VhodFormulirajte osnovne lastnosti genetske kode. Pojem gena, genetske kode
Ko ste obdelali te teme, bi morali biti sposobni:
- Opišite spodnje koncepte in razložite razmerja med njimi:
- polimer, monomer;
- ogljikovi hidrati, monosaharid, disaharid, polisaharid;
- lipid, maščobna kislina, glicerol;
- aminokislina, peptidna vez, protein;
- katalizator, encim, aktivno mesto;
- nukleinska kislina, nukleotid.
- Naštejte 5-6 razlogov, zaradi katerih je voda tako pomembna sestavina živih sistemov.
- Poimenujte štiri glavne razrede organskih spojin, ki jih najdemo v živih organizmih; opišite vlogo vsakega od njih.
- Pojasnite, zakaj so encimsko nadzorovane reakcije odvisne od temperature, pH in prisotnosti koencimov.
- Pojasnite vlogo ATP v energijski ekonomiji celice.
- Poimenujte začetne materiale, glavne stopnje in končne produkte svetlobno induciranih reakcij in reakcij fiksacije ogljika.
- Daj kratek opis splošna shema celično dihanje, iz katerega bi bilo jasno, kje potekajo reakcije glikolize, cikel G. Krebsa (cikel citronska kislina) in transportno verigo elektronov.
- Primerjaj dihanje in fermentacijo.
- Opišite zgradbo molekule DNA in pojasnite, zakaj je število ostankov adenina enako številu ostankov timina, število ostankov gvanina pa številu ostankov citozina.
- Naredite kratek diagram sinteze RNA iz DNA (transkripcija) pri prokariontih.
- Opišite lastnosti genetske kode in pojasnite, zakaj naj bi bila koda triplet.
- Na podlagi podane verige DNK in kodonske tabele določi komplementarno zaporedje sporočilne RNK, navedi kodone prenosne RNK in aminokislinsko zaporedje, ki nastane kot posledica prevajanja.
- Naštejte stopnje sinteze beljakovin na ravni ribosoma.
Algoritem za reševanje problemov.
Tip 1. Samokopiranje DNK.
Ena od verig DNA ima naslednje nukleotidno zaporedje:
AGTACCGATACCGATTTACCG...
Kakšno nukleotidno zaporedje ima druga veriga iste molekule?
Za zapis nukleotidnega zaporedja druge verige molekule DNK, ko je zaporedje prve verige znano, zadostuje, da timin nadomestimo z adeninom, adenin s timinom, gvanin s citozinom in citozin z gvaninom. Po tej zamenjavi dobimo zaporedje:
TATTGGGCTATGAGCTAAAATG...
Tip 2. Kodiranje beljakovin.
Veriga aminokislin proteina ribonukleaze ima naslednji začetek: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin...
S katerim nukleotidnim zaporedjem se začne gen, ki ustreza tej beljakovini?
Če želite to narediti, uporabite tabelo genetskih kod. Za vsako aminokislino poiščemo njeno kodno oznako v obliki ustrezne trojke nukleotidov in jo zapišemo. Če te trojčke razvrstimo enega za drugim v istem vrstnem redu kot ustrezne aminokisline, dobimo formulo za strukturo odseka messenger RNA. Praviloma je takih trojčkov več, izbira je po vaši odločitvi (vendar se vzame le eden od trojčkov). V skladu s tem je lahko več rešitev.
ААААААААЦУГЦГГЦУГЦГААГ
S katerim zaporedjem aminokislin se začne protein, če ga kodira naslednje zaporedje nukleotidov:
ACCTTCCATGGCCGGT...
Z uporabo principa komplementarnosti najdemo strukturo odseka messenger RNA, ki nastane na danem segmentu molekule DNA:
UGCGGGGUACCGGCCCA...
Nato se obrnemo na tabelo genetske kode in za vsako trojko nukleotidov, začenši s prvim, poiščemo in izpišemo ustrezno aminokislino:
Cistein-glicin-tirozin-arginin-prolin-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Splošna biologija". Moskva, "Razsvetljenje", 2000
- Tema 4. "Kemična sestava celice." §2-§7 str. 7-21
- Tema 5. "Fotosinteza." §16-17 str. 44-48
- Tema 6. "Celično dihanje." §12-13 str. 34-38
- Tema 7. "Genetske informacije." §14-15 str. 39-44
Genska koda je način kodiranja zaporedja aminokislin v proteinski molekuli z uporabo zaporedja nukleotidov v molekuli nukleinske kisline. Lastnosti genetskega koda izhajajo iz značilnosti tega kodiranja.
Vsaka beljakovinska aminokislina se ujema s tremi zaporednimi nukleotidi nukleinske kisline - trojček, oz kodon. Vsak nukleotid lahko vsebuje eno od štirih dušikovih baz. V RNK so to adenin (A), uracil (U), gvanin (G), citozin (C). S kombiniranjem dušikovih baz (v tem primeru nukleotidov, ki jih vsebujejo) na različne načine lahko dobite veliko različnih trojčkov: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC itd. Skupna količina možne kombinacije - 64, tj. 43.
Beljakovine živih organizmov vsebujejo približno 20 aminokislin. Če bi narava "načrtovala", da vsako aminokislino kodira ne s tremi, ampak z dvema nukleotidoma, potem raznolikost takšnih parov ne bi bila dovolj, saj bi jih bilo le 16, tj. 42.
torej glavna lastnost genetske kode je njena trojnost. Vsaka aminokislina je kodirana s trojčkom nukleotidov.
Ker obstaja bistveno več možnih različnih trojčkov kot aminokislin, ki se uporabljajo v bioloških molekulah, se je v živi naravi uresničila naslednja lastnost: odvečnost genetski kod. Veliko aminokislin se je začelo kodirati ne z enim kodonom, ampak z več. Na primer, aminokislino glicin kodirajo štirje različni kodoni: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundanca se imenuje tudi degeneracija.
Ujemanje med aminokislinami in kodoni je prikazano v tabelah. Na primer te:
Glede na nukleotide genetski kod ima naslednjo lastnost: nedvoumnost(oz specifičnost): vsak kodon ustreza samo eni aminokislini. Na primer, kodon GGU lahko kodira samo glicin in nobene druge aminokisline.
Spet. Redundanca pomeni, da lahko več trojčkov kodira isto aminokislino. Specifičnost - Vsak specifični kodon lahko kodira samo eno aminokislino.
V genetski kodi ni posebnih ločil (razen stop kodonov, ki označujejo konec sinteze polipeptidov). Funkcijo ločil opravljajo trojčki sami - konec enega pomeni, da se bo naslednji začel drugi. To pomeni naslednji dve lastnosti genetske kode: kontinuiteta in brez prekrivanja. Kontinuiteta se nanaša na branje trojčkov takoj enega za drugim. Neprekrivanje pomeni, da je lahko vsak nukleotid del samo enega tripleta. Torej prvi nukleotid naslednjega trojčka vedno pride za tretjim nukleotidom prejšnjega trojčka. Kodon se ne more začeti z drugim ali tretjim nukleotidom predhodnega kodona. Z drugimi besedami, koda se ne prekriva.
Genetska koda ima lastnost vsestranskost. Enaka je za vse organizme na Zemlji, kar kaže na enotnost izvora življenja. Pri tem so zelo redke izjeme. Na primer, nekateri trojčki v mitohondrijih in kloroplastih kodirajo aminokisline, ki niso običajne. To lahko pomeni, da jih je bilo na začetku življenja malo razne variacije genetski kod.
Končno ima genetska koda odpornost proti hrupu, kar je posledica njegove lastnosti redundance. Točkovne mutacije, ki se včasih pojavijo v DNK, običajno povzročijo zamenjavo ene dušikove baze z drugo. To spremeni trojček. Bil je na primer AAA, po mutaciji pa je postal AAG. Vendar pa takšne spremembe ne vodijo vedno do spremembe aminokisline v sintetiziranem polipeptidu, saj lahko oba tripleta zaradi redundantnosti genetske kode ustrezata eni aminokislini. Glede na to, da so mutacije pogosto škodljive, je lastnost odpornosti proti hrupu koristna.
Genetska ali biološka koda je ena od univerzalnih lastnosti žive narave, ki dokazuje enotnost njenega izvora. Genetska koda je metoda kodiranja zaporedja aminokislin polipeptida z uporabo zaporedja nukleotidov nukleinske kisline (messenger RNA ali komplementarni odsek DNA, na katerem se sintetizira mRNA).
Obstajajo še druge definicije.
Genetska koda- to je ujemanje vsake aminokisline (del živih beljakovin) z določenim zaporedjem treh nukleotidov. Genetska koda je razmerje med bazami nukleinskih kislin in beljakovinskimi aminokislinami.
V znanstveni literaturi genetski kod ne pomeni zaporedja nukleotidov v DNK organizma, ki določa njegovo individualnost.
Napačno je domnevati, da ima en organizem ali vrsta eno kodo, druga pa drugo. Genetska koda je, kako so aminokisline kodirane z nukleotidi (tj. princip, mehanizem); je univerzalen za vsa živa bitja, enak za vse organizme.
Zato je napačno reči na primer "Genetska koda človeka" ali "Genetska koda organizma", ki se pogosto uporablja v psevdoznanstveni literaturi in filmih.
V teh primerih običajno mislimo na genom človeka, organizma itd.
Raznolikost živih organizmov in značilnosti njihovega življenja je predvsem posledica raznolikosti beljakovin.
Specifična struktura beljakovine je določena z vrstnim redom in količino različnih aminokislin, ki sestavljajo njeno sestavo. Aminokislinsko zaporedje peptida je kodirano v DNK z uporabo biološke kode. Z vidika raznolikosti nabora monomerov je DNK bolj primitivna molekula kot peptid. DNK je sestavljena iz različnih menjav samo štirih nukleotidov. to za dolgo časa raziskovalcem preprečila, da bi DNK obravnavali kot material dednosti.
Kako so aminokisline kodirane z nukleotidi?
1) Nukleinske kisline (DNA in RNA) so polimeri, sestavljeni iz nukleotidov.
Vsak nukleotid lahko vsebuje eno od štirih dušikovih baz: adenin (A, en: A), gvanin (G, G), citozin (C, en: C), timin (T, en: T). Pri RNA se timin nadomesti z uracilom (U, U).
Pri obravnavi genetske kode se upoštevajo samo dušikove baze.
Potem lahko verigo DNK predstavimo kot njihovo linearno zaporedje. Na primer:
Brezplačno to kodo razdelek mRNA bo takšen:
2) Beljakovine (polipeptidi) so polimeri, sestavljeni iz aminokislin.
V živih organizmih se za gradnjo polipeptidov uporablja 20 aminokislin (še nekaj jih je zelo redko). Če jih želite označiti, lahko uporabite tudi eno črko (čeprav pogosteje uporabljajo tri - okrajšavo za ime aminokisline).
Tudi aminokisline v polipeptidu so linearno povezane s peptidno vezjo. Na primer, predpostavimo, da obstaja del beljakovine z naslednjim zaporedjem aminokislin (vsaka aminokislina je označena z eno črko):
3) Če je naloga kodirati vsako aminokislino z uporabo nukleotidov, potem pride do tega, kako kodirati 20 črk s 4 črkami.
To lahko storite tako, da povežete črke 20-črkovne abecede z besedami, sestavljenimi iz več črk 4-črkovne abecede.
Če je ena aminokislina kodirana z enim nukleotidom, potem so lahko kodirane le štiri aminokisline.
Če je vsaka aminokislina povezana z dvema zaporednima nukleotidoma v verigi RNA, je lahko kodiranih šestnajst aminokislin.
Dejansko, če obstajajo štiri črke (A, U, G, C), bo število njihovih različnih kombinacij parov 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).
[Za lažjo predstavo so uporabljeni oklepaji.] To pomeni, da je s takšno kodo (beseda iz dveh črk) mogoče kodirati samo 16 različnih aminokislin: vsaka bo imela svojo besedo (dva zaporedna nukleotida).
Iz matematike je formula za določitev števila kombinacij videti takole: ab = n.
Tu je n število različnih kombinacij, a je število črk abecede (ali osnova številskega sistema), b je število črk v besedi (ali števk v številu). Če v to formulo nadomestimo 4-črkovno abecedo in besede, sestavljene iz dveh črk, dobimo 42 = 16.
Če tri zaporedne nukleotide uporabimo kot kodno besedo za vsako aminokislino, potem je mogoče kodirati 43 = 64 različnih aminokislin, saj je mogoče iz štirih črk, vzetih v skupine po tri (na primer AUG, GAA, CAU), sestaviti 64 različnih kombinacij. , GGU itd.)
d.). To je že več kot dovolj za kodiranje 20 aminokislin.
Točno tako tričrkovna koda, ki se uporablja v genetski kodi. Imenujejo se trije zaporedni nukleotidi, ki kodirajo eno aminokislino trojček(oz kodon).
Vsaka aminokislina je povezana z določenim trojčkom nukleotidov.
Poleg tega, ker kombinacije trojčkov prekrivajo presežek števila aminokislin, je veliko aminokislin kodiranih z več trojčki.
Trije tripleti ne kodirajo nobene aminokisline (UAA, UAG, UGA).
Označujejo konec oddaje in se pokličejo stop kodoni(oz nesmiselni kodoni).
Triplet AUG ne kodira le aminokisline metionin, ampak tudi sproži prevod (ima vlogo začetnega kodona).
Spodaj so tabele ujemanja aminokislin z nukleotidnimi trojčki.
Z uporabo prve tabele je priročno določiti ustrezno aminokislino iz danega tripleta. Za drugo - za dano aminokislino, trojčke, ki ji ustrezajo.
Oglejmo si primer implementacije genetske kode. Naj obstaja mRNA z naslednjo vsebino:
Razdelimo nukleotidno zaporedje na triplete:
Povežimo vsak triplet z aminokislino polipeptida, ki ga kodira:
Metionin - asparaginska kislina - serin - treonin - triptofan - levcin - levcin - lizin - asparagin - glutamin
Zadnji trojček je stop kodon.
Lastnosti genetske kode
Lastnosti genetske kode so v veliki meri posledica načina kodiranja aminokislin.
Prva in očitna lastnost je trojnost.
Nanaša se na dejstvo, da je kodna enota zaporedje treh nukleotidov.
Pomembna lastnost genetske kode je njena brez prekrivanja. Nukleotid, vključen v en triplet, ne more biti vključen v drugega.
Se pravi, zaporedje AGUGAA lahko beremo le kot AGU-GAA, ne pa na primer tako: AGU-GUG-GAA. Se pravi, če je par GU vključen v en trojček, to že ne more biti sestavni del drugo.
Pod nedvoumnost Genetska koda razume, da vsak triplet ustreza samo eni aminokislini.
Na primer, triplet AGU kodira aminokislino serin in nič drugega.
Genetska koda
Ta triplet edinstveno ustreza samo eni aminokislini.
Po drugi strani pa lahko več trojčkov ustreza eni aminokislini. Na primer, isti serin poleg AGU ustreza kodonu AGC. Ta lastnost se imenuje degeneracija genetski kod.
Degeneracija omogoča, da številne mutacije ostanejo neškodljive, saj pogosto zamenjava enega nukleotida v DNK ne vodi do spremembe vrednosti trojčka. Če pozorno pogledate tabelo ujemanja aminokislin s trojčki, lahko vidite, da če je aminokislina kodirana z več trojčki, se ti pogosto razlikujejo v zadnjem nukleotidu, to je lahko karkoli.
Opažene so tudi nekatere druge lastnosti genetske kode (kontinuiteta, odpornost proti hrupu, univerzalnost itd.).
Odpornost kot prilagoditev rastlin življenjskim razmeram. Osnovne reakcije rastlin na delovanje neugodnih dejavnikov.
Odpornost rastlin je sposobnost, da prenesejo vplive ekstremnih okoljskih dejavnikov (suša tal in zraka).
Edinstvenost genetske kode se kaže v tem, da
Ta lastnost se je razvila v procesu evolucije in je bila genetsko določena. Na območjih z neugodnimi razmerami so se oblikovale stabilne okrasne oblike in lokalne sorte gojenih rastlin, odpornih na sušo. Posebna stopnja odpornosti, ki je lastna rastlinam, se pokaže le pod vplivom ekstremnih okoljskih dejavnikov.
Kot posledica nastopa takega dejavnika se začne faza draženja - močno odstopanje od norme številnih fizioloških parametrov in njihova hitra vrnitev v normalno stanje. Nato pride do spremembe hitrosti metabolizma in poškodb znotrajceličnih struktur. Hkrati se potlačijo vse sintetične, aktivirajo se vse hidrolitične in zmanjša se celotna energijska oskrba telesa. Če učinek dejavnika ne preseže mejne vrednosti, se začne faza prilagajanja.
Prilagojena rastlina manj reagira na ponavljajočo se ali naraščajočo izpostavljenost ekstremnemu dejavniku. Na ravni organizma se adaptacijskim mehanizmom doda interakcija med organi. Oslabitev gibanja vodnih tokov, mineralnih in organskih spojin skozi rastlino zaostruje konkurenco med organi in njihova rast se ustavi.
Določena biostabilnost v rastlinah. največja vrednost ekstremnega faktorja, pri katerem rastline še tvorijo za življenje sposobna semena. Agronomska stabilnost je določena s stopnjo zmanjšanja pridelka. Za rastline je značilna odpornost na določeno vrsto ekstremnih dejavnikov - prezimovanje, odporna na plin, odporna na sol, odporna na sušo.
Vrsta okroglih črvov ima za razliko od ploskih črvov primarno telesno votlino - shizocoel, ki nastane zaradi uničenja parenhima, ki zapolnjuje vrzeli med telesno steno in notranjimi organi - njegova funkcija je transportna.
Ohranja homeostazo. Oblika telesa je okroglega premera. Integument je kutikulaten. Mišice so predstavljene s plastjo vzdolžnih mišic. Črevo je skoznje in je sestavljeno iz 3 delov: sprednjega, srednjega in zadnjega. Ustna odprtina se nahaja na ventralni površini sprednjega konca telesa. Žrelo ima značilen trikotni lumen. Izločevalni sistem predstavljajo protonefridije ali posebne kožne žleze - hipodermalne žleze. Večina vrst je dvodomnih in se razmnožujejo le spolno.
Razvoj je neposreden, manj pogosto z metamorfozo. Imajo stalno celično sestavo telesa in nimajo sposobnosti regeneracije. Sprednji delČrevo sestavljajo ustna votlina, žrelo in požiralnik.
Nimajo srednjega ali zadnjega dela. Izločilni sistem je sestavljen iz 1-2 velikanskih celic hipodermisa. Vzdolžni izločevalni kanali ležijo v stranskih grebenih hipodermisa.
Lastnosti genetske kode. Dokazi za trojno kodo. Dekodiranje kodonov. Stop kodoni. Koncept genetske supresije.
Idejo, da gen kodira informacije v primarni strukturi proteina, je konkretiziral F.
Crick v svoji sekvenčni hipotezi, po kateri zaporedje genskih elementov določa zaporedje aminokislinskih ostankov v polipeptidni verigi. Veljavnost hipoteze o zaporedju dokazuje kolinearnost struktur gena in polipeptida, ki ga kodira. Najpomembnejši razvoj leta 1953 je bila ideja, da. Da je koda najverjetneje triplet.
; Bazni pari DNK: A-T, T-A, G-C, C-G - lahko kodirajo samo 4 aminokisline, če vsak par ustreza eni aminokislini. Kot veste, beljakovine vsebujejo 20 osnovnih aminokislin. Če predpostavimo, da ima vsaka aminokislina 2 bazna para, potem lahko kodiramo 16 aminokislin (4*4) – to spet ni dovolj.
Če je koda tripletna, lahko 4 bazni pari sestavljajo 64 kodonov (4*4*4), kar je več kot dovolj za kodiranje 20 aminokislin. Crick in njegovi sodelavci so domnevali, da je koda trojna; med kodoni ni bilo "vejic", tj. Koda znotraj gena se bere iz fiksne točke v eno smer. Poleti 1961 sta Kirenberg in Mattei poročala o dekodiranju prvega kodona in predlagala metodo za ugotavljanje sestave kodonov v brezceličnem sistemu za sintezo beljakovin.
Tako je bil kodon za fenilalanin prepisan kot UUU v mRNA. Nadalje, kot rezultat uporabe metod, ki so jih leta 1965 razvili Korana, Nirenberg in Leder.
sestavljen je bil slovar kod v sodobni obliki. Tako je pojav mutacij v fagih T4, ki jih povzroča izguba ali dodajanje baz, dokaz trojne narave kode (lastnost 1). Ti izbrisi in dodatki, ki so vodili do premikov okvirja pri "branju" kode, so bili odpravljeni le z obnovitvijo pravilnosti kode; to je preprečilo pojav mutantov. Ti poskusi so tudi pokazali, da se tripleti ne prekrivajo, to pomeni, da lahko vsaka baza pripada samo enemu trojčku (lastnost 2).
Večina aminokislin ima več kodonov. Kodo, v kateri je število aminokislin manjše od števila kodonov, imenujemo degenerirana (lastnost 3), tj.
e. dano aminokislino lahko kodira več kot en triplet. Poleg tega trije kodoni sploh ne kodirajo nobene aminokisline ("nesmiselni kodoni") in delujejo kot "stop signal". Stop kodon je končna točka funkcionalne enote DNK, cistrona. Stop kodoni so enaki pri vseh vrstah in so predstavljeni kot UAA, UAG, UGA. Pomembna lastnost kode je, da je univerzalna (lastnost 4).
V vseh živih organizmih isti trojčki kodirajo iste aminokisline.
Pri E. coli in kvasovkah so dokazali obstoj treh tipov mutantnih kodonskih terminatorjev in njihovo supresijo. Odkritje supresorskih genov, ki »tolmačijo« nesmiselne alele različnih genov, kaže, da se prevod genetske kode lahko spremeni.
Mutacije, ki vplivajo na antikodon tRNA, spremenijo njihovo kodonsko specifičnost in ustvarijo možnost supresije mutacij na translacijski ravni. Do supresije na translacijski ravni lahko pride zaradi mutacij v genih, ki kodirajo nekatere ribosomske proteine. Zaradi teh mutacij ribosom "dela napake", na primer pri branju nesmiselnih kodonov in jih "interpretira" z uporabo nekaterih nemutantnih tRNA. Poleg genotipske supresije, ki deluje na translacijski ravni, je možna tudi fenotipska supresija nesmiselnih alelov: ko se temperatura zniža, ko so celice izpostavljene aminoglikozidnim antibiotikom, ki se vežejo na ribosome, na primer streptomicinu.
22. Razmnoževanje višjih rastlin: vegetativno in nespolno. Sporulacija, zgradba trosov, enakomerno in heterosporno razmnoževanje kot lastnost žive snovi, tj. zgodnje faze evolucija.
Oblike razmnoževanja lahko razdelimo na 2 vrsti: nespolno in spolno. Sama aseksualna reprodukcija se izvaja brez sodelovanja zarodnih celic, s pomočjo specializiranih celic - spor. Nastanejo v organih nespolno razmnoževanje– sporangiji kot posledica mitotične delitve.
Med kalitvijo tros razmnoži nov osebek, podoben materi, z izjemo trosov semenk, pri katerih je tros izgubil funkcijo razmnoževanja in razširjanja. Trosi lahko nastanejo tudi z redukcijsko delitvijo, pri čemer se enocelični trosi izlijejo.
Razmnoževanje rastlin z vegetativno (del poganjka, list, koren) ali delitev enoceličnih alg na polovico se imenuje vegetativno (čebulica, potaknjenci).
Spolno razmnoževanje izvajajo posebne spolne celice - gamete.
Gamete nastanejo kot posledica mejoze, obstajajo ženske in moške. Kot rezultat njihovega zlitja se pojavi zigota, iz katere se nato razvije nov organizem.
Rastline se razlikujejo po vrstah spolnih celic. Pri nekaterih enoceličnih organizmih ob določenih obdobjih deluje kot gameta. Organizmi različnih spolov (gamete) se združijo - ta spolni proces se imenuje hologamija.Če so moške in ženske gamete morfološko podobne in mobilne, so to izogamete.
In spolni proces - izogamni. Če so ženske gamete nekoliko večje in manj mobilne od moških, potem so to heterogamete, proces pa heterogamija. Oogamija - ženske spolne celice so zelo velike in nepremične, moške spolne celice so majhne in mobilne.
12345678910Naprej ⇒
Genetska koda - ujemanje med tripleti DNA in aminokislinami beljakovin
Potrebo po kodiranju strukture proteinov v linearnem zaporedju nukleotidov mRNA in DNA narekuje dejstvo, da med prevajanjem:
- ni ujemanja med številom monomerov v matriki mRNA in produktom - sintetiziranim proteinom;
- med RNA in proteinskimi monomeri ni strukturne podobnosti.
To odpravlja komplementarno interakcijo med matriko in produktom – princip, po katerem poteka gradnja novih molekul DNA in RNA med replikacijo in transkripcijo.
Iz tega postane jasno, da mora obstajati "slovar", ki omogoča ugotoviti, katero zaporedje nukleotidov mRNA zagotavlja vključitev aminokislin v beljakovino v danem zaporedju. Ta »slovar« se imenuje genetska, biološka, nukleotidna ali aminokislinska koda. Omogoča vam šifriranje aminokislin, ki sestavljajo beljakovine, z uporabo specifičnega zaporedja nukleotidov v DNA in mRNA. Zanj so značilne določene lastnosti.
Trojnost. Eno glavnih vprašanj pri določanju lastnosti kode je bilo vprašanje števila nukleotidov, ki naj bi določalo vključitev ene aminokisline v protein.
Ugotovljeno je bilo, da so kodirni elementi pri šifriranju aminokislinskega zaporedja res trojčki nukleotidov oz. trojčki, ki so bili imenovani "kodoni".
Pomen kodonov.
Ugotovili smo lahko, da od 64 kodonov vključitev aminokislin v sintetizirano polipeptidno verigo kodira 61 trojčkov, preostali 3 - UAA, UAG, UGA - ne kodirajo vključitve aminokislin v protein in so bili prvotno imenovani nesmiselni ali nesmiselni kodoni. Vendar se je kasneje izkazalo, da ti trojčki signalizirajo dokončanje prevoda, zato so jih poimenovali terminacijski ali stop kodoni.
Kodoni mRNK in trojčki nukleotidov v kodirni verigi DNK s smerjo od 5′ do 3′ konca imajo enako zaporedje dušikovih baz, le da je v DNK namesto uracila (U), značilnega za mRNA, je timin (T).
Specifičnost.
Vsak kodon ustreza samo eni specifični aminokislini. V tem smislu je genetska koda strogo nedvoumna.
Tabela 4-3.
Nedvoumnost je ena od lastnosti genetske kode, ki se kaže v tem, da...
Glavne komponente sistema za sintezo beljakovin
| Zahtevane komponente | Funkcije |
| 1. Aminokisline | Substrati za sintezo beljakovin |
| 2. tRNA | tRNA delujejo kot adapterji. Njihov akceptorski konec sodeluje z aminokislinami, njihov antikodon pa s kodonom mRNA. |
| 3.
Aminoacil-tRNA sintetaza |
Vsaka aa-tRNA sintetaza katalizira specifično vezavo ene od 20 aminokislin na ustrezno tRNA |
| 4.mRNA | Matrika vsebuje linearno zaporedje kodonov, ki določajo primarno strukturo proteinov |
| 5. Ribosomi | Ribonukleoproteinske subcelične strukture, ki so mesto sinteze beljakovin |
| 6. | Viri energije |
| 7. Proteinski dejavniki iniciacije, elongacije, terminacije | Specifični ekstraribosomski proteini, potrebni za proces prevajanja (12 iniciacijskih faktorjev: elF; 2 faktorja raztezka: eEFl, eEF2 in terminacijski faktorji: eRF) |
| 8.
Magnezijevi ioni |
Kofaktor, ki stabilizira strukturo ribosomov |
Opombe: elF( evkariontskih iniciacijskih dejavnikov) — iniciacijski faktorji; eEF ( evkariontski faktorji raztezka) — faktorji raztezka; eRF ( evkariontskih sproščujočih faktorjev) so zaključni faktorji.
Degeneracija. V mRNA in DNA je 61 trojčkov, od katerih vsak kodira vključitev ene od 20 aminokislin v beljakovino.
Iz tega sledi, da je v informacijskih molekulah vključitev iste aminokisline v protein določena z več kodoni. Ta lastnost biološke kode se imenuje degeneracija.
Pri ljudeh sta samo 2 aminokislini kodirani z enim kodonom - Met in Tri, medtem ko sta Leu, Ser in Apr - s šestimi kodoni, Ala, Val, Gly, Pro, Tre - s štirimi kodoni (tabela
Redundanca kodirnih sekvenc je najdragocenejša lastnost kode, saj poveča stabilnost informacijskega toka na škodljive vplive zunanjega in notranjega okolja. Pri določanju narave aminokisline, ki bo vključena v protein, tretji nukleotid v kodonu ni tako pomemben kot prva dva. Kot je razvidno iz tabele. 4-4, pri mnogih aminokislinah zamenjava nukleotida na tretjem mestu kodona ne vpliva na njegov pomen.
Linearnost zapisa informacij.
Med prevajanjem se kodoni mRNA zaporedno "berejo" s fiksne začetne točke in se ne prekrivajo. Informacijski zapis ne vsebuje signalov, ki označujejo konec enega kodona in začetek naslednjega. Kodon AUG je iniciacijski kodon in se bere tako na začetku kot v drugih delih mRNA kot Met. Trojčke, ki mu sledijo, se zaporedno berejo brez presledkov do stop kodona, pri katerem je sinteza polipeptidne verige končana.
Vsestranskost.
Do nedavnega je veljalo, da je koda absolutno univerzalna, tj. pomen kodnih besed je enak za vse proučevane organizme: viruse, bakterije, rastline, dvoživke, sesalce, vključno s človekom.
Kasneje pa je postala znana ena izjema; izkazalo se je, da mitohondrijska mRNA vsebuje 4 triplete, ki imajo drugačen pomen kot mRNA jedrnega izvora. Tako v mitohondrijski mRNA triplet UGA kodira Tri, AUA kodira Met, ACA in AGG pa se bereta kot dodatna stop kodona.
Kolinearnost gena in produkta.
Pri prokariontih je bilo ugotovljeno linearno ujemanje med zaporedjem kodonov gena in zaporedjem aminokislin v proteinskem produktu ali, kot pravijo, obstaja kolinearnost med genom in produktom.
Tabela 4-4.
Genetska koda
| Prva baza | Druga baza | |||
| U | Z | A | G | |
| U | UUU sušilnik za lase | UCU Cep | Strelišče UAU | UGU Cis |
| UUC sušilnik za lase | UCC Ser | iASTir | UGC Cis | |
| UUA Lei | UCA Cep | UAA* | UGA* | |
| UUG Lei | UCG Ser | UAG* | UGG april | |
| Z | CUU Lei | CCU Pro | CAU Gis | CGU april |
| CUC Lei | SSS Pro | SAS Gis | CGC april | |
| CUA Lei | SSA Pro | SAA Gln | CGA april | |
| CUG Lei | CCG Pro | CAG Gln | CGG april | |
| A | AUU Ile | ACU Tpe | AAU Asn | AGU Ser |
| AUC Ile | ACC Tre | AAS Asn | AGG siva | |
| AUA Meth | ASA Tre | AAA Liz | AGA april | |
| AVG Met | ACG Tre | AAG Liz | AGG april | |
| G | Prepoved GUU | GCU Ala | GAU Asp | GGU Gli |
| GUC Val | GCC Ala | GAC Asp | GGC Gli | |
| GUA Val | GSA Ala | GAA Glu | GGA Gli | |
| GUG Val | GСG Ala | GAG Glu | GGG Glee |
Opombe: U - uracil; C - citozin; A - adenin; G - gvanin; *—terminacijski kodon.
Pri evkariontih so zaporedja baz v genu, ki so kolinearna z zaporedjem aminokislin v proteinu, prekinjena z nitroni.
Zato je v evkariontskih celicah aminokislinsko zaporedje proteina kolinearno z zaporedjem eksonov v genu ali zreli mRNA po posttranskripcijski odstranitvi intronov.
Dedna informacija je informacija o zgradbi beljakovine (podatek o katere aminokisline v kakšnem vrstnem redu združijo med sintezo primarne beljakovinske strukture).
Podatki o strukturi proteinov so kodirani v DNK, ki je pri evkariontih del kromosomov in se nahaja v jedru. Imenuje se del DNK (kromosoma), v katerem so kodirane informacije o enem proteinu gen.
Transkripcija- To je prepisovanje informacij iz DNA v mRNA (informacijska RNA). mRNA prenaša informacije iz jedra v citoplazmo, do mesta sinteze beljakovin (do ribosoma).
Oddaja je proces biosinteze beljakovin. Znotraj ribosoma so antikodoni tRNA pritrjeni na kodone mRNA po principu komplementarnosti. Ribosom povezuje aminokisline, ki jih prinaša tRNA, s peptidno vezjo, da nastane protein.
Reakcije prepisovanja, prevajanja in replikacije (podvojitve DNK) so reakcije matrična sinteza. DNA služi kot matrica za sintezo mRNA, mRNA pa kot matrica za sintezo beljakovin.
Genetska koda je način, na katerega se informacije o strukturi proteina zapišejo v DNK.
Lastnosti genske kode
1) Trojček: Ena aminokislina je kodirana s tremi nukleotidi. Ti 3 nukleotidi v DNK se imenujejo triplet, v mRNA - kodon, v tRNA - antikodon (vendar je v Enotnem državnem izpitu lahko tudi "kodni trojček" itd.)
2) Redundanca(degeneracija): obstaja samo 20 aminokislin in obstaja 61 trojčkov, ki kodirajo aminokisline, tako da je vsaka aminokislina kodirana z več trojčki.
3) Nedvoumnost: Vsak triplet (kodon) kodira samo eno aminokislino.
4) Vsestranskost: Genetska koda je enaka za vse žive organizme na Zemlji.
Naloge
Težave s številom nukleotidov/aminokislin
3 nukleotidi = 1 triplet = 1 aminokislina = 1 tRNA
Naloge pri ATGC
DNA mRNA tRNA
A U A
T A U
G C G
Ts G Ts
Izberite tisto, ki vam najbolj ustreza pravilna možnost. mRNA je kopija
1) en gen ali skupina genov
2) verige beljakovinskih molekul
3) ena proteinska molekula
4) deli plazemske membrane
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Primarna struktura proteinske molekule, določena z nukleotidnim zaporedjem mRNA, nastane v procesu
1) oddaje
2) transkripcije
3) reduplikacija
4) denaturacija
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Katero zaporedje pravilno odraža pot implementacije genetske informacije
1) gen --> mRNA --> protein --> lastnost
2) lastnost --> protein --> mRNA --> gen --> DNA
3) mRNA --> gen --> protein --> lastnost
4) gen --> DNK --> lastnost --> protein
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Izberite pravilno zaporedje prenosa informacij v procesu sinteze beljakovin v celici
1) DNA -> messenger RNA -> protein
2) DNA -> prenosna RNA -> beljakovina
3) ribosomska RNA -> prenosna RNA -> beljakovina
4) ribosomska RNA -> DNA -> prenosna RNA -> beljakovina
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Ista aminokislina ustreza antikodonu CAA na prenosni RNA in tripletu na DNA
1) CAA
2) TsUU
3) GTT
4) GAA
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Antikodon AAU na prenosni RNA ustreza tripletu na DNA
1) TTA
2) AAT
3) AAA
4) TTT
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Vsaka aminokislina v celici je kodirana za
1) ena molekula DNA
2) več trojčkov
3) več genov
4) en nukleotid
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Funkcionalna enota genetske kode
1) nukleotid
2) trojček
3) aminokislina
4) tRNA
Odgovori
Izberite tri možnosti. Kot rezultat reakcij matričnega tipa se sintetizirajo molekule
1) polisaharidi
2) DNK
3) monosaharidi
4) mRNA
5) lipidi
6) veverica
Odgovori
1. Določite zaporedje procesov, ki zagotavljajo biosintezo beljakovin. Zapišite ustrezno zaporedje številk.
1) tvorba peptidnih vezi med aminokislinami
2) pritrditev antikodona tRNA na komplementarni kodon mRNA
3) sinteza molekul mRNA na DNA
4) gibanje mRNA v citoplazmi in njena lokacija na ribosomu
5) dostava aminokislin v ribosom z uporabo tRNA
Odgovori
2. Ugotovite zaporedje procesov biosinteze beljakovin v celici. Zapišite ustrezno zaporedje številk.
1) tvorba peptidne vezi med aminokislinami
2) interakcija med kodonom mRNA in antikodonom tRNA
3) sproščanje tRNA iz ribosoma
4) povezava mRNA z ribosomom
5) sproščanje mRNA iz jedra v citoplazmo
6) sinteza mRNA
Odgovori
3. Ugotovite zaporedje procesov v biosintezi beljakovin. Zapišite ustrezno zaporedje številk.
1) sinteza mRNA na DNA
2) dostava aminokislin v ribosom
3) tvorba peptidne vezi med aminokislinami
4) dodatek aminokisline k tRNA
5) povezava mRNA z dvema ribosomskima podenotama
Odgovori
4. Določite zaporedje stopenj biosinteze beljakovin. Zapišite ustrezno zaporedje številk.
1) ločitev beljakovinske molekule od ribosoma
2) pritrditev tRNA na začetni kodon
3) prepisovanje
4) podaljšanje polipeptidne verige
5) sproščanje mRNA iz jedra v citoplazmo
Odgovori
5. Vzpostavite pravilno zaporedje procesov biosinteze beljakovin. Zapišite ustrezno zaporedje številk.
1) dodatek aminokisline peptidu
2) sinteza mRNA na DNA
3) prepoznavanje kodona antikodona
4) združevanje mRNA z ribosomom
5) sproščanje mRNA v citoplazmo
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Kateri antikodon prenosne RNA ustreza tripletu TGA v molekuli DNA
1) ACU
2) TsUG
3) UGA
4) AHA
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Genetska koda je univerzalna, ker
1) vsaka aminokislina je kodirana s trojnim nukleotidom
2) mesto aminokisline v proteinski molekuli določajo različni tripleti
3) enako velja za vsa bitja, ki živijo na Zemlji
4) več tripletov kodira eno aminokislino
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Odsek DNK, ki vsebuje informacije o eni polipeptidni verigi, se imenuje
1) kromosom
2) trojček
3) genom
4) koda
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Prevajanje je postopek, s katerim
1) število verig DNK se podvoji
2) mRNA se sintetizira na matriki DNA
3) beljakovine se sintetizirajo na matriki mRNA v ribosomu
4) pretrgajo se vodikove vezi med molekulami DNA
Odgovori
Izberite tri možnosti. Za razliko od fotosinteze pride do biosinteze beljakovin
1) v kloroplastih
2) v mitohondrijih
3) v reakcijah plastične izmenjave
4) v reakcijah matričnega tipa
5) v lizosomih
6) v levkoplastih
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Matrica za prevajanje je molekula
1) tRNA
2) DNK
3) rRNA
4) mRNA
Odgovori
Za opis funkcij nukleinskih kislin v celici je mogoče uporabiti vse razen dveh naslednjih lastnosti. Določite dve lastnosti, ki "izpadeta". splošni seznam, in v tabelo zapišite številke, pod katerimi so navedeni.
1) izvajati homeostazo
2) prenos dednih informacij iz jedra v ribosom
3) sodelujejo pri biosintezi beljakovin
4) so del celične membrane
5) transport aminokislin
Odgovori
AMINOKISLINE – mRNK KODONI
Koliko kodonov mRNA kodira informacije o 20 aminokislinah? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
AMINOKISLINE – NUKLEOTIDI mRNA
1. Del polipeptida je sestavljen iz 28 aminokislinskih ostankov. Določite število nukleotidov v odseku mRNA, ki vsebuje informacije o primarni strukturi proteina.
Odgovori
2. Koliko nukleotidov vsebuje m-RNA, če je iz nje sintetizirana beljakovina sestavljena iz 180 aminokislinskih ostankov? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
AMINOKISLINE – DNK NUKLEOTID
1. Beljakovine so sestavljene iz 140 aminokislinskih ostankov. Koliko nukleotidov je v genski regiji, ki kodira primarno strukturo tega proteina?
Odgovori
2. Beljakovine so sestavljene iz 180 aminokislinskih ostankov. Koliko nukleotidov je v genu, ki kodira zaporedje aminokislin v tem proteinu. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
3. Delček molekule DNA kodira 36 aminokislin. Koliko nukleotidov vsebuje ta fragment molekule DNK? V svoj odgovor zapišite ustrezno številko.
Odgovori
4. Polipeptid je sestavljen iz 20 aminokislinskih enot. Določite število nukleotidov v genski regiji, ki kodirajo te aminokisline v polipeptidu. Odgovor zapišite kot številko.
Odgovori
5. Koliko nukleotidov v genskem odseku kodira proteinski fragment iz 25 aminokislinskih ostankov? V odgovor zapiši samo ustrezno številko.
Odgovori
6. Koliko nukleotidov v fragmentu vzorčne verige DNA kodira 55 aminokislin v polipeptidnem fragmentu? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
AMINOKISLINE – tRNA
1. Koliko tRNA je sodelovalo pri sintezi proteina, ki vsebuje 130 aminokislin? V svoj odgovor vpišite ustrezno številko.
Odgovori
2. Delček beljakovinske molekule je sestavljen iz 25 aminokislin. Koliko molekul tRNA je sodelovalo pri njegovem nastanku? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
AMINOKISLINE – TROJČKI
1. Koliko trojčkov vsebuje fragment DNA, ki kodira 36 aminokislin? V svoj odgovor zapišite ustrezno številko.
Odgovori
2. Koliko trojčkov kodira 32 aminokislin? V odgovor zapiši samo ustrezno številko.
Odgovori
NUKLEOTID – AMINOKISLINE
1. Koliko aminokislin je šifriranih v genskem odseku, ki vsebuje 129 nukleotidnih ostankov?
Odgovori
2. Koliko aminokislin kodira 900 nukleotidov? V odgovor zapiši samo ustrezno številko.
Odgovori
3. Kakšno je število aminokislin v proteinu, če je njegov kodirni gen sestavljen iz 600 nukleotidov? V odgovor zapiši samo ustrezno številko.
Odgovori
4. Koliko aminokislin kodira 1203 nukleotid? V odgovor zapiši le število aminokislin.
Odgovori
5. Koliko aminokislin je potrebnih za sintezo polipeptida, če kodirni del mRNA vsebuje 108 nukleotidov? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
NUKLEOTID mRNK - NUKLEOTID DNK
Pri sintezi beljakovin sodeluje molekula mRNA, katere fragment vsebuje 33 nukleotidnih ostankov. Določite število nukleotidnih ostankov v odseku vzorčne verige DNK.
Odgovori
NUKLEOTID – tRNA
Koliko molekul transportne RNA je sodelovalo pri prevajanju, če genska regija vsebuje 930 nukleotidnih ostankov?
Odgovori
TROJČKI - mRNA NUKLEOTID
Koliko nukleotidov je v fragmentu molekule mRNK, če fragment kodirne verige DNK vsebuje 130 trojčkov? V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
tRNA – AMINOKISLINE
Določite število aminokislin v beljakovini, če je v procesu prevajanja sodelovalo 150 molekul tRNA. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
SAMO
Koliko nukleotidov sestavlja en kodon mRNA?
Odgovori
Koliko nukleotidov sestavlja en stop kodon mRNA?
Odgovori
Koliko nukleotidov sestavlja antikodon tRNA?
Odgovori
TEŽKO
Beljakovina ima relativno molekulsko maso 6000. Določite število aminokislin v molekuli beljakovine, če je relativna molekulska masa enega aminokislinskega ostanka 120. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
V dveh verigah molekule DNK je 3000 nukleotidov. Informacije o strukturi proteina so kodirane na eni od verig. Preštejte, koliko aminokislin je kodiranih na eni verigi DNA. V odgovor zapiši samo število, ki ustreza številu aminokislin.
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Ista aminokislina ustreza antikodonu UCA na prenosni RNA in tripletu v genu na DNA
1) GTA
2) ACA
3) TGT
4) TCA
Odgovori
Izberite eno, najbolj pravilno možnost. Sintezo hemoglobina v celici nadzira določen segment molekule DNK, ki se imenuje
1) kodon
2) trojček
3) genetski kod
4) genom
Odgovori
V katerih od naštetih celičnih organelov potekajo reakcije matrične sinteze? Iz splošnega seznama poišči tri resnične trditve in zapiši številke, pod katerimi so navedene.
1) centriole
2) lizosomi
3) Golgijev aparat
4) ribosomi
5) mitohondrije
6) kloroplasti
Odgovori
Oglejte si sliko, ki prikazuje procese, ki se odvijajo v celici, in označite A) ime procesa, označenega s črko A, B) ime procesa, označenega s črko B, C) ime vrste kemične reakcije. Za vsako črko izberite ustrezen izraz s ponujenega seznama.
1) replikacija
2) transkripcija
3) oddaja
4) denaturacija
5) eksotermne reakcije
6) nadomestne reakcije
7) reakcije matrične sinteze
8) reakcije cepitve
Odgovori
Oglejte si sliko in navedite (A) ime procesa 1, (B) ime procesa 2, (c) končni produkt procesa 2. Za vsako črko izberite ustrezen izraz ali pojem s ponujenega seznama.
1) tRNA
2) polipeptid
3) ribosom
4) replikacija
5) oddaja
6) konjugacija
7) ATP
8) prepisovanje
Odgovori
Vzpostavite ujemanje med procesi in stopnjami sinteze beljakovin: 1) transkripcija, 2) prevajanje. Zapiši številki 1 in 2 v pravilnem vrstnem redu.
A) prenos aminokislin s tRNA
B) Vpleten je DNK
B) sinteza mRNA
D) tvorba polipeptidne verige
D) nastane na ribosomu
Odgovori
Vsi spodaj navedeni znaki, razen dveh, se uporabljajo za opis postopka, prikazanega na sliki. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) po načelu komplementarnosti se nukleotidno zaporedje molekule DNA prevede v nukleotidno zaporedje molekul različnih vrst RNA.
2) proces pretvorbe nukleotidnega zaporedja v aminokislinsko zaporedje
3) proces prenosa genetske informacije iz jedra na mesto sinteze beljakovin
4) proces poteka v ribosomih
5) rezultat procesa je sinteza RNA
Odgovori
Molekulska masa polipeptida je 30.000 c.u. Določite dolžino gena, ki ga kodira, če je molekulska masa ene aminokisline v povprečju 100, razdalja med nukleotidi v DNK pa 0,34 nm. V odgovor zapišite samo ustrezno številko.
Odgovori
Izberite dve od spodaj navedenih reakcij, ki sta povezani z reakcijami sinteze matriksa. Zapišite številke, pod katerimi so navedeni.
1) sinteza celuloze
2) Sinteza ATP
3) biosinteza beljakovin
4) oksidacija glukoze
5) Replikacija DNK
Odgovori
Izberi tri pravilne odgovore od šestih in v tabelo zapiši številke, pod katerimi so navedeni. Reakcije matriksa v celicah vključujejo
1) Replikacija DNK
2) fotoliza vode
3) Sinteza RNK
4) kemosinteza
5) biosinteza beljakovin
6) Sinteza ATP
Odgovori
Za opis procesa biosinteze beljakovin v celici je mogoče uporabiti vse naslednje značilnosti, razen dveh. Določite dve lastnosti, ki »izpadeta« s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni v vašem odgovoru.
1) Postopek poteka v prisotnosti encimov.
2) Osrednjo vlogo v procesu imajo molekule RNA.
3) Proces spremlja sinteza ATP.
4) Aminokisline služijo kot monomeri za tvorbo molekul.
5) Sestavljanje beljakovinskih molekul poteka v lizosomih.
Odgovori
V danem besedilu poišči tri napake. Navedite številke predlogov, v katerih so izdelani.(1) Med biosintezo beljakovin pride do reakcij sinteze matriksa. (2) Reakcije sinteze šablon vključujejo le reakcije replikacije in transkripcije. (3) Kot rezultat transkripcije se sintetizira mRNA, katere matrica je celotna molekula DNA. (4) Po prehodu skozi pore jedra mRNA vstopi v citoplazmo. (5) Messenger RNA je vključena v sintezo tRNA. (6) Prenosna RNA zagotavlja aminokisline za sestavljanje beljakovin. (7) Energija molekul ATP se porabi za povezavo posamezne aminokisline s tRNA.
Odgovori
Za opis prevajanja se uporabljajo vsi naslednji pojmi razen dveh. Določite dve značilnosti, ki "izpadeta" s splošnega seznama, in zapišite številke, pod katerimi sta navedeni.
1) matrična sinteza
2) mitotično vreteno
3) polisom
4) peptidna vez
5) višje maščobne kisline
Odgovori
© D.V. Pozdnjakov, 2009-2019
Genetska koda je sistem za zapis dednih informacij v molekulah nukleinskih kislin, ki temelji na določeni menjavi nukleotidnih zaporedij v DNA ali RNA, ki tvorijo kodone, ki ustrezajo aminokislinam v beljakovini.
Lastnosti genetske kode.
Genska koda ima več lastnosti.
Trojnost.
Degeneracija ali redundanca.
Nedvoumnost.
Polarnost.
Brez prekrivanja.
Kompaktnost.
Vsestranskost.
Opozoriti je treba, da nekateri avtorji predlagajo tudi druge lastnosti kode, povezane z kemične lastnosti vključenih v kodo nukleotidov ali s pogostostjo pojavljanja posameznih aminokislin v beljakovinah telesa itd. Vendar te lastnosti sledijo zgoraj naštetim, zato jih bomo tam upoštevali.
A. Trojnost. Genetska koda ima tako kot mnogi kompleksno organizirani sistemi najmanjšo strukturno in najmanjšo funkcionalno enoto. Trojček je najmanjša strukturna enota genetske kode. Sestavljen je iz treh nukleotidov. Kodon je najmanjša funkcionalna enota genetske kode. Običajno se trojčki mRNA imenujejo kodoni. V genetski kodi ima kodon več funkcij. Prvič, njegova glavna funkcija je, da kodira eno samo aminokislino. Drugič, kodon morda ne kodira aminokisline, ampak v tem primeru opravlja drugo funkcijo (glej spodaj). Kot je razvidno iz definicije, je trojček koncept, ki označuje osnovno strukturna enota genetski kod (trije nukleotidi). Kodon – označuje elementarna pomenska enota genom – trije nukleotidi določajo pritrditev ene aminokisline na polipeptidno verigo.
Elementarna strukturna enota je bila najprej teoretično dešifrirana, nato pa je bil njen obstoj potrjen eksperimentalno. Dejansko 20 aminokislin ni mogoče kodirati z enim ali dvema nukleotidoma, ker le 4 od slednjih dajejo 4 3 = 64 variant, kar več kot pokriva število aminokislin, ki so na voljo v živih organizmih (glej tabelo 1).
Kombinacije 64 nukleotidov, predstavljene v tabeli, imajo dve značilnosti. Prvič, od 64 tripletnih različic jih je samo 61 kodonov in kodirajo katero koli aminokislino, imenujemo jih čutni kodoni. Trije trojčki ne kodirajo
aminokisline a so stop signali, ki označujejo konec prevoda. Obstajajo trije takšni trojčki - UAA, UAG, UGA, se imenujejo tudi "brez pomena" (nesmiselni kodoni). Kot posledica mutacije, ki je povezana z zamenjavo enega nukleotida v tripletu z drugim, lahko iz smiselnega kodona nastane nesmiselni kodon. Ta vrsta mutacije se imenuje nesmiselna mutacija. Če se tak signal za zaustavitev oblikuje znotraj gena (v njegovem informacijskem delu), bo med sintezo beljakovin na tem mestu proces nenehno prekinjen - sintetiziran bo le prvi (pred signalom za zaustavitev) del proteina. Oseba s to patologijo bo občutila pomanjkanje beljakovin in simptome, povezane s to pomanjkljivostjo. Na primer, tovrstna mutacija je bila identificirana v genu, ki kodira verigo hemoglobina beta. Sintetizira se skrajšana neaktivna veriga hemoglobina, ki se hitro uniči. Posledično nastane molekula hemoglobina brez beta verige. Jasno je, da takšna molekula verjetno ne bo v celoti izpolnila svojih nalog. Pojavi se huda bolezen, ki se razvije kot hemolitična anemija (beta-zero talasemija, iz grške besede Thalas - Sredozemsko morje, kjer so to bolezen prvič odkrili).
Mehanizem delovanja stop kodonov se razlikuje od mehanizma delovanja smiselnih kodonov. To izhaja iz dejstva, da so za vse kodone, ki kodirajo aminokisline, našli ustrezne tRNA. Za nesmiselne kodone ni bilo najdenih tRNA. Posledično tRNA ne sodeluje v procesu zaustavitve sinteze beljakovin.
kodonAVG (pri bakterijah včasih GUG) ne kodirajo le aminokislin metionina in valina, ampak sta tudipobudnik oddaje .
b. Degeneracija ali redundanca.
61 od 64 tripletov kodira 20 aminokislin. Ta trikratni presežek števila trojčkov nad številom aminokislin nakazuje, da je mogoče pri prenosu informacij uporabiti dve možnosti kodiranja. Prvič, vseh 64 kodonov ne more biti vključenih v kodiranje 20 aminokislin, ampak le 20, in drugič, aminokisline lahko kodira več kodonov. Raziskave so pokazale, da je narava uporabila slednjo možnost.
Njegova prednost je očitna. Če bi od 64 variantnih trojčkov samo 20 sodelovalo pri kodiranju aminokislin, bi 44 trojčkov (od 64) ostalo nekodirajočih, tj. brez pomena (nesmiselni kodoni). Prej smo opozorili, kako nevarno je za življenje celice, da se kodirni trojček kot posledica mutacije spremeni v nesmiselni kodon - to bistveno moti normalno delovanje RNA polimeraze, kar na koncu vodi v razvoj bolezni. Trenutno so trije kodoni v našem genomu nesmiselni, zdaj pa si predstavljajte, kaj bi se zgodilo, če bi se število nesmiselnih kodonov povečalo za približno 15-krat. Jasno je, da bo v takšni situaciji prehod normalnih kodonov v nesmiselne kodone neizmerno večji.
Koda, v kateri je ena aminokislina kodirana z več trojčki, se imenuje degenerirana ali redundantna. Skoraj vsaka aminokislina ima več kodonov. Tako lahko aminokislino levcin kodira šest trojčkov – UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valin kodirajo štirje tripleti, fenilalanin pa samo dva triptofan in metionin kodiran z enim kodonom. Lastnost, ki je povezana s snemanjem iste informacije z različnimi simboli, se imenuje degeneracija.
Število kodonov, določenih za eno aminokislino, dobro korelira s pogostostjo pojavljanja aminokisline v beljakovinah.
In to najverjetneje ni naključno. Večja kot je pogostnost pojavljanja aminokisline v proteinu, pogosteje kot je kodon te aminokisline zastopan v genomu, večja je verjetnost njegove poškodbe z mutagenimi dejavniki. Zato je jasno, da ima mutirani kodon večjo možnost kodiranja iste aminokisline, če je zelo degeneriran. S tega vidika je degeneracija genetske kode mehanizem, ki ščiti človeški genom pred poškodbami.
Opozoriti je treba, da se izraz degeneracija v molekularni genetiki uporablja v drugem pomenu. Tako se večina informacij v kodonu nahaja v prvih dveh nukleotidih; baza na tretjem mestu kodona je malo pomembna. Ta pojav se imenuje "degeneracija tretje baze." Slednja lastnost minimizira učinek mutacij. Znano je na primer, da je glavna funkcija rdečih krvničk prenos kisika iz pljuč v tkiva in ogljikov dioksid od tkiv do pljuč. To funkcijo opravlja dihalni pigment – hemoglobin, ki zapolnjuje celotno citoplazmo eritrocita. Sestavljen je iz proteinskega dela - globina, ki je kodiran z ustreznim genom. Molekula hemoglobina poleg beljakovin vsebuje hem, ki vsebuje železo. Mutacije globinskih genov vodijo do pojava različnih variant hemoglobinov. Najpogosteje so mutacije povezane z zamenjava enega nukleotida z drugim in pojav novega kodona v genu, ki lahko kodira novo aminokislino v polipeptidni verigi hemoglobina. V trojčku se lahko zaradi mutacije zamenja kateri koli nukleotid - prvi, drugi ali tretji. Znanih je nekaj sto mutacij, ki vplivajo na celovitost globinskih genov. Blizu 400 od katerih so povezani z zamenjavo posameznih nukleotidov v genu in ustrezno zamenjavo aminokislin v polipeptidu. Samo od teh 100 zamenjave vodijo v nestabilnost hemoglobina in različne vrste bolezni od blagih do zelo hudih. 300 (približno 64%) substitucijskih mutacij ne vpliva na delovanje hemoglobina in ne vodi do patologije. Eden od razlogov za to je zgoraj omenjena "degeneracija tretje baze", ko zamenjava tretjega nukleotida v tripletu, ki kodira serin, levcin, prolin, arginin in nekatere druge aminokisline, povzroči pojav sinonimnega kodona ki kodira isto aminokislino. Takšna mutacija se fenotipsko ne bo manifestirala. Nasprotno pa vsaka zamenjava prvega ali drugega nukleotida v tripletu v 100% primerov vodi do pojava nove variante hemoglobina. Toda tudi v tem primeru morda ne gre za hude fenotipske motnje. Razlog za to je zamenjava aminokisline v hemoglobinu z drugo, ki je po fizikalno-kemijskih lastnostih podobna prvi. Na primer, če aminokislino s hidrofilnimi lastnostmi nadomestimo z drugo aminokislino, vendar z enakimi lastnostmi.
Hemoglobin je sestavljen iz železove porfirinske skupine hema (nanjo so vezane molekule kisika in ogljikovega dioksida) in beljakovine - globina. Odrasli hemoglobin (HbA) vsebuje dva enaka -verige in dva -verige. Molekula -veriga vsebuje 141 aminokislinskih ostankov, -veriga - 146, - In -verige se razlikujejo po številnih aminokislinskih ostankih. Zaporedje aminokislin vsake globinske verige je kodirano z lastnim genom. Kodiranje genov -veriga se nahaja v kratkem kraku kromosoma 16, -gen - v kratkem kraku 11. kromosoma. Zamenjava v kodiranju gena -hemoglobinska veriga prvega ali drugega nukleotida skoraj vedno povzroči pojav novih aminokislin v beljakovini, motnje v delovanju hemoglobina in resne posledice za bolnika. Na primer, zamenjava "C" v enem od tripletov CAU (histidin) z "Y" bo povzročila pojav novega tripleta UAU, ki kodira drugo aminokislino - tirozin. Fenotipsko se bo to pokazalo v huda bolezen.. Podobna zamenjava na poziciji 63 -veriga histidinskega polipeptida do tirozina bo povzročila destabilizacijo hemoglobina. Razvija se bolezen methemoglobinemija. Zamenjava glutaminske kisline z valinom na 6. mestu zaradi mutacije -veriga je vzrok za najtežje obolenje – anemijo srpastih celic. Ne nadaljujmo žalostnega seznama. Opozorimo le, da se lahko pri zamenjavi prvih dveh nukleotidov pojavi aminokislina s fizikalno-kemijskimi lastnostmi, podobnimi prejšnji. Tako je zamenjava 2. nukleotida v enem od tripletov, ki kodirajo glutaminsko kislino (GAA) v -veriga z "U" vodi do pojava novega tripleta (GUA), ki kodira valin, zamenjava prvega nukleotida z "A" pa tvori triplet AAA, ki kodira aminokislino lizin. Glutaminska kislina in lizin sta si po fizikalno-kemijskih lastnostih podobna – oba sta hidrofilna. Valin je hidrofobna aminokislina. Zato zamenjava hidrofilne glutaminske kisline s hidrofobnim valinom bistveno spremeni lastnosti hemoglobina, kar na koncu privede do razvoja anemije srpastih celic, medtem ko zamenjava hidrofilne glutaminske kisline s hidrofilnim lizinom v v manjšem obsegu spremeni delovanje hemoglobina – bolniki razvijejo blago obliko anemije. Zaradi zamenjave tretje baze lahko novi triplet kodira iste aminokisline kot prejšnji. Na primer, če je bil v tripletu CAC uracil nadomeščen s citozinom in se je pojavil triplet CAC, potem pri ljudeh ne bodo zaznane praktično nobene fenotipske spremembe. To je razumljivo, saj oba tripleta kodirata isto aminokislino – histidin.
Na koncu je primerno poudariti, da sta degeneracija genetske kode in degeneracija tretje baze s splošnega biološkega vidika zaščitna mehanizma, ki sta v evoluciji neločljivo povezana z edinstveno strukturo DNK in RNK.
V. Nedvoumnost.
Vsak triplet (razen nonsensa) kodira samo eno aminokislino. Tako je v smeri kodon – aminokislina genetska koda enoznačna, v smeri aminokislina – kodon pa dvoumna (degenerirana).
Nedvoumno
Aminokislinski kodon
Degeneriran
In v tem primeru je potreba po nedvoumnosti v genetski kodi očitna. Pri drugi možnosti pa bi pri prevajanju istega kodona v proteinsko verigo vstavili različne aminokisline in posledično nastali proteini z različnimi primarnimi strukturami in različnimi funkcijami. Celični metabolizem bi prešel na način delovanja »en gen – več polipeptidov«. Jasno je, da bi bila v takšni situaciji regulatorna funkcija genov popolnoma izgubljena.
g. Polariteta
Branje informacij iz DNK in mRNK poteka le v eno smer. Polarnost je pomembna za definiranje struktur višjega reda (sekundarne, terciarne itd.). Prej smo govorili o tem, kako strukture nižjega reda določajo strukture višjega reda. Terciarna struktura in strukture višjega reda v beljakovinah nastanejo takoj, ko sintetizirana veriga RNA zapusti molekulo DNA ali polipeptidna veriga zapusti ribosom. Medtem ko prosti konec RNA ali polipeptida pridobi terciarno strukturo, se drugi konec verige še naprej sintetizira na DNA (če je RNA prepisana) ali ribosomu (če je polipeptid prepisan).
Zato je enosmerni proces branja informacij (med sintezo RNK in beljakovin) bistvenega pomena ne le za določanje zaporedja nukleotidov ali aminokislin v sintetizirani snovi, temveč za strogo določanje sekundarnega, terciarnega itd. strukture.
d. Neprekrivanje.
Koda se lahko prekriva ali se ne prekriva. Večina organizmov ima kodo, ki se ne prekriva. Prekrivajočo se kodo najdemo v nekaterih fagih.
Bistvo neprekrivajoče se kode je v tem, da nukleotid enega kodona ne more biti hkrati nukleotid drugega kodona. Če bi se koda prekrivala, bi zaporedje sedmih nukleotidov (GCUGCUG) lahko kodiralo ne dve aminokislini (alanin-alanin) (slika 33, A), kot v primeru kode, ki se ne prekriva, ampak tri (če obstaja en skupni nukleotid) (slika 33, B) ali pet (če sta dva nukleotida skupna) (glej sliko 33, C). V zadnjih dveh primerih bi mutacija katerega koli nukleotida povzročila kršitev zaporedja dveh, treh itd. aminokisline.
Ugotovljeno pa je, da mutacija enega nukleotida vedno moti vključitev ene aminokisline v polipeptid. To je pomemben argument, da se koda ne prekriva.
Naj to razložimo na sliki 34. Krepke črte prikazujejo trojčke, ki kodirajo aminokisline v primeru neprekrivajoče se in prekrivajoče se kode. Poskusi so jasno pokazali, da se genetska koda ne prekriva. Ne da bi se spuščali v podrobnosti poskusa, ugotavljamo, da če zamenjate tretji nukleotid v zaporedju nukleotidov (glej sliko 34)U (označeno z zvezdico) na nekaj drugega:
1. S kodo, ki se ne prekriva, bi imel protein, ki ga nadzoruje to zaporedje, zamenjavo ene (prve) aminokisline (označene z zvezdicami).
2. S prekrivajočo se kodo v možnosti A bi prišlo do zamenjave v dveh (prvi in drugi) aminokislini (označeni z zvezdicami). Pri možnosti B bi zamenjava vplivala na tri aminokisline (označene z zvezdicami).
Številni poskusi pa so pokazali, da ko je en nukleotid v DNK prekinjen, prekinitev v proteinu vedno prizadene samo eno aminokislino, kar je značilno za kodo, ki se ne prekriva.
GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG
GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU
*** *** *** *** *** ***
Alanin - Alanin Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley
A B C
Koda, ki se ne prekriva. Koda, ki se prekriva
riž. 34. Diagram, ki pojasnjuje prisotnost neprekrivajoče se kode v genomu (razlaga v besedilu).
Neprekrivanje genetske kode je povezano z drugo lastnostjo - branje informacije se začne od določene točke - iniciacijskega signala. Takšen iniciacijski signal v mRNA je kodon, ki kodira metionin AUG.
Opozoriti je treba, da imamo ljudje še vedno majhno število genov, ki odstopajo od splošno pravilo in se prekrivajo.
e. Kompaktnost.
Med kodoni ni ločil. Z drugimi besedami, trojčki niso ločeni drug od drugega, na primer z enim nesmiselnim nukleotidom. Odsotnost "ločil" v genetski kodi je bila dokazana s poskusi.
in. Vsestranskost.
Koda je enaka za vse organizme, ki živijo na Zemlji. Neposredni dokaz o univerzalnosti genetske kode je bil pridobljen s primerjavo zaporedij DNK z ustreznimi zaporedji proteinov. Izkazalo se je, da vsi bakterijski in evkariontski genomi uporabljajo iste nize kodnih vrednosti. So izjeme, a jih ni veliko.
Prve izjeme univerzalnosti genetske kode so bile odkrite v mitohondrijih nekaterih živalskih vrst. To je zadevalo terminatorski kodon UGA, ki se bere enako kot kodon UGG, ki kodira aminokislino triptofan. Ugotovljena so bila tudi druga redkejša odstopanja od univerzalnosti.
kodni sistem DNK.
Gensko kodo DNK sestavlja 64 trojčkov nukleotidov. Ti trojčki se imenujejo kodoni. Vsak kodon kodira eno od 20 aminokislin, ki se uporabljajo pri sintezi beljakovin. To daje nekaj redundance v kodi: večina aminokislin je kodiranih z več kot enim kodonom.
En kodon opravlja dve medsebojno povezani funkciji: signalizira začetek prevajanja in kodira vključitev aminokisline metionin (Met) v rastočo polipeptidno verigo. Kodirni sistem DNK je zasnovan tako, da se genetska koda lahko izrazi kot kodoni RNK ali kodoni DNK. Kodoni RNA se nahajajo v RNA (mRNA) in ti kodoni lahko berejo informacije med sintezo polipeptidov (proces, imenovan translacija). Toda vsaka molekula mRNA pridobi nukleotidno zaporedje v transkripciji iz ustreznega gena.
Vse aminokisline razen dveh (Met in Trp) so lahko kodirane z 2 do 6 različnimi kodoni. Vendar pa genom večine organizmov kaže, da imajo nekateri kodoni prednost pred drugimi. Pri ljudeh je na primer alanin kodiran z GCC štirikrat pogosteje kot z GCG. To verjetno kaže na večjo učinkovitost prevajanja prevajalnega aparata (na primer ribosoma) za nekatere kodone.
Genetska koda je skoraj univerzalna. Isti kodoni so dodeljeni istemu delu aminokislin in enaki začetni in končni signali so večinoma enaki pri živalih, rastlinah in mikroorganizmih. Vendar so bile ugotovljene nekatere izjeme. Večina vključuje dodelitev enega ali dveh od treh stop kodonov aminokislini.
- enoten sistem za zapisovanje dednih informacij v molekulah nukleinskih kislin v obliki nukleotidnega zaporedja. Genetska koda temelji na uporabi abecede, sestavljene le iz štirih črk-nukleotidov, ki se razlikujejo po dušikovih bazah: A, T, G, C.
Glavne lastnosti genetske kode so naslednje:
1. Genetska koda je triplet. Trojček (kodon) je zaporedje treh nukleotidov, ki kodirajo eno aminokislino. Ker beljakovine vsebujejo 20 aminokislin, je očitno, da vsaka od njih ne more biti kodirana z enim nukleotidom (ker so v DNK samo štiri vrste nukleotidov, v tem primeru ostane 16 aminokislin nekodiranih). Tudi dva nukleotida nista dovolj za kodiranje aminokislin, saj je v tem primeru lahko kodiranih le 16 aminokislin. pomeni, najmanjše številoštevilo nukleotidov, ki kodirajo eno aminokislino, je enako trem. (V tem primeru je število možnih trojčkov nukleotidov 4 3 = 64).
2. Redundanca (degeneriranost) kode je posledica njene tripletne narave in pomeni, da lahko eno aminokislino kodira več trojčkov (saj je 20 aminokislin in 64 trojčkov). Izjema sta metionin in triptofan, ki ju kodira le en triplet. Poleg tega nekateri trojčki opravljajo posebne funkcije. Torej, v molekuli mRNA so trije UAA, UAG, UGA stop kodoni, tj. stop signali, ki ustavijo sintezo polipeptidne verige. Triplet, ki ustreza metioninu (AUG), ki se nahaja na začetku verige DNA, ne kodira aminokisline, ampak opravlja funkcijo iniciacije (vznemirljivega) branja.
3. Za kodo je poleg redundance značilna lastnost enoznačnosti, kar pomeni, da vsak kodon ustreza le eni določeni aminokislini.
4. Koda je kolinearna, tj. zaporedje nukleotidov v genu se natančno ujema z zaporedjem aminokislin v proteinu.
5. Genetska koda se ne prekriva in je kompaktna, kar pomeni, da ne vsebuje "ločil". To pomeni, da proces branja ne dopušča možnosti prekrivanja stolpcev (trojčkov) in, začenši pri določenem kodonu, branje poteka neprekinjeno, triplet za trojčkom, do signalov za zaustavitev (terminacijski kodoni). Na primer, v mRNA bodo naslednje zaporedje dušikovih baz AUGGGUGTSUAUAUGUG prebrali samo takšni trojčki: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG in ne AUG, UGG, GGU, GUG itd. ali AUG, GGU, UGC, CUU , itd. itd. ali kako drugače (na primer kodon AUG, ločilo G, kodon UGC, ločilo U itd.).
6. Genetska koda je univerzalna, to pomeni, da jedrni geni vseh organizmov kodirajo informacije o beljakovinah na enak način, ne glede na stopnjo organiziranosti in sistemsko lego teh organizmov.