Шлях реалізації генетичної інформації. §29

інформації

Усі морфологічні, анатомічні та функціональні особливості будь-якої клітини та організму в цілому визначаються структурою специфічних білків, що входять до складу клітин. Здатність до синтезу лише суворо певних білків є характерною властивістю, властивим як кожного виду, так окремих організмів.

У молекулі ДНК може бути закодована амінокислотна послідовність для багатьох білків. Ділянка молекули ДНК, яка несе інформацію про структуру одного білка, називається геном.

Певна послідовність розташування амінокислот у гюліпептидному ланцюжку (первинна структура білка) визначає специфічність білкової молекули, а, отже, і специфічність ознак, що визначаються цим білком.

Від розташування амінокислот у поліпептидному ланцюжку білкової молекули залежать біологічні властивості білків, їхня специфічність. Таким

Отже, первинна структура білкової молекули визначається певною послідовністю нуклеотидів у ділянці ДНК (гені).

Генетичний код - це певне розташування нуклеотидів у молекулі ДНК, що кодують амінокислоти у молекулі білка.

Для кодування 20 амінокислот в молекулі ДНК використовуються чотири різні азотисті основи (аденін, тимін, цитозин, гуанін). Кожна амінокислота кодується групою із трьох мононуклеотидів, яка називається триплетом (див. таблицю 1)

Властивості генетичного коду:

триплвтність - одна амінокислота кодується одним триплетом, до складу якого входить три нуклеотиди. Такий триплет називається кодоном. При комбінації чотирьох нуклеотидів по три 4 3 ймовірні поєднання складуть 64 варіанти (триплету), що більш ніж достатньо для кодування 20 амінокислот;

«виродженість»,або надмірність генетичного коду, тобто. одну й ту саму амінокислоту може кодувати кілька триплетів, оскільки відомо 20 амінокислот і 64 кодону, наприклад, феніл-аланін кодується двома триплетами (УУУ, УУЦ), ізолейцин - трьома (АУУ,АУЦАУА);

неперекриваність,тобто. між триплетами в молекулі ДНК немає розділових знаків, вони розташовані в лінійному порядку, слідуючи один за одним три рядом розташованих нуклеотиду утворюють один триплет;

лінійністьвідсутність знаків поділу, тобто. триплети в молекулі ДНК слідують один за одним у лінійному порядку без знаків зупинки; якщо відбудеться випадання одного нуклеотиду, то відбудеться "зсув рамки", що призведе до зміни послідовності нуклеотидів у молекулі РНК, і, отже, зміни послідовності амінокислот у молекулі білка;

універсальність,тобто. для всіх організмів, починаючи з прокаріотів і закінчуючи людиною, 20 амінокислот кодуються одними і тими ж триплетами, що є одним із доказів єдності походження всього живого на Землі

колінеарність(відповідність) - .лінійне розташування нуклеотидів у молекулі ДНК відповідає лінійному розташуванню амінокислот у молекулі білка

Таблиця 1 Генетичнийкод

Етапи реалізації генетичної інформації і

I. Транскрипція - синтез усіх видів РНК на матриці ДНК Транскрипція, або переписування, відбувається не на всій молекулі ДНК, а на ділянці, яка відповідає за певний білок (ген). Умови, необхідні для транскрипції:

а) розкручування ділянки ДНК за допомогою білків-ферментів, що розплітають.

б) наявність будівельного матеріалу як АТФ. ГТФ. УТФ. 1ДТФ

в) ферменти трансктипції – РНК-полімерази I, II, III

г) енергія як АТФ.

Транскрипція відбувається за принципом комплементарності. При цьому за допомогою спеціальних білків-ферментів ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується, є матрицею синтезу іРНК. Потім уздовж ланцюга ДНК

рухається фермент РНК-полімераза, з'єднуючи між собою нуклеотиди за принципом комплементарності в ланцюг РНК, що росте. Потім одноланцюжкова РНК відокремлюється від ДНК і через пори в мембрані ядра залишає ядро ​​клітинне (рис. 5)

Мал. 5 Схематичне зображення транскрипції.

Відмінності в транскрипції про- та еукаріотів.

Щодо хімічної організації спадкового матеріалу еукаріоти та прокаріоти принципово не відрізняються. Відомо, що генетичний матеріал представлений ДНК.

Спадковий матеріал прокаріотів міститься в кільцевій ДНК, яка розташовується в цитоплазмі клітини. Гени прокаріотів складаються повністю з кодуючих нуклеотидних послідовностей.

Гени еукаріотів містять інформативні ділянки -екзони, які несуть інформацію про амінокислотну послідовність білків, і неінформативні ділянки - інтрони, що не несуть інформації.

Відповідно, транскрипція інформаційної РНК у еукаріотів проходить у 2 етапи:

S) переписуються (транскрибуються) всі ділянки (інтрони та екзони) -така іРНК називається незрілої або про-іР ПК.

2). процес синг- Дозрівання матричної РНК. За допомогою спеціальних ферментів вирізають інтронні ділянки, потім зшиваються екзони. Явище зшивання екзонів називається сплайсингом. Посттранскрипційне дозрівання молекули РНК відбувається у ядрі.

ІІ. Трансляція(Translation), чи біосинтез білка. Суть трансляції -переведення чотирилітерного шифру азотистих основ на 20-літерний «словник» амінокислот.

Процес трансляції полягає у перенесенні закодованої в іРНК генетичної інформації до амінокислотної послідовності білка. Здійснюється біосинтез білка в цитоплазмі на рибосомах і складається з кількох етапів:

Підготовчий етап (активація амінокислот), полягає у ферментативному зв'язуванні кожної амінокислоти зі своєю тРНК та утворенні комплексу амінокислота - тРНК.

Власне синтез білка, який включає три стадії:

а) ініціація - іРНК пов'язується з малою субодиницею рибосоми, першими кодонами, що ініціюють, є АУТ або ГУГ. Цим кодонам відповідає комплекс метіоніл-тРНК. Крім того, в ініціації бере участь три білкові: фактори, що полегшують зв'язування мРНК з великою субчастицею рибосоми, утворюється ініціаторний комплекс

б) елонгація - подовження поліпептидного ланцюжка. Процес здійснюється в 3 кроки і полягає у зв'язуванні кодону мРНК з антикодоном тРНК за принципом комплементарності в активному центрі рибосоми, потім в утворенні пептидного зв'язку між двома залишками амінокислот і переміщенні дипептиду на крок вперед і, відповідно, пересування рибосоми вздовж іРНК на один

в) термінація - закінчення трансляції, залежить від присутності в іРНК термінуючих кодонів або "стоп-сигналів" (УАА, УГА, УАГ) та білкових ферментів - факторів термінації (рис. 6).

Мал. 6. Схема трансляції

а) стадія елонгації;

б)надходження синтезованого білка в ендоплазматичну мережу

У клітині для синтезу білка використовується не одна, а кілька рибосом. Такий працюючий комплекс іРНК з кількома рибосомами називається полірибосомою. У такому разі синтез білка відбувається швидше, ніж при використанні лише однієї рибосоми.

Вже в ході трансляції білок починає укладатися в тривимірну структуру, а за необхідності в цитоплазмі приймає четвертинну організацію.

Рис 7 Роль нуклеїнових кислоту передачі генетичної інформації

Лексико-граматичні завдання:

бути

визначатися

кодувати чим

характеризуватися

називатися

Завдання №1.Слова та словосполучення, дані у дужках, напишіть у правильній формі.

Усі морфологічні, анатомічні та функціональні особливості будь-якої клітини та організму в цілому визначаються (структура специфічних білків).

Послідовність розташування амінокислот у поліпептидному ланцюжку визначається (послідовність) нуклеотидів у ділянці ДНК, який називається (ген), а послідовність нуклеотидів у ДНК називається (генетичний код).

Кожна амінокислота кодується (група із трьох нуклеотидів), яка називається (триплет).

Генетичний код характеризується ( наступні ознаки: триплетність, виродженість, безперервність, лінійність та відсутність ком., Універсальність).

20 амінокислот кодуються (одні і ті ж триплет).

Завдання №2.Замість точок використовуйте короткі та повні форми дієприкметника, утворені від дієслів кодуватись – закодуватись.

Послідовність нуклеотидів у ДНК, певні амінокислоти в молекулі білка, називається генетичним кодом.

Одна й та сама кислота може бути... кількома триплетами.

20 амінокислот... одними й тими самими триплетами.

Розрізняють структурні гени, ... структурні та ферментні білки, а також гени з інформацією для синтезу тРНК та рРНК та ін.

Наступним етапом реалізації генетичної інформації, ... у гені, є транскрипція.

принципово (не) відрізняються суттєво по якомуознакою

значно

Завдання №3. Прочитайте частину тексту «Відмінність транскрипції у про- та еукаріотів». Розкажіть про етапи реалізації спадкової інформації.

Завдання №4. Закінчіть речення, спираючись на інформацію тексту.

Спадковий матеріал прокаріотів міститься в.

Гени прокаріотів складаються повністю.

Гени еукаріотів містять.

Транскрипція у еукаріотів відбувається в.

Трансляція полягає в перенесенні закодованої в іРНК генетичної інформації.

Трансляція здійснюється в цитоплазмі на.

Завдання№5. Складіть схему етапів трансляції та розкажіть за схемою про поетапне здійснення трансляції.

Рішеннятипових завдань

Ділянки структурних генів у про- та еукаріотів мають подібні послідовності нуклеотидів:

ЦАТ-ГТЦ-АЦА-"ПТД-ТГА-ААА-ЦАА-ЦЦГ-АТА-ЦЦЦ-ЦТГ-ЦГГ-ЦТТ-ГГА-АЦА-АТА. Причому, у еукаріотів послідовність нуклеотидів АЦА-ТТЦ-ТГА-ААА та ГГА-АЦА -АТА кодують інтронні ділянки для і-РНК Використовуючи словник генетичного коду, визначте:

а) яку послідовність нуклеотидів матиме іРНК, що транскрибується з цієї ділянки ДНК у прокаріотів;

б) яку послідовність нуклеотидів матиме іРНК, що транскрибується з цієї ділянки ДНК у еукаріотів;

в) яку послідовність амінокислот матиме білок, що кодується даною ділянкою гена у про- та еукаріотів.

Важливо важливим властивістюгенетичної інформації є її здатність до перенесення (передачі) як у межах однієї клітини, так і від батьківської клітини до дочірніх або між клітинами різних індивідуумів у процесах клітинного поділута розмноження організмів. Що стосується напрямів внутрішньоклітинного перенесення генетичної інформації, то у випадку ДНК-вмісних організмів вони пов'язані з процесами реплікації молекул ДНК, тобто з копіюванням інформації, або з синтезом молекул РНК (транскрипцією) та утворенням поліпептидів

(Трансляцією) (рис. 5.15). Кожен з зазначених процесівздійснюється на основі принципів матричності та комплементарності.

Мал. 5.15.

Уявлення про перенесення генетичної інформації за схемою ДНК -? РНК-+ білок прийнято називати «центральною догмою» молекулярної біології. Поруч із (найпоширенішим) напрямом переносу, який іноді позначають як «загальний перенесення», відома й інша форма реалізації генетичної інформації («спеціалізоване перенесення»), виявлена ​​у РНК-вірусів. У цьому випадку спостерігається процес, який отримав назву зворотної транскрипції упри якому первинний генетичний матеріал(вірусна РНК), що проник у клітину-хазяїна, служить матрицею для синтезу комплементарної ДНК за допомогою ферменту зворотної транскриптази (ревертази) укодується вірусним геномом. Надалі можлива реалізація інформації синтезованої вірусної ДНК у звичайному напрямку. Отже, спеціалізоване перенесення генетичної інформації здійснюється за схемою РНК->ДНК->РНК-білок.

Транскрипція – перший етап загального перенесеннягенетичної інформації, є процес біосинтезу молекул РНК за програмою ДНК. Принциповий зміст цього процесу полягає в тому, що інформація структурного гена (або декількох розташованих поруч генів), записана у формі нуклеотидної послідовності кодуючої нитки ДНК в орієнтації 3"- >5 переписується (транскрибується) в нуклеотидну послідовність молекули РНК, що синтезується в напрямку 5*-?З* на основі комплементарної відповідності дезоксирибонуклеотидів матричної нитки ДНК риб про нуклеотиди РНК (A-У, Г-Ц, Т-А, Ц-Г) (рис 5.16). Як продукти транскрипції (транскриптів) можна розглядати всі типи молекул РНК, що беруть участь у біосинтезі білків у клітині: матричні (інформаційні) РНК (мРНК, або іРНК), рибосомні РНК (рРНК), транспортні РНК(ТРНК), малі ядерні РНК (мяРНК).

Мал. 5.16.

Процес транскрипції забезпечується комплексною дієюряду ферментів, до яких відноситься РНК-полімераза, що представляє собою складний білок, Що складається з декількох субодиниць і здатний виконувати кілька функцій. На відміну від прокаріотів (бактерій), у клітинах яких є РНК-полімераза лише одного типу, що забезпечує синтез різних молекулРНК, у еукаріотів встановлено наявність ядерних РНК-полімераз трьох типів (I, II, III), а також РНК-полімераз клітинних органел, що містять ДНК (мітохондрій, пластид). РНК-полімераза I знаходиться в ядерці і бере участь у синтезі більшості молекул рРНК, РНК-полімераза II забезпечує синтез мРНК та мяРНК, а РНК-полімераза III здійснює синтез тРНК та одного варіанта молекул рРНК - 5SPHK.

Транскрипція поділяється на три основні стадії: ініціацію (початок синтезу РНК), елонгацію (подовження полінуклеотидного ланцюжка) та термінацію (закінчення процесу).

ІніціаціяТранскрипція залежить від попереднього специфічного зв'язування РНК-полімерази з відомою нею короткою нуклеотидною послідовністю в ділянці молекули ДНК (промотор), розташованому перед стартовою точкою структурного гена, з якої починається синтез РНК. Промотори різних структурних генів можуть бути ідентичними або містять послідовності нуклеотидів, що відрізняють один від одного, що, ймовірно, визначає ефективність транскрибування окремих генів і можливості регуляції самого процесу транскрипції. Промотори багатьох генів прокаріотів мають у своєму складі універсальну послідовність 5-ТАТААТ-З" (блок Прибнова), яка розташовується перед стартовою точкою на відстані близько 10 нуклеотидів і розпізнається

РНК-полімеразою. Інша відносно поширена послідовність прокаріотів (5-ТТГ.АЦА-3") зазвичай виявляється на відстані приблизно 35 нуклеотидів від стартової точки. У геномах еукаріотів функцію впізнавання для РНК-полімерази II можуть виконувати універсальні послідовності ТАТА (блок Хогнесса), ЦА що складаються з нуклеотидів Г і Ц, що повторюються (ГЦ-мотиви), при цьому та чи інша промоторна область може містити або одну із зазначених послідовностей або комбінацію двох або трьох таких послідовностей.

Специфічне міцне зв'язування РНК-полімерази з тією чи іншою впізнаваною нею ділянкою промоторної області дозволяє їй розпочати процес розплетення молекули ДНК аж до стартової точки, з якою вона починає здійснювати полімеризацію рибонуклеотидів з використанням як матриці однониткового 3"-5"-фрагменту ДНК.

Елонгація.Подальше розплетення ДНК структурного гена супроводжується подовженням синтезованого полірибонуклеотиду (елонгацією нитки РНК), що триває до досягнення РНК-полімеразою області термінатора.

Термінація- процес припинення реплікації ДНК, що відбувається у вигляді термінатора. Останній є нуклеотидною послідовністю ДНК, яка впізнається РНК-полімеразою за участю інших білкових факторів термінації, що призводить до закінчення синтезу транскрипту та його від'єднання від матриці. Найчастіше термінатор перебуває у кінці структурного гена, забезпечуючи синтез однієї моногенної молекули мРНК. При цьому у прокаріотів можливий синтез полігенної молекули мРНК, що кодує синтез двох і більше поліпептидних ланцюжків. Відбувається безперервне транскрибування кількох розташованих поруч один з одним структурних генів, що мають один загальний термінатор. Полігенна мРНК може містити у своєму складі нетрансльовані міжгенні області (спейссри), що розділяють діючі ділянки для окремих поліпептидів, що, ймовірно, забезпечує подальше поділ і самих поліпептидів, що синтезуються.

Оскільки структурні гени еукаріотів мають переривчасту (мозаїчну) будову, їх транскрипція має специфічні особливості, що відрізняють її від транскрипції у прокаріотів. У разі еукаріотичного гена, що кодує синтез поліпептиду, цей процес починається з транскрибування всієї нуклеотидної послідовності, що містить як екзонні, так і інтронні ділянки ДНК. Молекула мРНК, що утворилася, що відображає структуру всього мозаїчного гена, яку називають гетерогенною ядерною РНК (гяРНК) або про-матричною РНК (про-мРНК), зазнає потім процес дозрівання (процесинг мРНК).

Процесинг полягає у ферментативному розрізанні первинного транскрипта (гяРНК) з подальшим видаленням його інтронних ділянок і возз'єднанням (сплайсингом) екзонних ділянок, що формують безперервну послідовність, що кодує зрілої мРНК, яка в подальшому бере участь у трансляції генетичної інформації. Як приклад можна розглянути схему процесингу мРНК, яка синтезується при транскрипції гена р-глобінового ланцюжка (рис. 5.17).

Мал. 5.17.

У процесингу беруть участь і короткі молекули мяРНК, що складаються приблизно зі 100 нуклеотидів, які є послідовністю, що є комплементарними послідовностями на кінцях інтронних ділянок гяРНК. Спарювання комплементарних нуклеотидів мяРНК і гяРНК сприяє згортанню в петлю інтронних ділянок і зближенню відповідних екзонних ділянок гяРНК, що, у свою чергу, робить їх доступними для різання ферментів (нуклеаз). Отже, молекули мяРНК забезпечують правильність вирізування інтронів із гяРНК.

Під час процесингу відбувається також модифікація 5 - і З"-кінців зрілої молекули мРНК, що формується. 5.18).

Мал. 5.18.

На 5'-кінці послідовності (рис. 5.18) є коротка нетрансльована (лідируюча) ділянка, що складається з 17 триплетів, які марковані цифрами зі знаком «мінус». Ця ділянка кодується областю, що транскрибується (але не транслюється) першого екзону р-гену (заштрихована на рис. 5.17). Модифікація цієї ділянки полягає в утворенні 5"-кінцевого кепа (від англ. cap- ковпачок, шапочка), що є залишком 7-мстил|-уанозина, приєднаний до сусіднього нуклеотиду незвичайним способом(за допомогою трифосфатного зв'язку). Передбачається, що основна функція кепа пов'язана з розпізнаванням специфічної послідовності молекули рРНК, що входить до складу рибосоми, що забезпечує точне прикріплення всієї лідируючої ділянки молекули мРНК певній ділянціцієї рибосоми та ініціацію процесу трансляції. Можливо також, що кеп оберігає зрілу мРНК від передчасного ферментативного руйнування під час транспортування її з ядра в цитоплазму клітини.

Нуклеотидна послідовність зрілої мРНК р-глобінового гена людини починається з 7-метилгуанозина на 5"-кінці (кеп-сайт), за яким слідує коротка нетрансльована ділянка РНК. Перший трансльований кодон (АУТ) виділений шрифтом і позначений цифрою 0, оскільки амінокисла (метіонін) надалі вищеплюється з поліпептиду (першою амінокислотою зрілого білка буде валін, що кодується ГУГ).Виділені також стоп-кодон УАА (кодон 147), на якому закінчується трансляція (поліпептид складається з 146 амінокислот) (Ааден ) на З'-кінці.

Модифікація З"-кінця мРНК Р-глобіну, що також має коротку нетрансльовану послідовність, що кодується відповідною областю третього екзону p-гена (рис. 5.17), пов'язана з утворенням поліаденілового (полі а)"хвоста" молекули, що складається з 100-200 послідовно з'єднаних залишків аденілової кислоти. Для дії ферменту, що здійснює поліаденілювання, нс потрібна матриця, але потрібна присутність на З-кінці мРНК сигнальної послідовності ААУААА (рис. 5.18). Передбачається, що поліаденіловий «хвіст» забезпечує транспорт зрілої мРНК до рибосоми, захищаючи її від ферментативного руйнування сам поступово руйнується ферментами цитоплазми, що відщеплюють один за одним кінцеві нуклеотиди.

Трансляціяяк черговий етап реалізації генетичної інформації полягає в синтезі поліпептиду на рибосомі, при якому в якості матриці використовується молекула мРНК (зчитування інформації в напрямку 5 е -? З *); генетичний матеріал (ДНК) знаходиться у цитоплазмі, що визначає безперервний характер взаємозв'язку процесів транскрипції та трансляції. Іншими словами, лідируючий 5-кінець молекули мРНК, синтез якої ще не завершений, вже здатний вступати в контакт з рибосомою, ініціюючи синтез поліпептиду, тобто транскрипція і трансляція йдуть одночасно. Що стосується еукаріотів, то процеси транскрипції їхньої ядерної генетичної інформації та її трансляції повинні бути розділені в часі у зв'язку з процесингом молекул РНК та необхідністю їх подальшого пакування та транспортування з каріоплазми до цитоплазми за участю спеціальних транспортних білків.

Як і у випадку транскрипції, процес трансляції можна умовно поділити на три основні стадії: ініціацію, елонгацію та термінацію.

Для ініціації трансляціїпринципово важливе значеннямає специфічність структурної організаціїгрупи ідентичних рибосом (полірибосоми, або полісоми), яка може брати участь у синтезі первинної структурипевної білкової молекули (поліпептиду), що кодується відповідною мРНК. Окрема рибосома є клітинною органелою, що складається з молекул рРНК, які визначають її специфічність, і з білків. У складі рибосоми є дві структурні субодиниці (великаі мала), які можна диференціювати на підставі їхньої здатності по-різному осаджуватися при ультрацентрифугуванні препаратів очищених рибосом із зруйнованих клітин, тобто за коефіцієнтом седиментації (величині 5). При певних умову клітині може відбуватися поділ (дисоціація) цих двох субодиниць чи його об'єднання (асоціація).

Рибосоми прокаріотів, а також мітохондрій і хлоропластів складаються з великої і малої субодиниць з величинами 505 і 305 відповідно, тоді як у еукаріотів ці субодиниці мають інші розміри (605 і 405). Оскільки процес трансляції детальніше було досліджено у бактерій, то найчастіше його розглядають у зв'язку зі структурою рибосом цих організмів. Рибосома містить дві ділянки (рис. 5.19), що мають пряме відношеннядо ініціації трансляції, позначених як А-ділянка (аміноацильна) і P-ділянка (пептидильна), специфічність яких визначається поєднанням відповідних областей субодиниць 505 і 305. При дисоціації субодиниць рибосоми ці ділянки стають «недобудованими», що призводить до зміни їх функціональної специфічності.

Мал. 5.19.

Р- пептидильна ділянка; А- аміноацильна ділянка

У процесі трансляції беруть участь також молекули тРНК, функції яких полягають у транспортуванні амінокислот із цитозолю (цитоплазматичного розчину) до рибосом. Молекула тРНК, що має вторинну структуру у формі «конюшинного листа», містить трійку нуклеотидів (антикодон), яка забезпечує її комплементарне з'єднання з відповідним кодоном (триплетом) молекули мРНК, що кодує синтез поліпептиду на рибосомі, і акцепторна ділянка ( ), до якого приєднується певна амінокислота (див. рис. 5.6) Процес приєднання кожної з 20 амінокислот до акцепторного кінця відповідної тРНК пов'язаний з її активацією певним варіантом ферменту аміноацил-тРНК-синтетазиз використанням енергії аденозинтрифосфатів ( молекул АТФ). Специфический комплекс тРНК і амінокислоти, що утворився при цьому, який отримав назву аміноацил-тРНК, переміщається потім до рибосоми і бере участь у синтезі поліпептиду.

Ініціація трансляції забезпечується точним з'єднанням лідируючого 5-кінця молекули мРНК з певною областю малої субодиниці дисоційованої рибосоми таким чином, що в «недобудованій» P-ділянці виявляється стартовий (ініціювальний) кодон АУТ цієї молекули (рис. 5.20, а). Функціональна особливістьтакої Р-ділянки полягає в тому, що вона може бути зайнята тільки ініціюючою аміноацил-тРНК з антикодоном УАЦ, яка у еукаріотів несе амінокислоту метіонін, у бактерій - формілметіонін. Оскільки синтез поліпептиду завжди починається з Анконца і наростає у напрямку до С-кінця, то всі білкові молекули, що синтезуються в клітинах прокаріотів, повинні починатися з N-формілметіоніну, а у еукаріотів - з TV-метіоніну. Однак надалі ці амінокислоти ферментативно вислизають під час процесингу білкової молекули (див. рис. 5.18).

Мал. 5.20. Початкові етапитрансляції: а -ініціювальний комплекс; б, в-елонгація

Після утворення ініціюючого комплексу в «недобудованій» Л-дільниці (рис. 5.20) стає можливим возз'єднання малої та великої субодиниць рибосоми, що призводить до «добудовування» Р-Дільниці та Л-ділянки. Лише після цього наступна аміноацил-тРНК може займати /4-ділянку на основі принципу комплементарності її антикодону відповідного кодону мРНК, що знаходиться в цій ділянці (рис. 5.20, б, в).

Процес елонгаціїпочинається з утворення пептидного зв'язку між ініціюючою (першою в ланцюжку) і наступною (другою) амінокислотами. Потім відбувається переміщення рибосоми на один триплет мРНК у напрямку 5"-?З", що супроводжується від'єднанням ініціює тРНК від матриці (мРНК), від ініціюючої амінокислоти та виходом її в цитоплазму. При цьому друга за рахунком аміноацил-тРНК пересувається з Л-дільниці в Р-дільницю, а звільнений /4-дільниця займається наступною (третьою за рахунком) аміноацил-тРНК. Процес послідовного пересування рибосоми «триплетними кроками» по нитці мРНК повторюється, супроводжуючись звільненням тРНК, що надходять у P-ділянку, та нарощуванням амінокислотної послідовності поліпептиду, що синтезується.

Термінаціятрансляція пов'язана з входженням одного з трьох відомих стоп-триплетів мРНК в /4-ділянку рибосоми. Оскільки такий триплет не несе інформації про якусь амінокислоту, але впізнається відповідними білками термінації, процес синтезу поліпептиду припиняється і він від'єднується від матриці (мРНК).

Після виходу з функціонуючої рибосоми вільний 5-кінець мРНК може вступати в контакт з наступною полісомною рибосомою групи, ініціюючи синтез ще одного (ідентичного) поліпептиду. Отже, розглянутий рибосомний цикл послідовно повторюється за участю кількох рибосом однієї і тієї ж полісоми, в результаті синтезується група ідентичних поліпептидів.

Посттранашційна модифікація поліпептидуявляє собою завершальний етап реалізації генетичної інформації в клітині, що призводить до перетворення синтезованого поліпептиду на функціонально активну молекулу білка. При цьому первинний поліпептид може зазнавати процесингу, що полягає в ферментативному видаленні амінокислот, що ініціюють, відщепленні інших (непотрібних) амінокислотних залишків і в хімічній модифікації окремих амінокислот. Потім відбувається процес згортання лінійної структуриполіпептиду за рахунок утворення додаткових зв'язків між окремими амінокислотами та формування вторинної структури білкової молекули (рис. 5.21). На цій основі формується ще складніша третинна структура молекули.

Мал. 5.21.

Мал. 5.22.

У разі білкових молекул, що складаються більш ніж з одного поліпептиду, відбувається утворення комплексної четвертинної структури, в якій поєднуються третинні структури окремих поліпептидів. Як приклад можна розглянути модель молекули гемоглобіну людини (рис. 5.22), що складається з двох а-ланцюжків і двох (J-ланцюжків, які формують стабільну тетрамерну структуру за допомогою водневих зв'язків).

Кожен із глобінових ланцюжків містить також молекулу гема, який у комплексі із залізом здатний зв'язувати молекули кисню, забезпечуючи їх транспортування еритроцитами крові.

Генетичний код– спосіб запису в молекулі ДНК інформації про кількість та порядок розташування амінокислот у білку.

Властивості:

Триплетність - одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами

Неперекриваність - один і той же нуклеотидні може входити одночасно до складу двох або більше триплетів

Однозначність (специфічність) - певний кодон відповідає лише одній

Універсальність – генетичний код працює однаково в організмах різного рівняскладності - від вірусів людини

Виродженість (надмірність) - одній і тій же амінокислоті може відповідати кілька кодонів.

14.Етапи реалізації спадкової інформації у прокаріотів та еукаріотів.

Реплікація (синтез) ДНК

Синтез ДНК завжди починається в певних точках. Фермент топоізомеразу розкручує спіраль. Геліказа руйнує водневі зв'язки між ланцюгами ДНК та утворює вилку реплікацій. SSB-білки перешкоджають повторному формуванню водневих зв'язків.

РНК-праймаз синтезує короткі фрагменти РНК (праймери), які приєднуються до 3"-кінця.

ДНК-полімераза починають від праймера та синтезує дочірній ланцюг (5" 3")-

Напрямок синтезу одного ланцюга ДНК збігається з напрямом руху виделки реплікацій, тому цей ланцюг синтезується безперервно. Тут синтез іде швидко. Напрямок синтезу другого ланцюга протилежний напряму вилки реплікацій. Тому синтез цієї ланцюга відбувається як окремих ділянок і йде повільно (фрагменти Оказаки).

Дозрівання ДНК: відщеплюється РНК-праймери, добудовуються нуклеотиди, що відсутні, фрагменти ДНК з'єднуються за допомогою лігази. Топоізомераза розкручує спіраль.

Етапи реалізації спадкової інформації (у еукаріотів)

1.Транскрипція

2.Процесінг

3.Трансялція

4.Посттрансляційні зміни

Трансляція– синтез молекули РНК з урахуванням молекули ДНК. Ключовий фермент - РНК-полімераза.

РНК-полімераза повинна розпізнати промотер та взаємодіяти з ним. Промотер - особлива ділянка ДНК, яка розташовується перед інформативною частиною гена. Взаємодія з промотором потрібна для активації РНК-полімерази. Після активації РНК-полімеразу забезпечує розрив водневих зв'язків між ланцюгами ДНК.

Синтез РНК завжди відбувається за певним кодогенним ланцюгом ДНК. На цьому ланцюгу промотер розташовується ближче до 3 "-кінцю.

Синтез РНК відбувається за принципами комплементарності та антипаралельності.

РНК-полімераза досягає стоп-кодону (термінатор або термінує кодон). Це є сигналом для припинення синтезу. Фермент інактивується, відділяється від ДНК, при цьому звільняється знову синтезована молекула ДНК – первинний трансткрипт – про-РНК. Відновлюється вихідна структура ДНК.

Особливості будови гена еукаріотів:

У еукаріотів гени включають різні за функцією ділянки

А) Інтрони-фрагменти ДНК (гену), які не кодують амінокислоти в білку

Б) Екзони – ділянки ДНК, які кодують амінокислоти у білку.

Уривчаста природа гена була виявлена ​​Роберцем і Шарпом (Ноб. Премія 1903г).

Кількість інтронів та екзонів у різних генах сильно відрізняється.

Процесинг(дозрівання)

Відбувається дозрівання первинного транскрипту та утворюється зріла молекула матричної РНК, яка може брати участь у синтезі білка на рибосомах.

На 5"- кінці РНК формується особлива ділянка (структура) - КЕП або шапочка. КЕП забезпечує взаємодію з малою субодиницею рибосоми.

На 3" кінці РНК приєднується від 100 до 200 молекул нуклеотидів, що несуть аденін (поліА). При синтезі білка ці нуклеотиди поступово відщеплюється, руйнування поліА є сигналом для руйнування молекул РНК.

До деяких нуклеотидів РНК приєднується група CH 3 – метилювання. Це підвищує стійкість ДНК до дії ферментів цитоплазми.

Сплайсинг – відбувається вирізування інтронів та зшивання між собою екзонів. Фермент рестриктазу видаляє, лігаза-зшиває)

Зріла матрична РНК включає:

Лідер забезпечує зв'язування матричної РНК із субодиницею рибосоми.

СК – стартовий кодон – однаковий у всіх матричних РНК, що кодує амінокислоту

Кодуюча ділянка кодує амінокислоти в білку.

Стоп-кодон – сигнал про припинення синтезу білка.

Під час процесингу відбувається жорсткий відбір у цитоплазму із ядра виходить близько 10% молекул від числа первинних транскриптів.

Альтернативний сплайсинг

Людина має 25-30 тисяч генів.

Однак у людини виділено близько 100 тисяч білків.

Альтернативний сплайсинг - це ситуація, при якій у клітинах різних тканин один і той же ген забезпечує синтез однакових молекул проРНК. У різних клітинахпо-різному визначається кількість і межі між екзонами та інтронами. В результаті з однакових первинних транскриптів виходять різні мРНК та синтезуються різні білки.

Альтернативний сплайсинг підтверджено приблизно для 50% генів людини.

Трансляція – це процес складання пептидного ланцюга на рибосомах згідно з інформацією, закладеною в іРНК.

1.Ініціація (початок)

2.Елонгація (подовження молекули)

3.Термінація (кінець)

Ініціація.

Молекула матрРНК за допомогою КЕПу контактує з малою субодиницею рибосоми. За допомогою лідера РНК зв'язується із субодиницею рибосоми. До стартового кодону приєднується транспРНК, яка несе транспортну кислоту метіонін. Потім приєднується велика субодиниця рибосоми. У цілій рибосомі формується два активні центри: аміноацильний та пептидильний. Аміноакцильний вільний, а пептидильний зайнятий тРНК з метіоніном.

Елонгація.

В аміноакцильний цент входить мРНК, антикодон якої відповідає кодуючим.

Після цього рибосома зсувається щодо мРНК на 1 кодон. При цьому аміноакцильний центр звільняється. У пептидильному центрі знаходиться мРНК, що з'єднується з другою амінокислотою. Процес циклічно повторюється.

3.Термінація

До аміноацильного центру надходить стоп-кодон, який розпізнається спеціальним білком, це є сигналом для припинення синтезу білка. Субодиниці рибосоми роз'єднуються, звільняючи при цьому мРНК і знову синтезується поліпептид.

4. Пострансляційні зміни.

При трансляції утворюється первинна структура поліпептиду. Це недостатньо для виконання функцій білка, тому білок змінюється, що забезпечує його активність.

Утворюється:

А) вторинна структура (водневі зв'язки)

Б)глобула – третинна структура (дисульфідні зв'язки)

В) четвертинна структура – ​​гемоглобін

Г)Глікозилювання – приєднання до білка залишків цукрів (антитіла)

д) розщеплення великого поліпептиду на кілька фрагментів.

Відмінності у реалізації спадкової інформації прокаріотів та еукаріотів:

1.У прокаріотів відстутсвують екзони та інтрони, тому відсутні етапи процесингу та сплайсингу.

2.У прокаріотів транскрипція і трансляція відбувається одночасно, тобто. йде синтез РНК і починається синтез ДНК.

3.У еукаріотів синтез різних видівРНК контролюється різними ферментами. У прокаріотів всі типи РНК синтезуються одним ферментом

4.У еукаріотів кожен ген має свій власний унікальний промотер, у прокаріотів один промотер може контролювати роботу декількох генів.

5. Тільки у прокаріот є система Оперону

Після відкриття принципу молекулярної організаціїтакої речовини, як ДНК у 1953 році, почала розвиватися молекулярна біологія. Далі в процесі досліджень вчені з'ясували як рекомбеніруется ДНК, її склад і як влаштований наш людський геном.

Щодня на молекулярному рівні відбуваються найскладніші процеси. Як влаштовано молекулу ДНК, з чого вона складається? І яку роль грають у клітині молекули ДНК? Розкажемо докладно про всі процеси, що відбуваються всередині подвійного ланцюга.

Що таке спадкова інформація?

Отже, із чого все починалося? Ще в 1868 р. знайшли в ядрах бактерій. На 1928 р. М. Кольцов висунув теорію у тому, що у ДНК зашифрована вся генетична інформація про живому організмі. Потім Дж. Вотсон та Ф. Крик знайшли модель всім тепер відомої спіралі ДНК у 1953 році, за що заслужено отримали визнання та нагороду – Нобелівську премію.

Що таке взагалі ДНК? Ця речовина складається з двох об'єднаних ниток, точніше спіралей. Ділянка такого ланцюжка з певною інформацією називається геном.

У ДНК зберігається вся інформація про те, що за білки формуватимуться і в якому порядку. Макромолекула ДНК – це матеріальний носій неймовірно об'ємної інформації, що записана суворою послідовністюокремих цеглинок - нуклеотидів. Усього нуклеотидів 4, вони доповнюють один одного хімічно та геометрично. Цей принцип доповнення або комплементарності в науці буде описаний пізніше. Це правило відіграє ключову роль у кодуванні та декодуванні генетичної інформації.

Оскільки нитка ДНК неймовірно довга, повторень у цій послідовності немає. У кожної живої істоти власний унікальний ланцюжок ДНК.

Функції ДНК

До функцій належать зберігання спадкової інформації та її передача потомству. Без цієї функції геном виду було б зберігатися і розвиватися протягом тисячоліть. Організми, які зазнали серйозних мутацій генів, частіше не виживають або втрачають здатність виробляти потомство. Так відбувається природний захист від виродження виду.

Ще одна суттєво важлива функція- Реалізація інформації, що зберігається. Клітина не може створити жодного життєво важливого білка без тих інструкцій, які зберігаються у подвійному ланцюжку.

Склад нуклеїнових кислот

Нині вже достовірно відомо, з чого складаються самі нуклеотиди — цеглини ДНК. До їх складу входять 3 речовини:

• Ортофосфорна кислота.
• Азотиста основа. Піримидинові основи - які мають лише одне кільце. До них відносять тімін та цитозин. Пуринові основи, у складі яких присутні 2 кільця. Це гуанін та аденін.
• Сахароза. У складі ДНК – дезоксирибозу, У РНК – рибоза.

Число нуклеотидів завжди дорівнює числу азотистих основ. У спеціальних лабораторіях розщеплюють нуклеотид і виділяють із нього азотисту основу. Так вивчають окремі властивостіцих нуклеотидів та можливі мутації в них.

Рівні організації спадкової інформації

Поділяють 3 рівні організації: генний, хромосомний та геномний. Вся інформація, необхідна синтезу нового білка, міститься на невеликій ділянці ланцюжка — гені. Тобто ген вважається найнижчим і найпростішим рівнем кодування інформації.

Гени, своєю чергою, зібрані в хромосоми. Завдяки такій організації носія спадкового матеріалу групи ознак за певними законами чергуються та передаються від одного покоління до іншого. Слід зазначити, що генів в організмі неймовірно багато, але інформація не втрачається, навіть коли багато разів рекомбенується.

Поділяють кілька видів генів:

• за функціональним призначенням виділяють 2 типи: структурні та регуляторні послідовності;
• за впливом на процеси, що протікають у клітині, розрізняють: супервітальні, летальні, умовно летальні гени, а також гени мутатори та антимутатори.

Розташовуються гени вздовж хромосоми у лінійному порядку. У хромосомах інформація сфокусована не врозкид, існує певний порядок. Існує навіть карта, де відображені позиції, чи локуси генів. Наприклад, відомо, що у хромосомі № 18 зашифровані дані про колір очей дитини.

А що таке геном? Так називають всю сукупність нуклеотидних послідовностей у клітині організму. Геном характеризує цілий вигляд, а чи не окрему особину.

Який генетичний код людини?

Справа в тому, що весь величезний потенціал людського розвиткузакладено вже у період зачаття. Вся спадкова інформація, яка необхідна для розвитку зиготи та зростання дитини після народження, зашифрована в генах. Ділянки ДНК і є найголовнішими носіями спадкової інформації.

Людина має 46 хромосом, або 22 соматичні пари плюс по одній визначальній підлозі хромосомі від кожного батька. Цей диплоїдний набір хромосом кодує весь фізичний образ людини, його розумові та фізичні здібностіта схильність до захворювань. Соматичні хромосомизовні невиразні, але несуть вони різну інформацію, оскільки одна з них від батька, інша - від матері.

Чоловічий код відрізняється від жіночої останньої парою хромосом - ХУ. Жіночий диплоїдний набір – це остання пара, ХХ. Чоловікам дістається одна Х-хромосома від біологічної матері, потім вона передається дочкам. Статева У-хромосома передається синам.

Хромосоми людини значно відрізняються за розміром. Наприклад, найменша пара хромосом - №17. А сама велика пара- 1 та 3.

Діаметр подвійної спіралі у людини – всього 2 нм. ДНК настільки щільно закручена, що вміщується в маленькому ядрі клітини, хоча її довжина досягатиме 2 метрів, якщо її розкрутити. Довжина спіралі – це сотні мільйонів нуклеотидів.

Як передається генетичний код?

Отже, яку роль грають у клітині молекули ДНК під час поділу? Гени - носії спадкової інформації - знаходяться всередині кожної клітини організму. Щоб передати свій код дочірньому організму, багато істот ділять свою ДНК на 2 однакові спіралі. Це називається реплікацією. У процесі реплікації ДНК розплітається і спеціальні «машини» доповнюють кожен ланцюжок. Після того, як роздвоиться генетична спіраль, починає ділитися ядро ​​і всі органели, а потім і вся клітина.

Але в людини інший процес передачі генів – статевий. Ознаки батька та матері перемішуються, у новому генетичному коді міститься інформація від обох батьків.

Зберігання та передача спадкової інформації можливі завдяки складній організації спіралі ДНК. Адже, як ми говорили, структура білків зашифрована саме в генах. Раз створившись під час зачаття, цей код протягом усього життя копіюватиме сам себе. Каріотип (особистий набір хромосом) не змінюється під час відновлення клітин органів. Передача інформації здійснюється за допомогою статевих гамет — чоловічих і жіночих.

Передавати свою інформацію потомству не здатні лише віруси, що містять один ланцюжок РНК. Тому, щоб відтворюватися, їм потрібні клітини людини чи тварини.

Реалізація спадкової інформації

У ядрі клітини постійно відбуваються важливі процеси. Вся інформація, записана в хромосомах, використовується для побудови амінокислот білків. Але ланцюжок ДНК ніколи не залишає ядро, тому тут потрібна допомога іншого важливого з'єднання= РНК. Саме РНК здатна проникнути через мембрану ядра і взаємодіяти з ланцюжком ДНК.

За допомогою взаємодії ДНК і трьох видів РНК відбувається реалізація всієї закодованої інформації. На якому рівні відбувається реалізація спадкової інформації? Усі взаємодії відбуваються лише на рівні нуклеотидів. Інформаційна РНК копіює ділянку ланцюга ДНК і приносить цю копію рибосому. Тут починається синтез із нуклеотидів нової молекули.

Щоб іРНК могла скопіювати необхідну частину ланцюга, спіраль розгортається, та був, по завершенні процесу перекодування, знову відновлюється. Причому цей процес може відбуватися одночасно на 2 сторонах 1 хромосоми.

Принцип комплементарності

Складаються з 4 нуклеотидів - аденін (А), гуанін (G), цитозин (С), тимін (T). З'єднані водневими зв'язками за правилом комплементарності. Роботи Е. Чаргаффа допомогли встановити це правило, оскільки вчений помітив деякі закономірності у поведінці цих речовин. е. Чаргафф відкрив, що молярне ставлення аденіна до тимину дорівнює одиниці. І так само ставлення гуаніну до цитозину завжди одно одиниці.

За підсумками його робіт генетики сформували правило взаємодії нуклеотидів. Правило комплементарності свідчить, що аденін поєднується лише з тиміном, а гуанін - з цитозином. Під час декодування спіралі та синтезу нового білка в рибосомі таке правило чергування допомагає швидко знайти необхідну амінокислоту, яка прикріплена до транспортної РНК.

РНК та його види

Що таке спадкова інформація? нуклеотидів у подвійному ланцюзі ДНК. А що таке РНК? У чому полягає її робота? РНК, або рибонуклеїнова кислотадопомагає витягувати інформацію з ДНК, декодувати її і на основі принципу комплементарності створювати необхідні клітинам білки.

Усього виділяють 3 види РНК. Кожна з них виконує свою функцію.

1. Інформаційна (іРНК), або ще її називають матричною. Вона заходить прямо до центру клітини, до ядра. Знаходить в одній із хромосом необхідний генетичний матеріал для будівництва білка і копіює одну зі сторін подвійного ланцюга. Копіювання відбувається знову за принципом комплементарності.
2. Транспортна— це невелика молекула, яка має на одній стороні декодери-нуклеотиди, а на іншій стороні відповідні основному коду амінокислоти. Завдання тРНК — доставити в цех, тобто в рибосому, де синтезує необхідну амінокислоту.
3. рРНК – рибосомна.Вона контролює кількість білка, що продукується. Складається з 2 частин - амінокислотної та пептидної ділянки.

Єдина відмінність при декодуванні — РНК не має тіміну. Замість тиміну тут присутній урацил. Але потім, у процесі синтезу білка, при ТРНК однаково правильно встановлює всі амінокислоти. Якщо ж відбуваються якісь збої у декодуванні інформації, виникає мутація.

Репарація ушкодженої молекули ДНК

Процес відновлення пошкодженого подвійного ланцюжка називається репарацією. У процесі репарації пошкоджені гени видаляються.

Потім необхідна послідовність елементів точно відтворюватися і врізається назад у те ж місце на ланцюгу, звідки було витягнуто. Все це відбувається завдяки спеціальним хімічним речовинам- Ферментам.

Чому відбуваються мутації?

Чому деякі гени починають мутувати і перестають виконувати свою функцію - зберігання життєво необхідної спадкової інформації? Це відбувається через помилку при декодуванні. Наприклад, якщо аденін випадково замінений тимін.

Існують також хромосомні та геномні мутації. Хромосомні мутації трапляються, якщо ділянки спадкової інформації випадають, подвоюються або взагалі переносяться та вбудовуються в іншу хромосому.

Геномні мутації найсерйозніші. Їх причина – це зміна числа хромосом. Тобто коли замість пари диплоїдного набору присутній у каріотипі триплоїдний набір.

Найбільш відомий прикладТриплоїдної мутації - це синдром Дауна, при якому особистий набір хромосом 47. У таких дітей утворюється 3 хромосоми на місці 21 пари.

Відома також така мутація, як поліплід. Але поліплід зустрічається тільки у рослин.

Згадайте!

Яка структура білків та нуклеїнових кислот?

Довгі білкові ланцюги побудовані всього з 20 різних типівамінокислот, що мають загальний планбудови, але відмінних друг від друга за будовою радикала. З'єднуючись, молекули амінокислот утворюють так звані пептидні зв'язки. Закручуючи у вигляді спіралі, білкова нитка набуває більш високого рівня організації - вторинної структури. І, нарешті, спіраль поліпептиду згортається, утворюючи клубок (глобулу). Саме така третинна структура білка і є його біологічно активною формою, Що має індивідуальну специфічність. Однак для низки білків третинна структура не є остаточною. Вторинна структура – ​​це поліпептидний ланцюг, закручений у спіраль. Для більш міцної взаємодії у вторинній структурі відбувається внутрішньомолекулярна взаємодія за допомогою –S–S– сульфідних містків між витками спіралі. Це забезпечує міцність цієї структури. Третинна структура – ​​це вторинна спіральна структура закручена у глобули – компактні грудочки. Ці структури забезпечують максимальну міцність та велику поширеність у клітинах порівняно з іншими органічними молекулами.

ДНК – подвійна спіраль, РНК – одинарні ланцюги, які з нуклеотидів.

Які типи РНК вам відомі?

та-РНК, т-РНК, р-РНК.

і-РНК – синтезується у ядрі на матриці ДНК, є основою синтезу білка.

т-РНК – транспорт амінокислот до місця синтезу білка – до рибосом.

Де утворюються субодиниці рибосом?

р-РНК - синтезується в ядерцях ядра, і утворює самі рибосоми клітини.

Яку функцію рибосоми виконують у клітині?

Біосинтез білка – збирання білкової молекули

Питання для повторення та завдання

1. Згадайте повне визначенняпоняття «життя».

Ф. Енгельс «Життя є спосіб існування білкових тіл, істотним моментом якого є постійний обмін речовин з навколишнім зовнішньою природою, причому із припиненням цього обміну речовин припиняється і життя, що призводить до розкладання білка. І у неорганічних тіл може відбуватися подібний обмін речовин, який і відбувається з часом усюди, тому що всюди відбуваються, хоча б і дуже повільно, хімічні дії. Але різниця полягає в тому, що у разі неорганічних тіл обмін речовин руйнує їх, а у разі органічних тіл він є необхідною умовоюїх існування»

2. Назвіть основні властивості генетичного коду та поясніть їх значення.

Код триплетен і надлишковий – із 4 нуклеотидів можна створити 64 різних триплетів, тобто. закодувати 64 амінокислоти, але в живому використовується лише 20.

Код однозначний – кожен триплет шифрує лише одну амінокислоту.

Між генами є розділові знаки – знаки необхідні для правильного угруповання в триплети монотонної послідовностінуклеотидів, т.к. між триплетами немає знаків поділу. Роль розмітки генів виконують три триплети, які не кодують жодних амінокислот - УАА, УАГ, УГА. Вони означають кінець білкової молекули як крапка в реченні.

Усередині гена немає розділових знаків - оскільки генкод подібний до мови; подивимося цю властивість на прикладі фрази:

ЖИВ БУВ КІТ ТИХ БУВ СЕР МІЛ МЕНІ МЕНІ ТІЙ КІТ

Ген зберігається у такому вигляді:

ЖИЛБУЛКОТТИХБУВСЕРМІЛМНЕТОТКОТ

Сенс буде відновлено, якщо правильно згрупувати трійки, навіть за відсутності розділових знаків. Якщо ж ми почнемо угруповання з другої літери (другого нуклеотиду), то вийде така послідовність:

ІЛБ ЫЛК ОТТ ІХБ ЫЛС ЕРМ ІЛМ НЕМАЄ ОТК ВІД

Ця послідовність вже не має біологічного сенсуі якщо вона буде реалізована, то вийде чужорідне для даного організму речовина. Тому ген у ланцюзі ДНК має суворо фіксований початок зчитування та завершення.

Код універсальний – єдиний всім живих Землі істот: у бактерії, грибів, людини одні й самі триплети кодують одні й самі амінокислоти.

3. Які процеси лежать в основі передачі спадкової інформації з покоління в покоління та з ядра до цитоплазми до місця синтезу білка?

В основі передачі спадкової інформації з покоління до покоління лежить мейоз. Транскрипція (від лат. transcription – переписування). Інформація про структуру білків зберігається у вигляді ДНК у ядрі клітини, а синтез білків відбувається на рибосомах у цитоплазмі. Як посередник, що передає інформацію про будову певної білкової молекули до місця її синтезу, виступає інформаційна РНК. Трансляція (від латів. trans lation – передача). Молекули іРНК виходять через ядерні пори до цитоплазми, де починається другий етап реалізації спадкової інформації - переклад інформації з «мови» РНК на «мову» білка.

4. Де синтезуються всі види рибонуклеїнових кислот?

Усі види РНК синтезуються на матриці ДНК.

5. Розкажіть, де відбувається синтез білка та як він здійснюється.

Етапи біосинтезу білка:

- Транскрипція (від латів. переписування): процес синтезу і-РНК на матриці ДНК, це перенесення генетичної інформації з ДНК на РНК, транскрипція каталізується ферментом РНК-полімеразою. 1) Рухи РНК-полімерази – розплітання та відновлення подвійної спіралі ДНК; 2) Інформація з гена ДНК – на і-РНК за принципом комплементарності.

- З'єднання амінокислот з т-РНК: Будова т-РНК: 1) амінокислота ковалентно приєднується т-РНК за допомогою ферменту т-РНК-синтетази відповідно антикодону; 2) До черешка листа т-РНК приєднується певна амінокислота

- Трансляція: рибосомний синтез білка з амінокислот на і-РНК, що протікає в цитоплазмі. 1) Ініціація – початок синтезу. 2) Елонгація – власне синтез білка. 3) Термінація - впізнавання стоп-кодону - закінчення синтезу.

6. Розгляньте рис. 45. Визначте, у якому напрямі - праворуч наліво чи зліва направо - рухається щодо і-РНК зображена малюнку рибосома. Доведіть свою точку зору.

і-РНК рухається звела направо рибосома завжди рухається в протилежному напрямкущоб не заважати процеси, тому що на одній нитці і-РНК одночасно може сидіти кілька рибосом (полісома). А також показано в який бік рухаються т-РНК - справа наліво як і рибосома.

Подумайте! Згадайте!

1. Чому вуглеводи що неспроможні виконувати функцію зберігання інформації?

Немає принципу комплементарності вуглеводів, неможливо створювати генетичні копії.

2. Яким чином реалізується спадкова інформація про структуру та функції небілкових молекул, що синтезуються в клітині?

Освіта в клітинах інших органічних молекул, таких як жири, вуглеводи, вітаміни і т. д. пов'язана з дією білків-каталізаторів (ферментів). Наприклад, ферменти, що забезпечують синтез жирів у людини, «роблять» людські ліпіди, а аналогічні каталізатори у соняшнику – олія. Ферменти вуглеводного обміну у тварин утворюють резервну речовину глікоген, а рослин при надлишку глюкози синтезується крохмаль.

3. При якому структурному станімолекули ДНК можуть бути джерелом генетичної інформації?

У стані спіралізації, так як у такому стані ДНК входить до складу хромосом.

4. Які особливості будови молекул РНК забезпечують їхню функцію перенесення інформації про структуру білка від хромосом до місця його синтезу?

і-РНК – синтезується у ядрі на матриці ДНК, є основою синтезу білка. Склад РНК – нуклеотиди комплементарні нуклеотидам ДНК, малий розмір проти ДНК (що забезпечує вихід із ядерних пор).

5. Поясніть, чому молекула ДНК не могла бути побудована з трьох типів нуклеотидів.

Код триплетен і надлишковий – із чотирьох нуклеотидів можна створити 64 різних триплетів (43), тобто. закодувати 64 амінокислоти, але в живому використовується лише 20. Це необхідно для заміни будь-якого нуклеотиду, якщо раптом у клітині його немає, то нуклеотид буде автоматично замінений на аналогічний, що кодує цю ж амінокислоту. Якби було три нуклеотиди, то 33 це буде всього 9 амінокислот, що неможливо, тому що необхідно 20 амінокислот для будь-якого організму.

6. Наведіть приклади технологічних процесів, в основі яких лежить матричний синтез

Матричний принтер,

Нанотехнології,

Матриця фотоапарата

Матриця екрану ноутбука

Матриця рідкокристалічних екранів

7. Уявіть, що в ході якогось експерименту для синтезу білка були взяті тРНК із клітин крокодила, амінокислоти мавпи, АТФ дрозда, іРНК білого ведмедя, необхідні ферменти квакші та рибосоми щуки. Чий білок був синтезований? Поясніть свою точку зору.

Генетичний код зашифрований в і-РНК, отже, білого ведмедя.