Specificitatea oricărei proteine ​​este determinată de structura sa primară. În acizii nucleici, 20 de aminoacizi proteinogeni trebuie criptați, iar informațiile despre aceștia pot fi înregistrate doar în partea variabilă a acizilor nucleici folosind baze azotate.

Atât ADN-ul, cât și ARN-ul conțin patru baze azotate principale. Cu o bază azotată, doar patru aminoacizi diferiți pot fi codificați. Cu ajutorul a doi - 16 (42 = 16). Cu o combinație de patru baze azotate în trei, se pot face 64 de combinații (43 \u003d 64). Acest lucru este mai mult decât suficient pentru a codifica toți cei 20 de aminoacizi.

Un grup de trei baze azotate (sau nucleotide) dintr-un lanț polinucleotidic care codifică un aminoacid se numește triplet.

În cursul descifrării codului nucleotidă-aminoacid, a fost stabilit semnificația semantică a fiecărui triplet. Dintre cei 64 de tripleți posibili, aminoacidul codifică 61. Acești tripleți sunt numiți semnificativi. Cele trei triplete rămase nu codifică aminoacizi. Acești tripleți sunt numiți „fără sens”.

Codul nucleotide-aminoacizi este degenerat. Aceasta înseamnă că mai mult de un triplet semnificativ poate corespunde aceluiași aminoacid. În același timp, fiecare triplet codifică doar un aminoacid, ceea ce indică faptul că codul nu este ambiguu.

Codul nucleotide-aminoacizi este universal, deoarece sensul semantic al tripleților este același pentru toate organismele vii. Codul este scris în limbajul ARN. Are următoarea structură: gly - GGA, GGG, GGU, GGC; acha - HCA, HCG, HCU, HCC; ser - ASU, AGC, UCA, UCG, UCU, UCC; tre - ACA, ACG, ACC, ACC; cis - UGU, UHC; întâlnit - AUG; arbore - GUA, GUG, GUU, GUT-uri; lei - UUA, UUG, TsUA, TsUG, TsUU, TsUTs; acelea - AUA, AUU, AUC; zane - uuu, uuc; galerie de tir - UAU, UAC; trei - UGG; pro - CCA, CCG, CCU, CCC; gis - CAU. CAC; lys - AAA, AAG; arg - AGA, AGG, TsGA, TsGG, TsGU, TsGTS; asp - GAU, GAC; glu - GAA, GAG; asn - AAU, AAC; gln - CAA, CAG.

De-a lungul vieții, multe mii de proteine ​​diferite sunt sintetizate în celule. Secvența unică de aminoacizi din lanțul polipeptidic al oricărei molecule proteice este dată de secvența tripleților din lanțul polinucleotid.

Stocarea informațiilor despre structura primară a tuturor proteinelor celulare este realizată de moleculele de ADN. Secțiunea ADN-ului în care sunt înregistrate informații despre structura primară a unei proteine ​​se numește genă (greacă „genos” - gen, origine), informațiile stocate în ADN sunt genetice, iar codul nucleotid-aminoacizi se numește genetic cod.

ADN-ul este purtătorul material informația genetică. Una dintre caracteristicile informației genetice este că poate fi moștenită, adică transmisă din generație în generație.

Dacă găsiți o eroare, evidențiați o bucată de text și faceți clic Ctrl+Enter.

Informația ereditară este informații despre structura unei proteine ​​(informații despre care aminoacizi în ce ordine se conectează în timpul sintezei structurii primare a proteinei).

Informațiile despre structura proteinelor sunt codificate în ADN, care la eucariote face parte din cromozomi și se află în nucleu. Secțiunea de ADN (cromozom) care codifică informații despre o proteină este numită gena.

Transcriere- aceasta este rescrierea informațiilor din ADN în ARNm (ARN mesager). ARNm transportă informații de la nucleu la citoplasmă, la locul sintezei proteinelor (la ribozom).

Difuzare este procesul de biosinteză a proteinelor. În interiorul ribozomului, anticodonii ARNt sunt atașați codonii ARNm conform principiului complementarității. Ribozomul leagă aminoacizii aduși de ARNt cu o legătură peptidică pentru a forma o proteină.

Reacțiile de transcripție, translație și replicare (dublarea ADN-ului) sunt reacții sinteza matriceală. ADN-ul servește ca șablon pentru sinteza ARNm, ARNm servește ca șablon pentru sinteza proteinelor.

Cod genetic este modul în care informațiile despre structura unei proteine ​​sunt înregistrate în ADN.

Proprietăți Genecode

1) Tripletate: un aminoacid este codificat de trei nucleotide. Aceste 3 nucleotide din ADN se numesc triplet, în ARNm - un codon, în ARNt - un anticodon (dar în examen poate exista un „triplet de cod”, etc.)

2) Redundanţă(degenerare): există doar 20 de aminoacizi și există 61 de tripleți care codifică aminoacizi, astfel încât fiecare aminoacid este codificat de mai multe triplete.

3) Neambiguitate: fiecare triplet (codon) codifică doar un aminoacid.

4) Versatilitate: codul genetic este același pentru toate organismele vii de pe Pământ.

Sarcini

Sarcini pentru numărul de nucleotide / aminoacizi
3 nucleotide = 1 triplet = 1 aminoacid = 1 ARNt

Sarcini la ATHC
ADN ARNm ARNt
A U A
T A U
G C G
C G C

Alege una, cea mai corectă variantă. ARNm este o copie
1) o genă sau un grup de gene
2) lanțuri ale unei molecule de proteine
3) o moleculă de proteină
4) părți ale membranei plasmatice

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Structura primară a unei molecule de proteină, dată de secvența de nucleotide ARNm, se formează în acest proces
1) emisiuni
2) transcrieri
3) reduplicare
4) denaturare

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Care secvență reflectă corect modul de realizare a informațiilor genetice
1) genă --> ARNm --> proteină --> trăsătură
2) trăsătură --> proteină --> ARNm --> genă --> ADN
3) ARNm --> genă --> proteină --> trăsătură
4) genă --> ADN --> trăsătură --> proteină

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Alegeți secvența corectă de transfer de informații în procesul de sinteză a proteinelor în celulă
1) ADN -> ARN mesager -> proteină
2) ADN -> ARN de transfer -> proteină
3) ARN ribozomal -> ARN de transfer -> proteină
4) ARN ribozomal -> ADN -> ARN de transfer -> proteină

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Același aminoacid corespunde anticodonului CAA pe ARN de transfer și tripletului pe ADN
1) CAA
2) TSUU
3) GTT
4) GAA

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Antidonul AAU pe ARN de transfer corespunde unui triplet pe ADN
1) TTA
2) AAT
3) AAA
4) TTT

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Fiecare aminoacid dintr-o celulă este codificat
1) o moleculă de ADN
2) mai multe triplete
3) gene multiple
4) o nucleotidă

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. unitate funcțională cod genetic
1) nucleotide
2) triplet
3) aminoacid
4) ARNt

Răspuns

Alege trei opțiuni. Ca rezultat al reacțiilor de tip matrice, moleculele sunt sintetizate
1) polizaharide
2) ADN
3) monozaharide
4) ARNm
5) lipide
6) veveriță

Răspuns

1. Determinați secvența proceselor care asigură biosinteza proteinelor. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
1) formarea de legături peptidice între aminoacizi
2) atașarea anticodonului ARNt la codonul ARNm complementar
3) sinteza moleculelor de ARNm pe ADN
4) mișcarea ARNm în citoplasmă și localizarea acestuia pe ribozom
5) livrarea ARNt a aminoacizilor la ribozom

Răspuns

2. Stabiliți secvența proceselor de biosinteză a proteinelor în celulă. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
1) formarea unei legături peptidice între aminoacizi
2) interacțiunea codonului ARNm și anticodonului ARNt
3) eliberarea de ARNt din ribozom
4) legătura ARNm cu un ribozom
5) eliberarea ARNm din nucleu în citoplasmă
6) sinteza ARNm

Răspuns

3. Setați secvența proceselor în biosinteza proteinelor. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
1) sinteza ARNm pe ADN
2) livrarea de aminoacizi în ribozom
3) formarea unei legături peptidice între aminoacizi
4) atașarea unui aminoacid la ARNt
5) conexiune ARNm cu două subunități de ribozom

Răspuns

4. Setați secvența pașilor în biosinteza proteinelor. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
1) separarea unei molecule proteice de un ribozom
2) atașarea ARNt la codonul de start
3) transcriere
4) alungirea lanțului polipeptidic
5) eliberarea ARNm din nucleu în citoplasmă

Răspuns

5. Setați secvența corectă a proceselor de biosinteză a proteinelor. Scrieți șirul corespunzătoare de numere.
1) atașarea unui aminoacid la o peptidă
2) sinteza ARNm pe ADN
3) recunoașterea codonului anticodonului
4) asocierea ARNm cu un ribozom
5) eliberarea ARNm în citoplasmă

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Care anticodon ARN de transfer corespunde tripletului TGA din molecula de ADN
1) ACU
2) ZUG
3) UGA
4) AHA

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Codul genetic este universal pentru că
1) fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide
2) locul unui aminoacid într-o moleculă proteică este determinat de diferite triplete
3) este același pentru toate creaturile care trăiesc pe Pământ
4) mai multe triplete codifică un aminoacid

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Secțiunea ADN-ului care conține informații despre un lanț polipeptidic este numită
1) cromozom
2) triplet
3) genomul
4) cod

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Traducerea este procesul prin care
1) numărul de catene de ADN se dublează
2) ARNm este sintetizat pe matrița ADN
3) proteinele sunt sintetizate pe matrița ARNm din ribozom
4) legăturile de hidrogen dintre moleculele de ADN sunt rupte

Răspuns

Alege trei opțiuni. Biosinteza proteinelor, spre deosebire de fotosinteză, are loc
1) în cloroplaste
2) în mitocondrii
3) în reacţiile de schimb plastic
4) în reacţii de tip matrice
5) în lizozomi
6) în leucoplaste

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Matricea de translație este molecula
1) ARNt
2) ADN
3) ARNr
4) ARNm

Răspuns

Toate, cu excepția a două, caracteristicile de mai jos pot fi utilizate pentru a descrie funcțiile acizilor nucleici într-o celulă. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate în tabel.
1) efectuează homeostazia
2) transferă informații ereditare de la nucleu la ribozom
3) participă la biosinteza proteinelor
4) fac parte din membrana celulară
5) aminoacizi de transport

Răspuns

AMINOACIZI - CODONI ARNm
Câți codoni ARNm codifică informații despre 20 de aminoacizi? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

AMINOACIZI - NUCLEOTIDE ARNm
1. Regiunea polipeptidică este formată din 28 de resturi de aminoacizi. Determinați numărul de nucleotide din regiunea ARNm care conține informații despre structura primară a proteinei.

Răspuns

2. Câte nucleotide conține ARNm dacă proteina sintetizată din acesta constă din 180 de resturi de aminoacizi? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

3. Câte nucleotide conține ARNm dacă proteina sintetizată din acesta constă din 250 de resturi de aminoacizi? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

4. Proteina este formată din 220 de unități de aminoacizi (reziduuri). Setați numărul de nucleotide din regiunea moleculei de ARNm care codifică această proteină. Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

AMINOACIZI - NUCLEOTIDE ADN
1. Proteina este formată din 140 de resturi de aminoacizi. Câte nucleotide sunt în regiunea genei în care este codificată structura primară a acestei proteine?

Răspuns

2. Proteina este formată din 180 de resturi de aminoacizi. Câte nucleotide sunt în gena care codifică secvența de aminoacizi din această proteină. Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

3. Un fragment dintr-o moleculă de ADN codifică 36 de aminoacizi. Câte nucleotide conține acest fragment de ADN? Notează numărul corespunzător în răspunsul tău.

Răspuns

4. Polipeptida este formată din 20 de unități de aminoacizi. Determinați numărul de nucleotide din regiunea genei care codifică acești aminoacizi din polipeptidă. Scrieți răspunsul ca număr.

Răspuns

5. Câte nucleotide din regiunea genei codifică un fragment proteic din 25 de resturi de aminoacizi? Notează numărul corect pentru răspunsul tău.

Răspuns

6. Câte nucleotide dintr-un fragment al lanțului șablon ADN codifică 55 de aminoacizi într-un fragment polipeptidic? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

AMINOACIZI - ARNt
1. Câți ARNt au luat parte la sinteza proteinelor, care include 130 de aminoacizi? Scrie numărul corect în răspunsul tău.

Răspuns

2. Un fragment al unei molecule proteice este format din 25 de aminoacizi. Câte molecule de ARNt au fost implicate în crearea sa? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

3. Câte molecule de ARN de transport au fost implicate în translație dacă secțiunea de genă conține 300 de resturi de nucleotide? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

4. Proteina este formată din 220 de unități de aminoacizi (reziduuri). Setați numărul de molecule de ARNt necesare pentru a transporta aminoacizi la locul de sinteză a proteinelor. Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

AMINOACIZI - TRILETE
1. Câte tripleți conține un fragment de ADN care codifică 36 de aminoacizi? Notează numărul corespunzător în răspunsul tău.

Răspuns

2. Câți tripleți codifică 32 de aminoacizi? Notează numărul corect pentru răspunsul tău.

Răspuns

NUCLEOTIDE - AMINOACIZI
1. Care este numărul de aminoacizi codificați în secțiunea de genă care conține 129 de resturi de nucleotide?

Răspuns

2. Câți aminoacizi codifică 900 de nucleotide? Notează numărul corect pentru răspunsul tău.

Răspuns

3. Care este numărul de aminoacizi dintr-o proteină dacă gena ei codificatoare constă din 600 de nucleotide? Notează numărul corect pentru răspunsul tău.

Răspuns

4. Câți aminoacizi codifică nucleotidele 1203? Ca răspuns, notează doar numărul de aminoacizi.

Răspuns

5. Câți aminoacizi sunt necesari pentru sinteza unei polipeptide dacă ARNm care o codifică conține 108 nucleotide? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

NUCLEOTIDE ARNm - NUCLEOTIDE ADN
O moleculă de ARNm participă la sinteza proteinelor, al cărei fragment conține 33 de resturi de nucleotide. Determinați numărul de resturi de nucleotide din regiunea lanțului șablon ADN.

Răspuns

NUCLEOTIDE - ARNt
Câte molecule de ARN de transport au fost implicate în translație dacă secțiunea de genă conține 930 de resturi de nucleotide?

Răspuns

TRIPLETE - NUCLEOTIDE ARNm
Câte nucleotide sunt într-un fragment al unei molecule de ARNm dacă fragmentul lanțului de codificare ADN conține 130 de tripleți? Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

ARNt - AMINOACIZI
Determinați numărul de aminoacizi dintr-o proteină dacă 150 de molecule de ARNt au fost implicate în procesul de translație. Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

PUR ŞI SIMPLU
Câte nucleotide formează un codon ARNm?

Răspuns

Câte nucleotide formează un codon stop ARNm?

Răspuns

Câte nucleotide alcătuiesc un anticodon ARNt?

Răspuns

DIFICIL
Proteina are o greutate moleculară relativă de 6000. Determinați numărul de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină dacă greutatea moleculară relativă a unui rest de aminoacizi este 120. În răspunsul dvs., notați doar numărul corespunzător.

Răspuns

Există 3.000 de nucleotide în două catene ale unei molecule de ADN. Informațiile despre structura proteinei sunt codificate pe unul dintre lanțuri. Numărați câți aminoacizi sunt codificați pe o catenă de ADN. Ca răspuns, notați doar numărul corespunzător numărului de aminoacizi.

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Același aminoacid corespunde unui anticodon UCA pe ARN de transfer și unui triplet într-o genă pe ADN
1) GTA
2) ACA
3) TGT
4) TCA

Răspuns

Alege una, cea mai corectă variantă. Sinteza hemoglobinei în celulă controlează un anumit segment al moleculei de ADN, care se numește
1) codon
2) triplet
3) cod genetic
4) genomul

Răspuns

În care dintre următoarele organite celulare au loc reacțiile de sinteză a matricei? Identificați trei afirmații adevărate din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) centrioli
2) lizozomi
3) Aparatul Golgi
4) ribozomi
5) mitocondrii
6) cloroplaste

Răspuns

Luați în considerare imaginea care ilustrează procesele care au loc în celulă și indicați A) numele procesului, indicat cu litera A, B) numele procesului, indicat cu litera B, C) numele tipului reacții chimice. Pentru fiecare literă, selectați termenul corespunzător din lista oferită.
1) replicare
2) transcriere
3) difuzat
4) denaturare
5) reacții exoterme
6) reacții de substituție
7) reacții de sinteză a matricei
8) reacții de clivaj

Răspuns

Priviți imaginea și scrieți (A) numele procesului 1, (B) numele procesului 2, (c) produsul final al procesului 2. Pentru fiecare literă, selectați termenul sau conceptul corespunzător din lista furnizată.
1) ARNt
2) polipeptidă
3) ribozom
4) replicare
5) difuzat
6) conjugare
7) ATP
8) transcriere

Răspuns

1. Stabiliți o corespondență între procesele și etapele sintezei proteinelor: 1) transcripție, 2) translație. Scrieți numerele 1 și 2 în ordinea corectă.
A) transferul de aminoacizi t-ARN
B) ADN-ul este implicat
C) sinteza i-ARN
D) formarea unui lanț polipeptidic
D) apare pe ribozom

Răspuns

2. Stabiliți o corespondență între caracteristici și procese: 1) transcriere, 2) traducere. Notați numerele 1 și 2 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) se sintetizează trei tipuri de ARN
B) apare cu ajutorul ribozomilor
C) între monomeri se formează o legătură peptidică
D) la eucariote apare în nucleu
D) ADN-ul este folosit ca șablon
E) realizat de enzima ARN polimeraza

Răspuns

Stabiliți o corespondență între caracteristicile și tipurile reacțiilor matriceale: 1) replicare, 2) transcriere, 3) translație. Notează numerele 1-3 în ordinea corespunzătoare literelor.
A) Reacțiile au loc pe ribozomi.
B) Modelul este ARN.
C) Se formează un biopolimer care conține nucleotide cu timină.
D) Polimerul sintetizat conține deoxiriboză.
D) Se sintetizează o polipeptidă.
E) Moleculele de ARN sunt sintetizate.

Răspuns

Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt utilizate pentru a descrie procesul descris în figură. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) conform principiului complementarității, secvența de nucleotide a unei molecule de ADN este tradusă într-o secvență de nucleotide de molecule diferite feluri ARN
2) procesul de traducere a unei secvențe de nucleotide într-o secvență de aminoacizi
3) procesul de transfer al informației genetice de la nucleu la locul sintezei proteinelor
4) procesul are loc în ribozomi
5) rezultatul procesului – sinteza ARN

Răspuns

Greutatea moleculară a polipeptidei este de 30.000 USD. Determinați lungimea genei care o codifică, dacă greutatea moleculară a unui aminoacid este în medie de 100, iar distanța dintre nucleotide din ADN este de 0,34 nm. Notați doar numărul potrivit în răspunsul dvs.

Răspuns

Alegeți dintre reacțiile enumerate mai jos două legate de reacțiile de sinteză a matricei. Notați numerele sub care sunt indicate.
1) sinteza celulozei
2) sinteza ATP
3) biosinteza proteinelor
4) oxidarea glucozei
5) Replicarea ADN-ului

Răspuns

Alege trei răspunsuri corecte din șase și notează numerele sub care sunt indicate în tabel. Reacțiile matriceale din celulă includ
1) Replicarea ADN-ului
2) fotoliza apei
3) sinteza ARN
4) chimiosinteză
5) biosinteza proteinelor
6) sinteza ATP

Răspuns

Toate caracteristicile următoare, cu excepția a două, pot fi utilizate pentru a descrie procesul de biosinteză a proteinelor într-o celulă. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate ca răspuns.
1) Procesul are loc în prezența enzimelor.
2) Rolul central în proces revine moleculelor de ARN.
3) Procesul este însoțit de sinteza ATP.
4) Aminoacizii servesc ca monomeri pentru formarea moleculelor.
5) Asamblarea moleculelor proteice se realizează în lizozomi.

Răspuns

Găsiți trei erori în textul dat. Precizați numărul de propuneri în care sunt făcute.(1) În timpul biosintezei proteinelor, au loc reacții de sinteză a matricei. (2) Reacțiile de sinteză a matricei includ numai reacții de replicare și transcripție. (3) Ca rezultat al transcripției, ARNm este sintetizat, șablonul pentru care este întreaga moleculă de ADN. (4) După ce trece prin porii nucleului, ARNm intră în citoplasmă. (5) ARN-ul mesager este implicat în sinteza ARNt. (6) ARN de transfer furnizează aminoacizi pentru asamblarea proteinelor. (7) Energia moleculelor de ATP este cheltuită pentru conectarea fiecărui aminoacizi cu ARNt.

Răspuns

Toate conceptele de mai jos, cu excepția a două, sunt folosite pentru a descrie traducerea. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) sinteza matricei
2) fusul mitotic
3) polizom
4) legătură peptidică
5) acizi grași mai mari

Răspuns

Toate caracteristicile enumerate mai jos, cu excepția a două, sunt utilizate pentru a descrie procesele necesare pentru sinteza unui lanț polipeptidic. Identificați două semne care „cad” din lista generală și notați numerele sub care sunt indicate.
1) transcrierea ARN-ului mesager în nucleu
2) transportul aminoacizilor din citoplasmă la ribozom
3) Replicarea ADN-ului
4) formarea acidului piruvic
5) conexiunea aminoacizilor

Răspuns

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

Marca creatorului Filatov Felix Petrovici

Capitolul 496 (XII)

De ce există douăzeci de aminoacizi codificați? (XII)

Un Cititor neexperimentat i se poate părea că elementele mașinii de codificare genetică sunt descrise atât de detaliat în capitolul anterior, încât până la sfârșitul lecturii chiar a început să obosească cumva, simțind că începutul cărții, care avea oarecum l-a intrigat, se transformă în pagini dintr-un manual pentru liceu, capabil să descurajeze pe oricine își amintește de școala natală. Cititorul ispitit, dimpotrivă, știe bine tot ce se spune și el, într-o faptă păcătoasă, se gândește să scrie el însuși un manual mai proaspăt - pentru aceleași clase superioare. Nu mă gândesc la lumină mândră pentru a te distra- cu alte cuvinte, fara a intentiona sa-i plictiseasca pe amandoi, Autorul doreste sa sublinieze ca intelege ca diavolul este in detalii. Dar sunt atât de multe în biologia moleculară încât orice formalizare pare o simplificare revoltătoare. Cu toate acestea, se întâmplă adesea ca tentația formalizării să fie irezistibilă, iar aici Autorul nu se poate nega plăcerea de a-l cita din nou pe filozoful spaniol Jose Ortega y Gasset:

« Culoarea gri este ascetică. Acesta este simbolismul său în limbajul de zi cu zi, iar Goethe sugerează acest simbol: „Teoria, prietene, este uscată, dar arborele vieții este verde”. Cel mai mult poate face o culoare care nu vrea să fie culoare este să devină gri; pe de altă parte, viața apare ca un copac verde – ce extravaganță!.. Dorința elegantă de a prefera culoarea gri minunatei și contradictorii extravaganțe de culoare a vieții ne duce la teoretizare. În teorie, schimbăm realitatea cu acel aspect al acesteia, care sunt concepte. În loc să trăim în ea, ne gândim la asta. Dar de unde știi dacă în spatele acestui evident ascetism și retragere din viață, ce este gândirea pură, cea mai completă formă de vitalitate, cel mai înalt lux al ei?

Bravo, Jose! Asta cred eu – chiar sunt convins de asta.

Formalizarea, teoretizarea, schemele, proiectarea codului genetic este dedicată principalei, deși mai mici ca volum, parte rămasă a cărții, la care se îndreaptă acum Autorul. Prima ipoteză formală a structurii codului genetic este un posibil răspuns la întrebarea de ce 20 de aminoacizi codificați .

În 1954, Gamow a fost primul care a arătat că „ când 4 nucleotide sunt combinate în tripleți, se obțin 64 de combinații, ceea ce este suficient pentru a înregistra informații ereditare". El a fost primul care a sugerat că tripleții de nucleotide codifică aminoacizi și și-a exprimat speranța că „Unii dintre oamenii de știință mai tineri vor trăi pentru a-l vedea [codul genetic] descifrat”. În 1968, americanii Robert Holley, Har Koran și Marshall Nirenberg au primit Premiul Nobel pentru descifrarea codului genetic. Premiul a fost acordat după moartea lui Georgy Gamow, în același an, cu patru luni mai devreme.

Numerele 64 (capacitatea codului teoretic) și 20 (capacitatea reală de codare, adică numărul de aminoacizi codați) alcătuiesc raportul dintre regulile combinatorice pentru plasări și combinații cu repetări: numărul A de plasări (seturi ordonate) cu repetări din r (r = 3; mărimea codonului) elemente ale mulțimii M care conține k (k = 4; număr de baze) elemente este egal cu

Akr= k r= A 4 3= 64,

iar numărul C de combinații cu repetări de k elemente peste r, adică orice submulțime de 3 elemente dintr-o mulțime care conține 4 elemente, este egal cu:

C k r= [(k+r-1)!] : = S 4 3= 20.

Acest lucru duce imediat la ideea că evoluția codului genetic ar putea începe din stadiul de codificare „setare”, când produsul a fost codificat nu de secvența de baze triplete, ci de setul lor, adică două astfel de grupuri de codoni. , cum ar fi, de exemplu, CAA, CA, AAS sau TGC, TCG, GCT, GTC, CTG, CGT au fost echivalente din punct de vedere funcțional (în cadrul grupului) și au direcționat sinteza aceluiași aminoacid fiecare. Considerații similare vin în minte când citim lucrările lui Ishigami și Nagano (1975) - cu ideea lor că fiecare aminoacid primar ar putea corespunde unei game largi de codoni, precum și Folsom (1977) și Traynor (1984) - cu ideea lor de permutare a bazelor în triplet. Este evident că un număr mai mic de codoni nu a furnizat diversitatea necesară de produse și b despre Mai mult era redundant și, cel puțin, nu corespundea numărului de aminoacizi cunoscut astăzi. La un moment dat am avut și o contribuție (foarte) modestă la aceste idei, observând că numărul de combinații de 4 pe 3 cu repetări este ilustrată de numărul de stări cuantice ale unui gaz Bose cu trei particule cu patru stări proprii cuantice posibile54.

Ulterior, Gamow a propus o schemă de implementare a codului genetic, care prevedea asamblarea polipeptidei direct pe molecula de ADN. În acest model, fiecare aminoacid este plasat într-un reces rombic între patru nucleotide, câte două din fiecare dintre catenele complementare. Deși un astfel de romb este format din patru nucleotide și, în consecință, numărul de combinații este de 256, din cauza restricțiilor asociate cu legăturile de hidrogen ale resturilor de nucleotide, doar 20 de variante de astfel de romburi se dovedesc a fi posibile. Această schemă, numită cod de diamant, sugerează o corelație între resturile consecutive de aminoacizi, deoarece două nucleotide apar întotdeauna în două diamante adiacente (cod suprapus). Studii suplimentare au arătat, totuși, că acest model Gamow este, de asemenea, incompatibil cu datele experimentale.

Dacă capacitatea codului genetic ar fi folosită fără urmă, adică fiecărui triplet ar corespunde doar un aminoacid, securitatea lui ar fi foarte îndoielnică: orice mutație de nucleotidă ar putea fi catastrofală. În cazul versiunii actuale, o treime din mutațiile punctuale aleatoare apar în ultimele litere ale codonilor, dintre care jumătate (codonii octetului eu) nu este deloc sensibil la mutații: a treia literă a codonului poate fi oricare dintre cele patru - T, C, A sau G. Rezistența la mutațiile punctuale ale codonilor octet II este în mare măsură determinată de doi factori - (1) posibilitatea înlocuirii arbitrare a celei de-a treia baze (cu toate acestea, deja atunci când alegeți dintre doar doi - fie purine, fie pirimidine), care nu schimbă deloc aminoacidul codificat și (2) posibilitatea înlocuirii purinelor cu pirimidine și invers, care păstrează strânsă hidrofilitatea/hidrofobicitatea produselor, deși nu le păstrează masa. Astfel, Natura folosește o „reacție” extrem de reușită numită degenerare cod, atunci când mai mult de un caracter de codificare corespunde caracterului codificat.

Evoluția a rafinat în mod constant funcțiile fiecăreia dintre cele trei baze de codoni, ceea ce a condus în cele din urmă la tripleți stricti de numai doi codoni: ATG- pentru M(metionină) și TTG- pentru W(triptofan). În funcție de capacitatea tripletului de a codifica numai unu aminoacizi, îi atribuim pe acești doi grupului de degenerare eu. Când produsul este codificat printr-un dublu fix de baze și al treilea poate fi oricare dintre patru posibil și servește de fapt ca separator între dubletele funcționale, ei vorbesc despre aminoacizi din grupul de degenerare IV; opt astfel de aminoacizi: alanina, A, arginină, R, valina, V, glicina, G, leucina, L, prolina, P, serină, S, treonina, T. Codonul generalizat pentru fiecare aminoacid din acest grup, cum ar fi leucina, este scris după cum urmează: SFN (N - baza arbitrară).

Douăsprezece produse codificate aparțin grupului de degenerare II; în acest grup, a treia bază este una dintre Două (și nu de la patru, ca și în cazul precedent): este o purină ( R), adică fie adenină, DAR sau guanina, G, – sau pirimidină ( Y), adică fie citozină, DIN sau timidina, T. Acest grup include trei aminoacizi familiari nouă din a patra grupă de degenerescență - arginină, leucină și serină, dar codificați aici de alte dublete, două perechi - asparagină / acid aspartic ( N/D), și glutamina/acid glutamic ( Q/E), precum și histidina H, lizina K, și tirozină Y. Codul genetic universal include și cisteina în acest grup. DIN, cu cele două triplete de codificare - TGCși TGT, adică cu o a treia pirimidină, precum și trei codoni stop, ETICHETĂ, TAAși TGA, care funcționează doar ca semne de punctuație care marchează sfârșitul unei gene, dar nu codifică niciun aminoacid. Codonul generalizat pentru aminoacizii acestui grup, de exemplu, asparagina, este scris după cum urmează: AAYși acid aspartic GAR.

În cele din urmă, grupul degenerescenței III conţine izoleucină, codificată Trei tripleti LA UN, ATCși ATT. Fundamente DAR, DINși T, al treilea în codoni pentru eu, au un simbol comun H, deci codonul generalizat de izoleucină este scris astfel: ATN. Toate aceste caracteristici ale codului sunt bine ilustrate de tabelul de mai sus.

În mod curios, greutatea moleculară a aminoacidului codificat este invers legată de numărul grupului de degenerare căruia îi aparține (V. Shcherbak). Aceasta este prima, remarcată aici, dovadă a implicării evidente a greutății moleculare a componentelor codului genetic în organizarea sa rațională.

În tabelul de mai sus, ordonarea în funcție de creșterea greutății moleculare se referă la aminoacizii din compoziția grupelor de degenerare ordonate după numere (cifre romane), grupate în doi octeți (cifre arabe). În acest caz, poziția cisteinei DIN corectate, care vor fi discutate în capitolul următor; acolo vom vorbi și despre octeți.

Revenind la alegere douăzeci aminoacizi pentru codificare, este de remarcat încă o circumstanță interesantă: această alegere ar putea fi, de asemenea, determinată teoria cuantica informație care oferă un algoritm optim (algoritmul Grover) pentru împachetarea și citirea conținutului informațional al ADN-ului (Apoorva Patel, 2001). Un astfel de algoritm determină numărul de obiecte N, care se distinge prin numărul de răspunsuri Nu chiar la întrebări Q, în felul următor:

(2Q +1) sin -1 (1 / ?N ) = ? /2 .

Rezolvarea acestei ecuații pentru valori mici Q foarte tipic:

Q= 1ln N= 04.0

Q= 2ln N= 10.5

Q= 3ln N= 20.2.

Teoretic, aceste valori nu trebuie să fie numere întregi. În mod curios, în prima aproximare, acestea corespund secvenței numerelor tetraedrice, precum și evoluției mărimii codonului funcțional de la singlet la triplet. Cu alte cuvinte, tetraedrul poate fi construit și din zece și patru monomeri; aceste numere sunt marcate în soluțiile ecuației de mai sus. Mai târziu, vom arăta că combinarea parametrilor de dimensiune ai aminoacizilor și nucleotidelor, pe baza regulilor propuse de noi, conduce la un echilibru spațial al unui tetraedru de douăzeci de monomeri corespunzători acestor aminoacizi. Aici, poate, merită să amintim cuvintele lui Vase (1973), care sunt și astăzi relevante: „ Pare aproape o glumă crudă că Natura a ales un astfel de număr[codificat] aminoacizi, care este ușor de obținut ca urmare a multor

operatii matematice". Dar, într-un fel sau altul, douăzeci de alfa-aminoacizi (din sutele găsite în natură) s-au dovedit a fi suficienți pentru a oferi diversitatea necesară de proteine.

…………………

Număr 496 , care marchează acest capitol, este interesant prin faptul că aparține clasei așa-numitelor numere perfecte si acesta este singurul trei cifre număr perfect. Perfect se numește numar natural, egal cu suma tuturor propriilor divizori (adică toți divizorii pozitivi, alții decât numărul însuși). Suma tuturor divizorilor unui număr 496 , adică 1+2+4+8+16+31+62+124+248, este egal cu sine. Ne-am amintit numerele perfecte și am remarcat unicitatea acestui număr special, deoarece, în primul rând, este format din trei cifre - ca elementele de codare din trei cifre despre care vorbim și, în al doilea rând, ca toate numerele anterioare menționate aici, este aleatoriu. sau nu - caracterizează unul dintre parametrii formali ai codului genetic, despre care vom discuta în continuare. Răbdarea cititorului nu este nelimitată, iar Autorul reamintește în acest sens un fragment dintr-o scrisoare a unuia dintre cititori către cunoscutul popularizator al matematicii Martin Gardner: Nu mai căutați numere interesante! Lăsați cel puțin un număr neinteresant pentru interes! Dar ispita este mare și greu de rezistat.

Din cartea Cea mai nouă carte a faptelor. Volumul 1 [Astronomie și astrofizică. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și Medicină] autor

Din cartea Călătorie în trecut autor Golosnitsky Lev Petrovici

Acum douăzeci și cinci de milioane de ani Era cald într-o după-amiază de iulie în stepa kazahă. Totul este inundat de soare: o câmpie deluroasă, situată în depresiuni și lacuri mărginite de stuf, pete galbene de nisip acoperite cu saxaul.Dealurile se desprind spre lacurile cu abrupte.

Din cartea Pharmaceutical and Food Mafia de Brower Louis

Douăzeci de motive principale de exceptare de la serviciul armateiîn toate secțiile de recrutare pentru anul 1986 Nr. boli și afecțiuni patologice Număr de persoane eliberate din serviciul militar Raportul dintre persoanele eliberate din serviciul militar și persoanele apte pentru serviciu,

Din cartea STAMPA CREATORULUI. Ipoteza originii vieții pe Pământ. autor Filatov Felix Petrovici

Capitolul 496 (XII) Cititorului neexperimentat i se poate părea că elementele mașinii de codificare genetică sunt descrise în capitolul anterior atât de detaliat încât până la sfârșitul lecturii chiar a început să obosească cumva, simțind că mai mulți

Din cartea Crossed Antenna Password autor Khalifman Joseph Aronovici

Douăzeci și cinci de ani mai târziu Trec ani, iar camera germenică minusculă, de dimensiunea unui degetar, pierdută în sol, crește, devine o movilă vizibilă. Este strâns căptușită deasupra cu lut, nisip, ciment și în acest moar afară și mut ca un bloc de piatră curge

Din cartea Cea mai nouă carte a faptelor. Volumul 1. Astronomie și astrofizică. Geografie și alte științe ale pământului. Biologie și medicină autor Kondrașov Anatoli Pavlovici

Ce înseamnă expresia „al douăzeci și cincilea cadru”? Pentru prima dată acest termen a apărut la mijlocul secolului trecut în Statele Unite și s-a referit la cinema. Cert este că camera de film și, în consecință, camera de proiecție avansează filmul cu o viteză de 24 de cadre pe secundă. Dar în 1957

Din cartea Chimie biologică autor Lelevici Vladimir Valerianovici

Din cartea autorului

Capitolul 23 Starea dinamică a proteinelor corpului Importanța aminoacizilor pentru organism constă în primul rând în faptul că sunt utilizați pentru sinteza proteinelor, al căror metabolism ocupă un loc special în procesele de metabolism dintre organism și

Din cartea autorului

absorbția aminoacizilor. Are loc prin transport activ cu participarea transportatorilor. Concentrația maximă de aminoacizi din sânge este atinsă la 30-50 de minute după ingestia de alimente proteice. Transferul peste granița periei este efectuat de o varietate de transportatori, mulți

Din cartea autorului

Tulburări ereditare ale transportului de aminoacizi Boala Hartnup este o încălcare a absorbției triptofanului în intestin și a reabsorbției sale în tubii renali. Deoarece triptofanul servește ca produs de pornire pentru sinteza vitaminei PP, principalele manifestări ale bolii Hartnup sunt

Din cartea autorului

Căi ale metabolismului aminoacizilor în țesuturi Aminoacizii sunt compuși bifuncționali care conțin grupări amină și carboxil. Reacțiile pentru aceste grupe sunt comune pentru diverși aminoacizi. Acestea includ: 1. pe gruparea amină – reacţii de dezaminare şi

Din cartea autorului

Transaminarea aminoacizilor Transaminarea este transferul unei grupe a-amino de la un aminoacid la un a-cetoacid, având ca rezultat formarea unui nou cetoacid și a unui nou aminoacid. Reacțiile sunt catalizate de enzimele aminotransferazei. Acestea sunt enzime complexe, coenzima

Din cartea autorului

Dezaminarea aminoacizilor Dezaminarea aminoacizilor este reacția de scindare a unei grupări a-amino dintr-un aminoacid cu eliberarea de amoniac. Există două tipuri de reacții de dezaminare: directe și indirecte.Dezaminarea directă este eliminarea directă a grupării amino din

Din cartea autorului

Dezaminarea indirectă a aminoacizilor Majoritatea aminoacizilor nu pot fi dezaminați într-o singură etapă precum glutamatul. Grupările amino ale unor astfel de aminoacizi sunt transferate la β-cetoglutarat pentru a forma acid glutamic, care este apoi supus direct

Din cartea autorului

Decarboxilarea aminoacizilor Unii aminoacizi și derivații lor pot suferi decarboxilarea. Reacțiile de decarboxilare sunt ireversibile și sunt catalizate de enzimele decarboxilază care necesită fosfat de piridoxal ca coenzimă.

Din cartea autorului

Capitolul 25. Metabolismul aminoacizilor individuali Metabolismul metioninei Metionina este un aminoacid esențial. Gruparea metil a metioninei este un fragment mobil cu un singur carbon utilizat pentru sinteza unui număr de compuși. Transferul grupării metil metionină la gruparea corespunzătoare

Fiecare celulă sintetizează câteva mii de molecule de proteine ​​diferite. Proteinele sunt de scurtă durată, timpul lor de existență este limitat, după care sunt distruse. Capacitatea de a sintetiza proteine ​​strict definite este ereditară, informațiile despre secvența de aminoacizi dintr-o moleculă proteică sunt codificate ca o secvență de nucleotide în ADN.

LA genomului o persoană are mai puțin de 100.000 de gene care sunt localizate pe 23 de cromozomi. Un cromozom conține câteva mii de gene, care sunt aranjate într-o ordine liniară în anumite regiuni ale cromozomului - loci.

Genă - o secțiune a unei molecule de ADN care codifică secvența primară de aminoacizi dintr-o polipeptidă sau o secvență de nucleotide în moleculele de transport și ARN ribozomal.

Deci, secvența de nucleotide codifică într-un fel pentru secvența de aminoacizi. Întreaga varietate de proteine ​​este formată din 20 de aminoacizi diferiți, iar nucleotidele din ADN sunt de 4 tipuri. Dacă presupunem că o nucleotidă codifică un aminoacid, atunci 4 nucleotide pot codifica 4 aminoacizi, dacă 2 nucleotide codifică un aminoacid, atunci numărul de acizi codificați crește la 4 2 - 16. Aceasta înseamnă că codul ADN trebuie să fie triplet . S-a dovedit că exact trei nucleotide codifică un aminoacid, în acest caz se va putea codifica 4 3 - 64 de aminoacizi. Și deoarece există doar 20 de aminoacizi, unii aminoacizi trebuie să fie codificați de mai multe triplete.

În prezent sunt cunoscute următoarele proprietăți ale codului genetic:

1. Tripletate: fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide.

2. Neambiguitate: triplet de cod, codon, corespunde unui singur aminoacid.

3. degenerare(redundanță): un aminoacid poate fi codificat de mai mulți (până la șase) codoni.

4. Versatilitate: codul genetic este același, aceiași aminoacizi sunt codificați de aceleași tripleți de nucleotide în toate organismele de pe Pământ.

5. nesuprapune: secvența de nucleotide are un cadru de citire de 3 nucleotide, aceeași nucleotidă nu poate fi în două triplete. (A fost odată o pisică, pisica aceea mi-a fost milostivă);

6. Din cele 64 de tripleți de cod, 61 de codoni - codificare, codificați pentru aminoacizi și 3 sunt prostii, nu codificați pentru aminoacizi, terminand sinteza polipeptidelor în timpul lucrului ribozomului (UAA, UGA, UAG). În plus, există un codon - iniţiator(metionina), de la care începe sinteza oricărei polipeptide.

Tabelul 7

Cod genetic

Prima nucleotidă din triplet este unul dintre cele patru rânduri verticale din stânga, al doilea este unul din rândul orizontal superior, al treilea este din rândul vertical din dreapta.

La începutul anilor 50. F. Crick a formulat dogma centrală a biologiei moleculare:

proteină ADN®RNA®.

Informațiile despre proteină sunt localizate pe ADN, ARNm este sintetizat pe matricea ADN, care este un șablon pentru sinteza unei molecule de proteine. Sinteza matricei face posibilă sintetizarea foarte precisă și rapidă a macromoleculelor polimerice constând dintr-un număr mare de monomeri. Ne-am întâlnit cu reacții de sinteză șablon la dublarea moleculei de ADN, sinteza ARNm ( transcriere) și sinteza unei molecule de proteină pe ARNm ( difuzat) sunt și reacții de sinteză a matricei.

Transcriere.În conformitate cu convențiile acceptate, începutul genei în diagrame este prezentat în stânga (Fig. 292). Catena necodificatoare a moleculei de ADN are un capăt din stânga 5", dreapta 3"; matricea de codificare, cu care se realizează transcrierea, are direcția opusă. Enzima responsabilă de sinteza ARNm ARN polimeraza, se alătură promotor, care este situat la capătul 3 "al lanțului șablon ADN și se mișcă întotdeauna de la capătul 3" la capătul 5". Promotorul este o anumită secvență de nucleotide de care se poate atașa enzima ARN polimerază. Este necesar pentru sinteza ARNm. a începe strict la începutul genei .Din liber ribonucleozide trifosfați(ATP, UTP, GTP, CTP), complementar nucleotidelor ADN, ARN polimeraza formează ARNm.

Orez. 292. Transcriere, schemă pentru formarea ARNm pe o matrice ADN.

Energia pentru sinteza ARNm este conținută în legăturile de înaltă energie ale trifosfaților ribonucleozidici. Timpul de înjumătățire al ARNm este calculat în ore și chiar zile, adică. sunt stabili.

Transcrierea și translația sunt separate în spațiu și timp, transcripția are loc în nucleu și la un moment dat, translația are loc în citoplasmă și într-un moment complet diferit. Pentru transcriere, aveți nevoie de: 1 - lanț ADN codant, șablon; 2 - enzime, una dintre ele este ARN polimeraza; 3 - ribonucleozide trifosfați.

Difuzare

Difuzare- procesul de formare a unui lanț polipeptidic pe un șablon de ARNm sau de conversie a informațiilor codificate sub forma unei secvențe de nucleotide ARNm într-o secvență de aminoacizi dintr-o polipeptidă. Sinteza moleculelor proteice are loc în citoplasmă sau pe reticulul endoplasmatic rugos. În citoplasmă, proteinele sunt sintetizate pentru nevoile proprii ale celulei, proteinele sintetizate în ER sunt transportate prin canalele sale către complexul Golgi și excretate din celulă.

Aminoacizii sunt transportați la ribozomi transfer de ARN, ARNt. Există mai mult de 30 de specii în celulă, lungimea ARNt este de la 76 la 85 de resturi de nucleotide, au terţiar structură datorită împerecherii nucleotidelor complementare și ca formă seamănă cu o frunză de trifoi. În ARNt există buclă anticodonși site-ul acceptor. În partea de sus a buclei anticodon, fiecare ARNt are anticodon, complementar tripletului de cod al unui anumit aminoacid, iar situsul acceptor de la capătul de 3" este capabil să utilizeze enzima aminoacil-ARNt sintetaze atașați acest aminoacid special (cu costul ATP). Astfel, fiecare aminoacid are ARNt-urile lorși enzimele lor care atașează un aminoacid la un ARNt.

Douăzeci de tipuri de aminoacizi sunt codificate de 61 de tripleți de cod, teoretic pot exista 61 de tipuri de ARNt cu anticodonii corespunzători, adică un aminoacid poate avea mai multe ARNt. S-a stabilit existența mai multor ARNt capabili să se lege de același codon (ultima nucleotidă din anticodon nu este întotdeauna importantă). În total, au fost găsite peste 30 de ARNt diferite (Fig. 293).

Organele responsabile pentru sinteza proteinelor în celulă - ribozomi. La eucariote, ribozomii se găsesc în unele organite - mitocondrii și plastide (ribozomi 70-S) și în citoplasmă: în formă liberă și pe membranele reticulului endoplasmatic (ribozomi 80-S). Mica subunitate a ribozomului este responsabilă de genetic, functii de decodare; mare - pentru biochimic, enzimatic.

În subunitatea mică a ribozomului, un centru funcțional (FCC) se distinge cu două secțiuni - peptidil(secțiunea P) și aminoacil(O sectie). Pot exista șase nucleotide ARNm în PCR, trei în peptidil și trei în regiunile aminoacil.

Sinteza proteinelor începe din momentul în care subunitatea mică a ribozomului se unește cu capătul de 5" al ARNm, în situsul P al cărui metionină ARNt cu aminoacidul metionină (Fig. 294). Orice lanț polipeptidic de la capătul N-terminal are mai întâi metionină, care este cel mai adesea despărțit în viitor. Sinteza polipeptidei merge de la capătul N-terminal la capătul C-terminal, adică legătura peptidică se formează între grupare carboxil primul și gruparea amino a celui de-al doilea aminoacid.

Apoi, o subunitate mare a ribozomului este atașată și un al doilea ARNt intră în situsul A, al cărui anticodon se perechează complementar cu codonul ARNm situat în situsul A.

Centrul de peptidil transferază subunitatea mare catalizează formarea unei legături peptidice între metionină și al doilea aminoacid. Nu există o singură enzimă care să catalizeze formarea legăturilor peptidice. Energia pentru formarea unei legături peptidice este furnizată de hidroliza GTP (Fig. 295).

De îndată ce se formează o legătură peptidică, ARNt-ul metioninei este detașat de metionină, iar ribozomul se deplasează la următorul triplet de cod ARNm, care apare în situsul A al ribozomului, iar ARNt-ul metioninei este împins în citoplasmă. Un ciclu consumă 2 molecule GTP. Apoi totul se repetă, se formează o legătură peptidică între al doilea și al treilea aminoacid.

Emisiunea continuă până când apare secțiunea A codon de oprire(UAA, UAG sau UGA), de care se leagă un factor special de eliberare a proteinei, lanțul proteic este separat de ARNt și părăsește ribozomul. Există o disociere, separare a subparticulelor ribozomului.

Multe proteine ​​sunt sintetizate ca precursori care conțin LP - secvență de lider(15 - 25 reziduuri de aminoacizi la capătul N-terminal, „pașaport proteic”). LP determină destinațiile proteinelor, „direcția” proteinei (în nucleu, în mitocondrii, în plastide, în complexul Golgi). Apoi enzimele proteolitice scindează LP.

Viteza de mișcare a ribozomului de-a lungul ARNm este de 5-6 tripleți pe secundă; o celulă durează câteva minute pentru a sintetiza o moleculă de proteină constând din sute de resturi de aminoacizi. Prima proteină sintetizată artificial a fost insulina, constând din 51 de resturi de aminoacizi. Au fost necesare 5000 de operațiuni, 10 oameni au luat parte la lucru timp de trei ani.

Astfel, traducerea necesită: 1 - ARNm care codifică secvența de aminoacizi din polipeptidă; 2 - ribozomi care decodifică ARNm și formează o polipeptidă; 3 - ARNt care transportă aminoacizi la ribozomi; 4 - energie sub formă de ATP și GTP pentru atașarea aminoacizilor la ribozom și pentru funcționarea ribozomului; 5 - aminoacizi, material de construcție; 6 - enzime (aminoacil-ARNt sintetaze etc.).

Codifică secvența de aminoacizi a proteinelor folosind secvența de nucleotide a acizilor nucleici. Există doar patru nucleotide și douăzeci de aminoacizi. Dacă fiecare aminoacid ar fi codificat de o nucleotidă, atunci ar putea fi codificați doar 4 aminoacizi. Dacă ar fi două nucleotide, atunci ar putea fi codificați doar 16 aminoacizi. Prin urmare, pentru a putea codifica toți aminoacizii necesari, fiecare aminoacid este codificat printr-o combinație de trei nucleotide, care se numește triplet sau codon.

Cu toate acestea, pot exista 64 de tripleți și doar 20 de aminoacizi (plus un codon stop). Prin urmare, redundanța apare în codul genetic - o situație în care mai multe triplete diferite pot codifica un aminoacid.

O sarcină

Tu ce crezi, Pentru ce această redundanță poate fi utilizată, ce fel Oferă beneficii suplimentare?

Cheie

Cu cât există mai multe ortografii corecte ale unui cuvânt, cu atât este mai puțin probabil să se facă o greșeală.

Soluţie

Primul și evident răspuns la această întrebare este cuvântul „stabilitate”. Dacă există mai multe triplete similare între ele pentru un aminoacid, atunci probabilitatea ca, cu o mutație punctuală în acest triplet, să obținem aminoacidul greșit din proteină scade. Prin urmare, majoritatea codonilor care codifică același aminoacid diferă unul de celălalt printr-o singură „litera” nucleotidă. Cu cât sunt mai mulți codoni care codifică un anumit aminoacid, cu atât stabilitatea acestuia este mai mare; prin urmare, cel mai mare număr de codoni codifică cei mai frecventi aminoacizi, cum ar fi leucina și arginina; aminoacizii rari, cum ar fi triptofanul, dimpotrivă, sunt codificați de un singur codon.

Este greu de înțeles care este cauza și care este consecința: dacă cei mai necesari aminoacizi au început să fie codificați despre un număr mare de codoni (adică nevoia de stabilitate a dus la această stabilitate) sau, dimpotrivă, cu cât avea mai mulți codoni un aminoacid (adică era mai stabil), cu atât a început să apară mai des. Evident, răspunsul la această întrebare fundamentală este asemănător cu răspunsul la întrebarea „care a venit primul - puiul sau oul?” și își are rădăcinile în acele vremuri preistorice și dificil de cercetat, când codul genetic tocmai a apărut și era în curs de optimizare.

În plus, privind distribuția de frecvență a aminoacizilor (Fig. 1), se poate observa că, în general, cu cât structura aminoacidului este mai simplă, cu atât apare mai des (de exemplu, același triptofan, care are un dintre cele mai „complexe” structuri, mai puțin frecvente). Și acest lucru este de înțeles, deoarece o structură simplă înseamnă de obicei stabilitate; Un aminoacid „simplu” este mai ușor de sintetizat și mai greu de „stricat” decât unul „complex”.

Cu toate acestea, stabilitatea și rezistența la mutații nu este singurul beneficiu al codului genetic redundant. Jucându-se cu codoni alternativi, se pot regla fin diverși parametri legați de funcționarea acizilor nucleici. Și mai întâi de toate, aici este necesar să menționăm așa-numita „prejudecată de utilizare a codonului”.

„Codon skew” este o situație în care doar unul sau doi dintre mai mulți codoni sinonimi sunt favorizați într-un anumit organism (Fig. 2). Deși s-a demonstrat în mod repetat că pentru multe organisme o astfel de părtinire este o situație obișnuită, de ce apare încă nu este chiar clar. Cea mai acceptată explicație în comunitatea științifică pentru acest fenomen misterios este următoarea.

După cum știți, fiecare codon care codifică un aminoacid are propriul său ARNt. Unele organisme au ceva de genul ARNt „favorite”, adică există mult mai multe ARNt pentru unul dintre codonii sinonimi decât pentru restul. Dacă dorim ca această proteină să fie sintetizată rapid și corect, mai bine nu experimentăm cu codoni rari, ci asamblam secvența ei din cei mai „pop” codoni, ARNt pentru care este mai probabil să înoate pe lângă ribozom și să nu întârzie traducerea.

„Distorsiunea” în diferite ARNt-uri este observată în primul rând la organismele cu creștere rapidă care au nevoie de sinteza „industrială” a anumitor proteine. Mai mult, părtinirea codonilor este observată în primul rând pentru proteinele exprimate la un nivel ridicat, adică pentru cele pentru care viteza și calitatea sintezei sunt deosebit de importante. În același timp, natura apariției declinului ARNt nu este complet clară, iar ceea ce a apărut mai devreme - deformarea codonului sau deformarea ARNt, este, de asemenea, complet de neînțeles.

Cu toate acestea, în ciuda toată eleganța, această explicație poate fi supusă unor critici corecte. Faptul este că nivelul de translație a proteinei este determinat în primul rând în stadiul de inițiere (atunci când ARNm se află doar pe ribozom), și nu alungirea (când se adaugă noi aminoacizi în lanțul proteic). Și din moment ce alungirea nu este o etapă limitativă a sintezei proteinelor, atunci agitarea cu selecția a sute de codoni optimi pentru a o accelera pare să nu fie pe deplin justificată.

O altă versiune a existenței skew-ului este legată de structurile secundare formate de ARNm. Regiunile complementare ale ARNm se pliază în regiuni cu dublu helix - ac de păr. Uneori, aceste agrafe de păr joacă un rol important în reglarea diferitelor procese intracelulare (mai multe despre aceasta în sarcina „Formă și conținut”). Cu toate acestea, în general, astfel de ac de păr otrăvează foarte mult existența aparatului de sinteză a proteinelor și încetinesc traducerea. Mai mult, este ușor de ghicit că agrafele bogate în perechi GC (perechile guanină-citozină) se vor ține mai strâns unele de altele și se vor desfășura mai rău decât agrafele bogate în AU (adenină-uracil) (deoarece guanina și citozină sunt conectate între ele). prin trei legături de hidrogen și adenină și uracil - doar două).

Prin urmare, un posibil motiv pentru preferința pentru anumiți codoni este optimizarea ARNm, astfel încât acesta să formeze cât mai puține agrafe de păr (sau, poate, agrafele de păr dorite se vor forma în locuri strategice). Este deosebit de important ca regiunea care codifică începutul proteinei în apropierea căreia are loc inițierea traducerii să fie „fără păr”, deoarece încălcările la inițiere sunt dăunătoare traducerii în ansamblu (a se vedea un articol foarte recent despre aceasta de Daniel B. Goodman, George M. Church, Sriram Kosuri, 2013. Cauze and Effects of N-Terminal Codon Bias in Bacterial Genes).

O altă enigmă a părtinirii codonilor este că, în unele cazuri, există o preferință clară pentru codoni rari, care sunt de obicei necaracteristici speciei. O versiune pentru a explica acest model ciudat este aceea că apar codoni rari acolo unde este necesar să încetinească translația (de exemplu, acolo unde granița domeniilor proteice trece, astfel încât domeniul anterior să aibă timp să se plieze înainte ca următorul să înceapă să fie sintetizat). Cu toate acestea, din câte am înțeles, nu există încă dovezi serioase pentru această versiune. Trebuie remarcat faptul că regiunile care codifică chiar începutul, capătul N-terminal, al unei proteine ​​sunt de obicei foarte bogate în codoni rari; de ce - nu este încă pe deplin înțeles.

În cele din urmă, o altă lucrare interesantă sugerează că, pentru cel puțin un organism, cianobacteriile Synechococcus alungit, în grupul de gene circadiene (controlul ritmurilor circadiene), dimpotrivă, se folosește distorsiunea codonului non-optimal - adică nu sunt folosiți codonii cei mai populari pentru a codifica aceste gene (Yao Xu et al., 2013. Non- utilizarea optimă a codonilor este un mecanism pentru a atinge condiționalitatea ceasului circadian). Autorii sugerează că în acest fel, cu ajutorul anumitor mecanisme moleculare, expresia acestor gene este perturbată în condiții de frig, când este mai profitabil ca această cianobacterie să se descurce fără ritmurile diurne.

Postfaţă

Aplicația practică a codon skew se află în primul rând în domeniul biotehnologiei. Faptul este că în rândul biotehnologilor apar adesea incidente triste: o genă, introdusă cu grijă într-un organism dat printr-o metodă biotehnologică, refuză categoric să fie exprimată acolo sau este exprimată prea încet. Motivul este adesea că cercetătorii nu țin cont de nepotrivirea deformării codonilor dintre organismul donor (din care este prelevată gena) și organismul receptor (în care este inserată gena). Prin modificarea secvenței genelor în mod corect, inserând codoni care sunt populari în organismul receptor, această situație poate fi corectată și se poate atinge un nivel ridicat de expresie.

Acest lucru poate fi util într-o gamă largă de aplicații - de la creșterea proteinelor în celulele bacteriene până la terapia genică, în care versiunea corectă a unei gene este introdusă în organism în locul unei versiuni rupte, mutante.