După ce ați lucrat la aceste subiecte, ar trebui să puteți:
- Descrieți conceptele de mai jos și explicați relația dintre ele:
- polimer, monomer;
- carbohidrat, monozaharid, dizaharid, polizaharid;
- lipide, acid gras, glicerina;
- aminoacid, legătură peptidică, proteină;
- catalizator, enzimă, centru activ;
- acid nucleic, nucleotidă.
- Enumerați 5-6 motive care fac din apa o componentă atât de importantă a sistemelor vii.
- Numiți cele patru clase principale compusi organici conținute în organismele vii; descrie rolul fiecăruia dintre ei.
- Explicați de ce reacțiile controlate de enzime depind de temperatură, pH și prezența coenzimelor.
- Vorbiți despre rolul ATP în economia energetică a celulei.
- Numiți materiile prime, etapele principale și produsele finale ale reacțiilor cauzate de reacțiile de fixare a luminii și a carbonului.
- A da scurta descriere schema generala respirația celulară, din care ar fi clar ce loc ocupă reacțiile de glicoliză, ciclul G. Krebs (ciclul acid citric) și lanțul de transport de electroni.
- Comparați respirația și fermentația.
- Descrieți structura unei molecule de ADN și explicați de ce numărul de resturi de adenină este egal cu numărul de resturi de timină, iar numărul de resturi de guanină este egal cu numărul de resturi de citozină.
- Machiaj scurtă diagramă Sinteza ARN pe ADN (transcripție) la procariote.
- Descrieți proprietățile codului genetic și explicați de ce ar trebui să fie triplet.
- Pe baza acestei catete de ADN și a tabelului de codoni, se determină secvența complementară a ARN-ului mesager, se indică codonii ARN-ului de transport și secvența de aminoacizi care se formează ca urmare a translației.
- Enumerați etapele sintezei proteinelor la nivel de ribozom.
Algoritm pentru rezolvarea problemelor.
Tipul 1. Autocopiarea ADN-ului.
Una dintre catenele de ADN are următoarea secvență de nucleotide:
AGTATZGATACTZGATTTATSG...
Care este secvența de nucleotide a celei de-a doua catene a aceleiași molecule?
Pentru a scrie secvența de nucleotide a celei de-a doua catene a moleculei de ADN, când este cunoscută secvența primei catene, este suficient să înlocuiți timina cu adenină, adenina cu timină, guanina cu citozină și citozina cu guanină. Făcând o astfel de schimbare, obținem secvența:
TACTGGZTATGAGZTAAATG...
Tipul 2. Codarea proteinelor.
Lanțul de aminoacizi al proteinei ribonuclează are următorul început: lizină-glutamină-treonină-alanină-alanină-alanină-lizină...
Cu ce secvență de nucleotide începe gena corespunzătoare acestei proteine?
Pentru a face acest lucru, utilizați tabelul de coduri genetice. Pentru fiecare aminoacid, găsim codul său sub forma tripletului corespunzător de nucleotide și îl scriem. Prin aranjarea acestor tripleți unul după altul în aceeași ordine în care merg aminoacizii corespunzători, obținem formula pentru structura situsului ARN mesager. De regulă, există mai multe astfel de tripleți, alegerea se face în funcție de decizia dvs. (dar este luat doar unul dintre tripleți). În consecință, pot exista mai multe soluții.
AAACAAATSUGZGGTSUGZGAAG
Cu ce secvență de aminoacizi începe o proteină dacă este codificată de o astfel de secvență de nucleotide:
АЦГЦЦЦТГГЦЦГГТ ...
Conform principiului complementarității, găsim structura site-ului ARN-ului informațional format pe un anumit segment al moleculei de ADN:
UGTsGGGUATSGGZZA...
Apoi ne întoarcem la tabelul codului genetic și pentru fiecare triplet de nucleotide, începând cu primul, găsim și notăm aminoacidul corespunzător:
Cisteina-Glicina-Tirozina-Arginina-Prolina -...
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. " Biologie generală". Moscova," Educație ", 2000
- Subiectul 4." Compoziție chimică celule. „§2-§7 p. 7-21
- Subiectul 5. „Fotosinteza”. §16-17 p. 44-48
- Tema 6. „Respirația celulară”. §12-13 p. 34-38
- Subiectul 7. „Informații genetice”. §14-15 p. 39-44
Cursul 5. Cod genetic
Definiția conceptului
Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteine folosind secvența aranjamentului nucleotidelor din ADN.
Deoarece ADN-ul nu este implicat direct în sinteza proteinelor, codul este scris în limbajul ARN. ARN-ul conține uracil în loc de timină.
Proprietățile codului genetic
1. Triplet
Fiecare aminoacid este codificat ca o secvență de 3 nucleotide.
Definiție: triplet sau codon - o secvență de trei nucleotide care codifică un aminoacid.
Codul nu poate fi singlet, deoarece 4 (numărul de nucleotide diferite din ADN) este mai mic de 20. Codul nu poate fi dublu, deoarece 16 (numărul de combinații și permutări a 4 nucleotide cu 2) este mai mic de 20. Codul poate fi triplet, deoarece 64 (numărul de combinații și permutări de la 4 la 3) este mai mare de 20.
2. Degenerescenta.
Toți aminoacizii, cu excepția metioninei și triptofanului, sunt codificați de mai mult de un triplet:
2 AK 1 triplet = 2.
9 tripleți AK 2 = 18.
1 AK 3 tripleți = 3.
5 tripleți AK 4 = 20.
3 tripleți AK 6 = 18.
Un total de 61 de tripleți codifică 20 de aminoacizi.
3. Prezența semnelor de punctuație intergenice.
Definiție:
Gene este o bucată de ADN care codifică un lanț polipeptidic sau o moleculă tPHK, rARN sausPHK.
GeneletPHK, rPHK, sPHKproteinele nu codifică.
La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă este cel puțin unul dintre cei 3 tripleți care codifică codoni stop sau semnale stop ARN. În ARNm, ele arată astfel: UAA, UAG, UGA ... Ei termină (încheie) difuzarea.
În mod convențional, codonul se referă și la semnele de punctuație AUG - primul după secvența lider. (Vezi Lectura 8) Funcționează ca o literă mare. În această poziție, codifică formilmetionina (la procariote).
4. Neambiguitate.
Fiecare triplet codifică doar un aminoacid sau este un terminator de translație.
Excepția este codonul AUG ... La procariote, în prima poziție (litera mare), codifică formilmetionină, iar în orice alta - metionină.
5. Compactitatea sau absența semnelor de punctuație intragenice.
În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon care înseamnă.
În 1961, Seymour Benzer și Francis Crick au demonstrat experimental că codul este triplet și compact.
Esența experimentului: mutația „+” - inserarea unei nucleotide. Mutația „-” este pierderea unei nucleotide. O singură mutație „+” sau „-” la începutul unei gene strică întreaga genă. O mutație dublă „+” sau „-” strică, de asemenea, întreaga genă.
O triplă mutație „+” sau „-” la începutul unei gene strică doar o parte a acesteia. O mutație cvadruplă + sau - strică din nou întreaga genă.
Experimentul demonstrează asta codul este complicat și nu există semne de punctuație în interiorul genei. Experimentul a fost efectuat pe două gene fagice adiacente și a arătat, în plus, prezența semnelor de punctuație între gene.
6. Versatilitate.
Codul genetic este același pentru toate creaturile care trăiesc pe Pământ.
În 1979 s-a deschis Burrell ideal codul mitocondriilor umane.
Definiție:
„Ideal” este un cod genetic în care este îndeplinită regula de degenerescență a codului de cvasi-dublet: Dacă primele două nucleotide coincid în două triplete, iar a treia nucleotide aparțin aceleiași clase (ambele sunt purine sau ambele sunt pirimidine) , atunci acești tripleți codifică același aminoacid...
Există două excepții de la această regulă în codul generic. Ambele abateri de la codul ideal în universal se referă la punctele fundamentale: începutul și sfârșitul sintezei proteinelor:
Codon | universal cod | Codurile mitocondriale |
|||
Vertebrate | nevertebrate | Drojdie | Plante |
||
STOP | STOP |
||||
Cu UA | |||||
A G A | STOP | ||||
STOP | Substituțiile 230 nu schimbă clasa aminoacidului codificat. la capacitatea de rupere. În 1956, Georgy Gamow a propus o variantă a codului suprapus. Conform codului Gamow, fiecare nucleotidă, începând de la a treia dintr-o genă, este inclusă în 3 codoni. Când codul genetic a fost descifrat, s-a dovedit că nu se suprapune, adică. fiecare nucleotidă este inclusă într-un singur codon. Avantajele codului genetic suprapus: compactitate, dependență mai mică a structurii proteinei de inserția sau deleția nucleotidelor. Dezavantaj: dependența mare a structurii proteinei de substituția nucleotidelor și restricție de vecini. În 1976, ADN-ul fagului φX174 a fost secvențiat. Are un ADN circular monocatenar de 5375 de nucleotide. Se știa că fagul codifică 9 proteine. Pentru 6 dintre ele au fost identificate gene care sunt localizate una după alta. S-a dovedit că există o suprapunere. Gena E este în întregime în interiorul genei D ... Codonul său de inițiere apare ca urmare a unei schimbări de citire a unei nucleotide. Gene J începe acolo unde se termină gena D ... Codonul de inițiere al genei J se suprapune cu codonul de terminare al genei D ca urmare a unei deplasări a două nucleotide. Construcția este numită „schimbarea cadrului de citire” printr-un număr de nucleotide care nu este un multiplu de trei. Până în prezent, s-a demonstrat suprapunerea doar pentru câțiva fagi. Capacitatea de informare ADN 6 miliarde de oameni trăiesc pe Pământ. Informații ereditare despre ei 4x10 13 pagini de carte. Aceste pagini ar ocupa volumul a 6 clădiri NSU. 6x10 9 spermatozoizii ocupa jumătate din degetar. ADN-ul lor ocupă mai puțin de un sfert de degetar. | ||||
0
Cod genetic- Aceasta este o metodă inerentă tuturor organismelor vii de a codifica secvența de aminoacizi a proteinelor folosind secvența de nucleotide din molecula de ADN.
Implementarea informațiilor genetice în celulele vii (adică sinteza unei proteine codificate în ADN) se realizează folosind două procese matrice: transcripția (adică sinteza ARNm pe un șablon ADN) și traducerea (sinteza unui lanț polipeptidic). pe o matrice ARNm).
ADN-ul folosește patru nucleotide - adenină (A), guanină (G), citozină (C), timină (T). Aceste „litere” alcătuiesc alfabetul codului genetic. ARN-ul folosește aceleași nucleotide, cu excepția timinei, care este înlocuită cu uracil (U). În moleculele de ADN și ARN, nucleotidele sunt aranjate în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de „litere”.
În secvența de nucleotide a ADN-ului există „cuvinte” de cod pentru fiecare aminoacid al viitoarei molecule proteice - codul genetic. Constă într-o anumită secvență a aranjamentului nucleotidelor în molecula de ADN.
Trei nucleotide consecutive codifică „numele” unui aminoacid, adică fiecare dintre cei 20 de aminoacizi este criptat cu o unitate semnificativă a codului - o combinație de trei nucleotide numită triplet sau codon.
În prezent, codul ADN a fost complet descifrat și putem vorbi despre anumite proprietăți caracteristice acestui unic sistem biologic, oferind traducerea informațiilor din „limbajul” ADN-ului în „limbajul” proteinei.
Purtătorul de informații genetice este ADN-ul, dar întrucât ARNm, o copie a uneia dintre catenele de ADN, este direct implicat în sinteza proteinelor, cel mai adesea codul genetic este scris în „limbajul ARN-ului”.
| Amino acid | ARN care codifică tripleți |
|---|---|
| Alanin | ГЦУ ГЦЦ ГТС ГЦГ |
| Arginina | TsGU TsGTs TsGA TsGG AGA AGG |
| Asparagină | AAU AAZ |
| Acid aspartic | GAU GATS |
| Valină | GUU GUTS GUA GUG |
| Histidină | TsAU TsAC |
| Glicina | GGU GGC GGA GGG |
| Glutamina | CAA TsAG |
| Acid glutamic | GAA GAG |
| izoleucina | AUU AUC AUA |
| leucina | TSUU TSUTS TSUA TSUG UUA UUG |
| Lizina | AAA AAH |
| Metionină | AUG |
| Proline | CCU CCC CCCA CCG |
| Serina | UCU UCC UCA UCG ASU AGC |
| tirozină | UAU UAC |
| Treonina | ACU ACC ACCA ACG |
| Triptofan | UGG |
| Fenilalanină | UUU UUTS |
| cisteină | UGT-urile USU |
| STOP | UGA UAG UAA |
Proprietățile codului genetic
Trei nucleotide consecutive (baze azotate) codifică „numele” unui aminoacid, adică fiecare dintre cei 20 de aminoacizi este criptat de o unitate semnificativă a codului - o combinație de trei nucleotide, numită triplet sau codon.
triplet (codon)- o secvență de trei nucleotide (baze azotate) într-o moleculă de ADN sau ARN, care determină includerea unui anumit aminoacid într-o moleculă proteică în timpul sintezei acesteia.
- Neambiguitate (discretență)
Un triplet nu poate codifica doi aminoacizi diferiți, ci criptează doar un aminoacid. Un codon specific corespunde unui singur aminoacid.
Fiecare aminoacid poate fi definit prin mai mult de un triplet. Excepție - metioninăși triptofan... Cu alte cuvinte, mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
- Nesuprapunere
Aceeași bază nu poate fi inclusă simultan în doi codoni adiacenți.
Unii tripleți nu codifică aminoacizi, dar sunt deosebite " indicatoare rutiere„, Care determină începutul și sfârșitul genelor individuale (UAA, UAG, UGA), fiecare dintre acestea înseamnă terminarea sintezei și se află la sfârșitul fiecărei gene, deci putem vorbi despre polaritatea codului genetic.
La animale și plante, la ciuperci, bacterii și viruși, același triplet codifică același tip de aminoacid, adică codul genetic este același pentru toate viețuitoarele. Cu alte cuvinte, universalitatea este capacitatea codului genetic de a funcționa la fel în organisme. diferite niveluri complexitate de la viruși la oameni. Universalitatea codului ADN confirmă unitatea originii întregii vieți de pe planeta noastră. Metodele de inginerie genetică se bazează pe utilizarea proprietății de universalitate a codului genetic.
Din istoria descoperirii codului genetic
Pentru prima dată ideea existenței cod genetic formulată de A. Down și G. Gamow în 1952 - 1954. Oamenii de știință au arătat că secvența de nucleotide care determină în mod unic sinteza unui anumit aminoacid trebuie să conțină cel puțin trei legături. S-a dovedit ulterior că o astfel de secvență este formată din trei nucleotide, numite codon sau triplet.
Întrebările despre care nucleotide sunt responsabile pentru includerea unui anumit aminoacid într-o moleculă de proteină și câte nucleotide determină această includere au rămas nerezolvate până în 1961. Analiza teoretică a arătat că codul nu poate consta dintr-o singură nucleotidă, deoarece în acest caz pot fi codificați doar 4 aminoacizi. Cu toate acestea, codul nu poate fi dublu, adică combinația a două nucleotide din „alfabetul” de patru litere nu poate acoperi toți aminoacizii, deoarece astfel de combinații sunt teoretic posibile doar 16 (4 2 = 16).
Trei nucleotide consecutive sunt suficiente pentru a codifica 20 de aminoacizi, precum și un semnal stop, care semnifică sfârșitul secvenței proteice, când numărul de combinații posibile este de 64 (4 3 = 64).
Ministerul Educației și Științei Federația Rusă Agenție federală de educatie
Stat instituție educațională superior învăţământul profesional„Statul Altai Universitate tehnica lor. I.I. Polzunova"
Departamentul de Științe ale Naturii și Analiza Sistemelor
Rezumat pe tema „Cod genetic”
1. Conceptul de cod genetic
3. Informații genetice
Bibliografie
1. Conceptul de cod genetic
Codul genetic este caracteristic organismelor vii un singur sistemînregistrări ale informațiilor ereditare din moleculele de acid nucleic sub forma unei secvențe de nucleotide. Fiecare nucleotidă este desemnată printr-o literă mare, care începe denumirea bazei azotate incluse în compoziția sa: - A (A) adenină; - G (G) guanina; - C (C) citozină; - T (T) timină (în ADN) sau U (U) uracil (în ARNm).
Implementarea codului genetic într-o celulă are loc în două etape: transcripție și traducere.
Prima dintre acestea are loc în miez; constă în sinteza moleculelor i-ARN în secțiunile corespunzătoare ale ADN-ului. În acest caz, secvența de nucleotide ADN este „rescrisă” în secvența de nucleotide de ARN. A doua etapă are loc în citoplasmă, pe ribozomi; secvența nucleotidelor ARNm este tradusă în secvența de aminoacizi din proteină: această etapă continuă cu participarea ARN-ului de transport (ARN-t) și a enzimelor corespunzătoare.
2. Proprietăţile codului genetic
1. Triplet
Fiecare aminoacid este codificat ca o secvență de 3 nucleotide.
Un triplet sau codon este o secvență de trei nucleotide care codifică un aminoacid.
Codul nu poate fi singlet, deoarece 4 (numărul de nucleotide diferite din ADN) este mai mic de 20. Codul nu poate fi dublu, deoarece 16 (numărul de combinații și permutări a 4 nucleotide cu 2) este mai mic de 20. Codul poate fi triplet, deoarece 64 (numărul de combinații și permutări de la 4 la 3) este mai mare de 20.
2. Degenerescenta.
Toți aminoacizii, cu excepția metioninei și triptofanului, sunt codificați de mai mult de un triplet: 2 aminoacizi 1 triplet fiecare = 2 9 aminoacizi 2 tripleți fiecare = 18 1 aminoacid 3 tripleți = 3 5 aminoacizi 4 tripleți fiecare = 20 3 aminoacizi 6 tripleți fiecare = 18 Total 61 tripleți codifică 20 de aminoacizi.
3. Prezența semnelor de punctuație intergenice.
O genă este o bucată de ADN care codifică un lanț polipeptidic sau o moleculă de ARNt, ARNr sau sARN.
Genele ARNt, ARNr, proteinele sARN nu codifică.
La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă, există cel puțin unul dintre cei 3 codoni stop, sau semnale stop: UAA, UAG, UGA. Ei termină emisiunea.
În mod convențional, codonul AUG, primul după secvența lider, aparține și semnelor de punctuație. Acționează ca o literă mare. În această poziție, codifică formilmetionina (la procariote).
4. Neambiguitate.
Fiecare triplet codifică doar un aminoacid sau este un terminator de translație.
O excepție este codonul AUG. La procariote, în prima poziție (litera mare), codifică formilmetionină, iar în orice alta - metionină.
5. Compactitatea sau absența semnelor de punctuație intragenice.
În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon care înseamnă.
În 1961. Seymour Benzer și Francis Crick au demonstrat experimental că codul este triplet și compact.
Esența experimentului: mutația „+” - inserarea unei nucleotide. Mutația „-” este pierderea unei nucleotide. O singură mutație „+” sau „-” la începutul unei gene strică întreaga genă. O mutație dublă „+” sau „-” strică, de asemenea, întreaga genă. O triplă mutație „+” sau „-” la începutul unei gene strică doar o parte a acesteia. O mutație cvadruplă + sau - strică din nou întreaga genă.
Experimentul demonstrează că codul este triplet și nu există semne de punctuație în interiorul genei. Experimentul a fost efectuat pe două gene fagice adiacente și a arătat, în plus, prezența semnelor de punctuație între gene.
3. Informații genetice
Informația genetică este un program de proprietăți ale unui organism, primit de la strămoși și încorporat în structuri ereditare sub forma unui cod genetic.
Se presupune că formarea informaţiei genetice s-a desfăşurat după schema: procese geochimice - formare minerală - cataliză evolutivă (autocataliza).
Este posibil ca primele gene primitive să fi fost cristale microcristaline de argilă, fiecare nou strat de argilă fiind construit în conformitate cu caracteristicile structurale ale celui precedent, de parcă ar primi informații despre structura de la acesta.
Implementarea informației genetice are loc în timpul sintezei moleculelor de proteine folosind trei ARN: informațional (ARNm), de transport (ARNt) și ribozomal (ARNr). Procesul de transfer al informaţiei este: - printr-o legătură directă: ADN - ARN - proteină; și - pe canal părere: mediu - proteina - ADN.
Organismele vii sunt capabile să primească, să stocheze și să transmită informații. Mai mult, organismele vii tind să folosească cât mai eficient informațiile primite despre ele însele și despre lumea din jurul lor. Informațiile ereditare inerente genelor și necesare pentru ca un organism viu să existe, să se dezvolte și să se reproducă sunt transmise de la fiecare individ către descendenții săi. Aceste informații determină direcția de dezvoltare a organismului și în procesul de interacțiune cu acesta mediu inconjurator reacția la individul său poate fi distorsionată, asigurând astfel evoluția dezvoltării descendenților. În procesul de evoluție al unui organism viu, apar și sunt amintite noi informații, iar valoarea informațiilor crește pentru aceasta.
În timpul implementării informațiilor ereditare în anumite condiții Mediul extern se formează fenotipul organismelor unei specii biologice date.
Informația genetică determină structura morfologică, creșterea, dezvoltarea, metabolismul, dispoziția psihică, predispoziția la boli și defecte genetice ale organismului.
Mulți oameni de știință, subliniind pe bună dreptate rolul informației în formarea și evoluția viețuitoarelor, au remarcat această împrejurare ca fiind unul dintre criteriile principale ale vieții. Deci, V.I. Karagodin crede: „Traiul este o astfel de formă de existență a informațiilor și a structurilor codificate de aceasta, care asigură reproducerea acestor informații în condiții adecvate ale mediului extern”. Legătura dintre informație și viață este remarcată și de A.A. Lyapunov: „Viața este o stare foarte ordonată a materiei care utilizează informații codificate de stările moleculelor individuale pentru a genera reacții persistente”. Celebrul nostru astrofizician N.S. Kardashev subliniază și componenta informațională a vieții: „Viața apare datorită posibilității de a sintetiza un tip special de molecule capabile să-și amintească și să folosească la început cele mai simple informații despre mediu și propria lor structură, pe care le folosesc pentru autoconservare, pentru reproducere și, ceea ce este deosebit de important pentru noi, pentru obținerea mai multor Mai mult„Ecologistul F. Tipler atrage atenția asupra acestei capacități a organismelor vii de a stoca și transmite informații în cartea sa „Fizica nemuririi”: „Definesc viața ca un fel de informație codificată care este păstrată prin selecție naturală.” , apoi viața sistemului - informația este eternă, infinită și nemuritoare.
Dezvăluirea codului genetic și stabilirea tiparelor biologie moleculara a arătat nevoia de a combina genetica modernă și teoria evoluției a lui Darwin. Așa s-a născut o nouă paradigmă biologică - teorie sintetică evoluție (STE), care poate fi considerată ca o biologie neclasică.
Ideile de bază ale evoluției lui Darwin cu triada sa - ereditate, variabilitate, selecție naturală - în viziunea modernă a evoluției lumii vii sunt completate de conceptele nu doar de selecție naturală, ci și de o astfel de selecție, care este determinată genetic. Începutul dezvoltării evoluției sintetice sau generale poate fi considerat opera lui S.S. Chetverikov despre genetica populației, în care s-a arătat că selecția nu este supusă trăsăturilor individuale și indivizilor, ci genotipului întregii populații, ci se realizează prin trăsăturile fenotipice ale indivizilor individuali. Acest lucru duce la răspândirea unor schimbări benefice la nivelul populației. Astfel, mecanismul evoluției se realizează atât prin mutații aleatorii la nivel genetic, cât și prin moștenirea celor mai valoroase trăsături (valoarea informației!) care determină adaptarea trăsăturilor mutaționale la mediu, oferind descendenții cei mai viabili.
Schimbări sezoniere ale climei, diverse naturale sau dezastre provocate de om pe de o parte, ele conduc la o modificare a frecvenței de repetare a genelor în populații și, în consecință, la o scădere a variabilității ereditare. Acest proces este uneori numit derivă genetică. Pe de altă parte, duce la modificări ale concentrației diferitelor mutații și o scădere a diversității genotipurilor conținute în populație, ceea ce poate duce la modificări ale direcției și intensității selecției.
4. Decodificarea codului genetic uman
În mai 2006, oamenii de știință care lucrează pentru a descifra genomul uman au publicat harta genetică completă a cromozomului 1, care a fost ultimul cromozom uman secvențial incomplet.
O hartă genetică umană preliminară a fost publicată în 2003, marcând finalizarea oficială a proiectului Genom uman. În cadrul său, au fost secvențiate fragmente ale genomului care conțin 99% din genele umane. Precizia identificării genelor a fost de 99,99%. Cu toate acestea, la momentul finalizării proiectului, doar patru din cei 24 de cromozomi erau complet secvențiați. Faptul este că, pe lângă gene, cromozomii conțin fragmente care nu codifică niciun semn și nu participă la sinteza proteinelor. Rolul pe care îl joacă aceste fragmente în viața organismului este încă necunoscut, dar tot mai mulți cercetători sunt înclinați să creadă că studiul lor necesită cea mai mare atenție.
În orice celulă și organism, toate caracteristicile naturii anatomice, morfologice și funcționale sunt determinate de structura proteinelor care sunt incluse în acestea. Proprietatea ereditară a organismului este capacitatea de a sintetiza anumite proteine. Aminoacizii sunt localizați în lanțul polipeptidic, de care depind trăsăturile biologice.
Fiecare celulă este caracterizată de propria sa secvență de nucleotide din lanțul de ADN polinucleotid. Acesta este codul genetic al ADN-ului. Prin intermediul acestuia se înregistrează informații despre sinteza anumitor proteine. Acest articol descrie ce este codul genetic, proprietățile și informațiile genetice ale acestuia.
Un pic de istorie
Ideea că codul genetic poate exista a fost formulată de J. Gamow și A. Down la mijlocul secolului XX. Ei au descris că secvența de nucleotide responsabilă pentru sinteza unui anumit aminoacid conține cel puțin trei unități. Mai târziu, au demonstrat numărul exact de trei nucleotide (aceasta este o unitate a codului genetic), care a fost numit triplet sau codon. Există șaizeci și patru de nucleotide în total, deoarece molecula de acid, în care apare ARN-ul, constă din reziduuri a patru nucleotide diferite.
Care este codul genetic
Modul de codificare a secvenței de aminoacizi a proteinei datorită secvenței de nucleotide este caracteristic tuturor celulelor și organismelor vii. Acesta este codul genetic.
Există patru nucleotide în ADN:
- adenina - A;
- guanină - G;
- citozină - C;
- timină - T.
Ele sunt desemnate cu majuscule în latină sau (în literatura de limbă rusă) rusă.
Există, de asemenea, patru nucleotide în ARN, dar una dintre ele diferă de ADN:
- adenina - A;
- guanină - G;
- citozină - C;
- uracil - U.
Toate nucleotidele se aliniază în lanțuri și se obține o dublă helix în ADN și o singură helix în ARN.
Proteinele sunt construite pe douăzeci de aminoacizi, unde ei, localizați într-o anumită secvență, îi determină proprietățile biologice.
Proprietățile codului genetic
Tripletitate. Unitatea codului genetic este formată din trei litere, este triplet. Aceasta înseamnă că cei douăzeci de aminoacizi existenți sunt codificați în trei nucleotide specifice numite codoni sau trilpeți. Există șaizeci și patru de combinații care pot fi făcute din patru nucleotide. Această cantitate este mai mult decât suficientă pentru a codifica douăzeci de aminoacizi.
Degenerare. Fiecare aminoacid îi corespunde mai mult de un codon, cu excepția metioninei și triptofanului.
Neambiguitate. Un codon criptează un aminoacid. De exemplu, în genă persoana sanatoasa cu informații despre ținta beta a hemoglobinei, tripletul GAG și GAA codifică A la toți cei bolnavi de anemie falciforme, o nucleotidă este înlocuită.
Coliniaritate. Secvența de aminoacizi se potrivește întotdeauna cu secvența de nucleotide pe care o conține gena.
Codul genetic este continuu și compact, ceea ce înseamnă că nu are „semne de punctuație”. Adică, începând de la un anumit codon, există o citire continuă. De exemplu, AUGGUGTSUUAUGUG va fi citit ca: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Dar nu AUG, UGG și așa mai departe sau în orice alt mod.
Versatilitate. Este același pentru absolut toate organismele terestre, de la oameni la pești, ciuperci și bacterii.
masa
Nu toți aminoacizii disponibili sunt prezenți în tabelul prezentat. Hidroxiprolina, hidroxilizina, fosforina, derivații de iod de tirozină, cistina și alții sunt absenți, deoarece sunt derivați ai altor aminoacizi codificați de ARNm și formați după modificarea proteinei ca urmare a translației.
Din proprietățile codului genetic se știe că un codon este capabil să codifice un aminoacid. O excepție este executorul funcții suplimentareși codificarea valinei și metioninei, codul genetic. IRNA, fiind la început cu un codon, se atașează t-ARN, care poartă formilmetion. La terminarea sintezei, acesta este scindat de la sine și captează restul de formil, fiind transformat în restul de metionină. Astfel, codonii menționați mai sus sunt inițiatori ai sintezei lanțului polipeptidic. Dacă nu sunt la început, atunci nu sunt diferiți de ceilalți.
Informații genetice
Acest concept se referă la un program de proprietate care este transmis din strămoși. Este încorporat în ereditate ca cod genetic.
Codul genetic este implementat în timpul sintezei proteinelor:
- i-ARN informațional;
- ARN-r ribozomal.
Informația este transmisă prin comunicare directă (ADN-ARN-proteină) și inversă (mediu-proteină-ADN).
Organismele îl pot primi, stoca, transmite și îl pot folosi în cel mai eficient mod.
Transmisă prin moștenire, informația determină dezvoltarea unui organism. Dar din cauza interacțiunii cu mediul, reacția acestuia din urmă este distorsionată, din cauza căreia are loc evoluția și dezvoltarea. Astfel, noi informații sunt introduse în organism.
Calculul legilor biologiei moleculare și descoperirea codului genetic au ilustrat că este necesară combinarea geneticii cu teoria lui Darwin, pe baza căreia a apărut o teorie sintetică a evoluției - biologia neclasică.
Ereditatea, variabilitatea și selecția naturală a lui Darwin sunt completate de selecția determinată genetic. Evoluția se realizează la nivel genetic prin mutații aleatorii și moștenirea celor mai valoroase trăsături care sunt cele mai adaptate mediului.
Decodificarea codului la o persoană
În anii 90 a fost lansat proiectul Genom uman, în urma căruia în două miimi au fost descoperite fragmente din genom care conţin 99,99% din gene umane. Fragmentele care nu sunt implicate în sinteza proteinelor și nu sunt codificate rămân necunoscute. Rolul lor este încă necunoscut.
Ultimul cromozom 1 descoperit în 2006 este cel mai lung din genom. Peste trei sute cincizeci de boli, inclusiv cancerul, apar ca urmare a tulburărilor și mutațiilor din acesta.
Rolul unor astfel de studii cu greu poate fi supraestimat. Când au descoperit care este codul genetic, s-a cunoscut după ce tipare are loc dezvoltarea, cum se formează structura morfologică, psihicul, predispoziția la anumite boli, metabolismul și vicii ale indivizilor.
