Cum afectează codul genetic caracterul și destinul. ADN și gene Informații ereditare și cod genetic

În dreapta este cel mai mare helix ADN uman construit din oameni de pe plaja din Varna (Bulgaria), care a fost inclus în Cartea Recordurilor Guinness pe 23 aprilie 2016.

Acidul dezoxiribonucleic. Informatii generale

ADN-ul (acidul dezoxiribonucleic) este un fel de plan al vieții, un cod complex care conține date despre informații ereditare. Această macromoleculă complexă este capabilă să stocheze și să transmită informații genetice ereditare din generație în generație. ADN-ul determină proprietăți ale oricărui organism viu precum ereditatea și variabilitatea. Informațiile codificate în el determină întregul program de dezvoltare al oricărui organism viu. Factorii încorporați genetic predetermina întregul curs de viață atât al unei persoane, cât și al oricărui alt organism. Influența artificială sau naturală a mediului extern poate afecta doar ușor severitatea generală a trăsăturilor genetice individuale sau poate afecta dezvoltarea proceselor programate.

Acidul dezoxiribonucleic(ADN) este o macromoleculă (una dintre cele trei principale, celelalte două sunt ARN și proteine), care asigură stocarea, transmiterea din generație în generație și implementarea programului genetic pentru dezvoltarea și funcționarea organismelor vii. ADN-ul conține informații despre structura diferitelor tipuri de ARN și proteine.

În celulele eucariote (animale, plante și ciuperci), ADN-ul se găsește în nucleul celulei ca parte a cromozomilor, precum și în unele organele celulare (mitocondrii și plastide). În celulele organismelor procariote (bacterii și arhee), o moleculă de ADN circulară sau liniară, așa-numitul nucleoid, este atașată din interior de membrana celulară. Ei și eucariotele inferioare (de exemplu, drojdia) au, de asemenea, molecule mici de ADN autonome, în mare parte circulare, numite plasmide.

Din punct de vedere chimic, ADN-ul este o moleculă polimerică lungă formată din blocuri repetate - nucleotide. Fiecare nucleotidă este alcătuită dintr-o bază azotată, un zahăr (dezoxiriboză) și o grupare fosfat. Legăturile dintre nucleotide dintr-un lanț sunt formate din deoxiriboză ( DIN) și fosfat ( F) grupări (legături fosfodiester).

Orez. 2. Nuclertida constă dintr-o bază azotată, zahăr (dezoxiriboză) și o grupare fosfat

În majoritatea covârșitoare a cazurilor (cu excepția unor viruși care conțin ADN monocatenar), macromolecula de ADN constă din două lanțuri orientate de baze azotate unul spre celălalt. Această moleculă dublu catenară este răsucită într-o spirală.

Există patru tipuri de baze azotate găsite în ADN (adenină, guanină, timină și citozină). Bazele azotate ale unuia dintre lanțuri sunt legate de bazele azotate ale celuilalt lanț prin legături de hidrogen conform principiului complementarității: adenina se combină numai cu timina ( LA), guanina - numai cu citozina ( G-C). Aceste perechi sunt cele care alcătuiesc „treptele” „scării” elicoidale a ADN-ului (vezi: Fig. 2, 3 și 4).

Orez. 2. Baze azotate

Secvența de nucleotide vă permite să „codați” informații despre diverse tipuri de ARN, dintre care cele mai importante sunt informațiile sau șablon (ARNm), ribozomal (ARNr) și transportul (ARNt). Toate aceste tipuri de ARN sunt sintetizate pe matrița ADN prin copierea secvenței de ADN în secvența de ARN sintetizată în timpul transcripției și participă la biosinteza proteinelor (procesul de traducere). Pe lângă secvențele de codificare, ADN-ul celular conține secvențe care îndeplinesc funcții de reglementare și structurale.

Orez. 3. Replicarea ADN-ului

Locația combinațiilor de bază ale compușilor chimici ADN și rapoartele cantitative dintre aceste combinații oferă codificarea informațiilor ereditare.

Educaţie ADN nou (replicare)

1. Procesul de replicare: derularea dublei helix ADN - sinteza catenelor complementare de către ADN polimerază - formarea a două molecule de ADN dintr-una.
2. Helixul dublu se „desface” în două ramuri atunci când enzimele rup legătura dintre perechile de baze ale compușilor chimici.
3. Fiecare ramură este un nou element ADN. Noile perechi de baze sunt conectate în aceeași secvență ca și în ramura părinte.

La finalizarea duplicării, se formează două elice independente, create din compușii chimici ai ADN-ului părinte și având același cod genetic cu acesta. În acest fel, ADN-ul este capabil să smulgă informațiile de la celulă la celulă.

Informații mai detaliate:

STRUCTURA ACIZILOR nucleici

Orez. 4 . Baze azotate: adenina, guanina, citozina, timina

Acidul dezoxiribonucleic(ADN) se referă la acizi nucleici. Acizi nucleici este o clasă de biopolimeri neregulați ai căror monomeri sunt nucleotide.

NUCLEOTIDE constau din baza azotata, conectat la un carbohidrat cu cinci atomi de carbon (pentoză) - dezoxiriboză(în cazul ADN-ului) sau riboza(în cazul ARN), care se combină cu un rest de acid fosforic (H 2 PO 3 -).

Baze azotate Există două tipuri: baze pirimidinice - uracil (numai în ARN), citozină și timină, baze purinice - adenină și guanină.

Orez. Fig. 5. Structura nucleotidelor (stânga), localizarea nucleotidelor în ADN (jos) și tipurile de baze azotate (dreapta): pirimidină și purină

Atomii de carbon dintr-o moleculă de pentoză sunt numerotați de la 1 la 5. Fosfatul se combină cu al treilea și al cincilea atom de carbon. Acesta este modul în care acizii nucleici sunt legați împreună pentru a forma un lanț de acizi nucleici. Astfel, putem izola capetele 3’ și 5’ ale catenei de ADN:

Orez. 6. Izolarea capetelor 3’ și 5’ ale catenei de ADN

Se formează două catene de ADN dublu helix. Aceste lanțuri în spirală sunt orientate în direcții opuse. În diferite catene de ADN, bazele azotate sunt conectate între ele prin intermediul legături de hidrogen. Adenina se combină întotdeauna cu timina, iar citozina se combină întotdeauna cu guanina. Se numeste regula complementaritatii(cm. principiul complementaritatii).

Regula de complementaritate:

A-T G-C

De exemplu, dacă ni se dă o catenă de ADN care are secvența

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

atunci al doilea lanț va fi complementar acestuia și direcționat în direcția opusă - de la capătul 5’ la capătul 3’:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Orez. 7. Direcția lanțurilor moleculei de ADN și legătura bazelor azotate folosind legături de hidrogen

REPLICAREA ADN-ului

Replicarea ADN-ului este procesul de dublare a unei molecule de ADN prin sinteza șablonului. În majoritatea cazurilor de replicare naturală a ADN-uluigrundpentru sinteza ADN-ului este fragment scurt (creat din nou). Un astfel de primer ribonucleotidic este creat de primaza enzimatică (primaza ADN la procariote, polimeraza ADN la eucariote) și este ulterior înlocuit cu polimeraza dezoxiribonucleotidă, care în mod normal îndeplinește funcții de reparare (corectarea daunelor chimice și a rupturilor în molecula de ADN).

Replicarea are loc într-o manieră semi-conservativă. Aceasta înseamnă că dublu helix al ADN-ului se desfășoară și un nou lanț este completat pe fiecare dintre lanțurile sale conform principiului complementarității. Molecula de ADN fiică conține astfel o catenă din molecula părinte și una nou sintetizată. Replicarea are loc în direcția 3’ până la 5’ a catenei părinte.

Orez. 8. Replicarea (dublarea) moleculei de ADN

sinteza ADN-ului- acesta nu este un proces atât de complicat pe cât ar putea părea la prima vedere. Dacă te gândești la asta, atunci mai întâi trebuie să-ți dai seama ce este sinteza. Este procesul de a aduce ceva împreună. Formarea unei noi molecule de ADN are loc în mai multe etape:

1) ADN-topoizomeraza, situată în fața furcii de replicare, taie ADN-ul pentru a facilita derularea și desfășurarea acestuia.
2) ADN helicaza, în urma topoizomerazei, afectează procesul de „desfășurare” a helixului ADN.
3) Proteinele care leagă ADN-ul realizează legarea catenelor de ADN și, de asemenea, efectuează stabilizarea acestora, împiedicându-le să se lipească unele de altele.
4) ADN polimeraza 5(delta) , coordonat cu viteza de mișcare a furcii de replicare, realizează sintezaconducerelanţuri filială ADN-ul în direcția 5" → 3" pe matrice maternă fire de ADN în direcția de la capătul său de 3" la capătul de 5" (viteză de până la 100 de perechi de baze pe secundă). Aceste evenimente pe aceasta maternă catenele de ADN sunt limitate.

Orez. 9. Reprezentarea schematică a procesului de replicare a ADN-ului: (1) Catenă întârziată (catenă întârziată), (2) Catenă principală (catena principală), (3) ADN polimerază α (Polα), (4) ADN ligază, (5) ARN -primer, (6) Primaza, (7) Fragment Okazaki, (8) ADN polimeraza 5 (Polδ), (9) Helicaza, (10) Proteine ​​monocatenar de legare la ADN, (11) Topoizomeraza.

Sinteza catenei ADN fiice rămase este descrisă mai jos (vezi mai jos). sistem bifurcația de replicare și funcția enzimelor de replicare)

Pentru mai multe informații despre replicarea ADN-ului, vezi

5) Imediat după desfășurarea și stabilizarea unei alte catene a moleculei părinte, se uneșteADN polimeraza α(alfa)iar în direcția 5 „→3” sintetizează un primer (primer ARN) - o secvență de ARN pe o matriță ADN cu o lungime de 10 până la 200 de nucleotide. După aceea, enzimaîndepărtat din catena de ADN.

În loc de ADN polimerazaα atașat la capătul de 3" al grundului ADN polimerazaε .

6) ADN polimerazaε (epsilon) parcă continuă să prelungească grundul, dar ca substrat se înglobeazădezoxiribonucleotide(în cantitate de 150-200 de nucleotide). Ca rezultat, un fir solid este format din două părți -ARN(adică grund) și ADN. ADN polimeraza εfunctioneaza pana intalneste grundul precedentuluifragment Okazaki(sintetizat puțin mai devreme). Această enzimă este apoi îndepărtată din lanț.

7) ADN polimeraza β(beta) stă în locul luiADN polimeraze ε,se deplasează în aceeași direcție (5" → 3") și îndepărtează ribonucleotidele primer în timp ce se inserează dezoxiribonucleotidele în locul lor. Enzima funcționează până la îndepărtarea completă a primerului, adică. până la o dezoxiribonucleotidă (chiar mai sintetizată anteriorADN polimeraza ε). Enzima nu este capabilă să lege rezultatul muncii sale și ADN-ul din față, așa că părăsește lanțul.

Drept urmare, un fragment din ADN-ul fiicei „se află” pe matricea firului mamă. Se numestefragment din Okazaki.

8) ADN ligaza leagă două adiacente fragmente Okazaki , adică 5 "-capătul segmentului, sintetizatADN polimeraza ε,și capăt de lanț de 3" încorporatADN polimerazaβ .

STRUCTURA ARN-ului

Acid ribonucleic(ARN) este una dintre cele trei macromolecule principale (celelalte două sunt ADN și proteine) care se găsesc în celulele tuturor organismelor vii.

La fel ca ADN-ul, ARN-ul este alcătuit dintr-un lanț lung în care este numită fiecare verigă nucleotide. Fiecare nucleotidă este alcătuită dintr-o bază azotată, un zahăr riboză și o grupare fosfat. Cu toate acestea, spre deosebire de ADN, ARN-ul are de obicei una mai degrabă decât două catene. Pentoza din ARN este reprezentată de riboză, nu deoxiriboză (riboza are o grupare hidroxil suplimentară pe al doilea atom de carbohidrat). În cele din urmă, ADN-ul diferă de ARN în compoziția bazelor azotate: în loc de timină ( T) uracilul este prezent în ARN ( U) , care este, de asemenea, complementar cu adenina.

Secvența de nucleotide permite ARN-ului să codifice informații genetice. Toate organismele celulare folosesc ARN (ARNm) pentru a programa sinteza proteinelor.

ARN-urile celulare se formează într-un proces numit transcriere , adică sinteza ARN pe un șablon ADN, realizată de enzime speciale - ARN polimeraze.

ARN-urile mesager (ARNm) participă apoi la un proces numit difuzare, acestea. sinteza proteinelor pe șablonul ARNm cu participarea ribozomilor. Alte ARN-uri suferă modificări chimice după transcripție, iar după formarea structurilor secundare și terțiare, îndeplinesc funcții care depind de tipul de ARN.

Orez. 10. Diferența dintre ADN și ARN în ceea ce privește baza azotată: în loc de timină (T), ARN-ul conține uracil (U), care este și complementar cu adenina.

TRANSCRIERE

Acesta este procesul de sinteză a ARN-ului pe un șablon de ADN. ADN-ul se desfășoară la unul dintre locuri. Unul dintre lanțuri conține informații care trebuie copiate pe molecula de ARN - acest lanț se numește codificare. Cea de-a doua catenă de ADN, care este complementară catenei codificatoare, se numește catena șablon. În procesul de transcriere pe lanțul șablon în direcția 3’-5’ (de-a lungul lanțului ADN), este sintetizat un lanț de ARN complementar acestuia. Astfel, este creată o copie ARN a lanțului de codificare.

Orez. 11. Reprezentarea schematică a transcripției

De exemplu, dacă ni se dă secvența firului de codificare

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

apoi, conform regulii complementarității, lanțul matricei va purta secvența

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

iar ARN-ul sintetizat din acesta este secvenţa

EMISIUNE

Luați în considerare mecanismul sinteza proteinei pe matricea ARN, precum și codul genetic și proprietățile acestuia. De asemenea, pentru claritate, la linkul de mai jos, vă recomandăm să vizionați un scurt videoclip despre procesele de transcriere și traducere care au loc într-o celulă vie:

Orez. 12. Procesul de sinteză a proteinelor: codurile ADN pentru ARN, codurile ARN pentru proteine

COD GENETIC

Cod genetic- o metodă de codificare a secvenței de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide. Fiecare aminoacid este codificat de o secvență de trei nucleotide - un codon sau un triplet.

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

Tabelul 1. Cod genetic standard

1 Fundatia nu	baza a 2-a								al 3-lea Fundatia nu
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	codon de oprire**	U G A	codon de oprire**	A
	U U G		U C G		U A G	codon de oprire**	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Recuzită)	C A U	(A lui/H)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	CGA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys/K)	A G A		A
	A U G	(Met/M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala/A)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Gly/G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Lipici)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Printre tripleți, există 4 secvențe speciale care acționează ca „semne de punctuație”:

• *Triplet AUG, care codifică și metionina, se numește codonul de pornire. Acest codon începe sinteza unei molecule de proteine. Astfel, în timpul sintezei proteinelor, primul aminoacid din secvență va fi întotdeauna metionina.

• ** Tripleți UAA, UAGȘi UGA numit codoni de oprireși nu codificați niciun aminoacizi. La aceste secvențe, sinteza proteinelor se oprește.

Proprietățile codului genetic

1. Tripletate. Fiecare aminoacid este codificat de o secvență de trei nucleotide - un triplet sau codon.

2. Continuitate. Nu există nucleotide suplimentare între tripleți, informațiile sunt citite continuu.

3. Nesuprapunere. O nucleotidă nu poate face parte din două triplete în același timp.

4. Unicitatea. Un codon poate codifica doar un aminoacid.

5. Degenerescenta. Un aminoacid poate fi codificat de mai mulți codoni diferiți.

6. Versatilitate. Codul genetic este același pentru toate organismele vii.

Exemplu. Ni se dă secvența firului de codificare:

3’- CCGATTGCACCGTCGATCGTATA- 5’.

Lanțul de matrice va avea secvența:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Acum „sintetizează” ARN informațional din acest lanț:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Sinteza proteinelor merge în direcția 5’ → 3’, prin urmare, trebuie să inversăm secvența pentru a „citi” codul genetic:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Acum găsiți codonul de pornire AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Împărțiți secvența în triplete:

sună așa: informațiile din ADN sunt transferate în ARN (transcripție), din ARN în proteină (traducere). ADN-ul poate fi, de asemenea, duplicat prin replicare, iar procesul de transcripție inversă este de asemenea posibil, atunci când ADN-ul este sintetizat dintr-un matriță de ARN, dar un astfel de proces este în principal caracteristic virusurilor.

Orez. 13. Dogma centrală a biologiei moleculare

GENOM: GENE ȘI CROMOZOMI

(concepte generale)

Genom - totalitatea tuturor genelor unui organism; setul complet de cromozomi.

Termenul „genom” a fost propus de G. Winkler în 1920 pentru a descrie totalitatea genelor conținute în setul haploid de cromozomi ai organismelor din aceeași specie biologică. Sensul original al acestui termen a indicat că conceptul de genom, spre deosebire de genotip, este o caracteristică genetică a speciei în ansamblu, și nu a unui individ. Odată cu dezvoltarea geneticii moleculare, sensul acestui termen s-a schimbat. Se știe că ADN-ul, care este purtătorul de informații genetice în majoritatea organismelor și, prin urmare, formează baza genomului, include nu numai gene în sensul modern al cuvântului. Majoritatea ADN-ului celulelor eucariote este reprezentată de secvențe de nucleotide necodante („redundante”) care nu conțin informații despre proteine ​​și acizi nucleici. Astfel, partea principală a genomului oricărui organism este întregul ADN al setului său haploid de cromozomi.

Genele sunt segmente de molecule de ADN care codifică polipeptide și molecule de ARN.

În ultimul secol, înțelegerea noastră asupra genelor s-a schimbat semnificativ. Anterior, un genom era o regiune a unui cromozom care codifică sau determină o trăsătură sau fenotipic proprietate (vizibilă), cum ar fi culoarea ochilor.

În 1940, George Beadle și Edward Tatham au propus o definiție moleculară a unei gene. Oamenii de știință au procesat sporii de ciuperci Neurospora crassa Raze X și alți agenți care provoacă modificări ale secvenței ADN ( mutatii), și au găsit tulpini mutante ale ciupercii care au pierdut unele enzime specifice, ceea ce, în unele cazuri, a condus la întreruperea întregii căi metabolice. Beadle și Tatham au ajuns la concluzia că o genă este o secțiune a materialului genetic care definește sau codifică o singură enzimă. Așa este ipoteza „o genă, o enzimă”. Acest concept a fost extins ulterior la definiție „o genă – o polipeptidă”, deoarece multe gene codifică proteine ​​care nu sunt enzime, iar o polipeptidă poate fi o subunitate a unui complex proteic complex.

Pe fig. 14 prezintă o diagramă a modului în care tripleții ADN determină o polipeptidă, secvența de aminoacizi a unei proteine, mediată de ARNm. Una dintre catenele de ADN joacă rolul unui șablon pentru sinteza ARNm, tripleții de nucleotide (codoni) cărora sunt complementare tripleților de ADN. La unele bacterii și multe eucariote, secvențele de codificare sunt întrerupte de regiuni necodificatoare (numite intronii).

Definiția biochimică modernă a unei gene chiar mai precis. Genele sunt toate secțiunile de ADN care codifică secvența primară a produselor finale, care includ polipeptide sau ARN care au o funcție structurală sau catalitică.

Alături de gene, ADN-ul conține și alte secvențe care îndeplinesc o funcție exclusiv de reglare. Secvențe de reglementare poate marca începutul sau sfârșitul genelor, poate afecta transcripția sau poate indica locul de inițiere a replicării sau recombinării. Unele gene pot fi exprimate în moduri diferite, aceeași bucată de ADN servind ca șablon pentru formarea diferiților produse.

Putem calcula aproximativ dimensiunea minimă a genei care codifică proteina intermediară. Fiecare aminoacid dintr-un lanț polipeptidic este codificat de o secvență de trei nucleotide; secvențele acestor tripleți (codoni) corespund lanțului de aminoacizi din polipeptida codificată de gena dată. Un lanț polipeptidic de 350 de resturi de aminoacizi (lanț de lungime medie) corespunde unei secvențe de 1050 bp. ( bp). Cu toate acestea, multe gene eucariote și unele gene procariote sunt întrerupte de segmente de ADN care nu poartă informații despre proteină și, prin urmare, se dovedesc a fi mult mai lungi decât arată un simplu calcul.

Câte gene sunt pe un cromozom?

Orez. 15. Vedere a cromozomilor din celulele procariote (stânga) și eucariote. Histonele sunt o clasă largă de proteine ​​nucleare care îndeplinesc două funcții principale: sunt implicate în împachetarea catenelor de ADN în nucleu și în reglarea epigenetică a proceselor nucleare, cum ar fi transcripția, replicarea și repararea.

ADN-ul procariotelor este mai simplu: celulele lor nu au nucleu, astfel încât ADN-ul este localizat direct în citoplasmă sub formă de nucleoid.

După cum știți, celulele bacteriene au un cromozom sub forma unei catene de ADN, împachetate într-o structură compactă - un nucleoid. cromozom procariot Escherichia coli, al cărui genom este complet decodat, este o moleculă circulară de ADN (de fapt, acesta nu este un cerc regulat, ci mai degrabă o buclă fără început și sfârșit), constând din 4.639.675 bp. Această secvență conține aproximativ 4300 de gene de proteine ​​și alte 157 de gene pentru molecule stabile de ARN. ÎN genomul uman aproximativ 3,1 miliarde de perechi de baze corespunzând la aproape 29.000 de gene situate pe 24 de cromozomi diferiți.

Procariote (Bacterii).

Bacterie E coli are o moleculă circulară de ADN dublu catenar. Este format din 4.639.675 b.p. și atinge o lungime de aproximativ 1,7 mm, care depășește lungimea celulei în sine E coli de aproximativ 850 de ori. În plus față de cromozomul circular mare care face parte din nucleoid, multe bacterii conțin una sau mai multe molecule circulare mici de ADN care sunt localizate liber în citosol. Aceste elemente extracromozomiale se numesc plasmide(Fig. 16).

Majoritatea plasmidelor constau din doar câteva mii de perechi de baze, unele conțin mai mult de 10.000 bp. Ei transportă informații genetice și se reproduc pentru a forma plasmide fiice, care intră în celulele fiice în timpul diviziunii celulei părinte. Plasmidele se găsesc nu numai în bacterii, ci și în drojdii și alte ciuperci. În multe cazuri, plasmidele nu oferă niciun avantaj celulelor gazdă și singura lor sarcină este să se reproducă independent. Cu toate acestea, unele plasmide poartă gene utile gazdei. De exemplu, genele conținute în plasmide pot conferi rezistență la agenții antibacterieni în celulele bacteriene. Plasmidele care poartă gena β-lactamazei conferă rezistență la antibioticele β-lactamice, cum ar fi penicilina și amoxicilina. Plasmidele pot trece de la celulele rezistente la antibiotice la alte celule ale aceleiași specii bacteriene sau ale diferitelor specii, determinând și acele celule să devină rezistente. Utilizarea intensivă a antibioticelor este un factor selectiv puternic care promovează răspândirea plasmidelor care codifică rezistența la antibiotice (precum și a transpozonilor care codifică gene similare) printre bacteriile patogene și duce la apariția tulpinilor bacteriene cu rezistență la mai multe antibiotice. Medicii încep să înțeleagă pericolele utilizării pe scară largă a antibioticelor și le prescriu numai atunci când este absolut necesar. Din motive similare, utilizarea pe scară largă a antibioticelor pentru tratamentul animalelor de fermă este limitată.

Vezi si: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genomul procariotelor // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. Nr. 4/2. p. 972-984.

eucariote.

Tabelul 2. ADN-ul, genele și cromozomii unor organisme

	ADN comun, b.s.	Numărul de cromozomi*	Numărul aproximativ de gene
Escherichia coli(bacterie)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(drojdie)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematod)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(plantă)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(musculiță de oțet)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(orez)	480 000 000		57 000
Mușchiul mus(mouse)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(uman)	3 070 128 600		29 000

Notă. Informațiile sunt actualizate constant; Pentru mai multe informații actualizate, consultați site-urile web ale proiectelor genomice individuale.

* Pentru toate eucariotele, cu excepția drojdiei, este dat setul diploid de cromozomi. diploid trusa cromozomi (din greacă diploos - dublu și eidos - vedere) - dublu set de cromozomi(2n), fiecare dintre ele având o omologie cu sine.
**Setul haploid. Tulpinile sălbatice de drojdie au de obicei opt (octaploide) sau mai multe seturi ale acestor cromozomi.
***Pentru femelele cu doi cromozomi X. Bărbații au un cromozom X, dar nu Y, adică doar 11 cromozomi.

O celulă de drojdie, una dintre cele mai mici eucariote, are de 2,6 ori mai mult ADN decât o celulă E coli(Masa 2). celule de muște a fructelor Drosophila, un obiect clasic al cercetării genetice, conține de 35 de ori mai mult ADN, iar celulele umane conțin de aproximativ 700 de ori mai mult ADN decât celulele E coli. Multe plante și amfibieni conțin și mai mult ADN. Materialul genetic al celulelor eucariote este organizat sub formă de cromozomi. Setul diploid de cromozomi (2 n) depinde de tipul de organism (Tabelul 2).

De exemplu, într-o celulă somatică umană există 46 de cromozomi ( orez. 17). Fiecare cromozom dintr-o celulă eucariotă, așa cum se arată în Fig. 17, dar, conține o moleculă de ADN dublu catenară foarte mare. Douăzeci și patru de cromozomi umani (22 de cromozomi perechi și doi cromozomi sexuali X și Y) diferă în lungime de peste 25 de ori. Fiecare cromozom eucariot conține un set specific de gene.

Orez. 17. cromozomi eucarioti.dar- o pereche de cromatide surori conectate și condensate din cromozomul uman. În această formă, cromozomii eucarioți rămân după replicare și în metafază în timpul mitozei. b- un set complet de cromozomi dintr-un leucocit al unuia dintre autorii cărții. Fiecare celulă somatică umană normală conține 46 de cromozomi.

Mărimea și funcția ADN-ului ca matrice pentru stocarea și transmiterea materialului ereditar explică prezența unor elemente structurale speciale în organizarea acestei molecule. În organismele superioare, ADN-ul este distribuit între cromozomi.

Setul de ADN (cromozomi) al unui organism se numește genom. Cromozomii sunt localizați în nucleul celulei și formează o structură numită cromatina. Cromatina este un complex de ADN și proteine ​​de bază (histone) într-un raport de 1:1. Lungimea ADN-ului este de obicei măsurată prin numărul de perechi de nucleotide complementare (bp). De exemplu, al treilea cromozom umansecolul este o moleculă de ADN cu o dimensiune de 160 milioane bp. are o lungime de aproximativ 1 mm, prin urmare, o moleculă liniarizată a celui de-al treilea cromozom uman ar avea 5 mm lungime, iar ADN-ul tuturor celor 23 de cromozomi (~ 3 * 10 9 bp, MR = 1,8 * 10 12) al unui haploid celula - ovul sau spermatozoidul - intr-o forma liniarizata ar fi de 1 m. Cu exceptia celulelor germinale, toate celulele corpului uman (sunt aproximativ 1013 dintre ele) contin un set dublu de cromozomi. În timpul diviziunii celulare, toate cele 46 de molecule de ADN se replic și se reorganizează în 46 de cromozomi.

Dacă conectați moleculele de ADN ale genomului uman (22 de cromozomi și cromozomi X și Y sau X și X) între ele, obțineți o secvență lungă de aproximativ un metru. Notă: La toate mamiferele și alte organisme heterogametice masculine, femelele au doi cromozomi X (XX), iar masculii au un cromozom X și un cromozom Y (XY).

Majoritatea celulelor umane, astfel încât lungimea totală a ADN-ului acestor celule este de aproximativ 2 m. Un om adult are aproximativ 10 14 celule, deci lungimea totală a tuturor moleculelor de ADN este de 2·10 11 km. Pentru comparație, circumferința Pământului este de 4・104 km, iar distanța de la Pământ la Soare este de 1,5・108 km. Așa este cât de uimitor de compact este ADN-ul în celulele noastre!

În celulele eucariote, există și alte organite care conțin ADN - acestea sunt mitocondriile și cloroplastele. Au fost avansate multe ipoteze cu privire la originea ADN-ului mitocondrial și cloroplastic. Punctul de vedere general acceptat astăzi este că sunt rudimentele cromozomilor bacteriilor antice care au pătruns în citoplasma celulelor gazdă și au devenit precursorii acestor organite. ADN-ul mitocondrial codifică ARNt și ARNr mitocondrial, precum și câteva proteine ​​mitocondriale. Peste 95% din proteinele mitocondriale sunt codificate de ADN-ul nuclear.

STRUCTURA GENELOR

Luați în considerare structura genei la procariote și eucariote, asemănările și diferențele lor. În ciuda faptului că o genă este o secțiune a ADN-ului care codifică o singură proteină sau ARN, pe lângă partea de codificare directă, aceasta include, de asemenea, elemente de reglementare și alte elemente structurale care au o structură diferită la procariote și eucariote.

secvență de codificare- principala unitate structurală și funcțională a genei, în ea se află tripleții de nucleotide care codificăsecvența de aminoacizi. Începe cu un codon de pornire și se termină cu un codon de oprire.

Înainte și după secvența de codare sunt secvențe 5' și 3' netraduse. Ei îndeplinesc funcții de reglare și auxiliare, de exemplu, asigură aterizarea ribozomului pe ARNm.

Secvențele netraduse și codificante alcătuiesc unitatea de transcripție - regiunea ADN-ului transcris, adică regiunea ADN din care este sintetizat ARNm.

Terminator O regiune netranscrisă a ADN-ului la sfârșitul unei gene în care sinteza ARN se oprește.

La începutul genei este zona de reglementare, care include promotorȘi operator.

promotor- secvența cu care polimeraza se leagă în timpul inițierii transcripției. Operator- aceasta este zona de care se pot lega proteinele speciale - represori, care poate reduce activitatea sintezei ARN din această genă - cu alte cuvinte, o reduce expresie.

Structura genelor la procariote

Planul general pentru structura genelor la procariote și eucariote nu diferă - ambele conțin o regiune de reglare cu un promotor și operator, o unitate de transcripție cu secvențe codificatoare și netraduse și un terminator. Cu toate acestea, organizarea genelor la procariote și la eucariote este diferită.

Orez. 18. Schema structurii genei la procariote (bacterii) -imaginea este mărită

La începutul și la sfârșitul operonului, există regiuni de reglare comune pentru mai multe gene structurale. Din regiunea transcrisă a operonului, se citește o moleculă de ARNm, care conține mai multe secvențe de codificare, fiecare dintre acestea având propriul codon de pornire și de oprire. Din fiecare dintre aceste zonese sintetizează o proteină. În acest fel, Mai multe molecule de proteine ​​sunt sintetizate dintr-o moleculă de i-ARN.

Procariotele se caracterizează prin combinarea mai multor gene într-o singură unitate funcțională - operon. Lucrarea operonului poate fi reglată de alte gene, care pot fi îndepărtate vizibil din operon însuși - reglementatorii. Proteina tradusă din această genă se numește represor. Se leagă de operatorul operonului, reglând expresia tuturor genelor conținute în el simultan.

Procariotele sunt, de asemenea, caracterizate de acest fenomen conjugări de transcriere și traducere.

Orez. 19 Fenomenul de conjugare a transcripției și traducerii la procariote - imaginea este mărită

Această împerechere nu are loc la eucariote datorită prezenței unei învelișuri nucleare care separă citoplasma, unde are loc translația, de materialul genetic, pe care are loc transcripția. La procariote, în timpul sintezei ARN-ului pe un șablon de ADN, un ribozom se poate lega imediat de molecula de ARN sintetizată. Astfel, traducerea începe chiar înainte ca transcrierea să fie finalizată. Mai mult, mai mulți ribozomi se pot lega simultan la o moleculă de ARN, sintetizând mai multe molecule dintr-o proteină simultan.

Structura genelor la eucariote

Genele și cromozomii eucariotelor sunt organizate foarte complex.

Bacteriile din multe specii au un singur cromozom și în aproape toate cazurile există o copie a fiecărei gene pe fiecare cromozom. Doar câteva gene, cum ar fi genele ARNr, sunt conținute în mai multe copii. Genele și secvențele de reglare alcătuiesc aproape întregul genom al procariotelor. Mai mult, aproape fiecare genă corespunde strict secvenței de aminoacizi (sau secvenței de ARN) pe care o codifică (Fig. 14).

Organizarea structurală și funcțională a genelor eucariote este mult mai complexă. Studiul cromozomilor eucarioți și, ulterior, secvențierea secvențelor complete ale genomului eucariotic, a adus multe surprize. Multe, dacă nu majoritatea, genele eucariote au o caracteristică interesantă: secvențele lor de nucleotide conțin una sau mai multe regiuni ADN care nu codifică secvența de aminoacizi a produsului polipeptidic. Astfel de inserții netraduse perturbă corespondența directă dintre secvența de nucleotide a genei și secvența de aminoacizi a polipeptidei codificate. Aceste segmente netraduse din gene sunt numite intronii, sau incorporat secvente, iar segmentele de codare sunt exonii. La procariote, doar câteva gene conțin introni.

Deci, la eucariote, practic nu există o combinație de gene în operoni, iar secvența de codificare a unei gene eucariote este cel mai adesea împărțită în regiuni traduse. - exoni, și secțiuni netraduse - intronii.

În cele mai multe cazuri, funcția intronilor nu a fost stabilită. În general, doar aproximativ 1,5% din ADN-ul uman este „codând”, adică poartă informații despre proteine ​​sau ARN. Cu toate acestea, luând în considerare intronii mari, se dovedește că 30% din ADN-ul uman este format din gene. Deoarece genele alcătuiesc o proporție relativ mică din genomul uman, o cantitate semnificativă de ADN rămâne neidentificată.

Orez. 16. Schema structurii genei la eucariote - imaginea este mărită

Din fiecare genă, este mai întâi sintetizat un imatur sau pre-ARN, care conține atât introni, cât și exoni.

După aceasta, are loc procesul de splicing, în urma căruia regiunile intronului sunt excizate și se formează un ARNm matur, din care poate fi sintetizată o proteină.

Orez. 20. Proces alternativ de îmbinare - imaginea este mărită

O astfel de organizare a genelor permite, de exemplu, când dintr-o genă pot fi sintetizate diferite forme ale unei proteine, datorită faptului că exonii pot fi fuzionați în secvențe diferite în timpul splicing-ului.

Orez. 21. Diferențele în structura genelor procariotelor și eucariotelor - imaginea este mărită

MUTAȚII ȘI MUTAGENEZĂ

mutaţie numită o modificare persistentă a genotipului, adică o modificare a secvenței de nucleotide.

Procesul care duce la mutație se numește mutageneza, și organismul toate ale căror celule poartă aceeași mutație mutant.

teoria mutației a fost formulat pentru prima dată de Hugh de Vries în 1903. Versiunea sa modernă include următoarele prevederi:

1. Mutațiile apar brusc, brusc.

2. Mutațiile se transmit din generație în generație.

3. Mutațiile pot fi benefice, dăunătoare sau neutre, dominante sau recesive.

4. Probabilitatea detectării mutațiilor depinde de numărul de indivizi studiați.

5. Mutații similare pot apărea în mod repetat.

6. Mutațiile nu sunt direcționate.

Mutațiile pot apărea sub influența diverșilor factori. Distingeți între mutațiile cauzate de mutagenă impacturi: fizice (de exemplu, ultraviolete sau radiații), chimice (de ex. colchicină sau specii reactive de oxigen) și biologice (de exemplu, viruși). Pot fi provocate și mutații erori de replicare.

În funcție de condițiile de apariție a mutațiilor se împart în spontan- adică mutații care au apărut în condiții normale și induse- adică mutații apărute în condiții speciale.

Mutațiile pot apărea nu numai în ADN-ul nuclear, ci și, de exemplu, în ADN-ul mitocondriilor sau plastidelor. În consecință, putem distinge nuclearȘi citoplasmatic mutatii.

Ca urmare a apariției mutațiilor, pot apărea adesea noi alele. Dacă alela mutantă depășește alela normală, mutația este numită dominant. Dacă alela normală o suprimă pe cea mutată, mutația este numită recesiv. Majoritatea mutațiilor care dau naștere la noi alele sunt recesive.

Mutațiile se disting prin efect adaptativ, conducând la o creștere a adaptabilității organismului la mediu, neutru care nu afectează supraviețuirea dăunătoare care reduc adaptabilitatea organismelor la condiţiile de mediu şi mortal ducând la moartea organismului în stadiile incipiente de dezvoltare.

După consecințe, se disting mutații, ducând la pierderea funcției proteice, mutații care conduc la aparitie proteina are o nouă funcție, precum și mutații care modifica doza unei gene, și, în consecință, doza de proteină sintetizată din aceasta.

O mutație poate apărea în orice celulă a corpului. Dacă apare o mutație într-o celulă germinativă, se numește germinal(germinale sau generative). Astfel de mutații nu apar în organismul în care au apărut, ci duc la apariția mutanților la descendenți și sunt moștenite, deci sunt importante pentru genetică și evoluție. Dacă mutația are loc în orice altă celulă, se numește somatic. O astfel de mutație se poate manifesta într-o oarecare măsură în organismul în care a apărut, de exemplu, duce la formarea de tumori canceroase. Cu toate acestea, o astfel de mutație nu este moștenită și nu afectează descendenții.

Mutațiile pot afecta părți ale genomului de diferite dimensiuni. Aloca genetic, cromozomialeȘi genomic mutatii.

Mutații genetice

Mutațiile care apar la o scară mai mică decât o genă sunt numite genetic, sau punctat (punctat). Astfel de mutații conduc la o modificare a uneia sau mai multor nucleotide din secvență. Mutațiile genetice includsubstituiri, conducând la înlocuirea unei nucleotide cu alta,stergeri ducând la pierderea uneia dintre nucleotide,insertii, conducând la adăugarea unei nucleotide suplimentare la secvență.

Orez. 23. Mutații ale genelor (punctuale).

În funcție de mecanismul de acțiune asupra proteinei, mutațiile genice sunt împărțite în:sinonim, care (ca urmare a degenerării codului genetic) nu duc la o modificare a compoziției de aminoacizi a produsului proteic,mutații missens, care duc la înlocuirea unui aminoacid cu altul și pot afecta structura proteinei sintetizate, deși adesea sunt nesemnificative,mutații fără sens, conducând la înlocuirea codonului de codificare cu un codon stop,mutatii care conduc la tulburare de îmbinare:

Orez. 24. Scheme de mutații

De asemenea, în funcție de mecanismul de acțiune asupra proteinei, mutațiile sunt izolate, ducând la schimbarea cadrului lecturi precum inserările și ștergerile. Astfel de mutații, precum mutațiile fără sens, deși apar la un moment dat al genei, afectează adesea întreaga structură a proteinei, ceea ce poate duce la o schimbare completă a structurii acesteia. când un segment al unui cromozom se rotește cu 180 de grade Orez. 28. Translocarea

Orez. 29. Cromozomul înainte și după duplicare

Mutații genomice

In cele din urma, mutații genomice afectează întregul genom, adică se modifică numărul de cromozomi. Se distinge poliploidia - o creștere a ploidiei celulei și aneuploidia, adică o schimbare a numărului de cromozomi, de exemplu, trisomia (prezența unui omolog suplimentar într-unul dintre cromozomi) și monosomia (absența un omolog în cromozom).

Videoclip legat de ADN

REPLICAREA ADN-ului, CODIFICAREA ARN-ULUI, SINTEZA PROTEINELOR

(Dacă videoclipul nu este afișat, acesta este disponibil pe

În această lecție, vom afla despre importanța biosintezei proteinelor pentru organismele vii, despre cele două etape ale biosintezei proteinelor într-o celulă, transcripție și translație, și vom arăta cum secvența de nucleotide din ADN codifică secvența de aminoacizi dintr-o polipeptidă. De asemenea, vom caracteriza codul genetic și principalele sale proprietăți din punctul de vedere al unității de origine a tuturor organismelor vii de pe Pământ și vom lua în considerare caracteristicile transcripției la eucariote.

Transcriere- mecanismul prin care secvența de baze dintr-unul din lanțurile moleculei de ADN este „rescrisă” în secvența complementară a bazelor ARNm.

Transcrierea necesită prezența enzimei ARN polimerază. Deoarece pot exista multe gene într-o moleculă de ADN, este foarte important ca ARN polimeraza să înceapă sinteza ARN-ului mesager dintr-un loc strict definit în ADN, altfel informații despre o proteină care nu există în natură (nu este necesară celulei) vor fi înregistrate în structura ARNm. Prin urmare, la începutul fiecărei gene există o secvență specifică specială de nucleotide numite promotor(vezi Fig. 7). ARN polimeraza „recunoaște” promotorul, interacționează cu acesta și, astfel, începe sinteza lanțului de ARNm din locul potrivit. Enzima continuă să sintetizeze ARNm, adăugându-i noi nucleotide, până când ajunge la următorul „semn de punctuație” din molecula de ADN - terminator. Aceasta este o secvență de nucleotide care indică faptul că sinteza ARNm trebuie oprită.

Orez. 7. Sinteza ARNm

La procariote, moleculele de ARNm sintetizate pot interacționa imediat cu ribozomii și pot participa la sinteza proteinelor. La eucariote, ARNm interacționează mai întâi cu proteinele nucleare și intră în citoplasmă prin porii nucleari, unde interacționează cu ribozomii și are loc biosinteza proteinelor.

Ribozomii bacterieni sunt diferiți de ribozomii eucarioți. Sunt mai mici și conțin un set mai simplu de proteine. Acesta este utilizat pe scară largă în practica clinică, deoarece există antibiotice care interacționează selectiv cu proteinele ribozomului procariote, dar nu au niciun efect asupra proteinelor eucariote. În acest caz, bacteriile fie mor, fie creșterea și dezvoltarea lor se oprește.

Există antibiotice care afectează selectiv una dintre etapele sintezei proteinelor, cum ar fi transcripția. Acestea includ rifamicinele, care sunt produse de actinomicetele din genul Streptomyces. Rifampicina este cel mai bun antibiotic din această clasă.

Bibliografie

1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologie generală clasa 10-11 Butarda, 2005.
2. Biologie. Clasa 10. Biologie generală. Nivel de bază / P.V. Izhevsky, O.A. Kornilova, T.E. Loshchilin și alții - a 2-a ed., revizuită. - Ventana-Graf, 2010. - 224 pagini.
3. Belyaev D.K. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a 11-a, stereotip. - M.: Educație, 2012. - 304 p.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biologie clasa 10-11. Biologie generală. Un nivel de bază de. - Ed. a VI-a, add. - Butarda, 2010. - 384 p.

1. Bio-faq.ru ().
2. Biouroki.ru ().
3. Youtube.com().
4. sbio.info().

Teme pentru acasă

1. Întrebările 1, 2 de la sfârșitul paragrafului 26 (p. 101) Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. „Biologie generală”, clasa 10-11 ()
2. Care este rolul enzimei ARN polimeraza în procesul de sinteză a ARNm?
3. Ce este un promotor și care este rolul acestuia în sinteza ARNm?
4. Ce este un terminator și care este rolul acestuia în sinteza ARNm?
5. Care este soarta ulterioară a ARNm sintetizat în celula procariotelor și eucariotelor?

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 .

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 descoperit 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 numărarea directă pe tabelul codului genetic se poate verifica 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.

Ecologia vieții. Psihologie: În orice moment, oamenii erau interesați de viitorul lor, așa că deseori apelau la ghicitori și ghicitori. Oamenii influenți aflați la putere erau îngrijorați în special de ceea ce le-a rezervat soarta, astfel încât să poată ține cu ei profeți personali. În vremuri mai străvechi, de exemplu, printre greci, chiar și zeii înșiși depindeau de soartă și se supuneau zeițelor destinului.

În orice moment, oamenii erau interesați de viitorul lor, așa că deseori apelau la ghicitori și ghicitori. Oamenii influenți aflați la putere erau îngrijorați în special de ceea ce le-a rezervat soarta, astfel încât să poată ține cu ei profeți personali. În vremuri mai străvechi, de exemplu, printre greci, chiar și zeii înșiși depindeau de soartă și se supuneau zeițelor destinului. În vremurile moderne, știința și oamenii de știință sunt deja implicați în soartă, există multe descoperiri interesante care ne ajută să ne înțelegem esența și viitorul.

Știința a aflat că într-adevăr, există un anumit scenariu al destinului bazat pe codul genetic uman, de care depinde ce temperament va avea, și ce abilități va avea.

Codul genetic este format de părinții noștri și conține calitățile și capacitățile. Dar prezența lor nu înseamnă întotdeauna implementarea lor - se pot dezvolta în condiții favorabile sau nu se pot dezvolta deloc.

Abilitatile sunt realizate in maxima masura la oamenii sanatosi din punct de vedere psihologic care incearca constant sa se dezvolte spiritual si fizic. Ei învață mereu și ajung la noi etape de dezvoltare. Persoanele care suferă de diverse tulburări nevrotice găsesc multe scuze și motive pentru care nu reușesc să reușească, dau vina pe soartă și pe viață pentru asta.

Dacă temperamentul este o caracteristică fiziologică și depinde de setul de gene, atunci caracterul se formează în procesul de educație, cu ajutorul și participarea directă a părinților. În timp ce copilul este încă dependent, mama și tata și felul în care se comportă joacă un rol important în viața lui. Educația joacă un rol foarte important, este ca un sculptor - el creează o lucrare finită de la bază.

Doi copii crescuți în aceeași familie vor diferi ca caracter și comportament, deoarece au un cod genetic și un temperament diferit, astfel încât, ca urmare, frații și surorile s-ar putea să nu fie deloc la fel. Caracterul este un sistem de trăsături de personalitate individuale persistente, aproape constante, care reflectă atitudinea și comportamentul ei față de sine, oameni și muncă. Personajul are mai multe calități de bază - integritate, activitate, duritate, stabilitate și plasticitate.

Parametrii cantitativi

Integritate- aceasta este absența contradicțiilor în raport cu oamenii, cu sine, cu lumea din jur și cu munca. Integritatea se exprimă în echilibru, în totalitatea tuturor trăsăturilor și intereselor individului, în compatibilitatea atitudinilor față de diferite aspecte ale vieții. Consider că majoritatea personajelor sunt integrale, în sensul că comportamentul extern al unei persoane reflectă sistemul său intern de relații.

Aceasta înseamnă că, dacă o persoană se comportă în mod duplic, atunci în interior are și contradicții ascuțite în conținutul său. Așa că femeile își aleg adesea fără succes partenerii, fiind nepregătite din punct de vedere psihologic și neștiind ce înseamnă complimentele și declarațiile de dragoste pentru aleșii lor.

Trebuie să ascultați cu atenție și să cântăriți fiecare cuvânt. Dacă un bărbat îi spune unei fete că nu există nimeni mai frumos decât ea, că este mai bună și mai bună decât oricine, atunci ai în față un afemeiat. Are pe cineva cu care să se compare, așa că în curând poate fi purtat de altul și fiecare următor va fi și cel mai frumos.

Dacă un tânăr se asigură că nu vede sensul vieții fără iubita lui, că fără ea va fi pierdut și va dispărea complet, atunci cel mai probabil este un alcoolic sau cineva care va deveni cu siguranță unul în viitor. Este extrem de important să cunoști aceste puncte comportamentale, cu cât orizonturile tale sunt mai largi, cu atât este mai puțin probabil să ai povești personale nefericite în viața ta.

Activitate exprimată în capacitatea de a contracara circumstanțe adverse și cantitatea de energie care merge în lupta împotriva obstacolelor. În funcție de activitate, personajele sunt puternice și slabe. Puterea caracterului depinde direct de sociogen - complexul de personalitate. O persoană cu un caracter slab poate îndeplini și cerințele dictate de sociogen, deoarece implementarea activității este determinată de caracter. Și dacă direcția activității este combinată cu soarta, atunci o persoană va avea suficientă energie.

Duritate se manifestă în perseverența și perseverența unei persoane în procesul de realizare a unui scop și apărarea părerii sale. Uneori, a fi prea puternic de caracter poate deveni încăpățânare. Stabilitatea determină invariabilitatea caracterului nostru, în ciuda variabilității lumii, a evenimentelor și a poziției noastre în societate. Caracterul este o caracteristică destul de stabilă, așa că este extrem de dificil să o schimbi. Indivizii cu un caracter instabil sunt susceptibili de a avea multe probleme psihologice în general, iar una dintre principalele este instabilitatea.

Plastic- capacitatea de a se adapta la lumea în schimbare, capacitatea de a se schimba și de a se adapta la o realitate complet neobișnuită, în situații stresante. Dacă chiar și cu schimbări fundamentale caracterul este neschimbat, aceasta indică rigiditatea acestuia.

Parametrii cantitativi

Celebrul psihoterapeut Berna, ținând cont de marea varietate a calităților caracterului, a identificat trei parametri principali prin care caracterul poate fi determinat: relațiile cu sine sunt „eu”, relațiile cu cei dragi sunt „Tu”, relațiile cu toți oamenii în general sunt „Ei” .

Berne a sugerat că aceste calități, insuflate unei persoane de către părinți în copilărie, pot avea atât conotații pozitive, cât și negative și pot determina în viitor comportamentul și calea de viață a acestuia, pe care l-a numit „scenariu”. De multe ori oamenii nu înțeleg de ce li se întâmplă astfel de evenimente și nu le conectează cu copilăria lor. Am adăugat un al patrulea parametru la sistemul Berna - „Munca”.

Dacă copilăria unei persoane a decurs bine și a primit o educație bună, atunci toți parametrii vor fi pozitivi, cu un semn plus. Dar dacă părinții au făcut greșeli în creștere, atunci, în consecință, unii sau toți parametrii dobândesc un semn minus și se poate forma un complex - un sociogen, care va influența foarte mult comportamentul și soarta unei persoane.

Individul este armonios și sănătos personalitate cu parametrul „I” cu „+”. Aceasta înseamnă că are educația potrivită, se evaluează adecvat și își dă seama că are succes. Nu confunda atitudinea cu stima de sine. Poziția practic nu este realizată de o persoană și se formează sub influența părinților în copilărie, direcția sa este destul de greu de schimbat.

Stima de sine poate depinde de situație. Dacă o persoană are cerințe prea mari pentru sine și pentru evenimente, atunci stima de sine este scăzută. Niciun succes și noroc nu vor satisface o persoană, el își va dori întotdeauna și mai bine, va vedea întotdeauna deficiențe și minusuri.

La poziționează „Tu” cu „+” relațiile cu oamenii apropiați și din jur sunt prospere, prietenoase și aduc bucurie. O persoană este întotdeauna gata să-i ajute pe cei dragi, să-l susțină, îi consideră oameni de succes. Dacă „-” predomină în parametrul „Tu”, aceasta înseamnă că starea de spirit a persoanei este inițial ostilă și conflictuală față de persoanele apropiate. Adesea, astfel de personalități se disting prin umor ascuțit, critică la adresa tuturor și a tuturor, captivitate și nemulțumire. Pentru a construi relații cu astfel de oameni, trebuie să cedezi constant în fața lor.

Atunci când comunică, ei aleg adesea rolul Persecutorului, dar există și Răscumpărători. În acest rol, agresivitatea nu este vizibilă la prima vedere. De exemplu, aceștia sunt lideri care preiau toate problemele importante și sarcinile complexe, împiedicând astfel creșterea colegilor lor.

Când parametrul „Ei” este setat la „+”- unei persoane îi place să comunice cu oamenii, să se întâlnească și să-și facă prieteni noi. În oameni, el vede multe lucruri pozitive, interesante și demne. Dacă parametrul „Ei” este cu „-”, atunci persoana observă mai întâi defecte la oameni și abia apoi virtuțile lor. În același timp, el însuși este extrem de timid, greu de comunicat și reticent în a lua contact și a face noi cunoștințe.

Când „Munca” pentru o persoană în „+”, atunci îi place procesul de muncă, preferă să rezolve probleme complexe pentru auto-dezvoltare și creștere profesională, îi place să găsească soluții creative la probleme. Componenta materială nu este atât de importantă pentru el, dar atinge performanțe ridicate și succes.

Dacă „Munca” are semnul „-”, atunci persoana are un accent clar pe câștigul material. Banii, nu dezvoltarea, sunt preocuparea lui principală în orice job. Prin urmare, el urmărește constant sume mari și o viață mai bună, uitând să trăiască aici și acum în urmărire.

Dacă „-” este prezent într-unul dintre parametri, atunci valoarea pozitivă a celorlalți este de două ori îmbunătățită, de exemplu, dacă „Tu” este cu „-”, atunci valoarea pozitivă a lui „I” poate fi prea exagerată.

Acum ne este clar că o persoană poate fi armonioasă, sănătoasă și prosperă numai cu toate valorile pozitive. Numai o astfel de persoană se va percepe corect și adecvat pe sine, victoriile și înfrângerile sale, pe cei dragi și deficiențele și plusurile lor. El va comunica cu succes cu oamenii, își va extinde cercul de cunoștințe, va reuși în muncă și în afacerea lui preferată, va experimenta răsturnările vieții cu înțelepciune și calm.

Acesta va fi de interes pentru tine:

Există astfel de oameni și sunt mulți dintre ei. Și pentru a crește numărul unor astfel de personalități, tinerii părinți ar trebui să-și crească copiii cu mai multă atenție, fără a interfera cu dezvoltarea și învățarea lor despre lume. Sprijiniți, dar nu interveniți, nu vă dicta propriile reguli și nu rupeți psihicul copiilor.

La urma urmei, nimeni nu deranjează copacul să crească și crește puternic și sănătos, la fel și copiii - trebuie doar să ajuți puțin, dar nu încercați să vă impuneți planul de viață. Copilul însuși știe ce vrea și ce îl interesează și cel mai bine este să nu se amestece în alegerea sa, pentru că acesta este destinul lui. publicat