Išnagrinėję šias temas turėtumėte sugebėti:
- Apibūdinkite šias sąvokas ir paaiškinkite jų ryšį:
- polimeras, monomeras;
- angliavandeniai, monosacharidai, disacharidai, polisacharidai;
- lipidas, riebalų rūgštis, glicerinas;
- aminorūgštis, peptidinė jungtis, baltymai;
- katalizatorius, fermentas, aktyvi vieta;
- nukleino rūgštis, nukleotidas.
- Išvardykite 5–6 priežastis, kodėl vanduo yra tokia svarbi gyvų sistemų sudedamoji dalis.
- Išvardykite keturias pagrindines klases organiniai junginiai esantys gyvuose organizmuose; apibūdinkite kiekvieno vaidmenį.
- Paaiškinkite, kodėl fermentų kontroliuojamos reakcijos priklauso nuo temperatūros, pH ir kofermentų buvimo.
- Apibūdinkite ATP vaidmenį ląstelės energijos ekonomikoje.
- Nurodykite šviesos sukeltų reakcijų ir anglies fiksavimo reakcijų pradines medžiagas, pagrindinius etapus ir galutinius produktus.
- Duoti Trumpas aprašymas bendra schema ląstelinis kvėpavimas, iš kurio būtų aišku, kokią vietą užima glikolizės reakcijos, G. Krebso ciklas (ciklas citrinos rūgštis) ir elektronų pernešimo grandinę.
- Palyginkite kvėpavimą ir fermentaciją.
- Apibūdinkite DNR molekulės struktūrą ir paaiškinkite, kodėl adenino liekanų skaičius lygus timino likučių skaičiui, o guanino liekanų skaičius lygus citozino likučių skaičiui.
- Sukurti trumpa schema RNR sintezė į DNR (transkripcija) prokariotuose.
- Apibūdinkite genetinio kodo savybes ir paaiškinkite, kodėl jis turėtų būti tripletas.
- Remdamiesi šia DNR grandine ir kodonų lentele, nustatykite komplementarią pasiuntinio RNR seką, nurodykite pernešančios RNR kodonus ir aminorūgščių seką, kuri susidaro dėl transliacijos.
- Išvardykite baltymų sintezės etapus ribosomų lygyje.
Problemų sprendimo algoritmas.
1 tipas. Savarankiškas DNR kopijavimas.
Viena iš DNR grandinių turi tokią nukleotidų seką:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Kokią nukleotidų seką turi antroji tos pačios molekulės grandinė?
Norint parašyti antrosios DNR molekulės grandinės nukleotidų seką, kai žinoma pirmosios grandinės seka, pakanka timiną pakeisti adeninu, adeniną timinu, guaniną citozinu, citoziną guaninu. Atlikę šį pakeitimą, gauname seką:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...
Tipas 2. Baltymų kodavimas.
Ribonukleazės baltymo aminorūgščių grandinė prasideda tokia: lizinas-glutaminas-treoninas-alaninas-alaninas-alaninas-lizinas ...
Kokia nukleotidų seka pradeda šį baltymą atitinkantį geną?
Norėdami tai padaryti, naudokite genetinio kodo lentelę. Kiekvienai aminorūgščiai randame jos kodo pavadinimą atitinkamo nukleotidų trio pavidalu ir užrašome. Išdėstę šiuos tripletus vieną po kito ta pačia tvarka kaip ir atitinkamos aminorūgštys, gauname pasiuntinio RNR sekcijos struktūros formulę. Paprastai tokių triviečių yra keletas, pasirinkimas daromas pagal jūsų sprendimą (tačiau paimamas tik vienas iš trigubų). Atitinkamai gali būti keli sprendimai.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG
Kokia aminorūgščių seka prasideda baltymas, jei jį koduoja tokia nukleotidų seka:
ACGCCATGGCCGGT...
Pagal komplementarumo principą randame tam tikrame DNR molekulės segmente suformuotos informacinės RNR sekcijos struktūrą:
UGCGGGUACCCGCCCA...
Tada kreipiamės į genetinio kodo lentelę ir kiekvienam nukleotidų trijui, pradedant nuo pirmojo, randame ir užrašome jį atitinkančią aminorūgštį:
Cisteinas-glicinas-tirozinas-argininas-prolinas-...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. “ Bendroji biologija“. Maskva, „Švietimas“, 2000 m
- 4 tema“. Cheminė sudėtis ląstelės.“ §2-§7 p. 7-21
- 5 tema. "Fotosintezė". §16-17 p. 44-48
- 6 tema. „Ląstelių kvėpavimas“. §12-13 34-38 p
- 7 tema. „Genetinė informacija“. §14-15 39-44 p
5 paskaita Genetinis kodas
Sąvokos apibrėžimas
Genetinis kodas yra sistema, skirta įrašyti informaciją apie aminorūgščių seką baltymuose, naudojant DNR nukleotidų seką.
Kadangi DNR tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje, kodas parašytas RNR kalba. Vietoj timino RNR yra uracilo.
Genetinio kodo savybės
1. Trigubas
Kiekvieną aminorūgštį koduoja 3 nukleotidų seka.
Apibrėžimas: tripletas arba kodonas yra trijų nukleotidų seka, koduojanti vieną aminorūgštį.
Kodas negali būti monopletinis, nes 4 (skirtingų nukleotidų skaičius DNR) yra mažesnis nei 20. Kodas negali būti dvigubas, nes 16 (4 nukleotidų derinių ir permutacijų skaičius po 2) yra mažesnis nei 20. Kodas gali būti tripletas, nes 64 (derinių ir permutacijų skaičius nuo 4 iki 3) yra didesnis nei 20.
2. Degeneracija.
Visos aminorūgštys, išskyrus metioniną ir triptofaną, yra koduotos daugiau nei vienu tripletu:
2 AK už 1 trijulę = 2.
9 AK x 2 trynukai = 18.
1 AK 3 trynukai = 3.
5 AK x 4 trynukai = 20.
3 AK x 6 trynukai = 18.
Iš viso 61 tripletas koduoja 20 aminorūgščių.
3. Tarpgeninių skyrybos ženklų buvimas.
Apibrėžimas:
Gene yra DNR segmentas, koduojantis vieną polipeptidinę grandinę arba vieną molekulę tPHK, rRNR arbasPHK.
GenaitPHK, rPHK, sPHKbaltymai nekoduoja.
Kiekvieno geno, koduojančio polipeptidą, gale yra bent vienas iš 3 tripletų, koduojančių RNR stop kodonus arba stop signalus. MRNR jie atrodo taip: UAA, UAG, UGA . Jie nutraukia (baigia) transliaciją.
Paprastai kodonas taip pat taikomas skyrybos ženklams RUG - pirmasis po lyderio sekos. (Žr. 8 paskaitą) Atlieka didžiosios raidės funkciją. Šioje padėtyje jis koduoja formilmetioniną (prokariotuose).
4. Unikalumas.
Kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį arba yra vertimo terminatorius.
Išimtis yra kodonas RUG . Prokariotuose pirmoje padėtyje (didžioji raidė) jis koduoja formilmetioniną, o bet kurioje kitoje pozicijoje – metioniną.
5. Kompaktiškumas arba intrageninių skyrybos ženklų nebuvimas.
Geno viduje kiekvienas nukleotidas yra reikšmingo kodono dalis.
1961 m. Seymouras Benzeris ir Francisas Crickas eksperimentiškai įrodė, kad kodas yra trigubas ir kompaktiškas.
Eksperimento esmė: „+“ mutacija – vieno nukleotido įterpimas. „-“ mutacija – vieno nukleotido praradimas. Viena „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina visą geną. Dviguba „+“ arba „-“ mutacija taip pat sugadina visą geną.
Triguba „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina tik dalį jo. Keturguba „+“ arba „-“ mutacija vėl sugadina visą geną.
Eksperimentas tai įrodo kodas yra tripletas ir geno viduje nėra skyrybos ženklų. Eksperimentas buvo atliktas su dviem gretimais fagų genais ir, be to, parodė, skyrybos ženklų buvimas tarp genų.
6. Universalumas.
Visų Žemėje gyvenančių būtybių genetinis kodas yra vienodas.
„Burrell“ atidaryta 1979 m idealusžmogaus mitochondrijų kodas.
Apibrėžimas:
„Idealus“ yra genetinis kodas, kuriame įvykdoma kvazidubleto kodo išsigimimo taisyklė: jei pirmieji du nukleotidai dviejuose tripletuose sutampa, o trečiieji priklauso tai pačiai klasei (abu yra purinai arba abu yra pirimidinai) , tada šie tripletai koduoja tą pačią aminorūgštį .
Bendrajame kode yra dvi šios taisyklės išimtys. Abu nukrypimai nuo idealaus universalaus kodo yra susiję su pagrindiniais dalykais: baltymų sintezės pradžia ir pabaiga:
kodonas | Universalus kodas | Mitochondrijų kodai |
|||
Stuburiniai gyvūnai | Bestuburiai | Mielės | Augalai |
||
SUSTABDYTI | SUSTABDYTI |
||||
Su UA | |||||
A G A | SUSTABDYTI | ||||
SUSTABDYTI | 230 pakeitimų nekeičia užkoduotos aminorūgšties klasės. iki plėšomumo. 1956 metais Georgijus Gamovas pasiūlė persidengiančio kodo variantą. Pagal Gamow kodą kiekvienas nukleotidas, pradedant nuo trečiojo geno, yra 3 kodonų dalis. Iššifravus genetinį kodą paaiškėjo, kad jis nesutampa, t.y. kiekvienas nukleotidas yra tik vieno kodono dalis. Sutampančio genetinio kodo privalumai: kompaktiškumas, mažesnė baltymo struktūros priklausomybė nuo nukleotido įterpimo ar delecijos. Trūkumas: didelė baltymo struktūros priklausomybė nuo nukleotidų pakeitimo ir apribojimo kaimynams. 1976 metais buvo sekvenuota φX174 fago DNR. Jame yra vienos grandinės žiedinė 5375 nukleotidų DNR. Buvo žinoma, kad fagas koduoja 9 baltymus. 6 iš jų buvo nustatyti vienas po kito esantys genai. Paaiškėjo, kad yra sutapimas. E genas yra visiškai geno viduje D . Jo iniciacijos kodonas atsiranda dėl vieno nukleotido poslinkio skaityme. Gene J prasideda ten, kur baigiasi genas D . Genų iniciacijos kodonas J persidengia su geno terminaciniu kodonu D dėl dviejų nukleotidų poslinkio. Šis dizainas vadinamas „skaitymo rėmelio poslinkiu“ pagal nukleotidų skaičių, kuris nėra trijų kartotinis. Iki šiol sutapimas buvo parodytas tik keliuose faguose. DNR informacinis pajėgumas Žemėje yra 6 milijardai žmonių. Paveldima informacija apie juos 4x10 13 knygos puslapių. Šie puslapiai užimtų 6 NSU pastatų erdvę. 6x10 9 spermatozoidai užima pusę antpirščio. Jų DNR užima mažiau nei ketvirtadalį antpirščio. | ||||
0
Genetinis kodas yra baltymų aminorūgščių sekos kodavimo būdas naudojant DNR molekulėje esančią nukleotidų seką, būdingą visiems gyviems organizmams.
Genetinės informacijos įgyvendinimas gyvose ląstelėse (ty DNR užkoduoto baltymo sintezė) atliekamas naudojant du matricos procesus: transkripciją (tai yra mRNR sintezę DNR matricoje) ir transliaciją (polipeptidinės grandinės sintezę mRNR matrica).
DNR naudoja keturis nukleotidus – adeniną (A), guaniną (G), citoziną (C), timiną (T). Šios „raidės“ sudaro genetinio kodo abėcėlę. RNR naudoja tuos pačius nukleotidus, išskyrus timiną, kuris pakeičiamas uracilu (U). DNR ir RNR molekulėse nukleotidai išsirikiuoja į grandines ir taip gaunamos „raidžių“ sekos.
DNR nukleotidų sekoje yra kodiniai „žodžiai“ kiekvienai būsimos baltymo molekulės aminorūgščiai – genetinis kodas. Jį sudaro tam tikra nukleotidų seka DNR molekulėje.
Trys iš eilės einantys nukleotidai koduoja vienos aminorūgšties „pavadinimą“, tai yra, kiekvieną iš 20 aminorūgščių koduoja reikšmingas kodo vienetas – trijų nukleotidų derinys, vadinamas tripletu arba kodonu.
Šiuo metu DNR kodas yra visiškai iššifruotas ir galime kalbėti apie tam tikras savybes, būdingas šiam unikalumui biologinė sistema, kuris suteikia informacijos vertimą iš DNR „kalbos“ į baltymo „kalbą“.
Genetinės informacijos nešėja yra DNR, tačiau kadangi mRNR, vienos iš DNR grandinių kopija, tiesiogiai dalyvauja baltymų sintezėje, genetinis kodas dažniausiai rašomas „RNR kalba“.
| Amino rūgštis | Koduojantys RNR tripletai |
|---|---|
| Alaninas | GCU GCC GCA GCG |
| Argininas | TsGU TsGTs TsGA TsGG AGA AGG |
| Asparaginas | AAU AAC |
| Asparto rūgštis | GAU GAC |
| Valinas | GUU GUTS GUA GUG |
| Histidinas | CAU ŠMC |
| Glicinas | GSU GGC GGA GYY |
| Glutaminas | CAA CAG |
| Glutamo rūgštis | GAA GAG |
| Izoleucinas | AAU AUC AUA |
| Leucinas | TSUU TSUT TSUA TSUG UUA UUG |
| Lizinas | AAA AAG |
| metioninas | RUG |
| Prolinas | CCC CCC CCA CCG |
| Ramus | UCU UCC UCA UCG ASU AGC |
| Tirozinas | UAU UAC |
| Treoninas | ACC ACC ACA ACG |
| triptofanas | UGG |
| Fenilalaninas | uuu uuc |
| Cisteinas | UGU UHC |
| SUSTABDYTI | UGA UAG UAA |
Genetinio kodo savybės
Trys iš eilės einantys nukleotidai (azoto bazės) koduoja vienos aminorūgšties „pavadinimą“, tai yra, kiekviena iš 20 aminorūgščių yra užšifruota reikšmingu kodo vienetu – trijų nukleotidų deriniu, vadinamu. trynukas arba kodonas.
Tripletas (kodonas)- trijų nukleotidų (azoto bazių) seka DNR arba RNR molekulėje, kuri lemia tam tikros aminorūgšties įtraukimą į baltymo molekulę jos sintezės metu.
- Vienareikšmiškumas (diskretiškumas)
Vienas tripletas negali koduoti dviejų skirtingų aminorūgščių; jis koduoja tik vieną aminorūgštį. Tam tikras kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį.
Kiekviena aminorūgštis gali būti apibrėžta daugiau nei vienu tripletu. Išimtis - metioninas ir triptofanas. Kitaip tariant, keli kodonai gali atitikti tą pačią aminorūgštį.
- nesutampa
Ta pati bazė negali būti vienu metu dviejuose gretimuose kodonuose.
Kai kurie trynukai nekoduoja aminorūgščių, bet yra savotiški. kelio ženklai“, kurie lemia atskirų genų (UAA, UAG, UGA) pradžią ir pabaigą, kurių kiekvienas reiškia sintezės nutraukimą ir yra kiekvieno geno gale, todėl galime kalbėti apie genetinio kodo poliškumą.
Gyvūnuose ir augaluose, grybuose, bakterijose ir virusuose tas pats tripletas koduoja tos pačios rūšies aminorūgštis, tai yra, visų gyvų būtybių genetinis kodas yra vienodas. Kitaip tariant, universalumas – tai genetinio kodo gebėjimas vienodai veikti organizmuose. skirtingi lygiai sudėtingumas nuo virusų iki žmonių. DNR kodo universalumas patvirtina visos mūsų planetos gyvybės kilmės vienovę. Genų inžinerijos metodai yra pagrįsti genetinio kodo universalumo savybe.
Iš genetinio kodo atradimo istorijos
Pirmą kartą egzistencijos idėja genetinis kodas suformulavo A. Down ir G. Gamow 1952-1954 m. Mokslininkai įrodė, kad nukleotidų seka, vienareikšmiškai lemianti tam tikros aminorūgšties sintezę, turi turėti bent tris ryšius. Vėliau buvo įrodyta, kad tokia seka susideda iš trijų nukleotidų, vadinamų kodonas arba trynukas.
Klausimai, kurie nukleotidai yra atsakingi už tam tikros aminorūgšties įtraukimą į baltymo molekulę ir kiek nukleotidų lemia šį įtraukimą, liko neišspręsti iki 1961 m. Teorinė analizė parodė, kad kodas negali būti sudarytas iš vieno nukleotido, nes šiuo atveju gali būti užkoduotos tik 4 aminorūgštys. Tačiau kodas taip pat negali būti dubletas, tai yra, dviejų nukleotidų derinys iš keturių raidžių „abėcėlės“ negali apimti visų aminorūgščių, nes teoriškai galimi tik 16 tokių derinių (4 2 = 16).
20 aminorūgščių užkoduoti pakanka trijų iš eilės einančių nukleotidų, taip pat „stop“ signalo, reiškiančio baltymo sekos pabaigą, kai galimų kombinacijų skaičius yra 64 (4 3 = 64).
Švietimo ir mokslo ministerija Rusijos Federacija federalinė agentūrašvietimo
valstybė švietimo įstaiga aukštesnė profesinis išsilavinimas„Altajaus valstija Technikos universitetas juos. I.I. Polzunovas"
Gamtos mokslų ir sistemų analizės katedra
Esė tema "Genetinis kodas"
1. Genetinio kodo samprata
3. Genetinė informacija
Bibliografija
1. Genetinio kodo samprata
Genetinis kodas yra būdingas gyviems organizmams viena sistema paveldimos informacijos įrašai nukleorūgščių molekulėse nukleotidų sekos pavidalu. Kiekvienas nukleotidas žymimas didžiąja raide, kuria prasideda azoto bazės, kuri yra jo dalis, pavadinimas: - A (A) adeninas; - G (G) guaninas; - C (C) citozinas; - T (T) timinas (DNR) arba U (U) uracilas (mRNR).
Genetinio kodo įgyvendinimas ląstelėje vyksta dviem etapais: transkripcija ir vertimas.
Pirmasis iš jų vyksta branduolyje; ji susideda iš mRNR molekulių sintezės atitinkamose DNR dalyse. Tokiu atveju DNR nukleotidų seka „perrašoma“ į RNR nukleotidų seką. Antrasis etapas vyksta citoplazmoje, ribosomose; šiuo atveju i-RNR nukleotidų seka paverčiama aminorūgščių seka baltyme: šiame etape dalyvauja pernešimo RNR (t-RNR) ir atitinkami fermentai.
2. Genetinio kodo savybės
1. Trigubas
Kiekvieną aminorūgštį koduoja 3 nukleotidų seka.
Tripletas arba kodonas yra trijų nukleotidų seka, koduojanti vieną aminorūgštį.
Kodas negali būti monopletinis, nes 4 (skirtingų nukleotidų skaičius DNR) yra mažesnis nei 20. Kodas negali būti dvigubas, nes 16 (4 nukleotidų derinių ir permutacijų skaičius po 2) yra mažesnis nei 20. Kodas gali būti tripletas, nes 64 (derinių ir permutacijų skaičius nuo 4 iki 3) yra didesnis nei 20.
2. Degeneracija.
Visas aminorūgštis, išskyrus metioniną ir triptofaną, koduoja daugiau nei vienas tripletas: 2 aminorūgštys 1 tripletas = 2 9 aminorūgštys po 2 tripletus = 18 1 aminorūgštis 3 tripletai = 3 5 aminorūgštys 4 tripletai = 20 3 aminorūgštys 6 tripletai kiekvienas = 18 Iš viso 61 tripletas kodas 20 aminorūgščių.
3. Tarpgeninių skyrybos ženklų buvimas.
Genas yra DNR dalis, koduojanti vieną polipeptidinę grandinę arba vieną tRNR, rRNR arba sRNR molekulę.
tRNR, rRNR ir sRNR genai nekoduoja baltymų.
Kiekvieno geno, koduojančio polipeptidą, gale yra bent vienas iš 3 terminacinių kodonų arba stop signalų: UAA, UAG, UGA. Jie nutraukia transliaciją.
Paprastai AUG kodonas taip pat priklauso skyrybos ženklams – pirmam po lyderio sekos. Ji atlieka didžiosios raidės funkciją. Šioje padėtyje jis koduoja formilmetioniną (prokariotuose).
4. Unikalumas.
Kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį arba yra vertimo terminatorius.
Išimtis yra AUG kodonas. Prokariotuose pirmoje padėtyje (didžioji raidė) jis koduoja formilmetioniną, o bet kurioje kitoje pozicijoje – metioniną.
5. Kompaktiškumas arba intrageninių skyrybos ženklų nebuvimas.
Geno viduje kiekvienas nukleotidas yra reikšmingo kodono dalis.
1961 metais Seymouras Benzeris ir Francisas Crickas eksperimentiškai įrodė, kad kodas yra trigubas ir kompaktiškas.
Eksperimento esmė: „+“ mutacija – vieno nukleotido įterpimas. „-“ mutacija – vieno nukleotido praradimas. Viena „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina visą geną. Dviguba „+“ arba „-“ mutacija taip pat sugadina visą geną. Triguba „+“ arba „-“ mutacija geno pradžioje sugadina tik dalį jo. Keturguba „+“ arba „-“ mutacija vėl sugadina visą geną.
Eksperimentas įrodo, kad kodas yra tripletas ir geno viduje nėra skyrybos ženklų. Eksperimentas buvo atliktas su dviem gretimais fagų genais ir, be to, parodė, kad tarp genų yra skyrybos ženklų.
3. Genetinė informacija
Genetinė informacija – tai organizmo savybių programa, gauta iš protėvių ir genetinio kodo pavidalu įterpta į paveldimas struktūras.
Daroma prielaida, kad genetinės informacijos formavimasis vyko pagal schemą: geocheminiai procesai - mineralų susidarymas - evoliucinė katalizė (autokatalizė).
Gali būti, kad pirmieji primityvūs genai buvo mikrokristaliniai molio kristalai, o kiekvienas naujas molio sluoksnis išsirikiuoja pagal ankstesnio struktūrines ypatybes, tarsi iš jo gautų informaciją apie struktūrą.
Genetinės informacijos realizavimas vyksta baltymų molekulių sintezės procese, naudojant tris RNR: informacinę (mRNR), transportinę (tRNR) ir ribosominę (rRNR). Informacijos perdavimo procesas vyksta: - tiesioginio ryšio kanalu: DNR - RNR - baltymu; ir – kanalu Atsiliepimas: terpė - baltymas - DNR.
Gyvi organizmai geba priimti, saugoti ir perduoti informaciją. Be to, gyvi organizmai linkę kuo efektyviau panaudoti gautą informaciją apie save ir supantį pasaulį. Paveldima informacija, įterpta į genus ir reikalinga gyvam organizmui egzistuoti, vystytis ir daugintis, iš kiekvieno individo perduodama jo palikuonims. Ši informacija lemia organizmo vystymosi kryptį ir jo sąveikos su aplinką reakcija į savo individą gali būti iškreipta, taip užtikrinant palikuonių vystymosi raidą. Gyvo organizmo evoliucijos procese atsiranda ir įsimenama nauja informacija, įskaitant informacijos vertės padidėjimą.
Įgyvendinant paveldimą informaciją į tam tikromis sąlygomis išorinė aplinka susiformuoja tam tikros biologinės rūšies organizmų fenotipas.
Genetinė informacija lemia organizmo morfologinę sandarą, augimą, vystymąsi, medžiagų apykaitą, protinį sandėlį, polinkį į ligas ir genetinius organizmo defektus.
Daugelis mokslininkų, teisingai pabrėždami informacijos vaidmenį gyvų būtybių formavime ir evoliucijoje, pažymėjo šią aplinkybę kaip vieną iš pagrindinių gyvenimo kriterijų. Taigi, V.I. Karagodinas mano: „Gyvasis yra tokia informacijos ir jos užkoduotų struktūrų egzistavimo forma, kuri užtikrina šios informacijos atkūrimą tinkamomis aplinkos sąlygomis“. Informacijos ryšį su gyvenimu pažymi ir A.A. Lyapunovas: „Gyvybė yra labai sutvarkyta materijos būsena, kuri naudoja informaciją, užkoduotą atskirų molekulių būsenų, kad sukurtų nuolatines reakcijas“. Mūsų žinomas astrofizikas N.S. Kardaševas pabrėžia ir informacinį gyvenimo komponentą: „Gyvenimas atsiranda dėl galimybės susintetinti ypatingas molekules, kurios iš pradžių geba atsiminti ir panaudoti paprasčiausią informaciją apie aplinką ir savo struktūrą, kurią naudoja savisaugos tikslais. , dauginimuisi ir, kas mums ypač svarbu, gauti daugiau daugiau informacija". Ekologas F. Tipleris savo knygoje „Nemirtingumo fizika" atkreipia dėmesį į šį gyvų organizmų gebėjimą kaupti ir perduoti informaciją: „Gyvybę apibrėžiu kaip kažkokią užkoduotą informaciją, kurią išsaugo natūrali atranka." , tada sistemos gyvenimas – informacija yra amžina, begalinė ir nemirtinga.
Genetinio kodo atskleidimas ir modelių nustatymas molekulinė biologija parodė būtinybę sujungti šiuolaikinę genetiką ir Darvino evoliucijos teoriją. Taip gimė nauja biologinė paradigma – sintetinė teorija evoliucija (STE), kurią jau galima laikyti neklasikine biologija.
Pagrindinės Darvino evoliucijos su jo triada – paveldimumas, kintamumas, natūrali atranka – idėjos šiuolaikiniame gyvojo pasaulio evoliucijos požiūryje yra papildytos ne tik natūralios, bet ir genetiškai nulemtos atrankos idėjomis. Sintetinės arba bendrosios evoliucijos raidos pradžia galima laikyti S.S. Četverikovas apie populiacijos genetiką, kurioje buvo parodyta, kad atrenkami ne atskiri bruožai ir individai, o visos populiacijos genotipas, tačiau tai atliekama per atskirų individų fenotipinius požymius. Tai lemia naudingų pokyčių plitimą visoje populiacijoje. Taigi evoliucijos mechanizmas įgyvendinamas tiek per atsitiktines mutacijas genetiniame lygmenyje, tiek per paveldimą vertingiausius bruožus (informacijos vertę!), kurie lemia mutacinių požymių prisitaikymą prie aplinkos, suteikiant gyvybingiausius palikuonis. .
Sezoniniai klimato pokyčiai, įvairūs gamtiniai ar žmogaus sukeltų nelaimių viena vertus, jos lemia genų pasikartojimo populiacijose dažnio pasikeitimą ir dėl to paveldimo kintamumo mažėjimą. Šis procesas kartais vadinamas genetiniu dreifu. Ir kita vertus, į įvairių mutacijų koncentracijos pokyčius ir populiacijoje esančių genotipų įvairovės sumažėjimą, dėl kurio gali pasikeisti atrankos veiksmo kryptis ir intensyvumas.
4. Žmogaus genetinio kodo iššifravimas
2006 m. gegužę mokslininkai, siekiantys iššifruoti žmogaus genomą, paskelbė visą genetinį 1 chromosomos žemėlapį, kuris buvo paskutinė nepilnai sekvenuota žmogaus chromosoma.
2003 m. buvo paskelbtas preliminarus žmogaus genetinis žemėlapis, žymintis oficialią Žmogaus genomo projekto pabaigą. Jos rėmuose buvo sekvenuoti genomo fragmentai, kuriuose yra 99% žmogaus genų. Genų identifikavimo tikslumas buvo 99,99%. Tačiau projekto pabaigoje tik keturios iš 24 chromosomų buvo visiškai sekvenuotos. Faktas yra tas, kad, be genų, chromosomose yra fragmentų, kurie nekoduoja jokių požymių ir nedalyvauja baltymų sintezėje. Šių fragmentų vaidmuo organizmo gyvenime vis dar nežinomas, tačiau vis daugiau mokslininkų linkę manyti, kad jų tyrimas reikalauja didžiausio dėmesio.
Bet kurioje ląstelėje ir organizme visas anatominės, morfologinės ir funkcinės prigimties ypatybes lemia juose esančių baltymų struktūra. Paveldima organizmo savybė – gebėjimas sintetinti tam tikrus baltymus. Aminorūgštys yra polipeptidinėje grandinėje, nuo kurios priklauso biologinės savybės.
Kiekviena ląstelė turi savo nukleotidų seką DNR polinukleotidų grandinėje. Tai yra genetinis DNR kodas. Per ją fiksuojama informacija apie tam tikrų baltymų sintezę. Šiame straipsnyje aprašyta, kas yra genetinis kodas, apie jo savybes ir genetinę informaciją.
Truputis istorijos
Idėją, kad galbūt egzistuoja genetinis kodas, XX amžiaus viduryje suformulavo J. Gamow ir A. Down. Jie aprašė, kad nukleotidų seka, atsakinga už tam tikros aminorūgšties sintezę, turi mažiausiai tris ryšius. Vėliau jie įrodė tikslų trijų nukleotidų skaičių (tai yra genetinio kodo vienetas), kuris buvo vadinamas tripletu arba kodonu. Iš viso yra šešiasdešimt keturi nukleotidai, nes rūgšties molekulė, kurioje yra arba RNR, susideda iš keturių skirtingų nukleotidų liekanų.
Kas yra genetinis kodas
Aminorūgščių baltymų sekos kodavimo būdas dėl nukleotidų sekos būdingas visoms gyvoms ląstelėms ir organizmams. Štai koks yra genetinis kodas.
DNR yra keturi nukleotidai:
- adeninas - A;
- guaninas - G;
- citozinas – C;
- timinas - T.
Jie žymimi didžiosiomis raidėmis lotynų arba (rusų kalba literatūroje) rusų kalba.
RNR taip pat turi keturis nukleotidus, tačiau vienas iš jų skiriasi nuo DNR:
- adeninas - A;
- guaninas - G;
- citozinas – C;
- uracilas - U.
Visi nukleotidai išsirikiuoja į grandines, o DNR gaunama dviguba spiralė, o RNR – viena.
Baltymai yra pastatyti ant dvidešimties aminorūgščių, kur jie, išsidėstę tam tikra seka, lemia jo biologines savybes.
Genetinio kodo savybės
Trigubas. Genetinio kodo vienetas susideda iš trijų raidžių, tai yra tripletas. Tai reiškia, kad dvidešimt esamų aminorūgščių yra užkoduotos trijų specifinių nukleotidų, vadinamų kodonais arba trilpetais. Yra šešiasdešimt keturi deriniai, kuriuos galima sukurti iš keturių nukleotidų. Šio kiekio daugiau nei pakanka užkoduoti dvidešimčiai aminorūgščių.
Degeneracija. Kiekviena aminorūgštis atitinka daugiau nei vieną kodoną, išskyrus metioniną ir triptofaną.
Vienareikšmiškumas. Vienas kodonas koduoja vieną aminorūgštį. Pavyzdžiui, gene sveikas žmogus turint informaciją apie hemoglobino beta taikinį, GAG ir GAA tripletas koduoja A kiekvienam, sergančiam pjautuvine anemija, pakeičiamas vienas nukleotidas.
Kolineariškumas. Aminorūgščių seka visada atitinka nukleotidų seką, kurią turi genas.
Genetinis kodas yra ištisinis ir kompaktiškas, vadinasi, neturi „skyrybos ženklų“. Tai yra, pradedant nuo tam tikro kodono, yra nuolatinis skaitymas. Pavyzdžiui, AUGGUGTSUUAAAUGUG bus skaitomas taip: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG. Bet ne AUG, UGG ir pan., ar kaip nors kitaip.
Universalumas. Tai vienoda absoliučiai visiems sausumos organizmams – nuo žmonių iki žuvų, grybų ir bakterijų.
Lentelė
Pateiktoje lentelėje nėra visų turimų aminorūgščių. Hidroksiprolino, hidroksilizino, fosfoserino, tirozino jodo darinių, cistino ir kai kurių kitų nėra, nes jie yra kitų aminorūgščių, koduojamų mRNR, dariniai, susidarę po baltymų modifikavimo dėl transliacijos.
Iš genetinio kodo savybių žinoma, kad vienas kodonas gali koduoti vieną aminorūgštį. Išimtis – atlikėjas papildomos funkcijos ir valino ir metionino kodavimas – genetinis kodas. RNR, būdama pradžioje su kodonu, prijungia t-RNR, kuri neša formilo metioną. Pasibaigus sintezei, jis atsiskiria ir pasiima formilo liekaną, virsdamas metionino liekana. Taigi minėti kodonai yra polipeptidų grandinės sintezės iniciatoriai. Jei jie nėra pradžioje, jie niekuo nesiskiria nuo kitų.
genetinė informacija
Ši sąvoka reiškia savybių programą, perduodamą iš protėvių. Jis yra įtrauktas į paveldimumą kaip genetinis kodas.
Įdiegtas baltymų sintezės metu genetinis kodas:
- informacija ir RNR;
- ribosomų rRNR.
Informacija perduodama tiesioginiu ryšiu (DNR-RNR-baltymas) ir atvirkštine (aplinka-baltymas-DNR).
Organizmai gali jį priimti, saugoti, perduoti ir panaudoti efektyviausiai.
Būdama paveldima, informacija lemia organizmo vystymąsi. Bet dėl sąveikos su aplinka pastarosios reakcija iškreipiama, dėl ko vyksta evoliucija ir vystymasis. Taigi organizme kaupiasi nauja informacija.
Molekulinės biologijos dėsnių skaičiavimas ir genetinio kodo atradimas iliustravo poreikį derinti genetiką su Darvino teorija, kurios pagrindu atsirado sintetinė evoliucijos teorija – neklasikinė biologija.
Paveldimumą, kintamumą ir Darvino natūralią atranką papildo genetiškai nulemta atranka. Evoliucija įgyvendinama genetiniu lygmeniu per atsitiktines mutacijas ir vertingiausių savybių, labiausiai pritaikytų prie aplinkos, paveldėjimą.
Žmogaus kodo iššifravimas
Devintajame dešimtmetyje buvo pradėtas įgyvendinti Žmogaus genomo projektas, kurio rezultatas – 2000-aisiais buvo atrasti genomo fragmentai, kuriuose yra 99,99 % žmogaus genų. Fragmentai, kurie nedalyvauja baltymų sintezėje ir nėra užkoduoti, liko nežinomi. Jų vaidmuo vis dar nežinomas.
1 chromosoma, paskutinį kartą atrasta 2006 m., yra ilgiausia genome. Daugiau nei trys šimtai penkiasdešimt ligų, įskaitant vėžį, atsiranda dėl jos sutrikimų ir mutacijų.
Tokių tyrimų vaidmenį vargu ar galima pervertinti. Sužinojus, kas yra genetinis kodas, tapo žinoma, pagal kokius dėsningumus vyksta raida, kaip formuojasi individų morfologinė sandara, psichika, polinkis sirgti tam tikromis ligomis, medžiagų apykaita, ydos.
