Kāpēc ģenētiskais kods ir universāls? Olbaltumvielu un nukleīnskābju biosintēze

Organisma vielmaiņas procesā vadošā loma pieder pie olbaltumvielām un nukleīnskābēm.
Olbaltumvielas veido visu dzīvībai svarīgo šūnu struktūru pamatu, tām ir neparasti augsta reaktivitāte un tās ir apveltītas ar katalītiskām funkcijām.
Nukleīnskābes ir daļa no svarīgākā šūnas orgāna - kodola, kā arī citoplazmas, ribosomas, mitohondriji utt. Nukleīnskābēm ir svarīga, primāra loma iedzimtībā, ķermeņa mainīgumā un olbaltumvielu sintēzē.

Plāns sintēze proteīns tiek uzglabāts šūnas kodolā, un tiešā sintēze notiek ārpus kodola, tāpēc tas ir nepieciešams piegādes serviss kodēti plāns no kodola līdz sintēzes vietai. Šo piegādes pakalpojumu veic RNS molekulas.

Process sākas plkst kodols šūnas: daļa no DNS “kāpnēm” atritinās un atveras. Pateicoties tam, RNS burti veido saites ar vienas DNS virknes atvērtajiem DNS burtiem. Enzīms pārnes RNS burtus, lai tos savienotu virknē. Tādā veidā DNS burti tiek “pārrakstīti” RNS burtos. Jaunizveidotā RNS ķēde tiek atdalīta, un DNS “kāpnes” atkal griežas. Tiek saukts informācijas nolasīšanas no DNS un tās sintezēšanas process, izmantojot tās RNS matricu transkripcija , un sintezēto RNS sauc par vēstnesi vai mRNS .

Pēc turpmākām modifikācijām šāda veida kodētā mRNS ir gatava. mRNS iznāk no kodola un dodas uz olbaltumvielu sintēzes vietu, kur tiek atšifrēti mRNS burti. Katrs trīs i-RNS burtu komplekts veido “burtu”, kas apzīmē vienu noteiktu aminoskābi.

Cita veida RNS atrod šo aminoskābi, uztver to ar fermenta palīdzību un nogādā proteīnu sintēzes vietā. Šo RNS sauc par pārneses RNS vai t-RNS. Kad mRNS ziņojums tiek lasīts un tulkots, aminoskābju ķēde aug. Šī ķēde griežas un salokās unikālā formā, radot viena veida proteīnu. Pat olbaltumvielu locīšanas process ir ievērojams: ir nepieciešams dators, lai visu aprēķinātu iespējas vidēja izmēra olbaltumvielas, kas sastāv no 100 aminoskābēm, salocīšana prasītu 1027 (!) gadus. Un tas aizņem ne vairāk kā vienu sekundi, lai organismā izveidotu 20 aminoskābju ķēdi, un šis process notiek nepārtraukti visās ķermeņa šūnās.

Gēni, ģenētiskais kods un tā īpašības.

Uz Zemes dzīvo apmēram 7 miljardi cilvēku. Ja neskaita 25-30 miljonus identisku dvīņu pāru, ģenētiski visi cilvēki ir atšķirīgi : katrs ir unikāls, tam ir unikālas iedzimtas īpašības, rakstura iezīmes, spējas un temperaments.

Šīs atšķirības ir izskaidrotas genotipu atšķirības- organisma gēnu kopas; Katrs no tiem ir unikāls. Konkrēta organisma ģenētiskās īpašības ir iemiesotas olbaltumvielās - tāpēc viena cilvēka proteīna struktūra, kaut arī ļoti nedaudz, atšķiras no citas personas proteīna.

Tas nenozīmē ka diviem cilvēkiem nav pilnīgi vienādu olbaltumvielu. Olbaltumvielas, kas veic vienas un tās pašas funkcijas, var būt vienādas vai tikai nedaudz atšķirties viena no otras par vienu vai divām aminoskābēm. Bet neeksistē uz Zemes no cilvēkiem (izņemot identiskos dvīņus), kuriem būtu visas olbaltumvielas ir vienādi .

Olbaltumvielu primārās struktūras informācija kodē kā nukleotīdu secību DNS molekulas sadaļā, gēns – organisma iedzimtības informācijas vienība. Katra DNS molekula satur daudz gēnu. To veido visu organisma gēnu kopums genotips . Tādējādi

Gēns ir organisma iedzimtības informācijas vienība, kas atbilst atsevišķai DNS sadaļai

Iedzimtas informācijas kodēšana notiek, izmantojot ģenētiskais kods , kas ir universāls visiem organismiem un atšķiras tikai ar nukleotīdu miju, kas veido gēnus un kodē konkrētu organismu proteīnus.

Ģenētiskais kods sastāv no DNS nukleotīdu tripletiem (tripletiem), kas apvienoti dažādās sekvencēs (AAT, HCA, ACG, THC u.c.), no kurām katra kodē noteiktu aminoskābi (kas tiks iebūvēta polipeptīdu ķēdē).

Patiesībā kodu skaitās nukleotīdu secība mRNS molekulā , jo tas noņem informāciju no DNS (process transkripcijas ) un pārvērš to aminoskābju secībā sintezēto olbaltumvielu molekulās (process raidījumi ).
MRNS sastāvā ietilpst nukleotīdi A-C-G-U, kuru tripletus sauc kodoni : tripleta DNS CGT uz i-RNS kļūs par tripletu GCA, un tripleta DNS AAG kļūs par tripletu UUC. Tieši tā mRNS kodoni ģenētiskais kods ir atspoguļots ierakstā.

Tādējādi ģenētiskais kods - vienota sistēma iedzimtas informācijas ierakstīšanai nukleīnskābju molekulās nukleotīdu secības veidā . Ģenētiskais kods ir balstīts uz alfabēta izmantošanu, kas sastāv tikai no četriem burtiem-nukleotīdiem, kas atšķiras ar slāpekļa bāzēm: A, T, G, C.

Ģenētiskā koda pamatīpašības:

1. Ģenētiskais kods trijnieks. Triplets (kodons) ir trīs nukleotīdu secība, kas kodē vienu aminoskābi. Tā kā olbaltumvielas satur 20 aminoskābes, ir skaidrs, ka katru no tām nevar kodēt viens nukleotīds ( Tā kā DNS ir tikai četru veidu nukleotīdi, šajā gadījumā 16 aminoskābes paliek nekodētas). Ar diviem nukleotīdiem arī nepietiek, lai kodētu aminoskābes, jo šajā gadījumā var kodēt tikai 16 aminoskābes. Tas nozīmē, ka mazākajam nukleotīdu skaitam, kas kodē vienu aminoskābi, jābūt vismaz trim. Šajā gadījumā iespējamo nukleotīdu tripletu skaits ir 43 = 64.

2. Atlaišana (deģenerācija) Kods ir tā tripleta rakstura sekas un nozīmē, ka vienu aminoskābi var kodēt vairāki tripleti (jo ir 20 aminoskābes un 64 tripleti), izņemot metionīnu un triptofānu, kurus kodē tikai viens triplets. Turklāt daži tripleti veic specifiskas funkcijas: mRNS molekulā tripleti UAA, UAG, UGA ir stopkodoni, t.i. stop-signāli, kas aptur polipeptīdu ķēdes sintēzi. Metionīnam atbilstošais triplets (AUG), kas atrodas DNS ķēdes sākumā, nekodē aminoskābi, bet pilda lasīšanas ierosināšanas (aizraušanas) funkciju.

3. Nepārprotamība kods - vienlaikus ar atlaišanu kodam ir īpašums nepārprotamība : katrs kodons atbilst tikai viens noteikta aminoskābe.

4. Kolinearitāte kods, t.i. nukleotīdu secība gēnā tieši tā atbilst aminoskābju secībai proteīnā.

5. Ģenētiskais kods nepārklājas un kompakts , t.i. nesatur “pieturzīmes”. Tas nozīmē, ka lasīšanas process nepieļauj kolonnu (tripletu) pārklāšanās iespēju, un, sākot no noteikta kodona, lasīšana notiek nepārtraukti, triplets pēc tripleta, līdz stop- signāli ( stopkodoni).

6. Ģenētiskais kods universāls , t.i., visu organismu kodolgēni vienādi kodē informāciju par olbaltumvielām neatkarīgi no šo organismu organizācijas līmeņa un sistemātiskā stāvokļa.

Pastāv ģenētisko kodu tabulas atšifrēšanai kodoni mRNS un olbaltumvielu molekulu ķēžu veidošana.

Matricas sintēzes reakcijas.

Nedzīvajā dabā nezināmas reakcijas notiek dzīvās sistēmās - matricas sintēzes reakcijas.

Termins "matrica" tehnoloģijā tie apzīmē veidni, ko izmanto monētu, medaļu un tipogrāfisko fontu liešanai: rūdītais metāls precīzi atveido visas liešanai izmantotās veidnes detaļas. Matricas sintēze atgādina liešanu uz matricas: jaunas molekulas tiek sintezētas precīzi saskaņā ar plānu, kas noteikts esošo molekulu struktūrā.

Matricas princips slēpjas pašā pamatā svarīgākās šūnas sintētiskās reakcijas, piemēram, nukleīnskābju un olbaltumvielu sintēze. Šīs reakcijas nodrošina precīzu, stingri noteiktu monomēra vienību secību sintezētajos polimēros.

Šeit notiek virziena darbība. monomēru vilkšana uz noteiktu vietušūnās - molekulās, kas kalpo kā matrica, kur notiek reakcija. Ja šādas reakcijas notiktu nejaušu molekulu sadursmju rezultātā, tās noritētu bezgalīgi lēni. Sarežģītu molekulu sintēze pēc šablona principa tiek veikta ātri un precīzi. Matricas loma nukleīnskābju makromolekulas spēlē matricas reakcijās DNS vai RNS .

Monomēru molekulas no kuriem tiek sintezēts polimērs - nukleotīdi vai aminoskābes - saskaņā ar komplementaritātes principu, atrodas un fiksēti uz matricas stingri noteiktā, noteiktā secībā.

Tad tas notiek monomēru vienību "šķērssaistīšana" polimēra ķēdē, un gatavais polimērs tiek izvadīts no matricas.

Pēc tam matrica ir gatava jaunas polimēra molekulas montāžai. Skaidrs, ka tāpat kā uz dotās veidnes var uzliet tikai vienu monētu vai vienu burtu, tā arī uz dotās matricas molekulas var “salikt” tikai vienu polimēru.

Matricas reakcijas veids- dzīvu sistēmu ķīmijas īpatnība. Tie ir pamatā visu dzīvo būtņu pamatīpašībai - tās spējai atražot savu veidu.

Veidņu sintēzes reakcijas

1. DNS replikācija - replikācija (no latīņu valodas replicatio - atjaunošana) - dezoksiribonukleīnskābes meitas molekulas sintēzes process uz sākotnējās DNS molekulas matricas. Turpmākās mātes šūnas dalīšanas laikā katra meitas šūna saņem vienu DNS molekulas kopiju, kas ir identiska sākotnējās mātes šūnas DNS. Šis process nodrošina, ka ģenētiskā informācija tiek precīzi nodota no paaudzes paaudzē. DNS replikāciju veic komplekss enzīmu komplekss, kas sastāv no 15-20 dažādiem proteīniem, ko sauc riebīgs . Sintēzes materiāls ir brīvie nukleotīdi, kas atrodas šūnu citoplazmā. Replikācijas bioloģiskā nozīme slēpjas precīzā iedzimtās informācijas pārnešanā no mātes molekulas uz meitas molekulām, kas parasti notiek somatisko šūnu dalīšanās laikā.

DNS molekula sastāv no divām komplementārām virknēm. Šīs ķēdes satur vājas ūdeņraža saites, kuras var saraut fermenti. DNS molekula spēj pašdublēt (replicēties), un uz katras vecās molekulas puses tiek sintezēta jauna puse.
Turklāt uz DNS molekulas var sintezēt mRNS molekulu, kas pēc tam no DNS saņemto informāciju pārnes uz proteīnu sintēzes vietu.

Informācijas nodošana un proteīnu sintēze notiek pēc matricas principa, kas pielīdzināms tipogrāfijas darbam tipogrāfijā. Informācija no DNS tiek kopēta daudzas reizes. Ja kopēšanas laikā rodas kļūdas, tās tiks atkārtotas visās nākamajās kopijās.

Tiesa, dažas kļūdas, kopējot informāciju ar DNS molekulu, var labot – kļūdu novēršanas process tiek saukts atlīdzību. Pirmā no reakcijām informācijas pārneses procesā ir DNS molekulas replikācija un jaunu DNS ķēžu sintēze.

2. Transkripcija (no latīņu valodas transcriptio - pārrakstīšana) - RNS sintēzes process, izmantojot DNS kā veidni, kas notiek visās dzīvajās šūnās. Citiem vārdiem sakot, tā ir ģenētiskās informācijas pārnešana no DNS uz RNS.

Transkripciju katalizē enzīma DNS atkarīgā RNS polimerāze. RNS polimerāze pārvietojas gar DNS molekulu virzienā 3" → 5". Transkripcija sastāv no posmiem uzsākšana, pagarināšana un izbeigšana . Transkripcijas vienība ir operons, DNS molekulas fragments, kas sastāv no veicinātājs, transkribētā daļa un terminators . mRNS sastāv no vienas ķēdes un tiek sintezēta uz DNS saskaņā ar komplementaritātes noteikumu, piedaloties fermentam, kas aktivizē mRNS molekulas sintēzes sākumu un beigas.

Gatavā mRNS molekula nonāk citoplazmā uz ribosomām, kur notiek polipeptīdu ķēžu sintēze.

3. Raidījums (no lat. tulkojums- pārnešana, kustība) - proteīnu sintēzes process no aminoskābēm uz informācijas (ziņneša) RNS (mRNS, mRNS) matricas, ko veic ribosoma. Citiem vārdiem sakot, tas ir process, kurā mRNS nukleotīdu secībā ietvertā informācija tiek pārvērsta polipeptīda aminoskābju secībā.

4. Reversā transkripcija ir divpavedienu DNS veidošanas process, pamatojoties uz informāciju no vienpavedienu RNS. Šo procesu sauc par reverso transkripciju, jo ģenētiskās informācijas pārsūtīšana notiek “apgrieztā” virzienā attiecībā pret transkripciju. Ideja par reverso transkripciju sākotnēji bija ļoti nepopulāra, jo tā bija pretrunā ar molekulārās bioloģijas centrālo dogmu, kas paredzēja, ka DNS tiek pārrakstīta RNS un pēc tam pārvērsta proteīnos.

Tomēr 1970. gadā Temins un Baltimora neatkarīgi atklāja fermentu, ko sauc reversā transkriptāze (revertāze) , un beidzot tika apstiprināta reversās transkripcijas iespēja. 1975. gadā Teminam un Baltimorai tika piešķirta Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā. Dažiem vīrusiem (piemēram, cilvēka imūndeficīta vīrusam, kas izraisa HIV infekciju) ir iespēja pārrakstīt RNS DNS. HIV ir RNS genoms, kas ir integrēts DNS. Tā rezultātā vīrusa DNS var apvienot ar saimniekšūnas genomu. Tiek saukts galvenais enzīms, kas atbild par DNS sintēzi no RNS otrādi. Viena no reversease funkcijām ir radīt komplementārā DNS (cDNS) no vīrusa genoma. Saistītais enzīms ribonukleāze šķeļ RNS, un reverseāze sintezē cDNS no DNS dubultās spirāles. cDNS ir integrēta saimniekšūnas genomā ar integrāzes palīdzību. Rezultāts ir vīrusa proteīnu sintēze saimniekšūnā, kas veido jaunus vīrusus. HIV gadījumā tiek ieprogrammēta arī T-limfocītu apoptoze (šūnu nāve). Citos gadījumos šūna var palikt vīrusu izplatītāja.

Matricas reakciju secību proteīnu biosintēzes laikā var attēlot diagrammas veidā.

Tādējādi olbaltumvielu biosintēze- tas ir viens no plastmasas apmaiņas veidiem, kura laikā DNS gēnos kodētā iedzimtā informācija tiek realizēta noteiktā aminoskābju secībā proteīnu molekulās.

Olbaltumvielu molekulas būtībā ir polipeptīdu ķēdes sastāv no atsevišķām aminoskābēm. Bet aminoskābes nav pietiekami aktīvas, lai apvienotos viena ar otru. Tāpēc, pirms tie apvienojas viens ar otru un veido proteīna molekulu, aminoskābēm ir jābūt aktivizēt . Šī aktivācija notiek īpašu enzīmu ietekmē.

Aktivizācijas rezultātā aminoskābe kļūst labilāka un viena un tā paša enzīma ietekmē saistās ar t- RNS. Katra aminoskābe atbilst stingri noteiktai t- RNS, kas atrod “savu” aminoskābi un pārskaitījumi tas nonāk ribosomā.

Līdz ar to dažādas aktivētās aminoskābes apvienojumā ar savām T- RNS. Ribosoma ir līdzīga konveijers salikt olbaltumvielu ķēdi no dažādām tai piegādātajām aminoskābēm.

Vienlaikus ar t-RNS, uz kuras “sēž” sava aminoskābe signāls"no DNS, kas atrodas kodolā. Saskaņā ar šo signālu ribosomā tiek sintezēts viens vai otrs proteīns.

DNS virzošā ietekme uz proteīnu sintēzi netiek veikta tieši, bet ar īpaša starpnieka palīdzību - matrica vai Messenger RNS (m-RNS vai mRNS), kas sintezēts kodolā e atrodas DNS ietekmē, tāpēc tā sastāvs atspoguļo DNS sastāvu. RNS molekula ir kā DNS formas lējums. Sintezētā mRNS nonāk ribosomā un it kā pārnes uz šo struktūru plāns- kādā secībā ribosomā nonākušās aktivētās aminoskābes jāapvieno savā starpā, lai varētu sintezēties konkrēts proteīns? Citādi, DNS kodētā ģenētiskā informācija tiek pārnesta uz mRNS un pēc tam uz olbaltumvielām.

MRNS molekula iekļūst ribosomā un šuves viņu. Tiek noteikts tā segments, kas pašlaik atrodas ribosomā kodons (triplets), mijiedarbojas pilnīgi specifiskā veidā ar tiem, kas tam ir strukturāli līdzīgi triplets (antikodons) pārneses RNS, kas ienesa aminoskābi ribosomā.

Transfer RNS ar tās aminoskābi sakrīt ar konkrētu mRNS kodonu un savieno ar viņu; uz nākamo, blakus esošo mRNS sadaļu tiek pievienota cita tRNS ar citu aminoskābi un tā tālāk, līdz tiek nolasīta visa i-RNS ķēde, līdz visas aminoskābes tiek reducētas atbilstošā secībā, veidojot proteīna molekulu. Un tRNS, kas piegādāja aminoskābi noteiktai polipeptīdu ķēdes daļai, atbrīvots no tās aminoskābes un iziet no ribosomas.

Tad atkal citoplazmā vajadzīgā aminoskābe var tai pievienoties un atkal pārnest uz ribosomu. Olbaltumvielu sintēzes procesā vienlaikus tiek iesaistīta nevis viena, bet vairākas ribosomas - poliribosomas.

Galvenie ģenētiskās informācijas nodošanas posmi:

1. DNS sintēze kā mRNS veidne (transkripcija)
2. Polipeptīdu ķēdes sintēze ribosomās pēc programmas, kas ietverta mRNS (tulkošana) .

Posmi ir universāli visām dzīvajām būtnēm, taču šo procesu laika un telpiskās attiecības atšķiras pro- un eikariotos.

U prokariots transkripcija un translācija var notikt vienlaicīgi, jo DNS atrodas citoplazmā. U eikarioti transkripcija un translācija ir stingri nodalītas telpā un laikā: kodolā notiek dažādu RNS sintēze, pēc kuras RNS molekulām jāiziet no kodola, izejot cauri kodola membrānai. Pēc tam RNS tiek transportētas citoplazmā uz olbaltumvielu sintēzes vietu.

Ģenētiskais kods ir sistēma iedzimtas informācijas ierakstīšanai nukleīnskābju molekulās, kuras pamatā ir noteikta nukleotīdu secību maiņa DNS vai RNS, veidojot kodonus, kas atbilst aminoskābēm proteīnā.

Ģenētiskā koda īpašības.

Ģenētiskajam kodam ir vairākas īpašības.

Trīskāršība.

Deģenerācija vai atlaišana.

Nepārprotamība.

Polaritāte.

Nepārklājas.

Kompaktums.

Daudzpusība.

Jāatzīmē, ka daži autori piedāvā arī citas koda īpašības, kas saistītas ar kodā iekļauto nukleotīdu ķīmiskajām īpašībām vai atsevišķu aminoskābju sastopamības biežumu ķermeņa olbaltumvielās utt. Tomēr šīs īpašības izriet no iepriekš minētajām īpašībām, tāpēc mēs tās apsvērsim.

A. Trīskāršība. Ģenētiskajam kodam, tāpat kā daudzām sarežģīti organizētām sistēmām, ir mazākā strukturālā un mazākā funkcionālā vienība. Triplets ir mazākā ģenētiskā koda struktūrvienība. Tas sastāv no trim nukleotīdiem. Kodons ir mazākā ģenētiskā koda funkcionālā vienība. Parasti mRNS tripletus sauc par kodoniem. Ģenētiskajā kodā kodons veic vairākas funkcijas. Pirmkārt, tā galvenā funkcija ir tā, ka tā kodē vienu aminoskābi. Otrkārt, kodons var nekodēt aminoskābi, bet šajā gadījumā tas veic citu funkciju (skatīt zemāk). Kā redzams no definīcijas, triplets ir jēdziens, kas raksturo elementārs struktūrvienībaģenētiskais kods (trīs nukleotīdi). Kodons – raksturo elementāra semantiskā vienība genoms - trīs nukleotīdi nosaka vienas aminoskābes piesaisti polipeptīdu ķēdei.

Elementārā struktūrvienība vispirms tika atšifrēta teorētiski, bet pēc tam eksperimentāli apstiprināta tās esamība. Patiešām, 20 aminoskābes nevar kodēt ar vienu vai diviem nukleotīdiem, jo pēdējo ir tikai 4. Trīs no četriem nukleotīdiem dod 4 3 = 64 variantus, kas vairāk nekā aptver dzīvos organismos pieejamo aminoskābju skaitu (skat. 1. tabulu).

Tabulā parādītajām 64 nukleotīdu kombinācijām ir divas pazīmes. Pirmkārt, no 64 tripleta variantiem tikai 61 ir kodoni un kodē jebkuru aminoskābi, tos sauc sajūtu kodoni. Trīs tripleti nekodē

aminoskābes a ir apturēšanas signāli, kas norāda uz tulkošanas beigām. Ir trīs šādi trīnīši - UAA, UAG, UGA, tos sauc arī par “bezjēdzīgiem” (muļķīgiem kodoniem). Mutācijas rezultātā, kas saistīta ar viena nukleotīda aizvietošanu tripletā ar citu, no sajūtu kodona var rasties nonsense kodons. Šāda veida mutācijas sauc muļķīga mutācija. Ja šāds stop signāls veidojas gēna iekšienē (tā informatīvajā daļā), tad proteīna sintēzes laikā šajā vietā process tiks nepārtraukti pārtraukts - tiks sintezēta tikai pirmā (pirms stop signāla) proteīna daļa. Personai ar šo patoloģiju būs olbaltumvielu trūkums un simptomi, kas saistīti ar šo trūkumu. Piemēram, šāda veida mutācija tika identificēta gēnā, kas kodē hemoglobīna beta ķēdi. Tiek sintezēta saīsināta neaktīvā hemoglobīna ķēde, kas ātri tiek iznīcināta. Tā rezultātā veidojas hemoglobīna molekula, kurā nav beta ķēdes. Ir skaidrs, ka šāda molekula, visticamāk, pilnībā nepildīs savus pienākumus. Notiek nopietna slimība, kas attīstās kā hemolītiskā anēmija (beta-nulles talasēmija, no grieķu vārda “Thalas” - Vidusjūra, kur šī slimība pirmo reizi tika atklāta).

Stopkodonu darbības mehānisms atšķiras no sajūtu kodonu darbības mehānisma. Tas izriet no fakta, ka visiem kodoniem, kas kodē aminoskābes, ir atrastas atbilstošas ​​tRNS. Bezjēdzīgajiem kodoniem tRNS netika atrastas. Līdz ar to tRNS nepiedalās olbaltumvielu sintēzes apturēšanas procesā.

KodonsAUG (dažreiz GUG baktērijās) ne tikai kodē aminoskābes metionīnu un valīnu, bet arī irapraides iniciators .

b. Deģenerācija vai atlaišana.

61 no 64 tripletiem kodē 20 aminoskābes. Šis trīskāršais tripletu skaita pārsniegums pār aminoskābju skaitu liecina, ka informācijas pārsūtīšanā var izmantot divas kodēšanas iespējas. Pirmkārt, ne visi 64 kodoni var būt iesaistīti 20 aminoskābju kodēšanā, bet tikai 20 un, otrkārt, aminoskābes var kodēt vairāki kodoni. Pētījumi liecina, ka daba izmantoja pēdējo iespēju.

Viņa izvēle ir acīmredzama. Ja no 64 variantu tripletiem tikai 20 būtu iesaistīti aminoskābju kodēšanā, tad 44 tripleti (no 64) paliktu nekodējoši, t.i. bezjēdzīgi (muļķīgi kodoni). Iepriekš mēs norādījām, cik bīstami šūnas dzīvībai ir kodējoša tripleta transformācija mutācijas rezultātā par absurdu kodonu - tas būtiski traucē RNS polimerāzes normālu darbību, galu galā izraisot slimību attīstību. Pašlaik trīs kodoni mūsu genomā ir muļķības, bet tagad iedomājieties, kas notiktu, ja bezjēdzīgo kodonu skaits palielinātos apmēram 15 reizes. Skaidrs, ka šādā situācijā normālu kodonu pāreja uz nonsense kodoniem būs neizmērojami lielāka.

Kodu, kurā vienu aminoskābi kodē vairāki tripleti, sauc par deģenerētu vai lieku. Gandrīz katrai aminoskābei ir vairāki kodoni. Tādējādi aminoskābi leicīnu var kodēt seši tripleti - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valīnu kodē četri tripleti, fenilalanīnu – divi un tikai triptofāns un metionīns ko kodē viens kodons. Tiek izsaukts īpašums, kas saistīts ar vienas un tās pašas informācijas ierakstīšanu ar dažādiem simboliem deģenerācija.

Vienai aminoskābei noteikto kodonu skaits labi korelē ar aminoskābes sastopamības biežumu olbaltumvielās.

Un tas, visticamāk, nav nejaušs. Jo augstāks ir aminoskābes sastopamības biežums olbaltumvielās, jo biežāk šīs aminoskābes kodons ir pārstāvēts genomā, jo lielāka ir iespējamība, ka to sabojās mutagēni faktori. Tāpēc ir skaidrs, ka mutētajam kodonam ir lielāka iespēja kodēt to pašu aminoskābi, ja tas ir ļoti deģenerēts. No šī viedokļa ģenētiskā koda deģenerācija ir mehānisms, kas aizsargā cilvēka genomu no bojājumiem.

Jāpiebilst, ka termins deģenerācija molekulārajā ģenētikā tiek lietots citā nozīmē. Tādējādi lielākā daļa informācijas kodonā ir ietverta pirmajos divos nukleotīdos; bāze kodona trešajā pozīcijā izrādās mazsvarīga. Šo parādību sauc par "trešās bāzes deģenerāciju". Pēdējā funkcija samazina mutāciju ietekmi. Piemēram, ir zināms, ka sarkano asins šūnu galvenā funkcija ir transportēt skābekli no plaušām uz audiem un oglekļa dioksīdu no audiem uz plaušām. Šo funkciju veic elpošanas pigments – hemoglobīns, kas aizpilda visu eritrocīta citoplazmu. Tas sastāv no proteīna daļas – globīna, ko kodē attiecīgais gēns. Papildus olbaltumvielām hemoglobīna molekulā ir hēms, kas satur dzelzi. Mutācijas globīna gēnos izraisa dažādu hemoglobīna variantu parādīšanos. Visbiežāk mutācijas ir saistītas ar viena nukleotīda aizstāšana ar citu un jauna kodona parādīšanās gēnā, kas var kodēt jaunu aminoskābi hemoglobīna polipeptīdu ķēdē. Tripletā mutācijas rezultātā var aizstāt jebkuru nukleotīdu - pirmo, otro vai trešo. Ir zināmi vairāki simti mutāciju, kas ietekmē globīna gēnu integritāti. Netālu 400 no kuriem ir saistīti ar atsevišķu nukleotīdu aizstāšanu gēnā un atbilstošo aminoskābju aizstāšanu polipeptīdā. Tikai no šiem 100 aizstāšana izraisa hemoglobīna nestabilitāti un dažādas slimības no vieglas līdz ļoti smagai. 300 (apmēram 64%) aizvietošanas mutācijas neietekmē hemoglobīna funkciju un neizraisa patoloģiju. Viens no iemesliem ir iepriekš minētā “trešās bāzes deģenerācija”, kad trešā nukleotīda aizstāšana tripletā, kas kodē serīnu, leicīnu, prolīnu, arginīnu un dažas citas aminoskābes, noved pie sinonīma kodona parādīšanās. kas kodē to pašu aminoskābi. Šāda mutācija fenotipiski neizpaudīsies. Turpretim jebkura pirmā vai otrā nukleotīda aizstāšana tripletā 100% gadījumu noved pie jauna hemoglobīna varianta parādīšanās. Bet pat šajā gadījumā var nebūt smagu fenotipisku traucējumu. Iemesls tam ir hemoglobīna aminoskābes aizstāšana ar citu, kas ir līdzīga pirmajai pēc fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Piemēram, ja aminoskābi ar hidrofilām īpašībām aizstāj ar citu aminoskābi, bet ar tādām pašām īpašībām.

Hemoglobīns sastāv no hēma dzelzs porfirīna grupas (tam ir piesaistītas skābekļa un oglekļa dioksīda molekulas) un proteīna - globīna. Pieaugušo hemoglobīns (HbA) satur divus identiskus - ķēdes un divas - ķēdes. Molekula - ķēde satur 141 aminoskābes atlikumu, - ķēde - 146, - Un -ķēdes atšķiras ar daudziem aminoskābju atlikumiem. Katras globīna ķēdes aminoskābju secību kodē savs gēns. Gēnu kodēšana - ķēde atrodas 16. hromosomas īsajā plecā, -gēns - 11. hromosomas īsajā rokā. Aizstāšana gēnu kodējumā -pirmā vai otrā nukleotīda hemoglobīna ķēde gandrīz vienmēr izraisa jaunu aminoskābju parādīšanos proteīnā, hemoglobīna funkciju traucējumus un nopietnas sekas pacientam. Piemēram, aizstājot “C” vienā no tripletiem CAU (histidīns) ar “Y”, parādīsies jauns triplets UAU, kas kodē citu aminoskābi - tirozīnu.Fenotipiski tas izpaudīsies smagas slimības gadījumā. līdzīga aizstāšana 63. pozīcijā - histidīna polipeptīda ķēde pret tirozīnu novedīs pie hemoglobīna destabilizācijas. Attīstās slimība methemoglobinēmija. Glutamīnskābes aizstāšana ar valīnu mutācijas rezultātā 6. pozīcijā -ķēde ir vissmagākās slimības - sirpjveida šūnu anēmijas - cēlonis. Neturpināsim bēdīgo sarakstu. Atzīmēsim tikai to, ka, aizstājot pirmos divus nukleotīdus, var parādīties aminoskābe ar fizikāli ķīmiskajām īpašībām, kas līdzīgas iepriekšējai. Tādējādi otrā nukleotīda aizstāšana vienā no tripletiem, kas kodē glutamīnskābi (GAA) -ķēde ar “U” noved pie jauna tripleta (GUA), kas kodē valīnu, parādīšanās, un, aizstājot pirmo nukleotīdu ar “A”, veidojas triplets AAA, kas kodē aminoskābi lizīnu. Glutamīnskābe un lizīns pēc fizikāli ķīmiskajām īpašībām ir līdzīgas – tās abas ir hidrofīlas. Valīns ir hidrofoba aminoskābe. Tāpēc hidrofilās glutamīnskābes aizstāšana ar hidrofobu valīnu būtiski maina hemoglobīna īpašības, kas galu galā noved pie sirpjveida šūnu anēmijas attīstības, savukārt hidrofilās glutamīnskābes aizstāšana ar hidrofilo lizīnu izmaina hemoglobīna funkciju mazākā mērā - pacientiem attīstās viegla forma. no anēmijas. Trešās bāzes nomaiņas rezultātā jaunais triplets var kodēt tās pašas aminoskābes, ko iepriekšējā. Piemēram, ja CAC tripletā uracils tika aizstāts ar citozīnu un parādījās CAC triplets, tad cilvēkiem praktiski nekādas fenotipiskas izmaiņas netiks konstatētas. Tas ir saprotams, jo abi tripleti kodē vienu un to pašu aminoskābi – histidīnu.

Noslēgumā ir lietderīgi uzsvērt, ka ģenētiskā koda deģenerācija un trešās bāzes deģenerācija no vispārējā bioloģiskā viedokļa ir aizsardzības mehānismi, kas ir raksturīgi evolūcijai unikālajā DNS un RNS struktūrā.

V. Nepārprotamība.

Katrs triplets (izņemot muļķības) kodē tikai vienu aminoskābi. Tātad virziena kodons - aminoskābe ģenētiskais kods ir viennozīmīgs, virzienā aminoskābe - kodons ir neskaidrs (deģenerēts).

Viennozīmīgi

Aminoskābju kodons

Deģenerāts

Un šajā gadījumā ģenētiskā koda nepārprotamības nepieciešamība ir acīmredzama. Citā variantā, tulkojot vienu un to pašu kodonu, proteīna ķēdē tiktu ievietotas dažādas aminoskābes un rezultātā veidotos olbaltumvielas ar atšķirīgu primāro struktūru un dažādām funkcijām. Šūnu metabolisms pārslēgtos uz “viens gēns – vairāki polipeptīdi” darbības režīmu. Ir skaidrs, ka šādā situācijā gēnu regulējošā funkcija tiktu pilnībā zaudēta.

piem., polaritāte

Informācijas nolasīšana no DNS un mRNS notiek tikai vienā virzienā. Polaritāte ir svarīga augstākas kārtas struktūru (sekundārās, terciārās utt.) definēšanai. Iepriekš mēs runājām par to, kā zemākas kārtas struktūras nosaka augstākas kārtas struktūras. Terciārā struktūra un augstākas kārtas struktūras proteīnos veidojas, tiklīdz sintezētā RNS ķēde atstāj DNS molekulu vai polipeptīdu ķēde atstāj ribosomu. Kamēr RNS vai polipeptīda brīvais gals iegūst terciāro struktūru, otrs ķēdes gals turpina sintezēties uz DNS (ja tiek transkribēta RNS) vai ribosomā (ja tiek transkribēts polipeptīds).

Tāpēc informācijas nolasīšanas vienvirziena process (RNS un proteīna sintēzes laikā) ir būtisks ne tikai nukleotīdu vai aminoskābju secības noteikšanai sintezējamajā vielā, bet stingrai sekundāro, terciāro u.c. struktūras.

d) nepārklājas.

Kods var pārklāties vai nepārklāties. Lielākajai daļai organismu ir kods, kas nepārklājas. Dažos fāgos ir atrodams kods, kas pārklājas.

Koda, kas nepārklājas, būtība ir tāda, ka viena kodona nukleotīds nevar vienlaikus būt cita kodona nukleotīds. Ja kods pārklātos, tad septiņu nukleotīdu secība (GCUGCUG) varētu kodēt nevis divas aminoskābes (alanīns-alanīns) (33. att., A) kā nepārklājoša koda gadījumā, bet trīs (ja ir). viens kopīgs nukleotīds) (33. att., B) vai pieci (ja divi nukleotīdi ir kopīgi) (sk. 33. att., C). Pēdējos divos gadījumos jebkura nukleotīda mutācija izraisītu divu, trīs utt. secības pārkāpumu. aminoskābes.

Tomēr ir konstatēts, ka viena nukleotīda mutācija vienmēr izjauc vienas aminoskābes iekļaušanu polipeptīdā. Tas ir nozīmīgs arguments, ka kods nepārklājas.

Paskaidrosim to 34. attēlā. Treknās līnijas parāda aminoskābes kodējošos tripletus, ja kods nepārklājas un pārklājas. Eksperimenti ir skaidri parādījuši, ka ģenētiskais kods nepārklājas. Neiedziļinoties eksperimenta detaļās, mēs atzīmējam, ka, ja nukleotīdu secībā aizstājat trešo nukleotīdu (sk. 34. att.)U (atzīmēts ar zvaigznīti) uz kādu citu lietu:

1. Ja kods nepārklājas, proteīnam, ko kontrolē šī secība, būtu aizvietota viena (pirmā) aminoskābe (atzīmēta ar zvaigznītēm).

2. Ja variantā A kods pārklājas, aizvietošana notiktu divās (pirmās un otrās) aminoskābēs (atzīmētas ar zvaigznītēm). B variantā aizstāšana ietekmētu trīs aminoskābes (atzīmētas ar zvaigznītēm).

Tomēr daudzi eksperimenti ir parādījuši, ka tad, kad tiek izjaukts viens DNS nukleotīds, proteīna traucējumi vienmēr ietekmē tikai vienu aminoskābi, kas ir raksturīgi nepārklājošam kodam.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU

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

Alanīns - Alanīns Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley

A B C

Nepārklājošs kods Pārklājošs kods

Rīsi. 34. Diagramma, kas izskaidro nepārklājoša koda klātbūtni genomā (skaidrojums tekstā).

Ģenētiskā koda nepārklāšanās ir saistīta ar citu īpašību – informācijas nolasīšana sākas no noteikta punkta – iniciācijas signāla. Šāds iniciācijas signāls mRNS ir kodons, kas kodē metionīnu AUG.

Jāatzīmē, ka cilvēkam joprojām ir neliels skaits gēnu, kas atšķiras no vispārējā noteikuma un pārklājas.

e. Kompaktums.

Starp kodoniem nav pieturzīmju. Citiem vārdiem sakot, tripleti nav atdalīti viens no otra, piemēram, ar vienu bezjēdzīgu nukleotīdu. Eksperimentos ir pierādīts, ka ģenētiskajā kodā nav "pieturzīmju".

un. Daudzpusība.

Kods ir vienāds visiem organismiem, kas dzīvo uz Zemes. Tiešie pierādījumi par ģenētiskā koda universālumu tika iegūti, salīdzinot DNS sekvences ar atbilstošām olbaltumvielu sekvencēm. Izrādījās, ka visi baktēriju un eikariotu genomi izmanto vienādas koda vērtību kopas. Ir izņēmumi, bet ne daudz.

Pirmie izņēmumi no ģenētiskā koda universāluma tika konstatēti dažu dzīvnieku sugu mitohondrijās. Tas attiecās uz terminatora kodonu UGA, kas skan tāpat kā kodons UGG, kas kodē aminoskābi triptofānu. Tika konstatētas arī citas retākas novirzes no universāluma.

DNS kodu sistēma.

DNS ģenētiskais kods sastāv no 64 nukleotīdu tripletiem. Šos tripletus sauc par kodoniem. Katrs kodons kodē vienu no 20 aminoskābēm, ko izmanto proteīnu sintēzē. Tas kodā rada zināmu dublēšanos: lielāko daļu aminoskābju kodē vairāk nekā viens kodons.
Viens kodons veic divas savstarpēji saistītas funkcijas: tas signalizē par translācijas sākumu un kodē aminoskābes metionīna (Met) iekļaušanu augošajā polipeptīdu ķēdē. DNS kodēšanas sistēma ir izstrādāta tā, lai ģenētisko kodu varētu izteikt kā RNS kodonus vai DNS kodonus. RNS kodoni ir atrodami RNS (mRNS), un šie kodoni spēj nolasīt informāciju polipeptīdu sintēzes laikā (process, ko sauc par tulkošanu). Bet katra mRNS molekula iegūst nukleotīdu secību transkripcijā no atbilstošā gēna.

Visas aminoskābes, izņemot divas (Met un Trp), var kodēt 2 līdz 6 dažādi kodoni. Tomēr vairuma organismu genoms liecina, ka daži kodoni ir labāki par citiem. Piemēram, cilvēkiem alanīnu GCC kodē četras reizes biežāk nekā GCG. Tas, iespējams, norāda uz lielāku tulkošanas aparāta (piemēram, ribosomas) tulkošanas efektivitāti dažiem kodoniem.

Ģenētiskais kods ir gandrīz universāls. Vieni un tie paši kodoni tiek piešķirti vienai un tai pašai aminoskābju sadaļai, un tie paši sākuma un beigu signāli ir pārsvarā vienādi dzīvniekiem, augiem un mikroorganismiem. Tomēr ir konstatēti daži izņēmumi. Lielākā daļa ietver viena vai divu no trim stopkodoniem piešķiršanu aminoskābei.

Viņi sarindojas ķēdēs un tādējādi veido ģenētisko burtu secības.

Ģenētiskais kods

Gandrīz visu dzīvo organismu olbaltumvielas ir veidotas tikai no 20 veidu aminoskābēm. Šīs aminoskābes sauc par kanoniskām. Katrs proteīns ir ķēde vai vairākas aminoskābju ķēdes, kas savienotas stingri noteiktā secībā. Šī secība nosaka proteīna struktūru un līdz ar to arī visas tā bioloģiskās īpašības.

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

Dažos proteīnos nestandarta aminoskābes, piemēram, selenocisteīns un pirolizīns, tiek ievietotas ar ribosomu, kas nolasa stopkodonu, atkarībā no sekvencēm mRNS. Selenocisteīns tagad tiek uzskatīts par 21. un pirolizīnu par 22. aminoskābēm, kas veido olbaltumvielas.

Neskatoties uz šiem izņēmumiem, visiem dzīviem organismiem ir kopīgi ģenētiskie kodi: kodons sastāv no trim nukleotīdiem, kur pirmie divi ir izšķiroši; kodonus tRNS un ribosomas pārvērš aminoskābju secībā.

Ideju vēsture par ģenētisko kodu

Tomēr 20. gadsimta 60. gadu sākumā jauni dati atklāja hipotēzes “koda bez komatiem” pretrunīgumu. Pēc tam eksperimenti parādīja, ka kodoni, kurus Kriks uzskatīja par bezjēdzīgiem, var izraisīt proteīnu sintēzi in vitro, un līdz 1965. gadam tika noteikta visu 64 tripletu nozīme. Izrādījās, ka daži kodoni ir vienkārši lieki, tas ir, veselu virkni aminoskābju kodē divi, četri vai pat seši tripleti.

Skatīt arī

Piezīmes

1. Ģenētiskais kods atbalsta divu aminoskābju mērķtiecīgu ievietošanu ar vienu kodonu. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Zinātne. 2009. gada 9. janvāris; 323(5911): 259-61.
2. AUG kodons kodē metionīnu, bet tajā pašā laikā kalpo kā sākuma kodons – translācija parasti sākas ar pirmo mRNS AUG kodonu.
3. NCBI: "Ģenētiskie kodi", sastādījuši Andžejs (Andžejs) Elzanovskis un Džims Ostels
4. Jukes TH, Osawa S, Ģenētiskais kods mitohondrijās un hloroplastos., Pieredze. 1990. gada 1. decembris; 46(11-12): 1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (1992. gada marts). "Jaunākie pierādījumi par ģenētiskā koda attīstību." Microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). "Aminoskābju izvietojums olbaltumvielās." Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251.
7. M. Ichas Bioloģiskais kods. - Pasaule, 1971. gads.
8. WATSON JD, CRICK FH. (1953. gada aprīlis). “Nukleīnskābju molekulārā struktūra; dezoksiribozes nukleīnskābes struktūra." Daba 171 : 737-738. PMID 13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (1953. gada maijs). "Dezoksiribonukleīnskābes struktūras ģenētiskās sekas." Daba 171 : 964-967. PMID 13063483.
10. Kriks FH. (1966. gada aprīlis). "Ģenētiskais kods - vakar, šodien un rīt." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (1954. gada februāris). "Iespējamā saistība starp dezoksiribonukleīnskābi un olbaltumvielu struktūrām." Daba 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0. PMID 13882203.
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). "Problēma par informācijas pārsūtīšanu no nukleīnskābēm uz olbaltumvielām." Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508.
13. Gamow G, Ycas M. (1955). “PROTEĪNU UN RIBONUKLĒĪNSKĀBES SASTĀVDA STATISTISKĀ KORELĀCIJA. " Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789.
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). “KODI BEZ KOMATIEM. " Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. Hejs B. (1998). "Ģenētiskā koda izgudrojums." (PDF atkārtota izdruka). Amerikāņu zinātnieks 86 : 8-14.

Literatūra

• Azimovs A. Ģenētiskais kods. No evolūcijas teorijas līdz DNS atšifrēšanai. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 lpp. - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratners V. A. Ģenētiskais kods kā sistēma - Sorosa izglītības žurnāls, 2000, 6, Nr.3, 17.-22.lpp.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Olbaltumvielu ģenētiskā koda vispārīgais raksturs - Nature, 1961 (192), pp. 1227-32

Saites

• Ģenētiskais kods- raksts no Lielās padomju enciklopēdijas

Wikimedia fonds. 2010. gads.

Ģenētiskais kods ir veids, kā kodēt aminoskābju secību proteīna molekulā, izmantojot nukleotīdu secību nukleīnskābes molekulā. Ģenētiskā koda īpašības izriet no šīs kodēšanas īpašībām.

Katra proteīna aminoskābe ir saskaņota ar trīs secīgiem nukleīnskābes nukleotīdiem - trijnieks, vai kodons. Katrs nukleotīds var saturēt vienu no četrām slāpekļa bāzēm. RNS tie ir adenīns (A), uracils (U), guanīns (G), citozīns (C). Dažādos veidos kombinējot slāpekļa bāzes (šajā gadījumā tās saturošos nukleotīdus), var iegūt daudz dažādu tripletu: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC uc Kopējais iespējamo kombināciju skaits ir 64, t.i., 43.

Dzīvo organismu olbaltumvielas satur apmēram 20 aminoskābes. Ja daba “plānotu” katru aminoskābi kodēt nevis ar trim, bet diviem nukleotīdiem, tad ar šādu pāru daudzveidību nepietiktu, jo tādu būtu tikai 16, t.i. 42.

Tādējādi ģenētiskā koda galvenā īpašība ir tā trīskāršība. Katru aminoskābi kodē nukleotīdu triplets.

Tā kā dažādu tripletu ir ievērojami vairāk nekā bioloģiskajās molekulās izmantoto aminoskābju, dzīvajā dabā ir realizēta šāda īpašība: atlaišanaģenētiskais kods. Daudzas aminoskābes sāka kodēt nevis viens kodons, bet vairāki. Piemēram, aminoskābi glicīnu kodē četri dažādi kodoni: GGU, GGC, GGA, GGG. To sauc arī par atlaišanu deģenerācija.

Atbilstība starp aminoskābēm un kodoniem ir parādīta tabulās. Piemēram, šie:

Saistībā ar nukleotīdiem ģenētiskajam kodam ir šāda īpašība: nepārprotamība(vai specifika): katrs kodons atbilst tikai vienai aminoskābei. Piemēram, GGU kodons var kodēt tikai glicīnu un nevienu citu aminoskābi.

Atkal. Redundance nozīmē, ka vienu un to pašu aminoskābi var kodēt vairāki tripleti. Specifiskums – katrs konkrētais kodons var kodēt tikai vienu aminoskābi.

Ģenētiskajā kodā nav īpašu pieturzīmju (izņemot stopkodonus, kas norāda uz polipeptīdu sintēzes beigām). Pieturzīmju funkciju veic paši trīnīši – viena beigas nozīmē, ka nākamais sāksies cits. Tas nozīmē šādas divas ģenētiskā koda īpašības: nepārtrauktība Un nepārklājas. Nepārtrauktība attiecas uz trīskāršu nolasīšanu tūlīt pēc cita. Nepārklāšanās nozīmē, ka katrs nukleotīds var būt daļa no tikai viena tripleta. Tātad nākamā tripleta pirmais nukleotīds vienmēr nāk aiz iepriekšējā tripleta trešā nukleotīda. Kodons nevar sākties ar iepriekšējā kodona otro vai trešo nukleotīdu. Citiem vārdiem sakot, kods nepārklājas.

Ģenētiskajam kodam ir īpašums daudzpusība. Tas ir vienāds visiem organismiem uz Zemes, kas norāda uz dzīvības izcelsmes vienotību. Ir ļoti reti izņēmumi. Piemēram, daži tripleti mitohondrijās un hloroplastos kodē citas aminoskābes, nevis parastās. Tas var likt domāt, ka dzīves rītausmā bija nedaudz atšķirīgas ģenētiskā koda variācijas.

Visbeidzot, ģenētiskais kods ir trokšņa imunitāte, kas ir tās īpašuma kā atlaišanas sekas. Punktu mutācijas, kas dažkārt rodas DNS, parasti izraisa vienas slāpekļa bāzes aizstāšanu ar citu. Tas maina tripletu. Piemēram, tā bija AAA, bet pēc mutācijas kļuva par AAG. Tomēr šādas izmaiņas ne vienmēr izraisa aminoskābes izmaiņas sintezētajā polipeptīdā, jo abi tripleti ģenētiskā koda redundances īpašību dēļ var atbilst vienai aminoskābei. Ņemot vērā, ka mutācijas bieži ir kaitīgas, trokšņa imunitātes īpašība ir noderīga.

Ģenētiskais jeb bioloģiskais kods ir viena no dzīvās dabas universālajām īpašībām, kas pierāda tās izcelsmes vienotību. Ģenētiskais kods ir metode polipeptīda aminoskābju secības kodēšanai, izmantojot nukleīnskābju nukleotīdu secību (ziņnesis RNS vai komplementāra DNS sekcija, uz kuras tiek sintezēta mRNS).

Ir arī citas definīcijas.

Ģenētiskais kods- tā ir katras aminoskābes (dzīvo olbaltumvielu daļas) atbilstība noteiktai trīs nukleotīdu secībai. Ģenētiskais kods ir saistība starp nukleīnskābju bāzēm un olbaltumvielu aminoskābēm.

Zinātniskajā literatūrā ģenētiskais kods nenozīmē nukleotīdu secību organisma DNS, kas nosaka tā individualitāti.

Ir nepareizi pieņemt, ka vienam organismam vai sugai ir viens kods, bet citam cits. Ģenētiskais kods ir veids, kā aminoskābes kodē nukleotīdi (t.i., princips, mehānisms); tas ir universāls visām dzīvajām būtnēm, vienāds visiem organismiem.

Tāpēc ir nepareizi teikt, piemēram, "Cilvēka ģenētiskais kods" vai "Organisma ģenētiskais kods", ko bieži izmanto pseidozinātniskajā literatūrā un filmās.

Šajos gadījumos mēs parasti domājam cilvēka genomu, organismu utt.

Dzīvo organismu daudzveidība un to dzīves aktivitātes īpatnības galvenokārt ir saistītas ar olbaltumvielu daudzveidību.

Proteīna īpašo struktūru nosaka dažādu aminoskābju secība un daudzums, kas veido tā sastāvu. Peptīda aminoskābju secība tiek šifrēta DNS, izmantojot bioloģisko kodu. No monomēru kopas daudzveidības viedokļa DNS ir primitīvāka molekula nekā peptīds. DNS sastāv no dažādām tikai četru nukleotīdu maiņām. Tas jau ilgu laiku neļāva pētniekiem uzskatīt DNS par iedzimtības materiālu.

Kā aminoskābes kodē nukleotīdi?

1) Nukleīnskābes (DNS un RNS) ir polimēri, kas sastāv no nukleotīdiem.

Katrs nukleotīds var saturēt vienu no četrām slāpekļa bāzēm: adenīnu (A, en: A), guanīnu (G, G), citozīnu (C, en: C), timīnu (T, en: T). RNS gadījumā timīnu aizstāj ar uracilu (U, U).

Apsverot ģenētisko kodu, tiek ņemtas vērā tikai slāpekļa bāzes.

Tad DNS ķēdi var attēlot kā to lineāro secību. Piemēram:

MRNS sadaļa, kas papildina šo kodu, būs šāda:

2) Olbaltumvielas (polipeptīdi) ir polimēri, kas sastāv no aminoskābēm.

Dzīvos organismos polipeptīdu veidošanai tiek izmantotas 20 aminoskābes (vēl dažas ir ļoti reti sastopamas). Lai tos apzīmētu, varat izmantot arī vienu burtu (lai gan biežāk tie izmanto trīs - aminoskābes nosaukuma saīsinājumu).

Polipeptīda aminoskābes ir arī lineāri savienotas ar peptīdu saiti. Piemēram, pieņemsim, ka ir proteīna sadaļa ar šādu aminoskābju secību (katra aminoskābe ir apzīmēta ar vienu burtu):

3) Ja uzdevums ir kodēt katru aminoskābi, izmantojot nukleotīdus, tad runa ir par to, kā kodēt 20 burtus, izmantojot 4 burtus.

To var izdarīt, saskaņojot 20 burtu alfabēta burtus ar vārdiem, kas sastāv no vairākiem 4 burtu alfabēta burtiem.

Ja vienu aminoskābi kodē viens nukleotīds, tad var kodēt tikai četras aminoskābes.

Ja katra aminoskābe ir saistīta ar diviem secīgiem nukleotīdiem RNS ķēdē, tad var kodēt sešpadsmit aminoskābes.

Patiešām, ja ir četri burti (A, U, G, C), tad to dažādo pāru kombināciju skaits būs 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), ( UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Uztveres atvieglošanai tiek izmantotas iekavas.] Tas nozīmē, ka ar šādu kodu (divu burtu vārdu) var kodēt tikai 16 dažādas aminoskābes: katrai būs savs vārds (divi secīgi nukleotīdi).

No matemātikas formula kombināciju skaita noteikšanai izskatās šādi: ab = n.

Šeit n ir dažādu kombināciju skaits, a ir alfabēta burtu skaits (vai skaitļu sistēmas pamats), b ir burtu skaits vārdā (vai cipari ciparā). Ja šajā formulā aizstājam 4 burtu alfabētu un vārdus, kas sastāv no diviem burtiem, mēs iegūstam 42 = 16.

Ja kā katras aminoskābes koda vārdu izmanto trīs secīgus nukleotīdus, tad var kodēt 43 = 64 dažādas aminoskābes, jo no četriem burtiem, kas ņemti grupās pa trīs, var izveidot 64 dažādas kombinācijas (piemēram, AUG, GAA, CAU , GGU utt.).

d.). Tas jau ir vairāk nekā pietiekami, lai kodētu 20 aminoskābes.

Tieši tā ģenētiskajā kodā izmantotais trīs burtu kods. Tiek saukti trīs secīgi nukleotīdi, kas kodē vienu aminoskābi trijnieks(vai kodons).

Katra aminoskābe ir saistīta ar noteiktu nukleotīdu tripletu.

Turklāt, tā kā tripletu kombinācijas pārklājas ar lieko aminoskābju skaitu, daudzas aminoskābes kodē vairāki tripleti.

Trīs tripleti nekodē nevienu no aminoskābēm (UAA, UAG, UGA).

Viņi atzīmē raidījuma beigas un tiek izsaukti stopkodoni(vai bezjēdzīgi kodoni).

AUG triplets kodē ne tikai aminoskābi metionīnu, bet arī ierosina translāciju (spēlē starta kodona lomu).

Zemāk ir aminoskābju atbilstības tabulas nukleotīdu tripletiem.

Izmantojot pirmo tabulu, ir ērti noteikt atbilstošo aminoskābi no dotā tripleta. Otrajai - noteiktai aminoskābei, tai atbilstošie tripleti.

Apskatīsim ģenētiskā koda ieviešanas piemēru. Lai ir mRNS ar šādu saturu:

Sadalīsim nukleotīdu secību tripletos:

Saistīsim katru tripletu ar tā kodētā polipeptīda aminoskābi:

Metionīns - Asparagīnskābe - Serīns - Treonīns - Triptofāns - Leicīns - Leicīns - Lizīns - Asparagīns - Glutamīns

Pēdējais triplets ir stopkodons.

Ģenētiskā koda īpašības

Ģenētiskā koda īpašības lielā mērā ir aminoskābju kodēšanas veida sekas.

Pirmais un acīmredzamais īpašums ir trīskāršība.

Tas attiecas uz faktu, ka koda vienība ir trīs nukleotīdu secība.

Svarīga ģenētiskā koda īpašība ir tā nepārklājas. Nukleotīds, kas iekļauts vienā tripletā, nevar tikt iekļauts citā.

Tas ir, secību AGUGAA var nolasīt tikai kā AGU-GAA, bet ne, piemēram, šādi: AGU-GUG-GAA. Tas ir, ja GU pāris ir iekļauts vienā tripletā, tas jau nevar būt cita sastāvdaļa.

Zem nepārprotamībaĢenētiskais kods saprot, ka katrs triplets atbilst tikai vienai aminoskābei.

Piemēram, AGU triplets kodē aminoskābes serīnu un neko citu.

Ģenētiskais kods

Šis triplets unikāli atbilst tikai vienai aminoskābei.

No otras puses, vienai aminoskābei var atbilst vairāki tripleti. Piemēram, tas pats serīns, papildus AGU, atbilst AGC kodonam. Šo īpašumu sauc deģenerācijaģenētiskais kods.

Deģenerācija ļauj daudzām mutācijām palikt nekaitīgām, jo ​​bieži viena nukleotīda aizstāšana DNS neizraisa tripleta vērtības izmaiņas. Rūpīgi aplūkojot aminoskābju atbilstības tabulu tripletiem, var redzēt, ka, ja aminoskābi kodē vairāki tripleti, tie bieži vien atšķiras pēdējā nukleotīdā, t.i., tas var būt jebkas.

Tiek atzīmētas arī dažas citas ģenētiskā koda īpašības (nepārtrauktība, trokšņu noturība, universālums utt.).

Elastība kā augu pielāgošanās dzīves apstākļiem. Augu pamatreakcijas uz nelabvēlīgu faktoru iedarbību.

Augu izturība ir spēja izturēt ārkārtēju vides faktoru (augsnes un gaisa sausuma) ietekmi.

Ģenētiskā koda unikalitāte izpaužas faktā, ka

Šis īpašums tika izveidots evolūcijas procesā un tika ģenētiski fiksēts. Vietās ar nelabvēlīgiem apstākļiem izveidojušās stabilas dekoratīvās formas un sausuma izturīgu kultivēto augu vietējās šķirnes. Konkrēts augiem raksturīgais pretestības līmenis atklājas tikai ārkārtēju vides faktoru ietekmē.

Šāda faktora iestāšanās rezultātā sākas kairinājuma fāze - vairāku fizioloģisko parametru krasa novirze no normas un to strauja atgriešanās normālā stāvoklī. Tad notiek vielmaiņas ātruma izmaiņas un intracelulāro struktūru bojājumi. Tajā pašā laikā tiek nomākti visi sintētiskie, tiek aktivizēti visi hidrolītiskie, un kopējā ķermeņa enerģijas piegāde samazinās. Ja faktora ietekme nepārsniedz sliekšņa vērtību, sākas adaptācijas fāze.

Pielāgots augs mazāk reaģē uz atkārtotu vai pieaugošu ekstrēma faktora iedarbību. Organizācijas līmenī adaptācijas mehānismiem tiek pievienota mijiedarbība starp orgāniem. Ūdens plūsmu, minerālu un organisko savienojumu kustības pavājināšanās caur augu saasina konkurenci starp orgāniem, un to augšana apstājas.

Biostabilitāte augos noteikta. galējā faktora maksimālā vērtība, pie kuras augi joprojām veido dzīvotspējīgas sēklas. Agronomisko stabilitāti nosaka ražas samazināšanās pakāpe. Augiem raksturīga izturība pret noteikta veida ekstrēmiem faktoriem – ziemošanas, gāzes izturīgiem, sālsizturīgiem, sausuma izturīgiem.

Apaļtārpu tipam, atšķirībā no plakanajiem tārpiem, ir primārais ķermeņa dobums - šizokoels, kas veidojas parenhīmas iznīcināšanas dēļ, kas aizpilda spraugas starp ķermeņa sienām un iekšējiem orgāniem - tā funkcija ir transportēšana.

Tas uztur homeostāzi. Ķermeņa forma ir apaļa diametrā. Apvalks ir kutikulēts. Muskuļus attēlo garenisko muskuļu slānis. Zarnas ir cauri un sastāv no 3 sekcijām: priekšējā, vidējā un aizmugurējā. Mutes atvere atrodas uz ķermeņa priekšējā gala ventrālās virsmas. Rīklei ir raksturīgs trīsstūrveida lūmenis. Ekskrēcijas sistēmu pārstāv protonefrīdijas vai īpaši ādas dziedzeri - zemādas dziedzeri. Lielākā daļa sugu ir divmāju un vairojas tikai seksuāli.

Attīstība ir tieša, retāk ar metamorfozi. Viņiem ir nemainīgs ķermeņa šūnu sastāvs, un tiem trūkst spējas atjaunoties. Priekšējā zarna sastāv no mutes dobuma, rīkles un barības vada.

Viņiem nav vidējās vai aizmugurējās daļas. Ekskrēcijas sistēma sastāv no 1-2 gigantiskām hipodermas šūnām. Gareniskie izvadkanāli atrodas hipodermas sānu izciļņos.

Ģenētiskā koda īpašības. Tripleta koda pierādījumi. Kodonu dekodēšana. Pārtraukt kodonus. Ģenētiskās nomākšanas jēdziens.

Ideju, ka gēns kodē informāciju proteīna primārajā struktūrā, konkretizēja F.

Kriks savā secības hipotēzē, saskaņā ar kuru gēnu elementu secība nosaka aminoskābju atlikumu secību polipeptīdu ķēdē. Sekvences hipotēzes pamatotību pierāda gēna un tā kodētā polipeptīda struktūru kolinearitāte. Būtiskākā attīstība 1953. gadā bija apsvērums, ka. Ka kods, visticamāk, ir trīskāršs.

; DNS bāzu pāri: A-T, T-A, G-C, C-G - var kodēt tikai 4 aminoskābes, ja katrs pāris atbilst vienai aminoskābei. Kā zināms, olbaltumvielās ir 20 pamata aminoskābes. Ja pieņemam, ka katrai aminoskābei ir 2 bāzu pāri, tad var iekodēt 16 aminoskābes (4*4) – ar to atkal ir par maz.

Ja kods ir triplets, tad no 4 bāzu pāriem var izveidot 64 kodonus (4*4*4), kas ir vairāk nekā pietiekami, lai kodētu 20 aminoskābes. Kriks un viņa kolēģi pieņēma, ka kods ir trīskāršs, starp kodoniem nebija “komatu”, t.i., atdalīšanas zīmju; Kods gēnā tiek nolasīts no fiksēta punkta vienā virzienā. 1961. gada vasarā Kirenbergs un Mattei ziņoja par pirmā kodona dekodēšanu un ierosināja metodi kodonu sastāva noteikšanai bezšūnu proteīnu sintēzes sistēmā.

Tādējādi mRNS fenilalanīna kodons tika transkribēts kā UUU. Turklāt Korana, Nirenberga un Ledera 1965. gadā izstrādāto metožu pielietošanas rezultātā.

tika sastādīta kodu vārdnīca tās mūsdienu formā. Tādējādi mutāciju rašanās T4 fāgos, ko izraisīja bāzu zudums vai pievienošana, liecināja par koda tripleta raksturu (īpašums 1). Šie svītrojumi un papildinājumi, kas noveda pie kadru nobīdēm, "lasot" kodu, tika novērsti, tikai atjaunojot koda pareizību; tas novērsa mutantu parādīšanos. Šie eksperimenti arī parādīja, ka tripleti nepārklājas, tas ir, katra bāze var piederēt tikai vienam tripletam (īpašums 2).

Lielākajai daļai aminoskābju ir vairāki kodoni. Kodu, kurā aminoskābju skaits ir mazāks par kodonu skaitu, sauc par deģenerētu (īpašība 3), t.i.

e. doto aminoskābi var kodēt vairāk nekā viens triplets. Turklāt trīs kodoni vispār nekodē nevienu aminoskābi (“muļķīgi kodoni”) un darbojas kā “apstāšanās signāls”. Stopkodons ir DNS funkcionālās vienības cistrona beigu punkts. Stopkodoni visās sugās ir vienādi un tiek attēloti kā UAA, UAG, UGA. Ievērojama koda iezīme ir tā, ka tas ir universāls (4. īpašība).

Visos dzīvajos organismos vieni un tie paši tripleti kodē vienas un tās pašas aminoskābes.

Trīs veidu mutantu kodonu terminatoru esamība un to nomākšana ir pierādīta E. coli un raugā. Slāpētāju gēnu atklāšana, kas "interpretē" dažādu gēnu nejēdzīgas alēles, norāda, ka ģenētiskā koda translācija var mainīties.

Mutācijas, kas ietekmē tRNS antikodonu, maina to kodona specifiku un rada iespēju nomākt mutācijas translācijas līmenī. Translācijas līmeņa nomākums var rasties mutāciju dēļ gēnos, kas kodē noteiktus ribosomu proteīnus. Šo mutāciju rezultātā ribosoma “pieļauj kļūdas”, piemēram, lasot muļķīgus kodonus un “interpretē” tos, izmantojot dažas nemutācijas tRNS. Līdz ar genotipa nomākšanu, kas darbojas translācijas līmenī, ir iespējama arī bezjēdzīgu alēļu fenotipiska nomākšana: kad temperatūra pazeminās, kad šūnas tiek pakļautas aminoglikozīdu antibiotikām, kas saistās ar ribosomām, piemēram, streptomicīnu.

22. Augstāko augu vairošanās: veģetatīvā un aseksuālā. Sporulācija, sporu struktūra, vienāda un heterospora.Vairošanās kā dzīvas matērijas īpašība, t.i., indivīda spēja radīt savu veidu, pastāvēja evolūcijas sākuma stadijā.

Reprodukcijas formas var iedalīt 2 veidos: aseksuālā un seksuālā. Pati bezdzimuma reprodukcija tiek veikta bez dzimumšūnu līdzdalības, izmantojot specializētas šūnas - sporas. Tie veidojas bezdzimuma vairošanās orgānos - sporangijās mitotiskās dalīšanās rezultātā.

Savas dīgšanas laikā spora atražo jaunu īpatni, līdzīgu mātei, izņemot sēklaugu sporas, kurās spora ir zaudējusi vairošanās un izkliedes funkciju. Sporas var veidoties arī reducēšanās dalīšanās ceļā, vienšūnas sporām izbirstot.

Augu pavairošanu, izmantojot veģetatīvo (daļa no dzinuma, lapas, saknes) vai vienšūnu aļģu sadalīšanu uz pusēm, sauc par veģetatīvo (sīpols, spraudeņi).

Seksuālo pavairošanu veic īpašas dzimumšūnas - gametas.

Gametes veidojas mejozes rezultātā, ir sievietes un vīrieši. To saplūšanas rezultātā parādās zigota, no kuras vēlāk attīstās jauns organisms.

Augi atšķiras pēc gametu veidiem. Dažos vienšūnu organismos tas noteiktos laikos darbojas kā gameta. Dažādu dzimumu organismi (gametas) saplūst – šo dzimumprocesu sauc hologāmija. Ja vīriešu un sieviešu gametas ir morfoloģiski līdzīgas un mobilas, tās ir izogametas.

Un seksuālais process - izogāms. Ja sieviešu gametas ir nedaudz lielākas un mazāk mobilas nekā vīriešu dzimuma gametas, tad tās ir heterogametas, un process ir heterogāmija. Oogamija – sieviešu dzimumšūnas ir ļoti lielas un nekustīgas, vīriešu dzimumšūnas ir mazas un kustīgas.

12345678910Nākamais ⇒

Ģenētiskais kods - atbilstība starp DNS tripletiem un olbaltumvielu aminoskābēm

Nepieciešamību kodēt proteīnu struktūru mRNS un DNS lineārajā nukleotīdu secībā nosaka fakts, ka tulkošanas laikā:

• nav atbilstības starp monomēru skaitu mRNS matricā un produktu - sintezēto proteīnu;
• starp RNS un olbaltumvielu monomēriem nav strukturālas līdzības.

Tas novērš komplementāro mijiedarbību starp matricu un produktu – principu, pēc kura replikācijas un transkripcijas laikā tiek veikta jaunu DNS un RNS molekulu konstruēšana.

No tā kļūst skaidrs, ka ir jābūt “vārdnīcai”, kas ļauj noskaidrot, kura mRNS nukleotīdu secība nodrošina aminoskābju iekļaušanu proteīnā noteiktā secībā. Šo “vārdnīcu” sauc par ģenētisko, bioloģisko, nukleotīdu vai aminoskābju kodu. Tas ļauj šifrēt aminoskābes, kas veido olbaltumvielas, izmantojot specifisku nukleotīdu secību DNS un mRNS. To raksturo noteiktas īpašības.

Trīskāršība. Viens no galvenajiem jautājumiem koda īpašību noteikšanā bija jautājums par nukleotīdu skaitu, kam būtu jānosaka vienas aminoskābes iekļaušana olbaltumvielās.

Tika konstatēts, ka kodējošie elementi aminoskābju secības šifrēšanā patiešām ir nukleotīdu tripleti vai trīnīši, kas tika nosaukti "kodoni".

Kodonu nozīme.

Bija iespējams konstatēt, ka no 64 kodoniem aminoskābju iekļaušana sintezētajā polipeptīdu ķēdē kodē 61 tripletu, bet atlikušie 3 - UAA, UAG, UGA - nekodē aminoskābju iekļaušanu olbaltumvielās un sākotnēji bija sauc par bezjēdzīgiem vai bezjēdzīgiem kodoniem. Tomēr vēlāk tika parādīts, ka šie tripleti signalizē par tulkošanas pabeigšanu, un tāpēc tos sāka saukt par terminācijas vai stopkodoniem.

MRNS kodoniem un nukleotīdu tripletiem DNS kodošajā virknē ar virzienu no 5′ līdz 3′ galam ir tāda pati slāpekļa bāzu secība, izņemot to, ka DNS mRNS raksturīgā uracila (U) vietā ir. ir timīns (T).

Specifiskums.

Katrs kodons atbilst tikai vienai noteiktai aminoskābei. Šajā ziņā ģenētiskais kods ir stingri nepārprotams.

4-3 tabula.

Viennozīmība ir viena no ģenētiskā koda īpašībām, kas izpaužas tajā, ka...

Olbaltumvielu sintēzes sistēmas galvenās sastāvdaļas

Piezīmes: elF( eikariotu iniciācijas faktori) — iniciācijas faktori; eEF ( eikariotu pagarinājuma faktori) — pagarinājuma faktori; eRF ( eikariotu atbrīvojošie faktori) ir beigu faktori.

Deģenerācija. MRNS un DNS ir 61 triplets, no kuriem katrs kodē vienu no 20 aminoskābēm proteīnā.

No tā izriet, ka informācijas molekulās vienas un tās pašas aminoskābes iekļaušanu proteīnā nosaka vairāki kodoni. Šo bioloģiskā koda īpašību sauc par deģenerāciju.

Cilvēkiem tikai 2 aminoskābes ir kodētas ar vienu kodonu - Met un Tri, savukārt Leu, Ser un Apr - ar sešiem kodoniem un Ala, Val, Gly, Pro, Tre - ar četriem kodoniem (tabula

Kodēšanas secību redundance ir vērtīgākā koda īpašība, jo tā palielina informācijas plūsmas stabilitāti ārējās un iekšējās vides nelabvēlīgajai ietekmei. Nosakot proteīnā iekļaujamās aminoskābes raksturu, trešais nukleotīds kodonā nav tik svarīgs kā pirmie divi. Kā redzams no tabulas. 4-4, daudzām aminoskābēm nukleotīda aizstāšana kodona trešajā pozīcijā neietekmē tā nozīmi.

Informācijas ierakstīšanas linearitāte.

Tulkošanas laikā mRNS kodoni tiek secīgi “nolasīti” no fiksēta sākuma punkta un nepārklājas. Informācijas ierakstā nav signālu, kas norāda uz viena kodona beigām un nākamā sākumu. AUG kodons ir iniciācijas kodons un tiek lasīts gan sākumā, gan citās mRNS daļās kā Met. Tam sekojošie tripleti tiek nolasīti secīgi bez atstarpēm līdz stopkodonam, pie kura ir pabeigta polipeptīdu ķēdes sintēze.

Daudzpusība.

Vēl nesen tika uzskatīts, ka kods ir absolūti universāls, t.i. koda vārdu nozīme ir vienāda visiem pētītajiem organismiem: vīrusiem, baktērijām, augiem, abiniekiem, zīdītājiem, arī cilvēkiem.

Tomēr vēlāk kļuva zināms viens izņēmums; izrādījās, ka mitohondriju mRNS satur 4 tripletus, kuriem ir atšķirīga nozīme nekā kodolieroču izcelsmes mRNS. Tādējādi mitohondriju mRNS triplets UGA kodē Tri, AUA kodē Met, un ACA un AGG tiek lasīti kā papildu stopkodoni.

Gēnu un produkta kolinearitāte.

Prokariotos ir konstatēta lineāra atbilstība starp gēna kodona secību un aminoskābju secību proteīna produktā vai, kā saka, pastāv kolinearitāte starp gēnu un produktu.

4-4 tabula.

Ģenētiskais kods

Piezīmes: U - uracils; C - citozīns; A - adenīns; G - guanīns; * — beigu kodons.

Eikariotos gēnu bāzes sekvences, kas ir līdzvērtīgas proteīna aminoskābju secībai, tiek pārtrauktas ar nitronu palīdzību.

Tāpēc eikariotu šūnās proteīna aminoskābju secība ir kolineāra ar eksonu secību gēnā vai nobriedušā mRNS pēc intronu pēctranskripcijas noņemšanas.

Ģenētiskais kods, saukts arī par aminoskābju kodu, ir sistēma informācijas reģistrēšanai par aminoskābju secību proteīnā, izmantojot nukleotīdu atlieku secību DNS, kas satur vienu no 4 slāpekļa bāzēm: adenīnu (A), guanīnu (G). ), citozīns (C) un timīns (T). Tomēr, tā kā divpavedienu DNS spirāle nav tieši iesaistīta proteīna sintēzē, ko kodē viena no šīm virknēm (t.i., RNS), kods ir rakstīts RNS valodā, kurā tā vietā ir uracils (U). no timīna. Tā paša iemesla dēļ ir pieņemts teikt, ka kods ir nukleotīdu secība, nevis nukleotīdu pāri.

Ģenētiskais kods tiek attēlots ar noteiktiem koda vārdiem, ko sauc par kodoniem.

Pirmo koda vārdu atšifrēja Nirenbergs un Mattei 1961. gadā. Viņi ieguva ekstraktu no E. coli, kas satur ribosomas un citus proteīnu sintēzei nepieciešamos faktorus. Rezultāts bija bezšūnu sistēma proteīnu sintēzei, kas varēja savākt olbaltumvielas no aminoskābēm, ja barotnei tika pievienota nepieciešamā mRNS. Barotnei pievienojot sintētisko RNS, kas sastāv tikai no uraciliem, viņi atklāja, ka veidojas proteīns, kas sastāv tikai no fenilalanīna (polifenilalanīna). Tādējādi tika noskaidrots, ka UUU nukleotīdu triplets (kodons) atbilst fenilalanīnam. Nākamo 5-6 gadu laikā tika noteikti visi ģenētiskā koda kodoni.

Ģenētiskais kods ir sava veida vārdnīca, kas pārvērš tekstu, kas rakstīts ar četriem nukleotīdiem, proteīna tekstā, kas rakstīts ar 20 aminoskābēm. Atlikušās aminoskābes, kas atrodamas olbaltumvielās, ir vienas no 20 aminoskābēm modifikācijas.

Ģenētiskā koda īpašības

Ģenētiskajam kodam ir šādas īpašības.

1. Trīskāršs- Katra aminoskābe atbilst nukleotīdu trīskāršam. Ir viegli aprēķināt, ka ir 4 3 = 64 kodoni. No tiem 61 ir semantiska un 3 ir muļķības (terminācija, stopkodoni).
2. Nepārtrauktība(nav atdalīšanas zīmju starp nukleotīdiem) - intragēnu pieturzīmju trūkums;

   Gēnā katrs nukleotīds ir daļa no nozīmīga kodona. 1961. gadā Seimūrs Bencers un Frensiss Kriks eksperimentāli pierādīja koda trīskāršo raksturu un tā nepārtrauktību (kompaktumu) [rādīt]

   

   Eksperimenta būtība: “+” mutācija - viena nukleotīda ievietošana. "-" mutācija - viena nukleotīda zudums.

   Viena mutācija ("+" vai "-") gēna sākumā vai dubultmutācija ("+" vai "-") sabojā visu gēnu.

   Trīskāršā mutācija ("+" vai "-") gēna sākumā sabojā tikai daļu no gēna.

   Četrkārša “+” vai “-” mutācija atkal sabojā visu gēnu.

   Eksperiments tika veikts ar diviem blakus esošiem fāgu gēniem un to parādīja

   1. kods ir trīskāršs un gēna iekšpusē nav pieturzīmju
   2. starp gēniem ir pieturzīmes
3. Starpgēnu pieturzīmju klātbūtne- iniciējošo kodonu (tie sāk olbaltumvielu biosintēzi) un terminatorkodonu (norāda olbaltumvielu biosintēzes beigas) klātbūtne starp tripletiem;

   Parasti AUG kodons, pirmais pēc līdera secības, arī pieder pie pieturzīmēm. Tas darbojas kā lielais burts. Šajā pozīcijā tas kodē formilmetionīnu (prokariotos).

   Katra gēna, kas kodē polipeptīdu, beigās ir vismaz viens no 3 stopkodoniem jeb stopsignāliem: UAA, UAG, UGA. Viņi pārtrauc pārraidi.

4. Kolinearitāte- mRNS un aminoskābju kodonu lineārās secības atbilstība proteīnā.
5. Specifiskums- katra aminoskābe atbilst tikai noteiktiem kodoniem, kurus nevar izmantot citai aminoskābei.
6. Vienvirziena- kodoni tiek lasīti vienā virzienā - no pirmā nukleotīda uz nākamajiem
7. Deģenerācija vai atlaišana, - vienu aminoskābi var kodēt vairāki tripleti (aminoskābes - 20, iespējamie tripleti - 64, no tiem 61 ir semantiska, t.i., vidēji katra aminoskābe atbilst aptuveni 3 kodoniem); izņēmumi ir metionīns (Met) un triptofāns (Trp).

   Koda deģenerācijas iemesls ir tas, ka galveno semantisko slodzi nes tripleta pirmie divi nukleotīdi, bet trešais nav tik svarīgs. No šejienes koda deģenerācijas noteikums : ja diviem kodoniem ir vienādi pirmie divi nukleotīdi un to trešie nukleotīdi pieder vienai un tai pašai klasei (purīns vai pirimidīns), tad tie kodē vienu un to pašu aminoskābi.

   Tomēr šim ideālajam noteikumam ir divi izņēmumi. Tas ir AUA kodons, kam jāatbilst nevis izoleicīnam, bet metionīnam, un UGA kodons, kas ir stopkodons, bet tam jāatbilst triptofānam. Koda deģenerācijai acīmredzami ir adaptīva nozīme.

8. Daudzpusība- visas iepriekš minētās ģenētiskā koda īpašības ir raksturīgas visiem dzīviem organismiem.

   Kodons	Universāls kods	Mitohondriju kodi
   		Mugurkaulnieki	Bezmugurkaulnieki	Raugs	Augi
   U.G.A.	STOP	Trp	Trp	Trp	STOP
   AUA	Ile	Met	Met	Met	Ile
   CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
   A.G.A.	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg
   AGG	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg

   Pēdējā laikā koda universāluma princips ir satricināts saistībā ar Berela 1979. gadā atklāto ideālo cilvēka mitohondriju kodu, kurā tiek ievērots koda deģenerācijas noteikums. Mitohondriju kodā UGA kodons atbilst triptofānam, bet AUA - metionīnam, kā to prasa koda deģenerācijas noteikums.

   Iespējams, evolūcijas sākumā visiem vienkāršajiem organismiem bija tāds pats kods kā mitohondrijiem, un pēc tam tas piedzīvoja nelielas novirzes.

9. Nepārklājas- katrs no ģenētiskā teksta tripletiem ir neatkarīgs viens no otra, viens nukleotīds ir iekļauts tikai vienā tripletā; Attēlā parāda atšķirību starp kodu, kas pārklājas un nepārklājas.

   1976. gadā Fāga φX174 DNS tika sekvencēta. Tam ir vienpavedienu apļveida DNS, kas sastāv no 5375 nukleotīdiem. Zināms, ka fāgs kodē 9 proteīnus. 6 no tiem tika identificēti gēni, kas atrodas viens pēc otra.

   Izrādījās, ka ir pārklāšanās. Gēns E pilnībā atrodas gēnā D. Tā sākuma kodons parādās viena nukleotīda kadra nobīdes rezultātā. Gēns J sākas tur, kur beidzas gēns D. Gēna J sākuma kodons pārklājas ar gēna D stopkodonu divu nukleotīdu nobīdes rezultātā. Konstrukciju sauc par "lasīšanas kadra nobīdi" ar vairākiem nukleotīdiem, nevis trīs reizes. Līdz šim pārklāšanās ir parādīta tikai dažiem fāgiem.

10. Trokšņa imunitāte- konservatīvo aizstāšanu skaita attiecība pret radikālo aizstāšanu skaitu.

    Nukleotīdu aizvietošanas mutācijas, kas neizraisa izmaiņas kodētās aminoskābes klasē, sauc par konservatīvām. Nukleotīdu aizvietošanas mutācijas, kas izraisa izmaiņas kodētās aminoskābes klasē, sauc par radikālām.

    Tā kā vienu un to pašu aminoskābi var kodēt dažādi tripleti, dažas aizvietošanas tripletos neizraisa kodētās aminoskābes izmaiņas (piemēram, UUU -> UUC atstāj fenilalanīnu). Dažas aizvietošanas maina aminoskābi uz citu no tās pašas klases (nepolāra, polāra, bāziska, skāba), citas aizvietošanas maina arī aminoskābes klasi.

    Katrā tripletā var veikt 9 atsevišķas aizstāšanas, t.i. Ir trīs veidi, kā izvēlēties, kuru pozīciju mainīt (1. vai 2. vai 3.), un atlasīto burtu (nukleotīdu) var mainīt uz 4-1=3 citiem burtiem (nukleotīdu). Kopējais iespējamo nukleotīdu aizstāšanas skaits ir 61 reizes 9 = 549.

    Veicot tiešu aprēķinu, izmantojot ģenētiskā koda tabulu, jūs varat pārbaudīt, vai no šiem: 23 nukleotīdu aizstāšanas rezultātā parādās kodoni - translācijas terminatori. 134 aizvietojumi nemaina kodēto aminoskābi. 230 aizstāšanas nemaina kodētās aminoskābes klasi. 162 aizstāšanas rezultātā mainās aminoskābju klase, t.i. ir radikālas. No 183 3. nukleotīda aizvietojumiem 7 izraisa translācijas terminatoru parādīšanos, un 176 ir konservatīvi. No 183 1. nukleotīda aizvietojumiem 9 izraisa terminatoru parādīšanos, 114 ir konservatīvas un 60 ir radikālas. No 183 otrā nukleotīda aizvietojumiem 7 izraisa terminatoru parādīšanos, 74 ir konservatīvas, 102 ir radikālas.