1. Vysvetlite postupnosť prenosu genetickej informácie: gén – proteín – znak.

2. Pamätajte, ktorá štruktúra proteínu určuje jeho štruktúru a vlastnosti. Ako je táto štruktúra zakódovaná v molekule DNA?

3. Čo je to genetický kód?

4. Opíšte vlastnosti genetického kódu.

7. Reakcie syntézy matrice. Prepis

Informácie o proteíne sú zaznamenané ako nukleotidová sekvencia v DNA a nachádzajú sa v jadre. V skutočnosti k syntéze proteínov dochádza v cytoplazme na ribozómoch. Preto syntéza bielkovín vyžaduje štruktúru, ktorá by prenášala informácie z DNA do miesta syntézy bielkovín. Takýmto sprostredkovateľom je informácia, alebo matrica, RNA, ktorá prenáša informáciu zo špecifického génu molekuly DNA do miesta syntézy bielkovín na ribozómoch.

Okrem nosiča informácie sú potrebné látky, ktoré by zabezpečili dodanie aminokyselín na miesto syntézy a určenie ich miesta v polypeptidovom reťazci. Takéto látky sú transferové RNA, ktoré zabezpečujú kódovanie a dodávanie aminokyselín na miesto syntézy. Syntéza bielkovín prebieha na ribozómoch, ktorých telo je postavené z ribozomálnej RNA. To znamená, že je potrebný iný typ RNA – ribozomálna.

Genetická informácia sa realizuje v troch typoch reakcií: syntéza RNA, syntéza proteínov, replikácia DNA. V každom z nich sú informácie obsiahnuté v lineárnej sekvencii nukleotidov použité na vytvorenie ďalšej lineárnej sekvencie: buď nukleotidov (v molekulách RNA alebo DNA) alebo aminokyselín (v molekulách bielkovín). Experimentálne bolo dokázané, že je to DNA, ktorá slúži ako templát pre syntézu všetkých nukleových kyselín. Tieto biosyntetické reakcie sa nazývajú syntéza matrice. Dostatočná jednoduchosť matricových reakcií a ich jednorozmernosť umožnili detailne študovať a pochopiť ich mechanizmus, na rozdiel od iných procesov prebiehajúcich v bunke.

Prepis

Proces biosyntézy RNA z DNA je tzv prepis. Tento proces prebieha v jadre. Na matrici DNA sa syntetizujú všetky typy RNA – informačná, transportná a ribozomálna, ktoré sa následne podieľajú na syntéze bielkovín. Genetický kód na DNA sa počas transkripcie prepisuje do messengerovej RNA. Reakcia je založená na princípe komplementarity.

Syntéza RNA má množstvo funkcií. Molekula RNA je oveľa kratšia a je kópiou len malej časti DNA. Ako matrica teda slúži len určitý úsek DNA, kde sa nachádza informácia o danej nukleovej kyseline. Novo syntetizovaná RNA nikdy nezostane naviazaná na pôvodný templát DNA, ale uvoľní sa po skončení reakcie. Proces transkripcie prebieha v troch krokoch.

Prvé štádium - zasvätenie- začiatok procesu. Syntéza kópií RNA začína špecifickou oblasťou na DNA, ktorá je tzv promótor. Táto zóna obsahuje špecifický súbor nukleotidov, ktoré sú štartovacie signály. Proces je katalyzovaný enzýmami RNA polymerázy. Enzým RNA polymeráza sa naviaže na promótor, rozvinie dvojitú špirálu a preruší vodíkové väzby medzi dvoma vláknami DNA. Ale len jeden z nich slúži ako templát pre syntézu RNA.

Druhá fáza - predĺženie. V tejto fáze prebieha hlavný proces. Na jednom vlákne DNA, ako na matrici, sa nukleotidy zoradia podľa princípu komplementarity (obr. 19). Enzým RNA polymeráza, pohybujúci sa krok za krokom pozdĺž reťazca DNA, spája nukleotidy medzi sebou, pričom neustále ďalej odvíja dvojitú špirálu DNA. V dôsledku tohto pohybu sa syntetizuje kópia RNA.

Tretia etapa - ukončenie. Toto je posledná fáza. Syntéza RNA pokračuje až do stop signál- určitá sekvencia nukleotidov, ktorá zastavuje pohyb enzýmu a syntézu RNA. Polymeráza je oddelená od DNA a syntetizovanej kópie RNA. Súčasne sa z matrice odstráni aj molekula RNA. DNA prestavuje dvojitú špirálu. Syntéza dokončená. V závislosti od oblasti DNA sa týmto spôsobom syntetizujú ribozomálne, transportné a messengerové RNA.

Templát pre transkripciu molekuly RNA je len jedným z reťazcov DNA. Rôzne vlákna DNA však môžu slúžiť ako templáty pre dva susediace gény. Ktoré z týchto dvoch reťazcov sa použije na syntézu, je určené promótorom, ktorý riadi enzým RNA polymerázu jedným alebo druhým smerom.

Po transkripcii sa molekula mediátorovej RNA eukaryotických buniek preskupuje. Sú v ňom vyrezané nukleotidové sekvencie, ktoré nenesú informáciu o tomto proteíne. Tento proces sa nazýva spájanie. V závislosti od typu bunky a štádia vývoja je možné odstrániť rôzne časti molekuly RNA. V dôsledku toho sa v jednej časti DNA syntetizujú rôzne RNA, ktoré nesú informácie o rôznych proteínoch. To zabezpečuje prenos významnej genetickej informácie z jedného génu a tiež uľahčuje genetickú rekombináciu.

Ryža. 19. Syntéza messenger RNA. 1 - reťazec DNA; 2 - syntetizovaná RNA

Otázky a úlohy na sebaovládanie

1. Aké reakcie súvisia s reakciami syntézy matrice?

2. Aká je počiatočná matrica pre všetky reakcie syntézy matrice?

3. Ako sa nazýva proces biosyntézy mRNA?

4. Aké typy RNA sa syntetizujú na DNA?

5. Nastavte sekvenciu fragmentu mRNA, ak má zodpovedajúci fragment DNA sekvenciu: AAGCTCTGATTCTGATCGGACCTAATGA.

8. Biosyntéza bielkovín

Proteíny sú základnými zložkami všetkých buniek, takže najdôležitejším procesom metabolizmu plastov je biosyntéza bielkovín. Vyskytuje sa vo všetkých bunkách organizmov. Sú to jediné zložky bunky (okrem nukleových kyselín), ktorých syntéza prebieha pod priamou kontrolou genetického materiálu bunky. Celý genetický aparát bunky – DNA a rôzne typy RNA – je vyladený na syntézu bielkovín.

Gene- Toto je časť molekuly DNA zodpovedná za syntézu jednej molekuly proteínu. Pre syntézu proteínov je potrebné, aby sa určitý gén s DNA skopíroval vo forme molekuly messenger RNA. Tento proces už bol diskutovaný skôr. Syntéza bielkovín je zložitý viacstupňový proces a závisí od aktivity rôznych typov RNA. Na priamu biosyntézu bielkovín sú potrebné tieto zložky:

1. Messenger RNA – nosič informácie z DNA do miesta syntézy. Molekuly mRNA sa syntetizujú počas transkripcie.

2. Ribozómy – organely, kde dochádza k syntéze bielkovín.

3. Súbor esenciálnych aminokyselín v cytoplazme.

4. Preneste RNA kódujúce aminokyseliny a nesúce ich na miesto syntézy na ribozómoch.

5. ATP - látka, ktorá poskytuje energiu pre procesy kódovania aminokyselín a syntézu polypeptidového reťazca.

Prenosová štruktúra RNA a kódovanie aminokyselín

Transferové RNA (tRNA) sú malé molekuly so 70 až 90 nukleotidmi.TRNA tvoria približne 15 % všetkej bunkovej RNA. Funkcia tRNA závisí od jej štruktúry. Štúdium štruktúry molekúl tRNA ukázalo, že sú určitým spôsobom poskladané a vyzerajú podobne ďatelinový list(obr. 20). V molekule sa rozlišujú slučky a dvojité rezy, ktoré sú spojené interakciou komplementárnych báz. Najdôležitejšia je centrálna slučka, ktorá obsahuje antikodón - nukleotidový triplet zodpovedajúci kódu pre špecifickú aminokyselinu. Svojím antikodónom sa tRNA dokáže spojiť s príslušným kodónom na mRNA podľa princípu komplementarity.

Ryža. 20. Štruktúra molekuly tRNA: 1 - antikodón; 2 - miesto pripojenia aminokyseliny

Každá tRNA môže niesť iba jednu z 20 aminokyselín. To znamená, že pre každú aminokyselinu existuje aspoň jedna tRNA. Pretože aminokyselina môže mať niekoľko tripletov, počet druhov tRNA sa rovná počtu tripletov aminokyselín. Celkový počet druhov tRNA teda zodpovedá počtu kodónov a rovná sa 61. Žiadna tRNA nezodpovedá trom stop kódom.

Na jednom konci molekuly tRNA je vždy guanínový nukleotid (5'-koniec) a na druhom (3'-koniec) sú vždy tri CCA nukleotidy. Práve na tento účel je aminokyselina pripojená (obr. 21). Každá aminokyselina sa viaže na svoju špecifickú tRNA so zodpovedajúcim antikodónom. Mechanizmus tohto pripojenia je spojený s prácou špecifických enzýmov - aminoacyl-tRNA syntetáz, ktoré pripájajú každú aminokyselinu k zodpovedajúcej tRNA. Každá aminokyselina má svoju vlastnú syntetázu. Spojenie aminokyseliny s tRNA sa uskutočňuje na úkor energie ATP, pričom makroergická väzba sa mení na väzbu medzi tRNA a aminokyselinou. Takto sa aktivujú a kódujú aminokyseliny.

Etapy biosyntézy bielkovín. Proces syntézy polypeptidového reťazca, ktorý sa uskutočňuje na ribozóme, sa nazýva vysielať. Messenger RNA (mRNA) je sprostredkovateľom pri prenose informácií o primárnej štruktúre proteínu, tRNA prenáša kódované aminokyseliny na miesto syntézy a zabezpečuje sekvenciu ich zlúčenín. Ribozómy zostavujú polypeptidový reťazec.

Prenos a implementácia dedičnej informácie je založená na reakciách matricovej syntézy. Sú len tri: replikácia DNA, transkripcia a translácia. Všetky tieto reakcie súvisia s výmennými reakciami plastov a vyžadujú výdaj energie a účasť enzýmov.

Replikácia.

replikácia- samozdvojenie molekúl DNA - je základom prenosu dedičnej informácie z generácie na generáciu. V dôsledku replikácie jednej rodičovskej molekuly DNA sa vytvoria dve dcérske molekuly, z ktorých každá je dvojzávitnicou, v ktorej je jedno vlákno DNA rodičovské a druhé je novosyntetizované. Replikácia vyžaduje rôzne enzýmy, nukleotidy a energiu.

Pomocou špeciálnych enzýmov sa prerušia vodíkové väzby spájajúce komplementárne bázy dvoch reťazcov materskej DNA. Vlákna DNA sa rozchádzajú. Molekuly enzýmu DNA polymerázy sa pohybujú pozdĺž rodičovských reťazcov DNA a postupne spájajú nukleotidy za vzniku dcérskych reťazcov DNA. Proces pridávania nukleotidov sa riadi princípom komplementarity. Výsledkom je, že sa vytvoria dve molekuly DNA identické s rodičmi a navzájom.

biosyntéza bielkovín.

Biosyntéza bielkovín, t.j. Proces realizácie dedičnej informácie prebieha v dvoch etapách. V prvej fáze sa informácie o primárnej štruktúre proteínu skopírujú z DNA do mRNA. Tento proces sa nazýva transkripcia. Druhá fáza - translácia - prebieha na ribozómoch. Pri translácii sa proteín syntetizuje z aminokyselín v súlade so sekvenciou zaznamenanou v mRNA, t.j. nukleotidová sekvencia je preložená do aminokyselinovej sekvencie. Proces realizácie dedičnej informácie teda možno vyjadriť schémou:

DNA → mRNA → proteín → vlastnosť, znak

Prepis– syntéza messenger RNA na templáte DNA. Tento proces prebieha tam, kde je DNA. U eukaryotov prebieha transkripcia v jadre, mitochondriách a chloroplastoch (v rastlinách), zatiaľ čo u prokaryotov priamo v cytoplazme. Počas transkripcie je molekula DNA templátom a mRNA je produktom reakcie.

Transkripcia začína oddelením reťazcov DNA, ku ktorému dochádza rovnakým spôsobom ako pri replikácii (pomocou enzýmov sa prerušujú vodíkové väzby). Potom enzým RNA polymeráza postupne spája nukleotidy do reťazca podľa princípu komplementarity, pričom syntetizuje molekulu mRNA. Výsledná molekula mRNA je oddelená a poslaná do cytoplazmy "pri hľadaní" ribozómu.

Syntéza bielkovín na ribozómoch je tzv vysielať. Translácia u eukaryotov prebieha na ribozómoch umiestnených v cytoplazme, na povrchu EPS, v mitochondriách a v chloroplastoch (v rastlinách) a u prokaryotov na ribozómoch v cytoplazme. Translácia zahŕňa mRNA, tRNA, ribozómy, aminokyseliny, molekuly ATP a enzýmy.

· Aminokyseliny slúžia ako materiál na syntézu proteínovej molekuly.

· ATP je zdrojom energie na spájanie aminokyselín medzi sebou.

· Enzýmy podieľajú sa na pripájaní aminokyselín k tRNA a na vzájomnom spájaní aminokyselín.

· Ribozómy Pozostávajú z rRNA a proteínových molekúl, ktoré tvoria aktívne centrum, v ktorom prebiehajú hlavné deje translácie.

· Messenger RNA v tomto prípade ide o templát pre syntézu proteínovej molekuly. Triplety mRNA, z ktorých každý kóduje aminokyselinu, sa nazývajú kodóny.

· Preneste RNA prinášajú aminokyseliny do ribozómov a podieľajú sa na translácii nukleotidovej sekvencie do aminokyselinovej sekvencie. Transferové RNA, podobne ako iné typy RNA, sa syntetizujú na templáte DNA. Vyzerajú ako ďatelinový list (obr. 28.3). Vytvárajú sa tri nukleotidy umiestnené v hornej časti centrálnej slučky molekuly tRNA antikodón.

Priebeh prekladu.

Translácia začína väzbou mRNA na ribozóm. Ribozóm sa pohybuje pozdĺž mRNA a zakaždým sa pohybuje o jeden triplet. V aktívnom centre ribozómu môžu byť súčasne dva triplety (kodóny) mRNA. Každému z týchto kodónov zodpovedá tRNA, ktorá má komplementárny antikodón a nesie špecifickú aminokyselinu. Medzi kodónmi a antikodónmi sa vytvárajú vodíkové väzby, ktoré držia tRNA v aktívnom mieste. V tomto čase sa medzi aminokyselinami vytvorí peptidová väzba. Rastúci polypeptidový reťazec je „zavesený“ na tRNA, ktorá vstúpila do aktívneho centra tRNA. Ribozóm posúva jeden triplet, čo vedie k novému kodónu a zodpovedajúcej tRNA v aktívnom mieste. Uvoľnená tRNA sa oddelí od mRNA a pošle sa pre novú aminokyselinu.

Biologická olympiáda. školského javiska. akademický rok 2016-2017.

10-11 ročník

1. Nesprávna korelácia bunky a tkaniva je

A) koreňový vlások - krycie tkanivo

B) bunka polysádového parenchýmu - hlavné tkanivo

C) koncová bunka – krycie tkanivo

D) sprievodná bunka – vylučovacie tkanivo

2. Na akciu, ktorá sa uskutoční o tri dni, sú potrebné zrelé hrušky. Hrušky, ktoré boli na tento účel kúpené, však ešte neboli zrelé. Proces dozrievania sa dá urýchliť ich vložením

A) na tmavom mieste

B) v chladničke

B) na parapete

D) vo vrecku z hrubého papiera spolu so zrelými jablkami

3. Machorastom sa podarilo prežiť na súši, pretože

A) boli to prvé rastliny, ktoré vyvinuli prieduchy

B) pre reprodukčný cyklus nevyžadujú vlhké prostredie

C) rastú nízko nad pôdou v relatívne vlhkých oblastiach

D) sporofyt sa stal nezávislým od gametofytu

4 cicavčie líca sú vytvorené ako

A) zariadenie na zber veľkého množstva potravín

B) výsledok štrukturálnych vlastností lebky a najmä čeľustí

B) sacie zariadenie

D) pomôcka na dýchanie

5. Srdce krokodíla v jeho štruktúre

A) trojkomorová s neúplnou priehradkou v komore

B) trojkomorový

B) štvorkomorový

D) štvorkomorový s otvorom v priehradke medzi komorami

6. Fibrinogén, čo je bielkovina, sa podieľa na zrážaní krvi

A) krvná plazma

B) cytoplazma leukocytov

B) časť krvných doštičiek

D) vznikajúce pri deštrukcii červených krviniek

7. Medzi abiotické faktory patrí taká ekologická jednotka ako

A) biocenóza

B) ekosystém

B) obyvateľstvo

8. Pri tvorbe dochádza k redukčnému deleniu (meióze).

A) bakteriálne spóry

B) zoospóry ulotrixu

B) spóry marchantia

D) zoospóry phytophthora

9. Z uvedených biopolymérov má rozvetvenú štruktúru

D) polysacharidy

10. Fenylketonúria je genetické ochorenie spôsobené recesívnou mutáciou. Pravdepodobnosť chorého dieťaťa, ak sú obaja rodičia pre túto vlastnosť heterozygotní, je

11. Je vysvetlená podobnosť v stavbe orgánov zraku u hlavonožcov a stavovcov

A) konvergencia

B) paralelizmus

B) prispôsobenie

D) náhoda

12. Voľne plávajúca larva ascidiánov má chordu a nervovú trubicu. V dospelej ascídii, ktorá vedie sedavý životný štýl, zmiznú. Toto je príklad

A) úpravy

B) degenerácia

B) cenogenéza

13. Vodovodné prvky borovice sú

A) prstencové a špirálové cievy

B) len prstencové nádoby

B) tracheidy

D) špirálové a porézne cievy

14. Plodnosť je typická pre

B) ananás

B) banán

15. V chloroplastoch rastlinných buniek sa nachádzajú svetlozberné komplexy

A) na vonkajšej membráne

B) na vnútornej membráne

B) na tylakoidnej membráne

D) v stróme

Časť 2.

Zápas (6 bodov).

2.1. Stanovte súlad medzi znakom sivého potkana a kritériom druhu, pre ktorý je charakteristický.

2.2. Vytvorte súlad medzi charakteristikami regulácie funkcií a jej spôsobom.

Nastavte správnu postupnosť (6 bodov).

2.3. Stanovte správnu postupnosť štádií geografickej speciácie.

1) vznik územnej izolácie medzi populáciami toho istého druhu

2) rozšírenie alebo rozdelenie areálu druhu

3) objavenie sa mutácií v izolovaných populáciách

4) zachovanie prirodzeným výberom jedincov s vlastnosťami, ktoré sú užitočné v špecifických podmienkach prostredia

5) strata schopnosti kríženia jedincami rôznych populácií

2.4. Stanovte poradie, v ktorom sa tieto procesy vyskytujú počas delenia mitotických buniek.

1) chromozómy sú umiestnené pozdĺž rovníka bunky

2) chromatidy sa rozchádzajú smerom k pólom bunky

3) vytvoria sa dve dcérske bunky

4) chromozómy sú špirálovité, každý pozostáva z dvoch chromatidov

5) chromozómy sú despiralizované

2.5. Sú vám ponúkané testovacie úlohy vo forme úsudkov, s každou z nich musíte buď súhlasiť, alebo odmietnuť. V matici odpovedí uveďte možnosť odpovede „áno“ alebo „nie“: (10 bodov).

1. Kvety Nightshade sa zhromažďujú v súkvetí dáždnika.

2. Ciliárne červy nemajú konečník.

3. Peroxizóm je obligátna organela eukaryotickej bunky.

4. Peptidová väzba nie je makroergická.

5. V pečeňových bunkách spôsobuje pridanie glukagónu rozklad glykogénu.

6. Abiotické faktory neovplyvňujú konkurenčné vzťahy dvoch príbuzných druhov.

7. Funkcie výmeny plynov na liste sú možné vďaka lenticelám a hydatódam.

8. Úsek žalúdka prežúvavcov, zodpovedajúci jednokomorovému žalúdku cicavcov, je jazva.

9. Dĺžka potravinových reťazcov je obmedzená stratou energie.

10. Čím menší je priemer krvných ciev v tele, tým väčšia je lineárna rýchlosť prietoku krvi v nich.

Časť 3

3.1. Nájdite tri chyby v danom texte. Uveďte čísla návrhov, v ktorých sú urobené, opravte ich (6 bodov).

1. Reakcie syntézy matrice zahŕňajú tvorbu škrobu, syntézu mRNA, zostavenie proteínov v ribozómoch. 2. Syntéza matrice pripomína odlievanie mincí na matricu: nové molekuly sa syntetizujú presne podľa „plánu“ stanoveného v štruktúre existujúcich molekúl. 3. Úlohu matrice v bunke zohrávajú molekuly chlorofylu, nukleové kyseliny (DNA a RNA). 4. Monoméry sú fixované na matrice, potom sú spojené do polymérnych reťazcov. 5. Hotové polyméry opúšťajú matrice. 6. Staré matrice sa okamžite zničia, potom sa vytvoria nové.

Človek má štyri fenotypy podľa krvných skupín: I (0), II (A), III (B), IV (AB). Gén, ktorý určuje krvnú skupinu, má tri alely: IA, IB, i0; okrem toho je alela i0 recesívna vzhľadom na alely IA a IB. Rodičia majú krvnú skupinu II (heterozygot) a III (homozygot). Určite genotypy krvných skupín rodičov. Uveďte možné genotypy a fenotypy (počet) krvnej skupiny detí. Vytvorte schému riešenia problému. Určte pravdepodobnosť dedičnosti u detí krvnej skupiny II.

Odpovede trieda 10-11

Časť 1. Vyberte jednu správnu odpoveď. (15 bodov)

2.2. maximum - 3 body, jedna chyba - 2 body, dve chyby - 1b, tri a viac chýb - 0 bodov

2.4. maximum - 3 body, jedna chyba - 2 body, dve chyby - 1b, tri a viac chýb - 0 bodov

Časť 3

3.1. Nájdite tri chyby v danom texte. Uveďte čísla viet, v ktorých boli urobené, opravte ich (3b pre správne zistenie viet s chybami a 3b pre opravu chýb).

1. - reakcie syntézy matrice NEZAHRŇUJÚ tvorbu škrobu, matrica na to nie je potrebná;

3. - molekuly chlorofylu nie sú schopné pôsobiť ako matrica, nemajú vlastnosť komplementarity;

6. - matrice sa používajú opakovane.

3.2. Vyriešte problém (3 body).

Schéma riešenia problému zahŕňa:

1) rodičia majú krvné skupiny: skupina II - IAi0 (gaméty IA, i0), skupina III - IB IB (gaméty IB);

2) možné fenotypy a genotypy krvných skupín detí: skupina IV (IAIB) a skupina III (IBi0);

3) pravdepodobnosť zdedenia krvnej skupiny II je 0%.

Formulár odpovede

Školská etapa celoruskej olympiády v biológii

Kód účastníka ______________

Časť 1. Vyberte jednu správnu odpoveď. (15 bodov)

Časť 2.

Časť 3

3.1._______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3.2. Riešenie problému

V roku 1869 švajčiarsky biochemik Johann Friedrich Miescher prvýkrát objavil, izolovanú z bunkových jadier a opísal DNA. Ale až v roku 1944 O. Avery, S. McLeod a M. McCarthy dokázali genetickú úlohu DNA, to znamená, že sa spoľahlivo zistilo, že prenos dedičnej informácie je spojený s deoxyribonukleovou kyselinou. Tento objav bol silným faktorom stimulujúcim štúdium dedičnosti na molekulárnej úrovni. Odvtedy sa začal prudký rozvoj molekulárnej biológie a genetiky.

Nukleové kyseliny (z lat. jadro - jadro) sú prírodné vysokomolekulárne organické zlúčeniny, ktoré zabezpečujú ukladanie a prenos dedičných (genetických) informácií v živých organizmoch. Zahŕňajú: uhlík (C), vodík (H), kyslík (O), fosfor (P). Nukleové kyseliny sú nepravidelné biopolyméry pozostávajúce z monomérov - nukleotidov. Každý nukleotid obsahuje:

· dusíková báza,

· jednoduchý uhlík - 5-uhlíkový cukor pentóza (ribóza alebo deoxyribóza),

· zvyšok kyseliny fosforečnej.

Existujú dva typy nukleových kyselín: kyselina deoxyribonukleová - DNA obsahujúca deoxyribózu a kyselina ribonukleová - RNA obsahujúca ribózu.

Zvážte každý typ nukleových kyselín.

DNA sa nachádza takmer výlučne v bunkovom jadre, niekedy v organelách: mitochondrie, plastidy. DNA je polymérna zlúčenina s konštantným (stabilným) obsahom v bunke.

Štruktúra DNA.Molekula DNA sa vo svojej štruktúre skladá z dvoch polymérnych reťazcov navzájom prepojených a skrútených do tvaru dvojzávitnice (obr. 1).

Model štruktúry DNA vytvorili v roku 1953 D. Watson a F. Crick, za čo boli obaja ocenení Nobelovou cenou. Šírka dvojitej špirály je len asi 0,002 mikrónov (20 angstromov), ale jej dĺžka je výnimočne veľká - až niekoľko desiatok a dokonca stoviek mikrometrov (pre porovnanie: dĺžka najväčšej molekuly proteínu v jej rozvinutej forme áno nepresahuje 0,1 mikrónu).

Nukleotidy sú umiestnené vo vzájomnej vzdialenosti - 0,34 nm a na jednu otáčku špirály pripadá 10 nukleotidov. Molekulová hmotnosť DNA je veľká: sú desiatky a dokonca stovky miliónov. Napríklad molekulová hmotnosť (M r) najväčší chromozóm Drosophila je 7,9 10 10 .

Základnou štruktúrnou jednotkou jedného reťazca je nukleotid pozostávajúci z dusíkatej bázy, deoxyribózy a fosfátovej skupiny. DNA obsahuje 4 typy dusíkatých báz:

· purín - adenín (A) a guanín (G),

· pyrimidín - cytozín (C) a tymín (T).

Celkový počet purínových báz sa rovná súčtu pyrimidínových báz.

DNA nukleotidy budú tiež 4 typov: adenyl (A), guanyl (G), cytidyl (C) a tymidyl (T) Všetky nukleotidy DNA sú spojené do polynukleotidového reťazca vďaka zvyškom kyseliny fosforečnej nachádzajúcim sa medzi deoxyribózami. V polynukleotidovom reťazci môže byť až 300 000 alebo viac nukleotidov.

Každé vlákno DNA je teda polynukleotid, v ktorom sú nukleotidy usporiadané v presne definovanom poradí. Dusíkaté bázy sa k sebe približujú tak blízko, že medzi nimi vznikajú vodíkové väzby. Dôležitý vzorec sa jasne prejavuje v ich usporiadaní: adenín (A) jedného reťazca je spojený s tymínom (T) druhého reťazca dvoma vodíkovými väzbami a guanín (G) jedného reťazca je spojený tromi vodíkovými väzbami s cytozínom. (C) ďalší reťazec, čo vedie k vytvoreniu párov A-T a G-C. Táto schopnosť selektívne spájať nukleotidy sa nazýva komplementarita, to znamená priestorová a chemická zhoda medzi pármi nukleotidov (pozri obr. 2).

Postupnosť spájania nukleotidov jedného reťazca je opačná (komplementárna) k sekvencii v druhom reťazci, t.j. reťazce, ktoré tvoria jednu molekulu DNA, sú viacsmerné alebo antiparalelné. Reťaze sa krútia okolo seba a tvoria dvojitú špirálu. Veľké množstvo vodíkových väzieb zabezpečuje pevné spojenie reťazcov DNA a dodáva molekule stabilitu pri zachovaní jej pohyblivosti – vplyvom enzýmov sa ľahko rozvinie (despiralizuje).

replikácia DNA (reduplikácia DNA) - proces samoreprodukcie (sebazdvojenia) makromolekúl nukleových kyselín, ktorý zabezpečuje presné kopírovanie genetickej informácie a jej prenos z generácie na generáciu.

K replikácii DNA dochádza počas interfázy pred delením buniek. Z jedného konca sa pôsobením enzýmov odvíja rodičovská molekula DNA (počet reťazcov DNA v bunke je 2n) az voľných nukleotidov sa potom podľa princípu komplementarity na oboch reťazcoch dotvárajú dcérske polynukleotidové reťazce. V dôsledku matricových reakcií vznikajú dve dcérske molekuly DNA rovnakého nukleotidového zloženia, v ktorých jeden z reťazcov je starý rodičovský a druhý je nový, novosyntetizovaný (množstvo DNA v bunke je 4n = 2 x 2n).

Funkcie DNA.

1. Uchovávanie dedičných informácií o štruktúre bielkovín alebo ich jednotlivých organelách. Najmenšou jednotkou genetickej informácie po nukleotide sú tri po sebe idúce nukleotidy – triplet. Sekvencia tripletov v polynukleotidovom reťazci určuje sekvenciu aminokyselín jednej molekuly proteínu (primárna štruktúra proteínu) a predstavuje gén. Spolu s proteínmi je DNA súčasťou chromatínu, látky, ktorá tvorí chromozómy bunkového jadra.

2. Prenos dedičnej informácie v dôsledku replikácie počas bunkového delenia z materskej bunky na dcérsku.

3. Implementácia dedičnej informácie (uloženej vo forme génov) ako výsledok matricových reakcií biosyntézy prostredníctvom produkcie proteínov špecifických pre bunku a organizmus. Zároveň sa na jednom z jeho reťazcov podľa princípu komplementarity syntetizujú molekuly mediátorovej RNA z nukleotidov prostredia obklopujúceho molekulu.

RNA je zlúčenina s kolísavým (labilným) obsahom v bunke.

Štruktúra RNA.Z hľadiska štruktúry sú molekuly RNA menšie ako molekuly DNA s molekulovou hmotnosťou 20-30 tisíc (tRNA) až 1 milión (rRNA), RNA je jednovláknová molekula postavená rovnakým spôsobom ako jeden z reťazcov DNA . RNA monoméry – nukleotidy pozostávajú z dusíkatej bázy, ribózy (pentózy) a fosfátovej skupiny. RNA obsahuje 4 dusíkaté bázy:

· purín - adenín (A);

· pyrimidín - guanín (G), cytozín (C), uracil (U).

V RNA je tymín nahradený uracilom, ktorý je jej štruktúrou blízky (nukleotid - uridyl. Nukleotidy sú spojené do polynukleotidového reťazca rovnako ako v DNA, a to vďaka zvyškom kyseliny fosforečnej nachádzajúcim sa medzi ribózami.

Umiestnenie v bunke Medzi RNA sú: jadrová, cytoplazmatická, mitochondriálna, plastidová.

Podľa funkcie Medzi RNA patria: transportná, informačná a ribozomálna.

Transferové RNA (tRNA) - jednovláknový, ale majúci trojrozmernú štruktúru „ďateliny“ vytvorenú intramolekulárnymi vodíkovými väzbami (obr. 3). Molekuly tRNA sú najkratšie. Pozostáva z 80-100 nukleotidov. Tvoria asi 10 % celkového obsahu RNA v bunke. Prenášajú aktivované aminokyseliny (každá tRNA má svoju vlastnú aminokyselinu, celkovo je známych 61 tRNA) do ribozómov počas biosyntézy bielkovín v bunke.“

Informačná (matrixová) RNA (mRNA, mRNA) - jednovláknová molekula, ktorá vzniká v dôsledku transkripcie na molekule DNA (kopíruje gény) v jadre a prenáša informáciu o primárnej štruktúre jednej molekuly proteínu do miesta syntézy bielkovín v ribozómoch. Molekula mRNA môže pozostávať z 300-3000 nukleotidov. Podiel mRNA predstavuje 0,5-1% z celkového obsahu RNA v bunke.

Ribozomálna RNA (rRNA) - najväčšie jednovláknové molekuly tvoriace komplexné komplexy s proteínmi, ktoré podporujú štruktúru ribozómov, na ktorých prebieha syntéza proteínov.

rRNA predstavuje asi 90 % celkového obsahu RNA v bunke.

Všetka genetická informácia organizmu (štruktúra jeho bielkovín) je obsiahnutá v jeho DNA, ktorá pozostáva z nukleotidov spojených do génov. Pripomeňme, že gén je jednotka dedičnej informácie (úsek molekuly DNA) obsahujúca informáciu o štruktúre jedného proteínu – enzýmu. Gény, ktoré určujú vlastnosti organizmov, sa nazývajú štrukturálne. A gény, ktoré regulujú expresiu štrukturálnych génov, sa nazývajú regulačné. Prejav (expresia) génu (realizácia dedičnej informácie) prebieha nasledovne:

Na realizáciu génovej expresie existuje genetický kód - prísne usporiadaný vzťah medzi nukleotidovými bázami a aminokyselinami (tabuľka 12).

Tabuľka 12 Genetický kód

Základné vlastnosti genetického kódu.

Trojnásobnosť- kódovanie aminokyselín sa uskutočňuje tripletmi (tripletmi) báz nukleotidov. Počet kódujúcich tripletov je 64 (4 typy nukleotidov: A, T, C, G, 4 3 = 64).

JednoznačnosťKaždý triplet kóduje iba jednu aminokyselinu.

degenerácia- počet kódujúcich tripletov prevyšuje počet aminokyselín (64 > 20). Existujú aminokyseliny kódované viac ako jedným tripletom (takéto aminokyseliny sú bežnejšie v proteínoch). Existujú tri triplety, ktoré nekódujú žiadnu aminokyselinu (UAA, UAG, UGA). Nazývajú sa „nezmyselné kodóny“ a plnia úlohu „stop signálov“, čo znamená koniec génového záznamu (celkový počet kódujúcich kodónov je 61).

Neprekrývajúce sa (kontinuita) - Čítanie tripletov z DNA počas syntézy mRNA prebieha striktne pozdĺž troch po sebe idúcich nukleotidov, bez prekrývania susedných kodónov. V géne nie sú žiadne „interpunkčné znamienka“.

Všestrannosť - rovnaké triplety kódujú rovnaké aminokyseliny vo všetkých organizmoch žijúcich na Zemi.

Bežné skratky pre názvy aminokyselín:

FEN - fenylalanín; GIS - histidín;

LEI - leucín; GLN - glutamín;

ILE - izoleucín; GLU - kyselina glutámová;

MET - metionín; LYS - lyzín;

VAL - valín; ASN - asparagín;

SER - séria; ASP - kyselina asparágová;

PRO - prolín; CIS - cysteín;

TPE - treonín; TRI - tryptofán;

ALA - alanín; ARG - arginín;

TIR - tyrozín; GLI - glycín.

Nosič DNA všetkých genetických informácií v bunke sa teda priamo nezúčastňuje syntézy proteínov (teda implementácie tejto dedičnej informácie). V živočíšnych a rastlinných bunkách sú molekuly DNA oddelené jadrovou membránou od cytoplazmy.plazma, kde prebieha syntéza bielkovín. Z jadra sa do ribozómov - miest zostavenia proteínov - posiela sprostredkovateľ, ktorý nesie skopírované informácie a je schopný prejsť cez póry jadrovej membrány. Messenger RNA, ktorá sa podieľa na matricových reakciách, je takým sprostredkovateľom.

Maticové reakcie - sú to reakcie na syntézu nových zlúčenín na báze "starých" makromolekúl, ktoré fungujú ako matrica, teda forma, model na kopírovanie nových molekúl. Matricové reakcie na realizáciu dedičnej informácie, na ktorých sa podieľajú DNA a RNA, sú:

1. replikácia DNA- zdvojenie molekúl DNA, vďaka čomu sa prenos genetickej informácie uskutočňuje z generácie na generáciu. Matrica je materská DNA a nové vytvorené podľa tejto matrice sú dcérske, novosyntetizované 2 molekuly DNA (obr. 4).

2. Prepis(lat. transkripcia - prepisovanie) je syntéza molekúl RNA podľa princípu komplementarity na templáte jedného z reťazcov DNA. Vyskytuje sa v jadre pôsobením enzýmu DNA-dependentného - RNA polymerázy. Messenger RNA je jednanevláknová molekula a kódovanie génu pochádza z jedného vlákna dvojvláknovej molekuly DNA. Ak je nukleotid G v transkribovanom reťazci DNA, potom DNA polymeráza zahŕňa C v mRNA; ak je to T, potom zahŕňa A v mRNA; ak je to T, zahŕňa Y (tymín T nie je zahrnutý v RNA; Obr. 5). Jazyk DNA tripletov sa prekladá do jazyka kodónov mRNA (triplety v mRNA sa nazývajú kodóny).

V dôsledku transkripcie rôznych génov sa syntetizujú všetky typy RNA. Potom mRNA, tRNA, rRNA cez póry v jadrovom obale vstupujú do cytoplazmy bunky, aby vykonávali svoje funkcie.

3. Vysielanie(lat. translatio - prenos, translácia) je syntéza polypeptidových reťazcov proteínov na zrelej matrici mRNA, uskutočňovaná ribozómami. V tomto procese existuje niekoľko fáz:

Prvým stupňom je iniciácia (začiatok syntézy – reťazcov). V cytoplazme vstupuje ribozóm na jeden z koncov mRNA (presne na ten, z ktorého sa začala syntéza molekuly v jadre) a začína syntéza polypeptidu. Molekula tRNA transportujúca aminokyselinu metionín (tRNA meth) sa pripojí k ribozómu a pripojí sa na začiatok reťazca mRNA (vždy s kódom AUG). Vedľa prvej tRNA (ktorá nemá nič spoločné so syntetizujúcim proteínom) je pripojená druhá tRNA s aminokyselinou. Ak je antikodónom tRNA, tak medzi aminokyselinami vzniká peptidová väzba, ktorá je tvorená určitým enzýmom. Potom tRNA opustí ribozóm (ide do cytoplazmy pre novú aminokyselinu) a mRNA presunie jeden kodón.

Druhým stupňom je elongácia (predlžovanie reťaze). Ribozóm sa pohybuje pozdĺž molekuly mRNA nie hladko, ale prerušovane, triplet po triplete. Tretia tRNA s aminokyselinou sa viaže svojim antikodónom na kodón mRNA. Keď sa vytvorí komplementarita väzby, ribozóm urobí ďalší krok o jeden "kodón" a špecifický enzým "zosieťuje" druhú a tretiu aminokyselinu peptidovou väzbou - vytvorí sa peptidový reťazec. Aminokyseliny v rastúcom polypeptidovom reťazci sú spojené v sekvencii, v ktorej sa nachádzajú kodóny mRNA, ktoré ich kódujú (obr. 6).

Tretím stupňom je ukončenie (koniec syntézy) reťazca. Vyskytuje sa, keď ribozóm preloží jeden z troch „nezmyselných kodónov“ (UAA, UAG, UGA). Ribozómy vyskočia z mRNA, syntéza proteínov je dokončená.

Pri znalosti poradia usporiadania aminokyselín v molekule proteínu je teda možné určiť poradie nukleotidov (tripletov) v reťazci mRNA a podľa neho poradie nukleotidových párov v úseku DNA a naopak. berúc do úvahy princíp nukleotidovej komplementarity.

Prirodzene, v procese matricových reakcií môžu z akýchkoľvek dôvodov (prirodzených alebo umelých) nastať zmeny - mutácie. Ide o génové mutácie na molekulárnej úrovni – výsledok rôznych poškodení v molekulách DNA. Génové mutácie vyskytujúce sa na molekulárnej úrovni zvyčajne ovplyvňujú jeden alebo viac nukleotidov. Všetky formy génových mutácií možno rozdeliť do dvoch veľkých skupín.

Prvá skupina- posun rámca - je inzercia alebo delécia jedného alebo viacerých párov nukleotidov. V závislosti od miesta porušenia sa mení jeden alebo iný počet kodónov. Toto je najvážnejšie poškodenie génu, pretože proteín obsahuje úplne iné aminokyseliny.

Takéto delécie a inzercie predstavujú 80 % všetkých spontánnych génových mutácií.

Najškodlivejší účinok majú takzvané nezmyselné mutácie, ktoré sú spojené s objavením sa terminátorových kodónov, ktoré spôsobujú stopku syntéza bielkovín. To môže viesť k predčasnému ukončeniu syntézy bielkovín, ktorá sa rýchlo odbúrava. Výsledkom je bunková smrť alebo zmena charakteru individuálneho vývoja.

Mutácie spojené so substitúciou, deléciou alebo inzerciou v kódujúcej časti génu sa fenotypicky javia ako substitúcia aminokyselín v proteíne. V závislosti od charakteru aminokyselín a funkčného významu poškodenej oblasti dochádza k úplnej alebo čiastočnej strate funkčnej aktivity proteínu. Spravidla sa to prejavuje znížením životaschopnosti, zmenou charakteristík organizmov atď.

Druhá skupinasú génové mutácie s nahradením párov báz nukleotidov. Existujú dva typy základných substitúcií:

1. Prechod- nahradenie jedného purínu purínovou bázou (A za G alebo G za A) alebo jedného pyrimidínu za pyrimidín (C za T alebo T za, C).

2. Transverzia- nahradenie jednej purínovej bázy pyrimidínovou bázou alebo naopak (A za C, alebo G za T, alebo A za Y).

Pozoruhodným príkladom transverzie je kosáčikovitá anémia, ku ktorej dochádza v dôsledku dedičnej poruchy v štruktúre hemoglobínu. V mutantnom géne kódujúcom jeden z hemoglobínových reťazcov je zlomený iba jeden nukleotid a adenín je v mRNA nahradený uracilom (GAA podľa GUA).

V dôsledku toho dochádza k zmene biochemického fenotypu, v hemoglobínovom reťazci je kyselina glutámová nahradená valínom. Táto náhrada mení povrch molekuly hemoglobínu: namiesto bikonkávneho disku sa bunky erytrocytov stávajú kosáčikovitými a buď upchávajú malé cievy alebo sú rýchlo odstránené z obehu, čo rýchlo vedie k anémia.

Preto význam génových mutácií pre život organizmu nie je rovnaký:

· niektoré „tiché mutácie“ neovplyvňujú štruktúru a funkciu proteínu (napríklad substitúcia nukleotidov, ktorá nevedie k substitúcii aminokyselín);

· niektoré mutácie vedú k úplnej strate funkcie proteínu a bunkovej smrti (napríklad nezmyselné mutácie);

· iné mutácie - s kvalitatívnou zmenou mRNA a aminokyselín vedú k zmene charakteristík organizmu;

· a napokon niektoré mutácie, ktoré menia vlastnosti molekúl proteínov, majú škodlivý vplyv na životnú aktivitu buniek – takéto mutácie spôsobujú ťažký priebeh chorôb (napríklad transverzie).

DNA- lineárny polymér, ktorý má tvar dvojitej špirály tvorenej párom antiparalelných komplementárnych reťazcov. Monoméry DNA sú nukleotidy.

Každý nukleotid DNA pozostáva z purínovej (A - adenín alebo G - guanín) alebo pyrimidínovej (T - tymín alebo C - cytozín) dusíkatej bázy, päťuhlíkového cukru - deoxyribózy a fosfátovej skupiny.

Molekula DNA má nasledujúce parametre: šírka špirály je asi 2 nm, stúpanie alebo úplný závit špirály je 3,4 nm. Jeden krok obsahuje 10 komplementárnych párov báz.

Nukleotidy v molekule DNA stoja proti sebe s dusíkatými bázami a sú kombinované v pároch v súlade s pravidlami komplementarity: tymín sa nachádza oproti adenínu a cytozín je oproti guanínu. Pár A-T je spojený dvoma vodíkovými väzbami a pár G-C tromi.

Kostra reťazcov DNA je tvorená cukrovo-fosfátovými zvyškami.

Replikácia DNA je proces vlastného zdvojenia molekuly DNA, ktorý sa uskutočňuje pod kontrolou enzýmov.

Na každom z reťazcov vzniknutých po pretrhnutí vodíkových väzieb sa za účasti enzýmu DNA polymerázy syntetizuje dcérsky reťazec DNA. Materiálom na syntézu sú voľné nukleotidy prítomné v cytoplazme buniek.

Syntéza dcérskych molekúl na susedných reťazcoch prebieha rôznymi rýchlosťami. Na jednom reťazci sa nová molekula zostavuje nepretržite, na druhom - s určitým oneskorením a fragmentárne. Po dokončení procesu sú fragmenty nových molekúl DNA spojené enzýmom DNA ligáza. Takže z jednej molekuly DNA vzniknú dve, ktoré sú presnou kópiou jednej druhej a rodičovskej molekuly. Tento typ replikácie sa nazýva polokonzervatívny.

Biologický význam replikácie spočíva v presnom prenose dedičnej informácie z materskej molekuly na dcérske, ku ktorému dochádza pri delení somatických buniek.

oprava DNA- mechanizmus, ktorý poskytuje schopnosť opraviť narušenú sekvenciu nuileotidov v molekule DNA.

Ak sa počas replikácie DNA z akéhokoľvek dôvodu naruší sekvencia nukleotidov v jej molekule, potom vo väčšine prípadov tieto poškodenia opraví samotná bunka. K zmene zvyčajne dochádza v jednom z reťazcov DNA. Druhý reťazec zostáva nezmenený. Poškodený úsek prvého reťazca sa dá „vyrezať“ pomocou enzýmov – DNA reparačných nukleáz. Ďalší enzým, DNA polymeráza, kopíruje informácie z neporušeného vlákna a vkladá potrebné nukleotidy do poškodeného vlákna. DNA ligáza potom „zosieťuje“ molekulu DNA a poškodená molekula sa opraví.

RNA - lineárny polymér pozostávajúci spravidla z jedného reťazca nukleotidov. V RNA je tymínový nukleotid nahradený uracilovým nukleotidom (U). Každý RNA nukleotid obsahuje päťuhlíkový cukor – ribózu, jednu zo štyroch dusíkatých báz a zvyšok kyseliny fosforečnej.

Matrixová alebo informačná RNA sa syntetizuje v jadre za účasti enzýmu RNA polymerázy, ktorý je komplementárny k miestu DNA, kde prebieha syntéza, a tvorí 5 % RNA bunky. Ribozomálna RNA sa syntetizuje v jadierku a je súčasťou ribozómov, pričom tvorí 85 % bunkovej RNA. Transferová RNA (viac ako 40 typov) prenáša aminokyseliny do miesta syntézy bielkovín, má tvar ďatelinového lístka a pozostáva zo 70-90 nukleotidov.

Reakcie syntézy matrice zahŕňajú replikáciu DNA, syntézu RNA na DNA (transkripcia), syntézu proteínov na mRNA (translácia) a syntézu RNA alebo DNA na vírusovú RNA.

Pri transkripcii sa enzým RNA polymeráza naviaže na skupinu nukleotidov DNA – promótor. Promótor špecifikuje miesto, z ktorého by mala začať syntéza mRNA. Skladá sa z voľných nukleotidov komplementárnych k molekule DNA. Enzým funguje dovtedy, kým nenarazí na inú skupinu nukleotidov DNA – stop signál oznamujúci koniec syntézy mRNA.

Molekula mRNA vstupuje na ribozómoch do cytoplazmy, kde dochádza k syntéze polypeptidových reťazcov. Proces prekladu informácií obsiahnutých v nukleotidovej sekvencii mRNA do aminokyselinovej sekvencie v polypeptide sa nazýva translácia.

Určitá aminokyselina je dodávaná do ribozómov určitým typom tRNA.