Կոդը միանշանակ է, քանի որ. Գենետիկական ծածկագիրը ՝ որպես ժառանգական տեղեկատվության գրանցման միջոց

Աշխատելով այս թեմաների շուրջ, դուք պետք է կարողանաք.

1. Նկարագրեք ստորև բերված հասկացությունները և բացատրեք դրանց միջև փոխհարաբերությունները.
   • պոլիմեր, մոնոմեր;
   • ածխաջրածին, մոնոսախարիդ, դիսաքարիտ, պոլիսաքարիդ;
   • լիպիդ, ճարպաթթու, գլիցերին;
   • ամինաթթու, պեպտիդային կապ, սպիտակուց;
   • կատալիզատոր, ֆերմենտ, ակտիվ կենտրոն;
   • նուկլեինաթթու, նուկլեոտիդ:
2. Թվարկեք 5-6 պատճառ, որոնք ջուրը դարձնում են կենդանի համակարգերի այդքան կարևոր բաղադրիչ:
3. Անվանեք չորս հիմնական դասարանները օրգանական միացություններպարունակվող կենդանի օրգանիզմներում; նկարագրել նրանցից յուրաքանչյուրի դերը:
4. Բացատրեք, թե ինչու են ֆերմենտներով վերահսկվող ռեակցիաները կախված ջերմաստիճանից, pH- ից և կոզենիմների առկայությունից:
5. Խոսեք ATP- ի դերի մասին բջջի էներգետիկ տնտեսության մեջ:
6. Անվանեք լույսի և ածխածնի ամրագրման ռեակցիաներով առաջացած ռեակցիաների սկզբնական նյութերը, հիմնական փուլերը և վերջնական արտադրանքները:
7. Տալ Կարճ նկարագրություն ընդհանուր սխեմաբջջային շնչառություն, որից պարզ կլիներ, թե ինչ տեղ են զբաղեցնում գլիկոլիզի ռեակցիաները, Գ. Կրեբսի ցիկլը (ցիկլ կիտրոնաթթու) և էլեկտրոնների փոխադրման շղթան:
8. Համեմատեք շնչառությունն ու խմորումը:
9. Նկարագրեք ԴՆԹ -ի մոլեկուլի կառուցվածքը և բացատրեք, թե ինչու ադենինի մնացորդների թիվը հավասար է թիմինի մնացորդների թվին, իսկ գուանինի մնացորդների թիվը `ցիտոզինի մնացորդների թվին:
10. Դիմահարդարվել կարճ դիագրամՌՆԹ -ի սինթեզը ԴՆԹ -ի վրա (տառադարձում) պրոկարիոտներում:
11. Նկարագրեք գենետիկ ծածկագրի հատկությունները և բացատրեք, թե ինչու այն պետք է լինի եռակի:
12. Այս ԴՆԹ -ի շղթայի և կոդոնային աղյուսակի հիման վրա որոշեք սուրհանդակային ՌՆԹ -ի լրացուցիչ հաջորդականությունը, նշեք տրանսպորտային ՌՆԹ -ի կոդոնները և թարգմանության արդյունքում ձևավորված ամինաթթուների հաջորդականությունը:
13. Թվարկեք ռիբոսոմային մակարդակում սպիտակուցների սինթեզի փուլերը:

Խնդիրների լուծման ալգորիթմ:

Տեսակ 1. ԴՆԹ-ի ինքնապատճենում:

ԴՆԹ -ի շղթաներից մեկը ունի հետևյալ նուկլեոտիդային հաջորդականությունը.
AGTATZGATACTZGATTTATSG ...
Ո՞րն է նույն մոլեկուլի երկրորդ շղթայի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը:

ԴՆԹ -ի մոլեկուլի երկրորդ շղթայի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը գրելու համար, երբ առաջին շղթայի հաջորդականությունը հայտնի է, բավական է թիմինը փոխարինել ադենինով, ադենինը `թիմինով, գուանինը` ցիտոզինով և ցիտոզինը `գուանինով: Նման փոփոխություն կատարելով ՝ մենք ստանում ենք հաջորդականությունը.
TACTGGZTATGAGZTAAATG ...

Տեսակ 2. Սպիտակուցների կոդավորում:

Ռիբոնուկլազի սպիտակուցի ամինաթթուների շղթան ունի հետևյալ սկիզբը ՝ լիզին-գլուտամին-թրեոնին-ալանին-ալանին-ալանին-լիզին ...
Ո՞ր նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ է սկսվում այս սպիտակուցին համապատասխան գենը:

Դա անելու համար օգտագործեք գենետիկական ծածկագրի աղյուսակը: Յուրաքանչյուր ամինաթթվի համար մենք գտնում ենք նրա ծածկանշումը նուկլեոտիդների համապատասխան եռյակի տեսքով և դուրս գրում: Այս եռյակները մեկը մյուսի հետևից դասավորելով նույն հաջորդականությամբ, որով անցնում են համապատասխան ամինաթթուները, մենք ստանում ենք սուրհանդակային RNA կայքի կառուցվածքի բանաձևը: Որպես կանոն, այդպիսի մի քանի եռյակ կա, ընտրությունը կատարվում է ըստ ձեր որոշման (բայց եռյակներից միայն մեկն է ընդունված): Ըստ այդմ, լուծումները կարող են լինել մի քանիսը:
AAACAAATSUGTSGGTSUGZGAAG

Ո՞ր ամինաթթուների հաջորդականությամբ է սկսվում սպիտակուցը, եթե այն կոդավորված է նուկլեոտիդների հետևյալ հաջորդականությամբ.
АЦГЦЦЦТГГЦЦГГТ ...

Ըստ փոխլրացման սկզբունքի, մենք գտնում ենք ԴՆԹ մոլեկուլի տվյալ հատվածի վրա ձևավորված տեղեկատվական ՌՆԹ -ի վայրի կառուցվածքը.
UGTsGGGUATSGGZTSA ...

Այնուհետև մենք դիմում ենք գենետիկական ծածկագրի աղյուսակին և նուկլեոտիդների յուրաքանչյուր եռյակի համար, առաջինից սկսած, գտնում և գրում ենք համապատասխան ամինաթթուն.
Steիստեին-գլիցին-թիրոսին-արգինին-պրոլին -...

Իվանովա Թ.Վ., Կալինովա Գ.Ս., Մյագկովա Ա.Ն. " Ընդհանուր կենսաբանությունՄոսկվա, «Կրթություն», 2000

• Թեմա 4. » Քիմիական բաղադրությունըբջիջներ »§2-§7 էջ 7-21
• Թեմա 5. «Ֆոտոսինթեզ»: 16-17 էջ 44-48
• Թեմա 6. «Բջջային շնչառություն»: 12-13 էջ 34-38
• Թեմա 7. «Գենետիկական տեղեկատվություն»: 14-15 էջ 39-44

Դասախոսություն 5. Գենետիկական ծածկագիր

Հայեցակարգի սահմանում

Գենետիկական ծածկագիրը սպիտակուցներում ամինաթթուների հաջորդականության մասին տեղեկատվության գրանցման համակարգ է ՝ օգտագործելով ԴՆԹ -ում նուկլեոտիդների դասավորության հաջորդականությունը:

Քանի որ ԴՆԹ -ն ուղղակիորեն չի մասնակցում սպիտակուցների սինթեզին, ծածկագիրը գրված է ՌՆԹ լեզվով: ՌՆԹ -ն տիմինի փոխարեն պարունակում է ուրասիլ:

Գենետիկական ծածկագրի հատկությունները

1. Եռյակ

Յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է որպես 3 նուկլեոտիդների հաջորդականություն:

Սահմանում `եռյակ կամ կոդոն` երեք նուկլեոտիդների հաջորդականություն, որը կոդավորում է մեկ ամինաթթու:

Կոդը չի կարող լինել միայնակ, քանի որ 4 -ը (ԴՆԹ -ում տարբեր նուկլեոտիդների թիվը) 20 -ից փոքր է: Կոդը չի կարող կրկնապատկվել, քանի որ 16 -ը (4 նուկլեոտիդների համակցությունների և փոխակերպումների թիվը 2 -ով) 20 -ից փոքր է: Կոդը կարող է եռակի լինել, քանի որ 64 -ը (4 -ից 3 -ի համակցությունների և փոփոխությունների թիվը) ավելի քան 20 է:

2. այլասերվածություն:

Բոլոր ամինաթթուները, բացառությամբ մետիոնինի և տրիպտոֆանի, կոդավորված են մեկից ավելի եռյակներով.

2 AK 1 եռյակ = 2:

9 AK 2 եռյակ = 18:

1 AK 3 եռյակ = 3:

5 AK 4 եռյակ = 20:

3 AK 6 եռյակ = 18:

Ընդհանուր առմամբ 61 եռյակ կոդավորում է 20 ամինաթթու:

3. Միջգենական կետադրական նշանների առկայություն:

Սահմանում:

Գեն ԴՆԹ -ի կտոր է, որը կոդավորում է մեկ պոլիպեպտիդ շղթա կամ մեկ մոլեկուլ tPHK, ռՌՆԹ կամsPHK.

ԳեներtPHK, rPHK, sPHKսպիտակուցները չեն կոդավորում:

Պոլիպեպտիդի կոդավորող յուրաքանչյուր գենի վերջում կա 3 եռյակներից առնվազն մեկը, որը ծածկագրում է ՌՆԹ կանգառի կոդոնները կամ կանգառի ազդանշանները: MRNA- ում դրանք նման են. UAA, UAG, UGA ... Նրանք դադարեցնում (ավարտում են) հեռարձակումը:

Պայմանականորեն, ծածկագիրը վերաբերում է նաև կետադրական նշաններինԱՈUԳ - առաջինը `առաջնորդի հաջորդականությունից հետո: (Տես դասախոսություն 8) Այն գործում է որպես մեծատառ: Այս դիրքում այն ​​ծածկագրում է ֆորմիլմետիոնինը (պրոկարիոտներում):

4. Միանշանակություն:

Յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է միայն մեկ ամինաթթու կամ թարգմանության տերմինատոր է:

Բացառություն է կազմում կոդոնըԱՈUԳ ... Պրոկարիոտներում, առաջին դիրքում (մեծատառ), այն ծածկագրում է ֆորմիլմետիոնինը, իսկ ցանկացած այլում `մեթիոնինը:

5. Կոմպակտություն, կամ ներգենային կետադրական նշանների բացակայություն:
Գենի մեջ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ նշանակության կոդոնի մաս է:

1961 թվականին Սեյմուր Բենզերը և Ֆրենսիս Կրիկը փորձնականորեն ապացուցեցին, որ ծածկագիրը եռակի է և կոմպակտ:

Փորձի էությունը. «+» Մուտացիա - մեկ նուկլեոտիդի տեղադրում: «-» մուտացիան մեկ նուկլեոտիդի կորուստ է: Գենի սկզբում մեկ «+» կամ «-» մուտացիան փչացնում է ամբողջ գենը: Կրկնակի «+» կամ «-» մուտացիան նույնպես փչացնում է ամբողջ գենը:

Գենի սկզբում եռակի «+» կամ «-» մուտացիան փչացնում է դրա միայն մի մասը: Չորս «+» կամ «-» մուտացիան նորից փչացնում է ամբողջ գենը:

Փորձը դա է ապացուցում ծածկագիրը բարդ է և գենի ներսում կետադրական նշաններ չկան:Փորձը կատարվել է երկու հարակից ֆագերի գեների վրա և, ի լրումն, ցույց է տվել, որ գեների միջև կետադրական նշանների առկայությունը:

6. Բազմակողմանիություն:

Գենետիկական ծածկագիրը նույնն է Երկրի վրա ապրող բոլոր արարածների համար:

1979 թվականին Բուրելը բացվեց իդեալականմարդու միտոքոնդրիայի ծածկագիրը:

Սահմանում:

«Իդեալը» գենետիկական կոդ է, որի դեպքում կատարվում է քվազի-կրկնակի ծածկագրի այլասերման կանոնը. Եթե առաջին երկու նուկլեոտիդները համընկնում են երկու եռակի մեջ, իսկ երրորդ նուկլեոտիդները պատկանում են նույն դասին (երկուսն էլ պուրիններ են կամ երկուսն էլ պիրիմիդիններ) , ապա այս եռյակները կոդավորում են նույն ամինաթթուն ...

Այս կանոնից երկու բացառություն կա ընդհանուր օրենսգրքում: Ունիվերսալում իդեալական ծածկագրից երկու շեղումները վերաբերում են հիմնարար կետերին. Սպիտակուցների սինթեզի սկիզբը և վերջը.

Կոդոն	Ունիվերսալ կոդը	Միտոքոնդրիալ կոդեր
		Ողնաշարավորներ	Անողնաշարավորներ	Խմորիչ	Բույսեր
	ԿԱՆԳՆԵԼ				ԿԱՆԳՆԵԼ
UA- ի հետ
Ա Գ Ա		ԿԱՆԳՆԵԼ
		ԿԱՆԳՆԵԼ			230 փոխարինումը չի փոխում կոդավորված ամինաթթվի դասը: դեպի պոկելու ունակություն: 1956 թվականին Գեորգի Գամոուն առաջարկեց համընկնող ծածկագրի տարբերակ: Ըստ Գամովի ծածկագրի ՝ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ, սկսած երրորդից ՝ գենի մեջ, ներառված է 3 կոդոնի մեջ: Երբ գենետիկ ծածկագիրը վերծանվեց, պարզվեց, որ այն չի համընկնում, այսինքն. յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ ընդգրկված է միայն մեկ կոդոնի մեջ: Համընկնող գենետիկական ծածկագրի առավելությունները `կոմպակտություն, սպիտակուցի կառուցվածքի ավելի քիչ կախվածություն նուկլեոտիդների տեղադրումից կամ ջնջումից: Թերություն. Սպիտակուցի կառուցվածքի մեծ կախվածություն նուկլեոտիդների փոխարինումից և սահմանափակում հարևաններից: 1976 թ. -ին հաջորդականացվել է φX174 ֆագի ԴՆԹ -ն: Այն ունի 5375 նուկլեոտիդներից բաղկացած միաշարք շրջանաձեւ ԴՆԹ: Հայտնի էր, որ ֆագը կոդավորում է 9 սպիտակուց: Նրանցից 6 -ի համար նույնականացվել են գեներ, որոնք գտնվում են մեկը մյուսի հետեւից: Պարզվեց, որ կա համընկնում: Gene E- ն ամբողջությամբ գտնվում է գենի ներսումԴ ... Դրա մեկնարկային կոդոնը հայտնվում է մեկ նուկլեոտիդային ընթերցման տեղաշարժի արդյունքում: Գեն J սկսվում է այնտեղ, որտեղ գենն ավարտվում էԴ ... Գենի մեկնարկի կոդոն J համընկնում է գենի վերջնական կոդոնի հետԴ երկու նուկլեոտիդների տեղաշարժի արդյունքում: Կառուցվածքը կոչվում է «ընթերցման շրջանակի փոփոխություն» մի շարք նուկլեոտիդներով, որը երեքի բազմապատիկ չէ: Մինչ օրս համընկնումը ցուցադրվել է ընդամենը մի քանի ֆագերի համար: ԴՆԹ տեղեկատվական կարողություն Երկրի վրա ապրում է 6 միլիարդ մարդ: Նրանց մասին ժառանգական տեղեկություններ պարունակվում է 6x10 9 սերմնահեղուկում: Ըստ տարբեր գնահատականների ՝ մարդն ունի 30 -ից 50 -ը հազարավոր գեներ: Բոլոր մարդիկ ունեն ~ 30x10 13 գեն կամ 30x10 16 բազային զույգ, ինչը կազմում է 10 17 կոդոն: Գրքի միջին էջը պարունակում է 25x10 2 նիշ: 6x10 9 սերմնահեղուկի ԴՆԹ -ն պարունակում է մոտավորապես հավասար ծավալով տեղեկատվություն 4x10 13 գրքի էջ: Այս էջերը զբաղեցնելու էին ԱՊՀ 6 շենքերի ծավալը: 6x10 9 սերմնահեղուկը զբաղեցնում է մատի կեսը: Նրանց ԴՆԹ -ն զբաղեցնում է մատնահետքի քառորդից էլ պակաս:

0

Գենետիկական ծածկագիր- Սա բոլոր կենդանի օրգանիզմներին բնորոշ մեթոդ է `կոդավորելու սպիտակուցների ամինաթթուների հաջորդականությունը` օգտագործելով ԴՆԹ -ի մոլեկուլում նուկլեոտիդների հաջորդականությունը:

Կենդանի բջիջներում գենետիկական տեղեկատվության իրականացումը (այսինքն ՝ ԴՆԹ -ում կոդավորված սպիտակուցի սինթեզը) իրականացվում է երկու մատրիցային գործընթացի միջոցով ՝ տրանսկրիպցիա (այսինքն ՝ ԴՆԹ -ի մատրիցի վրա mRNA- ի սինթեզ) և թարգմանություն (պոլիպեպտիդ շղթայի սինթեզ mRNA մատրիցի վրա):

ԴՆԹ -ն օգտագործում է չորս նուկլեոտիդ ՝ ադենին (A), գուանին (G), ցիտոզին (C), թիմին (T): Այս «տառերը» կազմում են գենետիկական կոդի այբուբենը: ՌՆԹ -ն օգտագործում է նույն նուկլեոտիդները, բացառությամբ թիմինի, որը փոխարինվում է ուրացիլով (U): ԴՆԹ -ի և ՌՆԹ -ի մոլեկուլներում նուկլեոտիդները դասավորված են շղթաներով և, հետևաբար, ստացվում են «տառերի» հաջորդականություններ:

ԴՆԹ -ի նուկլեոտիդային հաջորդականությունում կան կոդային «բառեր» ապագա սպիտակուցային մոլեկուլի յուրաքանչյուր ամինաթթվի համար `գենետիկ ծածկագիրը: Այն բաղկացած է ԴՆԹ -ի մոլեկուլում նուկլեոտիդների դասավորության որոշակի հաջորդականությունից:

Երեք հաջորդական նուկլեոտիդները կոդավորում են մեկ ամինաթթվի «անունը», այսինքն ՝ 20 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրը ծածկագրված է ծածկագրի նշանակալի միավորով ՝ երեք նուկլեոտիդների համադրություն, որը կոչվում է եռյակ կամ կոդոն:

Ներկայումս ԴՆԹ -ի կոդը ամբողջությամբ վերծանված է, և մենք կարող ենք խոսել այս եզակիին բնորոշ որոշակի հատկությունների մասին կենսաբանական համակարգ, ապահովելով տեղեկատվության թարգմանություն ԴՆԹ -ի «լեզվից» սպիտակուցի «լեզվին»:

Գենետիկական տեղեկատվության կրողը ԴՆԹ -ն է, բայց քանի որ mRNA- ն ՝ ԴՆԹ -ի տողերից մեկի պատճենը, անմիջականորեն ներգրավված է սպիտակուցների սինթեզում, առավել հաճախ գենետիկական ծածկագիրը գրված է «ՌՆԹ -ի լեզվով»:

Ամինաթթու	ՌՆԹ -ն կոդավորում է եռյակ
Ալանին	HCC HCC HZA HCH
Արգինին	TsGU TsGTs TsGA TsGG AGA AGG
Ասպարագին	AAU AAZ
Ասպարաթթու	GAU GATS
Վալին	GUU GUTS GUA GUG
Հիստիդին	TsAU TsAC
Գլիցին	GGU GGC GGA GGG
Գլուտամին	CAA TsAG
Գլուտամիկ թթու	GAA GAG
Իզոլեյցին	AUU AUC AUA
Լեյցին	TSUU TSUTS TSUA TSUG UUA UUG
Լիզին	AAA AAH
Մեթիոնին	ՕԳՏ
Պրոլին	CCU CCC CCCA CCG
Սերինե	UCU UCC UCA UCG ASU AGC
Թիրոսին	UAU UAC
Թրեոնին	ACU ACC ACA ACG
Տրիպտոֆան	UGG
Ֆենիլալանին	UUU UUTS
Ցիստեին	USU UGTs
ԿԱՆԳՆԵԼ	UGA UAG UAA

Գենետիկական ծածկագրի հատկությունները

Երեք հաջորդական նուկլեոտիդները (ազոտային հիմքերը) կոդավորում են մեկ ամինաթթվի «անունը», այսինքն ՝ 20 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրը կոդավորված է ծածկագրի նշանակալի միավորով ՝ երեք նուկլեոտիդների համադրություն, որոնք կոչվում են եռյակ կամ կոդոն

Եռյակ (կոդոն)- ԴՆԹ կամ ՌՆԹ մոլեկուլում երեք նուկլեոտիդների (ազոտային հիմքերի) հաջորդականություն, որը որոշում է որոշակի ամինաթթվի ներառումը սպիտակուցի մոլեկուլում դրա սինթեզի ընթացքում:

• Միանշանակություն (զուսպություն)

Մեկ եռյակ չի կարող կոդավորել երկու տարբեր ամինաթթուներ, այն ծածկագրում է միայն մեկ ամինաթթու: Հատուկ կոդոնը համապատասխանում է միայն մեկ ամինաթթվին:

Յուրաքանչյուր ամինաթթու կարող է սահմանվել մեկից ավելի եռյակներով: Բացառություն - մետիոնինեւ տրիպտոֆան... Այլ կերպ ասած, մի քանի կոդոններ կարող են համապատասխանել նույն ամինաթթվին:

• Ոչ համընկնում

Միևնույն հիմքը չի կարող միաժամանակ մուտքագրել երկու հարակից կոդոններ:

Որոշ եռյակ չի ծածկագրում ամինաթթուները, այլ յուրահատուկ է » ճանապարհային նշաններ«, Որոնք որոշում են առանձին գեների սկիզբը և վերջը (UAA, UAG, UGA), որոնցից յուրաքանչյուրը նշանակում է սինթեզի դադարեցում և գտնվում է յուրաքանչյուր գենի վերջում, ուստի կարող ենք խոսել գենետիկական կոդի բևեռայնության մասին:

Կենդանիների և բույսերի, սնկերի, բակտերիաների և վիրուսների դեպքում նույն եռյակը կոդավորում է նույն տեսակի ամինաթթուները, այսինքն ՝ գենետիկական ծածկագիրը նույնն է բոլոր կենդանի էակների համար: Այլ կերպ ասած, ունիվերսալությունը օրգանիզմներում նույնը գործելու գենետիկ կոդի ունակությունն է: տարբեր մակարդակներվիրուսներից մինչև մարդկանց բարդություն: ԴՆԹ -ի կոդի համընդհանուրությունը հաստատում է մեր մոլորակի բոլոր կյանքի ծագման միասնությունը: Գենետիկական ինժեներիայի մեթոդները հիմնված են գենետիկական կոդի ունիվերսալության հատկության օգտագործման վրա:

Գենետիկական ծածկագրի հայտնաբերման պատմությունից

Առաջին անգամ գոյության գաղափարը գենետիկական ծածկագիրձևակերպվել է Ա. Դաունի և Գ. Գամովի կողմից 1952 - 1954 թվականներին: Գիտնականները ցույց են տվել, որ նուկլեոտիդների հաջորդականությունը, որը յուրահատուկ կերպով որոշում է որոշակի ամինաթթվի սինթեզը, պետք է պարունակի առնվազն երեք օղակ: Հետագայում ապացուցվեց, որ նման հաջորդականությունը բաղկացած է երեք նուկլեոտիդներից, որոնք կոչվում են կոդոնկամ եռյակ.

Հարցերը, թե որ նուկլեոտիդներն են պատասխանատու սպիտակուցի մոլեկուլում որոշակի ամինաթթվի ներառման համար և քանի նուկլեոտիդներ են որոշում այդ ներառումը, մնացին չլուծված մինչև 1961 թ .: Տեսական վերլուծությունը ցույց տվեց, որ ծածկագիրը չի կարող բաղկացած լինել մեկ նուկլեոտիդից, քանի որ այս դեպքում միայն 4 ամինաթթուները կարող են կոդավորվել: Այնուամենայնիվ, ծածկագիրը չի կարող կրկնապատկվել, այսինքն ՝ չորս տառից բաղկացած «այբուբենից» երկու նուկլեոտիդների համադրությունը չի կարող ծածկել բոլոր ամինաթթուները, քանի որ տեսականորեն նման համակցությունները հնարավոր են միայն 16 (4 2 = 16):

Երեք հաջորդական նուկլեոտիդները բավարար են 20 ամինաթթուները կոդավորելու համար, ինչպես նաև կանգառի ազդանշան, որը նշանակում է սպիտակուցային հաջորդականության ավարտը, երբ հնարավոր համակցությունների թիվը 64 է (4 3 = 64):

Կրթության եւ գիտության նախարարություն Ռուսաստանի Դաշնություն Դաշնային գործակալությունկրթության

Պետություն ուսումնական հաստատությունավելի բարձր մասնագիտական ​​կրթությունԱլթայի նահանգ Տեխնիկական համալսարաննրանց Ի.Ի. Պոլզունովա »

Բնագիտության և համակարգերի վերլուծության բաժին

«Գենետիկական կոդ» թեմայով վերացական

1. Գենետիկական կոդի հայեցակարգը

3. Գենետիկական տեղեկատվություն

Մատենագիտություն

1. Գենետիկական կոդի հայեցակարգը

Գենետիկական ծածկագիրը բնորոշ է կենդանի օրգանիզմներին մեկ համակարգնուկլեինաթթվի մոլեկուլներում ժառանգական տեղեկատվության գրառումներ `նուկլեոտիդների հաջորդականության տեսքով: Յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ նշանակվում է մեծատառով, որից սկսվում է նրա կազմի մեջ ներառված ազոտային հիմքի անվանումը. - A (A) adenine; - G (G) գուանին; - C (C) ցիտոզին; - T (T) thymine (DNA- ում) կամ U (U) uracil (mRNA- ում):

Բջջում գենետիկական ծածկագրի իրականացումը տեղի է ունենում երկու փուլով ՝ տառադարձում և թարգմանություն:

Դրանցից առաջինը տեղի է ունենում առանցքում. այն բաղկացած է ԴՆԹ-ի համապատասխան հատվածներում i-RNA մոլեկուլների սինթեզից: Այս դեպքում ԴՆԹ -ի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը «վերագրանցվում է» ՌՆԹ -ի նուկլեոտիդային հաջորդականության մեջ: Երկրորդ փուլը տեղի է ունենում ցիտոպլազմայում ՝ ռիբոսոմների վրա; m-RNA- ի նուկլեոտիդների հաջորդականությունը թարգմանվում է սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականության մեջ. այս փուլն ընթանում է տրանսպորտային ՌՆԹ-ի (t-RNA) և համապատասխան ֆերմենտների մասնակցությամբ:

2. Գենետիկական ծածկագրի հատկությունները

1. Եռյակ

Յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է որպես 3 նուկլեոտիդների հաջորդականություն:

Եռյակ կամ կոդոն - երեք նուկլեոտիդների հաջորդականություն, որը կոդավորում է մեկ ամինաթթու:

Կոդը չի կարող լինել միայնակ, քանի որ 4 -ը (ԴՆԹ -ում տարբեր նուկլեոտիդների թիվը) 20 -ից փոքր է: Կոդը չի կարող կրկնապատկվել, քանի որ 16 -ը (4 նուկլեոտիդների համակցությունների և փոխակերպումների թիվը 2 -ով) 20 -ից փոքր է: Կոդը կարող է եռակի լինել, քանի որ 64 -ը (4 -ից 3 -ի համակցությունների և փոփոխությունների թիվը) ավելի քան 20 է:

2. այլասերվածություն:

Բոլոր ամինաթթուները, բացառությամբ մետիոնինի և տրիպտոֆանի, կոդավորված են մեկից ավելի եռյակներով. թթուներ 6 -ական եռյակ = 18 Ընդհանուր 61 եռյակ կոդավորում է 20 ամինաթթու:

3. Միջգենական կետադրական նշանների առկայություն:

Գենը ԴՆԹ -ի կտոր է, որը կոդավորում է մեկ պոլիպեպտիդ շղթա կամ tRNA, rRNA կամ sRNA մեկ մոլեկուլ:

Գեները tRNA, rRNA, sRNA սպիտակուցները չեն կոդավորում:

Պոլիպեպտիդ կոդավորող յուրաքանչյուր գենի վերջում կա վերջավորության 3 կոդոններից առնվազն մեկը կամ կանգառի ազդանշաններ ՝ UAA, UAG, UGA: Նրանք դադարեցնում են հեռարձակումը:

Պայմանականորեն, AUG ծածկագիրը, որն առաջինն է առաջնորդի հաջորդականությունից հետո, նույնպես վերաբերում է կետադրական նշաններին: Այն գործում է որպես մեծատառ: Այս դիրքում այն ​​ծածկագրում է ֆորմիլմետիոնինը (պրոկարիոտներում):

4. Միանշանակություն:

Յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է միայն մեկ ամինաթթու կամ թարգմանության տերմինատոր է:

Բացառություն է AUG ծածկագիրը: Պրոկարիոտներում, առաջին դիրքում (մեծատառ), այն ծածկագրում է ֆորմիլմետիոնինը, իսկ ցանկացած այլում `մեթիոնինը:

5. Կոմպակտություն, կամ ներգենային կետադրական նշանների բացակայություն:

Գենի մեջ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ նշանակության կոդոնի մաս է:

1961 թ. Սեյմուր Բենզերը և Ֆրենսիս Կրիկը փորձնականորեն ապացուցել են, որ ծածկագիրը եռակի և կոմպակտ է:

Փորձի էությունը. «+» Մուտացիա - մեկ նուկլեոտիդի տեղադրում: «-» մուտացիան մեկ նուկլեոտիդի կորուստ է: Գենի սկզբում մեկ «+» կամ «-» մուտացիան փչացնում է ամբողջ գենը: Կրկնակի «+» կամ «-» մուտացիան նույնպես փչացնում է ամբողջ գենը: Գենի սկզբում եռակի «+» կամ «-» մուտացիան փչացնում է դրա միայն մի մասը: Չորս «+» կամ «-» մուտացիան նորից փչացնում է ամբողջ գենը:

Փորձը ապացուցում է, որ ծածկագիրը եռակի է, և գենի ներսում կետադրական նշաններ չկան: Փորձը կատարվել է երկու հարակից ֆագերի գեների վրա եւ, բացի այդ, ցույց է տվել գեների միջեւ կետադրական նշանների առկայությունը:

3. Գենետիկական տեղեկատվություն

Գենետիկական տեղեկատվությունը օրգանիզմների հատկությունների ծրագիր է, որը ստացվել է նախնիներից և ներդրվել ժառանգական կառուցվածքներում ՝ գենետիկական կոդի տեսքով:

Ենթադրվում է, որ գենետիկական տեղեկատվության ձևավորումը ընթացել է ըստ սխեմայի. Երկրաքիմիական գործընթացներ - հանքանյութերի ձևավորում - էվոլյուցիոն կատալիզ (ավտոկատալիզ):

Հնարավոր է, որ առաջին պարզունակ գեները եղել են միկրոբյուրեղային կավի բյուրեղներ, որոնցից յուրաքանչյուր նոր կավե շերտ կառուցվել է նախորդի կառուցվածքային հատկանիշներին համապատասխան, կարծես դրանից կառույցի մասին տեղեկատվություն ստանալով:

Գենետիկական տեղեկատվության իրականացումը տեղի է ունենում սպիտակուցային մոլեկուլների սինթեզի ժամանակ `օգտագործելով երեք ՌՆԹ` տեղեկատվական (mRNA), տրանսպորտ (tRNA) և ռիբոսոմային (rRNA): Տեղեկատվության փոխանցման գործընթացը հետևյալն է. և - ալիքով հետադարձ կապմիջին - սպիտակուց - ԴՆԹ:

Կենդանի օրգանիզմներն ունակ են տեղեկատվություն ստանալու, պահելու և փոխանցելու: Ավելին, կենդանի օրգանիզմները հակված են հնարավորինս արդյունավետ օգտագործել իրենց և շրջակա աշխարհի մասին ստացված տեղեկատվությունը: Esառանգական տեղեկատվությունը, որը ներդրված է գեներում և անհրաժեշտ է կենդանի օրգանիզմի գոյության, զարգացման և վերարտադրության համար, փոխանցվում է յուրաքանչյուր անհատից իր սերունդներին: Այս տեղեկատվությունը որոշում է օրգանիզմի զարգացման ուղղությունը և դրա հետ փոխազդեցության գործընթացում միջավայրընրա անհատի նկատմամբ արձագանքը կարող է խեղաթյուրվել ՝ դրանով իսկ ապահովելով սերունդների զարգացման էվոլյուցիան: Կենդանի օրգանիզմի էվոլյուցիայի գործընթացում նոր տեղեկատվություն է առաջանում և հիշվում, և դրա համար տեղեկատվության արժեքը մեծանում է:

Ժառանգական տեղեկատվության իրականացման ընթացքում որոշակի պայմաններ արտաքին միջավայրառաջանում է տվյալ կենսաբանական տեսակների օրգանիզմների ֆենոտիպը:

Գենետիկական տեղեկատվությունը որոշում է ձևաբանական կառուցվածքը, աճը, զարգացումը, նյութափոխանակությունը, մտավոր կազմը, հիվանդությունների և մարմնի գենետիկական արատների նախատրամադրվածությունը:

Շատ գիտնականներ, իրավացիորեն ընդգծելով տեղեկատվության դերը կենդանի էակների ձևավորման և էվոլյուցիայի մեջ, այս հանգամանքը նշեցին որպես կյանքի հիմնական չափանիշներից մեկը: Այսպիսով, Վ.Ի. Կարագոդինը գտնում է. Տեղեկատվության և կյանքի միջև կապը նշում է նաև Ա.Ա. Լյապունով. «Կյանքը նյութի խիստ կարգավորված վիճակ է, որն օգտագործում է առանձին մոլեկուլների վիճակների կոդավորված տեղեկատվությունը` համառ ռեակցիաներ առաջացնելու համար »: Մեր նշանավոր աստղաֆիզիկոս Ն.Ս. Քարդաշևը նաև շեշտում է կյանքի տեղեկատվական բաղադրիչը. վերարտադրումը և, ինչը հատկապես կարևոր է մեզ համար, ավելի շատ ստանալու համար ավելինտեղեկատվություն »: Բնապահպան Ֆ. Թիպլերը ուշադրություն է հրավիրում կենդանի օրգանիզմների` տեղեկատվություն պահելու և փոխանցելու այս ունակության վրա `« Անմահության ֆիզիկա »գրքում. նա կարծում է, որ եթե դա այդպես է, ապա համակարգի կյանքը `տեղեկատվությունը հավերժական է, անսահման և անմահ:

Գենետիկական ծածկագրի բացահայտում և օրինաչափությունների հաստատում մոլեկուլային կենսաբանությունցույց տվեց ժամանակակից գենետիկայի և Դարվինի էվոլյուցիայի տեսության համատեղման անհրաժեշտությունը: Ահա թե ինչպես ծնվեց մի նոր կենսաբանական հարացույց. սինթետիկ տեսությունէվոլյուցիա (STE), որը կարելի է համարել ոչ դասական կենսաբանություն:

Դարվինի էվոլյուցիայի հիմնական գաղափարներն իր եռյակի հետ `ժառանգականությունը, փոփոխականությունը, բնական ընտրությունը` կենդանի աշխարհի էվոլյուցիայի ժամանակակից տեսանկյունից լրացվում են ոչ միայն բնական ընտրության, այլ գենետիկորեն որոշված ​​ընտրության գաղափարներով: Սինթետիկ կամ ընդհանուր էվոլյուցիայի զարգացման սկիզբը կարելի է համարել Ս.Ս. Չեթվերիկովը ՝ պոպուլյացիայի գենետիկայի վերաբերյալ, որում ցույց է տրվել, որ ընտրության են ենթարկվում ոչ թե առանձին հատկանիշներն ու անհատները, այլ ամբողջ բնակչության գենոտիպը, բայց դա իրականացվում է առանձին անհատների ֆենոտիպային հատկությունների միջոցով: Սա հանգեցնում է շահավետ փոփոխությունների տարածմանը ամբողջ բնակչության շրջանում: Այսպիսով, էվոլյուցիայի մեխանիզմը իրականացվում է ինչպես գենետիկական մակարդակում պատահական մուտացիաների, այնպես էլ ամենաթանկարժեք հատկությունների (տեղեկատվության արժեքի) ժառանգման միջոցով, որոնք որոշում են մուտացիոն հատկությունների հարմարվողականությունը շրջակա միջավայրին ՝ ապահովելով առավել կենսունակ սերունդ:

Կլիմայի սեզոնային փոփոխությունները, տարբեր բնական կամ տեխնածին աղետներմի կողմից դրանք հանգեցնում են պոպուլյացիաներում գեների կրկնության հաճախականության փոփոխության և, որպես հետևանք, ժառանգական փոփոխականության նվազման: Այս գործընթացը երբեմն կոչվում է գենային շեղում: Մյուս կողմից, դա հանգեցնում է տարբեր մուտացիաների կոնցենտրացիայի փոփոխությունների և պոպուլյացիայում պարունակվող գենոտիպերի բազմազանության նվազման, ինչը կարող է հանգեցնել ընտրության ուղղության և ինտենսիվության փոփոխության:

4. Մարդու գենետիկական կոդի վերծանումը

Մարդու գենոմի վերծանման ուղղությամբ աշխատող գիտնականները 2006 -ի մայիսին հրապարակեցին 1 -ին քրոմոսոմի ամբողջական գենետիկական քարտեզը, որը մարդկային քրոմոսոմի վերջին ոչ լիարժեք հաջորդականությունն էր:

Մարդու գենետիկական նախնական քարտեզը հրապարակվել է 2003 թվականին ՝ նշելով «Մարդու գենոմ» ծրագրի պաշտոնական ավարտը: Դրա շրջանակներում հաջորդականացվել են մարդկային գեների 99% -ը պարունակող գենոմի բեկորները: Գենի նույնականացման ճշգրտությունը 99,99%էր: Այնուամենայնիվ, ծրագրի ավարտի պահին 24 քրոմոսոմներից միայն չորսը լիովին հաջորդականացվեցին: Փաստն այն է, որ բացի գեներից, քրոմոսոմները պարունակում են բեկորներ, որոնք չեն ծածկագրում որևէ նշան և չեն մասնակցում սպիտակուցների սինթեզին: Այս բեկորների դերը օրգանիզմի կյանքում դեռևս անհայտ է, բայց ավելի ու ավելի շատ հետազոտողներ հակված են կարծելու, որ իրենց ուսումնասիրությունը պահանջում է առավելագույն ուշադրություն:

Cellանկացած բջիջում և օրգանիզմում անատոմիական, ձևաբանական և ֆունկցիոնալ բնույթի բոլոր հատկությունները որոշվում են դրանցում ներառված սպիտակուցների կառուցվածքով: Մարմնի ժառանգական հատկությունը որոշակի սպիտակուցներ սինթեզելու ունակությունն է: Ամինաթթուները տեղակայված են պոլիպեպտիդային շղթայում, որից կախված են կենսաբանական հատկությունները:
Յուրաքանչյուր բջիջ բնութագրվում է պոլինուկլեոտիդային ԴՆԹ շղթայի նուկլեոտիդների իր հաջորդականությամբ: Սա ԴՆԹ -ի գենետիկական կոդն է: Դրա միջոցով գրանցվում են որոշակի սպիտակուցների սինթեզի մասին տեղեկություններ: Այս հոդվածը նկարագրում է, թե որն է գենետիկական ծածկագիրը, դրա հատկությունները և գենետիկական տեղեկատվությունը:

Մի քիչ պատմություն

Գաղափարը, որ գենետիկական կոդը կարող է գոյություն ունենալ, ձևակերպվել է G. Գամոուի և Ա. Դաունի կողմից քսաներորդ դարի կեսերին: Նրանք նկարագրեցին, որ որոշակի ամինաթթվի սինթեզի համար պատասխանատու նուկլեոտիդների հաջորդականությունը պարունակում է առնվազն երեք միավոր: Հետագայում նրանք ապացուցեցին երեք նուկլեոտիդների ճշգրիտ թիվը (սա գենետիկական կոդի միավոր է), որը կոչվում էր եռյակ կամ կոդոն: Ընդհանուր առմամբ վաթսունչորս նուկլեոտիդ կա, քանի որ թթվային մոլեկուլը, որտեղ հանդիպում է ՌՆԹ-ն, բաղկացած է չորս տարբեր նուկլեոտիդների մնացորդներից:

Ո՞րն է գենետիկական ծածկագիրը

Նուկլեոտիդային հաջորդականության պատճառով ամինաթթուների սպիտակուցային հաջորդականության կոդավորման եղանակը բնորոշ է բոլոր կենդանի բջիջներին և օրգանիզմներին: Ահա թե որն է գենետիկական ծածկագիրը:
ԴՆԹ -ում կա չորս նուկլեոտիդ.

• ադենին - A;
• գուանին - G;
• ցիտոզին - C;
• թիմին - Տ.

Դրանք նշանակված են մեծատառ լատիներենով կամ (ռուսալեզու գրականությամբ) ռուսերենով:
ՌՆԹ -ում կան նաև չորս նուկլեոտիդներ, բայց դրանցից մեկը տարբերվում է ԴՆԹ -ից.

• ադենին - A;
• գուանին - G;
• ցիտոզին - C;
• ուրացիլ - Ու.

Բոլոր նուկլեոտիդները շարված են շղթաներով, և ԴՆԹ -ում ստացվում է կրկնակի պարույր, իսկ ՌՆԹ -ում ՝ մեկ:
Սպիտակուցները կառուցված են քսան ամինաթթուների վրա, որտեղ նրանք, որոշակի հաջորդականությամբ տեղակայված, որոշում են դրա կենսաբանական հատկությունները:

Գենետիկական ծածկագրի հատկությունները

Եռակիություն: Գենետիկական կոդի միավորը բաղկացած է երեք տառից, այն եռյակ է: Սա նշանակում է, որ գոյություն ունեցող քսան ամինաթթուները կոդավորված են երեք հատուկ նուկլեոտիդներով, որոնք կոչվում են կոդոններ կամ եռոտաններ: Կան վաթսունչորս համակցություններ, որոնք կարելի է պատրաստել չորս նուկլեոտիդներից: Այս գումարը ավելի քան բավարար է քսան ամինաթթուներ կոդավորելու համար:
Այլասերվածություն: Յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է մեկից ավելի կոդոնների, բացառությամբ մետիոնինի և տրիպտոֆանի:
Միանշանակություն: Մեկ կոդոն ծածկագրում է մեկ ամինաթթու: Օրինակ ՝ գենի մեջ առողջ մարդհեմոգլոբինի բետա թիրախի մասին տեղեկատվությամբ, GAG և GAA եռյակը կոդավորում է A- ն բոլորի մոտ, ովքեր հիվանդ են մանգաղային սակավարյունությամբ, փոխարինվում է մեկ նուկլեոտիդով:
Կոլինարիտություն: Ամինաթթուների հաջորդականությունը միշտ համապատասխանում է նուկլեոտիդային հաջորդականությանը, որը պարունակում է գենը:
Գենետիկական ծածկագիրը շարունակական է և կոմպակտ, ինչը նշանակում է, որ այն չունի «կետադրական նշաններ»: Այսինքն, սկսած որոշակի կոդոնից, կա շարունակական ընթերցում: Օրինակ ՝ AUGGUGTSUUAAUGUG կկարդա այսպես ՝ AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG: Բայց ոչ AUG, UGG և այլն կամ այլ կերպ:
Բազմակողմանիություն: Դա նույնն է բացարձակապես բոլոր երկրային օրգանիզմների համար ՝ մարդկանցից մինչև ձուկ, սնկեր և բակտերիաներ:

սեղան

Ոչ բոլոր առկա ամինաթթուները ներկայացված են ներկայացված աղյուսակում: Հիդրօքսիպրոլինը, հիդրոքսիլիսինը, ֆոսֆոսերինը, թիրոզինի, ցիստինի և որոշ այլ յոդի ածանցյալները բացակայում են, քանի որ դրանք mRNA- ով կոդավորված այլ ամինաթթուների ածանցյալներ են և ձևավորվել են թարգմանության արդյունքում սպիտակուցների փոփոխումից հետո:
Գենետիկական կոդի հատկություններից հայտնի է, որ մեկ կոդոն ընդունակ է կոդավորելու մեկ ամինաթթու: Բացառություն է կատարողը լրացուցիչ գործառույթներև կոդավորումը վալինի և մեթիոնինի համար, գենետիկական ծածկագիրը: ԻՌՆԱ-ն, սկզբում լինելով կոդոնի հետ, կցում է t-RNA, որը կրում է ֆորմիլմետիոն: Սինթեզի ավարտից հետո այն անջատվում է ինքնուրույն և գրավում ֆորմիլային մնացորդը ՝ փոխակերպվելով մետիոնինի մնացորդի: Այսպիսով, վերը նշված կոդոնները պոլիպեպտիդ շղթայի սինթեզի նախաձեռնողներ են: Եթե ​​դրանք սկզբում չեն, ուրեմն ոչնչով չեն տարբերվում մյուսներից:

Գենետիկական տեղեկատվություն

Այս հասկացությունը վերաբերում է սեփականության ծրագրին, որը փոխանցվել է նախնիներից: Այն ներդրված է ժառանգականության մեջ ՝ որպես գենետիկական կոդ:
Գենետիկական ծածկագիրը կիրառվում է սպիտակուցների սինթեզի ժամանակ.

• տեղեկատվական i-RNA;
• ռիբոսոմային r-RNA:

Տեղեկատվությունը փոխանցվում է անմիջական կապով (ԴՆԹ-ՌՆԹ-սպիտակուց) և հակադարձ (միջավայր-սպիտակուց-ԴՆԹ):
Օրգանիզմները կարող են այն ստանալ, պահել, փոխանցել և օգտագործել առավել արդյունավետ:
Անցնելով ժառանգությամբ ՝ տեղեկատվությունը որոշում է օրգանիզմի զարգացումը: Բայց շրջակա միջավայրի հետ փոխազդեցության պատճառով վերջինիս արձագանքը խեղաթյուրված է, որի պատճառով տեղի է ունենում էվոլյուցիա և զարգացում: Այսպիսով, նոր տեղեկություններ են դրվում մարմնում:

Մոլեկուլային կենսաբանության օրենքների հաշվարկը և գենետիկական ծածկագրի հայտնաբերումը ցույց տվեցին, որ անհրաժեշտ է գենետիկան համատեղել Դարվինի տեսության հետ, որի հիման վրա հայտնվեց էվոլյուցիայի սինթետիկ տեսություն ՝ ոչ դասական կենսաբանություն:
Դարվինի ժառանգականությունը, փոփոխականությունը և բնական ընտրությունը լրացվում են գենետիկորեն որոշված ​​ընտրությամբ: Էվոլյուցիան կատարվում է գենետիկական մակարդակում `պատահական մուտացիաների և ամենաթանկարժեք հատկությունների ժառանգման միջոցով, որոնք առավել հարմարեցված են շրջակա միջավայրին:

Կոդի վերծանում անձի մեջ

Իննսունական թվականներին սկսվեց Մարդու գենոմի նախագիծը, որի արդյունքում 2000 -ականներին հայտնաբերվեցին մարդկային գեների 99,99% -ը պարունակող գենոմի բեկորներ: Բեկորները, որոնք ներգրավված չեն սպիտակուցների սինթեզում և կոդավորված չեն, մնացին անհայտ: Նրանց դերը դեռ անհայտ է:

Վերջին 1 քրոմոսոմը, որը հայտնաբերվել է 2006 թվականին, ամենաերկարն է գենոմում: Ավելի քան երեք հարյուր հիսուն հիվանդություններ, ներառյալ քաղցկեղը, ի հայտ են գալիս դրա խանգարումների և մուտացիաների արդյունքում:

Նման ուսումնասիրությունների դերը դժվար թե գերագնահատվի: Երբ նրանք հայտնաբերեցին, թե որն է գենետիկական ծածկագիրը, հայտնի դարձավ, թե ինչ նախշերով է տեղի ունենում զարգացումը, ինչպես են ձևավորվում ձևաբանական կառուցվածքը, հոգեբանությունը, որոշակի հիվանդությունների նկատմամբ նախատրամադրվածությունը, նյութափոխանակությունը և արատները: