/

Biosinteza proteina i nukleinskih kiselina. Geni, genetski kod

U bilo kojoj ćeliji i organizmu, sve karakteristike anatomske, morfološke i funkcionalne prirode određene su strukturom proteina koji su uključeni u njih. Nasljedno svojstvo organizma je sposobnost sintetiziranja određenih proteina. Aminokiseline se nalaze u polipeptidnom lancu o kojem zavise biološke karakteristike.
Svaka ćelija ima svoj niz nukleotida u lancu polinukleotida DNK. Ovo je genetski kod DNK. Preko njega se bilježe informacije o sintezi određenih proteina. O tome šta je genetski kod, o njegovim svojstvima i genetskim informacijama opisano je u ovom članku.

Malo istorije

Ideju da možda postoji genetski kod formulisali su J. Gamow i A. Down sredinom dvadesetog veka. Oni su opisali da nukleotidna sekvenca odgovorna za sintezu određene aminokiseline sadrži najmanje tri veze. Kasnije su dokazali tačan broj tri nukleotida (ovo je jedinica genetskog koda), koji je nazvan triplet ili kodon. Ukupno ima šezdeset četiri nukleotida, jer se molekul kiseline, gdje se javlja ili RNA, sastoji od ostataka četiri različita nukleotida.

Šta je genetski kod

Metoda kodiranja sekvence proteina aminokiselina zbog sekvence nukleotida je karakteristična za sve žive ćelije i organizme. To je ono što je genetski kod.
Postoje četiri nukleotida u DNK:

  • adenin - A;
  • gvanin - G;
  • citozin - C;
  • timin - T.

Označeni su velikim slovima na latinskom ili (u literaturi na ruskom jeziku) ruskom.
RNK također ima četiri nukleotida, ali se jedan od njih razlikuje od DNK:

  • adenin - A;
  • gvanin - G;
  • citozin - C;
  • uracil - W.

Svi nukleotidi se poredaju u lance, a u DNK se dobija dvostruka spirala, au RNK je jednostruka.
Proteini se grade na mjestu gdje, raspoređeni u određenom nizu, određuju njegova biološka svojstva.

Osobine genetskog koda

Trojstvo. Jedinica genetskog koda sastoji se od tri slova, to je triplet. To znači da je dvadeset postojećih aminokiselina kodirano sa tri specifična nukleotida nazvana kodoni ili trilpeti. Postoje šezdeset četiri kombinacije koje se mogu stvoriti od četiri nukleotida. Ova količina je više nego dovoljna za kodiranje dvadeset aminokiselina.
Degeneracija. Svaka aminokiselina odgovara više od jednog kodona, sa izuzetkom metionina i triptofana.
Nedvosmislenost. Jedan kodon kodira jednu aminokiselinu. Na primjer, u genu zdrave osobe sa informacijom o beta meti hemoglobina, tripletu GAG i GAA kodova za A kod svakoga ko ima anemiju srpastih stanica, jedan nukleotid je promijenjen.
Kolinearnost. Aminokiselinska sekvenca uvijek odgovara nukleotidnoj sekvenci koju gen sadrži.
Genetski kod je kontinuiran i kompaktan, što znači da nema "interpunkciju". To jest, počevši od određenog kodona, postoji kontinuirano očitavanje. Na primjer, AUGGUGTSUUAAAUGUG će se čitati kao: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG. Ali ne AUG, UGG i tako dalje, ili na bilo koji drugi način.
Svestranost. Ista je za apsolutno sve kopnene organizme, od ljudi do riba, gljivica i bakterija.

sto

Nisu sve dostupne aminokiseline prisutne u prikazanoj tabeli. Hidroksiprolin, hidroksilizin, fosfoserin, jodo derivati ​​tirozina, cistina i neki drugi su odsutni, jer su derivati ​​drugih aminokiselina kodiranih mRNA i nastali nakon modifikacije proteina kao rezultat translacije.
Iz svojstava genetskog koda, poznato je da jedan kodon može kodirati jednu aminokiselinu. Izuzetak je genetski kod koji obavlja dodatne funkcije i kodove za valin i metionin. RNK, budući da je na početku kodonom, vezuje t-RNA koja nosi formil metion. Po završetku sinteze, on se sam odvaja i sa sobom odnosi formilni ostatak, pretvarajući se u ostatak metionina. Dakle, gore navedeni kodoni su inicijatori sinteze lanca polipeptida. Ako nisu na početku, onda se ne razlikuju od drugih.

genetske informacije

Ovaj koncept znači program svojstava koji se prenosi od predaka. Ugrađen je u naslijeđe kao genetski kod.
Implementirano tokom sinteze proteina genetski kod:

  • informacije i RNK;
  • ribosomska rRNA.

Informacije se prenose direktnom komunikacijom (DNK-RNA-protein) i obrnuto (okruženje-protein-DNK).
Organizmi ga mogu primiti, pohraniti, prenijeti i koristiti najefikasnije.
Pošto su naslijeđene, informacije određuju razvoj organizma. Ali zbog interakcije sa okruženje reakcija potonjeg je iskrivljena, zbog čega se odvija evolucija i razvoj. Tako se u tijelo polažu nove informacije.


Proračun zakona molekularne biologije i otkriće genetskog koda ilustrovali su potrebu spajanja genetike s Darwinovom teorijom, na osnovu koje je nastala sintetička teorija evolucije - neklasična biologija.
Nasljednost, varijabilnost i darvinovska prirodna selekcija dopunjuju se genetski determinisanom selekcijom. Evolucija se provodi na genetskom nivou kroz nasumične mutacije i nasljeđivanje najvrednijih osobina koje su najprilagođenije okruženju.

Dešifrovanje ljudskog koda

Devedesetih godina pokrenut je projekat Ljudski genom, kao rezultat kojeg su 2000-ih otkriveni fragmenti genoma koji sadrže 99,99% ljudskih gena. Fragmenti koji nisu uključeni u sintezu proteina i nisu kodirani ostali su nepoznati. Njihova uloga je još uvijek nepoznata.

Hromozom 1, posljednji put otkriven 2006. godine, najduži je u genomu. Više od tri stotine i pedeset bolesti, uključujući rak, javlja se kao rezultat poremećaja i mutacija u njemu.

Uloga ovakvog istraživanja teško se može precijeniti. Kada su otkrili šta je genetski kod, postalo je poznato po kojim šablonima se razvija, kako se formira morfološka struktura, psiha, predispozicija za određene bolesti, metabolizam i poroci pojedinaca.

Danas nikome nije tajna da je životni program svih živih organizama napisan na molekulu DNK. Najlakši način da zamislite molekulu DNK je kao dugačke ljestve. Vertikalni stubovi ovih ljestava se sastoje od molekula šećera, kisika i fosfora. Sve važne radne informacije u molekulu su zapisane na prečkama merdevina - one se sastoje od dva molekula, od kojih je svaki pričvršćen za jedan od vertikalnih nosača. Ove azotne bazne molekule nazivaju se adenin, gvanin, timin i citozin, ali se obično nazivaju jednostavno kao A, G, T i C. Oblik ovih molekula omogućava im da formiraju veze – gotove korake – samo određenih tip. To su veze između baza A i T i između baza G i C (tako nastali par se naziva "par razloga"). U molekulu DNK ne može biti drugih vrsta veza.

Spuštajući se niz stepenice duž jednog lanca molekule DNK, dobijate sekvencu baza. Upravo ta poruka u obliku niza baza određuje tok hemijskih reakcija u ćeliji i, posljedično, karakteristike organizma koji ima ovu DNK. Prema središnjoj dogmi molekularne biologije, informacije o proteinima su kodirane na molekuli DNK, koja zauzvrat djeluje kao enzim ( cm. Katalizatori i enzimi), regulišu sve hemijske reakcije u živim organizmima.

Stroga korespondencija između sekvence parova baza u molekuli DNK i sekvence aminokiselina koje čine proteinske enzime naziva se genetski kod. Genetski kod je dešifrovan ubrzo nakon otkrića dvolančane strukture DNK. Bilo je poznato da je novootkriveni molekul informativni, ili matrica RNK (mRNA ili mRNA) nosi informacije zapisane na DNK. Biohemičari Marshall W. Nirenberg i J. Heinrich Matthaei iz Nacionalni institut zdravstvena zaštita u gradu Bethesda blizu Washingtona, DC, izvela je prve eksperimente koji su doveli do razotkrivanja genetskog koda.

Počeli su sintetiziranjem umjetnih mRNA molekula koje se sastoje samo od ponavljajuće dušične baze uracila (koja je analogna timinu, "T", i formira veze samo sa adeninom, "A", iz DNK molekula). Dodali su ove mRNA u epruvete sa mješavinom aminokiselina, pri čemu je samo jedna od aminokiselina u svakoj epruveti označena radioaktivnom oznakom. Istraživači su otkrili da je mRNA koju su umjetno sintetizirali pokrenula stvaranje proteina u samo jednoj epruveti, gdje se nalazila označena aminokiselina fenilalanin. Tako su ustanovili da sekvenca "-U-U-U-" na molekuli mRNA (i, prema tome, ekvivalentna sekvenca "-A-A-A-" na molekulu DNK) kodira protein koji se sastoji samo od aminokiseline fenilalanina. Ovo je bio prvi korak ka dešifrovanju genetskog koda.

Danas je poznato da su tri bazna para molekula DNK (takav triplet se zove kodon) kodira jednu aminokiselinu u proteinu. Izvodeći eksperimente slične gore opisanom, genetičari su na kraju dešifrovali cijeli genetski kod, u kojem svaki od 64 moguća kodona odgovara određenoj aminokiselini.

Desno je najveća spirala ljudske DNK izgrađena od ljudi na plaži u Varni (Bugarska), koja je uvrštena u Ginisovu knjigu rekorda 23. aprila 2016.

Dezoksiribonukleinska kiselina. Opće informacije

DNK (deoksiribonukleinska kiselina) je svojevrsni nacrt života, složeni kod koji sadrži podatke o nasljednim informacijama. Ova složena makromolekula je sposobna pohranjivati ​​i prenositi nasljedne genetske informacije s generacije na generaciju. DNK određuje svojstva svakog živog organizma kao što su nasljednost i varijabilnost. Informacije koje su u njemu kodirane određuju cjelokupni razvojni program bilo kojeg živog organizma. Genetski ugrađeni faktori predodređuju cjelokupni tok života kako osobe tako i svakog drugog organizma. Veštački ili prirodni uticaj spoljašnje sredine može samo neznatno uticati na ukupnu težinu pojedinih genetskih osobina ili uticati na razvoj programiranih procesa.

Dezoksiribonukleinska kiselina(DNK) je makromolekula (jedna od tri glavna, druge dvije su RNK i proteini), koja obezbjeđuje skladištenje, prijenos s generacije na generaciju i implementaciju genetskog programa za razvoj i funkcioniranje živih organizama. DNK sadrži informacije o strukturi različitih vrsta RNK i proteina.

U eukariotskim ćelijama (životinje, biljke i gljive) DNK se nalazi u jezgri ćelije kao dio hromozoma, kao iu nekim ćelijskim organelama (mitohondrije i plastide). U ćelijama prokariotskih organizama (bakterija i arheja) kružna ili linearna molekula DNK, takozvani nukleoid, vezan je iznutra za ćelijsku membranu. Oni i niži eukarioti (na primjer, kvasac) također imaju male autonomne, uglavnom kružne DNK molekule zvane plazmidi.

Sa hemijske tačke gledišta, DNK je duga polimerna molekula koja se sastoji od blokova koji se ponavljaju - nukleotida. Svaki nukleotid se sastoji od azotne baze, šećera (deoksiriboze) i fosfatne grupe. Veze između nukleotida u lancu formiraju deoksiriboza ( OD) i fosfat ( F) grupe (fosfodiestarske veze).


Rice. 2. Nuklertid se sastoji od azotne baze, šećera (deoksiriboze) i fosfatne grupe

U ogromnoj većini slučajeva (osim nekih virusa koji sadrže jednolančanu DNK), makromolekula DNK se sastoji od dva lanca orijentirana dušičnim bazama jedan prema drugom. Ovaj dvolančani molekul je uvrnut u spiralu.

Postoje četiri vrste azotnih baza koje se nalaze u DNK (adenin, gvanin, timin i citozin). Dušične baze jednog od lanaca povezane su sa dušičnim bazama drugog lanca vodoničnim vezama prema principu komplementarnosti: adenin se kombinuje samo sa timinom ( A-T), gvanin - samo sa citozinom ( G-C). Upravo ovi parovi čine "prečke" spiralnih "merdevina" DNK (vidi: slike 2, 3 i 4).


Rice. 2. Azotne baze

Niz nukleotida vam omogućava da "kodirate" informacije o razne vrste RNK, od kojih su najvažnije informacije ili šablon (mRNA), ribosomalna (rRNA) i transportna (tRNA). Sve ove vrste RNK se sintetiziraju na DNK šablonu kopiranjem DNK sekvence u RNK sekvencu sintetiziranu tokom transkripcije i učestvuju u biosintezi proteina (procesu translacije). Osim kodirajućih sekvenci, ćelijska DNK sadrži sekvence koje obavljaju regulatorne i strukturne funkcije.


Rice. 3. Replikacija DNK

Lokacija osnovnih kombinacija hemijska jedinjenja DNK i kvantitativni odnosi između ovih kombinacija omogućavaju kodiranje nasljednih informacija.

Obrazovanje nova DNK (replikacija)

  1. Proces replikacije: odmotavanje dvostruke spirale DNK - sinteza komplementarnih lanaca pomoću DNK polimeraze - formiranje dva molekula DNK iz jednog.
  2. Dvostruka spirala se "otključa" na dvije grane kada enzimi razbiju vezu između osnovnih parova kemijskih spojeva.
  3. Svaka grana je novi DNK element. Novi bazni parovi se povezuju istim redoslijedom kao u roditeljskoj grani.

Po završetku duplikacije formiraju se dva nezavisna spirala, stvorena od hemijskih jedinjenja roditeljske DNK i sa istim genetskim kodom. Na ovaj način, DNK je u stanju da razbije informacije od ćelije do ćelije.

Detaljnije informacije:

STRUKTURA NUKLEINSKIH KISELINE


Rice. 4 . Azotne baze: adenin, gvanin, citozin, timin

Dezoksiribonukleinska kiselina(DNK) se odnosi na nukleinske kiseline. Nukleinske kiseline je klasa nepravilnih biopolimera čiji su monomeri nukleotidi.

NUKLEOTIDI sastoji se od azotna baza, povezan sa petougljičnim hidratom (pentozom) - deoksiriboza(u slučaju DNK) ili riboza(u slučaju RNK), koji se kombinuje sa ostatkom fosforne kiseline (H 2 PO 3 -).

Azotne baze Postoje dvije vrste: pirimidinske baze - uracil (samo u RNK), citozin i timin, purinske baze - adenin i gvanin.


Rice. 5. Struktura nukleotida (levo), lokacija nukleotida u DNK (dole) i tipovi azotnih baza (desno): pirimidin i purin


Atomi ugljika u molekuli pentoze su numerirani od 1 do 5. Fosfat se spaja s trećim i petim atomom ugljika. Ovako se nukleinske kiseline povezuju kako bi formirale lanac nukleinskih kiselina. Tako možemo izolirati 3' i 5' krajeve DNK lanca:


Rice. 6. Izolacija 3' i 5' krajeva DNK lanca

Formiraju se dva lanca DNK dvostruka spirala. Ovi lanci u spirali su orijentisani u suprotnim smjerovima. U različitim lancima DNK, azotne baze su međusobno povezane pomoću vodonične veze. Adenin se uvek kombinuje sa timinom, a citozin se uvek kombinuje sa gvaninom. To se zove pravilo komplementarnosti(cm. princip komplementarnosti).

Pravilo komplementarnosti:

A-T G-C

Na primjer, ako nam se da lanac DNK koji ima sekvencu

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

tada će mu drugi lanac biti komplementaran i usmjeren u suprotnom smjeru - od 5'-kraja do 3'-kraja:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.


Rice. 7. Pravac lanaca molekule DNK i veza azotnih baza pomoću vodoničnih veza

DNK REPLIKACIJA

DNK replikacija je proces udvostručavanja molekule DNK sintezom šablona. U većini slučajeva prirodna replikacija DNKprajmerza sintezu DNK je kratki isječak (ponovo kreirano). Takav ribonukleotidni prajmer stvara enzim primaza (DNK primaza kod prokariota, DNK polimeraza kod eukariota), a zatim ga zamjenjuje deoksiribonukleotidna polimeraza, koja normalno obavlja funkcije popravke (ispravlja hemijska oštećenja i lomove u molekuli DNK).

Replikacija se odvija na polukonzervativan način. To znači da se dvostruka spirala DNK odmotava i na svakom njenom lancu se završava novi lanac prema principu komplementarnosti. Molekul DNK-kćerke tako sadrži jedan lanac od roditeljskog molekula i jedan novosintetizovan. Replikacija se događa u smjeru od 3' do 5' roditeljskog lanca.

Rice. 8. Replikacija (udvostručavanje) molekula DNK

DNK sinteza- ovo nije tako komplikovan proces kao što se može činiti na prvi pogled. Ako razmislite o tome, onda prvo morate shvatiti šta je sinteza. To je proces spajanja nečega. Formiranje nove molekule DNK odvija se u nekoliko faza:

1) DNK topoizomeraza, koja se nalazi ispred viljuške za replikaciju, seče DNK kako bi olakšala njeno odmotavanje i odmotavanje.
2) DNK helikaza, nakon topoizomeraze, utiče na proces "odmotavanja" DNK heliksa.
3) Proteini koji vezuju DNK vrše vezivanje lanaca DNK, a takođe provode njihovu stabilizaciju, sprečavajući da se lepe jedan za drugi.
4) DNK polimeraza δ(delta) , koordiniran sa brzinom kretanja viljuške za replikaciju, vrši sintezuvodećilancima podružnica DNK u pravcu 5" → 3" na matrici majčinski niti DNK u pravcu od njenog kraja od 3" do kraja od 5" (brzina do 100 parova baza u sekundi). Ovi događaji o ovome majčinski lanci DNK su ograničeni.



Rice. 9. Šematski prikaz procesa replikacije DNK: (1) Zaostali lanac (lag lanac), (2) Vodeći lanac (vodeći lanac), (3) DNK polimeraza α (Polα), (4) DNK ligaza, (5) RNK -prajmer, (6) primaza, (7) Okazaki fragment, (8) DNK polimeraza δ (Polδ ), (9) helikaza, (10) jednolančani DNK-vezujući proteini, (11) topoizomeraza.

Sinteza zaostale kćerke DNK lanca je opisana u nastavku (vidi dolje). shema viljuška replikacije i funkcija enzima replikacije)

Za više informacija o replikaciji DNK, pogledajte

5) Odmah nakon odmotavanja i stabilizacije drugog lanca matičnog molekula, on se spajaDNK polimeraza α(alfa)a u pravcu 5 "→3" sintetiše prajmer (RNA prajmer) - RNA sekvencu na DNK šablonu dužine od 10 do 200 nukleotida. Nakon toga, enzimuklonjen iz DNK lanca.

Umjesto DNK polimerazaα pričvršćen na 3" kraj prajmera DNK polimerazaε .

6) DNK polimerazaε (epsilon) kao da nastavlja da produžava prajmer, ali kao podloga ugrađujedeoksiribonukleotidi(u količini od 150-200 nukleotida). Kao rezultat toga, čvrsta nit se formira iz dva dijela -RNA(tj. prajmer) i DNK. DNK polimeraza εradi sve dok ne naiđe na prajmer prethodnogfragment Okazaki(sintetiziran malo ranije). Ovaj enzim se zatim uklanja iz lanca.

7) DNK polimeraza β(beta) stoji umjestoDNK polimeraze ε,kreće se u istom smjeru (5" → 3") i uklanja prajmer ribonukleotide dok umeće deoksiribonukleotide na njihovo mjesto. Enzim djeluje do potpunog uklanjanja prajmera, tj. sve do dezoksiribonukleotida (čak i ranije sintetizovanogDNK polimeraza ε). Enzim nije u stanju da poveže rezultat svog rada i DNK ispred, pa napušta lanac.

Kao rezultat toga, fragment ćerke DNK "leži" na matrici matične niti. To se zovefragment Okazakija.

8) DNK ligaza ligira dva susedna fragmenti Okazaki , tj. 5"-kraj segmenta, sintetiziranDNK polimeraza ε,i 3" kraj lanca ugrađenDNK polimerazaβ .

STRUKTURA RNK

Ribonukleinska kiselina(RNA) je jedna od tri glavne makromolekule (druge dvije su DNK i proteini) koje se nalaze u stanicama svih živih organizama.

Baš kao i DNK, RNK se sastoji od dugog lanca u kojem se naziva svaka karika nukleotida. Svaki nukleotid se sastoji od azotne baze, riboze šećera i fosfatne grupe. Međutim, za razliku od DNK, RNK obično ima jedan, a ne dva lanca. Pentozu u RNK predstavlja riboza, a ne deoksiriboza (riboza ima dodatnu hidroksilnu grupu na drugom atomu ugljikohidrata). Konačno, DNK se od RNK razlikuje po sastavu azotnih baza: umjesto timina ( T) uracil je prisutan u RNK ( U) , koji je takođe komplementaran adeninu.

Niz nukleotida omogućava RNK da kodira genetske informacije. Svi ćelijski organizmi koriste RNK (mRNA) za programiranje sinteze proteina.

Ćelijske RNK se formiraju u procesu tzv transkripcija , odnosno sinteza RNK na DNK šablonu, koju provode posebni enzimi - RNA polimeraze.

Messenger RNA (mRNA) tada učestvuju u procesu tzv emitovanje, one. sinteza proteina na mRNA šablonu uz učešće ribozoma. Ostale RNK se nakon transkripcije podvrgavaju kemijskim modifikacijama, a nakon formiranja sekundarnih i tercijarnih struktura obavljaju funkcije koje zavise od tipa RNK.

Rice. 10. Razlika između DNK i RNK u pogledu azotne baze: umjesto timina (T), RNK sadrži uracil (U), koji je također komplementaran adeninu.

TRANSKRIPCIJA

Ovo je proces sinteze RNK na DNK šablonu. DNK se odvija na jednom od mjesta. Jedan od lanaca sadrži informacije koje treba kopirati na molekulu RNK - ovaj lanac se zove kodiranje. Drugi lanac DNK, koji je komplementaran kodirajućem lancu, naziva se šablonski lanac. U procesu transkripcije na lancu šablona u smjeru 3'-5' (duž lanca DNK), sintetiše se njemu komplementaran RNK lanac. Tako se stvara RNA kopija kodirajućeg lanca.

Rice. 11. Šematski prikaz transkripcije

Na primjer, ako nam je data sekvenca kodnog niza

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

tada će, prema pravilu komplementarnosti, matrični lanac nositi niz

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

a RNA sintetizirana iz nje je sekvenca

BROADCAST

Razmotrite mehanizam sinteza proteina na RNA matrici, kao i genetski kod i njegova svojstva. Također, radi jasnoće, na linku ispod preporučujemo da pogledate kratak video o procesima transkripcije i prevođenja koji se dešavaju u živoj ćeliji:

Rice. 12. Proces sinteze proteina: DNK kodovi za RNK, RNK kodovi za protein

GENETSKI KOD

Genetski kod- metoda kodiranja sekvence aminokiselina proteina korištenjem sekvence nukleotida. Svaka aminokiselina je kodirana nizom od tri nukleotida - kodon ili triplet.

Genetski kod zajednički za većinu pro- i eukariota. U tabeli su navedena sva 64 kodona i navedene su odgovarajuće aminokiseline. Osnovni redosled je od 5" do 3" kraja mRNA.

Tabela 1. Standardni genetski kod

1st
temelj

nie

2nd base

3rd
temelj

nie

U

C

A

G

U

U U U

(Phe/F)

U C U

(Ser/S)

U A U

(Tyr/Y)

U G U

(Cys/C)

U

U U C

U C C

U A C

U G C

C

U U A

(Leu/L)

U C A

U A A

Stop kodon**

U G A

Stop kodon**

A

U U G

U C G

U A G

Stop kodon**

U G G

(Trp/W)

G

C

C U U

C C U

(Pro/P)

C A U

(njegov/h)

C G U

(Arg/R)

U

C U C

C C C

C A C

C G C

C

C U A

C C A

C A A

(Gln/Q)

CGA

A

C U G

C C G

C A G

C G G

G

A

A U U

(Ile/I)

A C U

(Thr/T)

A A U

(Asn/N)

A G U

(Ser/S)

U

A U C

A C C

A A C

A G C

C

A U A

A C A

A A A

(Lys/K)

A G A

A

A U G

(Met/M)

A C G

A A G

A G G

G

G

G U U

(Val/V)

G C U

(Ala/A)

G A U

(Asp/D)

G G U

(Gly/G)

U

G U C

G C C

G A C

G G C

C

G U A

G C A

G A A

(Ljepilo)

G G A

A

G U G

G C G

G A G

G G G

G

Među trojkama postoje 4 posebne sekvence koje djeluju kao "interpunkcijski znaci":

  • *Triplet AUG, koji također kodira metionin, naziva se start kodon. Ovaj kodon započinje sintezu proteinske molekule. Dakle, tokom sinteze proteina, prva aminokiselina u nizu uvijek će biti metionin.
  • **Trojke UAA, UAG I UGA pozvao stop kodoni i ne kodiraju nikakve aminokiseline. Na ovim sekvencama se zaustavlja sinteza proteina.

Osobine genetskog koda

1. Trojstvo. Svaka aminokiselina je kodirana nizom od tri nukleotida - tripletom ili kodonom.

2. Kontinuitet. Nema dodatnih nukleotida između tripleta, informacije se čitaju kontinuirano.

3. Nepreklapanje. Jedan nukleotid ne može biti dio dva tripleta u isto vrijeme.

4. Jedinstvenost. Jedan kodon može kodirati samo jednu aminokiselinu.

5. Degeneracija. Jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko različitih kodona.

6. Svestranost. Genetski kod je isti za sve žive organizme.

Primjer. Dat nam je niz kodnog niza:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Matrični lanac će imati niz:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Sada "sintetišemo" informacijsku RNK iz ovog lanca:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Sinteza proteina ide u pravcu 5' → 3', stoga moramo da okrenemo sekvencu da bismo "pročitali" genetski kod:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Sada pronađite početni kodon AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Podijelite niz na trojke:

zvuči ovako: informacije iz DNK se prenose na RNK (transkripcija), sa RNK na protein (translacija). DNK se može duplicirati i replikacijom, a moguć je i proces reverzne transkripcije, kada se DNK sintetiše iz RNK šablona, ​​ali je takav proces uglavnom karakterističan za viruse.


Rice. 13. Centralna dogma molekularne biologije

GENOM: geni i hromozomi

(opći koncepti)

Genom - ukupnost svih gena jednog organizma; njegov kompletan hromozomski set.

Termin "genom" je predložio G. Winkler 1920. godine da bi opisao ukupnost gena sadržanih u haploidnom skupu hromozoma organizama iste biološke vrste. Prvobitno značenje ovog pojma je ukazivalo da je koncept genoma, za razliku od genotipa, genetska karakteristika vrste u cjelini, a ne pojedinca. S razvojem molekularne genetike, značenje ovog pojma se promijenilo. Poznato je da DNK, koja je nosilac genetske informacije u većini organizama i stoga čini osnovu genoma, uključuje ne samo gene u modernom smislu riječi. Većina DNK eukariotskih ćelija predstavljena je nekodirajućim („redundantnim“) nukleotidnim sekvencama koje ne sadrže informacije o proteinima i nukleinskim kiselinama. Dakle, glavni dio genoma bilo kojeg organizma je cjelokupna DNK njegovog haploidnog seta hromozoma.

Geni su segmenti molekula DNK koji kodiraju polipeptide i RNA molekule.

Tokom prošlog veka, naše razumevanje gena se značajno promenilo. Ranije je genom bio dio hromozoma koji kodira ili određuje jednu osobinu ili fenotipski(vidljivo) svojstvo, kao što je boja očiju.

1940. George Beadle i Edward Tatham predložili su molekularnu definiciju gena. Naučnici su obrađivali spore gljiva Neurospora crassa x-zrake i drugi agensi koji uzrokuju promjene u sekvenci DNK ( mutacije), i pronađeni su mutantni sojevi gljive koji su izgubili neke specifične enzime, što je u nekim slučajevima dovelo do poremećaja cjelokupnog metaboličkog puta. Beadle i Tatham su došli do zaključka da je gen dio genetski materijal, koji definira ili kodira jedan enzim. Ovako hipoteza "jedan gen, jedan enzim". Ovaj koncept je kasnije proširen na definiciju "jedan gen - jedan polipeptid", budući da mnogi geni kodiraju proteine ​​koji nisu enzimi, a polipeptid može biti podjedinica kompleksnog proteinskog kompleksa.

Na sl. 14 prikazuje dijagram kako DNK tripleti određuju polipeptid, aminokiselinsku sekvencu proteina, posredovan mRNA. Jedan od lanaca DNK igra ulogu šablona za sintezu mRNA, čiji su nukleotidni tripleti (kodoni) komplementarni DNK tripletima. Kod nekih bakterija i mnogih eukariota, kodirajuće sekvence su prekinute nekodirajućim regijama (tzv. introni).

Moderna biohemijska definicija gena još konkretnije. Geni su svi dijelovi DNK koji kodiraju primarnu sekvencu krajnjih proizvoda, koji uključuju polipeptide ili RNK koji imaju strukturnu ili katalitičku funkciju.

Uz gene, DNK sadrži i druge sekvence koje obavljaju isključivo regulatornu funkciju. Regulatorne sekvence može označiti početak ili kraj gena, utjecati na transkripciju ili ukazati na mjesto inicijacije replikacije ili rekombinacije. Neki geni se mogu izraziti na različite načine, pri čemu isti dio DNK služi kao šablon za formiranje različitih proizvoda.

Možemo otprilike izračunati minimalna veličina gena kodiranje za intermedijarni protein. Svaka amino kiselina u polipeptidnom lancu je kodirana sekvencom od tri nukleotida; sekvence ovih tripleta (kodona) odgovaraju lancu aminokiselina u polipeptidu koji je kodiran datim genom. Polipeptidni lanac od 350 aminokiselinskih ostataka srednja dužina) odgovara nizu od 1050 b.p. ( bp). Međutim, mnogi eukariotski geni i neki prokariotski geni su prekinuti segmentima DNK koji ne nose informacije o proteinu, pa se stoga ispostavilo da su mnogo duži nego što pokazuje jednostavna kalkulacija.

Koliko gena ima na jednom hromozomu?


Rice. 15. Prikaz hromozoma u prokariotskim (lijevo) i eukariotskim ćelijama. Histoni su široka klasa nuklearnih proteina koji obavljaju dvije glavne funkcije: uključeni su u pakovanje lanaca DNK u jezgri i u epigenetsku regulaciju nuklearnih procesa kao što su transkripcija, replikacija i popravak.

DNK prokariota je jednostavnija: njihove ćelije nemaju jezgro, pa se DNK nalazi direktno u citoplazmi u obliku nukleoida.

Kao što znate, bakterijske ćelije imaju hromozom u obliku lanca DNK, upakovan u kompaktnu strukturu - nukleoid. prokariotski hromozom Escherichia coli, čiji je genom potpuno dekodiran, je kružni DNK molekul (u stvari, ovo nije pravilan krug, već petlja bez početka i kraja), koji se sastoji od 4,639,675 bp. Ova sekvenca sadrži približno 4300 proteinskih gena i još 157 gena za stabilne RNA molekule. IN ljudski genom otprilike 3,1 milijarda parova baza koji odgovaraju gotovo 29.000 gena smještenih na 24 različita hromozoma.

Prokarioti (bakterije).

Bakterija E. coli ima jednu dvolančanu kružnu DNK molekulu. Sastoji se od 4,639,675 b.p. i dostiže dužinu od približno 1,7 mm, što premašuje dužinu same ćelije E. coli oko 850 puta. Osim velikog kružnog kromosoma kao dijela nukleoida, mnoge bakterije sadrže jednu ili više malih kružnih molekula DNK koje su slobodno locirane u citosolu. Ovi ekstrahromozomski elementi se nazivaju plazmidi(Sl. 16).

Većina plazmida se sastoji od samo nekoliko hiljada parova baza, neki sadrže više od 10.000 bp. Oni nose genetske informacije i umnožavaju se kako bi formirali ćerke plazmide, koji ulaze u ćelije kćeri tokom diobe roditeljske ćelije. Plazmidi se nalaze ne samo u bakterijama, već iu kvascima i drugim gljivama. U mnogim slučajevima, plazmidi ne nude nikakvu prednost ćelijama domaćinima i njihov jedini zadatak je da se razmnožavaju nezavisno. Međutim, neki plazmidi nose gene korisne za domaćina. Na primjer, geni sadržani u plazmidima mogu dati otpornost na antibakterijske agense u bakterijskim stanicama. Plazmidi koji nose gen β-laktamaze daju otpornost na β-laktamske antibiotike kao što su penicilin i amoksicilin. Plazmidi mogu preći iz ćelija otpornih na antibiotike u druge ćelije iste ili različite bakterijske vrste, uzrokujući da i te ćelije postanu otporne. Intenzivna upotreba antibiotika snažan je selektivni faktor koji potiče širenje plazmida koji kodiraju rezistenciju na antibiotike (kao i transpozona koji kodiraju slične gene) među patogenim bakterijama, te dovodi do pojave bakterijskih sojeva otpornih na nekoliko antibiotika. Doktori počinju da shvataju opasnosti široke upotrebe antibiotika i prepisuju ih samo kada je to apsolutno neophodno. Iz sličnih razloga, široka upotreba antibiotika za liječenje domaćih životinja je ograničena.

Vidi također: Ravin N.V., Šestakov S.V. Genom prokariota // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. br. 4/2. str. 972-984.

Eukarioti.

Tabela 2. DNK, geni i hromozomi nekih organizama

zajednički DNK,

b.s.

Broj hromozoma*

Približan broj gena

Escherichia coli(bakterija)

4 639 675

4 435

Saccharomyces cerevisiae(kvasac)

12 080 000

16**

5 860

Caenorhabditis elegans(nematoda)

90 269 800

12***

23 000

Arabidopsis thaliana(biljka)

119 186 200

33 000

Drosophila melanogaster(voćna mušica)

120 367 260

20 000

Oryza sativa(pirinač)

480 000 000

57 000

Mus mišić(miš)

2 634 266 500

27 000

Homo sapiens(čovjek)

3 070 128 600

29 000

Bilješka. Informacije se stalno ažuriraju; Za više ažuriranih informacija, pogledajte web stranice pojedinačnih genomskih projekata.

* Za sve eukariote, osim kvasca, dat je diploidni set hromozoma. diploidni komplet hromozomi (od grčkog diploos - dvostruki i eidos - pogled) - dvostruki set hromozoma(2n), od kojih svaki ima homologiju za sebe.
**Haploidni set. Divlji sojevi kvasca obično imaju osam (oktaploidnih) ili više skupova ovih hromozoma.
***Za žene sa dva X hromozoma. Muškarci imaju X hromozom, ali nemaju Y, odnosno samo 11 hromozoma.

Ćelija kvasca, jedan od najmanjih eukariota, ima 2,6 puta više DNK od ćelije E. coli(Tabela 2). ćelije voćne mušice Drosophila, klasični predmet genetskog istraživanja, sadrži 35 puta više DNK, a ljudske ćelije sadrže oko 700 puta više DNK od ćelija E. coli. Mnoge biljke i vodozemci sadrže još više DNK. Genetski materijal eukariotskih ćelija organiziran je u obliku hromozoma. Diploidni set hromozoma (2 n) zavisi od vrste organizma (tabela 2).

Na primjer, u ljudskoj somatskoj ćeliji postoji 46 hromozoma ( pirinač. 17). Svaki hromozom u eukariotskoj ćeliji, kao što je prikazano na sl. 17, ali, sadrži jednu vrlo veliku dvolančanu DNK molekulu. Dvadeset četiri ljudska hromozoma (22 uparena hromozoma i dva polna hromozoma X i Y) razlikuju se po dužini više od 25 puta. Svaki eukariotski hromozom sadrži specifičan skup gena.


Rice. 17. eukariotske hromozome.ali- par povezanih i kondenzovanih sestrinskih hromatida iz ljudskog hromozoma. U ovom obliku, eukariotski hromozomi ostaju nakon replikacije i u metafazi tokom mitoze. b- kompletan set hromozoma iz leukocita jednog od autora knjige. Svaka normalna ljudska somatska ćelija sadrži 46 hromozoma.

Veličina i funkcija DNK kao matrice za skladištenje i prenošenje naslednog materijala objašnjava prisustvo posebnih strukturnih elemenata u organizaciji ovog molekula. U višim organizmima, DNK je raspoređena između hromozoma.

Skup DNK (hromozoma) organizma naziva se genom. Kromosomi se nalaze u ćelijskom jezgru i formiraju strukturu koja se naziva kromatin. Hromatin je kompleks DNK i osnovnih proteina (histona) u omjeru 1:1. Dužina DNK se obično mjeri brojem parova komplementarnih nukleotida (bp). Na primjer, treći ljudski hromozomstoljeća je molekul DNK veličine 160 miliona bp. ima dužinu od približno 1 mm, dakle, linearizirana molekula trećeg ljudskog hromozoma bi bila dugačka 5 mm, a DNK sva 23 hromozoma (~ 3 * 10 9 bp, MR = 1,8 * 10 12) haploida ćelija - jajna ćelija ili ćelija sperme - u linearizovanom obliku bi bila 1 m. Izuzev zametnih ćelija, sve ćelije ljudskog tela (ima ih oko 1013) sadrže dupli set hromozoma. Tokom diobe ćelije, svih 46 molekula DNK se repliciraju i reorganiziraju u 46 hromozoma.

Ako povežete molekule DNK ljudskog genoma (22 hromozoma i hromozoma X i Y ili X i X) jedan s drugim, dobićete sekvencu dugu oko jedan metar. Napomena: Kod svih sisara i drugih heterogametnih muških organizama, ženke imaju dva X hromozoma (XX), a mužjaci imaju jedan X hromozom i jedan Y hromozom (XY).

Većina ljudskih ćelija, tako da je ukupna dužina DNK takvih ćelija oko 2m. Odrasli čovjek ima oko 1014 ćelija, tako da je ukupna dužina svih molekula DNK 2・1011 km. Poređenja radi, obim Zemlje je 4・10 4 km, a udaljenost od Zemlje do Sunca je 1,5・10 8 km. Tako je neverovatno kompaktno upakovana DNK u našim ćelijama!

U eukariotskim stanicama postoje i druge organele koje sadrže DNK - to su mitohondriji i hloroplasti. Iznesene su mnoge hipoteze o porijeklu DNK mitohondrija i hloroplasta. Danas je općeprihvaćeno gledište da su oni rudimenti hromozoma drevnih bakterija koje su prodrle u citoplazmu ćelija domaćina i postale prethodnici ovih organela. Mitohondrijalna DNK kodira mitohondrijsku tRNA i rRNA, kao i nekoliko mitohondrijalnih proteina. Više od 95% mitohondrijalnih proteina je kodirano nuklearnom DNK.

STRUKTURA GENA

Razmotrite strukturu gena u prokariota i eukariota, njihove sličnosti i razlike. Unatoč činjenici da je gen dio DNK koji kodira samo jedan protein ili RNK, osim direktnog kodirajućeg dijela, uključuje i regulatorne i druge strukturne elemente koji imaju različitu strukturu kod prokariota i eukariota.

sekvenca kodiranja- glavna strukturna i funkcionalna jedinica gena, u njoj se nalaze tripleti nukleotida koji kodirajusekvenca aminokiselina. Počinje početnim kodonom i završava se stop kodonom.

Prije i poslije sekvence kodiranja su neprevedene 5' i 3' sekvence. Oni obavljaju regulatorne i pomoćne funkcije, na primjer, osiguravaju slijetanje ribozoma na mRNA.

Neprevedene i kodirajuće sekvence čine jedinicu transkripcije - transkribovani DNK region, odnosno DNK region iz kojeg se sintetiše mRNA.

Terminator Netranskribovana regija DNK na kraju gena gdje se zaustavlja sinteza RNK.

Na početku je gen regulatorno područje, što uključuje promoter I operater.

promoter- sekvenca sa kojom se polimeraza vezuje tokom iniciranja transkripcije. Operater- ovo je područje za koje se mogu vezati posebni proteini - represori, što može smanjiti aktivnost sinteze RNK iz ovog gena - drugim riječima, smanjiti je izraz.

Struktura gena u prokariota

Opći plan za strukturu gena kod prokariota i eukariota se ne razlikuje – oba sadrže regulatornu regiju s promotorom i operatorom, transkripcijsku jedinicu s kodirajućim i neprevedenim sekvencama i terminator. Međutim, organizacija gena kod prokariota i eukariota je drugačija.

Rice. 18. Šema strukture gena kod prokariota (bakterija) -slika je uvećana

Na početku i na kraju operona postoje zajedničke regulatorne regije za nekoliko strukturnih gena. Iz transkribovane regije operona čita se jedan mRNA molekul koji sadrži nekoliko kodirajućih sekvenci, od kojih svaka ima svoj startni i stop kodon. Iz svake od ovih oblastisintetiše se jedan protein. Na ovaj način, Nekoliko proteinskih molekula se sintetizira iz jedne i-RNA molekule.

Prokariote karakterizira kombinacija nekoliko gena u jednu funkcionalnu jedinicu - operon. Rad operona mogu regulirati i drugi geni, koji se primjetno mogu ukloniti iz samog operona - regulatori. Protein preveden iz ovog gena naziva se represor. Veže se za operator operona, regulišući ekspresiju svih gena sadržanih u njemu odjednom.

Ovaj fenomen karakteriše i prokariote transkripcija i translacija konjugacija.


Rice. 19 Fenomen konjugacije transkripcije i translacije kod prokariota - slika je uvećana

Ovo uparivanje se ne događa kod eukariota zbog prisutnosti nuklearnog omotača koji odvaja citoplazmu, gdje se događa translacija, od genetskog materijala na kojem se događa transkripcija. Kod prokariota, tokom sinteze RNK na DNK šablonu, ribosom se može odmah vezati za sintetizirani RNA molekul. Dakle, prijevod počinje čak i prije nego što je transkripcija završena. Štaviše, nekoliko ribozoma može se istovremeno vezati za jedan RNA molekul, sintetizirajući nekoliko molekula jednog proteina odjednom.

Struktura gena kod eukariota

Geni i hromozomi eukariota su veoma složeno organizovani.

Bakterije mnogih vrsta imaju samo jedan hromozom i u gotovo svim slučajevima postoji po jedna kopija svakog gena na svakom hromozomu. Samo nekoliko gena, poput gena rRNA, sadržano je u više kopija. Geni i regulatorne sekvence čine gotovo cijeli genom prokariota. Štaviše, skoro svaki gen striktno odgovara sekvenci aminokiselina (ili RNA sekvenci) koju kodira (slika 14).

Strukturna i funkcionalna organizacija eukariotskih gena je mnogo složenija. Proučavanje eukariotskih hromozoma, a kasnije i sekvenciranje kompletnih sekvenci eukariotskog genoma, donijelo je mnoga iznenađenja. Mnogi, ako ne i većina, eukariotski geni imaju zanimljivu osobinu: njihove nukleotidne sekvence sadrže jedan ili više DNK regiona koji ne kodiraju sekvencu aminokiselina polipeptidnog proizvoda. Takvi neprevedeni umetci remete direktnu korespondenciju između nukleotidne sekvence gena i sekvence aminokiselina kodiranog polipeptida. Ovi neprevedeni segmenti u genima se nazivaju introni, ili ugrađen sekvence, a segmenti kodiranja su egzoni. Kod prokariota samo nekoliko gena sadrži introne.

Dakle, kod eukariota praktički ne postoji kombinacija gena u operone, a kodirajuća sekvenca eukariotskog gena najčešće se dijeli na translirane regije. - egzoni, i neprevedeni odjeljci - introni.

U većini slučajeva funkcija introna nije utvrđena. Generalno, samo oko 1,5% ljudske DNK je "kodirano", odnosno nosi informacije o proteinima ili RNK. Međutim, uzimajući u obzir velike introne, ispada da se 30% ljudske DNK sastoji od gena. Budući da geni čine relativno mali udio ljudskog genoma, značajna količina DNK ostaje nepoznata.

Rice. 16. Šema strukture gena kod eukariota - slika je uvećana

Iz svakog gena prvo se sintetiše nezrela ili pre-RNA, koja sadrži i introne i egzone.

Nakon toga dolazi do procesa spajanja, zbog čega se intronske regije izrezuju i formira se zrela mRNA iz koje se može sintetizirati protein.


Rice. 20. Alternativni proces spajanja - slika je uvećana

Takva organizacija gena omogućava, na primjer, da se izvrši kada se iz jednog gena može sintetizirati različite forme proteina, zbog činjenice da se u procesu spajanja egzoni mogu spajati u različitim sekvencama.

Rice. 21. Razlike u strukturi gena prokariota i eukariota - slika je uvećana

MUTACIJE I MUTAGENEZA

mutacija naziva se trajna promjena genotipa, odnosno promjena u nukleotidnoj sekvenci.

Proces koji dovodi do mutacije naziva se mutageneza, i organizam svečije ćelije nose istu mutaciju mutant.

teorija mutacija prvi put je formulisao Hugh de Vries 1903. Njegova moderna verzija uključuje sljedeće odredbe:

1. Mutacije se javljaju iznenada, naglo.

2. Mutacije se prenose s generacije na generaciju.

3. Mutacije mogu biti korisne, štetne ili neutralne, dominantne ili recesivne.

4. Vjerovatnoća otkrivanja mutacija ovisi o broju proučavanih pojedinaca.

5. Slične mutacije se mogu ponavljati.

6. Mutacije nisu usmjerene.

Mutacije mogu biti uzrokovane razni faktori. Razlikovati mutacije uzrokovane mutageno uticaji: fizički (npr. ultraljubičasto ili zračenje), hemijski (npr. kolhicin ili reaktivne vrste kiseonika) i biološki (npr. virusi). Mutacije također mogu biti uzrokovane greške u replikaciji.

U zavisnosti od uslova za pojavu mutacija se dele na spontano- odnosno mutacije koje su nastale u normalnim uslovima, i inducirano- odnosno mutacije koje su nastale pod posebnim uslovima.

Mutacije se mogu pojaviti ne samo u nuklearnoj DNK, već i, na primjer, u DNK mitohondrija ili plastida. Prema tome, možemo razlikovati nuklearna I citoplazmatski mutacije.

Kao rezultat pojave mutacija, često se mogu pojaviti novi aleli. Ako mutantni alel nadjača normalni alel, mutacija se naziva dominantan. Ako normalni alel potiskuje mutirani, mutacija se naziva recesivan. Većina mutacija koje dovode do novih alela su recesivne.

Mutacije se razlikuju po efektu adaptivni, što dovodi do povećanja prilagodljivosti organizma na okolinu, neutralan koji ne utiču na preživljavanje štetno koji smanjuju prilagodljivost organizama uslovima životne sredine i smrtonosna dovodi do smrti organizma u ranim fazama razvoja.

Prema posljedicama razlikuju se mutacije koje dovode do gubitak funkcije proteina, mutacije koje dovode do emergence protein ima novu funkciju, kao i mutacije koje promijeniti dozu gena, i, shodno tome, doza proteina sintetiziranog iz njega.

Mutacija se može pojaviti u bilo kojoj ćeliji tijela. Ako se mutacija dogodi u zametnoj ćeliji, to se zove germinal(germinativne ili generativne). Takve mutacije se ne pojavljuju u organizmu u kojem su se pojavile, već dovode do pojave mutanata u potomstvu i nasljeđuju se, pa su važne za genetiku i evoluciju. Ako se mutacija dogodi u bilo kojoj drugoj ćeliji, zove se somatski. Takva mutacija može se donekle manifestirati u organizmu u kojem je nastala, na primjer, dovesti do stvaranja kancerogenih tumora. Međutim, takva mutacija nije naslijeđena i ne utječe na potomstvo.

Mutacije mogu utjecati na dijelove genoma različitih veličina. Dodijeli genetski, hromozomski I genomski mutacije.

Genske mutacije

Mutacije koje se javljaju na skali manjoj od jednog gena nazivaju se genetski, ili tačkasta (tačkasta). Takve mutacije dovode do promjene jednog ili više nukleotida u nizu. Genske mutacije uključujuzamjenešto dovodi do zamjene jednog nukleotida drugim,brisanja dovodi do gubitka jednog od nukleotida,umetanja, što dovodi do dodavanja dodatnog nukleotida u sekvencu.


Rice. 23. Genske (tačkaste) mutacije

Prema mehanizmu djelovanja na protein, mutacije gena se dijele na:sinonim, koji (kao rezultat degeneracije genetskog koda) ne dovode do promjene aminokiselinskog sastava proteinskog proizvoda,misense mutacije, koji dovode do zamjene jedne aminokiseline drugom i mogu utjecati na strukturu sintetiziranog proteina, iako su često beznačajni,besmislene mutacije, što dovodi do zamjene kodnog kodona sa stop kodonom,mutacije koje dovode do poremećaj spajanja:


Rice. 24. Šeme mutacije

Također, prema mehanizmu djelovanja na protein izoluju se mutacije koje dovode do pomeranje okvira čitanja kao što su umetanja i brisanja. Takve mutacije, poput besmislenih mutacija, iako se javljaju u jednom trenutku gena, često utiču na cjelokupnu strukturu proteina, što može dovesti do potpune promjene njegove strukture. kada se segment hromozoma okrene za 180 stepeni Rice. 28. Translokacija

Rice. 29. Kromosom prije i poslije duplikacije

Genomske mutacije

konačno, genomske mutacije utiču na ceo genom, odnosno na promene broja hromozoma. Razlikuje se poliploidija - povećanje ploidnosti ćelije i aneuploidija, odnosno promjena broja kromosoma, na primjer, trisomija (prisustvo dodatnog homologa u jednom od kromosoma) i monosomija (odsutnost homolog u hromozomu).

Video vezan za DNK

REPLIKACIJA DNK, RNK KODIRANJE, SINTEZA PROTEINA

(Ako se video ne prikazuje, dostupan je na

Ekologija života. Psihologija: U svakom trenutku ljudi su bili zainteresovani za svoju budućnost, pa su se često obraćali gatarima i gatarima. Uticajni ljudi na vlasti bili su posebno zabrinuti zbog toga šta im je sudbina spremila, pa su uz sebe mogli zadržati lične proroke. U starija vremena, na primjer, među Grcima, čak su i sami bogovi ovisili o sudbini i pokoravali se boginjama sudbine.

U svakom trenutku ljudi su bili zainteresovani za svoju budućnost, pa su se često obraćali gatarima i gatarima. Uticajni ljudi na vlasti bili su posebno zabrinuti zbog toga šta im je sudbina spremila, pa su uz sebe mogli zadržati lične proroke. U starija vremena, na primjer, među Grcima, čak su i sami bogovi ovisili o sudbini i pokoravali se boginjama sudbine. IN moderno vrijeme nauka i naučnici se već bave sudbinom, ima ih mnogo zanimljiva otkrića koji nam pomažu da shvatimo našu suštinu i budućnost.

Nauka je otkrila da zaista, postoji određeni scenario sudbine zasnovan na ljudskom genetskom kodu, od čega zavisi kakav će temperament imati i kakve će sposobnosti imati.

Genetski kod formiraju naši roditelji i sadrži kvalitete i sposobnosti. Ali njihovo prisustvo ne znači uvijek njihovu implementaciju - mogu se razvijati pod povoljnim uvjetima ili se uopće ne razvijati.

Sposobnosti se ostvaruju u maksimalan broj kod psihički zdravih ljudi koji se neprestano trude da se duhovno i fizički razvijaju. Oni uvijek uče i dostižu nove faze razvoja. Ljudi koji pate od raznih neurotičnih poremećaja nalaze mnoge izgovore i razloge zašto ne uspevaju, za to okrivljuju sudbinu i život.

Ako je temperament fiziološka karakteristika i zavisi od genskog skupa, onda se karakter formira u procesu obrazovanja, uz pomoć i direktno učešće roditelja. Dok je dijete još uvijek zavisno, mama i tata i kako se ponašaju igraju veliku ulogu u njegovom životu. Obrazovanje igra veoma važnu ulogu, ono je kao vajar - on stvara gotov rad iz osnove.

Dvoje djece odgajane u istoj porodici će se razlikovati po karakteru i ponašanju, jer imaju različit genetski kod i temperament, pa kao rezultat toga braća i sestre možda uopće nisu slični. Karakter je sistem upornih, gotovo konstantnih osobina ličnosti koje odražavaju njen stav i ponašanje prema sebi, ljudima i poslu. Karakter ima nekoliko osnovnih kvaliteta - integritet, aktivnost, tvrdoću, stabilnost i plastičnost.

Kvantitativni parametri

Integritet- to je odsustvo kontradiktornosti u odnosu na ljude, sebe, svijet oko sebe i posao. Integritet se izražava u ravnoteži, u ukupnosti svih osobina i interesa pojedinca, u kompatibilnosti stavova prema različitim aspektima života. Vjerujem da je većina karaktera integralna, u smislu da čovjekovo vanjsko ponašanje odražava njegov unutrašnji sistem odnosa.

To znači da ako se osoba ponaša dvolično, onda iznutra ima i oštre kontradikcije u svom sadržaju. Tako žene često neuspješno biraju partnera, psihički nespremne i ne znajući šta komplimenti i izjave ljubavi znače njihovim odabranicima.

Morate pažljivo slušati i odmjeriti svaku riječ. Ako muškarac kaže djevojci da nema ljepše od nje, da je ljubaznija i bolja od bilo koga, onda imate ženskaroša ispred sebe. Ima s kim da se poredi, pa ga uskoro može poneti druga, a svaka sledeća će ujedno biti i najlepša.

Ako mladić uvjerava da ne vidi smisao života bez svoje voljene, da će bez nje biti izgubljen i potpuno nestati, onda je najvjerovatnije alkoholičar ili neko ko će to definitivno postati u budućnosti. Izuzetno je važno znati ove točke ponašanja, što su vaši horizonti širi, manja je vjerovatnoća da ćete imati nesretne lične priče u svom životu.

Aktivnost izraženo u sposobnosti suprotstavljanja nepovoljnim okolnostima i količini energije koja se ulaže u borbu protiv prepreka. U zavisnosti od aktivnosti, karakteri su jaki i slabi. Snaga karaktera direktno zavisi od sociogena - kompleksa ličnosti. Osoba slabog karaktera može ispuniti i zahtjeve koje diktira sociogen, jer je sprovođenje aktivnosti određeno karakterom. A ako se smjer aktivnosti kombinira sa sudbinom, tada će osoba imati dovoljno energije.

Tvrdoća manifestuje se u upornosti i istrajnosti osobe u procesu postizanja cilja i odbrani svog mišljenja. Ponekad, previše jak karakter može postati tvrdoglavost. Stabilnost određuje nepromjenjivost našeg karaktera, uprkos promjenjivosti svijeta, događaja i našeg položaja u društvu. Karakter je prilično stabilna karakteristika, pa ga je izuzetno teško promijeniti. Osobe sa nestabilnim karakterom vjerovatno će imati mnogo psiholoških problema općenito, a jedan od glavnih je nestabilnost.

Plastika- sposobnost prilagođavanja promijenjenom svijetu, sposobnost promjene i prilagođavanja potpuno neobičnoj stvarnosti, u stresnim situacijama. Ako čak i uz temeljne promjene karakter ostane nepromijenjen, to ukazuje na njegovu krutost.

Kvantitativni parametri

Čuveni psihoterapeut Bern je, uzimajući u obzir ogromnu raznolikost karakternih osobina, identifikovao tri glavna parametra po kojima se karakter može odrediti: odnosi sa samim sobom su „ja“, odnosi sa voljenima su „ti“, odnosi sa svim ljudima uopšte su “Oni”.

Bern je sugerisao da ovi kvaliteti, koje su u osobu usadili roditelji u djetinjstvu, mogu imati i pozitivne i negativne konotacije, te odrediti u budućnosti njegovo ponašanje i životni put, koji je nazvao "skriptom". Ljudi često ne razumiju zašto im se takvi događaji dešavaju i ne povezuju ih s djetinjstvom. Dodao sam četvrti parametar Bernskom sistemu - "Rad".

Ako je djetinjstvo osobe prošlo dobro i dobio je dobar odgoj, tada će svi parametri biti pozitivni, sa znakom plus. Ali ako su roditelji pogriješili u odgoju, tada, shodno tome, neki ili svi parametri dobivaju znak minus i može se formirati kompleks - sociogen, koji će uvelike utjecati na ponašanje i sudbinu osobe.

Pojedinac je harmoničan i zdrav ličnost sa parametrom "I" sa "+". To znači da ima pravi odgoj, da se adekvatno procjenjuje i uviđa da je uspješan. Nemojte brkati stav sa samopoštovanjem. Osoba praktički ne shvaća položaj i formira se pod utjecajem roditelja u djetinjstvu, njegovu orijentaciju je prilično teško promijeniti.

Samopoštovanje može zavisiti od situacije. Ako osoba ima previsoke zahtjeve za sebe i za događaje, onda je samopoštovanje nisko. Nikakvi uspjesi i sreća neće zadovoljiti čovjeka, uvijek će htjeti još bolje, uvijek vidjeti nedostatke i minuse.

At pozicionira "Vi" sa "+" odnosi sa bliskim i okolnim ljudima su prosperitetni, prijateljski i donose radost. Čovjek je uvijek spreman pomoći svojim najmilijima, podržati ga, smatra ih uspješnim ljudima. Ako "-" prevladava u parametru "Vi", to znači da je raspoloženje osobe u početku neprijateljsko i konfliktno u odnosu na bliske ljude. Često se takve ličnosti odlikuju oštrim humorom, kritikom svega i svakoga, privrženošću i nezadovoljstvom. Da biste izgradili odnose sa takvim ljudima, morate im stalno popuštati.

U komunikaciji često biraju ulogu Progonitelja, ali ima i Otkupitelja. U ovoj ulozi agresija nije vidljiva na prvi pogled. Na primjer, to su lideri koji preuzimaju na sebe sva bitna pitanja i složene zadatke, čime ometaju rast svojih kolega.

Kada parametar "Oni" je postavljen na "+"- osoba voli da komunicira sa ljudima, upoznaje se i sklapa nova prijateljstva. U ljudima vidi puno pozitivnog, zanimljivog i vrijednog. Ako je parametar “Oni” sa “-”, tada osoba prvo uočava nedostatke u ljudima, a tek onda njihove vrline. Istovremeno, i sam je izuzetno stidljiv, teško komunicira i nerado stupa u kontakt i sklapa nova poznanstva.

Kada "Rad" za pojedinca u "+", tada uživa u procesu rada, radije rješava složene probleme za samorazvoj i profesionalni rast Uživa u pronalaženju kreativnih rješenja za probleme. Materijalna komponenta mu nije toliko bitna, ali postiže visoke performanse i uspjeh.

Ako "Rad" ima znak "-", onda je osoba jasno usmjerena na materijalnu korist. Novac, a ne razvoj, je njegova primarna briga u svakom poslu. Zbog toga stalno juri velike svote i bolji zivot, u potrazi za zaboravom živjeti ovdje i sada.

Ako je "-" prisutno u jednom od parametara, tada je pozitivna vrijednost ostalih dvostruko povećana, na primjer, ako je "Vi" sa "-", onda je pozitivna vrijednost "I" možda previše pretjerana.

Sada nam je to jasno osoba može biti harmonična, zdrava i prosperitetna samo sa svim pozitivnim vrijednostima. Samo će takva osoba ispravno i adekvatno percipirati sebe, svoje pobjede i poraze, svoje voljene i njihove nedostatke i pluse. Uspješno će komunicirati s ljudima, proširiti krug poznanstava, uspjeti u poslu i omiljenom poslu, mudro i smireno doživljavati životne preokrete.

Ovo će vas zanimati:

Ima takvih ljudi i ima ih mnogo. A kako bi takvih ličnosti bilo sve više, mladi roditelji bi svoju djecu trebali pažljivije odgajati, ne ometajući njihov razvoj i upoznavanje svijeta. Podržite, ali ne miješajte se, ne diktirajte svoja pravila i ne razbijajte psihu djece.

Na kraju krajeva, niko ne smeta drvetu da raste i raste jako i zdravo, a ni djeca - samo treba malo pomoći, ali ne pokušavajte nametnuti svoj životni plan. Dete i samo zna šta želi i šta ga zanima, i najbolje je da se ne mešate u njegov izbor, jer je to njegova sudbina. objavljeno

U tjelesnom metabolizmu vodeća uloga pripada proteinima i nukleinskim kiselinama.
Proteinske supstance čine osnovu svih vitalnih ćelijskih struktura, imaju neobično visoku reaktivnost i obdarene su katalitičkim funkcijama.
Nukleinske kiseline su dio najvažnijeg organa ćelije – jezgra, kao i citoplazme, ribozoma, mitohondrija itd. Nukleinske kiseline imaju važnu, primarnu ulogu u naslijeđu, varijabilnosti tijela i sintezi proteina.

Plan sinteza protein se pohranjuje u ćelijskom jezgru, a direktna sinteza se odvija izvan jezgra, pa je neophodno usluga dostave kodiran plan od jezgra do mesta sinteze. Ovu uslugu dostave vrše molekule RNK.

Proces počinje u jezgro ćelije: deo DNK "merdevina" se odmotava i otvara. Zbog toga, RNK slova formiraju veze sa otvorenim DNK slovima jednog od lanaca DNK. Enzim prenosi slova RNK da ih poveže u nit. Dakle, slova DNK se "prepisuju" u slova RNK. Novoformirani lanac RNK se odvaja, a DNK "merdevine" se ponovo uvijaju. Proces čitanja informacija iz DNK i sintetizacije njenog RNA šablona naziva se transkripcija , a sintetizirana RNK se naziva informacijska ili i-RNA .

Nakon daljih modifikacija, ova vrsta kodirane mRNA je spremna. i-RNA izlazi iz jezgra i odlazi na mjesto sinteze proteina, gdje se dešifruju slova i-RNA. Svaki skup od tri slova i-RNA formira "slovo" koje označava jednu specifičnu aminokiselinu.

Druga vrsta RNK traži ovu aminokiselinu, hvata je uz pomoć enzima i dostavlja je na mjesto sinteze proteina. Ova RNK se naziva transferna RNK ili tRNA. Kako se mRNA poruka čita i prevodi, lanac aminokiselina raste. Ovaj lanac se uvija i savija u jedinstven oblik, stvarajući jednu vrstu proteina. Čak je i proces savijanja proteina izvanredan: koristiti kompjuter za sve izračunavanje opcije bilo bi potrebno 1027 (!) godina da se savije protein srednje veličine koji se sastoji od 100 aminokiselina. A za formiranje lanca od 20 aminokiselina u tijelu nije potrebno više od jedne sekunde, a taj se proces odvija kontinuirano u svim stanicama tijela.

Geni, genetski kod i njegova svojstva.

Na Zemlji živi oko 7 milijardi ljudi. Osim 25-30 miliona parova jednojajčanih blizanaca, tada genetski svi ljudi su različiti : svaki je jedinstven, ima jedinstvene nasljedne karakteristike, karakterne osobine, sposobnosti, temperament.

Takve razlike su objašnjene razlike u genotipovima- skupovi gena organizma; svaka je jedinstvena. Genetske osobine određenog organizma su utjelovljene u proteinima - posljedično, struktura proteina jedne osobe razlikuje se, iako dosta, od proteina druge osobe.

To ne znači da ljudi nemaju potpuno iste proteine. Proteini koji obavljaju iste funkcije mogu biti isti ili se vrlo malo razlikovati za jednu ili dvije aminokiseline jedan od drugog. Ali ne postoji na Zemlji ljudi (sa izuzetkom jednojajčanih blizanaca), u kojoj bi bili svi proteini su isti .

Informacije o primarnoj strukturi proteina kodiran kao niz nukleotida u dijelu molekule DNK, gen - jedinica nasljedne informacije organizma. Svaki molekul DNK sadrži mnogo gena. Ukupnost svih gena jednog organizma čini njegovu genotip . Na ovaj način,

Gen je jedinica nasljedne informacije organizma, koja odgovara posebnom dijelu DNK

Nasljedne informacije se kodiraju korištenjem genetski kod , koji je univerzalan za sve organizme i razlikuje se samo po izmjeni nukleotida koji formiraju gene i kodiraju proteine ​​određenih organizama.

Genetski kod sastoji se od tripleta (trojki) DNK nukleotida, kombinovanih u različitim sekvencama (AAT, HCA, ACG, THC, itd.), od kojih svaki kodira određenu aminokiselinu (koja će biti ugrađena u polipeptidni lanac).

Zapravo kod broji sekvenca nukleotida u i-RNA molekulu , jer uklanja informacije iz DNK (proces transkripcije ) i prevodi ga u niz aminokiselina u molekulima sintetiziranih proteina (proces emisije ).
Sastav mRNA uključuje nukleotide A-C-G-U, čiji se tripleti nazivaju kodoni : CHT DNK triplet na mRNA će postati HCA triplet, a AAG DNK triplet će postati UUC triplet. Upravo i-RNA kodoni odražava genetski kod u zapisu.

Na ovaj način, genetski kod - jedinstveni sistem za snimanje nasljednih informacija u molekulima nukleinske kiseline u obliku niza nukleotida . Genetski kod se zasniva na upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri nukleotidna slova koja se razlikuju po dušičnim bazama: A, T, G, C.

Glavna svojstva genetskog koda:

1. Genetski kod trojka. Triplet (kodon) je sekvenca od tri nukleotida koja kodira jednu aminokiselinu. Budući da proteini sadrže 20 aminokiselina, očigledno je da svaka od njih ne može biti kodirana jednim nukleotidom ( pošto postoje samo četiri tipa nukleotida u DNK, u ovom slučaju 16 aminokiselina ostaje nekodirano). Dva nukleotida za kodiranje aminokiselina također nisu dovoljna, jer se u ovom slučaju može kodirati samo 16 aminokiselina. znači, najmanji broj moraju postojati najmanje tri nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu. U ovom slučaju, broj mogućih nukleotidnih tripleta je 43 = 64.

2. redundantnost (degeneracija) Kod je posljedica njegove tripletne prirode i znači da jedna aminokiselina može biti kodirana sa nekoliko tripleta (pošto ima 20 aminokiselina, a ima 64 tripleta), sa izuzetkom metionina i triptofana, koje kodira samo jedan trojka. Osim toga, neki tripleti obavljaju specifične funkcije: u molekuli mRNA, tripleti UAA, UAG, UGA su terminacijski kodoni, tj. stani-signali koji zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca. Triplet koji odgovara metioninu (AUG), koji stoji na početku lanca DNK, ne kodira aminokiselinu, već obavlja funkciju iniciranja (uzbudljivog) čitanja.

3. Nedvosmislenost kod - uz redundantnost, kod ima svojstvo jedinstvenost : svaki kodon odgovara samo jedan specifične aminokiseline.

4. Kolinearnost kod, tj. sekvenca nukleotida u genu upravo odgovara redoslijedu aminokiselina u proteinu.

5. Genetski kod ne preklapaju se i kompaktni , tj. ne sadrži "znakove interpunkcije". To znači da proces čitanja ne dopušta mogućnost preklapanja kolona (trojki), i, počevši od određenog kodona, očitavanje ide kontinuirano trostruko po triplet sve dok stani-signali ( terminacioni kodoni).

6. Genetski kod univerzalni , odnosno nuklearni geni svih organizama na isti način kodiraju informacije o proteinima, bez obzira na nivo organizacije i sistematski položaj ovih organizama.

Postoji tablice genetskih kodova za dešifrovanje kodoni i-RNA i građevni lanci proteinskih molekula.

Reakcije sinteze matrice.

U živim sistemima postoje reakcije nepoznate u neživoj prirodi - reakcije sinteze matrice.

Termin "matrica" u tehnologiji označavaju oblik koji se koristi za livenje kovanica, medalja, tipografski tip: očvrsnuti metal tačno reproducira sve detalje forme koja se koristi za livenje. Matrična sinteza nalikuje livenju na matrici: novi molekuli se sintetiziraju u strogom skladu sa planom postavljenim u strukturi već postojećih molekula.

Matrični princip leži u srži najvažnije sintetičke reakcije ćelije, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. U ovim reakcijama se daje tačan, strogo specifičan slijed monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima.

Ovo je mjesto gdje je usmjereno povlačenje monomera na određenu lokacijućelije - u molekule koji služe kao matrica u kojoj se odvija reakcija. Ako bi se takve reakcije dogodile kao rezultat slučajnog sudara molekula, one bi se odvijale beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula po principu matriksa se izvodi brzo i precizno. Uloga matrice Makromolekule nukleinskih kiselina igraju u matričnim reakcijama DNK ili RNK .

monomernih molekula, iz kojih se sintetiše polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu sa principom komplementarnosti se raspoređuju i fiksiraju na matrici u strogo definisanom, unapred određenom redosledu.

Onda dolazi "poprečno povezivanje" monomernih jedinica u polimerni lanac, a gotov polimer se ispušta iz matrice.

Poslije toga matrica spremna do sklapanja nove molekule polimera. Jasno je da kao što se samo jedan novčić, jedno slovo može izliti na datu kalupu, tako se samo jedan polimer može "sastaviti" na datu matričnu molekulu.

Matrični tip reakcija- specifičnost hemije živih sistema. Oni su temelj fundamentalna svojina svih živih bića - njegovu sposobnost da reprodukuje sopstvenu vrstu.

Reakcije sinteze matrice

1. DNK replikacija - replikacija (od lat. replicatio - obnavljanje) - proces sinteze kćerke molekule deoksiribonukleinske kiseline na matrici roditeljskog molekula DNK. Tokom naknadne diobe matične ćelije, svaka ćelija kćerka prima jednu kopiju molekula DNK koja je identična DNK originalne matične ćelije. Ovaj proces osigurava tačan prijenos genetskih informacija s generacije na generaciju. Replikaciju DNK izvodi složen enzimski kompleks, koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, tzv. replisome . Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi prisutni u citoplazmi ćelija. Biološko značenje replikacije je tačan prenos nasledne informacije od roditeljskog molekula do ćerki, koje se normalno dešavaju tokom deobe somatskih ćelija.

Molekul DNK se sastoji od dva komplementarna lanca. Ovi lanci se drže zajedno slabim vodoničnim vezama koje se mogu razbiti enzimima. Molekul DNK je sposoban za samo-udvostručenje (replikaciju), a nova polovina se sintetizira na svakoj staroj polovini molekula.
Osim toga, molekul mRNA može se sintetizirati na molekulu DNK, koji zatim prenosi informacije primljene od DNK do mjesta sinteze proteina.

Prijenos informacija i sinteza proteina slijede matrični princip, uporediv s radom štamparije u štampariji. Informacije iz DNK se kopiraju iznova i iznova. Ukoliko dođe do grešaka tokom kopiranja, one će se ponoviti u svim narednim kopijama.

Istina, neke greške u kopiranju informacija molekulom DNK mogu se ispraviti - proces eliminacije grešaka se naziva reparacije. Prva od reakcija u procesu prijenosa informacija je replikacija molekule DNK i sinteza novih lanaca DNK.

2. Transkripcija (od latinskog transcriptio - prepisivanje) - proces sinteze RNK koristeći DNK kao šablon, koji se odvija u svim živim ćelijama. Drugim riječima, to je prijenos genetske informacije sa DNK na RNK.

Transkripciju katalizira enzim DNK-ovisna RNA polimeraza. RNK polimeraza se kreće duž molekule DNK u smjeru 3 " → 5". Transkripcija se sastoji od koraka inicijacija, elongacija i završetak . Jedinica transkripcije je operon, fragment molekule DNK koji se sastoji od promoter, transkribovani deo i terminator . i-RNA se sastoji od jednog lanca i sintetizira se na DNK u skladu s pravilom komplementarnosti uz sudjelovanje enzima koji aktivira početak i kraj sinteze i-RNA molekula.

Gotov molekul mRNA ulazi u citoplazmu na ribosomima, gdje se odvija sinteza polipeptidnih lanaca.

3. Broadcast (od lat. prevod- prijenos, kretanje) - proces sinteze proteina iz aminokiselina na matrici informacijske (matriks) RNK (mRNA, mRNA) koju provodi ribosom. Drugim riječima, ovo je proces prevođenja informacija sadržanih u nukleotidnoj sekvenci i-RNA u sekvencu aminokiselina u polipeptidu.

4. reverzna transkripcija je proces formiranja dvolančane DNK na osnovu informacija iz jednolančane RNK. Ovaj proces se naziva reverzna transkripcija, jer se prijenos genetskih informacija odvija u "obrnutom" smjeru u odnosu na transkripciju. Ideja o reverznoj transkripciji u početku je bila vrlo nepopularna, jer je bila protiv centralne dogme molekularne biologije, koja je pretpostavljala da se DNK transkribuje u RNK, a zatim prevodi u proteine.

Međutim, 1970. Temin i Baltimore su nezavisno otkrili enzim tzv reverzna transkriptaza (revertaza) , te je konačno potvrđena mogućnost reverzne transkripcije. Godine 1975. nagrađeni su Temin i Baltimore nobelova nagrada iz oblasti fiziologije i medicine. Neki virusi (kao što je virus ljudske imunodeficijencije koji uzrokuje HIV infekciju) imaju sposobnost transkripcije RNK u DNK. HIV ima RNA genom koji se integriše u DNK. Kao rezultat, DNK virusa se može kombinovati sa genomom ćelije domaćina. Glavni enzim odgovoran za sintezu DNK iz RNK tzv revertase. Jedna od funkcija reverseasea je stvaranje komplementarnu DNK (cDNK) iz virusnog genoma. Povezani enzim ribonukleaza cijepa RNK, a reverznataza sintetizira cDNK iz dvostruke spirale DNK. cDNK je integrisana u genom ćelije domaćina pomoću integraze. Rezultat je sinteza virusnih proteina od strane ćelije domaćina koji formiraju nove viruse. U slučaju HIV-a programira se i apoptoza (ćelijska smrt) T-limfocita. U drugim slučajevima, ćelija može ostati distributer virusa.

Slijed matriksnih reakcija u biosintezi proteina može se predstaviti kao dijagram.

Na ovaj način, biosinteza proteina- ovo je jedna od vrsta plastične razmjene, tokom koje se nasljedne informacije kodirane u DNK genima realizuju u određenom nizu aminokiselina u proteinskim molekulima.

Proteinski molekuli su u suštini polipeptidnih lanaca sastoje se od pojedinačnih aminokiselina. Ali aminokiseline nisu dovoljno aktivne da se same povežu jedna s drugom. Stoga, prije nego što se spoje jedna s drugom i formiraju proteinski molekul, aminokiseline moraju aktivirati . Ova aktivacija se događa pod djelovanjem posebnih enzima.

Kao rezultat aktivacije, aminokiselina postaje labilnija i pod djelovanjem istog enzima se vezuje za t- RNA. Svaka aminokiselina odgovara striktno specifičnom t- RNA, koji pronalazi "svoju" aminokiselinu i izdrži u ribozom.

Stoga ribosom prima različite aktivirane aminokiseline povezane s njima T- RNA. Ribozom je sličan konvejer da sastavi proteinski lanac od raznih aminokiselina koje ulaze u njega.

Istovremeno sa t-RNA, na kojoj "sjedi" vlastita aminokiselina, " signal» iz DNK koja se nalazi u jezgru. U skladu s ovim signalom, jedan ili drugi protein se sintetizira u ribosomu.

Usmjeravajući utjecaj DNK na sintezu proteina ne vrši se direktno, već uz pomoć posebnog posrednika - matrica ili glasnička RNK (mRNA ili i-RNA), koji sintetizirana u jezgru Na njega ne utiče DNK, tako da njegov sastav odražava sastav DNK. Molekul RNK je, takoreći, odljevak oblika DNK. Sintetizirana mRNA ulazi u ribozom i, takoreći, prenosi je u ovu strukturu plan- kojim redosledom aktivirane aminokiseline koje ulaze u ribozom treba da se kombinuju jedna sa drugom da bi se sintetizovao određeni protein. inače, genetske informacije kodirane u DNK prenose se na mRNA, a zatim na protein.

Molekul mRNA ulazi u ribozom i treperi ona. Određuje se onaj njegov segment koji se trenutno nalazi u ribosomu kodon (trojka), stupa u interakciju na potpuno specifičan način sa strukturom koja mu odgovara triplet (antikodon) u transfer RNK koja je dovela aminokiselinu u ribozom.

Transfer RNK se sa svojom aminokiselinom približava određenom kodonu mRNA i povezuje s njim; do sljedećeg, susjednog mjesta i-RNA spaja drugu tRNA sa drugom amino kiselinom i tako sve dok se ne pročita cijeli lanac i-RNA, dok se sve aminokiseline ne nanižu odgovarajućim redoslijedom, formirajući proteinski molekul. I t-RNA, koja je isporučila aminokiselinu na određeno mjesto polipeptidnog lanca, oslobođen od svoje aminokiseline i izlazi iz ribozoma.

Zatim ponovo u citoplazmi, željena amino kiselina može joj se pridružiti, a ona će je ponovo prenijeti na ribozom. U procesu sinteze proteina istovremeno je uključen ne jedan, već nekoliko ribozoma, poliribozoma.

Glavne faze prijenosa genetskih informacija:

1. Sinteza na DNK kao na mRNA šablonu (transkripcija)
2. Sinteza polipeptidnog lanca u ribosomima prema programu sadržanom u i-RNA (translation) .

Faze su univerzalne za sva živa bića, ali se vremenski i prostorni odnosi ovih procesa razlikuju kod pro- i eukariota.

At prokarioti transkripcija i translacija se mogu odvijati istovremeno jer se DNK nalazi u citoplazmi. At eukariota transkripcija i translacija su strogo odvojeni u prostoru i vremenu: u jezgri se odvija sinteza različitih RNK, nakon čega molekule RNK moraju napustiti jezgro, prolazeći kroz nuklearnu membranu. RNK se zatim transportuje u citoplazmi do mesta sinteze proteina.

Dijeli