Гены в днк и аминокислоты

Важная и проверенная информация на тему: "гены в днк и аминокислоты" от профессионалов для спортсменов и новичков.

Генетический код: свойства и функции

Генетические функции ДНК заключаются в том, что она обеспечивает хранение, передачу и реализацию наследственной информации, которая представляет собой информацию о первичной структуре белков (т.е. их аминокислотном составе). Связь ДНК с синтезом белка была предсказана биохимиками Дж. Бидлом и Э. Тейтумом еще в 1944 г. при изучении механизма мутаций у плесневого грибка Neurospora. Информация записана в виде определенной последовательности азотистых оснований в молекуле ДНК с помощью генетического кода. Расшифровку генетического кода считают одним из великих открытий естествознания ХХ в. и по значимости приравнивают к открытию ядерной энергии в физике. Успех в этой области связан с именем американского ученого М. Ниренберга, в лаборатории которого был расшифрован первый кодон — YYY. Однако весь процесс расшифровки занял более 10 лет, в нем участвовало много известных ученых из разных стран, и не только биологи, но и физики, математики, кибернетики. Решающий вклад в разработку механизма записи генетической информации был внесен Г. Гамовым, который первым предположил, что кодон состоит из трех нуклеотидов. Совместными усилиями ученых была дана полная характеристика генетического кода.

Основными свойствами генетического кода являются: триплетность, вырожденность и неперекрываемость. Триплетность означает, что последовательность из трех оснований определяет включение в молекулу белка специфической аминокислоты (например, АУГ — метионин). Вырожденность кода заключается в том, что одна и та же аминокислота может кодироваться двумя или несколькими кодонами. Неперекрываемость означает, что одно и то же основание не может входить в состав двух соседних кодонов.

Установлено, что код является универсальным, т.е. принцип записи генетической информации одинаков у всех организмов.

Триплеты, кодирующие одну и ту же аминокислоту, называются кодонами-синонимами. Обычно они имеют одинаковые основания в 1-й и 2-й позициях и различаются только по третьему основанию. Например, включение аминокислоты аланина в молекулу белка кодируют кодоны-синонимы в молекуле РНК — GCA, GCC, GCG, GCY. В составе генетического кода имеются три некодирующих триплета (нонсенс-кодоны — UAG, UGA, UAA), которые играют роль stop-сигналов в процессе считывания информации.

Установлено, что универсальность генетического кода не является абсолютной. При сохранении общего для всех организмов принципа кодирования и особенностей кода в ряде случаев наблюдается изменение смысловой нагрузки отдельных кодовых слов. Это явление получило название неоднозначности генетического кода, а сам код был назван квазиуниверсальным.

Читайте также другие статьи темы 6 «Молекулярные основы наследственности»:

Перейти к чтению других тем книги «Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы»:

[3]

ГЕНЕТИ́ЧЕСКИЙ КОД

  • В книжной версии

    [2]

    Том 6. Москва, 2006, стр. 559-560

    Скопировать библиографическую ссылку:

    ГЕНЕТИ́ЧЕСКИЙ КОД, сис­те­ма за­пи­си на­след­ст­вен­ной ин­фор­ма­ции в ви­де по­сле­до­ва­тель­но­сти ос­но­ва­ний нук­лео­ти­дов в мо­ле­ку­лах ДНК (у не­ко­то­рых виру­сов – РНК), оп­ре­де­ляю­щая пер­вич­ную струк­ту­ру (рас­по­ло­же­ние ами­но­кис­лот­ных ос­тат­ков) в мо­ле­ку­лах бел­ков (по­ли­пеп­ти­дов). Про­бле­ма Г. к. бы­ла сфор­му­ли­ро­ва­на по­сле до­ка­за­тель­ст­ва ге­не­тич. ро­ли ДНК (амер. мик­ро­био­ло­ги О. Эй­ве­ри, К. Мак-Ле­од, М. Мак­кар­ти, 1944) и рас­шиф­ров­ки её струк­ту­ры (Дж. Уот­сон , Ф. Крик , 1953), по­сле ус­та­нов­ле­ния то­го, что ге­ны оп­ре­де­ля­ют струк­ту­ру и функ­ции фер­мен­тов (прин­цип «один ген – один фер­мент» Дж. Бид­ла и Э. Тей­те­ма , 1941) и что су­ще­ст­ву­ет за­ви­си­мость про­стран­ст­вен­ной струк­ту­ры и ак­тив­но­сти бел­ка от его пер­вич­ной струк­ту­ры (Ф. Сен­гер , 1955). Во­прос о том, как ком­би­на­ции из 4 ос­но­ва­ний нук­леи­но­вых ки­слот оп­ре­де­ля­ют че­ре­до­ва­ние 20 обыч­ных ами­но­кис­лот­ных ос­тат­ков в по­ли­пеп­ти­дах, впер­вые по­ста­вил Г. Га­мов в 1954.

    Решение задач по общей и молекулярной генетике

    Предлагаемый задачник включает задачи по следующим темам: молекулярная генетика (роль нуклеиновых кислот в пластическом обмене), наследование признаков при моногибридном скрещивании (I и II законы Менделя), наследование признаков при дигибридном скрещивании (III закон Менделя), наследование признаков сцепленных с полом. Задачи расположены по сложности, звездочками (*) отмечены задачи повышенной сложности.

    Задачник содержит методические рекомендации, цель которых – помочь в самостоятельном освоении способов решения задач. В пособии приводятся примеры типовых задач с подробным объяснением оформления, условных обозначений и решения. Каждый тип задач предваряется кратким теоретическим материалом. Для закрепления полученных знаний предлагаются контрольные задания (Приложение 5), которые можно решать как в классе, так и дома (с последующим зачетом этой контрольной работы).

    Пособие может быть использовано как при углубленном изучении биологии в школе, так и при подготовке к поступлению в вузы.

    Решение задач по молекулярной генетике

    Ген – это участок ДНК, кодирующий определенный белок. Малейшее изменение структуры ДНК ведет к изменениям белка, что в свою очередь изменяет цепь биохимических реакций с его участием, определяющих тот или иной признак или серию признаков.

    Первичная структура белка, т.е. последовательность амнокислотных остатков, зашифрована в ДНК в виде последовательности азотистых оснований аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Каждая аминокислота кодируется одной или несколькими последовательностями из трех нуклеотидов – триплетами. Синтезу белка предшествует перенос его кода с ДНК на информационную РНК (иРНК) – транскрипция. При транскрипции выполняется принцип дополнения, или комплементарности: А, Т, Г и Ц в ДНК соответствуют У (урацил), А, Ц и Г в иРНК. Непосредственно синтез белка, или трансляция, происходит на рибосоме: аминокислоты, подносимые к рибосоме своими транспортными РНК (тРНК), соединяются в полипептидную цепь белка соответственно триплетам оснований иРНК.

    Однозначная связь между последовательностями нуклеотидов в ДНК и аминокислот в полипептидной цепи белка позволяет по одной из них определить другую. Зная изменения в ДНК, можно сказать, как изменится первичная структура белка.

    Задача 1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности: ТАААТГГЦААЦЦ. Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

    Выписываем нуклеотиды ДНК и, разбивая их на триплеты, получаем кодоны цепи молекулы ДНК:
    ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ.
    Составляем триплеты иРНК, комплементарные кодонам ДНК, и записываем их строчкой ниже:
    ДНК: ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ
    иРНК: АУУ–УАЦ–ЦГУ–УТТ.
    По таблице кодонов (Приложение 6) определяем, какая аминокислота закодирована каждым триплетом иРНК:
    Иле–Тир–Арг–Трп.

    Задача 2. Фрагмент молекулы содержит аминокислоты: аспарагиновая кислота–аланин–метионин–валин. Определите:

    а) какова структура участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот;
    б) количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом участке гена (в двух цепях);
    в) длину этого участка гена.

    Читайте так же:  Цитруллин аргинин как принимать

    а) По таблице кодонов (Приложение 6) находим триплеты иРНК, кодирующие каждую из указанных аминокислот.
    Белок: Асп–Ала–Мет–Вал
    иРНК: ГАЦ–ГЦА–АУГ–ГУУ
    Если аминокислоте соответствуют несколькими кодонов, то можно выбрать любой из них.
    Определяем строение той цепочки ДНК, которая кодировала строение иРНК. Для этого под каждым кодоном молекулы иРНК записываем комплементарный ему кодон молекулы ДНК.
    1-я цепь ДНК: ЦТГ–ЦГТ–ТАЦ–ЦАА.

    б) Чтобы определить количество (%) нуклеотидов в этом гене, необходимо, используя принцип комплементарности (А–Т, Г–Ц), достроить вторую цепь ДНК:
    2-я цепь ДНК: ГАЦ–ГЦА–АТГ–ГТТ
    Находим количество нуклеотидов (нтд): в двух цепях – 24 нтд, из них А = 6. Составляем пропорцию:
    24 нтд – 100%
    6 нтд – х%
    х = (6×100) : 24 = 25%

    По правилу Чаргаффа количество аденина в молекуле ДНК равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина. Поэтому:

    Т = А = 25%
    Т + А = 50%, следовательно
    Ц + Г = 100% – 50% = 50%.
    Ц = Г = 25%.

    в) Молекула ДНК всегда двухцепочечная, ее длина равна длине одной цепи. Длина каждого нуклеотида составляет 0,34 нм, следовательно:
    12 нтд x 0,34 = 4,08 нм.

    Задача 3. Молекулярная масса белка Х равна 50 тыс. дальтонов (50 кДа). Определите длину соответствующего гена.

    Примечание. Среднюю молекулярную массу одной аминокислоты можно принять равной 100 Да, а одного нуклеотида – 345 Да.

    Белок Х состоит из 50 000 : 100 = 500 аминокислот.
    Одна из цепей гена, кодирующего белок X, должна состоять из 500 триплетов, или 500 x 3 = 1500 нтд.
    Длина такой цепи ДНК равна 1500 x 0,34 нм = 510 нм. Такова же длина гена (двухцепочечного участка ДНК).

    Решение задач по общей генетике

    Основные понятия и символы

    Ген – участок молекулы ДНК в хромосоме, содержащий информацию о первичной структуре одного белка; гены всегда парные.

    Генотип – совокупность всех генов организма.

    Фенотип – совокупность всех внешних признаков организма.

    Гибрид – организм, сформировавшийся в результате скрещивания особей, различающихся по ряду признаков.

    Альтернативные признаки – контрастные признаки (белый – черный, желтый – зеленый).

    Локус – местоположение гена в хромосоме.

    Аллельные гены – два гена, занимающие одинаковые локусы в гомологичных хромосомах и определяющие альтернативные признаки.

    Неаллельные гены – гены, занимающие разные локусы в хромосомах.

    Признаки, наследуемые по Менделю, – наиболее часто встречающиеся в решении задач (Приложение 7).

    Аллельные гены могут находиться в двух состояниях: доминантном, обозначаемом прописной буквой латинского алфавита (А, В, С и т.д.), или рецессивном, обозначаемом строчной буквой (а, b, с и т.д.).

    Организмы, имеющие одинаковые аллели одного гена, например доминантные (АА) или рецессивные (аа), называются гомозиготными. Они дают один сорт гамет (А) или (а).

    Организмы, имеющие разные аллели одного гена (Аа), называются гетерозиготными. Они дают два сорта гамет (А и а).

    х – скрещивание организмов;
    Р – родители;
    F – дети; индекс означает номер поколения: F1, F2, Fn и т.д.;
    Г – гаметы родителей или половые клетки;

    – «щит и копье Марса», мужской пол;
    – «зеркало Венеры», женский пол.

    Этапы решения задач

    1. Запись генотипов и фенотипов родителей.
    2. Запись возможных типов гамет у каждого родителя.
    3. Запись возможных типов зигот.
    4. Подсчет соотношения генотипов и фенотипов потомства.

    1. Графический способ:

    2. Алгебраический способ:

    3. Решетка Пеннета:

    Моногибридное скрещивание

    Решение задач на моногибридное скрещивание включает анализ наследования признаков, определяемых лишь одной парой аллельных генов. Мендель определил, что при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся одной парой признаков, все потомство фенотипически единообразно (I закон Менделя).

    При полном доминировании гибриды I поколения обладают признаками только одного из родителей, поскольку в этом случае проявление гена А в аллельной паре не зависит от присутствия другого гена а (аллель а не проявляется, поэтому ее называют рецессивной), и гетерозиготы (Аа) фенотипически не отличаются от гомозигот (АА).

    При скрещивании моногибридов во втором поколении происходит расщепление признаков на исходные родительские в отношении 3 : 1 по фенотипу и 1 : 2 : 1 по генотипу (II закон Менделя): 3/4 потомков имеют признаки, обусловленные доминантным геном, 1/4 – признак рецессивного гена.

    Задача 1. Определите генотипы и фенотипы потомства кареглазых гетерозиготных родителей.

    А – карие глаза
    а – голубые глаза
    Определить: F1

    Гетерозиготные кареглазые родители Аа

    Происходит расщепление признаков, согласно II закону Менделя:

    по фенотипу 3 : 1
    по генотипу 1 : 2 : 1

    Задача 2. Найти соотношение гладких и морщинистых семян у гороха в первом поколении, полученном при опылении растений с морщинистыми семенами пыльцой гомозиготных растений с гладкими семенами.

    А – гладкие семена
    a – морщинистые семена
    Определить: F1

    Согласно I закону Менделя все семена гладкие.
    Возможна и другая запись.

    Гомозиготы по данной паре признаков образуют один сорт гамет:

    При неполном доминировании функционируют оба гена, поэтому фенотип гибридов отличается от гомозигот по обоим аллелям (АА и аа) промежуточным проявлением признака, и во втором поколении происходит расщепление на три класса в отношении 1:2:1 как по генотипу, так и по фенотипу.

    Задача 3. Растения красноплодного крыжовника при скрещивании между собой дают потомство с красными ягодами, а растения белоплодного крыжовника – белыми. В результате скрещивания обоих сортов друг с другом получаются розовые плоды.

    1. Какое потомство получится при скрещивании между собой гетерозиготных растений крыжовника с розовыми плодамиx

    2. Какое потомство получится, если опылить красноплодный крыжовник пыльцой гибридного крыжовника с розовыми плодамиx

    А – красная окраска плодов
    а – белая окраска плодов
    F1 – x

    Ответ: при скрещивании гибридных растений с розовыми плодами в потомстве происходит расщепление в соотношении по фенотипу и генотипу 1:2:1.

    При скрещивании красноплодного крыжовника с розовоплодным в потомстве получится расщепление по фенотипу и генотипу в соотношении 1:1.

    В генетике часто используют анализирующее скрещивание. Это скрещивание гибрида, генотип которого неясен, с гомозиготной особью по рецессивным генам аллеля. Расщепление в потомстве по признаку происходит в соотношении 1:1.

    Дигибридное скрещивание

    Дигибридное скрещивание – это скрещивание, при котором организмы отличаются двумя парами альтернативных признаков. Гибриды, полученные от такого скрещивания, называются дигетерозиготами. При скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях. При дигибридном скрещивании двух дигетерозигот (особей F1) между собой во втором поколении гибридов (F2) будет наблюдаться расщепление признаков по фенотипу в соотношении 9:3:3:1 (III закон Менделя). Это соотношение фенотипов – результат наложения двух моногибридных расщеплений:

    Читайте так же:  Л карнитин дозировка для детей
    , где «n» – число пар признаков.
    Число возможных вариантов гамет равно 2 n , где n – число гетерозиготных пар генов в геноме, а 2 – возможное число гамет у моногибридов.

    Образование четырех сортов гамет возможно, т.к. в мейозе (профаза I) происходит конъюгация и кроссинговер хромосом.

    Задача 4. Какими признаками будут обладать гибридные абрикосы, полученные в результате опыления дигомозиготных красноплодных растений нормального роста, пыльцой желтоплодных карликовых растенийx Какой результат даст дальнейшее скрещивание таких гибридовx

    А – красная окраска плодов
    а – желтая окраска плодов
    В – нормальный рост
    b – карликовый рост

    Ответ: при скрещивании гибридов в F2 произойдет расщепление в соотношении:

    9/16 – красноплодные, нормальный рост;
    3/16 – красноплодные, карликовый рост;
    3/16 – желтоплодные, нормальный рост;
    1/16 – желтоплодные, карликовый рост.

    Что такое генетический код

    Генетический, или биологический, код является одним из универсальных свойств живой природы, доказывающим единство ее происхождения. Генетический кодэто способ кодирования последовательности аминокислот полипептида с помощью последовательности нуклеотидов нуклеиновой кислоты ( информационной РНК или комплиментарного ей участка ДНК, на котором синтезируется иРНК).

    Встречаются другие определения. Генетический код — это соответствие каждой аминокислоте (входящей в состав белков живого) определенной последовательности трех нуклеотидов. Генетический код — это зависимость между основаниями нуклеиновых кислот и аминокислотами белка.

    В научной литературе под генетическим кодом не понимают последовательность нуклеотидов в ДНК у какого-либо организма, определяющую его индивидуальность. Неверно считать, что у одного организма или вида код один, а у другого — другой. Генетический код — это то, как кодируются аминокислоты нуклеотидами (т. е. принцип, механизм); он универсален для всего живого, одинаков для всех организмов. Поэтому некорректно говорить, например, «Генетический код человека» или «Генетический код организма», что нередко используется в околонаучной литературе и фильмах. В данных случаях обычно имеется в виду геном человека, организма и др.

    Разнообразие живых организмов и особенностей их жизнедеятельности обусловлено в первую очередь разнообразием белков. Специфическое строение белка определяется порядком и количеством различных аминокислот, входящих в его состав. Последовательность аминокислот пептида зашифрована в ДНК с помощью биологического кода. С точки зрения разнообразия набора мономеров, ДНК более примитивная молекула, чем пептид. ДНК представляет собой различные варианты чередования всего четырех нуклеотидов. Это долгое время мешало исследователям рассматривать ДНК как материал наследственности.

    Как кодируются аминокислоты нуклеотидами

    1) Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — это полимеры, состоящие из нуклеотидов. В каждый нуклеотид может входить одно из четырех азотистых оснований: аденин (А, еn: A), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, en: C), тимин (T, en: Т). В случае РНК тимин заменяется на урацил (У, U).

    При рассмотрении генетического кода принимают во внимание только азотистые основания. Тогда цепочку ДНК можно представить в виде их линейной последовательности. Например:

    Комплиментарный данному коду участок иРНК будет таким:

    Видео (кликните для воспроизведения).

    2) Белки (полипептиды) — это полимеры, состоящие из аминокислот. В живых организмах для построения полипептидов используется 20 аминокислот (еще несколько очень редко). Для их обозначения тоже можно использовать одну букву (хотя чаще используют три — сокращение от названия аминокислоты).

    Аминокислоты в полипептиде соединены между собой пептидной связью также линейно. Например, пусть имеется участок белка со следующей последовательностью аминокислот (каждая аминокислота обозначается одной буквой):

    3) Если стоит задача закодировать каждую аминокислоту с помощью нуклеотидов, то она сводится к тому, как с помощью 4 букв закодировать 20 букв. Это можно сделать, сопоставляя буквам 20-ти буквенного алфавита слова, составленные из нескольких букв 4-х буквенного алфавита.

    Если одну аминокислоту кодировать одним нуклеотидом, то можно закодировать только четыре аминокислоты.

    Если каждой аминокислоте сопоставлять два подряд идущих в цепи РНК нуклеотида, то можно закодировать шестнадцать аминокислот. Действительно, если имеется четыре буквы (A, U, G, C), то количество их разных парных комбинаций будет 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC). [Скобки используются для удобства восприятия.] Это значит, что таким кодом (двухбуквенным словом) можно закодировать только 16 разных аминокислот: каждой будет соответствовать свое слово (два подряд идущих нуклеотида).

    Из математики формула, позволяющая определить количество комбинаций, выглядит так: a b = n. Здесь n — количество разных комбинаций, a — количество букв алфавита (или основание системы счисления), b — количество букв в слове (или разрядов в числе). Если подставить в эту формулу 4-х буквенный алфавит и слова, состоящие из двух букв, то получим 4 2 = 16.

    Если в качестве кодового слова каждой аминокислоты использовать три подряд идущих нуклеотида, то можно закодировать 4 3 = 64 разных аминокислот, так как 64 разных комбинации можно составить из четырех букв, взятых по три (например, AUG, GAA, CAU, GGU и т. д.). Это уже больше, чем достаточно для кодирования 20 аминокислот.

    Именно трехбуквенный код используется в генетическом коде. Три подряд идущих нуклеотида, кодирующих одну аминокислоту, называются триплетом (или кодоном ).

    Каждой аминокислоте сопоставляется определенный триплет нуклеотидов. Кроме того, поскольку комбинаций триплетов с избытком перекрывают количество аминокислот, то многие аминокислоты кодируются несколькими триплетами.

    Три триплета не кодируют ни одну из аминокислот (UAA, UAG, UGA). Они обозначают конец трансляции и называются стоп-кодонами (или нонсенс-кодонами).

    Триплет AUG кодирует не только аминокислоту метионин, но и инициирует трансляцию (играет роль старт-кодона).

    Ниже приведены таблицы соответствия аминокислот триплетам нуклеоитидов. По первой таблице удобно определять по заданному триплету соответствующую ему аминокислоту. По второй — по заданной аминокислоте соответствующие ей триплеты.

    Рассмотрим пример реализации генетического кода. Пусть имеется иРНК со следующим содержанием:

    Разобьем последовательность нуклеотидов на триплеты:

    Сопоставим каждому триплету кодируемую им аминокислоту полипептида:

    Метионин — Аспаргиновая кислота — Серин — Треонин — Триптофан — Лейцин — Лейцин — Лизин — Аспарагин — Глутамин

    Последний триплет является стоп-кодоном.

    Свойства генетического кода

    Свойства генетического кода во многом являются следствием способа кодирования аминокислот.

    Первое и очевидное свойство — это триплетность. Под ним понимают тот факт, что единицей кода является последовательность из трех нуклеотидов.

    Важным свойством генетического кода является его неперекрываемость. Нуклеотид, входящий в один триплет, не может входить в другой. То есть последовательность AGUGAA можно прочитать только как AGU-GAA, но нельзя, например, так: AGU-GUG-GAA. Т. е. если пара GU входит в один триплет, она не может уже быть составной частью другого.

    Под однозначностью генетического кода понимают то, что каждому триплету соответствует только одна аминокислота. Например, триплет AGU кодирует аминокислоту серин и больше никакую другую. Данному триплету однозначно соответствует только одна аминокислота.

    Читайте так же:  Жиросжигатели в домашних условиях

    С другой стороны, одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов. Например, тому же серину, кроме AGU, соответствует кодон AGC. Данное свойство называется вырожденностью генетического кода. Вырожденность позволяет оставлять многие мутации безвредными, так как часто замена одного нуклеотида в ДНК не приводит к изменению значения триплета. Если внимательно посмотреть на таблицу соответствия аминокислот триплетам, то можно увидеть, что, если аминокислота кодируется несколькими триплетами, то они зачастую различаются последним нуклеотидом, т. е. он может быть любым.

    Также отмечают некоторые другие свойства генетического кода (непрерывность, помехоустойчивость, универсальность и др.).

    Генетический код

    Первые представления о том, каким образом в генах закодирована наследственная информация, изложил Ф. Крик в своей «гипотезе последовательности», согласно которой последовательность аминокислот в полипептидной цепи определяется последовательностью элементов в гене. Экспериментальные подтверждения данная гипотеза получила уже после расшифровки генетического кода в экспериментах Ч. Яновского. Чарльз Яновский в 1964 г. показал совпадение относительного положения индуцированных мутаций в гене trpA E.coli и аминокислотных замен в кодируемом этим геном ферменте — триптофан-синтетазе. Таким образом, была доказана колинеарностьструктуры гена и кодируемого им полипептида.

    Тем не менее молекулярные основы этой колинеарности были вовсе не очевидны, поскольку все разнообразие аминокислот в полипептидах описывается значением 20, а разнообразие нуклеотидов в ДНК —значением 4. Таким образом, один нуклеотид никак не может кодировать одну аминокислоту в пептиде.

    Эксперименты Ф. Крика и его соавторов по исследованию мутаций у бактериофага Т4 кишечной палочки позволили прийти к заключению, что каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, т. е. генетический код триплетный. Этот вывод следовал из наблюдения, что мутации, сопровождающиеся вставками или выпадениями (делециями) одного либо двух нуклеотидов из генома Т4, приводили к образованию аномальных белков с нарушенной функцией. Наоборот, вставки или делеции трех нуклеотидов сопровождались часто незначительными изменениями в составе белков, в результате чего последние сохраняли активность. Крик и Бреннер заключили, что генетический код считывается дискретными единицами по 3 нуклеотида. В таком случае вставка (делеция) триплета нуклеотидов должна приводить к добавлению (изъятию) всего одной аминокислоты из состава соответствующего полипептида. В ситуации, когда вставка (делеция) нуклеотидов совершается в количестве, не кратном трем, должен происходить сдвиг «рамки считывания» и последовательность аминокислот в белке должна полностью меняться.

    Таким образом, генетический код — триплетный, т. е. положение каждой аминокислоты в полипептиде задается последовательностью из трех нуклеотидов, которая носит название кодон. Поскольку число разных нуклеотидов в ДНК равно четырем, то количество возможных вариантов триплетов нуклеотидов будет описываться количеством: 4 *4 * 4 = 64. 61 из 64 триплетов кодируют аминокислоты, причем каждый триплет — только одну аминокислоту, а три оставшихся кодона служат сигналами окончания (терминации) трансляции (рис. 1.7). Эти кодоны называют стоп (stop)-кодонами или нонсенс-кодонами, поскольку они не определяют никакой аминокислоты. Помимо этого, два кодирующих триплета (чаще ATG — для Met, иногда GTG — для Val) выполняют двойную функцию: кодируют аминокислоты метионин или валин и служат стартовыми кодонами, на которых начинается процесс трансляции (рис. 1.7).

    Особенностью генетического кода является то, что в нем отсутствуют запятые, т. е. нет знаков, отделяющих один кодон от другого. При этом генетический код не перекрывается в пределах одной рамки считывания, а рамка считывания задается первым «читаемым» нуклеотидом (рис. 1.8). Максимальное количество рамок считывания в гене — 3, столько же, сколько и «букв» в коде.

    Для большинства клеточных организмов характерна реализация лишь одной рамки считывания, в то время как у некоторых вирусов их может быть две или даже три.

    Направление чтения закодированной записи осуществляется от 5’-конца к 3’-концу мРНК, являющейся транскриптом «+»-цепи ДНК, считанным с нее в направлении 5’ → 3’. Первый с 5’-конца кодон отвечает N-концевой аминокислоте полипептидной цепи. Следовательно, белки синтезируются от N-конца к С-концу (рис. 1.8).

    Еще одним свойством генетического кода является его вырожденность. Это означает, что одна аминокислота может кодироваться более чем одним триплетом нуклеотидов. С другой стороны, код не является двусмысленным: каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Такая закономерность выражается в том, что если известна последовательность нуклеотидов в ДНК, то с ее помощью легко узнать последовательность аминокислот в белке; наоборот, известную последовательность аминокислот нельзя однозначно перевести в нуклеотидную последовательность ДНК. Вырожденность генетического кода, как правило, приводит к тому, что у кодонов, определяющих одну и ту же аминокислоту, реально распознаются только первые два нуклеотида, а третий может не иметь значения.

    Для объяснения этого феномена Крик предложил гипотезу «качания» (от англ. wobble), которая впоследствии подтвердилась, и в настоящее время называется правилом неоднозначного соответствия. Согласно этому правилу, cоответствие третьего нуклеотида в кодоне мРНК первому нуклеотиду в антикодоне тРНК является нестрогим, поскольку часто первое положение в антикодоне тРНК занимает минорный нуклеотид, содержащий в качестве азотистого основания инозин. Инозин может образовывать водородные связи с урацилом, цитозином или аденином, находящимися в кодоне в третьем положении. Существование такого механизма позволяет клетке иметь меньше 61 разной тРНК, поскольку многие тРНК способны узнавать до трех кодонов.

    Генетический код универсален. Это свойство кода состоит в том, что любая молекула мРНК при трансляции в клетке любого организма приведет к синтезу полипептида с одинаковой последовательностью аминокислот. Данное правило, однако, имеет исключения, которые касаются генетического кода ДНК митохондрий. Большей частью и здесь используется основной «генетический словарь», но, например, в митохондриях млекопитающих кодон UGA в мРНК «читается» как триптофан, и в пептид в соответствующее положение включается триптофан, в то время как в ядерной мРНК данный кодон служит стоп-кодоном (рис. 1.7) и на нем заканчивается процесс трансляции. Наоборот, в митохондриях млекопитающих триплеты нуклеотидов AGA и AGG прочитываются как сигналы терминации, а в ядре они кодируют аминокислоту аргинин. В митохондриях других организмов могут встречаться иные отклонения от универсального для ядерной ДНК генетического кода.

    Структура триплетов нуклеотидов коррелирует с химическими свойствами кодируемых ими аминокислот. Так, все кодоны с уридилатом во втором положении кодируют аминокислоты с гидрофобной боковой цепью: фенилаланин, лейцин, изолейцин, валин, метионин. Если исключить терминирующие кодоны, то наличие аденилата во втором положении определяет полярную или заряженную боковую цепь (тирозин, гистидин, глютамин, аспарагин, лизин, глютаминовая и аспарагиновая кислоты) . К тому же кодоны для большинства гидрофобных аминокислот различаются только одним нуклеотидом (рис. 1.7). Аналогичная ситуация наблюдается и для кодонов серина и треонина (их боковые группы содержат гидроксил) или аланина и глицина (имеют наименее сложно устроенные боковые группы). Таким образом, генетический код устроен так, что при замене нуклеотидов даже в первой или второй позиции некоторых кодонов в полипептид включается структурно родственная aминокислота, сводя тем самым к минимуму нарушения во вторичной структуре белка.

    Читайте так же:  Препараты содержащие л карнитин

    Расшифровка генетического кода осуществлена Ниренбергом и Кораной в начале 60-х годов прошлого столетия. В ходе первых экспериментов в бесклеточную систему для синтеза белка, содержащую все необходимые компоненты, в качестве мРНК вносили искусственно синтезированные гомополинуклеотиды: полиуридилат, полицитидилат и др. Синтезированные в таких условиях полипептиды подвергали аминокислотному анализу и установили, что на мРНК, представляющей собой poly(U) (т. е. UUUUUU…), синтезируется полифенилаланин, на poly(С) — полипролин и т. д. Таким образом, можно было заключить, что триплет нуклеотидов UUU кодирует аминокислоту фенилаланин, а ССС — пролин. Окончательную расшифровку всех 64 кодонов удалось осуществить с использованием в бесклеточных системах трансляции синтетических полирибонуклеотидов с известными повторяющимися последовательностями. Эти регулярные сополимеры удалось получить благодаря комбинированию методов органического и ферментативного синтеза.

    Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

    44. Гены и генетический код. Биосинтез белка.

    Ген — это информационная структура, состоящая из нуклеотидов ДНК (а у вирусов и РНК), неделимая в функциональном отношении, способная к неограниченной репликации и направляющая развитие и функционирование организма, обеспечивая в том числе и транскрипцию других генов.

    Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

    Биосинтез белка — сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.

    Биосинтез белковосуществляется во всех клетках про -и эукариот. Информация о первичной структуре (порядке аминокислот) белковой молекулы закодирована последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК — гене.

    Ген— это участок молекулы ДНК, определяющий порядок аминокислот в молекуле белка. Следовательно, от порядка нуклеотидов в гене зависит порядок аминокислот в полипептиде, т.е. его первичная структура, от которой в свою очередь зависят все другие структуры, свойства и функции белковой молекулы.

    Генетический код обладает характерными свойствами.

    1. Универсальность — код одинаков для всех организмов. Один и тот же триплет (кодон) в любом организме кодирует одну и ту же аминокислоту.

    [1]

    2. Специфичность — каждый кодон шифрует только одну аминокислоту.

    3. Вырожденность — большинство аминокислот могут кодироваться несколькими кодонами. Исключение составляют 2 аминокислоты — метионин и триптофан, имеющие лишь по одному варианту кодона.

    4. Между генами имеются «знаки препинания» — три специальных триплета (УАА, УАГ, УГА), каждый из которых обозначает прекращение синтеза полипептидной цепи.

    5. Внутри гена «знаков препинания» нет.

    Для того, чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа – транскрипцию и трансляцию.

    Транскрипция (переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК.

    Она (и — РНК) является посредником, передающим информацию от ДНК к месту сборки молекул белка в рибосоме. Синтез и — РНК (транскрипция) происходит следующим образом. Фермент (РНК — полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Синтезированная таким образом (матричный синтез) молекула и — РНК выходит в цитоплазму, и на один ее конец нанизываются малые субъединицы рибосом.

    Второй этап в биосинтезе белка — трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и — РНК в последовательность аминокислот в полипептиде. У прокариот, не имеющих оформленного ядра, рибосомы могут связываться с вновь синтезированной молекулой и — РНК сразу же после ее отделения от ДНК или даже до полного завершения ее синтеза. У эукариот и — РНК сначала должна быть доставлена через ядерную оболочку в цитоплазму. Перенос осуществляется специальными белками, которые образуют комплекс с молекулой и — РНК. Кроме функций переноса эти белки защищают и — РНК от повреждающего действия цитоплазматических ферментов.

    В цитоплазме на один из концов и — РНК (а именно на тот, с которого начинается синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинается синтез полипептида. По мере продвижения по молекуле РНК рибосома транслирует триплет за триплетом, последовательно присоединяя аминокислоты к растущему концу полипептидной цепи. Точное соответствие аминокислоты коду триплета и — РНК обеспечивается т — РНК.

    Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. Однако, нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Такие комплексы называются полирибосомами. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру. Рибосомы работают очень эффективно: в течение 1с бактериальная рибосома образует полипептидную цепь из 20 аминокислот.

    Гены в днк и аминокислоты

    Одну аминокислоту кодирует 3 нуклеотида, т. е. триплет.

    Выходит, что одна аминокислота — триплет и соответственно она тоже может быть правильным ответом.

    Нет одна аминокислота, это одна аминокислота. Но аминокислоты кодируются нуклеотидами, а точнее 3 нуклеотидами — триплетом

    если триплет- это 3 нуклеотида, то почему функциональной единицей не может быть нуклеотид?

    Потому что функциональная (т.е. РАБОТАЮЩАЯ) единица — три нуклеотида (а не один).

    Как работает ДНК? Популярно объясняем азы генетики!

    С появлением первых «ГМО-детей» в Китае и вообще потоком новостей о редактировании ДНК стало ясно, что разбираться в генетике жизненно важно каждому из нас. «Лаба» начинает серию простых гайдов, чтобы разобраться в этой науке. А то как-то совсем тревожно.

    Что такое ДНК?

    ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это макромолекула, главное хранилище наследственной информации и генетической программы развития и функционирования живого организма.

    ДНК имеет двухцепочечную структуру, где каждая цепочка представляет собой последовательность нуклеотидов: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Нуклеотиды работают как небольшие «магнитики», которые сцепляют эти две цепочки водородными связями. Аденин соединяется только с тимином, а цитозин – с гуанином.

    Длина ДНК обычно измеряется в числе пар нуклеотидов. У человека их около 3 миллиардов. ДНК человека сохраняется в ядре любой человеческой клетки в виде набора из 23 пар (в норме) хромосом.

    Читайте так же:  Сколько раз в день пить креатин

    И для чего нужна ДНК?

    Соединенные вместе цепочки (знаменитая «двойная спираль» ДНК) представляют собой нечто похожее на винтовую лестницу. Каждая ступенька – это та самая пара нуклеотидов, например, аденин — тимин.

    Крепления между ступеньками довольно прочные, а вот сами ступеньки – шаткие и легко переламываются, то есть разъединяются. И тогда на одной цепочке остается аденин, а на другой — тимин.

    Это нужно для того, чтобы специальные белки могли «расплетать» ДНК и собирать на основе каждой цепочки комплементарную последовательности ДНК другую цепочку — РНК. Этот процесс называется транскрипцией.

    Так, не торопитесь. Что такое РНК?

    РНК (рибонуклеиновая кислота) – это одноцепочечная последовательность, которая может выполнять совершенно разные задачи. РНК – своего рода зеркальное отражение ДНК. Если в ДНК на одном месте стоит гуанин, то в РНК на том же месте будет цитозин, и наоборот. Помните: нуклеотиды похожи на магнитики и соединяются только по парам.

    Тем же самым зеркальным образом в РНК сохраняется та информация, что есть в ДНК.

    А РНК чем занимается?

    ДНК находится в ядре клетки, в специальных упаковках-хромосомах. А вот основная работа по синтезу белков происходит в цитоплазме клетки, где белки собирает специальная «машинка» – рибосома. Она связана с РНК.

    Говоря по-простому, дело обстоит так. Белок расплетает ДНК, копирует информацию на РНК (зеркальным образом), а РНК доставляет информацию рибосоме.

    В процессе этой доставки («процессинга») РНК проходит через целую последовательность преобразований, в частности, из нее вырезается информация, которая рибосоме не нужна.

    Рибосома двигается по РНК по ней, шаг за шагом расшифровывая генетический код, строит из подходящих аминокислот новые белки. Этот процесс называется трансляцией.

    Зачем нужны белки?

    Для того, чтобы клетка жила.

    Некоторые белки поддерживают метаболизм клетки. Другие – вновь расплетают ДНК, строят РНК и доставляют информацию рибосоме. Третьи – организуют и реализуют деление клетки. Основную работу внутри клетки делают именно белки.

    Если опять применить компьютерную метафору (надеюсь, ученые нас не побьют за огрубление), то ядро клетки с ДНК внутри, — это такой харддиск, где хранятся и данные, и программы.

    Белки – это как раз программы, которые автоматически загружаются с харддиска и обрабатывают полученные данные.

    Хорошо, а гены и ДНК – это не одно и то же?

    Гены – часть цепочки ДНК. Это специальным образом оформленные – с концом и началом – отрезки цепочки, в которых закодированы белки и РНК. Внутри каждого гена находится особая последовательность нуклеотидов (например, ген CCR5 состоит 339 нуклеотидов).

    Все гены, кодирующие белки, составляют около 2% ДНК. Еще 1% генов отвечают за кодирование РНК. А около 80% генов внутри ДНК выполняют вспомогательные функции, в частности, упаковки ДНК в ядре. Функции почти 20% ДНК в настоящее время неясны.

    Внутри гена есть генетический код, правильно?

    Да. Чтобы нормально синтезировать нужный белок и запустить его работу, информацию из ДНК надо доставить рибосоме, которая непосредственно занимается сборкой. Рибосома собирает белки из 20 аминокислот, а в ДНК только четыре нуклеотида.

    Четырьмя нуклеотидами невозможно закодировать все 20 аминокислот – не хватает вариантов. Как же быть?

    Спасает в этой ситуации как раз тот самый генетический код. Точнее, процесс кодирования с помощью нуклеотидов, выстроенных в определенную последовательность. Аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов в гене. Это позволяет «запрограммировать» не только 20, а 64 аминокислоты (в природе столько не нужно, так ученые уже пытаются понять, что еще могут делать аминокислоты)!

    Так как можно «запрограммировать» белок?

    Рибосома сдвигает по РНК считывающую рамку. Когда она считывает старт-кодон (это фиксированный набор из трех аминокислот, который дает команду: «Начало»), начинается считывание информации, необходимой для синтеза белка.

    Рамка сдвигается – всегда на три нуклеотида – и рибосома поэтапно присоединяет нужную аминокислоту. Когда рамка считывает стоп-кодон, синтез завершается.

    Если при всей этой довольно сложной (и потому не самой надежной) процедуре будет потерян хотя бы один нуклеотид, рамка сдвинется неправильно и все последующие аминокислоты будут считаны неверно. Белок в таких условиях либо не удастся построить, либо он так изменится, что перестанет выполнять свои функции.

    Описанная выше работа генетического кода – одно из древнейших изобретений эволюции, он работает практически одинаково как у человека, так и у бактерии.

    Чем ген отличается от генома?

    Геном – это весь наследственный материал организма, который содержит 3,1 млрд пар нуклеотидов.

    Как редактируют ДНК?

    Об этом мы совсем скоро напишем отдельный гайд. Все-таки процесс не самый простой, а вы, наверное, уже устали читать. Попробуем объяснить основную идею редактирования ДНК.

    Раз уж мы знаем, где на «харддиске» человеческой клетки хранится кодирующая белки и РНК информация, давайте мы ее немного поправим! Это позволит изменить всю работу клеток и всего организма. Но на этом пути очень много опасностей. О каких-то мы уже знаем, другие невозможно вычислить. По крайней мере, пока.

    Узнать больше

    Следите за обновлениями курса «Это все плохие гены!» Скоро здесь будет еще больше материалов, которые, как мы надеемся, позволят вам лучше понимать, что именно делают с нашей ДНК ученые (и хорошо ли это).

    Кроме того, можете посмотреть запись интереснейшей трансляции с ведущим российским генетиком Денисом Ребриковым, проректором РНИМУ им. Н.И.Пирогова.

    Видео (кликните для воспроизведения).

    Он рассказал, как можно редактировать ДНК на обычной кухне и вообще старался как можно понятнее объяснять сложные генетические процессы:

    Источники


    1. Волейбол: теория и практика. Учебник для высших учебных заведений физической культуры и спорта / Коллектив авторов. — М.: Спорт, 2016. — 989 c.

    2. Основы теории и методики физической культуры. Учебник. — М.: Физкультура и спорт, 1986. — 352 c.

    3. Еда наш друг, еда наш враг. Азбука здорового питания. — М.: Издательский Дом Ридерз Дайджест, 1999. — 400 c.
    4. Данилова, Н. А. Диабет. Законы сохранения полноценной жизни / Н.А. Данилова. — М.: Вектор, 2013. — 224 c.
    Гены в днк и аминокислоты
    Оценка 5 проголосовавших: 1

    ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

    Please enter your comment!
    Please enter your name here