Verschillen in de genetische code. Genetische code: beschrijving, kenmerken, geschiedenis van onderzoek

In de stofwisseling van het lichaam leidende rol behoort tot eiwitten en nucleïnezuren.
Eiwitstoffen vormen de basis van alle vitale celstructuren, hebben een ongewoon hoge reactiviteit en zijn begiftigd met katalytische functies.
Nucleïnezuren maken deel uit van het belangrijkste orgaan van de cel: de kern, evenals het cytoplasma, ribosomen, mitochondriën, enz. Nucleïnezuren spelen een belangrijke, primaire rol bij erfelijkheid, lichaamsvariabiliteit en eiwitsynthese.

Plan synthese Het eiwit wordt opgeslagen in de celkern en directe synthese vindt buiten de kern plaats, dus het is noodzakelijk bezorgservice gecodeerd plan van de kern naar de plaats van synthese. Deze bezorgservice wordt uitgevoerd door RNA-moleculen.

Het proces begint om kern cellen: een deel van de DNA-‘ladder’ rolt zich af en gaat open. Hierdoor vormen de RNA-letters bindingen met de open DNA-letters van een van de DNA-strengen. Het enzym brengt de RNA-letters over om ze samen te voegen tot een streng. Dit is hoe de letters van DNA worden ‘herschreven’ in de letters van RNA. De nieuw gevormde RNA-keten wordt gescheiden en de DNA-‘ladder’ draait opnieuw. Het proces van het lezen van informatie uit DNA en het synthetiseren ervan met behulp van de RNA-matrix wordt genoemd transcriptie , en het gesynthetiseerde RNA wordt messenger of genoemd mRNA .

Na verdere modificaties is dit type gecodeerde mRNA klaar. mRNA komt uit de kern en gaat naar de plaats van eiwitsynthese, waar de letters van het mRNA worden ontcijferd. Elke set van drie i-RNA-letters vormt een ‘letter’ die één specifiek aminozuur vertegenwoordigt.

Een ander type RNA vindt dit aminozuur, vangt het op met behulp van een enzym en levert het af op de plaats van eiwitsynthese. Dit RNA wordt transfer-RNA of t-RNA genoemd. Naarmate de mRNA-boodschap wordt gelezen en vertaald, groeit de keten van aminozuren. Deze keten draait en vouwt in een unieke vorm, waardoor één type eiwit ontstaat. Zelfs het vouwproces van eiwitten is opmerkelijk: er is een computer voor nodig om alles te berekenen opties het vouwen van een eiwit van gemiddelde grootte bestaande uit 100 aminozuren zou 1027 (!) jaar duren. En het duurt niet meer dan één seconde om een ​​keten van twintig aminozuren in het lichaam te vormen, en dit proces vindt continu plaats in alle cellen van het lichaam.

Genen, genetische code en zijn eigenschappen.

Er leven ongeveer 7 miljard mensen op aarde. Afgezien van de 25-30 miljoen paren identieke tweelingen, genetisch gezien alle mensen zijn verschillend : iedereen is uniek, heeft unieke erfelijke eigenschappen, karaktereigenschappen, capaciteiten en temperament.

Deze verschillen worden verklaard verschillen in genotypen- sets genen van het organisme; Elk exemplaar is uniek. De genetische kenmerken van een bepaald organisme worden belichaamd bij eiwitten - daarom verschilt de structuur van het eiwit van de ene persoon, hoewel heel licht, van het eiwit van een andere persoon.

Dit betekent niet dat geen twee mensen precies dezelfde eiwitten hebben. Eiwitten die dezelfde functies vervullen, kunnen hetzelfde zijn of slechts een klein beetje van elkaar verschillen met één of twee aminozuren. Maar bestaat niet op aarde van mensen (met uitzondering van eeneiige tweelingen) die al hun eiwitten zouden hebben zijn hetzelfde .

Informatie over de primaire eiwitstructuur gecodeerd als een reeks nucleotiden in een deel van een DNA-molecuul, gen – een eenheid van erfelijke informatie van een organisme. Elk DNA-molecuul bevat veel genen. Het geheel van alle genen van een organisme vormt het genotype . Dus,

Gen is een eenheid van erfelijke informatie van een organisme, die overeenkomt met een afzonderlijk gedeelte van het DNA

Het coderen van erfelijke informatie gebeurt met behulp van genetische code , dat universeel is voor alle organismen en alleen verschilt in de afwisseling van nucleotiden die genen vormen en coderen voor eiwitten van specifieke organismen.

Genetische code bestaat uit tripletten (tripletten) van DNA-nucleotiden, gecombineerd in verschillende sequenties (AAT, HCA, ACG, THC, enz.), die elk coderen voor een specifiek aminozuur (dat in de polypeptideketen zal worden ingebouwd).

Eigenlijk code telt sequentie van nucleotiden in een mRNA-molecuul , omdat het verwijdert informatie uit DNA (proces transcripties ) en vertaalt het naar een reeks aminozuren in de moleculen van gesynthetiseerde eiwitten (het proces uitzendingen ).
De samenstelling van mRNA omvat nucleotiden A-C-G-U, waarvan de tripletten worden genoemd codons : een triplet op DNA CGT op i-RNA zal een triplet GCA worden, en een triplet DNA AAG zal een triplet UUC worden. Precies mRNA-codons de genetische code wordt weerspiegeld in het record.

Dus, genetische code - een uniform systeem voor het vastleggen van erfelijke informatie in nucleïnezuurmoleculen in de vorm van een reeks nucleotiden . De genetische code is gebaseerd op het gebruik van een alfabet dat bestaat uit slechts vier letters-nucleotiden, onderscheiden door stikstofbasen: A, T, G, C.

Basiseigenschappen van de genetische code:

1. Genetische code drieling. Een triplet (codon) is een sequentie van drie nucleotiden die coderen voor één aminozuur. Omdat eiwitten twintig aminozuren bevatten, is het duidelijk dat ze niet allemaal door één nucleotide kunnen worden gecodeerd ( Omdat er slechts vier soorten nucleotiden in DNA voorkomen, blijven in dit geval 16 aminozuren ongecodeerd). Twee nucleotiden zijn ook niet genoeg om voor aminozuren te coderen, aangezien er in dit geval slechts 16 aminozuren kunnen worden gecodeerd. Dit betekent dat het kleinste aantal nucleotiden dat voor één aminozuur codeert minimaal drie moet zijn. In dit geval is het aantal mogelijke nucleotidetripletten 43 = 64.

2. Redundantie (degeneratie) De code is een gevolg van de tripletaard ervan en betekent dat één aminozuur door meerdere tripletten kan worden gecodeerd (aangezien er 20 aminozuren en 64 tripletten zijn), met uitzondering van methionine en tryptofaan, die door slechts één triplet worden gecodeerd. Bovendien vervullen sommige tripletten specifieke functies: in een mRNA-molecuul zijn tripletten UAA, UAG en UGA stopcodons, d.w.z. stop-signalen die de synthese van de polypeptideketen stoppen. Het triplet dat overeenkomt met methionine (AUG), gelegen aan het begin van de DNA-keten, codeert niet voor een aminozuur, maar vervult de functie van het initiëren van (opwindende) lezen.

3. Ondubbelzinnigheid code - tegelijkertijd met redundantie heeft code de eigenschap eenduidigheid : elk codon komt alleen overeen een een bepaald aminozuur.

4. Collineariteit code, d.w.z. nucleotidesequentie in een gen precies komt overeen met de volgorde van aminozuren in een eiwit.

5. Genetische code niet-overlappend en compact , d.w.z. bevat geen “leestekens”. Dit betekent dat het leesproces de mogelijkheid van overlappende kolommen (triplets) niet toelaat, en dat, beginnend bij een bepaald codon, het lezen continu voortgaat, triplet na triplet, totdat stop-signalen ( stopcodons).

6. Genetische code universeel Dat wil zeggen dat de nucleaire genen van alle organismen op dezelfde manier informatie over eiwitten coderen, ongeacht het organisatieniveau en de systematische positie van deze organismen.

Er zijn genetische codetabellen voor decodering codons mRNA en constructie van ketens van eiwitmoleculen.

Matrixsynthesereacties.

Reacties die onbekend zijn in de levenloze natuur komen voor in levende systemen - matrixsynthesereacties.

De term "matrix" in technologie duiden ze een mal aan die wordt gebruikt voor het gieten van munten, medailles en typografische lettertypen: het geharde metaal reproduceert exact alle details van de mal die wordt gebruikt voor het gieten. Matrixsynthese lijkt op gieten op een matrix: nieuwe moleculen worden gesynthetiseerd precies volgens het plan dat is vastgelegd in de structuur van bestaande moleculen.

Het matrixprincipe liegt in de kern de belangrijkste synthetische reacties van de cel, zoals de synthese van nucleïnezuren en eiwitten. Deze reacties zorgen voor de exacte, strikt specifieke volgorde van monomeereenheden in de gesynthetiseerde polymeren.

Er vindt hier gerichte actie plaats. monomeren naar een specifieke locatie trekken cellen – in moleculen die dienen als matrix waar de reactie plaatsvindt. Als dergelijke reacties zouden plaatsvinden als resultaat van willekeurige botsingen van moleculen, zouden ze oneindig langzaam verlopen. De synthese van complexe moleculen op basis van het templateprincipe wordt snel en nauwkeurig uitgevoerd. De rol van de matrix macromoleculen van nucleïnezuren spelen in matrixreacties DNA of RNA .

Monomere moleculen waaruit het polymeer wordt gesynthetiseerd - nucleotiden of aminozuren - in overeenstemming met het principe van complementariteit, bevinden zich en worden in een strikt gedefinieerde, gespecificeerde volgorde op de matrix gefixeerd.

Dan gebeurt het "verknoping" van monomeereenheden tot een polymeerketen en het voltooide polymeer wordt uit de matrix afgevoerd.

Daarna matrix is ​​klaar aan de assemblage van een nieuw polymeermolecuul. Het is duidelijk dat net zoals op een bepaalde mal slechts één munt of één letter kan worden gegoten, zo ook op een gegeven matrixmolecuul slechts één polymeer kan worden “geassembleerd”.

Type matrixreactie- een specifiek kenmerk van de chemie van levende systemen. Ze vormen de basis van de fundamentele eigenschap van alle levende wezens: het vermogen om zijn eigen soort te reproduceren.

Sjabloonsynthesereacties

1. DNA-replicatie - replicatie (van het Latijnse replicatie - vernieuwing) - het proces van het synthetiseren van een dochtermolecuul van deoxyribonucleïnezuur op de matrix van het ouder-DNA-molecuul. Tijdens de daaropvolgende deling van de moedercel ontvangt elke dochtercel één kopie van een DNA-molecuul dat identiek is aan het DNA van de oorspronkelijke moedercel. Dit proces zorgt ervoor dat genetische informatie nauwkeurig van generatie op generatie wordt doorgegeven. DNA-replicatie wordt uitgevoerd door een complex enzymcomplex dat bestaat uit 15-20 verschillende eiwitten, genaamd replisome . Het materiaal voor synthese zijn vrije nucleotiden die aanwezig zijn in het cytoplasma van cellen. De biologische betekenis van replicatie ligt in de nauwkeurige overdracht van erfelijke informatie van het moedermolecuul naar de dochtermoleculen, wat normaal gesproken gebeurt tijdens de deling van somatische cellen.

Een DNA-molecuul bestaat uit twee complementaire strengen. Deze ketens worden bij elkaar gehouden door zwakke waterstofbruggen die door enzymen kunnen worden verbroken. Het DNA-molecuul is in staat tot zelfduplicatie (replicatie) en op elke oude helft van het molecuul wordt een nieuwe helft gesynthetiseerd.
Bovendien kan een mRNA-molecuul worden gesynthetiseerd op een DNA-molecuul, dat vervolgens de van DNA ontvangen informatie overbrengt naar de plaats van eiwitsynthese.

Informatieoverdracht en eiwitsynthese verlopen volgens een matrixprincipe, vergelijkbaar met de werking van een drukpers in een drukkerij. Informatie uit DNA wordt vele malen gekopieerd. Als er tijdens het kopiëren fouten optreden, worden deze in alle volgende kopieën herhaald.

Het is waar dat sommige fouten bij het kopiëren van informatie met een DNA-molecuul kunnen worden gecorrigeerd - het proces van fouteliminatie wordt genoemd herstel. De eerste van de reacties in het proces van informatieoverdracht is de replicatie van het DNA-molecuul en de synthese van nieuwe DNA-ketens.

2. Transcriptie (van het Latijnse transcriptio - herschrijven) - het proces van RNA-synthese met behulp van DNA als sjabloon, dat voorkomt in alle levende cellen. Met andere woorden, het is de overdracht van genetische informatie van DNA naar RNA.

Transcriptie wordt gekatalyseerd door het enzym DNA-afhankelijke RNA-polymerase. RNA-polymerase beweegt langs het DNA-molecuul in de richting 3" → 5". De transcriptie bestaat uit fasen initiatie, verlenging en beëindiging . De transcriptie-eenheid is een operon, een fragment van een DNA-molecuul bestaande uit promotor, getranscribeerd deel en terminator . mRNA bestaat uit een enkele keten en wordt op DNA gesynthetiseerd volgens de regel van complementariteit met de deelname van een enzym dat het begin en het einde van de synthese van het mRNA-molecuul activeert.

Het voltooide mRNA-molecuul komt het cytoplasma binnen op ribosomen, waar de synthese van polypeptideketens plaatsvindt.

3. Uitzending (van lat. vertaling- overdracht, beweging) - het proces van eiwitsynthese uit aminozuren op een matrix van informatie (messenger) RNA (mRNA, mRNA), uitgevoerd door het ribosoom. Met andere woorden, dit is het proces van het vertalen van de informatie in de sequentie van nucleotiden van mRNA naar de sequentie van aminozuren in het polypeptide.

4. Omgekeerde transcriptie is het proces van vorming van dubbelstrengig DNA op basis van informatie uit enkelstrengig RNA. Dit proces wordt omgekeerde transcriptie genoemd, omdat de overdracht van genetische informatie plaatsvindt in de “omgekeerde” richting ten opzichte van transcriptie. Het idee van omgekeerde transcriptie was aanvankelijk erg impopulair omdat het in tegenspraak was met het centrale dogma van de moleculaire biologie, dat ervan uitging dat DNA wordt getranscribeerd in RNA en vervolgens wordt vertaald in eiwitten.

In 1970 ontdekten Temin en Baltimore echter onafhankelijk van elkaar een enzym genaamd omgekeerde transcriptase (revertase) , en de mogelijkheid van omgekeerde transcriptie werd uiteindelijk bevestigd. In 1975 ontvingen Temin en Baltimore de Nobelprijs voor de Fysiologie of Geneeskunde. Sommige virussen (zoals het humaan immunodeficiëntievirus, dat HIV-infectie veroorzaakt) hebben het vermogen om RNA in DNA te transcriberen. HIV heeft een RNA-genoom dat in DNA is geïntegreerd. Hierdoor kan het DNA van het virus worden gecombineerd met het genoom van de gastheercel. Het belangrijkste enzym dat verantwoordelijk is voor de synthese van DNA uit RNA wordt genoemd omgekeerde. Een van de functies van reversease is creëren complementair DNA (cDNA) uit het virale genoom. Het geassocieerde enzym ribonuclease splitst RNA en reversease synthetiseert cDNA uit de dubbele DNA-helix. Het cDNA wordt door integrase in het genoom van de gastheercel geïntegreerd. Het resultaat is synthese van virale eiwitten door de gastheercel, die nieuwe virussen vormen. Bij HIV is ook apoptose (celdood) van T-lymfocyten geprogrammeerd. In andere gevallen kan de cel een verspreider van virussen blijven.

De volgorde van matrixreacties tijdens eiwitbiosynthese kan worden weergegeven in de vorm van een diagram.

Dus, eiwit biosynthese- dit is een van de vormen van plastic uitwisseling, waarbij erfelijke informatie gecodeerd in DNA-genen wordt geïmplementeerd in een specifieke sequentie van aminozuren in eiwitmoleculen.

Eiwitmoleculen zijn in wezen polypeptideketens opgebouwd uit individuele aminozuren. Maar aminozuren zijn niet actief genoeg om zelfstandig met elkaar te combineren. Daarom moeten aminozuren voordat ze met elkaar combineren en een eiwitmolecuul vormen activeren . Deze activering vindt plaats onder invloed van speciale enzymen.

Als resultaat van activatie wordt het aminozuur labieler en bindt het, onder invloed van hetzelfde enzym, aan t- RNA. Elk aminozuur komt overeen met een strikt specifieke t- RNA, die “zijn” aminozuur vindt en overdrachten het in het ribosoom.

Bijgevolg verschillende geactiveerde aminozuren gecombineerd met hun eigen aminozuren T- RNA. Het ribosoom is als transportband om een ​​eiwitketen samen te stellen uit verschillende aminozuren die eraan worden geleverd.

Gelijktijdig met t-RNA, waarop zijn eigen aminozuur “zit”, “ signaal"van het DNA dat zich in de kern bevindt. In overeenstemming met dit signaal wordt een of ander eiwit in het ribosoom gesynthetiseerd.

De directe invloed van DNA op de eiwitsynthese wordt niet rechtstreeks uitgevoerd, maar met de hulp van een speciale tussenpersoon - matrix of boodschapper-RNA (m-RNA of mRNA), welke gesynthetiseerd in de kern e onder invloed van DNA, zodat de samenstelling ervan de samenstelling van DNA weerspiegelt. Het RNA-molecuul is als een afgietsel van de DNA-vorm. Het gesynthetiseerde mRNA komt het ribosoom binnen en brengt het als het ware over naar deze structuur plan- in welke volgorde moeten de geactiveerde aminozuren die het ribosoom binnenkomen met elkaar worden gecombineerd om een ​​specifiek eiwit te kunnen synthetiseren? Anders, genetische informatie gecodeerd in DNA wordt overgebracht naar mRNA en vervolgens naar eiwitten.

Het mRNA-molecuul komt het ribosoom binnen en steken haar. Het segment ervan dat zich momenteel in het ribosoom bevindt, wordt bepaald codon (triplet), werkt op een volledig specifieke manier samen met degenen die er structureel op lijken triplet (anticodon) in transfer-RNA, dat het aminozuur in het ribosoom bracht.

Transfer-RNA met zijn aminozuur komt overeen met een specifiek codon van het mRNA en verbindt met hem; naar het volgende, aangrenzende deel van mRNA er wordt nog een tRNA met een ander aminozuur toegevoegd enzovoort totdat de hele keten van i-RNA is gelezen, totdat alle aminozuren in de juiste volgorde zijn gereduceerd en een eiwitmolecuul vormen. En tRNA, dat het aminozuur aan een specifiek deel van de polypeptideketen afleverde, bevrijd van zijn aminozuur en verlaat het ribosoom.

Vervolgens kan het gewenste aminozuur zich weer in het cytoplasma aansluiten en het opnieuw naar het ribosoom overbrengen. Bij het proces van eiwitsynthese zijn niet één, maar meerdere ribosomen - polyribosomen - tegelijkertijd betrokken.

De belangrijkste fasen van de overdracht van genetische informatie:

1. Synthese van DNA als template voor mRNA (transcriptie)
2. Synthese van een polypeptideketen in ribosomen volgens het programma in mRNA (vertaling) .

De stadia zijn universeel voor alle levende wezens, maar de temporele en ruimtelijke relaties van deze processen verschillen bij pro- en eukaryoten.

U prokaryoot transcriptie en translatie kunnen gelijktijdig plaatsvinden omdat DNA zich in het cytoplasma bevindt. U eukaryoten transcriptie en translatie zijn strikt gescheiden in ruimte en tijd: de synthese van verschillende RNA's vindt plaats in de kern, waarna de RNA-moleculen de kern moeten verlaten via het kernmembraan. De RNA's worden vervolgens in het cytoplasma naar de plaats van eiwitsynthese getransporteerd.

Lezing 5. Genetische code

Definitie van het concept

De genetische code is een systeem voor het vastleggen van informatie over de volgorde van aminozuren in eiwitten met behulp van de volgorde van nucleotiden in DNA.

Omdat DNA niet direct betrokken is bij de eiwitsynthese, is de code geschreven in RNA-taal. RNA bevat uracil in plaats van thymine.

Eigenschappen van de genetische code

1. Drievoudigheid

Elk aminozuur wordt gecodeerd door een sequentie van 3 nucleotiden.

Definitie: een triplet of codon is een sequentie van drie nucleotiden die coderen voor één aminozuur.

De code kan niet monoplet zijn, omdat 4 (het aantal verschillende nucleotiden in DNA) kleiner is dan 20. De code kan niet doublet zijn, omdat 16 (het aantal combinaties en permutaties van 4 nucleotiden van 2) is minder dan 20. De code kan triplet zijn, omdat 64 (het aantal combinaties en permutaties van 4 tot 3) is meer dan 20.

2. Degeneratie.

Alle aminozuren, met uitzondering van methionine en tryptofaan, worden gecodeerd door meer dan één triplet:

2 AK voor 1 triplet = 2.

9 AK, elk 2 drielingen = 18.

1 AK 3 drielingen = 3.

5 AK van 4 drielingen = 20.

3 AK van 6 drielingen = 18.

In totaal coderen 61 tripletten voor 20 aminozuren.

3. Aanwezigheid van intergene leestekens.

Definitie:

Gen - een stukje DNA dat codeert voor één polypeptideketen of één molecuul tRNA, RRNA ofsRNA.

GenentRNA, rRNA, sRNAeiwitten zijn niet gecodeerd.

Aan het einde van elk gen dat voor een polypeptide codeert, bevindt zich ten minste één van de drie tripletten die coderen voor RNA-stopcodons of stopsignalen. In mRNA hebben ze de volgende vorm: UAA, UAG, UGA . Ze beëindigen (beëindigen) de uitzending.

Conventioneel behoort het codon ook tot leestekens AUG - de eerste na de leiderreeks. (Zie lezing 8) Het functioneert als een hoofdletter. In deze positie codeert het voor formylmethionine (in prokaryoten).

4. Ondubbelzinnigheid.

Elk triplet codeert voor slechts één aminozuur of is een translatieterminator.

De uitzondering is het codon AUG . In prokaryoten codeert het in de eerste positie (hoofdletter) voor formylmethionine, en in elke andere positie codeert het voor methionine.

5. Compactheid of afwezigheid van intragene leestekens.
Binnen een gen maakt elk nucleotide deel uit van een significant codon.

In 1961 bewezen Seymour Benzer en Francis Crick experimenteel het tripletkarakter van de code en de compactheid ervan.

De essentie van het experiment: “+” mutatie - insertie van één nucleotide. "-" mutatie - verlies van één nucleotide. Een enkele "+" of "-" mutatie aan het begin van een gen bederft het hele gen. Een dubbele "+" of "-" mutatie bederft ook het hele gen.

Een drievoudige “+” of “-” mutatie aan het begin van een gen bederft slechts een deel ervan. Een viervoudige “+” of “-” mutatie bederft opnieuw het hele gen.

Het experiment bewijst dat De code wordt getranscribeerd en er staan ​​geen leestekens in het gen. Het experiment werd uitgevoerd op twee aangrenzende faaggenen en toonde bovendien aan: aanwezigheid van leestekens tussen genen.

6. Veelzijdigheid.

De genetische code is hetzelfde voor alle wezens die op aarde leven.

In 1979 werd Burrell geopend ideaal menselijke mitochondriëncode.

Definitie:

“Ideaal” is een genetische code waarin aan de degeneratieregel van de quasi-doubletcode wordt voldaan: als in twee tripletten de eerste twee nucleotiden samenvallen en de derde nucleotiden tot dezelfde klasse behoren (beide zijn purines of beide zijn pyrimidines) , dan coderen deze tripletten voor hetzelfde aminozuur.

Er zijn twee uitzonderingen op deze regel in de universele code. Beide afwijkingen van de ideale code in het universele hebben betrekking op fundamentele punten: het begin en het einde van de eiwitsynthese:

De genetische code is een manier om de sequentie van aminozuren in een eiwitmolecuul te coderen met behulp van de sequentie van nucleotiden in een nucleïnezuurmolecuul. De eigenschappen van de genetische code vloeien voort uit de kenmerken van deze codering.

Elk eiwitaminozuur is gekoppeld aan drie opeenvolgende nucleïnezuurnucleotiden - drieling, of codon. Elk nucleotide kan één van de vier stikstofbasen bevatten. In RNA zijn dit adenine (A), uracil (U), guanine (G), cytosine (C). Door stikstofhoudende basen (in dit geval de nucleotiden die ze bevatten) op verschillende manieren te combineren, kun je veel verschillende tripletten krijgen: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, enz. Het totale aantal mogelijke combinaties is 64, d.w.z. 43.

De eiwitten van levende organismen bevatten ongeveer 20 aminozuren. Als de natuur zou “plannen” om elk aminozuur niet met drie, maar met twee nucleotiden te coderen, dan zou de verscheidenheid van dergelijke paren niet genoeg zijn, aangezien er maar 16 zouden zijn, d.w.z. 42.

Dus, de belangrijkste eigenschap van de genetische code is de tripliciteit ervan. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een triplet van nucleotiden.

Omdat er aanzienlijk meer verschillende tripletten mogelijk zijn dan de aminozuren die in biologische moleculen worden gebruikt, is de volgende eigenschap in de levende natuur gerealiseerd: ontslag genetische code. Veel aminozuren werden niet door één codon gecodeerd, maar door meerdere. Het aminozuur glycine wordt bijvoorbeeld gecodeerd door vier verschillende codons: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundantie wordt ook wel genoemd degeneratie.

De overeenkomst tussen aminozuren en codons wordt in tabellen weergegeven. Deze zijn bijvoorbeeld:

Met betrekking tot nucleotiden heeft de genetische code de volgende eigenschap: eenduidigheid(of specificiteit): elk codon komt overeen met slechts één aminozuur. Het GGU-codon kan bijvoorbeeld alleen coderen voor glycine en geen ander aminozuur.

Opnieuw. Redundantie betekent dat meerdere tripletten kunnen coderen voor hetzelfde aminozuur. Specificiteit - Elk specifiek codon kan voor slechts één aminozuur coderen.

Er zijn geen speciale leestekens in de genetische code (behalve stopcodons, die het einde van de polypeptidesynthese aangeven). De functie van leestekens wordt uitgevoerd door de drieling zelf - het einde van de ene betekent dat de volgende zal beginnen. Dit impliceert de volgende twee eigenschappen van de genetische code: continuïteit En niet-overlappend. Continuïteit verwijst naar het lezen van drielingen onmiddellijk na elkaar. Niet-overlappend betekent dat elk nucleotide deel kan uitmaken van slechts één triplet. Het eerste nucleotide van het volgende triplet komt dus altijd na het derde nucleotide van het vorige triplet. Een codon kan niet beginnen met het tweede of derde nucleotide van het voorgaande codon. Met andere woorden: de code overlapt niet.

De genetische code heeft de eigenschap veelzijdigheid. Het is hetzelfde voor alle organismen op aarde, wat de eenheid van de oorsprong van het leven aangeeft. Hierop bestaan ​​zeer zeldzame uitzonderingen. Sommige tripletten in mitochondriën en chloroplasten coderen bijvoorbeeld voor andere aminozuren dan de gebruikelijke. Dit kan erop duiden dat er bij het begin van het leven enigszins verschillende variaties van de genetische code bestonden.

Ten slotte heeft de genetische code dat wel immuniteit tegen lawaai, wat een gevolg is van zijn eigenschap als redundantie. Puntmutaties, die soms voorkomen in DNA, resulteren meestal in de vervanging van de ene stikstofbase door de andere. Dit verandert het drietal. Het was bijvoorbeeld AAA, maar na de mutatie werd het AAG. Dergelijke veranderingen leiden echter niet altijd tot een verandering in het aminozuur in het gesynthetiseerde polypeptide, aangezien beide tripletten, als gevolg van de redundantie-eigenschap van de genetische code, kunnen corresponderen met één aminozuur. Aangezien mutaties vaak schadelijk zijn, is de eigenschap van ruisimmuniteit nuttig.

De genetische of biologische code is een van de universele eigenschappen van de levende natuur en bewijst de eenheid van haar oorsprong. Genetische code is een methode voor het coderen van de sequentie van aminozuren van een polypeptide met behulp van een sequentie van nucleïnezuurnucleotiden (messenger-RNA of een complementair DNA-gedeelte waarop mRNA wordt gesynthetiseerd).

Er zijn andere definities.

Genetische code- dit is de overeenkomst van elk aminozuur (onderdeel van levende eiwitten) met een specifieke sequentie van drie nucleotiden. Genetische code is de relatie tussen nucleïnezuurbasen en eiwitaminozuren.

In de wetenschappelijke literatuur betekent de genetische code niet de volgorde van nucleotiden in het DNA van een organisme die zijn individualiteit bepaalt.

Het is onjuist om aan te nemen dat het ene organisme of de ene soort de ene code heeft en de ander een andere. De genetische code is hoe aminozuren worden gecodeerd door nucleotiden (dat wil zeggen principe, mechanisme); het is universeel voor alle levende wezens, hetzelfde voor alle organismen.

Daarom is het onjuist om bijvoorbeeld te zeggen: ‘De genetische code van een persoon’ of ‘De genetische code van een organisme’, wat vaak wordt gebruikt in pseudo-wetenschappelijke literatuur en films.

In deze gevallen bedoelen we meestal het genoom van een persoon, een organisme, enz.

De diversiteit van levende organismen en de kenmerken van hun levensactiviteit is voornamelijk te danken aan de diversiteit aan eiwitten.

De specifieke structuur van een eiwit wordt bepaald door de volgorde en hoeveelheid van de verschillende aminozuren waaruit de samenstelling bestaat. De aminozuursequentie van het peptide wordt gecodeerd in DNA met behulp van een biologische code. Vanuit het oogpunt van de diversiteit van de reeks monomeren is DNA een primitiever molecuul dan een peptide. DNA bestaat uit verschillende afwisselingen van slechts vier nucleotiden. Dit heeft onderzoekers er lange tijd van weerhouden DNA als het materiaal van erfelijkheid te beschouwen.

Hoe worden aminozuren gecodeerd door nucleotiden?

1) Nucleïnezuren (DNA en RNA) zijn polymeren die uit nucleotiden bestaan.

Elk nucleotide kan een van de vier stikstofbasen bevatten: adenine (A, en: A), guanine (G, G), cytosine (C, en: C), thymine (T, en: T). In het geval van RNA wordt thymine vervangen door uracil (U, U).

Bij het beschouwen van de genetische code wordt alleen rekening gehouden met stikstofbasen.

Vervolgens kan de DNA-keten worden weergegeven als hun lineaire sequentie. Bijvoorbeeld:

De mRNA-sectie die complementair is aan deze code zal als volgt zijn:

2) Eiwitten (polypeptiden) zijn polymeren bestaande uit aminozuren.

In levende organismen worden 20 aminozuren gebruikt om polypeptiden te bouwen (een paar meer zijn zeer zeldzaam). Om ze aan te duiden, kun je ook één letter gebruiken (hoewel ze vaker drie gebruiken - een afkorting voor de naam van het aminozuur).

De aminozuren in een polypeptide zijn ook lineair verbonden door een peptidebinding. Stel bijvoorbeeld dat er een gedeelte van een eiwit is met de volgende reeks aminozuren (elk aminozuur wordt aangeduid met één letter):

3) Als het de taak is om elk aminozuur te coderen met behulp van nucleotiden, dan komt het erop neer hoe je 20 letters codeert met behulp van 4 letters.

Dit kan worden gedaan door letters van een alfabet van 20 letters te matchen met woorden die uit verschillende letters van een alfabet van 4 letters bestaan.

Als één aminozuur wordt gecodeerd door één nucleotide, kunnen er slechts vier aminozuren worden gecodeerd.

Als elk aminozuur geassocieerd is met twee opeenvolgende nucleotiden in de RNA-keten, kunnen zestien aminozuren worden gecodeerd.

Als er vier letters zijn (A, U, G, C), dan is het aantal van hun verschillende paarcombinaties 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Er worden haakjes gebruikt om de waarneming te vergemakkelijken.] Dit betekent dat slechts 16 verschillende aminozuren kunnen worden gecodeerd met een dergelijke code (een woord van twee letters): elk heeft zijn eigen woord (twee opeenvolgende nucleotiden).

Vanuit de wiskunde ziet de formule om het aantal combinaties te bepalen er als volgt uit: ab = n.

Hier is n het aantal verschillende combinaties, a is het aantal letters van het alfabet (of de basis van het getalsysteem), b is het aantal letters in het woord (of cijfers in het getal). Als we het vierletterige alfabet en de woorden die uit twee letters bestaan ​​in deze formule vervangen, krijgen we 42 = 16.

Als drie opeenvolgende nucleotiden als codewoord voor elk aminozuur worden gebruikt, kunnen 43 = 64 verschillende aminozuren worden gecodeerd, aangezien 64 verschillende combinaties kunnen worden gemaakt uit vier letters in groepen van drie (bijvoorbeeld AUG, GAA, CAU , GGU, enz.)

D.). Dit is al meer dan genoeg om 20 aminozuren te coderen.

Precies drielettercode gebruikt in genetische code. Er worden drie opeenvolgende nucleotiden genoemd die coderen voor één aminozuur drieling(of codon).

Elk aminozuur is geassocieerd met een specifiek triplet van nucleotiden.

Omdat de combinaties van tripletten het aantal aminozuren in overmaat overlappen, worden bovendien veel aminozuren gecodeerd door verschillende tripletten.

Drie tripletten coderen voor geen van de aminozuren (UAA, UAG, UGA).

Zij geven het einde van de uitzending aan en worden gebeld stopcodons(of onzincodons).

Het AUG-triplet codeert niet alleen voor het aminozuur methionine, maar initieert ook de translatie (speelt de rol van een startcodon).

Hieronder staan ​​tabellen met aminozuurcorrespondentie met nucleoitidetripletten.

Met behulp van de eerste tabel is het handig om het overeenkomstige aminozuur van een bepaald triplet te bepalen. Voor de tweede - voor een bepaald aminozuur, de tripletten die daarmee overeenkomen.

Laten we een voorbeeld bekijken van de implementatie van een genetische code. Stel dat er een mRNA is met de volgende inhoud:

Laten we de nucleotidesequentie in drietallen splitsen:

Laten we elk triplet associëren met het aminozuur van het polypeptide waarvoor het codeert:

Methionine - Asparaginezuur - Serine - Threonine - Tryptofaan - Leucine - Leucine - Lysine - Asparagine - Glutamine

Het laatste triplet is een stopcodon.

Eigenschappen van de genetische code

De eigenschappen van de genetische code zijn grotendeels een gevolg van de manier waarop aminozuren worden gecodeerd.

De eerste en voor de hand liggende eigenschap is tripliciteit.

Het verwijst naar het feit dat de code-eenheid een reeks van drie nucleotiden is.

Een belangrijke eigenschap van de genetische code is de niet-overlappend. Een nucleotide die in het ene triplet zit, kan niet in een ander triplet zitten.

Dat wil zeggen dat de reeks AGUGAA alleen kan worden gelezen als AGU-GAA, maar niet bijvoorbeeld als volgt: AGU-GUG-GAA. Dat wil zeggen: als een GU-paar deel uitmaakt van het ene triplet, kan het niet al een onderdeel zijn van een ander triplet.

Onder eenduidigheid De genetische code begrijpt dat elk triplet overeenkomt met slechts één aminozuur.

Het AGU-triplet codeert bijvoorbeeld voor het aminozuur serine en niets anders.

Genetische code

Dit triplet komt op unieke wijze overeen met slechts één aminozuur.

Aan de andere kant kunnen meerdere tripletten overeenkomen met één aminozuur. Dezelfde serine komt, naast AGU, bijvoorbeeld overeen met het AGC-codon. Deze eigenschap heet degeneratie genetische code.

Door degeneratie kunnen veel mutaties onschadelijk blijven, omdat het vervangen van één nucleotide in het DNA vaak niet leidt tot een verandering in de waarde van het triplet. Als je goed kijkt naar de tabel met aminozuurcorrespondentie met tripletten, kun je zien dat als een aminozuur door meerdere tripletten wordt gecodeerd, deze vaak verschillen in het laatste nucleotide, dat wil zeggen dat het van alles kan zijn.

Er worden ook enkele andere eigenschappen van de genetische code vermeld (continuïteit, ruisimmuniteit, universaliteit, enz.).

Veerkracht als de aanpassing van planten aan de levensomstandigheden. Basisreacties van planten op de werking van ongunstige factoren.

Plantresistentie is het vermogen om de effecten van extreme omgevingsfactoren (bodem- en luchtdroogte) te weerstaan.

Het unieke karakter van de genetische code komt tot uiting in het feit dat

Deze eigenschap werd ontwikkeld tijdens het evolutieproces en was genetisch vastgelegd. In gebieden met ongunstige omstandigheden hebben zich stabiele decoratieve vormen en lokale variëteiten van droogteresistente cultuurplanten gevormd. Een bepaald resistentieniveau dat inherent is aan planten komt alleen tot uiting onder invloed van extreme omgevingsfactoren.

Als gevolg van het optreden van een dergelijke factor begint de irritatiefase: een scherpe afwijking van de norm van een aantal fysiologische parameters en hun snelle terugkeer naar normaal. Dan is er een verandering in de stofwisseling en schade aan intracellulaire structuren. Tegelijkertijd worden alle synthetische onderdrukt, alle hydrolytische geactiveerd en neemt de algehele energietoevoer van het lichaam af. Als het effect van de factor de drempelwaarde niet overschrijdt, begint de aanpassingsfase.

Een aangepaste plant reageert minder op herhaalde of toenemende blootstelling aan een extreme factor. Op organismaal niveau wordt interactie tussen organen toegevoegd aan de aanpassingsmechanismen. De verzwakking van de beweging van waterstromen, minerale en organische verbindingen door de plant verergert de concurrentie tussen organen en hun groei stopt.

Biostabiliteit in planten gedefinieerd. de maximale waarde van de extreme factor waarbij planten nog levensvatbare zaden vormen. De landbouwstabiliteit wordt bepaald door de mate van opbrengstvermindering. Planten worden gekenmerkt door hun weerstand tegen een specifiek type extreme factor: overwintering, gasbestendig, zoutbestendig, droogtebestendig.

Het type rondwormen heeft, in tegenstelling tot platwormen, een primaire lichaamsholte - een schizocoel, gevormd door de vernietiging van het parenchym dat de gaten tussen de lichaamswand en interne organen opvult - de functie ervan is transport.

Het handhaaft de homeostase. De lichaamsvorm is rond van diameter. Het omhulsel is cuticula. De spieren worden weergegeven door een laag longitudinale spieren. De darm is door en bestaat uit 3 delen: anterieur, midden en posterieur. De orale opening bevindt zich op het ventrale oppervlak van het voorste uiteinde van het lichaam. De keelholte heeft een karakteristiek driehoekig lumen. Het uitscheidingssysteem wordt vertegenwoordigd door protonfridia of speciale huidklieren - hypodermale klieren. De meeste soorten zijn tweehuizig en planten zich alleen seksueel voort.

De ontwikkeling is direct, minder vaak met metamorfose. Ze hebben een constante cellulaire samenstelling van het lichaam en missen het vermogen om te regenereren. De voorste darm bestaat uit de mondholte, keelholte en slokdarm.

Ze hebben geen midden- of achtergedeelte. Het uitscheidingssysteem bestaat uit 1-2 reuzencellen van de hypodermis. Longitudinale uitscheidingskanalen liggen in de laterale randen van de hypodermis.

Eigenschappen van de genetische code. Bewijs voor tripletcode. Het decoderen van codons. Stopcodons. Het concept van genetische onderdrukking.

Het idee dat een gen codeert voor informatie in de primaire structuur van een eiwit werd geconcretiseerd door F.

Crick in zijn sequentiehypothese, volgens welke de sequentie van genelementen de sequentie van aminozuurresiduen in de polypeptideketen bepaalt. De geldigheid van de sequentiehypothese wordt bewezen door de colineariteit van de structuren van het gen en het polypeptide waarvoor het codeert. De belangrijkste ontwikkeling in 1953 was het idee dat. Dat de code hoogstwaarschijnlijk triplet is.

; DNA-basenparen: A-T, T-A, G-C, C-G - kunnen slechts voor 4 aminozuren coderen als elk paar overeenkomt met één aminozuur. Zoals je weet bevatten eiwitten 20 basische aminozuren. Als we aannemen dat elk aminozuur 2 basenparen heeft, kunnen er 16 aminozuren (4*4) worden gecodeerd – ook dit is niet genoeg.

Als de code triplet is, kunnen 4 basenparen 64 codons vormen (4*4*4), wat meer dan genoeg is om voor 20 aminozuren te coderen. Crick en zijn collega's gingen ervan uit dat de code een triplet was; er stonden geen "komma's" tussen de codons, d.w.z. scheidingstekens; De code binnen een gen wordt vanaf een vast punt in één richting gelezen. In de zomer van 1961 rapporteerden Kirenberg en Mattei de decodering van het eerste codon en stelden een methode voor om de samenstelling van codons in een celvrij eiwitsynthesesysteem vast te stellen.

Het codon voor fenylalanine werd dus getranscribeerd als UUU in mRNA. Verder als resultaat van de toepassing van methoden ontwikkeld door Korana, Nirenberg en Leder in 1965.

er werd een codewoordenboek in zijn moderne vorm samengesteld. Het optreden van mutaties in T4-fagen veroorzaakt door het verlies of de toevoeging van basen was dus een bewijs van de tripletaard van de code (eigenschap 1). Deze verwijderingen en toevoegingen, die leidden tot frameverschuivingen bij het ‘lezen’ van de code, werden alleen geëlimineerd door de juistheid van de code te herstellen, waardoor het verschijnen van mutanten werd voorkomen; Deze experimenten toonden ook aan dat tripletten elkaar niet overlappen, dat wil zeggen dat elke base slechts tot één triplet kan behoren (eigenschap 2).

De meeste aminozuren hebben verschillende codons. Een code waarin het aantal aminozuren kleiner is dan het aantal codons wordt gedegenereerd genoemd (eigenschap 3), d.w.z.

e. een bepaald aminozuur kan door meer dan één triplet worden gecodeerd. Bovendien coderen drie codons voor geen enkel aminozuur (“onzincodons”) en fungeren ze als een “stopsignaal”. Een stopcodon is het eindpunt van een functionele eenheid van DNA, de cistron. Stopcodons zijn bij alle soorten hetzelfde en worden weergegeven als UAA, UAG, UGA. Een opvallend kenmerk van de code is dat deze universeel is (eigenschap 4).

In alle levende organismen coderen dezelfde drielingen voor dezelfde aminozuren.

Het bestaan ​​van drie typen mutante codonterminators en de onderdrukking ervan zijn aangetoond in E. coli en gist. De ontdekking van suppressorgenen die onzinallelen van verschillende genen ‘interpreteren’ geeft aan dat de vertaling van de genetische code kan veranderen.

Mutaties die het anticodon van tRNA's beïnvloeden, veranderen hun codonspecificiteit en creëren de mogelijkheid van onderdrukking van mutaties op translationeel niveau. Onderdrukking op translationeel niveau kan optreden als gevolg van mutaties in de genen die coderen voor bepaalde ribosomale eiwitten. Als gevolg van deze mutaties maakt het ribosoom ‘fouten’, bijvoorbeeld bij het lezen van onzincodons en ‘interpreteert’ het deze met behulp van enkele niet-mutante tRNA’s. Naast genotypische onderdrukking op translatieniveau is ook fenotypische onderdrukking van nonsense-allelen mogelijk: wanneer de temperatuur daalt, wanneer cellen worden blootgesteld aan aminoglycoside-antibiotica die binden aan ribosomen, bijvoorbeeld streptomycine.

22. Voortplanting van hogere planten: vegetatief en aseksueel. Sporulatie, sporenstructuur, gelijk en heterosporaal. Reproductie als eigenschap van levende materie, d.w.z. het vermogen van een individu om zijn eigen soort voort te brengen, bestond in de vroege stadia van de evolutie.

Vormen van voortplanting kunnen worden onderverdeeld in 2 soorten: aseksueel en seksueel. Aseksuele voortplanting zelf wordt uitgevoerd zonder de deelname van geslachtscellen, met behulp van gespecialiseerde cellen - sporen. Ze worden gevormd in de organen van aseksuele voortplanting - sporangia als gevolg van mitotische deling.

Tijdens het ontkiemen reproduceert de spore een nieuw individu, vergelijkbaar met de moeder, met uitzondering van sporen van zaadplanten, waarbij de spore de functie van voortplanting en verspreiding heeft verloren. Sporen kunnen ook worden gevormd door reductiedeling, waarbij eencellige sporen naar buiten komen.

Reproductie van planten met behulp van vegetatief (een deel van een scheut, blad, wortel) of deling van eencellige algen doormidden wordt vegetatief genoemd (bol, stekken).

Seksuele voortplanting wordt uitgevoerd door speciale geslachtscellen - gameten.

Gameten worden gevormd als gevolg van de meiose, er zijn vrouwelijke en mannelijke. Als gevolg van hun fusie verschijnt een zygoot, waaruit zich vervolgens een nieuw organisme ontwikkelt.

Planten verschillen in de soorten gameten. Bij sommige eencellige organismen functioneert het op bepaalde momenten als gameet. Organismen van verschillende geslachten (gameten) versmelten - dit seksuele proces wordt genoemd hologamie. Als mannelijke en vrouwelijke gameten morfologisch vergelijkbaar en mobiel zijn, zijn dit isogameten.

En het seksuele proces - isogaam. Als vrouwelijke gameten iets groter en minder mobiel zijn dan mannelijke, dan zijn dit heterogameten en is er sprake van heterogamie. Oogamy - vrouwelijke gameten zijn erg groot en onbeweeglijk, mannelijke gameten zijn klein en mobiel.

12345678910Volgende ⇒

Genetische code - correspondentie tussen DNA-tripletten en eiwitaminozuren

De noodzaak om de structuur van eiwitten in de lineaire sequentie van nucleotiden van mRNA en DNA te coderen wordt ingegeven door het feit dat tijdens translatie:

• er is geen overeenkomst tussen het aantal monomeren in de mRNA-matrix en het product - het gesynthetiseerde eiwit;
• er is geen structurele gelijkenis tussen RNA- en eiwitmonomeren.

Dit elimineert de complementaire interactie tussen de matrix en het product - het principe waarmee de constructie van nieuwe DNA- en RNA-moleculen wordt uitgevoerd tijdens replicatie en transcriptie.

Hieruit wordt duidelijk dat er een ‘woordenboek’ moet zijn waarmee je kunt achterhalen welke sequentie van mRNA-nucleotiden ervoor zorgt dat aminozuren in een bepaalde volgorde in een eiwit worden opgenomen. Dit ‘woordenboek’ wordt de genetische, biologische, nucleotide- of aminozuurcode genoemd. Hiermee kunt u de aminozuren waaruit eiwitten bestaan, coderen met behulp van een specifieke reeks nucleotiden in DNA en mRNA. Het wordt gekenmerkt door bepaalde eigenschappen.

Tripletiteit. Een van de belangrijkste vragen bij het bepalen van de eigenschappen van de code was de vraag naar het aantal nucleotiden, dat de opname van één aminozuur in het eiwit zou moeten bepalen.

Er werd gevonden dat de coderende elementen bij de encryptie van een aminozuursequentie inderdaad tripletten van nucleotiden zijn, of drieling, die genoemd werden "codonen".

De betekenis van codons.

Het was mogelijk om vast te stellen dat van de 64 codons de opname van aminozuren in de gesynthetiseerde polypeptideketen codeert voor 61 tripletten, en dat de resterende 3 - UAA, UAG, UGA - niet coderen voor de opname van aminozuren in het eiwit en oorspronkelijk waren betekenisloze of niet-sense codons genoemd. Later werd echter aangetoond dat deze tripletten de voltooiing van de vertaling signaleren, en daarom werden ze terminatie- of stopcodons genoemd.

De codons van mRNA en tripletten van nucleotiden in de coderende DNA-streng met de richting van het 5'- naar het 3'-uiteinde hebben dezelfde sequentie van stikstofhoudende basen, behalve dat in DNA in plaats van uracil (U), kenmerkend voor mRNA, er is thymine (T).

Specificiteit.

Elk codon komt overeen met slechts één specifiek aminozuur. In die zin is de genetische code strikt ondubbelzinnig.

Tabel 4-3.

Ondubbelzinnigheid is een van de eigenschappen van de genetische code, die tot uiting komt in het feit dat...

Belangrijkste componenten van het eiwitsynthesesysteem

Opmerkingen: elf( eukaryotische initiatiefactoren) — initiatiefactoren; eEF ( eukaryote verlengingsfactoren) — verlengingsfactoren; eRF ( eukaryote afgevende factoren) zijn beëindigingsfactoren.

Degeneratie. Er zijn 61 tripletten in mRNA en DNA, die elk coderen voor de opname van een van de 20 aminozuren in het eiwit.

Hieruit volgt dat in informatiemoleculen de opname van hetzelfde aminozuur in een eiwit wordt bepaald door meerdere codons. Deze eigenschap van de biologische code wordt degeneratie genoemd.

Bij mensen worden slechts 2 aminozuren gecodeerd met één codon – Met en Tri, terwijl Leu, Ser en Apr – met zes codons, en Ala, Val, Gly, Pro, Tre – met vier codons (Tabel

Redundantie van codeersequenties is de meest waardevolle eigenschap van een code, omdat het de stabiliteit van de informatiestroom vergroot tegen de nadelige effecten van de externe en interne omgeving. Bij het bepalen van de aard van het aminozuur dat in een eiwit moet worden opgenomen, is het derde nucleotide in een codon niet zo belangrijk als de eerste twee. Zoals uit de tabel blijkt. 4-4: voor veel aminozuren heeft het vervangen van een nucleotide op de derde positie van een codon geen invloed op de betekenis ervan.

Lineariteit van informatieregistratie.

Tijdens de vertaling worden mRNA-codons opeenvolgend vanaf een vast startpunt “gelezen” en overlappen ze niet. Het informatierecord bevat geen signalen die het einde van het ene codon en het begin van het volgende aangeven. Het AUG-codon is het initiatiecodon en wordt zowel aan het begin als in andere delen van het mRNA gelezen als Met. De daaropvolgende tripletten worden achtereenvolgens zonder onderbrekingen gelezen tot aan het stopcodon, waarop de synthese van de polypeptideketen is voltooid.

Veelzijdigheid.

Tot voor kort werd aangenomen dat de code absoluut universeel was, d.w.z. de betekenis van codewoorden is hetzelfde voor alle bestudeerde organismen: virussen, bacteriën, planten, amfibieën, zoogdieren, inclusief mensen.

Eén uitzondering werd later echter bekend; het bleek dat mitochondriaal mRNA 4 tripletten bevat die een andere betekenis hebben dan mRNA van nucleaire oorsprong. In mitochondriaal mRNA codeert het triplet UGA dus voor Tri, codeert AUA voor Met, en worden ACA en AGG gelezen als extra stopcodons.

Colineariteit van gen en product.

Bij prokaryoten is een lineaire overeenkomst gevonden tussen de codonsequentie van een gen en de aminozuursequentie in het eiwitproduct, of, zoals ze zeggen, er is colineariteit tussen het gen en het product.

Tabel 4-4.

Genetische code

Opmerkingen: U - uracil; C - cytosine; A - adenine; G - guanine; *—terminatiecodon.

Bij eukaryoten worden basensequenties in een gen die colineair zijn met de aminozuursequentie in het eiwit onderbroken door nitronen.

Daarom is in eukaryote cellen de aminozuursequentie van een eiwit colineair met de sequentie van exons in een gen of volwassen mRNA na post-transcriptionele verwijdering van introns.

Ministerie van Onderwijs en Wetenschappen van het Federaal Agentschap voor Onderwijs van de Russische Federatie

Staatsonderwijsinstelling voor hoger beroepsonderwijs "Altai State Technical University vernoemd naar II Polzunov"

Afdeling Natuurwetenschappen en Systeemanalyse

Samenvatting over het onderwerp "Genetische code"

1. Het concept van genetische code

3. Genetische informatie

Referenties

1. Het concept van genetische code

De genetische code is een uniform systeem voor het vastleggen van erfelijke informatie in nucleïnezuurmoleculen in de vorm van een reeks nucleotiden, kenmerkend voor levende organismen. Elke nucleotide wordt aangeduid met een hoofdletter, waarmee de naam begint van de stikstofbase die deel uitmaakt van de samenstelling ervan: - A (A) adenine; - G(G)guanine; - C (C) cytosine; - T (T) thymine (in DNA) of U (U) uracil (in mRNA).

De implementatie van de genetische code in een cel vindt plaats in twee fasen: transcriptie en vertaling.

De eerste komt voor in de kern; het bestaat uit de synthese van mRNA-moleculen op de overeenkomstige delen van DNA. In dit geval wordt de DNA-nucleotidesequentie “herschreven” in de RNA-nucleotidesequentie. De tweede fase vindt plaats in het cytoplasma, op ribosomen; in dit geval wordt de sequentie van nucleotiden van mRNA vertaald in de sequentie van aminozuren in het eiwit: deze fase vindt plaats met de deelname van transfer-RNA (tRNA) en de overeenkomstige enzymen.

2. Eigenschappen van de genetische code

1. Drievoudigheid

Elk aminozuur wordt gecodeerd door een sequentie van 3 nucleotiden.

Een triplet of codon is een sequentie van drie nucleotiden die coderen voor één aminozuur.

De code kan niet monoplet zijn, omdat 4 (het aantal verschillende nucleotiden in DNA) kleiner is dan 20. De code kan niet doublet zijn, omdat 16 (het aantal combinaties en permutaties van 4 nucleotiden van 2) is minder dan 20. De code kan triplet zijn, omdat 64 (het aantal combinaties en permutaties van 4 tot 3) is meer dan 20.

2. Degeneratie.

Alle aminozuren, met uitzondering van methionine en tryptofaan, worden gecodeerd door meer dan één triplet: 2 aminozuren van 1 triplet = 2 9 aminozuren van 2 tripletten = 18 1 aminozuur 3 tripletten = 3 5 aminozuren van 4 tripletten = 20 3 aminozuren van 6 tripletten = 18 Totaal 61 tripletten coderen voor 20 aminozuren.

3. Aanwezigheid van intergene leestekens.

Een gen is een stukje DNA dat codeert voor één polypeptideketen of één molecuul tRNA, rRNA of sRNA.

De tRNA-, rRNA- en sRNA-genen coderen niet voor eiwitten.

Aan het einde van elk gen dat voor een polypeptide codeert, bevindt zich ten minste één van de drie stopcodons of stopsignalen: UAA, UAG, UGA. Ze beëindigen de uitzending.

Conventioneel behoort het AUG-codon, het eerste na de leiderreeks, ook tot leestekens. Het functioneert als een hoofdletter. In deze positie codeert het voor formylmethionine (in prokaryoten).

4. Ondubbelzinnigheid.

Elk triplet codeert voor slechts één aminozuur of is een translatieterminator.

De uitzondering is het AUG-codon. In prokaryoten codeert het in de eerste positie (hoofdletter) voor formylmethionine, en in elke andere positie codeert het voor methionine.

5. Compactheid of afwezigheid van intragene leestekens.

Binnen een gen maakt elk nucleotide deel uit van een significant codon.

In 1961 Seymour Benzer en Francis Crick bewezen experimenteel het tripletkarakter van de code en de compactheid ervan.

De essentie van het experiment: “+” mutatie - insertie van één nucleotide. "-" mutatie - verlies van één nucleotide. Een enkele "+" of "-" mutatie aan het begin van een gen bederft het hele gen. Een dubbele "+" of "-" mutatie bederft ook het hele gen. Een drievoudige “+” of “-” mutatie aan het begin van een gen bederft slechts een deel ervan. Een viervoudige “+” of “-” mutatie bederft opnieuw het hele gen.

Het experiment bewijst dat de code triplet is en dat er geen leestekens in het gen voorkomen. Het experiment werd uitgevoerd op twee aangrenzende faaggenen en toonde bovendien de aanwezigheid van leestekens tussen de genen aan.

3. Genetische informatie

Genetische informatie is een programma van de eigenschappen van een organisme, ontvangen van voorouders en ingebed in erfelijke structuren in de vorm van een genetische code.

Er wordt aangenomen dat de vorming van genetische informatie het volgende schema volgde: geochemische processen - mineraalvorming - evolutionaire katalyse (autokatalyse).

Het is mogelijk dat de eerste primitieve genen microkristallijne kleikristallen waren, en dat elke nieuwe laag klei is gebouwd in overeenstemming met de structurele kenmerken van de vorige, alsof er informatie over de structuur van wordt ontvangen.

De implementatie van genetische informatie vindt plaats tijdens de synthese van eiwitmoleculen met behulp van drie RNA's: messenger RNA (mRNA), transport RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA). Het proces van informatieoverdracht vindt plaats: - via een direct communicatiekanaal: DNA - RNA - eiwit; en - via het feedbackkanaal: omgeving - eiwit - DNA.

Levende organismen zijn in staat informatie te ontvangen, op te slaan en door te geven. Bovendien hebben levende organismen een inherent verlangen om de ontvangen informatie over zichzelf en de wereld om hen heen zo efficiënt mogelijk te gebruiken. Erfelijke informatie, ingebed in genen en noodzakelijk voor het bestaan, de ontwikkeling en de voortplanting van een levend organisme, wordt van elk individu op zijn nakomelingen overgedragen. Deze informatie bepaalt de richting van de ontwikkeling van het organisme, en tijdens het proces van zijn interactie met de omgeving kan de reactie op zijn individu worden vervormd, waardoor de evolutie van de ontwikkeling van nakomelingen wordt verzekerd. In het evolutieproces van een levend organisme ontstaat nieuwe informatie en wordt deze onthouden, inclusief de waarde van informatie ervoor.

Tijdens de implementatie van erfelijke informatie onder bepaalde omgevingsomstandigheden wordt het fenotype van organismen van een bepaalde biologische soort gevormd.

Genetische informatie bepaalt de morfologische structuur, groei, ontwikkeling, metabolisme, mentale gesteldheid, aanleg voor ziekten en genetische defecten van het lichaam.

Veel wetenschappers, die terecht de rol van informatie bij de vorming en evolutie van levende wezens benadrukten, noemden deze omstandigheid als een van de belangrijkste criteria van het leven. Dus, V.I. Karagodin gelooft: “Leven is zo’n bestaansvorm van informatie en de daardoor gecodeerde structuren, die de reproductie van deze informatie onder geschikte omgevingsomstandigheden garandeert.” Het verband tussen informatie en het leven wordt ook opgemerkt door A.A. Lyapunov: “Het leven is een zeer geordende toestand van de materie die informatie gebruikt die gecodeerd is door de toestanden van individuele moleculen om aanhoudende reacties te ontwikkelen.” Onze beroemde astrofysicus N.S. Kardashev benadrukt ook de informatieve component van het leven: “Het leven ontstaat dankzij de mogelijkheid om een ​​speciaal soort moleculen te synthetiseren die in staat zijn om in eerste instantie de eenvoudigste informatie over het milieu en hun eigen structuur te onthouden en te gebruiken, die ze gebruiken voor zelfbehoud, voor voortplanting en, wat voor ons vooral belangrijk is, voor het verkrijgen van meer informatie.” Ecoloog S.S. vestigt de aandacht op dit vermogen van levende organismen om informatie te bewaren en over te dragen in zijn boek ‘Physics of Immortality’. Chetverikov over populatiegenetica, waarin werd aangetoond dat het niet de individuele kenmerken en individuen zijn die onderhevig zijn aan selectie, maar het genotype van de hele populatie, maar dat dit wordt uitgevoerd door de fenotypische kenmerken van individuele individuen. Dit zorgt ervoor dat gunstige veranderingen zich over de hele bevolking verspreiden. Het evolutiemechanisme wordt dus zowel gerealiseerd door willekeurige mutaties op genetisch niveau als door de overerving van de meest waardevolle eigenschappen (de waarde van informatie!), die de aanpassing van mutatiekenmerken aan de omgeving bepalen, waardoor de meest levensvatbare nakomelingen worden gegarandeerd.

Seizoensgebonden klimaatveranderingen en verschillende natuurrampen of door de mens veroorzaakte rampen leiden enerzijds tot veranderingen in de herhalingsfrequentie van genen in populaties en, als gevolg daarvan, tot een afname van de erfelijke variabiliteit. Dit proces wordt soms genetische drift genoemd. En aan de andere kant tot veranderingen in de concentratie van verschillende mutaties en een afname van de diversiteit aan genotypen in de populatie, wat kan leiden tot veranderingen in de richting en intensiteit van selectie.

4. Het decoderen van de menselijke genetische code

In mei 2006 publiceerden wetenschappers die werkten aan het ontcijferen van het menselijk genoom een ​​volledige genetische kaart van chromosoom 1, het laatste menselijke chromosoom waarvan de sequentie niet volledig was bepaald.

In 2003 werd een voorlopige menselijke genetische kaart gepubliceerd, waarmee de formele voltooiing van het Human Genome Project werd gemarkeerd. Binnen dit kader werd de sequentie van genoomfragmenten met 99% van de menselijke genen bepaald. De nauwkeurigheid van genidentificatie was 99,99%. Tegen de tijd dat het project voltooid was, waren echter slechts vier van de 24 chromosomen volledig gesequenced. Feit is dat chromosomen naast genen fragmenten bevatten die voor geen enkele eigenschap coderen en niet betrokken zijn bij de eiwitsynthese. De rol die deze fragmenten spelen in het leven van het lichaam blijft onbekend, maar steeds meer onderzoekers zijn geneigd te geloven dat hun onderzoek de grootste aandacht vereist.