند.

تکثیر گیاهان با استفاده از رویشی (بخشی از شاخساره، برگ، ریشه) یا تقسیم جلبک های تک سلولی به نصف، رویشی (پیاز، قلمه) نامیده می شود.

تولید مثل جنسی توسط سلول های جنسی ویژه - گامت ها انجام می شود.

گامت ها در نتیجه میوز تشکیل می شوند، ماده و نر وجود دارد. در نتیجه همجوشی آنها، یک زیگوت ظاهر می شود که متعاقباً یک ارگانیسم جدید از آن ایجاد می شود.

گیاهان در انواع گامت ها متفاوت هستند. در برخی از موجودات تک سلولی در زمان های معینی به عنوان گامت عمل می کند. ارگانیسم های جنس های مختلف (گیم ها) با هم ادغام می شوند - این فرآیند جنسی نامیده می شود هولوگامیااگر گامت های نر و ماده از نظر ریخت شناسی شبیه و متحرک باشند، اینها ایزوگامت هستند.

و روند جنسی - ایزوگام. اگر گامت‌های ماده تا حدودی بزرگ‌تر و کم‌تحرک‌تر از گامت‌های نر باشند، آن‌ها هتروگامت هستند و این فرآیند هتروگامی است. اوگامی - گامت های ماده بسیار بزرگ و بی حرکت هستند، گامت های نر کوچک و متحرک هستند.

12345678910بعدی ⇒

کد ژنتیکی - مطابقت بین سه قلوهای DNA و اسیدهای آمینه پروتئین

نیاز به رمزگذاری ساختار پروتئین ها در توالی خطی نوکلئوتیدهای mRNA و DNA با این واقعیت دیکته می شود که در طول ترجمه:

• هیچ تناسبی بین تعداد مونومرها در ماتریس mRNA و محصول - پروتئین سنتز شده وجود ندارد.
• هیچ شباهتی ساختاری بین مونومرهای RNA و پروتئین وجود ندارد.

این امر برهمکنش مکمل بین ماتریس و محصول را حذف می کند - اصلی که توسط آن ساخت مولکول های DNA و RNA جدید در طول همانندسازی و رونویسی انجام می شود.

از اینجا مشخص می شود که باید یک "فرهنگ لغت" وجود داشته باشد که به فرد امکان می دهد بفهمد کدام توالی از نوکلئوتیدهای mRNA گنجاندن اسیدهای آمینه در پروتئین را در یک توالی مشخص تضمین می کند. این "فرهنگ لغت" کد ژنتیکی، بیولوژیکی، نوکلئوتیدی یا اسید آمینه نامیده می شود. این به شما امکان می دهد اسیدهای آمینه ای را که پروتئین ها را می سازند با استفاده از یک توالی خاص از نوکلئوتیدها در DNA و mRNA رمزگذاری کنید. با خواص خاصی مشخص می شود.

سه گانه.یکی از سوالات اصلی در تعیین خواص کد، سوال تعداد نوکلئوتیدها بود که باید گنجاندن یک اسید آمینه در پروتئین را مشخص کند.

مشخص شد که عناصر کد کننده در رمزگذاری یک توالی اسید آمینه در واقع سه قلو نوکلئوتید هستند یا سه قلو،که نامگذاری شدند "کدون ها".

معنی کدون ها.

ممکن است مشخص شود که از 64 کدون، گنجاندن اسیدهای آمینه در زنجیره پلی پپتیدی سنتز شده 61 سه قلو را رمزگذاری می کند و 3 مورد باقیمانده - UAA، UAG، UGA - گنجاندن اسیدهای آمینه در پروتئین را رمزگذاری نمی کنند و در ابتدا بودند. کدون های بی معنی یا بی معنی نامیده می شوند. با این حال، بعداً نشان داده شد که این سه‌قلوها نشان‌دهنده تکمیل ترجمه هستند و بنابراین به آنها کدون پایان یا توقف نامیده می‌شوند.

کدون های mRNA و سه تایی نوکلئوتید در رشته کد کننده DNA با جهت از انتهای 5 به 3' دارای توالی یکسانی از بازهای نیتروژنی هستند، با این تفاوت که در DNA به جای اوراسیل (U)، مشخصه mRNA، وجود دارد. تیمین (T) است.

اختصاصی.

هر کدون تنها مربوط به یک اسید آمینه خاص است. از این نظر، کد ژنتیکی کاملاً بدون ابهام است.

جدول 4-3.

عدم ابهام یکی از ویژگی های کد ژنتیکی است که در این واقعیت آشکار می شود که ...

اجزای اصلی سیستم سنتز پروتئین

یادداشت: elF( عوامل شروع یوکاریوتی) - عوامل شروع؛ eEF ( عوامل افزایش طول یوکاریوتی) - عوامل افزایش طول; eRF ( عوامل آزاد کننده یوکاریوتی) عوامل خاتمه هستند.

انحطاط. 61 سه قلو در mRNA و DNA وجود دارد که هر کدام شامل یکی از 20 اسید آمینه در پروتئین است.

از این نتیجه می شود که در مولکول های اطلاعاتی گنجاندن همان اسید آمینه در یک پروتئین توسط چندین کدون تعیین می شود. این خاصیت کد بیولوژیکی انحطاط نامیده می شود.

در انسان، تنها 2 آمینو اسید با یک کدون رمزگذاری می شوند - Met و Tri، در حالی که Leu، Ser و Apr - با شش کدون، و Ala، Val، Gly، Pro، Tre - با چهار کدون (جدول)

افزونگی توالی های کدگذاری با ارزش ترین ویژگی یک کد است، زیرا پایداری جریان اطلاعات را در برابر اثرات نامطلوب محیط خارجی و داخلی افزایش می دهد. هنگام تعیین ماهیت اسید آمینه ای که باید در پروتئین گنجانده شود، نوکلئوتید سوم در کدون به اندازه دو مورد اول مهم نیست. همانطور که از جدول مشخص است. 4-4، برای بسیاری از اسیدهای آمینه، جایگزینی یک نوکلئوتید در موقعیت سوم کدون تأثیری بر معنای آن ندارد.

خطی بودن ثبت اطلاعات.

در طول ترجمه، کدون‌های mRNA از یک نقطه شروع ثابت به صورت متوالی خوانده می‌شوند و با هم همپوشانی ندارند. رکورد اطلاعات حاوی سیگنال هایی نیست که پایان یک کدون و شروع کدون بعدی را نشان دهد. کدون AUG کدون آغازین است و هم در ابتدا و هم در قسمت های دیگر mRNA به عنوان Met خوانده می شود. سه قلوهای زیر آن به صورت متوالی و بدون هیچ شکافی خوانده می شوند تا زمانی که کدون توقف که در آن سنتز زنجیره پلی پپتیدی تکمیل می شود.

تطبیق پذیری.

تا همین اواخر، اعتقاد بر این بود که کد کاملاً جهانی است، یعنی. معنی کلمات رمز برای همه موجودات مورد مطالعه یکسان است: ویروس ها، باکتری ها، گیاهان، دوزیستان، پستانداران، از جمله انسان.

با این حال، بعداً یک استثنا مشخص شد؛ معلوم شد که mRNA میتوکندری حاوی 4 سه قلو است که معنای متفاوتی نسبت به mRNA با منشاء هسته ای دارند. بنابراین، در mRNA میتوکندری، UGA سه گانه Tri، AUA Met را کد می کند و ACA و AGG به عنوان کدون های توقف اضافی خوانده می شوند.

هم خطی بودن ژن و محصول.

در پروکاریوت ها، مطابقت خطی بین توالی کدون یک ژن و توالی اسید آمینه در محصول پروتئینی یافت شده است، یا به قول خودشان، بین ژن و محصول یک خطی وجود دارد.

جدول 4-4.

کد ژنتیکی

یادداشت: U - اوراسیل؛ ج - سیتوزین؛ الف - آدنین؛ G - گوانین؛ *-کدون پایانی.

در یوکاریوت ها، توالی های باز در یک ژن که با توالی اسید آمینه موجود در پروتئین خطی هستند توسط نیترون ها قطع می شوند.

بنابراین، در سلول‌های یوکاریوتی، توالی اسید آمینه یک پروتئین با توالی اگزون‌های یک ژن یا mRNA بالغ پس از حذف اینترون‌ها پس از رونویسی خطی است.

کد ژنتیکی که کد اسید آمینه نیز نامیده می شود، سیستمی برای ثبت اطلاعات در مورد توالی اسیدهای آمینه در یک پروتئین با استفاده از توالی باقی مانده های نوکلئوتیدی در DNA است که حاوی یکی از 4 باز نیتروژنی است: آدنین (A)، گوانین (G). سیتوزین (C) و تیمین (T). با این حال، از آنجایی که مارپیچ DNA دو رشته ای به طور مستقیم در سنتز پروتئینی که توسط یکی از این رشته ها (به عنوان مثال، RNA) رمزگذاری شده است، درگیر نیست، کد به زبان RNA نوشته شده است که در عوض حاوی اوراسیل (U) است. از تیمین به همین دلیل، مرسوم است که بگوییم یک کد دنباله ای از نوکلئوتیدها است، نه جفت نوکلئوتیدها.

کد ژنتیکی با کلمات رمز خاصی به نام کدون نشان داده می شود.

اولین کلمه رمز توسط Nirenberg و Mattei در سال 1961 رمزگشایی شد. آنها عصاره ای از E. coli حاوی ریبوزوم و سایر عوامل لازم برای سنتز پروتئین به دست آوردند. نتیجه یک سیستم بدون سلول برای سنتز پروتئین بود که در صورت اضافه شدن mRNA لازم به محیط، می توانست پروتئین ها را از اسیدهای آمینه جمع کند. با افزودن RNA مصنوعی متشکل از اوراسیل به محیط، آنها دریافتند که پروتئینی تشکیل شده است که فقط از فنیل آلانین (پلی فنیل آلانین) تشکیل شده است. بنابراین، مشخص شد که سه گانه نوکلئوتید UUU (کدون) مربوط به فنیل آلانین است. در طی 5-6 سال آینده، تمام کدون های کد ژنتیکی تعیین شد.

کد ژنتیکی نوعی فرهنگ لغت است که متن نوشته شده با چهار نوکلئوتید را به متن پروتئینی که با 20 اسید آمینه نوشته شده است، ترجمه می کند. اسیدهای آمینه باقیمانده موجود در پروتئین، تغییراتی در یکی از 20 اسید آمینه است.

خواص کد ژنتیکی

کد ژنتیکی دارای ویژگی های زیر است.

1. سه گانه- هر اسید آمینه مربوط به سه نوکلئوتید است. به راحتی می توان محاسبه کرد که 4 3 = 64 کدون وجود دارد. از این تعداد، 61 مورد معنایی و 3 مورد مزخرف هستند (خاتمه، کدون های توقف).
2. تداوم(بدون علائم جداکننده بین نوکلئوتیدها) - عدم وجود علائم نقطه گذاری درون ژنی.

   در یک ژن، هر نوکلئوتید بخشی از یک کدون مهم است. در سال 1961 سیمور بنزر و فرانسیس کریک به طور تجربی ماهیت سه گانه کد و پیوستگی آن (فشرده بودن) را اثبات کردند. [نمایش]

   

   ماهیت آزمایش: جهش "+" - درج یک نوکلئوتید. جهش "-" - از دست دادن یک نوکلئوتید.

   یک جهش واحد ("+" یا "-") در ابتدای یک ژن یا یک جهش دوگانه ("+" یا "-") کل ژن را خراب می کند.

   یک جهش سه گانه ("+" یا "-") در ابتدای یک ژن تنها بخشی از ژن را خراب می کند.

   یک جهش چهارگانه "+" یا "-" دوباره کل ژن را خراب می کند.

   آزمایش بر روی دو ژن فاژ مجاور انجام شد و نشان داد که

   1. کد سه گانه است و هیچ نقطه گذاری در داخل ژن وجود ندارد
   2. بین ژن ها علائم نگارشی وجود دارد
3. وجود علائم نگارشی بین ژنی- وجود سه قلو از کدون های آغازگر (آنها بیوسنتز پروتئین را آغاز می کنند) و کدون های پایان دهنده (که نشان دهنده پایان بیوسنتز پروتئین است).

   به طور معمول، کدون AUG، اولین پس از دنباله رهبر، نیز متعلق به علائم نگارشی است. این به عنوان یک حرف بزرگ عمل می کند. در این موقعیت فرمیل متیونین (در پروکاریوت ها) را کد می کند.

   در انتهای هر ژنی که یک پلی پپتید را کد می کند، حداقل یکی از 3 کدون توقف یا سیگنال توقف وجود دارد: UAA، UAG، UGA. پخش را قطع می کنند.

4. هم خطی- مطابقت توالی خطی کدون های mRNA و اسیدهای آمینه در پروتئین.
5. اختصاصی- هر اسید آمینه فقط مربوط به کدون های خاصی است که نمی توانند برای اسید آمینه دیگری استفاده شوند.
6. یک طرفه بودن- کدون ها در یک جهت خوانده می شوند - از اولین نوکلئوتید تا نوکلئوتیدهای بعدی
7. انحطاط یا افزونگی، - یک اسید آمینه را می توان توسط چندین سه قلو رمزگذاری کرد (اسیدهای آمینه - 20، سه قلوهای ممکن - 64، 61 از آنها معنایی هستند، یعنی به طور متوسط، هر اسید آمینه با حدود 3 کدون مطابقت دارد). استثناها متیونین (Met) و تریپتوفان (Trp) هستند.

   دلیل انحطاط کد این است که بار معنایی اصلی توسط دو نوکلئوتید اول در سه گانه حمل می شود و سومی چندان مهم نیست. از اینجا قانون انحطاط کد : اگر دو کدون دو نوکلئوتید اول یکسان داشته باشند و نوکلئوتید سوم آنها به یک کلاس (پورین یا پیریمیدین) تعلق داشته باشد، در این صورت همان اسید آمینه را کد می کنند.

   با این حال، دو استثنا برای این قانون ایده آل وجود دارد. این کدون AUA است که نه با ایزولوسین، بلکه با متیونین و کدون UGA که یک کدون توقف است، در حالی که باید با تریپتوفان مطابقت داشته باشد. بدیهی است که انحطاط کد دارای اهمیت تطبیقی ​​است.

8. تطبیق پذیری- تمام ویژگی های فوق کد ژنتیکی مشخصه همه موجودات زنده است.

   کدون	کد جهانی	کدهای میتوکندریایی
   		مهره داران	بی مهرگان	مخمر	گیاهان
   U.G.A.	متوقف کردن	Trp	Trp	Trp	متوقف کردن
   AUA	ایل	ملاقات کرد	ملاقات کرد	ملاقات کرد	ایل
   CUA	لیو	لیو	لیو	Thr	لیو
   A.G.A.	ارگ	متوقف کردن	سر	ارگ	ارگ
   AGG	ارگ	متوقف کردن	سر	ارگ	ارگ

   اخیراً، اصل جهانی بودن کد در ارتباط با کشف کد ایده‌آل میتوکندری انسان توسط برل در سال 1979، که در آن قاعده انحطاط کد رعایت می‌شود، متزلزل شده است. در کد میتوکندری، کدون UGA مطابق با تریپتوفان و AUA با متیونین است، همانطور که توسط قانون انحطاط کد لازم است.

   شاید در ابتدای تکامل، همه موجودات ساده رمزی مشابه میتوکندری داشتند و سپس دچار انحرافات جزئی شدند.

9. غیر همپوشانی- هر یک از سه قلوهای متن ژنتیکی مستقل از یکدیگر هستند، یک نوکلئوتید تنها در یک سه گانه گنجانده شده است. در شکل تفاوت بین کدهای همپوشانی و غیر همپوشانی را نشان می دهد.

   در سال 1976 DNA فاژ φX174 توالی یابی شد. دارای DNA دایره ای تک رشته ای متشکل از 5375 نوکلئوتید است. فاژ به عنوان کد کننده 9 پروتئین شناخته شده بود. برای 6 مورد از آنها، ژن هایی که یکی پس از دیگری قرار داشتند شناسایی شدند.

   معلوم شد که همپوشانی وجود دارد. ژن E به طور کامل در ژن D قرار دارد. کدون شروع آن در نتیجه تغییر قاب یک نوکلئوتید ظاهر می شود. ژن J از جایی شروع می شود که ژن D به پایان می رسد. کدون شروع ژن J در نتیجه یک جابجایی دو نوکلئوتیدی با کدون توقف ژن D همپوشانی دارد. این ساختار توسط تعدادی نوکلئوتید "تغییر قاب خواندن" نامیده می شود نه مضرب سه. تا به امروز، همپوشانی تنها برای چند فاژ نشان داده شده است.

10. ایمنی سر و صدا- نسبت تعداد تعویض های محافظه کارانه به تعداد تعویض های رادیکال.

    جهش های جایگزین نوکلئوتیدی که منجر به تغییر در کلاس اسید آمینه کدگذاری شده نمی شوند محافظه کار نامیده می شوند. جهش های جایگزین نوکلئوتیدی که منجر به تغییر در کلاس اسید آمینه کدگذاری شده می شوند رادیکال می گویند.

    از آنجایی که اسید آمینه یکسان می تواند توسط سه قلوهای مختلف رمزگذاری شود، برخی از جانشینی ها در سه قلوها منجر به تغییر در اسید آمینه کدگذاری شده نمی شود (به عنوان مثال، UUU -> UUC فنیل آلانین را برگ می کند). برخی از جایگزینی ها یک آمینو اسید را از همان کلاس به دیگری تغییر می دهند (غیر قطبی، قطبی، بازی، اسیدی)، جانشینی های دیگر نیز کلاس اسید آمینه را تغییر می دهند.

    در هر سه گانه، 9 تعویض تکی می توان انجام داد، یعنی. سه راه برای انتخاب موقعیت برای تغییر وجود دارد (1 یا 2 یا 3)، و حرف انتخاب شده (نوکلئوتید) را می توان به 4-1=3 حرف دیگر (نوکلئوتید) تغییر داد. تعداد کل جایگزینی های نوکلئوتیدی 61 در 9 = 549 است.

    با محاسبه مستقیم با استفاده از جدول کد ژنتیکی، می توانید این موارد را تأیید کنید: 23 جایگزینی نوکلئوتیدی منجر به ظهور کدون ها - پایان دهنده های ترجمه می شود. 134 جایگزینی اسید آمینه کدگذاری شده را تغییر نمی دهد. 230 جایگزینی کلاس اسید آمینه کدگذاری شده را تغییر نمی دهد. 162 جایگزینی منجر به تغییر در کلاس اسید آمینه می شود، به عنوان مثال. رادیکال هستند. از 183 جایگزینی نوکلئوتید 3، 7 مورد منجر به ظهور پایان دهنده های ترجمه می شود و 176 مورد محافظه کار هستند. از 183 جایگزینی نوکلئوتید 1، 9 مورد منجر به ظهور پایان دهنده ها، 114 مورد محافظه کارانه و 60 مورد رادیکال هستند. از 183 جایگزینی نوکلئوتید 2، 7 مورد منجر به ظهور پایان دهنده ها، 74 مورد محافظه کار، 102 رادیکال هستند.