Nucleotide ADN și ARN Purine: adenina, guanina Pirimidine: citozină, timină (uracil)	codon- un triplet de nucleotide care codifică un aminoacid specific.
fila. 1. Aminoacizi găsiți în mod obișnuit în proteine
Nume	Abreviere
1. Alanina	Ala
2. Arginina	Arg
3. Asparagină	Asn
4. Acid aspartic	asp
5. Cisteină	Cys
6. Acid glutamic	Glu
7. Glutamina	Gln
8. Glicina	gly
9. Histidină	A lui
10. Isoleucină	ile
11. Leucina	Leu
12. Lizina	Lys
13. Metionină	Întâlnit
14. Fenilalanina	Phe
15. Proline	Pro
16. Seria	Ser
17. Treonină	Thr
18. Triptofan	trp
19. Tirozina	Tyr
20. Valină	Val

Codul genetic, numit și codul aminoacizilor, este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină folosind secvența de resturi de nucleotide din ADN care conțin una dintre cele 4 baze azotate: adenina (A), guanina (G), citozina (C) si timina (T). Cu toate acestea, deoarece helixul ADN dublu catenar nu este direct implicat în sinteza proteinei care este codificată de una dintre aceste catene (adică ARN), codul este scris în limbajul ARN, în care uracil (U) este inclusă în loc de timină. Din același motiv, se obișnuiește să se spună că un cod este o secvență de nucleotide, nu perechi de baze.

Codul genetic este reprezentat de anumite cuvinte de cod - codoni.

Primul cuvânt de cod a fost descifrat de Nirenberg și Mattei în 1961. Aceștia au obținut un extract din E. coli care conținea ribozomi și alți factori necesari pentru sinteza proteinelor. Rezultatul a fost un sistem fără celule pentru sinteza proteinelor, care ar putea asambla o proteină din aminoacizi dacă ARNm-ul necesar a fost adăugat în mediu. Adăugând în mediu ARN sintetic, constând numai din uracili, au constatat că s-a format o proteină constând doar din fenilalanină (polifenilalanină). Deci s-a constatat că tripletul de nucleotide UUU (codon) corespunde fenilalaninei. În următorii 5-6 ani, toți codonii codului genetic au fost determinați.

Codul genetic este un fel de dicționar care traduce un text scris cu patru nucleotide într-un text proteic scris cu 20 de aminoacizi. Restul aminoacizilor găsiți în proteină sunt modificări ale unuia dintre cei 20 de aminoacizi.

Proprietățile codului genetic

Codul genetic are următoarele proprietăți.

1. Tripletate Fiecare aminoacid corespunde unui triplu de nucleotide. Este ușor de calculat că există 4 3 = 64 de codoni. Dintre acestea, 61 sunt semantice și 3 sunt lipsite de sens (terminând, codoni stop).
2. Continuitate(nu există caractere de separare între nucleotide) - absența semnelor de punctuație intragenice;

   În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon semnificativ. În 1961 Seymour Benzer și Francis Crick au demonstrat experimental codul triplet și continuitatea acestuia (compacitatea) [spectacol]

   

   Esența experimentului: mutația „+” - inserția unei nucleotide. Mutația „-” - pierderea unei nucleotide.

   O singură mutație ("+" sau "-") la începutul unei gene sau o mutație dublă ("+" sau "-") strică întreaga genă.

   O triplă mutație ("+" sau "-") la începutul unei gene strică doar o parte a genei.

   O mutație cvadruplă „+” sau „-” strică din nou întreaga genă.

   Experimentul a fost efectuat pe două gene fagice adiacente și a arătat că

   1. codul este triplet și nu există semne de punctuație în interiorul genei
   2. există semne de punctuație între gene
3. Prezența semnelor de punctuație intergenice- prezența printre tripleți a codoni inițiatori (încep biosinteza proteinelor), codoni - terminatori (indică sfârșitul biosintezei proteinelor);

   În mod convențional, codonul AUG aparține și semnelor de punctuație - primul după secvența lider. Îndeplinește funcția de majuscule. În această poziție, codifică formilmetionina (la procariote).

   La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă, există cel puțin unul dintre cei 3 codoni de terminare sau semnale de oprire: UAA, UAG, UGA. Ei termină emisiunea.

4. Coliniaritate- corespondența secvenței liniare a codonilor ARNm și a aminoacizilor din proteină.
5. Specificitate- fiecărui aminoacid îi corespunde doar anumiți codoni care nu pot fi folosiți pentru un alt aminoacid.
6. Unidirecțional- codonii se citesc intr-o directie - de la prima nucleotida la alta
7. Degenerare, sau redundanță, - mai multe triplete pot codifica un aminoacid (aminoacizi - 20, posibile triplete - 64, 61 dintre ele sunt semantice, adică, în medie, fiecare aminoacid corespunde la aproximativ 3 codoni); excepția este metionina (Met) și triptofanul (Trp).

   Motivul degenerării codului este că sarcina semantică principală este purtată de primele două nucleotide din triplet, iar a treia nu este atât de importantă. De aici regula degenerării codului : dacă doi codoni au două primele nucleotide identice, iar a treia lor nucleotidă aparțin aceleiași clase (purină sau pirimidină), atunci codifică același aminoacid.

   Cu toate acestea, există două excepții de la această regulă ideală. Acestea sunt codonul AUA, care ar trebui să corespundă nu izoleucinei, ci metioninei, și codonul UGA, care este terminatorul, în timp ce ar trebui să corespundă triptofanului. Degenerarea codului are, evident, o valoare adaptativă.

8. Versatilitate- toate proprietățile codului genetic enumerate mai sus sunt caracteristice tuturor organismelor vii.

   codon	Cod universal	Codurile mitocondriale
   		Vertebrate	nevertebrate	Drojdie	Plante
   UGA	STOP	trp	trp	trp	STOP
   AUA	ile	Întâlnit	Întâlnit	Întâlnit	ile
   CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
   AGA	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg
   AGG	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg

   Recent, principiul universalității codului a fost zdruncinat în legătură cu descoperirea de către Berell în 1979 a codului ideal al mitocondriilor umane, în care regula degenerării codului este îndeplinită. În codul mitocondrial, codonul UGA corespunde triptofanului și AUA metioninei, așa cum este cerut de regula degenerării codului.

   Poate că, la începutul evoluției, toate cele mai simple organisme aveau același cod ca și mitocondriile, iar apoi au suferit ușoare abateri.

9. nesuprapune- fiecare dintre tripletele textului genetic este independent unul de celălalt, o nucleotidă face parte dintr-un singur triplet; Pe fig. arată diferența dintre codul suprapus și cel care nu se suprapun.

   În 1976 ADN-ul fagului φX174 a fost secvențiat. Are un ADN circular monocatenar de 5375 de nucleotide. Fagul era cunoscut că codifică 9 proteine. Pentru 6 dintre ele au fost identificate gene situate una după alta.

   S-a dovedit că există o suprapunere. Gena E se află complet în gena D. Codonul său de început apare ca urmare a unei deplasări de o nucleotidă în citire. Gena J începe acolo unde se termină gena D. Codonul de început al genei J se suprapune cu codonul de oprire al genei D printr-o deplasare cu două nucleotide. Designul este numit „schimbarea cadrului de citire” printr-un număr de nucleotide care nu este un multiplu de trei. Până în prezent, suprapunerea a fost demonstrată doar pentru câțiva fagi.

10. Imunitate la zgomot- raportul dintre numărul de substituții conservatoare și numărul de substituții de radicali.

    Mutațiile substituțiilor de nucleotide care nu duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc conservatoare. Mutațiile substituțiilor de nucleotide care duc la o schimbare a clasei aminoacizilor codificați se numesc radical.

    Deoarece același aminoacid poate fi codificat de diferiți tripleți, unele substituții în tripleți nu conduc la o schimbare a aminoacidului codificat (de exemplu, UUU -> UUC lasă fenilalanina). Unele substituții schimbă un aminoacid cu altul din aceeași clasă (nepolar, polar, bazic, acid), alte substituții schimbă și clasa aminoacidului.

    În fiecare triplet se pot face 9 înlocuiri simple, adică puteți alege care dintre poziții să schimbați - în trei moduri (1 sau 2 sau 3), iar litera selectată (nucleotidă) poate fi schimbată în 4-1 = alte 3 litere (nucleotide). Numărul total de substituții posibile de nucleotide este 61 cu 9 = 549.

    Prin calcul direct conform tabelului codului genetic se poate convinge că dintre acestea: 23 de substituții de nucleotide duc la apariția codonilor - terminatori de traducere. Substituțiile 134 nu modifică aminoacidul codificat. Substituțiile 230 nu schimbă clasa aminoacidului codificat. 162 de substituții conduc la o schimbare a clasei de aminoacizi, adică. sunt radicali. Din cele 183 de substituții ale celei de-a treia nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor de translație, iar 176 sunt conservatoare. Din cele 183 de substituții ale primei nucleotide, 9 duc la apariția terminatorilor, 114 sunt conservatoare și 60 sunt radicale. Din cele 183 de substituții ale celei de-a 2-a nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor, 74 sunt conservatoare și 102 sunt radicale.

În orice celulă și organism, toate caracteristicile naturii anatomice, morfologice și funcționale sunt determinate de structura proteinelor care sunt incluse în acestea. Proprietatea ereditară a unui organism este capacitatea de a sintetiza anumite proteine. Aminoacizii sunt localizați într-un lanț polipeptidic, de care depind caracteristicile biologice.
Fiecare celulă are propria sa secvență de nucleotide în lanțul polinucleotidic ADN. Acesta este codul genetic al ADN-ului. Prin intermediul acestuia se înregistrează informații despre sinteza anumitor proteine. Despre ce este codul genetic, despre proprietățile sale și informațiile genetice sunt descrise în acest articol.

Un pic de istorie

Ideea că poate există un cod genetic a fost formulată de J. Gamow și A. Down la mijlocul secolului al XX-lea. Ei au descris că secvența de nucleotide responsabilă pentru sinteza unui anumit aminoacid conține cel puțin trei unități. Mai târziu au demonstrat numărul exact de trei nucleotide (aceasta este o unitate a codului genetic), care a fost numit triplet sau codon. Există șaizeci și patru de nucleotide în total, deoarece molecula de acid, în care apare sau ARN, constă din reziduuri a patru nucleotide diferite.

Care este codul genetic

Metoda de codificare a secvenței proteinei de aminoacizi datorită secvenței de nucleotide este caracteristică tuturor celulelor și organismelor vii. Acesta este codul genetic.
Există patru nucleotide în ADN:

• adenina - A;
• guanină - G;
• citozină - C;
• timină - T.

Ele sunt indicate cu majuscule în latină sau (în literatura de limbă rusă) rusă.
ARN-ul are, de asemenea, patru nucleotide, dar una dintre ele este diferită de ADN:

• adenina - A;
• guanină - G;
• citozină - C;
• uracil - U.

Toate nucleotidele se aliniază în lanțuri, iar în ADN se obține o dublă helix, iar în ARN este unică.
Proteinele sunt construite pe locul unde ele, situate într-o anumită secvență, îi determină proprietățile biologice.

Proprietățile codului genetic

Tripletate. Unitatea codului genetic este formată din trei litere, este triplet. Aceasta înseamnă că cei douăzeci de aminoacizi existenți sunt codificați de trei nucleotide specifice numite codoni sau trilpeți. Există șaizeci și patru de combinații care pot fi create din patru nucleotide. Această cantitate este mai mult decât suficientă pentru a codifica douăzeci de aminoacizi.
Degenerare. Fiecare aminoacid îi corespunde mai mult de un codon, cu excepția metioninei și triptofanului.
Neambiguitate. Un codon codifică un aminoacid. De exemplu, în gena unei persoane sănătoase cu informații despre ținta beta a hemoglobinei, tripletul GAG și GAA codifică A la toți cei care suferă de anemie falciformă, o nucleotidă este schimbată.
Coliniaritate. Secvența de aminoacizi corespunde întotdeauna secvenței de nucleotide pe care o conține gena.
Codul genetic este continuu și compact, ceea ce înseamnă că nu are „semne de punctuație”. Adică, începând de la un anumit codon, există o citire continuă. De exemplu, AUGGUGTSUUAAAUGUG va fi citit ca: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG. Dar nu AUG, UGG și așa mai departe, sau în orice alt mod.
Versatilitate. Este același pentru absolut toate organismele terestre, de la oameni la pești, ciuperci și bacterii.

Masa

Nu toți aminoacizii disponibili sunt prezenți în tabelul prezentat. Hidroxiprolina, hidroxilizina, fosforina, derivații de iod ai tirozinei, cistinei și altora sunt absenți, deoarece sunt derivați ai altor aminoacizi codificați de ARNm și formați după modificarea proteinei ca urmare a translației.
Din proprietățile codului genetic, se știe că un codon este capabil să codifice un aminoacid. Excepție este codul genetic care îndeplinește funcții și coduri suplimentare pentru valină și metionină. ARN-ul, fiind la început cu un codon, atașează un t-ARN care poartă formil metion. La terminarea sintezei, se desprinde și ia restul de formil cu el, transformându-se într-un reziduu de metionină. Astfel, codonii de mai sus sunt inițiatorii sintezei unui lanț de polipeptide. Dacă nu sunt la început, atunci nu sunt diferiți de ceilalți.

informatii genetice

Acest concept înseamnă un program de proprietăți care este transmis de la strămoși. Este încorporat în ereditate ca cod genetic.
Implementat în timpul sintezei proteinelor cod genetic:

• informație și ARN;
• ARNr ribozomal.

Informația este transmisă prin comunicare directă (ADN-ARN-proteină) și inversă (mediu-proteină-ADN).
Organismele îl pot primi, stoca, transfera și îl pot folosi cel mai eficient.
Fiind moștenită, informația determină dezvoltarea unui organism. Dar din cauza interacțiunii cu mediul, reacția acestuia din urmă este distorsionată, datorită căreia au loc evoluția și dezvoltarea. Astfel, noi informații sunt depuse în organism.

Calculul legilor biologiei moleculare și descoperirea codului genetic au ilustrat necesitatea îmbinării geneticii cu teoria lui Darwin, pe baza căreia a apărut o teorie sintetică a evoluției - biologia neclasică.
Ereditatea, variabilitatea și selecția naturală a lui Darwin sunt completate de selecția determinată genetic. Evoluția este implementată la nivel genetic prin mutații aleatorii și moștenire a celor mai valoroase trăsături care sunt cele mai adaptate mediului.

Descifrarea codului uman

În anii 90, a fost lansat Proiectul Genomului Uman, în urma căruia au fost descoperite fragmente din genom care conţin 99,99% din genele umane în anii 2000. Fragmentele care nu sunt implicate în sinteza proteinelor și nu sunt codificate au rămas necunoscute. Rolul lor este încă necunoscut.

Cromozomul 1, descoperit ultima dată în 2006, este cel mai lung din genom. Peste trei sute cincizeci de boli, inclusiv cancerul, apar ca urmare a tulburărilor și mutațiilor din acesta.

Rolul unei astfel de cercetări cu greu poate fi supraestimat. Când au descoperit care este codul genetic, s-a cunoscut după ce tipare are loc dezvoltarea, cum se formează structura morfologică, psihicul, predispoziția la anumite boli, metabolismul și vicii ale indivizilor.

În metabolismul organismului rol principal aparține proteinelor și acizilor nucleici.
Substanțele proteice formează baza tuturor structurilor celulare vitale, au o reactivitate neobișnuit de mare și sunt înzestrate cu funcții catalitice.
Acizii nucleici fac parte din cel mai important organ al celulei - nucleul, precum și citoplasma, ribozomii, mitocondriile etc. Acizii nucleici joacă un rol important, primar în ereditate, variabilitatea corpului și sinteza proteinelor.

Plan sinteză proteina este stocată în nucleul celulei, iar sinteza directă are loc în afara nucleului, deci este necesar serviciu de livrare codificat plan de la nucleu la locul de sinteză. Acest serviciu de livrare este realizat de molecule de ARN.

Procesul începe la miez celule: o parte a „scării” ADN se desfășoară și se deschide. Datorită acestui fapt, literele ARN formează legături cu literele ADN deschise ale uneia dintre catenele de ADN. Enzima transferă literele ARN-ului pentru a le conecta într-un fir. Deci literele ADN-ului sunt „rescrise” în literele ARN. Lanțul de ARN nou format este separat, iar „scara” ADN-ului se răsucește din nou. Procesul de citire a informațiilor din ADN și sintetizarea șablonului său de ARN este numit transcriere , iar ARN-ul sintetizat se numește informațional sau i-ARN .

După modificări suplimentare, acest tip de ARNm codificat este gata. i-ARN iese din nucleuși merge la locul sintezei proteinelor, unde sunt descifrate literele i-ARN. Fiecare set de trei litere de i-ARN formează o „litera” care reprezintă un anumit aminoacid.

Un alt tip de ARN caută acest aminoacid, îl captează cu ajutorul unei enzime și îl livrează la locul sintezei proteinelor. Acest ARN se numește ARN de transfer sau ARNt. Pe măsură ce mesajul ARNm este citit și tradus, lanțul de aminoacizi crește. Acest lanț se răsucește și se pliază într-o formă unică, creând un singur tip de proteină. Chiar și procesul de pliere a proteinelor este remarcabil: să folosești un computer pentru a calcula totul Opțiuni ar dura 1027 (!) ani pentru a plia o proteină de mărime medie constând din 100 de aminoacizi. Și pentru formarea unui lanț de 20 de aminoacizi în organism, nu durează mai mult de o secundă, iar acest proces are loc continuu în toate celulele corpului.

Genele, codul genetic și proprietățile sale.

Aproximativ 7 miliarde de oameni trăiesc pe Pământ. Cu excepția a 25-30 de milioane de perechi de gemeni identici, apoi genetic toți oamenii sunt diferiți : fiecare este unic, are caracteristici ereditare unice, trăsături de caracter, abilități, temperament.

Astfel de diferențe sunt explicate diferențe de genotipuri- seturi de gene ale unui organism; fiecare este unic. Trăsăturile genetice ale unui anumit organism sunt întruchipate în proteine - în consecință, structura proteinei unei persoane diferă, deși destul de mult, de proteina altei persoane.

Nu inseamna că oamenii nu au exact aceleași proteine. Proteinele care îndeplinesc aceleași funcții pot fi aceleași sau pot diferi foarte puțin prin unul sau doi aminoacizi unul de celălalt. Dar nu exista pe Pământul oamenilor (cu excepția gemenilor identici), în care ar fi toate proteinele sunt la fel .

Informații despre structura primară a unei proteine codificat ca o secvență de nucleotide într-o secțiune a unei molecule de ADN, gena - o unitate de informație ereditară a unui organism. Fiecare moleculă de ADN conține multe gene. Totalitatea tuturor genelor unui organism îl formează genotip . Prin urmare,

O genă este o unitate de informații ereditare a unui organism, care corespunde unei secțiuni separate a ADN-ului

Informațiile ereditare sunt codificate folosind cod genetic , care este universal pentru toate organismele și diferă doar prin alternanța nucleotidelor care formează gene și codifică proteinele unor organisme specifice.

Cod genetic constă din tripleți (tripleți) de nucleotide ADN, combinate în diferite secvențe (AAT, HCA, ACG, THC etc.), fiecare dintre ele codifică un aminoacid specific (care va fi încorporat în lanțul polipeptidic).

De fapt cod conteaza secvența de nucleotide dintr-o moleculă de i-ARN , deoarece elimină informații din ADN (procesul transcrieri ) și îl traduce într-o secvență de aminoacizi din moleculele proteinelor sintetizate (proces emisiuni ).
Compoziția ARNm include nucleotidele A-C-G-U, ale căror tripleți se numesc codoni : tripletul ADN CHT de pe ARNm va deveni tripletul HCA, iar tripletul AAG ADN va deveni tripletul UUC. Exact codoni i-ARN reflectă codul genetic din înregistrare.

Prin urmare, cod genetic - un sistem unificat pentru înregistrarea informațiilor ereditare în moleculele de acid nucleic sub forma unei secvențe de nucleotide . Codul genetic se bazează pe utilizarea unui alfabet format din doar patru litere nucleotidice care diferă în baze azotate: A, T, G, C.

Principalele proprietăți ale codului genetic:

1. Cod genetic triplet. Un triplet (codon) este o secvență de trei nucleotide care codifică un aminoacid. Deoarece proteinele conțin 20 de aminoacizi, este evident că fiecare dintre ei nu poate fi codificat de o singură nucleotidă ( deoarece există doar patru tipuri de nucleotide în ADN, în acest caz 16 aminoacizi rămân necodați). Două nucleotide pentru codificarea aminoacizilor nu sunt, de asemenea, suficiente, deoarece în acest caz pot fi codificați doar 16 aminoacizi. Aceasta înseamnă că cel mai mic număr de nucleotide care codifică un aminoacid trebuie să fie de cel puțin trei. În acest caz, numărul de tripleți posibili de nucleotide este 43 = 64.

2. Redundanță (degenerare) Codul este o consecință a naturii sale triplete și înseamnă că un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete (deoarece există 20 de aminoacizi și există 64 de tripleți), cu excepția metioninei și triptofanului, care sunt codificați doar de un singur triplet. În plus, unii tripleți îndeplinesc funcții specifice: în molecula de ARNm, tripleții UAA, UAG, UGA sunt codoni terminali, adică. Stop-semnale care opresc sinteza lantului polipeptidic. Tripletul corespunzător metioninei (AUG), aflat la începutul lanțului ADN, nu codifică un aminoacid, ci îndeplinește funcția de inițiere (excitantă) a citirii.

3. Neambiguitate cod - împreună cu redundanța, codul are proprietatea unicitatea : fiecare codon se potrivește numai unu aminoacid specific.

4. Coliniaritate cod, adică secvența de nucleotide dintr-o genă exact corespunde secvenței de aminoacizi din proteină.

5. Cod genetic nesuprapune și compacte , adică nu conține „semne de punctuație”. Aceasta înseamnă că procesul de citire nu permite posibilitatea suprapunerii coloanelor (triplete) și, începând de la un anumit codon, citirea merge continuu triplet cu triplet până Stop-semnale ( codoni de terminare).

6. Cod genetic universal , adică genele nucleare ale tuturor organismelor codifică informații despre proteine ​​în același mod, indiferent de nivelul de organizare și de poziția sistematică a acestor organisme.

Exista tabele de coduri genetice pentru decriptare codoni i-ARN și construirea lanțurilor de molecule de proteine.

Reacții de sinteză a matricei.

În sistemele vii, există reacții necunoscute în natura neînsuflețită - reacții de sinteză a matricei.

Termenul "matrice" in tehnologie denota forma folosita la turnarea monedelor, medaliilor, tipul tipografic: metalul calit reproduce exact toate detaliile formei folosite la turnare. Sinteza matricei seamănă cu o turnare pe o matrice: moleculele noi sunt sintetizate în strictă conformitate cu planul stabilit în structura moleculelor deja existente.

Principiul matricei se află in nucleu cele mai importante reacții sintetice ale celulei, cum ar fi sinteza acizilor nucleici și a proteinelor. În aceste reacții, este furnizată o secvență exactă, strict specifică de unități monomerice din polimerii sintetizați.

Aici este direcțional trăgând monomerii într-o anumită locație celule - în molecule care servesc drept matrice în care are loc reacția. Dacă astfel de reacții ar avea loc ca urmare a unei coliziuni aleatorii a moleculelor, ele ar proceda infinit lent. Sinteza moleculelor complexe pe baza principiului matricei se realizează rapid și precis. Rolul matricei macromoleculele acizilor nucleici joacă în reacțiile matriceale ADN sau ARN .

molecule monomerice, din care se sintetizează polimerul - nucleotide sau aminoacizi - în conformitate cu principiul complementarității sunt dispuse și fixate pe matrice într-o ordine strict definită, predeterminată.

Apoi vine „reticulare” unităților monomerice într-un lanț polimeric, iar polimerul finit este scăpat din matrice.

Dupa aceea matricea gata la asamblarea unei noi molecule de polimer. Este clar că, la fel cum o singură monedă, o literă poate fi turnată pe o matriță dată, la fel doar un polimer poate fi „asamblat” pe o anumită moleculă de matrice.

Tipul matricei de reacții- o caracteristică specifică a chimiei sistemelor vii. Ele sunt baza proprietății fundamentale a tuturor ființelor vii - capacitatea sa de a reproduce propriul fel.

Reacții de sinteză a matricei

1. Replicarea ADN-ului - replicare (din lat. replicatio - reînnoire) - procesul de sinteză a unei molecule fiice de acid dezoxiribonucleic pe matricea moleculei de ADN părinte. În timpul diviziunii ulterioare a celulei mamă, fiecare celulă fiică primește o copie a unei molecule de ADN care este identică cu ADN-ul celulei mamă inițiale. Acest proces asigură transmiterea exactă a informațiilor genetice de la o generație la alta. Replicarea ADN-ului este realizată de un complex enzimatic complex, format din 15-20 de proteine ​​diferite, numite replisome . Materialul pentru sinteză este nucleotidele libere prezente în citoplasma celulelor. Sensul biologic al replicării constă în transferul exact al informațiilor ereditare de la molecula părinte la cele fiice, care are loc în mod normal în timpul diviziunii celulelor somatice.

Molecula de ADN este formată din două catene complementare. Aceste lanțuri sunt ținute împreună prin legături slabe de hidrogen care pot fi rupte de enzime. Molecula de ADN este capabilă să se autodubleze (replicare), iar o nouă jumătate a acesteia este sintetizată pe fiecare jumătate veche a moleculei.
În plus, o moleculă de ARNm poate fi sintetizată pe o moleculă de ADN, care apoi transferă informația primită de la ADN la locul de sinteză a proteinei.

Transferul de informații și sinteza proteinelor urmează un principiu de matrice, comparabil cu munca unei tipografii într-o tipografie. Informațiile din ADN sunt copiate iar și iar. Dacă apar erori în timpul copierii, acestea vor fi repetate în toate copiile ulterioare.

Adevărat, unele erori în copierea informațiilor de către o moleculă de ADN pot fi corectate - procesul de eliminare a erorilor se numește reparatii. Prima dintre reacțiile în procesul de transfer al informațiilor este replicarea moleculei de ADN și sinteza de noi catene de ADN.

2. Transcriere (din latină transcriptio - rescriere) - procesul de sinteză a ARN folosind ca șablon ADN-ul, care are loc în toate celulele vii. Cu alte cuvinte, este transferul de informații genetice de la ADN la ARN.

Transcripția este catalizată de enzima ARN polimeraza dependentă de ADN. ARN polimeraza se deplasează de-a lungul moleculei de ADN în direcția 3 " → 5". Transcrierea constă din pași iniţierea, alungirea şi terminarea . Unitatea de transcriere este operonul, un fragment al moleculei de ADN format din promotor, fragment transcris și terminator . i-ARN constă dintr-o catenă și este sintetizat pe ADN în conformitate cu regula complementarității, cu participarea unei enzime care activează începutul și sfârșitul sintezei moleculei i-ARN.

Molecula de ARNm finită intră în citoplasmă pe ribozomi, unde are loc sinteza lanțurilor polipeptidice.

3. Difuzare (din lat. traducere- transfer, mișcare) - procesul de sinteză a proteinelor din aminoacizi pe matricea informațiilor (matricei) ARN (ARNm, ARNm) realizat de ribozom. Cu alte cuvinte, acesta este procesul de traducere a informațiilor conținute în secvența de nucleotide a i-ARN în secvența de aminoacizi din polipeptidă.

4. transcriere inversă este procesul de formare a ADN-ului dublu catenar pe baza informațiilor din ARN monocatenar. Acest proces se numește transcripție inversă, deoarece transferul de informații genetice are loc în direcția „inversă” față de transcripție. Ideea transcripției inverse a fost inițial foarte nepopulară, deoarece a fost împotriva dogmei centrale a biologiei moleculare, care presupunea că ADN-ul este transcris în ARN și apoi tradus în proteine.

Cu toate acestea, în 1970, Temin și Baltimore au descoperit în mod independent o enzimă numită revers transcriptază (revertază) , iar posibilitatea transcripției inverse a fost în sfârșit confirmată. În 1975, Temin și Baltimore au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină. Unii virusuri (cum ar fi virusul imunodeficienței umane care provoacă infecția cu HIV) au capacitatea de a transcrie ARN-ul în ADN. HIV are un genom ARN care se integrează în ADN. Ca rezultat, ADN-ul virusului poate fi combinat cu genomul celulei gazdă. Se numește principala enzimă responsabilă de sinteza ADN-ului din ARN revertase. Una dintre funcțiile reversease este de a crea ADN complementar (ADNc) din genomul viral. Enzima asociată ribonucleaza scindează ARN-ul, iar revertasea sintetizează ADNc din dubla helix ADN. cADN-ul este integrat în genomul celulei gazdă prin integrază. Rezultatul este sinteza proteinelor virale de către celula gazdă care formează noi viruși. În cazul HIV, este programată și apoptoza (moartea celulară) a limfocitelor T. În alte cazuri, celula poate rămâne un distribuitor de viruși.

Secvența reacțiilor matricei în biosinteza proteinelor poate fi reprezentată sub formă de diagramă.

Prin urmare, biosinteza proteinelor- acesta este unul dintre tipurile de schimb plastic, în timpul căruia informația ereditară codificată în genele ADN se realizează într-o anumită secvență de aminoacizi din moleculele proteice.

Moleculele de proteine ​​sunt în esență lanțuri polipeptidice format din aminoacizi individuali. Dar aminoacizii nu sunt suficient de activi pentru a se conecta unul cu celălalt pe cont propriu. Prin urmare, înainte ca acestea să se combine între ele și să formeze o moleculă proteică, aminoacizii trebuie Activati . Această activare are loc sub acțiunea unor enzime speciale.

Ca urmare a activării, aminoacidul devine mai labil și, sub acțiunea aceleiași enzime, se leagă de t- ARN. Fiecare aminoacid corespunde unui t- strict specific ARN, care își găsește aminoacidul și rezistă acesta în ribozom.

Prin urmare, ribozomul primește diverse aminoacizi activați legați de lor t- ARN. Ribozomul este ca transportor pentru a asambla un lanț proteic din diverși aminoacizi care intră în el.

Simultan cu t-ARN, pe care „se așează” propriul său aminoacid. semnal» din ADN-ul care se află în nucleu. În conformitate cu acest semnal, una sau alta proteină este sintetizată în ribozom.

Influența direcțională a ADN-ului asupra sintezei proteinelor nu se realizează direct, ci cu ajutorul unui intermediar special - matrice sau ARN mesager (ARNm sau i-ARN), care sintetizat în nucleu Nu este influențat de ADN, așa că compoziția sa reflectă compoziția ADN-ului. Molecula de ARN este, parcă, o turnare sub formă de ADN. ARNm-ul sintetizat intră în ribozom și, așa cum ar fi, îl transferă în această structură plan- in ce ordine trebuie combinati intre ei aminoacizii activati ​​care intra in ribozom pentru a sintetiza o anumita proteina. In caz contrar, informația genetică codificată în ADN este transferată la ARNm și apoi la proteine.

Molecula de ARNm intră în ribozom și fulgeră a ei. Se determină acel segment al acestuia care se află în prezent în ribozom codon (triplet), interactioneaza intr-un mod complet specific cu o structura potrivita acestuia triplet (anticodon)în ARN-ul de transfer care a adus aminoacidul în ribozom.

ARN de transfer cu aminoacidul său se apropie de un anumit codon al ARNm și conectează cu el; la următorul situs vecin al i-ARN unește alt ARNt cu alt aminoacidși așa mai departe până când se citește întregul lanț i-ARN, până când toți aminoacizii sunt înșirați în ordinea corespunzătoare, formând o moleculă de proteină. Și t-ARN, care a livrat aminoacidul într-un loc specific al lanțului polipeptidic, eliberat de aminoacidul săuși iese din ribozom.

Apoi, din nou în citoplasmă, aminoacidul dorit se poate alătura acestuia și îl va transfera din nou în ribozom. În procesul de sinteză a proteinelor, nu unul, ci mai mulți ribozomi, poliribozomi, sunt implicați simultan.

Principalele etape ale transferului de informații genetice:

1. Sinteză pe ADN ca pe un șablon de ARNm (transcripție)
2. Sinteza lanțului polipeptidic în ribozomi conform programului conținut în i-ARN (traducere) .

Etapele sunt universale pentru toate ființele vii, dar relațiile temporale și spațiale ale acestor procese diferă în pro- și eucariote.

La procariote transcripția și traducerea pot avea loc simultan deoarece ADN-ul este localizat în citoplasmă. La eucariote transcripția și translația sunt strict separate în spațiu și timp: în nucleu are loc sinteza diferitelor ARN-uri, după care moleculele de ARN trebuie să părăsească nucleul, trecând prin membrana nucleară. ARN-ul este apoi transportat în citoplasmă la locul sintezei proteinelor.

Ele se aliniază în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de litere genetice.

Cod genetic

Proteinele aproape tuturor organismelor vii sunt construite din doar 20 de tipuri de aminoacizi. Acești aminoacizi sunt numiți canonici. Fiecare proteină este un lanț sau mai multe lanțuri de aminoacizi conectate într-o secvență strict definită. Această secvență determină structura proteinei și, prin urmare, toate proprietățile sale biologice.

C

CUU (Leu/L)Leucină
CUC (Leu/L)Leucină
CUA (Leu/L)Leucină
CUG (Leu/L) Leucină

În unele proteine, aminoacizii nestandard, cum ar fi selenocisteina și pirolizina, sunt inserați de către ribozomul stop care citește codon, care depinde de secvențele din ARNm. Selenocisteina este acum considerată al 21-lea, iar pirolizina al 22-lea aminoacid care formează proteinele.

În ciuda acestor excepții, codul genetic al tuturor organismelor vii are caracteristici comune: un codon este format din trei nucleotide, unde primele două sunt definitorii, codonii sunt traduși de ARNt și ribozomi într-o secvență de aminoacizi.

Abateri de la codul genetic standard.

Exemplu	codon	Sensul obișnuit	Se citește ca:
Unele tipuri de drojdie din gen Candida	CUG	leucina	Senin
Mitocondriile, în special Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	leucina	Senin
Mitocondriile plantelor superioare	CGG	Arginina	triptofan
Mitocondriile (în toate organismele studiate fără excepție)	UGA	Stop	triptofan
Mitocondriile mamiferelor, Drosophila, S.cerevisiae si multe simple	AUA	izoleucina	Metionina = Start
procariote	GUG	Valină	start
eucariote (rare)	CUG	leucina	start
eucariote (rare)	GUG	Valină	start
Procariote (rare)	UUG	leucina	start
eucariote (rare)	ACG	Treonina	start
Mitocondriile mamiferelor	AGC, AGU	Senin	Stop
mitocondriile Drosophila	AGA	Arginina	Stop
Mitocondriile mamiferelor	AG(A,G)	Arginina	Stop

Istoria ideilor despre codul genetic

Cu toate acestea, la începutul anilor 1960, noi date au relevat eșecul ipotezei „codului fără virgulă”. Apoi experimentele au arătat că codonii, considerați de Crick a fi lipsiți de sens, pot provoca sinteza proteinelor într-o eprubetă, iar până în 1965 a fost stabilit semnificația tuturor celor 64 de tripleți. S-a dovedit că unii codoni sunt pur și simplu redundanți, adică un număr de aminoacizi sunt codificați de doi, patru sau chiar șase tripleți.

Vezi si

Note

1. Codul genetic acceptă inserția țintită a doi aminoacizi de către un codon. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Ştiinţă. 9 ianuarie 2009;323(5911):259-61.
2. Codonul AUG codifică metionina, dar servește și ca codon de început - de regulă, traducerea începe de la primul codon AUG al ARNm.
3. NCBI: „Codurile genetice”, compilat de Andrzej (Anjay) Elzanowski și Jim Ostell
4. Jukes TH, Osawa S, Codul genetic în mitocondrii și cloroplaste., Experienta. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (martie 1992). „Dovezi recente pentru evoluția codului genetic”. microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). „Dispunerea aminoacizilor în proteine”. Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251 .
7. M. Ichas cod biologic. - Pace, 1971.
8. WATSON JD, CRICK FH. (aprilie 1953). «Structura moleculară a acizilor nucleici; o structură pentru acidul nucleic dezoxiriboză.”. Natură 171 : 737-738. PMID 13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (mai 1953). „Implicații genetice ale structurii acidului dezoxiribonucleic”. Natură 171 : 964-967. PMID 13063483 .
10. Crick F.H. (aprilie 1966). „Codul genetic – ieri, azi și mâine”. Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (februarie 1954). „Posibilă relație între acidul dezoxiribonucleic și structurile proteice”. Natură 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0 . PMID 13882203 .
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). „Problema transferului de informații de la acizii nucleici la proteine”. Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508 .
13. Gamow G, Ycas M. (1955). CORELAREA STATISTICĂ A COMPOZIȚIEI PROTEINELOR ȘI A ACIDULUI RIBONUCLEIC. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789 .
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). CODURI FĂRĂ virgule. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. Hayes B. (1998). „Invenția codului genetic”. (Retipărire PDF). om de știință american 86 : 8-14.

Literatură

• Azimov A. Cod genetic. De la teoria evoluției până la decodarea ADN-ului. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 s - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratner V. A. Codul genetic ca sistem - Soros Educational Journal, 2000, 6, No. 3, pp. 17-22.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Natura generală a codului genetic pentru proteine ​​- Nature, 1961 (192), pp. 1227-32

Legături

• Cod genetic- articol din Marea Enciclopedie Sovietică

Fundația Wikimedia. 2010 .

Cod genetic- o metodă inerentă tuturor organismelor vii pentru a codifica secvența reziduurilor de aminoacizi din compoziția proteinelor folosind secvența de nucleotide din compoziția acidului nucleic.

În ADN sunt folosite patru baze azotate - adenina (A), guanina (G), citozina (C), timina (T), care în literatura rusă sunt notate cu literele A, G, C și T. Aceste litere formează alfabetul codului genetic. ARN-ul folosește aceleași nucleotide, cu excepția nucleotidei care conține timină, care este înlocuită cu o nucleotidă similară care conține uracil, care este notat cu litera U (U în literatura de limbă rusă). În moleculele de ADN și ARN, nucleotidele se aliniază în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de litere genetice.

Cod genetic

Proteinele aproape tuturor organismelor vii sunt construite din doar 20 de tipuri de aminoacizi. Acești aminoacizi sunt numiți canonici. Fiecare proteină este un lanț sau mai multe lanțuri de aminoacizi conectate într-o secvență strict definită. Această secvență determină structura proteinei și, prin urmare, toate proprietățile sale biologice.

Implementarea informației genetice în celulele vii (adică sinteza unei proteine ​​codificate de o genă) se realizează folosind două procese matrice: transcripția (adică sinteza ARNm pe un șablon ADN) și traducerea codului genetic. într-o secvență de aminoacizi (sinteza unui lanț polipeptidic pe ARNm). Trei nucleotide consecutive sunt suficiente pentru a codifica 20 de aminoacizi, precum și semnalul stop, ceea ce înseamnă sfârșitul secvenței de proteine. Un set de trei nucleotide se numește triplet. Abrevierile acceptate corespunzătoare aminoacizilor și codonilor sunt prezentate în figură. Conceptul de „cod genetic” nu are nimic de-a face cu secvența tripleților (codoni) dintr-un acid nucleic și, în consecință, cu secvența resturilor de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină. Codul genetic este un mod de înregistrare, nu conținutul înregistrării.

Cod genetic comun pentru majoritatea pro- și eucariote. Tabelul enumeră toți cei 64 de codoni și enumeră aminoacizii corespunzători. Ordinea bazelor este de la capătul 5’ la capătul 3’ al ARNm.

cod genetic standard

1 baza	baza a 2-a								al 3-lea baza
	U		C		A		G
U	UUU	(Phe/F) Fenilalanină	UCU	(Ser/S) Serina	UAU	(Tyr/Y) Tirozină	UGU	(Cys/C) Cisteină	U
	UUC		UCC		UAC		UGC		C
	UUA	(Leu/L) Leucină	UCA		UAA	Stop ( Ocru)	UGA	Stop ( Opal)	A
	UUG		UCG		UAG	Stop ( Chihlimbar)	UGG	(Trp/W) Triptofan	G
C	CUU		CCU	(Pro/P) Proline	CAU	(His/H) Histidină	CGU	(Arg/R) Arginina	U
	CUC		CCC		CAC		CGC		C
	CUA		CCA		CAA	(Gln/Q) Glutamina	CGA		A
	CUG		CCG		CAG		CGG		G
A	AUU	(Ile/I) Isoleucină	ACU	(Thr/T) Treonină	AAU	(Asn/N) Asparagină	AGU	(Ser/S) Serina	U
	AUC		ACC		AAC		AGC		C
	AUA		ACA		AAA	(Lys/K) Lizină	AGA	(Arg/R) Arginina	A
	AUG[A]	(Met/M) Metionină	ACG		AAG		AGG		G
G	GUU	(Val/V) Valină	GCU	(Ala/A) Alanina	GAU	(Asp/D) Acid aspartic	GGU	(Gly/G) Glicină	U
	GUC		GCC		GAC		GGC		C
	GUA		GCA		GAA	(Glu/E) Acid glutamic	GGA		A
	GUG		GCG		GAG		GGG		G

A Codonul AUG codifică metionina și este, de asemenea, locul inițierii translației: primul codon AUG din regiunea de codificare a ARNm servește ca început al sintezei proteinelor. Versiunea sectorială a înregistrării, cercul interior este prima bază a codonului (de la capătul 5’) Tabel invers (sunt indicați codonii pentru fiecare aminoacid, precum și codonii stop)

Ala/A	GCU, GCC, GCA, GCG	Leu/L	UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R	CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG	Lys/K	AAA, AAG
Asn/N	AAU, AAC	Met/M	AUG
Asp/D	GAU, GAC	Phe/F	UUU, UUC
Cys/C	UGU, UGC	Recuzită	CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q	CAA, CAG	Ser/S	UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Lipici	GAA, GAG	Thr/T	ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G	GGU, GGC, GGA, GGG	Trp/W	UGG
Lui/H	CAU, CAC	Tyr/Y	UAU, UAC
Ile/I	AUU, AUC, AUA	Val/V	GUU, GUC, GUU, GUG
START	AUG	STOP	UAG, UGA, UAA

Abateri de la codul genetic standard

Exemplu	codon	Sensul obișnuit	Se citește ca:
Unele tipuri de drojdie din gen Candida	CUG	leucina	Senin
Mitocondriile, în special Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	leucina	Senin
Mitocondriile plantelor superioare	CGG	Arginina	triptofan
Mitocondriile (în toate organismele studiate fără excepție)	UGA	Stop	triptofan
Genomul nuclear al ciliatilor Euplotes	UGA	Stop	Cisteină sau selenocisteină
Mitocondriile mamiferelor, Drosophila, S.cerevisiae si multe simple	AUA	izoleucina	Metionina = Start
procariote	GUG	Valină	start
eucariote (rare)	CUG	leucina	start
eucariote (rare)	GUG	Valină	start
Procariote (rare)	UUG	leucina	start
eucariote (rare)	ACG	Treonina	start
Mitocondriile mamiferelor	AGC, AGU	Senin	Stop
mitocondriile Drosophila	AGA	Arginina	Stop
Mitocondriile mamiferelor	AG(A,G)	Arginina	Stop