Por que o código genético é universal? Biossíntese de proteínas e ácidos nucléicos

No metabolismo do corpo papel de liderança pertence a proteínas e ácidos nucléicos.
As substâncias proteicas formam a base de todas as estruturas celulares vitais, têm uma reatividade invulgarmente elevada e são dotadas de funções catalíticas.
Os ácidos nucleicos fazem parte do órgão mais importante da célula - o núcleo, bem como o citoplasma, ribossomos, mitocôndrias, etc. Os ácidos nucleicos desempenham um papel importante e primário na hereditariedade, na variabilidade do corpo e na síntese de proteínas.

Plano síntese a proteína é armazenada no núcleo da célula e a síntese direta ocorre fora do núcleo, por isso é necessário serviço de entrega codificado plano do núcleo ao local de síntese. Este serviço de entrega é realizado por moléculas de RNA.

O processo começa às essencial células: parte da “escada” do DNA se desenrola e se abre. Graças a isso, as letras do RNA formam ligações com as letras abertas do DNA de uma das fitas de DNA. A enzima transfere as letras do RNA para uni-las em uma fita. É assim que as letras do DNA são “reescritas” nas letras do RNA. A cadeia de RNA recém-formada é separada e a “escada” do DNA gira novamente. O processo de ler informações do DNA e sintetizá-las usando sua matriz de RNA é chamado transcrição , e o RNA sintetizado é denominado mensageiro ou ARNm .

Após modificações adicionais, este tipo de mRNA codificado está pronto. ARNm sai do núcleo e vai até o local de síntese protéica, onde as letras do mRNA são decifradas. Cada conjunto de três letras de i-RNA forma uma “letra” que representa um aminoácido específico.

Outro tipo de RNA encontra esse aminoácido, captura-o com a ajuda de uma enzima e o entrega ao local de síntese protéica. Este RNA é chamado RNA de transferência ou t-RNA. À medida que a mensagem do mRNA é lida e traduzida, a cadeia de aminoácidos cresce. Essa cadeia se torce e se dobra em um formato único, criando um tipo de proteína. Até o processo de dobramento das proteínas é notável: é preciso um computador para calcular tudo opções dobrar uma proteína de tamanho médio composta por 100 aminoácidos levaria 1.027 (!) anos. E não leva mais de um segundo para formar uma cadeia de 20 aminoácidos no corpo, e esse processo ocorre continuamente em todas as células do corpo.

Genes, código genético e suas propriedades.

Cerca de 7 bilhões de pessoas vivem na Terra. Além dos 25-30 milhões de pares de gêmeos idênticos, geneticamente todas as pessoas são diferentes : cada pessoa é única, tem características hereditárias, traços de caráter, habilidades e temperamento únicos.

Essas diferenças são explicadas diferenças nos genótipos- conjuntos de genes do organismo; Cada um é único. As características genéticas de um determinado organismo são incorporadas em proteínas - portanto, a estrutura da proteína de uma pessoa difere, embora ligeiramente, da proteína de outra pessoa.

Isso não significa que não há duas pessoas com exatamente as mesmas proteínas. As proteínas que desempenham as mesmas funções podem ser iguais ou diferir apenas ligeiramente entre si em um ou dois aminoácidos. Mas não existe na Terra de pessoas (com exceção de gêmeos idênticos) que teriam todas as suas proteínas são os mesmos .

Informações sobre a estrutura primária da proteína codificado como uma sequência de nucleotídeos em uma seção de uma molécula de DNA, gene – uma unidade de informação hereditária de um organismo. Cada molécula de DNA contém muitos genes. A totalidade de todos os genes de um organismo o constitui genótipo . Por isso,

Gene é uma unidade de informação hereditária de um organismo, que corresponde a uma seção separada do DNA

A codificação de informações hereditárias ocorre usando Código genético , que é universal para todos os organismos e difere apenas na alternância de nucleotídeos que formam genes e codificam proteínas de organismos específicos.

Código genético consiste em tripletos (trigêmeos) de nucleotídeos de DNA, combinados em diferentes sequências (AAT, HCA, ACG, THC, etc.), cada um dos quais codifica um aminoácido específico (que será incorporado à cadeia polipeptídica).

Na verdade código conta sequência de nucleotídeos em uma molécula de mRNA , porque remove informações do DNA (processa transcrições ) e o traduz em uma sequência de aminoácidos nas moléculas de proteínas sintetizadas (o processo transmissões ).
A composição do mRNA inclui nucleotídeos A-C-G-U, cujos trigêmeos são chamados códons : um tripleto no DNA CGT no i-RNA se tornará um tripleto GCA, e um tripleto DNA AAG se tornará um tripleto UUC. Exatamente Códons de mRNA o código genético é refletido no registro.

Por isso, código genético - um sistema unificado para registrar informações hereditárias em moléculas de ácido nucleico na forma de uma sequência de nucleotídeos . O código genético é baseado na utilização de um alfabeto composto por apenas quatro letras-nucleotídeos, diferenciadas por bases nitrogenadas: A, T, G, C.

Propriedades básicas do código genético:

1. Código genético trigêmeo. Um tripleto (códon) é uma sequência de três nucleotídeos que codifica um aminoácido. Como as proteínas contêm 20 aminoácidos, é óbvio que cada um deles não pode ser codificado por um nucleotídeo ( Como existem apenas quatro tipos de nucleotídeos no DNA, neste caso 16 aminoácidos permanecem não codificados). Dois nucleotídeos também não são suficientes para codificar aminoácidos, pois neste caso apenas 16 aminoácidos podem ser codificados. Isto significa que o menor número de nucleotídeos que codificam um aminoácido deve ser pelo menos três. Neste caso, o número de trigêmeos de nucleotídeos possíveis é 43 = 64.

2. Redundância (degenerescência) O código é consequência de sua natureza tripleta e significa que um aminoácido pode ser codificado por vários tripletos (já que existem 20 aminoácidos e 64 tripletos), com exceção da metionina e do triptofano, que são codificados por apenas um tripleto. Além disso, alguns trigêmeos desempenham funções específicas: em uma molécula de mRNA, os trigêmeos UAA, UAG, UGA são códons de parada, ou seja, parar-sinais que interrompem a síntese da cadeia polipeptídica. O tripleto correspondente à metionina (AUG), localizado no início da cadeia do DNA, não codifica um aminoácido, mas desempenha a função de iniciar (excitar) a leitura.

3. Inequívoca código - ao mesmo tempo que a redundância, o código tem a propriedade inequívoca : cada códon corresponde apenas um um determinado aminoácido.

4. Colinearidade código, ou seja, sequência de nucleotídeos em um gene exatamente corresponde à sequência de aminoácidos em uma proteína.

5. Código genético não sobreposto e compacto , ou seja, não contém “sinais de pontuação”. Isso significa que o processo de leitura não permite a possibilidade de sobreposição de colunas (trigêmeos) e, a partir de um determinado códon, a leitura prossegue continuamente, tripleto após tripleto, até parar-sinais ( códons de parada).

6. Código genético universal , ou seja, os genes nucleares de todos os organismos codificam informações sobre proteínas da mesma forma, independentemente do nível de organização e posição sistemática desses organismos.

Existir tabelas de código genético para descriptografia códons mRNA e construção de cadeias de moléculas de proteínas.

Reações de síntese de matrizes.

Reações desconhecidas na natureza inanimada ocorrem em sistemas vivos - reações de síntese de matriz.

O termo "matriz" em tecnologia designam um molde utilizado para fundição de moedas, medalhas e fontes tipográficas: o metal endurecido reproduz exatamente todos os detalhes do molde utilizado para fundição. Síntese de matriz assemelha-se à fundição em uma matriz: novas moléculas são sintetizadas exatamente de acordo com o plano estabelecido na estrutura das moléculas existentes.

O princípio da matriz reside no centro as reações sintéticas mais importantes da célula, como a síntese de ácidos nucléicos e proteínas. Essas reações garantem a sequência exata e estritamente específica de unidades monoméricas nos polímeros sintetizados.

Há uma ação direcional acontecendo aqui. puxando monômeros para um local específico células - em moléculas que servem como matriz onde ocorre a reação. Se tais reações ocorressem como resultado de colisões aleatórias de moléculas, elas ocorreriam infinitamente lentamente. A síntese de moléculas complexas com base no princípio do modelo é realizada com rapidez e precisão. O papel da matriz macromoléculas de ácidos nucléicos atuam em reações de matriz ADN ou ARN .

Moléculas monoméricas a partir dos quais o polímero é sintetizado - nucleotídeos ou aminoácidos - de acordo com o princípio da complementaridade, estão localizados e fixados na matriz em uma ordem especificada e estritamente definida.

Então acontece "reticulação" de unidades monoméricas em uma cadeia polimérica, e o polímero acabado é descarregado da matriz.

Depois disso matriz está pronta para a montagem de uma nova molécula de polímero. É claro que, assim como num determinado molde apenas uma moeda ou uma letra pode ser fundida, também numa determinada molécula de matriz apenas um polímero pode ser “montado”.

Tipo de reação matricial- uma característica específica da química dos sistemas vivos. Eles são a base da propriedade fundamental de todos os seres vivos - a capacidade de reproduzir sua própria espécie.

Reações de síntese de modelo

1. Replicação de DNA - replicação (do latim replicatio - renovação) - o processo de síntese de uma molécula filha de ácido desoxirribonucléico na matriz da molécula de DNA parental. Durante a divisão subsequente da célula-mãe, cada célula-filha recebe uma cópia de uma molécula de DNA que é idêntica ao DNA da célula-mãe original. Este processo garante que a informação genética seja transmitida com precisão de geração em geração. A replicação do DNA é realizada por um complexo enzimático complexo que consiste em 15 a 20 proteínas diferentes, chamadas responsivo . O material para síntese são nucleotídeos livres presentes no citoplasma das células. O significado biológico da replicação reside na transferência precisa de informações hereditárias da molécula mãe para as moléculas filhas, o que normalmente ocorre durante a divisão das células somáticas.

Uma molécula de DNA consiste em duas fitas complementares. Essas cadeias são mantidas unidas por ligações de hidrogênio fracas que podem ser quebradas por enzimas. A molécula de DNA é capaz de se autoduplicar (replicação) e uma nova metade é sintetizada em cada metade antiga da molécula.
Além disso, uma molécula de mRNA pode ser sintetizada em uma molécula de DNA, que então transfere a informação recebida do DNA para o local de síntese protéica.

A transferência de informações e a síntese de proteínas ocorrem de acordo com um princípio matricial, comparável ao funcionamento de uma impressora em uma gráfica. As informações do DNA são copiadas muitas vezes. Se ocorrerem erros durante a cópia, eles serão repetidos em todas as cópias subsequentes.

É verdade que alguns erros ao copiar informações com uma molécula de DNA podem ser corrigidos - o processo de eliminação de erros é chamado reparação. A primeira das reações no processo de transferência de informação é a replicação da molécula de DNA e a síntese de novas cadeias de DNA.

2. Transcrição (do latim transcriptio - reescrita) - o processo de síntese de RNA usando o DNA como modelo, ocorrendo em todas as células vivas. Em outras palavras, é a transferência de informação genética do DNA para o RNA.

A transcrição é catalisada pela enzima RNA polimerase dependente de DNA. A RNA polimerase se move ao longo da molécula de DNA na direção 3" → 5". A transcrição consiste em etapas iniciação, alongamento e terminação . A unidade de transcrição é um operon, um fragmento de uma molécula de DNA que consiste em promotor, parte transcrita e terminador . O mRNA consiste em uma cadeia única e é sintetizado no DNA de acordo com a regra da complementaridade com a participação de uma enzima que ativa o início e o fim da síntese da molécula de mRNA.

A molécula de mRNA finalizada entra no citoplasma nos ribossomos, onde ocorre a síntese de cadeias polipeptídicas.

3. Transmissão (de lat. tradução- transferência, movimento) - o processo de síntese de proteínas a partir de aminoácidos em uma matriz de RNA de informação (mensageiro) (mRNA, mRNA), realizado pelo ribossomo. Em outras palavras, este é o processo de tradução da informação contida na sequência de nucleotídeos do mRNA na sequência de aminoácidos do polipeptídeo.

4. Transcrição reversa é o processo de formação de DNA de fita dupla com base nas informações do RNA de fita simples. Esse processo é denominado transcrição reversa, pois a transferência da informação genética ocorre no sentido “reverso” em relação à transcrição. A ideia da transcrição reversa foi inicialmente muito impopular porque contradizia o dogma central da biologia molecular, que presumia que o DNA é transcrito em RNA e depois traduzido em proteínas.

No entanto, em 1970, Temin e Baltimore descobriram independentemente uma enzima chamada transcriptase reversa (revertase) , e a possibilidade de transcrição reversa foi finalmente confirmada. Em 1975, Temin e Baltimore receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina. Alguns vírus (como o vírus da imunodeficiência humana, que causa a infecção pelo HIV) têm a capacidade de transcrever RNA em DNA. O HIV tem um genoma de RNA que está integrado ao DNA. Como resultado, o DNA do vírus pode ser combinado com o genoma da célula hospedeira. A principal enzima responsável pela síntese de DNA a partir de RNA é chamada reversão. Uma das funções da reversão é criar ADN complementar (cDNA) do genoma viral. A enzima associada ribonuclease cliva o RNA e a reversease sintetiza o cDNA a partir da dupla hélice do DNA. O cDNA é integrado ao genoma da célula hospedeira pela integrase. O resultado é síntese de proteínas virais pela célula hospedeira, que formam novos vírus. No caso do HIV, a apoptose (morte celular) dos linfócitos T também está programada. Em outros casos, a célula pode continuar sendo distribuidora de vírus.

A sequência de reações da matriz durante a biossíntese de proteínas pode ser representada na forma de um diagrama.

Por isso, biossíntese de proteínas- este é um dos tipos de troca plástica, durante a qual a informação hereditária codificada nos genes do DNA é implementada em uma sequência específica de aminoácidos nas moléculas de proteína.

As moléculas de proteína são essencialmente cadeias polipeptídicas composto de aminoácidos individuais. Mas os aminoácidos não são ativos o suficiente para se combinarem sozinhos. Portanto, antes de se combinarem e formarem uma molécula de proteína, os aminoácidos devem ativar . Esta ativação ocorre sob a ação de enzimas especiais.

Como resultado da ativação, o aminoácido torna-se mais lábil e, sob a ação da mesma enzima, liga-se a t- ARN. Cada aminoácido corresponde a um t- ARN, que encontra “seu” aminoácido e transferências para o ribossomo.

Consequentemente, vários aminoácidos ativados combinados com seus próprios T- ARN. O ribossomo é como transportador para montar uma cadeia de proteínas a partir de vários aminoácidos que lhe são fornecidos.

Simultaneamente com o t-RNA, no qual seu próprio aminoácido “assenta”, “ sinal"do DNA que está contido no núcleo. De acordo com este sinal, uma ou outra proteína é sintetizada no ribossomo.

A influência direta do DNA na síntese de proteínas não é realizada diretamente, mas com a ajuda de um intermediário especial - matriz ou RNA mensageiro (m-RNA ou ARNm), qual sintetizado no núcleo e sob a influência do DNA, portanto sua composição reflete a composição do DNA. A molécula de RNA é como um molde da forma de DNA. O mRNA sintetizado entra no ribossomo e, por assim dizer, o transfere para esta estrutura plano- em que ordem os aminoácidos ativados que entram no ribossomo devem ser combinados entre si para que uma proteína específica seja sintetizada? De outra forma, a informação genética codificada no DNA é transferida para o mRNA e depois para a proteína.

A molécula de mRNA entra no ribossomo e pontos dela. Aquele segmento que está atualmente localizado no ribossomo é determinado códon (tripleto), interage de maneira completamente específica com aqueles que são estruturalmente semelhantes a ele trigêmeo (anticódon) no RNA de transferência, que trouxe o aminoácido para o ribossomo.

O RNA transportador com seu aminoácido corresponde a um códon específico do mRNA e conecta com ele; para a próxima seção vizinha de mRNA outro tRNA com um aminoácido diferente é adicionado e assim por diante até que toda a cadeia do i-RNA seja lida, até que todos os aminoácidos sejam reduzidos na ordem apropriada, formando uma molécula de proteína. E o tRNA, que entregou o aminoácido a uma parte específica da cadeia polipeptídica, livre de seu aminoácido e sai do ribossomo.

Então, novamente no citoplasma, o aminoácido desejado pode se juntar a ele e transferi-lo novamente para o ribossomo. No processo de síntese protéica, não um, mas vários ribossomos - polirribossomos - estão envolvidos simultaneamente.

As principais etapas da transferência de informação genética:

1. Síntese de DNA como modelo para mRNA (transcrição)
2. Síntese de uma cadeia polipeptídica em ribossomos de acordo com o programa contido no mRNA (tradução) .

Os estágios são universais para todos os seres vivos, mas as relações temporais e espaciais desses processos diferem em pró e eucariotos.

você procarioto a transcrição e a tradução podem ocorrer simultaneamente porque o DNA está localizado no citoplasma. você eucariotos a transcrição e a tradução são estritamente separadas no espaço e no tempo: a síntese de vários RNAs ocorre no núcleo, após o que as moléculas de RNA devem deixar o núcleo passando pela membrana nuclear. Os RNAs são então transportados no citoplasma para o local de síntese protéica.

O código genético é um sistema de registro de informações hereditárias em moléculas de ácidos nucléicos, baseado em uma certa alternância de sequências de nucleotídeos no DNA ou RNA, formando códons correspondentes aos aminoácidos de uma proteína.

Propriedades do código genético.

O código genético possui diversas propriedades.

Tripletidade.

Degeneração ou redundância.

Inequívoca.

Polaridade.

Não sobreposto.

Compacidade.

Versatilidade.

Deve-se notar que alguns autores também propõem outras propriedades do código relacionadas às características químicas dos nucleotídeos incluídos no código ou à frequência de ocorrência de aminoácidos individuais nas proteínas do corpo, etc. No entanto, essas propriedades decorrem daquelas listadas acima, por isso iremos considerá-las lá.

A. Tripletidade. O código genético, como muitos sistemas organizados de forma complexa, possui a menor unidade estrutural e a menor unidade funcional. Um trigêmeo é a menor unidade estrutural do código genético. Consiste em três nucleotídeos. Um códon é a menor unidade funcional do código genético. Normalmente, os trigêmeos de mRNA são chamados de códons. No código genético, um códon desempenha diversas funções. Em primeiro lugar, a sua principal função é codificar um único aminoácido. Em segundo lugar, o códon pode não codificar um aminoácido, mas, neste caso, desempenha outra função (veja abaixo). Como pode ser visto na definição, um trio é um conceito que caracteriza elementar unidade estrutural código genético (três nucleotídeos). Códon – caracteriza unidade semântica elementar genoma - três nucleotídeos determinam a ligação de um aminoácido à cadeia polipeptídica.

A unidade estrutural elementar foi primeiro decifrada teoricamente e depois sua existência foi confirmada experimentalmente. Na verdade, 20 aminoácidos não podem ser codificados com um ou dois nucleotídeos porque existem apenas 4 destes últimos. Três em cada quatro nucleotídeos fornecem 4 3 = 64 variantes, o que cobre mais do que o número de aminoácidos disponíveis nos organismos vivos (ver Tabela 1).

As combinações de 64 nucleotídeos apresentadas na tabela possuem duas características. Em primeiro lugar, das 64 variantes tripletas, apenas 61 são códons e codificam qualquer aminoácido; elas são chamadas códons de sentido. Três trigêmeos não codificam

os aminoácidos a são sinais de parada que indicam o fim da tradução. Existem três desses trigêmeos - UAA, UAG, UGA, eles também são chamados de “sem sentido” (códons sem sentido). Como resultado de uma mutação associada à substituição de um nucleotídeo em um tripleto por outro, um códon sem sentido pode surgir a partir de um códon com sentido. Este tipo de mutação é chamado mutação sem sentido. Se tal sinal de parada for formado dentro do gene (em sua parte de informação), então durante a síntese de proteínas neste local o processo será constantemente interrompido - apenas a primeira (antes do sinal de parada) parte da proteína será sintetizada. Uma pessoa com esta patologia sentirá falta de proteínas e apresentará sintomas associados a esta deficiência. Por exemplo, esse tipo de mutação foi identificada no gene que codifica a cadeia beta da hemoglobina. Uma cadeia encurtada de hemoglobina inativa é sintetizada, que é rapidamente destruída. Como resultado, uma molécula de hemoglobina desprovida de cadeia beta é formada. É claro que é improvável que tal molécula cumpra plenamente as suas funções. Ocorre uma doença grave que se desenvolve como anemia hemolítica (talassemia beta-zero, da palavra grega “Thalas” - Mar Mediterrâneo, onde esta doença foi descoberta pela primeira vez).

O mecanismo de ação dos códons de parada difere do mecanismo de ação dos códons de sentido. Isto decorre do fato de que para todos os códons que codificam aminoácidos, foram encontrados tRNAs correspondentes. Nenhum tRNA foi encontrado para códons sem sentido. Conseqüentemente, o tRNA não participa do processo de interrupção da síntese protéica.

CódonAGOSTO (às vezes GUG em bactérias) não apenas codificam os aminoácidos metionina e valina, mas também sãoiniciador de transmissão .

b. Degeneração ou redundância.

61 dos 64 trigêmeos codificam 20 aminoácidos. Este excesso de três vezes do número de tripletos em relação ao número de aminoácidos sugere que duas opções de codificação podem ser usadas na transferência de informação. Em primeiro lugar, nem todos os 64 códons podem estar envolvidos na codificação de 20 aminoácidos, mas apenas 20 e, em segundo lugar, os aminoácidos podem ser codificados por vários códons. A pesquisa mostrou que a natureza usou a última opção.

Sua preferência é óbvia. Se dos 64 tripletos variantes apenas 20 estivessem envolvidos na codificação de aminoácidos, então 44 tripletos (de 64) permaneceriam não codificantes, ou seja, sem sentido (códons sem sentido). Anteriormente, apontamos como é perigoso para a vida de uma célula transformar um tripleto codificador como resultado de uma mutação em um códon sem sentido - isso perturba significativamente o funcionamento normal da RNA polimerase, levando, em última análise, ao desenvolvimento de doenças. Atualmente, três códons em nosso genoma são absurdos, mas agora imagine o que aconteceria se o número de códons absurdos aumentasse cerca de 15 vezes. É claro que em tal situação a transição de códons normais para códons sem sentido será incomensuravelmente maior.

Um código no qual um aminoácido é codificado por vários tripletos é denominado degenerado ou redundante. Quase todo aminoácido possui vários códons. Assim, o aminoácido leucina pode ser codificado por seis tripletos - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. A valina é codificada por quatro tripletos, a fenilalanina por dois e apenas triptofano e metionina codificado por um códon. A propriedade associada ao registro da mesma informação com símbolos diferentes é chamada degeneração.

O número de códons designados para um aminoácido correlaciona-se bem com a frequência de ocorrência do aminoácido nas proteínas.

E isso provavelmente não é acidental. Quanto maior a frequência de ocorrência de um aminoácido em uma proteína, quanto mais frequentemente o códon desse aminoácido estiver representado no genoma, maior será a probabilidade de seu dano por fatores mutagênicos. Portanto, é claro que um códon mutado tem maior chance de codificar o mesmo aminoácido se for altamente degenerado. Nessa perspectiva, a degeneração do código genético é um mecanismo que protege o genoma humano de danos.

Deve-se notar que o termo degeneração é usado em genética molecular em outro sentido. Assim, a maior parte da informação em um códon está contida nos dois primeiros nucleotídeos; a base na terceira posição do códon acaba sendo de pouca importância. Este fenômeno é chamado de “degeneração da terceira base”. O último recurso minimiza o efeito das mutações. Por exemplo, sabe-se que a principal função dos glóbulos vermelhos é transportar oxigénio dos pulmões para os tecidos e dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. Essa função é desempenhada pelo pigmento respiratório - a hemoglobina, que preenche todo o citoplasma do eritrócito. Consiste em uma parte proteica - globina, que é codificada pelo gene correspondente. Além da proteína, a molécula de hemoglobina contém heme, que contém ferro. Mutações nos genes da globina levam ao aparecimento de diferentes variantes de hemoglobinas. Na maioria das vezes, as mutações estão associadas a substituição de um nucleotídeo por outro e aparecimento de um novo códon no gene, que pode codificar um novo aminoácido na cadeia polipeptídica da hemoglobina. Em um trio, como resultado da mutação, qualquer nucleotídeo pode ser substituído - o primeiro, o segundo ou o terceiro. São conhecidas várias centenas de mutações que afetam a integridade dos genes da globina. Aproximar 400 dos quais estão associados à substituição de nucleotídeos únicos em um gene e à substituição de aminoácidos correspondente em um polipeptídeo. Destes apenas 100 as substituições levam à instabilidade da hemoglobina e a vários tipos de doenças, de leves a muito graves. 300 (aproximadamente 64%) mutações de substituição não afetam a função da hemoglobina e não levam à patologia. Uma das razões para isso é a “degeneração da terceira base” mencionada acima, quando uma substituição do terceiro nucleotídeo em um tripleto que codifica serina, leucina, prolina, arginina e alguns outros aminoácidos leva ao aparecimento de um códon sinônimo. codificando o mesmo aminoácido. Tal mutação não se manifestará fenotipicamente. Em contraste, qualquer substituição do primeiro ou segundo nucleotídeo em um tripleto em 100% dos casos leva ao aparecimento de uma nova variante de hemoglobina. Mas mesmo neste caso, pode não haver distúrbios fenotípicos graves. A razão para isso é a substituição de um aminoácido da hemoglobina por outro semelhante ao primeiro em propriedades físico-químicas. Por exemplo, se um aminoácido com propriedades hidrofílicas for substituído por outro aminoácido, mas com as mesmas propriedades.

A hemoglobina consiste no grupo ferroporfirina do heme (moléculas de oxigênio e dióxido de carbono estão ligadas a ele) e proteína - globina. A hemoglobina adulta (HbA) contém duas moléculas idênticas -correntes e dois -correntes. Molécula -cadeia contém 141 resíduos de aminoácidos, -corrente - 146, - E -cadeias diferem em muitos resíduos de aminoácidos. A sequência de aminoácidos de cada cadeia de globina é codificada por seu próprio gene. Codificação genética -a cadeia está localizada no braço curto do cromossomo 16, -gene - no braço curto do cromossomo 11. Substituição na codificação do gene -a cadeia de hemoglobina do primeiro ou segundo nucleotídeo quase sempre leva ao aparecimento de novos aminoácidos na proteína, à interrupção das funções da hemoglobina e a graves consequências para o paciente. Por exemplo, substituir “C” em um dos trigêmeos CAU (histidina) por “Y” levará ao aparecimento de um novo trigêmeo UAU, codificando outro aminoácido - tirosina. Fenotipicamente, isso se manifestará em uma doença grave.. A substituição semelhante na posição 63 -a cadeia do polipeptídeo histidina em tirosina levará à desestabilização da hemoglobina. A doença metemoglobinemia se desenvolve. Substituição, por mutação, do ácido glutâmico por valina na 6ª posição -cadeia é a causa da doença mais grave - anemia falciforme. Não vamos continuar a triste lista. Observemos apenas que ao substituir os dois primeiros nucleotídeos, pode surgir um aminoácido com propriedades físico-químicas semelhantes ao anterior. Assim, a substituição do segundo nucleotídeo em um dos tripletos que codificam o ácido glutâmico (GAA) em -cadeia com “U” leva ao aparecimento de um novo tripleto (GUA), que codifica a valina, e a substituição do primeiro nucleotídeo por “A” forma o tripleto AAA, que codifica o aminoácido lisina. O ácido glutâmico e a lisina são semelhantes em propriedades físico-químicas - ambos são hidrofílicos. A valina é um aminoácido hidrofóbico. Portanto, a substituição do ácido glutâmico hidrofílico por valina hidrofóbica altera significativamente as propriedades da hemoglobina, o que acaba levando ao desenvolvimento de anemia falciforme, enquanto a substituição do ácido glutâmico hidrofílico por lisina hidrofílica altera a função da hemoglobina em menor grau - os pacientes desenvolvem uma forma leve de anemia. Como resultado da substituição da terceira base, o novo tripleto pode codificar os mesmos aminoácidos do anterior. Por exemplo, se no tripleto CAC o uracil foi substituído por citosina e um tripleto CAC apareceu, então praticamente nenhuma alteração fenotípica será detectada em humanos. Isto é compreensível, porque ambos os trigêmeos codificam o mesmo aminoácido – histidina.

Concluindo, é apropriado enfatizar que a degeneração do código genético e a degeneração da terceira base do ponto de vista biológico geral são mecanismos de proteção inerentes à evolução na estrutura única do DNA e do RNA.

V. Inequívoca.

Cada trigêmeo (exceto o absurdo) codifica apenas um aminoácido. Assim, na direção códon - aminoácido o código genético é inequívoco, na direção aminoácido - códon é ambíguo (degenerado).

Inequívoco

Códon de aminoácido

Degenerar

E neste caso, a necessidade de inequívoco no código genético é óbvia. Em outra opção, ao traduzir o mesmo códon, diferentes aminoácidos seriam inseridos na cadeia proteica e, como resultado, seriam formadas proteínas com diferentes estruturas primárias e diferentes funções. O metabolismo celular mudaria para o modo de operação “um gene – vários polipeptídeos”. É claro que em tal situação a função reguladora dos genes seria completamente perdida.

g. Polaridade

A leitura das informações do DNA e do mRNA ocorre apenas em uma direção. A polaridade é importante para definir estruturas de ordem superior (secundária, terciária, etc.). Anteriormente falamos sobre como as estruturas de ordem inferior determinam as estruturas de ordem superior. A estrutura terciária e as estruturas de ordem superior nas proteínas são formadas assim que a cadeia de RNA sintetizada deixa a molécula de DNA ou a cadeia polipeptídica deixa o ribossomo. Enquanto a extremidade livre de um RNA ou polipeptídeo adquire uma estrutura terciária, a outra extremidade da cadeia continua a ser sintetizada no DNA (se o RNA for transcrito) ou em um ribossomo (se um polipeptídeo for transcrito).

Portanto, o processo unidirecional de leitura da informação (durante a síntese de RNA e proteína) é essencial não apenas para determinar a sequência de nucleotídeos ou aminoácidos na substância sintetizada, mas para a determinação estrita de secundário, terciário, etc. estruturas.

d. Não sobreposição.

O código pode ser sobreposto ou não. A maioria dos organismos possui um código não sobreposto. Código sobreposto é encontrado em alguns fagos.

A essência de um código não sobreposto é que um nucleotídeo de um códon não pode ser simultaneamente um nucleotídeo de outro códon. Se o código fosse sobreposto, então a sequência de sete nucleotídeos (GCUGCUG) poderia codificar não dois aminoácidos (alanina-alanina) (Fig. 33, A) como no caso de um código não sobreposto, mas três (se houver um nucleotídeo em comum) (Fig. 33, B) ou cinco (se dois nucleotídeos forem comuns) (ver Fig. 33, C). Nos dois últimos casos, uma mutação de qualquer nucleotídeo levaria a uma violação na sequência de dois, três, etc. aminoácidos.

Contudo, foi estabelecido que uma mutação de um nucleótido perturba sempre a inclusão de um aminoácido num polipéptido. Este é um argumento significativo de que o código não se sobrepõe.

Vamos explicar isso na Figura 34. As linhas em negrito mostram tripletos que codificam aminoácidos no caso de código não sobreposto e sobreposto. As experiências mostraram claramente que o código genético não se sobrepõe. Sem entrar em detalhes do experimento, notamos que se substituirmos o terceiro nucleotídeo na sequência de nucleotídeos (ver Fig. 34)você (marcado com um asterisco) para alguma outra coisa:

1. Com um código não sobreposto, a proteína controlada por esta sequência teria a substituição de um (primeiro) aminoácido (marcado com asteriscos).

2. Com um código sobreposto na opção A, ocorreria uma substituição em dois (primeiro e segundo) aminoácidos (marcados com asteriscos). Na opção B, a substituição afetaria três aminoácidos (marcados com asteriscos).

No entanto, numerosas experiências demonstraram que quando um nucleótido no ADN é interrompido, a ruptura na proteína afecta sempre apenas um aminoácido, o que é típico de um código não sobreposto.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU

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

Alanina - Alanina Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley

A B C

Código não sobreposto Código sobreposto

Arroz. 34. Diagrama explicando a presença de um código não sobreposto no genoma (explicação no texto).

A não sobreposição do código genético está associada a outra propriedade - a leitura da informação começa a partir de um determinado ponto - o sinal de iniciação. Tal sinal de iniciação no mRNA é o códon que codifica a metionina AUG.

Deve-se notar que uma pessoa ainda possui um pequeno número de genes que se desviam da regra geral e se sobrepõem.

e. Compacidade.

Não há pontuação entre os códons. Em outras palavras, os tripletos não estão separados uns dos outros, por exemplo, por um nucleotídeo sem sentido. A ausência de “sinais de pontuação” no código genético foi comprovada em experimentos.

e. Versatilidade.

O código é o mesmo para todos os organismos que vivem na Terra. A evidência direta da universalidade do código genético foi obtida comparando sequências de DNA com sequências proteicas correspondentes. Descobriu-se que todos os genomas bacterianos e eucarióticos usam os mesmos conjuntos de valores de código. Existem exceções, mas não muitas.

As primeiras exceções à universalidade do código genético foram encontradas nas mitocôndrias de algumas espécies animais. Isto dizia respeito ao códon terminador UGA, que tem a mesma leitura que o códon UGG, que codifica o aminoácido triptofano. Outros desvios mais raros da universalidade também foram encontrados.

Sistema de código de DNA.

O código genético do DNA consiste em 64 trigêmeos de nucleotídeos. Esses trigêmeos são chamados de códons. Cada códon codifica um dos 20 aminoácidos usados ​​na síntese de proteínas. Isto dá alguma redundância no código: a maioria dos aminoácidos são codificados por mais de um códon.
Um códon desempenha duas funções inter-relacionadas: sinaliza o início da tradução e codifica a inclusão do aminoácido metionina (Met) na crescente cadeia polipeptídica. O sistema de codificação do DNA é projetado de modo que o código genético possa ser expresso como códons de RNA ou códons de DNA. Os códons de RNA são encontrados no RNA (mRNA) e esses códons são capazes de ler informações durante a síntese de polipeptídeos (um processo denominado tradução). Mas cada molécula de mRNA adquire uma sequência de nucleotídeos na transcrição do gene correspondente.

Todos, exceto dois aminoácidos (Met e Trp), podem ser codificados por 2 a 6 códons diferentes. No entanto, o genoma da maioria dos organismos mostra que certos códons são favorecidos em detrimento de outros. Em humanos, por exemplo, a alanina é codificada pelo GCC quatro vezes mais frequentemente do que pelo GCG. Isto provavelmente indica maior eficiência de tradução do aparelho de tradução (por exemplo, o ribossomo) para alguns códons.

O código genético é quase universal. Os mesmos códons são atribuídos à mesma seção de aminoácidos e os mesmos sinais de início e parada são esmagadoramente os mesmos em animais, plantas e microorganismos. No entanto, algumas exceções foram encontradas. A maioria envolve a atribuição de um ou dois dos três códons de parada a um aminoácido.

Eles se alinham em cadeias e assim produzem sequências de letras genéticas.

Código genético

As proteínas de quase todos os organismos vivos são constituídas por apenas 20 tipos de aminoácidos. Esses aminoácidos são chamados canônicos. Cada proteína é uma cadeia ou várias cadeias de aminoácidos conectadas em uma sequência estritamente definida. Esta sequência determina a estrutura da proteína e, portanto, todas as suas propriedades biológicas.

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

Em algumas proteínas, aminoácidos não padronizados, como a selenocisteína e a pirrolisina, são inseridos por um ribossomo que lê o códon de parada, dependendo das sequências no mRNA. A selenocisteína é hoje considerada o 21º, e a pirrolisina o 22º, aminoácidos que compõem as proteínas.

Apesar destas exceções, todos os organismos vivos têm códigos genéticos comuns: um códon consiste em três nucleotídeos, onde os dois primeiros são decisivos; os códons são traduzidos pelo tRNA e pelos ribossomos em uma sequência de aminoácidos.

História das ideias sobre o código genético

Porém, no início da década de 60 do século XX, novos dados revelaram a inconsistência da hipótese do “código sem vírgulas”. Depois, experimentos mostraram que os códons, considerados sem sentido por Crick, poderiam provocar a síntese de proteínas in vitro, e em 1965 o significado de todos os 64 trigêmeos foi estabelecido. Descobriu-se que alguns códons são simplesmente redundantes, ou seja, toda uma série de aminoácidos é codificada por dois, quatro ou até seis tripletos.

Veja também

Notas

1. O código genético suporta a inserção direcionada de dois aminoácidos por um códon. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Ciência. 9 de janeiro de 2009;323(5911):259-61.
2. O códon AUG codifica a metionina, mas ao mesmo tempo serve como códon de início - a tradução geralmente começa com o primeiro códon AUG do mRNA.
3. NCBI: "The Genetic Codes", compilado por Andrzej (Anjay) Elzanowski e Jim Ostell
4. Jukes TH, Osawa S, O código genético nas mitocôndrias e cloroplastos., Experiência. 1 de dezembro de 1990;46(11-12):1117-26.
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Literatura

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• Ratner V. A. Código genético como sistema - revista educacional Soros, 2000, 6, No.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Natureza geral do código genético das proteínas - Nature, 1961 (192), pp. 1227-32

Ligações

• Código genético- artigo da Grande Enciclopédia Soviética

Fundação Wikimedia. 2010.

O código genético é uma forma de codificar a sequência de aminoácidos em uma molécula de proteína usando a sequência de nucleotídeos em uma molécula de ácido nucleico. As propriedades do código genético surgem das características dessa codificação.

Cada aminoácido da proteína corresponde a três nucleotídeos de ácido nucleico consecutivos - trigêmeo, ou códon. Cada nucleotídeo pode conter uma das quatro bases nitrogenadas. No RNA são adenina (A), uracila (U), guanina (G), citosina (C). Ao combinar bases nitrogenadas (neste caso, nucleotídeos que as contêm) de diferentes maneiras, você pode obter muitos trigêmeos diferentes: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, etc. O número total de combinações possíveis é 64, ou seja, 43.

As proteínas dos organismos vivos contêm cerca de 20 aminoácidos. Se a natureza “planejasse” codificar cada aminoácido não com três, mas com dois nucleotídeos, então a variedade de tais pares não seria suficiente, pois haveria apenas 16 deles, ou seja, 42.

Por isso, a principal propriedade do código genético é sua triplicidade. Cada aminoácido é codificado por um trio de nucleotídeos.

Uma vez que existem significativamente mais trigêmeos diferentes possíveis do que os aminoácidos usados ​​nas moléculas biológicas, a seguinte propriedade foi realizada na natureza viva: redundância Código genético. Muitos aminoácidos começaram a ser codificados não por um códon, mas por vários. Por exemplo, o aminoácido glicina é codificado por quatro códons diferentes: GGU, GGC, GGA, GGG. A redundância também é chamada degeneração.

A correspondência entre aminoácidos e códons é mostrada nas tabelas. Por exemplo, estes:

Em relação aos nucleotídeos, o código genético possui a seguinte propriedade: inequívoca(ou especificidade): cada códon corresponde a apenas um aminoácido. Por exemplo, o códon GGU só pode codificar glicina e nenhum outro aminoácido.

De novo. Redundância significa que vários trigêmeos podem codificar o mesmo aminoácido. Especificidade – cada códon específico pode codificar apenas um aminoácido.

Não há sinais de pontuação especiais no código genético (exceto os códons de parada, que indicam o fim da síntese do polipeptídeo). A função dos sinais de pontuação é desempenhada pelos próprios trigêmeos - o final de um significa que outro começará em seguida. Isso implica as duas propriedades a seguir do código genético: continuidade E não sobreposto. Continuidade refere-se à leitura de trigêmeos imediatamente um após o outro. Não sobreposição significa que cada nucleotídeo pode fazer parte de apenas um tripleto. Portanto, o primeiro nucleotídeo do próximo trigêmeo sempre vem depois do terceiro nucleotídeo do trigêmeo anterior. Um códon não pode começar com o segundo ou terceiro nucleotídeo do códon anterior. Em outras palavras, o código não se sobrepõe.

O código genético tem a propriedade versatilidade. É o mesmo para todos os organismos da Terra, o que indica a unidade da origem da vida. Existem exceções muito raras a isso. Por exemplo, alguns trigêmeos nas mitocôndrias e cloroplastos codificam aminoácidos diferentes dos habituais. Isso pode sugerir que no início da vida havia variações ligeiramente diferentes no código genético.

Finalmente, o código genético imunidade a ruídos, o que é consequência de sua propriedade como redundância. Mutações pontuais, que às vezes ocorrem no DNA, geralmente resultam na substituição de uma base nitrogenada por outra. Isso muda o trigêmeo. Por exemplo, era AAA, mas depois da mutação passou a ser AAG. Porém, tais alterações nem sempre levam a uma alteração do aminoácido do polipeptídeo sintetizado, uma vez que ambos os tripletos, devido à propriedade de redundância do código genético, podem corresponder a um aminoácido. Considerando que as mutações são frequentemente prejudiciais, a propriedade de imunidade ao ruído é útil.

O código genético, ou biológico, é uma das propriedades universais da natureza viva, comprovando a unidade de sua origem. Código genéticoé um método de codificação da sequência de aminoácidos de um polipéptido utilizando uma sequência de nucleótidos de ácidos nucleicos (ARN mensageiro ou uma secção de ADN complementar na qual o ARNm é sintetizado).

Existem outras definições.

Código genético- esta é a correspondência de cada aminoácido (parte das proteínas vivas) com uma sequência específica de três nucleotídeos. Código genéticoé a relação entre as bases dos ácidos nucléicos e os aminoácidos das proteínas.

Na literatura científica, código genético não significa a sequência de nucleotídeos do DNA de um organismo que determina sua individualidade.

É incorreto presumir que um organismo ou espécie possui um código e outro possui outro. O código genético é como os aminoácidos são codificados pelos nucleotídeos (ou seja, princípio, mecanismo); é universal para todos os seres vivos, igual para todos os organismos.

Portanto, é incorreto dizer, por exemplo, “O código genético de uma pessoa” ou “O código genético de um organismo”, que é frequentemente usado em literatura e filmes pseudocientíficos.

Nestes casos, geralmente nos referimos ao genoma de uma pessoa, de um organismo, etc.

A diversidade dos organismos vivos e as características de sua atividade vital se devem principalmente à diversidade de proteínas.

A estrutura específica de uma proteína é determinada pela ordem e quantidade dos diversos aminoácidos que compõem sua composição. A sequência de aminoácidos do peptídeo é criptografada no DNA usando um código biológico. Do ponto de vista da diversidade do conjunto de monômeros, o DNA é uma molécula mais primitiva que um peptídeo. O DNA consiste em diferentes alternâncias de apenas quatro nucleotídeos. Isto há muito que impede os investigadores de considerarem o ADN como o material da hereditariedade.

Como os aminoácidos são codificados pelos nucleotídeos?

1) Os ácidos nucleicos (DNA e RNA) são polímeros constituídos por nucleotídeos.

Cada nucleotídeo pode conter uma das quatro bases nitrogenadas: adenina (A, en: A), guanina (G, G), citosina (C, en: C), timina (T, en: T). No caso do RNA, a timina é substituída por uracila (U, U).

Ao considerar o código genético, apenas as bases nitrogenadas são levadas em consideração.

Então a cadeia de DNA pode ser representada como sua sequência linear. Por exemplo:

A seção de mRNA complementar a este código será a seguinte:

2) Proteínas (polipeptídeos) são polímeros constituídos por aminoácidos.

Nos organismos vivos, 20 aminoácidos são usados ​​para construir polipeptídeos (mais alguns são muito raros). Para designá-los, você também pode usar uma letra (embora mais frequentemente usem três - uma abreviatura para o nome do aminoácido).

Os aminoácidos em um polipeptídeo também estão conectados linearmente por uma ligação peptídica. Por exemplo, suponha que haja uma seção de uma proteína com a seguinte sequência de aminoácidos (cada aminoácido é designado por uma letra):

3) Se a tarefa é codificar cada aminoácido usando nucleotídeos, então tudo se resume a como codificar 20 letras usando 4 letras.

Isso pode ser feito combinando letras de um alfabeto de 20 letras com palavras compostas por várias letras de um alfabeto de 4 letras.

Se um aminoácido for codificado por um nucleotídeo, apenas quatro aminoácidos poderão ser codificados.

Se cada aminoácido estiver associado a dois nucleotídeos consecutivos na cadeia de RNA, então dezesseis aminoácidos podem ser codificados.

Na verdade, se houver quatro letras (A, U, G, C), então o número de suas diferentes combinações de pares será 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Os colchetes são usados ​​para facilitar a percepção.] Isso significa que apenas 16 aminoácidos diferentes podem ser codificados com tal código (uma palavra de duas letras): cada um terá sua própria palavra (dois nucleotídeos consecutivos).

Da matemática, a fórmula para determinar o número de combinações é assim: ab = n.

Aqui n é o número de combinações diferentes, a é o número de letras do alfabeto (ou a base do sistema numérico), b é o número de letras na palavra (ou dígitos no número). Se substituirmos o alfabeto de 4 letras e palavras que consistem em duas letras nesta fórmula, obteremos 42 = 16.

Se três nucleotídeos consecutivos forem usados ​​como palavra de código para cada aminoácido, então 43 = 64 aminoácidos diferentes podem ser codificados, uma vez que 64 combinações diferentes podem ser feitas a partir de quatro letras tomadas em grupos de três (por exemplo, AUG, GAA, CAU , GGU, etc.).

D.). Isso já é mais que suficiente para codificar 20 aminoácidos.

Exatamente código de três letras usado no código genético. Três nucleotídeos consecutivos que codificam um aminoácido são chamados trigêmeo(ou códon).

Cada aminoácido está associado a um trio específico de nucleotídeos.

Além disso, como as combinações de tripletos se sobrepõem ao número de aminoácidos em excesso, muitos aminoácidos são codificados por vários tripletos.

Três trigêmeos não codificam nenhum dos aminoácidos (UAA, UAG, UGA).

Eles marcam o final da transmissão e são chamados códons de parada(ou códons sem sentido).

O tripleto AUG codifica não apenas o aminoácido metionina, mas também inicia a tradução (desempenha o papel de um códon de início).

Abaixo estão tabelas de correspondência de aminoácidos com trigêmeos de nucleoitídeos.

Usando a primeira tabela, é conveniente determinar o aminoácido correspondente de um determinado trio. Para o segundo - para um determinado aminoácido, os trigêmeos que lhe correspondem.

Consideremos um exemplo de implementação de um código genético. Seja um mRNA com o seguinte conteúdo:

Vamos dividir a sequência de nucleotídeos em trigêmeos:

Vamos associar cada tripleto ao aminoácido do polipeptídeo que ele codifica:

Metionina - Ácido aspártico - Serina - Treonina - Triptofano - Leucina - Leucina - Lisina - Asparagina - Glutamina

O último trio é um códon de parada.

Propriedades do código genético

As propriedades do código genético são em grande parte uma consequência da forma como os aminoácidos são codificados.

A primeira e óbvia propriedade é triplicidade.

Refere-se ao fato de que a unidade de código é uma sequência de três nucleotídeos.

Uma propriedade importante do código genético é a sua não sobreposto. Um nucleotídeo incluído em um tripleto não pode ser incluído em outro.

Ou seja, a sequência AGUGAA só pode ser lida como AGU-GAA, mas não, por exemplo, assim: AGU-GUG-GAA. Ou seja, se um par de GU estiver incluído em um trio, ele já não pode ser componente de outro.

Sob inequívoca O código genético entende que cada trigêmeo corresponde a apenas um aminoácido.

Por exemplo, o trio AGU codifica o aminoácido serina e nada mais.

Código genético

Este trio corresponde exclusivamente a apenas um aminoácido.

Por outro lado, vários trigêmeos podem corresponder a um aminoácido. Por exemplo, a mesma serina, além de AGU, corresponde ao códon AGC. Esta propriedade é chamada degeneração Código genético.

A degenerescência permite que muitas mutações permaneçam inofensivas, uma vez que muitas vezes a substituição de um nucleotídeo no DNA não leva a uma alteração no valor do trio. Se você observar atentamente a tabela de correspondência de aminoácidos com trigêmeos, poderá ver que se um aminoácido for codificado por vários trigêmeos, eles geralmente diferem no último nucleotídeo, ou seja, pode ser qualquer coisa.

Algumas outras propriedades do código genético também são observadas (continuidade, imunidade a ruídos, universalidade, etc.).

Resiliência como adaptação das plantas às condições de vida. Reações básicas das plantas à ação de fatores adversos.

A resistência das plantas é a capacidade de resistir aos efeitos de fatores ambientais extremos (seca do solo e do ar).

A singularidade do código genético se manifesta no fato de que

Esta propriedade foi desenvolvida durante o processo de evolução e foi geneticamente fixada. Em áreas com condições desfavoráveis, formaram-se formas ornamentais estáveis ​​​​e variedades locais de plantas cultivadas resistentes à seca. Um determinado nível de resistência inerente às plantas só é revelado sob a influência de fatores ambientais extremos.

Como resultado do aparecimento de tal fator, começa a fase de irritação - um desvio acentuado da norma de vários parâmetros fisiológicos e seu rápido retorno ao normal. Depois, há uma mudança na taxa metabólica e danos às estruturas intracelulares. Ao mesmo tempo, todos os sintéticos são suprimidos, todos os hidrolíticos são ativados e o suprimento geral de energia do corpo diminui. Se o efeito do fator não ultrapassar o valor limite, inicia-se a fase de adaptação.

Uma planta adaptada reage menos à exposição repetida ou crescente a um fator extremo. No nível do organismo, a interação entre os órgãos se soma aos mecanismos de adaptação. O enfraquecimento do movimento dos fluxos de água, compostos minerais e orgânicos através da planta agrava a competição entre os órgãos e seu crescimento é interrompido.

Bioestabilidade em plantas definida. o valor máximo do fator extremo no qual as plantas ainda formam sementes viáveis. A estabilidade agronômica é determinada pelo grau de redução do rendimento. As plantas são caracterizadas por sua resistência a um tipo específico de fator extremo - invernal, resistente ao gás, resistente ao sal, resistente à seca.

O tipo de lombrigas, ao contrário dos platelmintos, possuem uma cavidade corporal primária - a esquizocele, formada pela destruição do parênquima que preenche as lacunas entre a parede do corpo e os órgãos internos - sua função é o transporte.

Mantém a homeostase. O formato do corpo é redondo em diâmetro. O tegumento é cuticulado. Os músculos são representados por uma camada de músculos longitudinais. O intestino passa e consiste em 3 seções: anterior, média e posterior. A abertura da boca está localizada na superfície ventral da extremidade anterior do corpo. A faringe possui um lúmen triangular característico. O sistema excretor é representado por protonefrídios ou glândulas cutâneas especiais - glândulas hipodérmicas. A maioria das espécies é dióica e se reproduz apenas sexualmente.

O desenvolvimento é direto, menos frequentemente com metamorfose. Eles têm uma composição celular corporal constante e não têm capacidade de regeneração. O intestino anterior consiste na cavidade oral, faringe e esôfago.

Eles não têm seção média ou posterior. O sistema excretor consiste em 1-2 células gigantes da hipoderme. Os canais excretores longitudinais situam-se nas cristas laterais da hipoderme.

Propriedades do código genético. Evidência de código triplo. Decodificação de códons. Pare os códons. O conceito de supressão genética.

A ideia de que um gene codifica informações na estrutura primária de uma proteína foi concretizada por F.

Crick em sua hipótese de sequência, segundo a qual a sequência dos elementos genéticos determina a sequência dos resíduos de aminoácidos na cadeia polipeptídica. A validade da hipótese da sequência é comprovada pela colinearidade das estruturas do gene e do polipeptídeo que ele codifica. O desenvolvimento mais significativo em 1953 foi a consideração disso. Que o código é provavelmente triplo.

; Pares de bases do DNA: AT, TA, GC, CG - só podem codificar 4 aminoácidos se cada par corresponder a um aminoácido. Como você sabe, as proteínas contêm 20 aminoácidos básicos. Se assumirmos que cada aminoácido tem 2 pares de bases, então 16 aminoácidos (4*4) podem ser codificados - isto novamente não é suficiente.

Se o código for triplo, então 64 códons (4*4*4) podem ser formados a partir de 4 pares de bases, o que é mais que suficiente para codificar 20 aminoácidos. Crick e seus colegas presumiram que o código era triplo: não havia “vírgulas” entre os códons, ou seja, marcas de separação; O código dentro de um gene é lido a partir de um ponto fixo em uma direção. No verão de 1961, Kirenberg e Mattei relataram a decodificação do primeiro códon e sugeriram um método para estabelecer a composição de códons em um sistema de síntese de proteínas livre de células.

Assim, o códon para fenilalanina foi transcrito como UUU no mRNA. Além disso, como resultado da aplicação de métodos desenvolvidos por Korana, Nirenberg e Leder em 1965.

um dicionário de código em sua forma moderna foi compilado. Assim, a ocorrência de mutações em fagos T4 causadas pela perda ou adição de bases foi uma evidência da natureza tripla do código (propriedade 1). Essas exclusões e adições, que levavam a mudanças de quadro ao “ler” o código, foram eliminadas apenas pela restauração da correção do código; isso impediu o aparecimento de mutantes. Esses experimentos também mostraram que os tripletos não se sobrepõem, ou seja, cada base pode pertencer a apenas um tripleto (propriedade 2).

A maioria dos aminoácidos possui vários códons. Um código em que o número de aminoácidos é menor que o número de códons é denominado degenerado (propriedade 3), ou seja,

e. um determinado aminoácido pode ser codificado por mais de um tripleto. Além disso, três códons não codificam nenhum aminoácido (“códons sem sentido”) e atuam como um “sinal de parada”. Um códon de parada é o ponto final de uma unidade funcional do DNA, o cistron. Os códons de parada são iguais em todas as espécies e são representados como UAA, UAG, UGA. Uma característica notável do código é que ele é universal (propriedade 4).

Em todos os organismos vivos, os mesmos trigêmeos codificam os mesmos aminoácidos.

A existência de três tipos de terminadores de códons mutantes e sua supressão foram demonstradas em E. coli e leveduras. A descoberta de genes supressores que “interpretam” alelos sem sentido de diferentes genes indica que a tradução do código genético pode mudar.

Mutações que afetam o anticódon dos tRNAs alteram sua especificidade de códon e criam a possibilidade de supressão de mutações no nível translacional. A supressão no nível translacional pode ocorrer devido a mutações nos genes que codificam certas proteínas ribossômicas. Como resultado dessas mutações, o ribossomo “comete erros”, por exemplo, na leitura de códons sem sentido e os “interpreta” usando alguns tRNAs não mutantes. Juntamente com a supressão genotípica que atua no nível da tradução, a supressão fenotípica de alelos sem sentido também é possível: quando a temperatura diminui, quando as células são expostas a antibióticos aminoglicosídeos que se ligam aos ribossomos, por exemplo, estreptomicina.

22. Reprodução de plantas superiores: vegetativa e assexuada. Esporulação, estrutura de esporos, igual e heterosporosa.A reprodução como propriedade da matéria viva, ou seja, a capacidade de um indivíduo dar origem à sua própria espécie, existia nos primeiros estágios da evolução.

As formas de reprodução podem ser divididas em 2 tipos: assexuada e sexual. A própria reprodução assexuada é realizada sem a participação de células germinativas, com a ajuda de células especializadas - esporos. Eles são formados nos órgãos de reprodução assexuada - esporângios, como resultado da divisão mitótica.

Durante sua germinação, o esporo reproduz um novo indivíduo, semelhante à mãe, com exceção dos esporos de plantas com sementes, em que o esporo perdeu a função de reprodução e dispersão. Os esporos também podem ser formados por divisão redutora, com esporos unicelulares se espalhando.

A reprodução de plantas usando vegetativo (parte de um caule, folha, raiz) ou divisão de algas unicelulares ao meio é chamada de vegetativo (bulbo, estacas).

A reprodução sexual é realizada por células sexuais especiais - gametas.

Os gametas são formados como resultado da meiose, existem femininos e masculinos. Como resultado de sua fusão, surge um zigoto, a partir do qual um novo organismo se desenvolve posteriormente.

As plantas diferem nos tipos de gametas. Em alguns organismos unicelulares funciona como gameta em determinados momentos. Organismos de sexos diferentes (gametas) se fundem - esse processo sexual é chamado hologâmia. Se os gametas masculinos e femininos são morfologicamente semelhantes e móveis, estes são isogametas.

E o processo sexual - isogâmico. Se os gametas femininos são um pouco maiores e menos móveis que os masculinos, então são heterogametas e o processo é heterogamia. Oogamia - os gametas femininos são muito grandes e imóveis, os gametas masculinos são pequenos e móveis.

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Código genético - correspondência entre trigêmeos de DNA e aminoácidos proteicos

A necessidade de codificar a estrutura das proteínas na sequência linear de nucleotídeos de mRNA e DNA é ditada pelo fato de que durante a tradução:

• não há correspondência entre o número de monômeros na matriz de mRNA e o produto - a proteína sintetizada;
• não há semelhança estrutural entre RNA e monômeros de proteínas.

Isso elimina a interação complementar entre a matriz e o produto - o princípio pelo qual a construção de novas moléculas de DNA e RNA é realizada durante a replicação e transcrição.

A partir disso fica claro que deve haver um “dicionário” que permita descobrir qual sequência de nucleotídeos do mRNA garante a inclusão de aminoácidos em uma proteína em uma determinada sequência. Esse “dicionário” é chamado de código genético, biológico, de nucleotídeos ou de aminoácidos. Ele permite criptografar os aminoácidos que constituem as proteínas usando uma sequência específica de nucleotídeos no DNA e no mRNA. É caracterizado por certas propriedades.

Tripletidade. Uma das principais questões na determinação das propriedades do código foi a questão do número de nucleotídeos, que deveria determinar a inclusão de um aminoácido na proteína.

Descobriu-se que os elementos codificadores na criptografia de uma sequência de aminoácidos são, na verdade, tripletos de nucleotídeos, ou trigêmeos, que foram nomeados "códons".

O significado dos códons.

Foi possível estabelecer que dos 64 códons, a inclusão de aminoácidos na cadeia polipeptídica sintetizada codifica 61 tripletos, e os 3 restantes - UAA, UAG, UGA - não codificam a inclusão de aminoácidos na proteína e foram originalmente chamados códons sem sentido ou sem sentido. No entanto, mais tarde foi demonstrado que esses trigêmeos sinalizam a conclusão da tradução e, portanto, passaram a ser chamados de códons de terminação ou de parada.

Os códons do mRNA e tripletos de nucleotídeos na fita codificadora do DNA com direção da extremidade 5 'para a extremidade 3' têm a mesma sequência de bases nitrogenadas, exceto que no DNA, em vez de uracil (U), característico do mRNA, há é a timina (T).

Especificidade.

Cada códon corresponde a apenas um aminoácido específico. Nesse sentido, o código genético é estritamente inequívoco.

Tabela 4-3.

A inequívoca é uma das propriedades do código genético, manifestada no fato de que...

Principais componentes do sistema de síntese de proteínas

Notas: duende( fatores de iniciação eucariótica) — fatores de iniciação; eEF ( fatores de alongamento eucarióticos) — fatores de alongamento; eRF ( fatores de liberação eucarióticos) são fatores de terminação.

Degeneração. Existem 61 trigêmeos no mRNA e no DNA, cada um dos quais codifica a inclusão de um dos 20 aminoácidos na proteína.

Conclui-se que nas moléculas de informação a inclusão do mesmo aminoácido em uma proteína é determinada por vários códons. Esta propriedade do código biológico é chamada de degenerescência.

Em humanos, apenas 2 aminoácidos são codificados com um códon - Met e Tri, enquanto Leu, Ser e Apr - com seis códons, e Ala, Val, Gly, Pro, Tre - com quatro códons (Tabela

A redundância das sequências de codificação é a propriedade mais valiosa de um código, pois aumenta a estabilidade do fluxo de informações aos efeitos adversos do ambiente externo e interno. Ao determinar a natureza do aminoácido a ser incluído numa proteína, o terceiro nucleótido num codão não é tão importante como os dois primeiros. Como pode ser visto na tabela. 4.4, para muitos aminoácidos, a substituição de um nucleotídeo na terceira posição de um códon não afeta seu significado.

Linearidade de registro de informações.

Durante a tradução, os códons do mRNA são “lidos” sequencialmente a partir de um ponto inicial fixo e não se sobrepõem. O registro de informações não contém sinais indicando o final de um códon e o início do próximo. O códon AUG é o códon de iniciação e é lido no início e em outras partes do mRNA como Met. Os tripletos que o seguem são lidos sequencialmente sem lacunas até o códon de parada, no qual a síntese da cadeia polipeptídica é concluída.

Versatilidade.

Até recentemente, acreditava-se que o código era absolutamente universal, ou seja, o significado das palavras-código é o mesmo para todos os organismos estudados: vírus, bactérias, plantas, anfíbios, mamíferos, incluindo humanos.

No entanto, uma exceção tornou-se conhecida mais tarde; descobriu-se que o mRNA mitocondrial contém 4 tripletos que têm um significado diferente do mRNA de origem nuclear. Assim, no mRNA mitocondrial, o tripleto UGA codifica Tri, AUA codifica Met e ACA e AGG são lidos como códons de parada adicionais.

Colinearidade de gene e produto.

Nos procariontes, foi encontrada uma correspondência linear entre a sequência de códons de um gene e a sequência de aminoácidos no produto proteico, ou, como dizem, há colinearidade entre o gene e o produto.

Tabela 4-4.

Código genético

Notas: você - uracila; C - citosina; A - adenina; G - guanina; *—códon de terminação.

Nos eucariotos, as sequências de bases de um gene que são colineares com a sequência de aminoácidos da proteína são interrompidas por nitronas.

Portanto, em células eucarióticas, a sequência de aminoácidos de uma proteína é colinear com a sequência de exons em um gene ou mRNA maduro após remoção pós-transcricional de íntrons.

O código genético, também chamado de código de aminoácidos, é um sistema para registrar informações sobre a sequência de aminoácidos em uma proteína usando a sequência de resíduos de nucleotídeos no DNA que contém uma das 4 bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G ), citosina (C) e timina (T). No entanto, como a hélice dupla de DNA não está diretamente envolvida na síntese da proteína que é codificada por uma dessas fitas (ou seja, RNA), o código é escrito na linguagem do RNA, que contém uracila (U). de timina. Pela mesma razão, costuma-se dizer que um código é uma sequência de nucleotídeos, e não pares de nucleotídeos.

O código genético é representado por certas palavras-código, chamadas códons.

A primeira palavra-código foi decifrada por Nirenberg e Mattei em 1961. Eles obtiveram um extrato de E. coli contendo ribossomos e outros fatores necessários para a síntese de proteínas. O resultado foi um sistema livre de células para a síntese de proteínas, que poderia montar proteínas a partir de aminoácidos se o mRNA necessário fosse adicionado ao meio. Ao adicionar ao meio RNA sintético constituído apenas por uracilas, eles descobriram que se formou uma proteína composta apenas por fenilalanina (polifenilalanina). Assim, foi estabelecido que o tripleto de nucleotídeos UUU (códon) corresponde à fenilalanina. Nos próximos 5-6 anos, todos os códons do código genético foram determinados.

O código genético é uma espécie de dicionário que traduz um texto escrito com quatro nucleotídeos em um texto proteico escrito com 20 aminoácidos. Os aminoácidos restantes encontrados nas proteínas são modificações de um dos 20 aminoácidos.

Propriedades do código genético

O código genético tem as seguintes propriedades.

1. Triplicado- Cada aminoácido corresponde a um triplo de nucleotídeos. É fácil calcular que existem 4 3 = 64 códons. Destes, 61 são semânticos e 3 são sem sentido (terminação, códons de parada).
2. Continuidade(sem sinais de separação entre nucleotídeos) - ausência de sinais de pontuação intragênicos;

   Dentro de um gene, cada nucleotídeo faz parte de um códon significativo. Em 1961 Seymour Benzer e Francis Crick provaram experimentalmente a natureza tripla do código e sua continuidade (compactação) [mostrar]

   

   A essência do experimento: mutação “+” - inserção de um nucleotídeo. "-" mutação - perda de um nucleotídeo.

   Uma única mutação (“+” ou “-”) no início de um gene ou uma mutação dupla (“+” ou “-”) estraga o gene inteiro.

   Uma mutação tripla (“+” ou “-”) no início de um gene estraga apenas parte do gene.

   Uma mutação quádrupla “+” ou “-” novamente estraga todo o gene.

   O experimento foi realizado em dois genes fagos adjacentes e mostrou que

   1. o código é triplo e não há pontuação dentro do gene
   2. existem sinais de pontuação entre os genes
3. Presença de sinais de pontuação intergênicos- a presença entre os trigêmeos de códons de iniciação (eles iniciam a biossíntese de proteínas) e códons de terminação (indicando o fim da biossíntese de proteínas);

   Convencionalmente, o códon AUG, o primeiro após a sequência líder, também pertence aos sinais de pontuação. Funciona como uma letra maiúscula. Nesta posição codifica formilmetionina (em procariontes).

   No final de cada gene que codifica um polipeptídeo existe pelo menos um dos 3 códons de parada, ou sinais de parada: UAA, UAG, UGA. Eles encerram a transmissão.

4. Colinearidade- correspondência da sequência linear de códons de mRNA e aminoácidos na proteína.
5. Especificidade- cada aminoácido corresponde apenas a determinados códons que não podem ser utilizados para outro aminoácido.
6. Unidirecionalidade- os códons são lidos em uma direção - do primeiro nucleotídeo aos subsequentes
7. Degeneração ou redundância, - um aminoácido pode ser codificado por vários tripletos (aminoácidos - 20, possíveis tripletos - 64, 61 deles são semânticos, ou seja, em média, cada aminoácido corresponde a cerca de 3 códons); as exceções são metionina (Met) e triptofano (Trp).

   A razão para a degeneração do código é que a carga semântica principal é transportada pelos dois primeiros nucleotídeos do trio, e o terceiro não é tão importante. Daqui regra de degeneração de código : Se dois códons têm os mesmos dois primeiros nucleotídeos e seus terceiros nucleotídeos pertencem à mesma classe (purina ou pirimidina), então eles codificam o mesmo aminoácido.

   No entanto, existem duas exceções a esta regra ideal. Este é o códon AUA, que não deveria corresponder à isoleucina, mas à metionina, e o códon UGA, que é um códon de parada, enquanto deveria corresponder ao triptofano. A degenerescência do código tem obviamente um significado adaptativo.

8. Versatilidade- todas as propriedades do código genético acima são características de todos os organismos vivos.

   Códon	Código universal	Códigos mitocondriais
   		Vertebrados	Invertebrados	Levedura	Plantas
   UGA	PARAR	Viagem	Viagem	Viagem	PARAR
   AUA	Ou	Conheceu	Conheceu	Conheceu	Ou
   CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
   A.G.A.	Argumento	PARAR	Ser	Argumento	Argumento
   AG	Argumento	PARAR	Ser	Argumento	Argumento

   Recentemente, o princípio da universalidade do código foi abalado em conexão com a descoberta por Berrell em 1979 do código ideal das mitocôndrias humanas, no qual a regra da degeneração do código é satisfeita. No código mitocondrial, o códon UGA corresponde ao triptofano e o AUA à metionina, conforme exigido pela regra de degeneração do código.

   Talvez no início da evolução todos os organismos simples tivessem o mesmo código das mitocôndrias, e depois sofreram pequenos desvios.

9. Não sobreposto- cada um dos trigêmeos do texto genético é independente um do outro, um nucleotídeo está incluído em apenas um trigêmeo; Na Fig. mostra a diferença entre código sobreposto e não sobreposto.

   Em 1976 O DNA do fago φX174 foi sequenciado. Possui DNA circular de fita simples composto por 5.375 nucleotídeos. O fago era conhecido por codificar 9 proteínas. Para 6 deles foram identificados genes localizados um após o outro.

   Descobriu-se que há uma sobreposição. O gene E está localizado inteiramente no gene D. Seu códon de início aparece como resultado de uma mudança de quadro de um nucleotídeo. O gene J começa onde termina o gene D. O códon de início do gene J se sobrepõe ao códon de parada do gene D como resultado de uma mudança de dois nucleotídeos. A construção é chamada de “mudança de quadro de leitura” por um número de nucleotídeos que não é múltiplo de três. Até o momento, a sobreposição só foi demonstrada para alguns fagos.

10. Imunidade a ruídos- a razão entre o número de substituições conservativas e o número de substituições radicais.

    Mutações de substituição de nucleotídeos que não levam a uma mudança na classe do aminoácido codificado são chamadas de conservadoras. Mutações de substituição de nucleotídeos que levam a uma mudança na classe do aminoácido codificado são chamadas de radicais.

    Como o mesmo aminoácido pode ser codificado por tripletos diferentes, algumas substituições em tripletos não levam a uma alteração no aminoácido codificado (por exemplo, UUU -> UUC deixa a fenilalanina). Algumas substituições alteram um aminoácido para outro da mesma classe (apolar, polar, básico, ácido), outras substituições também alteram a classe do aminoácido.

    Em cada trio, podem ser feitas 9 substituições simples, ou seja, Existem três maneiras de escolher qual posição alterar (1ª ou 2ª ou 3ª), sendo que a letra selecionada (nucleotídeo) pode ser alterada para 4-1=3 outras letras (nucleotídeo). O número total de possíveis substituições de nucleotídeos é 61 por 9 = 549.

    Por cálculo direto usando a tabela de código genético, pode-se verificar que: 23 substituições de nucleotídeos levam ao aparecimento de códons - terminadores de tradução. 134 substituições não alteram o aminoácido codificado. 230 substituições não alteram a classe do aminoácido codificado. 162 substituições levam a uma mudança na classe de aminoácidos, ou seja, são radicais. Das 183 substituições do terceiro nucleotídeo, 7 levam ao aparecimento de terminadores de tradução e 176 são conservadoras. Das 183 substituições do 1º nucleotídeo, 9 levam ao aparecimento de terminadores, 114 são conservadoras e 60 são radicais. Das 183 substituições do 2º nucleotídeo, 7 levam ao aparecimento de terminadores, 74 são conservadoras, 102 são radicais.