U svakoj ćeliji i organizmu, sve anatomske, morfološke i funkcionalne karakteristike određene su strukturom proteina koji ih čine. Nasljedno svojstvo tijela je sposobnost da sintetizira određene proteine. Aminokiseline se nalaze u polipeptidnom lancu o kojem zavise biološke karakteristike.
Svaka ćelija ima svoj niz nukleotida u polinukleotidnom lancu DNK. Ovo je genetski kod DNK. Preko njega se bilježe informacije o sintezi određenih proteina. Ovaj članak opisuje šta je genetski kod, njegova svojstva i genetske informacije.

Malo istorije

Ideju da bi mogao postojati genetski kod formulisali su J. Gamow i A. Down sredinom dvadesetog veka. Oni su opisali da nukleotidna sekvenca odgovorna za sintezu određene aminokiseline sadrži najmanje tri jedinice. Kasnije su dokazali tačan broj od tri nukleotida (ovo je jedinica genetskog koda), koji je nazvan triplet ili kodon. Ukupno ima šezdeset četiri nukleotida, jer se molekul kiseline u kojoj se javlja RNK sastoji od četiri različita nukleotidna ostatka.

Šta je genetski kod

Način kodiranja sekvence proteina aminokiselina zbog niza nukleotida karakterističan je za sve žive ćelije i organizme. To je ono što je genetski kod.
Postoje četiri nukleotida u DNK:

• adenin - A;
• gvanin - G;
• citozin - C;
• timin - T.

Označavaju se velikim latiničnim ili (u literaturi na ruskom jeziku) ruskim slovima.
RNK također sadrži četiri nukleotida, ali jedan od njih se razlikuje od DNK:

• adenin - A;
• gvanin - G;
• citozin - C;
• uracil - U.

Svi nukleotidi su raspoređeni u lance, pri čemu DNK ima dvostruku spiralu, a RNK jednu spiralu.
Proteini su izgrađeni na mjestu gdje ga, smješteni u određenom nizu, određuju biološka svojstva.

Osobine genetskog koda

Trojstvo. Jedinica genetskog koda sastoji se od tri slova, to je triplet. To znači da dvadeset postojećih aminokiselina kodiraju tri specifična nukleotida nazvana kodoni ili trilpeti. Postoje šezdeset četiri kombinacije koje se mogu stvoriti od četiri nukleotida. Ova količina je više nego dovoljna za kodiranje dvadeset aminokiselina.
Degeneracija. Svaka aminokiselina odgovara više od jednog kodona, sa izuzetkom metionina i triptofana.
Nedvosmislenost. Jedan kodon kodira jednu aminokiselinu. Na primjer, u gen zdrava osoba sa informacijom o beta meti hemoglobina, triplet GAG i GAA kodira A kod svakoga sa abolešću srpastih ćelija, jedan nukleotid se mijenja.
Kolinearnost. Redoslijed aminokiselina uvijek odgovara nizu nukleotida koji gen sadrži.
Genetski kod je kontinuiran i kompaktan, što znači da nema znakova interpunkcije. To jest, počevši od određenog kodona, dolazi do kontinuiranog čitanja. Na primjer, AUGGGUGTSUAUAUGUG će se čitati kao: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Ali ne AUG, UGG i tako dalje ili bilo šta drugo.
Svestranost. Ista je za apsolutno sve kopnene organizme, od ljudi do riba, gljivica i bakterija.

Table

Nisu sve dostupne aminokiseline uključene u prikazanu tabelu. Hidroksiprolin, hidroksilizin, fosfoserin, jodni derivati ​​tirozina, cistina i neki drugi su odsutni, jer su derivati ​​drugih aminokiselina kodiranih m-RNA i nastali nakon modifikacije proteina kao rezultat translacije.
Iz svojstava genetskog koda poznato je da jedan kodon može kodirati jednu aminokiselinu. Izuzetak je genetski kod koji obavlja dodatne funkcije i kodira valin i metionin. mRNA, koja se nalazi na početku kodona, vezuje t-RNA, koja nosi formilmetion. Po završetku sinteze, on se odcjepljuje i sa sobom odnosi formilni ostatak, pretvarajući se u ostatak metionina. Dakle, gore navedeni kodoni su inicijatori sinteze polipeptidnog lanca. Ako nisu na početku, onda se ne razlikuju od ostalih.

Genetske informacije

Ovaj koncept znači program svojstava koji se prenosi od predaka. Ugrađen je u naslijeđe kao genetski kod.
Genetski kod se realizuje tokom sinteze proteina:

• glasnička RNA;
• ribosomska rRNA.

Informacije se prenose direktnom komunikacijom (DNK-RNA-protein) i obrnutom komunikacijom (srednji protein-DNK).
Organizmi ga mogu primiti, pohraniti, prenijeti i najefikasnije koristiti.
Informacije koje se prenose naslijedom određuju razvoj određenog organizma. Ali zbog interakcije sa okruženje reakcija potonjeg je iskrivljena, zbog čega dolazi do evolucije i razvoja. Na taj način se u organizam unose nove informacije.

Računarski obrasci molekularne biologije a otkriće genetskog koda ilustrovalo je potrebu kombinovanja genetike sa Darwinovom teorijom, na osnovu koje je nastala sintetička teorija evolucije - neklasična biologija.
Darwinovo naslijeđe, varijacija i prirodna selekcija dopunjeni su genetski determiniranom selekcijom. Evolucija se ostvaruje na genetskom nivou kroz slučajne mutacije i nasljeđivanje najvrednijih osobina koje su najprilagođenije okolini.

Dekodiranje ljudskog koda

Devedesetih godina pokrenut je Projekt Ljudski genom, kao rezultat kojeg su u dvije tisućinke otkriveni fragmenti genoma koji sadrže 99,99% ljudskih gena. Fragmenti koji nisu uključeni u sintezu proteina i nisu kodirani ostaju nepoznati. Njihova uloga je za sada nepoznata.

Posljednji put otkriven 2006. godine, hromozom 1 je najduži u genomu. Više od tri stotine pedeset bolesti, uključujući rak, javlja se kao rezultat poremećaja i mutacija u njemu.

Uloga ovakvih studija ne može se precijeniti. Kada su otkrili šta je genetski kod, postalo je poznato po kojim šablonima se razvija, kako se formira morfološka struktura, psiha, predispozicija za određene bolesti, metabolizam i defekti jedinki.

U tjelesnom metabolizmu vodeću ulogu pripada proteinima i nukleinskim kiselinama.
Proteinske supstance čine osnovu svih vitalnih ćelijskih struktura i imaju neobično visok nivo reaktivnost, obdaren katalitičkim funkcijama.
Nukleinske kiseline su dio najvažnijeg organa ćelije – jezgra, kao i citoplazme, ribozoma, mitohondrija itd. Nukleinske kiseline imaju važnu, primarnu ulogu u naslijeđu, varijabilnosti tijela i sintezi proteina.

Plan sinteza Protein se pohranjuje u ćelijskom jezgru, a direktna sinteza se odvija izvan jezgra, pa je neophodno usluga dostave kodiran plan od jezgra do mesta sinteze. Ovu uslugu dostave vrše molekule RNK.

Proces počinje u jezgro ćelije: deo DNK „merdevina“ se odmotava i otvara. Zahvaljujući tome, RNK slova formiraju veze sa otvorenim DNK slovima jednog od lanaca DNK. Enzim prenosi RNK slova kako bi ih spojio u lanac. Ovako se slova DNK „prepisuju“ u slova RNK. Novoformirani lanac RNK se odvaja, a DNK "ljestve" se ponovo uvijaju. Proces čitanja informacija iz DNK i njihove sintetizacije pomoću njene RNA matrice naziva se transkripcija , a sintetizirana RNK se naziva glasnik ili mRNA .

Nakon daljnjih modifikacija, ova vrsta kodirane mRNA je spremna. mRNA izlazi iz jezgra i odlazi na mjesto sinteze proteina, gdje se dešifruju slova mRNA. Svaki set od tri i-RNA slova formira "slovo" koje predstavlja jednu specifičnu aminokiselinu.

Druga vrsta RNK pronalazi ovu aminokiselinu, hvata je uz pomoć enzima i dostavlja je na mjesto sinteze proteina. Ova RNK se naziva transferna RNK ili t-RNA. Kako se mRNA poruka čita i prevodi, lanac aminokiselina raste. Ovaj lanac se uvija i savija u jedinstven oblik, stvarajući jednu vrstu proteina. Čak je i proces savijanja proteina izvanredan: potreban je kompjuter da sve izračuna opcije savijanje proteina prosječne veličine koji se sastoji od 100 aminokiselina bi trajalo 1027 (!) godina. I nije potrebno više od jedne sekunde da se formira lanac od 20 aminokiselina u tijelu, a ovaj proces se odvija kontinuirano u svim stanicama tijela.

Geni, genetski kod i njegova svojstva.

Na Zemlji živi oko 7 milijardi ljudi. Osim 25-30 miliona parova jednojajčanih blizanaca, genetski svi ljudi su različiti : svako je jedinstven, ima jedinstvene nasljedne karakteristike, karakterne osobine, sposobnosti i temperament.

Ove razlike su objašnjene razlike u genotipovima- skupovi gena organizma; Svaka je jedinstvena. Utjelovljene su genetske karakteristike određenog organizma u proteinima - dakle, struktura proteina jedne osobe razlikuje se, iako vrlo malo, od proteina druge osobe.

Ovo ne znači da dve osobe nemaju potpuno iste proteine. Proteini koji obavljaju iste funkcije mogu biti isti ili se samo neznatno razlikovati jedan od drugog za jednu ili dvije aminokiseline. Ali ne postoji na Zemlji ljudi (sa izuzetkom jednojajčanih blizanaca) koji bi imali sve svoje proteine su isti .

Informacije o primarna struktura vjeverica kodiran kao niz nukleotida u dijelu molekule DNK, gen – jedinica nasljedne informacije organizma. Svaki molekul DNK sadrži mnogo gena. Totalnost svih gena jednog organizma čini ga genotip . dakle,

Gen je jedinica nasljedne informacije organizma, koja odgovara posebnom dijelu DNK

Kodiranje nasljednih informacija događa se korištenjem genetski kod , koji je univerzalan za sve organizme i razlikuje se samo po izmjeni nukleotida koji formiraju gene i kodiraju proteine ​​određenih organizama.

Genetski kod sastoji se od tripleta (trojki) DNK nukleotida, kombinovanih u različitim sekvencama (AAT, HCA, ACG, THC, itd.), od kojih svaki kodira određenu aminokiselinu (koja će biti ugrađena u polipeptidni lanac).

Zapravo kod broji sekvence nukleotida u molekulu mRNA , jer uklanja informacije iz DNK (proces transkripcije ) i prevodi ga u niz aminokiselina u molekulima sintetiziranih proteina (proces emisije ).
Sastav mRNA uključuje nukleotidi A-C-G-U, čije se trojke zovu kodoni : triplet na DNK CGT na i-RNA će postati triplet GCA, a triplet DNK AAG će postati triplet UUC. Tačno mRNA kodoni genetski kod se ogleda u zapisu.

dakle, genetski kod - unificirani sistem zapisi nasljednih informacija u molekulima nukleinske kiseline kao niz nukleotida . Genetski kod se zasniva na upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri slova-nukleotida, koja se razlikuju po azotnim bazama: A, T, G, C.

Osnovna svojstva genetskog koda:

1. Genetski kod trojka. Triplet (kodon) je niz od tri nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu. Budući da proteini sadrže 20 aminokiselina, očigledno je da svaka od njih ne može biti kodirana jednim nukleotidom ( Pošto u DNK postoje samo četiri tipa nukleotida, u ovom slučaju 16 aminokiselina ostaje nekodirano). Dva nukleotida također nisu dovoljna za kodiranje aminokiselina, jer se u ovom slučaju može kodirati samo 16 aminokiselina. To znači da najmanji broj nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu mora biti najmanje tri. U ovom slučaju, broj mogućih nukleotidnih tripleta je 43 = 64.

2. redundantnost (degeneracija) Kod je posljedica njegove tripletne prirode i znači da se jedna aminokiselina može kodirati sa nekoliko tripleta (pošto ima 20 aminokiselina i 64 tripleta), s izuzetkom metionina i triptofana, koje kodira samo jedan triplet. Osim toga, neki tripleti obavljaju specifične funkcije: u molekuli mRNA, tripleti UAA, UAG, UGA su stop kodoni, tj. stani-signali koji zaustavljaju sintezu polipeptidni lanac. Triplet koji odgovara metioninu (AUG), koji se nalazi na početku lanca DNK, ne kodira aminokiselinu, već obavlja funkciju iniciranja (uzbudljivog) čitanja.

3. Nedvosmislenost kod - istovremeno sa redundantnošću, kod ima svojstvo nedvosmislenost : svaki kodon odgovara samo jedan određene aminokiseline.

4. Kolinearnost kod, tj. nukleotidna sekvenca u genu tačno odgovara redoslijedu aminokiselina u proteinu.

5. Genetski kod ne preklapaju se i kompaktni , tj. ne sadrži "znakove interpunkcije". To znači da proces čitanja ne dopušta mogućnost preklapanja kolona (trojki) i, počevši od određenog kodona, čitanje se nastavlja kontinuirano triplet za tripletom sve dok stani-signali ( stop kodoni).

6. Genetski kod univerzalni nuklearni geni svih organizama kodiraju informacije o proteinima na isti način, bez obzira na nivo organizacije i sistematski položaj ovih organizama.

Postoje tablice genetskih kodova za dešifrovanje kodoni mRNA i konstrukcija lanaca proteinskih molekula.

Reakcije sinteze matrice.

Reakcije nepoznate u neživoj prirodi dešavaju se u živim sistemima - reakcije sinteze matrice.

Termin "matrica" u tehnologiji označavaju kalup koji se koristi za livenje novčića, medalja i tipografskih fontova: očvrsnuti metal tačno reproducira sve detalje kalupa koji se koristi za livenje. Matrična sinteza nalikuje livenju na matricu: novi molekuli se sintetišu u tačnom skladu sa planom postavljenim u strukturi postojećih molekula.

Matrični princip leži u srži najvažniji sintetičke reakcijećelije, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. Ove reakcije osiguravaju tačan, strogo specifičan slijed monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima.

Ovdje se odvija usmjerena akcija. povlačenje monomera na određenu lokacijućelije - u molekule koji služe kao matrica u kojoj se odvija reakcija. Ako bi se takve reakcije dogodile kao rezultat nasumičnih sudara molekula, one bi se odvijale beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula na principu šablona se izvodi brzo i precizno. Uloga matrice Makromolekule nukleinskih kiselina igraju u matričnim reakcijama DNK ili RNK .

Monomerni molekuli iz kojih se sintetiše polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu sa principom komplementarnosti, lociraju se i fiksiraju na matrici po strogo definisanom, specificiranom redosledu.

Onda se to desi "unakrsno povezivanje" monomernih jedinica u polimerni lanac, a gotov polimer se ispušta iz matrice.

Nakon toga matrica je spremna na sklapanje novog molekul polimera. Jasno je da kao što se na dati kalup može izliti samo jedan novčić ili jedno slovo, tako se na datu matričnu molekulu može „sastaviti“ samo jedan polimer.

Matrični tip reakcije - specifična karakteristika hemija živih sistema. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića - njegove sposobnosti da reprodukuje svoju vrstu.

Reakcije sinteze šablona

1. DNK replikacija - replikacija (od latinskog replicatio - obnavljanje) - proces sinteze kćerke molekule deoksiribonukleinske kiseline na matrici roditeljskog molekula DNK. Tokom naknadne podjele matične ćelije, svaka ćelija kćerka prima jednu kopiju molekula DNK koja je identična DNK originalne matične ćelije. Ovaj proces osigurava da se genetske informacije precizno prenose s generacije na generaciju. Replikaciju DNK provodi složen enzimski kompleks koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, tzv. replisome . Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi prisutni u citoplazmi ćelija. Biološko značenje replikacije leži u tačnom prijenosu nasljedne informacije sa molekula majke na molekule kćeri, što se obično događa tokom diobe somatskih stanica.

Molekul DNK se sastoji od dva komplementarna lanca. Ovi lanci se drže slabim vodonične veze, sposoban da se razbije pod dejstvom enzima. Molekul DNK je sposoban za samoumnožavanje (replikaciju), a na svakoj staroj polovini molekule sintetiše se nova polovina.
Osim toga, molekul mRNA može se sintetizirati na molekulu DNK, koji zatim prenosi informacije primljene od DNK do mjesta sinteze proteina.

Prijenos informacija i sinteza proteina odvijaju se prema matričnom principu, koji je uporediv sa radom štamparske mašine u štampariji. Informacije iz DNK se kopiraju mnogo puta. Ukoliko dođe do grešaka tokom kopiranja, one će se ponoviti u svim narednim kopijama.

Istina, neke greške pri kopiranju informacija s molekulom DNK mogu se ispraviti - proces eliminacije greške se naziva reparacija. Prva od reakcija u procesu prijenosa informacija je replikacija molekula DNK i sinteza novih lanaca DNK.

2. Transkripcija (od latinskog transcriptio - prepisivanje) - proces sinteze RNK koristeći DNK kao šablon, koji se odvija u svim živim ćelijama. Drugim riječima, to je prijenos genetske informacije sa DNK na RNK.

Transkripciju katalizira enzim DNK-ovisna RNA polimeraza. RNK polimeraza se kreće duž molekule DNK u pravcu 3" → 5". Transkripcija se sastoji od faza inicijacija, elongacija i završetak . Jedinica transkripcije je operon, fragment molekule DNK koji se sastoji od promoter, transkribovani deo i terminator . mRNA se sastoji od jednog lanca i sintetizira se na DNK u skladu s pravilom komplementarnosti uz sudjelovanje enzima koji aktivira početak i kraj sinteze molekula mRNA.

Gotova molekula mRNA ulazi u citoplazmu na ribozome, gdje se odvija sinteza polipeptidnih lanaca.

3. Broadcast (od lat. prevod- prijenos, kretanje) - proces sinteze proteina iz aminokiselina na matrici informacijske (messenger) RNK (mRNA, mRNA), koju provodi ribosom. Drugim riječima, ovo je proces prevođenja informacija sadržanih u sekvenci nukleotida mRNA u sekvencu aminokiselina u polipeptidu.

4. Reverzna transkripcija je proces formiranja dvolančane DNK na osnovu informacija iz jednolančane RNK. Ovaj proces se naziva reverzna transkripcija, jer se prijenos genetske informacije odvija u "obrnutom" smjeru u odnosu na transkripciju. Ideja o reverznoj transkripciji u početku je bila vrlo nepopularna jer je bila u suprotnosti sa središnjom dogmom molekularne biologije, koja je pretpostavljala da se DNK transkribuje u RNK, a zatim prevodi u proteine.

Međutim, 1970. Temin i Baltimore su nezavisno otkrili enzim tzv reverzna transkriptaza (revertaza) , te je konačno potvrđena mogućnost reverzne transkripcije. Godine 1975. nagrađeni su Temin i Baltimore Nobelova nagrada u oblasti fiziologije i medicine. Neki virusi (kao što je virus ljudske imunodeficijencije, koji uzrokuje HIV infekciju) imaju sposobnost transkribiranja RNK u DNK. HIV ima RNA genom koji je integrisan u DNK. Kao rezultat, DNK virusa se može kombinovati sa genomom ćelije domaćina. Glavni enzim odgovoran za sintezu DNK iz RNK tzv obrnuto. Jedna od funkcija reverseasea je stvaranje komplementarnu DNK (cDNK) iz virusnog genoma. Povezani enzim ribonukleaza cijepa RNK, a reverzna sintetizira cDNK iz dvostruke spirale DNK. cDNK je integrisana u genom ćelije domaćina pomoću integraze. Rezultat je sinteza virusnih proteina od strane ćelije domaćina, koji formiraju nove viruse. U slučaju HIV-a programira se i apoptoza (ćelijska smrt) T-limfocita. U drugim slučajevima, ćelija može ostati distributer virusa.

Slijed matriksnih reakcija tokom biosinteze proteina može se predstaviti u obliku dijagrama.

dakle, biosinteza proteina- ovo je jedna od vrsta plastične razmjene, tokom koje se nasljedne informacije kodirane u DNK genima implementiraju u specifičnu sekvencu aminokiselina u proteinskim molekulima.

Proteinski molekuli su u suštini polipeptidnih lanaca, sastavljen od pojedinačnih aminokiselina. Ali aminokiseline nisu dovoljno aktivne da se međusobno kombinuju. Stoga, prije nego što se spoje jedna s drugom i formiraju proteinski molekul, aminokiseline moraju aktivirati . Ova aktivacija se događa pod djelovanjem posebnih enzima.

Kao rezultat aktivacije, aminokiselina postaje labilnija i pod djelovanjem istog enzima se vezuje za t- RNA. Svaka aminokiselina odgovara striktno specifičnom t- RNA, koji pronalazi “svoju” aminokiselinu i transferi u ribozom.

Shodno tome, različiti aktivirane aminokiseline u kombinaciji s vlastitim T- RNA. Ribozom je sličan transporter da sastavi proteinski lanac od raznih aminokiselina koje su mu dostavljene.

Istovremeno sa t-RNA, na kojoj "sjedi" vlastita aminokiselina, " signal"iz DNK koja se nalazi u jezgru. U skladu s ovim signalom, jedan ili drugi protein se sintetizira u ribosomu.

Usmjeravajući utjecaj DNK na sintezu proteina ne vrši se direktno, već uz pomoć posebnog posrednika - matrica ili glasnička RNK (m-RNA ili mRNA), koji sintetizirana u jezgru e pod uticajem DNK, pa njen sastav odražava sastav DNK. Molekul RNK je poput odljevka DNK oblika. Sintetizirana mRNA ulazi u ribozom i, takoreći, prenosi je u ovu strukturu plan- kojim redoslijedom se aktivirane aminokiseline koje ulaze u ribozom moraju međusobno kombinirati da bi se sintetizirao određeni protein? inače, genetske informacije kodirane u DNK prenose se na mRNA, a zatim na protein.

Molekul mRNA ulazi u ribozom i šavovi nju. Određuje se onaj njegov segment koji se trenutno nalazi u ribosomu kodon (trojka), na potpuno specifičan način stupa u interakciju s onima koji su mu strukturno slični triplet (antikodon) u transfer RNK, koja je dovela aminokiselinu u ribozom.

Transfer RNA sa svojom aminokiselinom odgovara specifičnom kodonu mRNA i povezuje sa njim; na sljedeći, susjedni dio mRNA dodaje se još jedna tRNA sa drugom amino kiselinom i tako sve dok se ne pročita cijeli lanac i-RNA, dok se sve aminokiseline ne redukuju odgovarajućim redoslijedom, formirajući proteinski molekul. I tRNA, koja je isporučila aminokiselinu u određeni dio polipeptidnog lanca, oslobođen od svojih aminokiselina i izlazi iz ribozoma.

Zatim, ponovo u citoplazmi, željena amino kiselina može joj se pridružiti i ponovo je prenijeti na ribosom. U procesu sinteze proteina istovremeno je uključen ne jedan, već nekoliko ribozoma - poliribozoma.

Glavne faze prijenosa genetskih informacija:

1. Sinteza na DNK kao šablon za mRNA (transkripcija)
2. Sinteza polipeptidnog lanca u ribosomima prema programu sadržanom u mRNA (translation) .

Faze su univerzalne za sva živa bića, ali se vremenski i prostorni odnosi ovih procesa razlikuju kod pro- i eukariota.

U prokariot transkripcija i translacija se mogu odvijati istovremeno jer se DNK nalazi u citoplazmi. U eukarioti transkripcija i translacija su strogo odvojeni u prostoru i vremenu: u jezgri se odvija sinteza različitih RNK, nakon čega molekule RNK moraju napustiti jezgro prolazeći kroz nuklearnu membranu. RNK se zatim transportuju u citoplazmi do mjesta sinteze proteina.

Predavanje 5. Genetski kod

Definicija pojma

Genetski kod je sistem za snimanje informacija o sekvenci aminokiselina u proteinima koristeći sekvencu nukleotida u DNK.

Pošto DNK nije direktno uključena u sintezu proteina, kod je napisan na jeziku RNK. RNK sadrži uracil umjesto timina.

Osobine genetskog koda

1. Trostruko

Svaka aminokiselina je kodirana nizom od 3 nukleotida.

Definicija: triplet ili kodon je niz od tri nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu.

Kod ne može biti monoplet, jer je 4 (broj različitih nukleotida u DNK) manji od 20. Kod se ne može duplirati, jer 16 (broj kombinacija i permutacija 4 nukleotida od 2) je manji od 20. Kod može biti triplet, jer 64 (broj kombinacija i permutacija od 4 do 3) je više od 20.

2. Degeneracija.

Sve aminokiseline, s izuzetkom metionina i triptofana, kodirane su sa više od jednog tripleta:

2 AK za 1 trojku = 2.

9 AK, po 2 trojke = 18.

1 AK 3 trojke = 3.

5 AK od 4 trojke = 20.

3 AK od 6 trojki = 18.

Ukupno 61 triplet kodira 20 aminokiselina.

3. Prisustvo intergenskih znakova interpunkcije.

definicija:

Gene - dio DNK koji kodira jedan polipeptidni lanac ili jedan molekul tRNA, rRNA ilisRNA.

GenitRNA, rRNA, sRNAproteini nisu kodirani.

Na kraju svakog gena koji kodira polipeptid nalazi se najmanje jedan od 3 tripleta koji kodiraju RNK stop kodone, ili stop signale. U mRNA imaju sljedeći oblik: UAA, UAG, UGA . Oni prekidaju (završavaju) emitovanje.

Konvencionalno, kodon takođe pripada znacima interpunkcije AUG - prvi iza vodeće sekvence. (Vidi 8. predavanje) Funkcioniše kao veliko slovo. U ovoj poziciji kodira formilmetionin (kod prokariota).

4. Nedvosmislenost.

Svaki triplet kodira samo jednu aminokiselinu ili je terminator translacije.

Izuzetak je kodon AUG . Kod prokariota, na prvoj poziciji (veliko slovo) kodira formilmetionin, a na bilo kojoj drugoj poziciji kodira metionin.

5. Kompaktnost ili odsustvo intragenskih znakova interpunkcije.
Unutar gena, svaki nukleotid je dio značajnog kodona.

Godine 1961. Seymour Benzer i Francis Crick su eksperimentalno dokazali trostruku prirodu koda i njegovu kompaktnost.

Suština eksperimenta: “+” mutacija - umetanje jednog nukleotida. "-" mutacija - gubitak jednog nukleotida. Jedna mutacija "+" ili "-" na početku gena kvari cijeli gen. Dvostruka mutacija "+" ili "-" također kvari cijeli gen.

Trostruka mutacija “+” ili “-” na početku gena kvari samo dio gena. Četvorostruka mutacija “+” ili “-” opet kvari cijeli gen.

Eksperiment to dokazuje Kod je transkribovan i unutar gena nema znakova interpunkcije. Eksperiment je izveden na dva susedna gena faga i pokazao je, pored toga, prisustvo znakova interpunkcije između gena.

6. Svestranost.

Genetski kod je isti za sva stvorenja koja žive na Zemlji.

Burrell je otvoren 1979. godine idealan kod ljudskih mitohondrija.

definicija:

“Ideal” je genetski kod u kojem je zadovoljeno pravilo degeneracije kvazi-dublet koda: ako se u dva tripleta poklapaju prva dva nukleotida, a treći nukleotidi pripadaju istoj klasi (oba su purini ili su oba pirimidini) , onda ovi trojci kodiraju istu aminokiselinu.

Postoje dva izuzetka od ovog pravila u univerzalnom kodu. Oba odstupanja od idealnog koda u univerzalu odnose se na fundamentalne točke: početak i kraj sinteze proteina:

Codon	Universal kod	Mitohondrijski kodovi
		Kičmenjaci	Beskičmenjaci	Kvasac	Biljke
	STOP				STOP
Sa UA
A G A		STOP
		STOP			230 supstitucija ne mijenja klasu kodirane aminokiseline. do kidavosti. Godine 1956. Georgiy Gamow je predložio varijantu koda koji se preklapa. Prema Gamow kodu, svaki nukleotid, počevši od trećeg u genu, dio je 3 kodona. Kada je genetski kod dešifrovan, pokazalo se da se ne preklapa, tj. Svaki nukleotid je dio samo jednog kodona. Prednosti preklapajućeg genetskog koda: kompaktnost, manja zavisnost strukture proteina od insercije ili delecije nukleotida. Nedostatak: struktura proteina u velikoj mjeri ovisi o zamjeni nukleotida i ograničenjima na susjedima. Godine 1976. sekvencionirana je DNK faga φX174. Ima jednolančanu kružnu DNK koja se sastoji od 5375 nukleotida. Poznato je da fag kodira 9 proteina. Za njih 6 identifikovani su geni koji se nalaze jedan za drugim. Ispostavilo se da postoji preklapanje. Gen E se nalazi u potpunosti unutar gena D . Njegov početni kodon je rezultat pomaka okvira jednog nukleotida. Gene J počinje tamo gde gen završava D . Startni kodon gena J preklapa se sa stop kodonom gena D kao rezultat pomaka dva nukleotida. Konstrukcija se naziva „pomeranjem okvira čitanja“ za broj nukleotida koji nije višestruki od tri. Do danas je preklapanje pokazano samo za nekoliko faga. Informacioni kapacitet DNK Na Zemlji živi 6 milijardi ljudi. Nasljedni podaci o njima zatvoreno u 6x10 9 spermatozoida. Prema različitim procjenama, osoba ih ima od 30 do 50 hiljade gena. Svi ljudi imaju ~30x1013 gena, ili 30x1016 parova baza, koji čine 1017 kodona. Prosječna stranica knjige sadrži 25x10 2 karaktera. DNK sperme 6x10 9 sadrži informacije jednake zapremini približno 4x10 13 stranica knjige. Ove stranice bi zauzimale prostor od 6 zgrada NSU. 6x10 9 spermatozoida zauzimaju pola naprstka. Njihov DNK zauzima manje od četvrtine naprstka.

Svaki živi organizam ima poseban skup proteina. Određeni nukleotidni spojevi i njihova sekvenca u molekuli DNK formiraju genetski kod. On prenosi informacije o strukturi proteina. Određen koncept je prihvaćen u genetici. Prema njemu, jedan gen je odgovarao jednom enzimu (polipeptidu). Treba reći da su istraživanja nukleinskih kiselina i proteina vršena u prilično dugom periodu. Kasnije ćemo u članku detaljnije pogledati genetski kod i njegova svojstva. Također će se dati kratka hronologija istraživanja.

Terminologija

Genetski kod je način kodiranja sekvence proteina aminokiselina koja uključuje sekvencu nukleotida. Ova metoda generiranja informacija svojstvena je svim živim organizmima. Proteini - prirodni organske materije sa visokom molekularnošću. Ova jedinjenja su takođe prisutna u živim organizmima. Sastoje se od 20 vrsta aminokiselina, koje se nazivaju kanonskim. Aminokiseline su raspoređene u lanac i povezane u strogo utvrđenom redoslijedu. On određuje strukturu proteina i njegova biološka svojstva. Također postoji nekoliko lanaca aminokiselina u proteinu.

DNK i RNK

Deoksiribonukleinska kiselina je makromolekula. Odgovorna je za prijenos, čuvanje i implementaciju nasljednih informacija. DNK koristi četiri azotne baze. To uključuje adenin, gvanin, citozin, timin. RNK se sastoji od istih nukleotida, osim što sadrži timin. Umjesto toga, postoji nukleotid koji sadrži uracil (U). Molekuli RNK i DNK su nukleotidni lanci. Zahvaljujući ovoj strukturi formiraju se nizovi - "genetska abeceda".

Implementacija informacija

Sinteza proteina, koju kodira gen, ostvaruje se kombinovanjem mRNA na DNK šablonu (transkripcija). Genetski kod se takođe prenosi u sekvencu aminokiselina. Odnosno, odvija se sinteza polipeptidnog lanca na mRNA. Za šifrovanje svih aminokiselina i signala za kraj proteinske sekvence dovoljna su 3 nukleotida. Ovaj lanac se naziva triplet.

Istorija studije

Provedene su studije proteina i nukleinskih kiselina dugo vremena. Sredinom 20. stoljeća konačno su se pojavile prve ideje o prirodi genetskog koda. Godine 1953. otkriveno je da se neki proteini sastoje od sekvenci aminokiselina. Istina, tada još nisu mogli utvrditi njihov tačan broj, a oko toga su se vodili brojni sporovi. Godine 1953. objavljena su dva rada autora Watsona i Cricka. Prvi je govorio o sekundarnoj strukturi DNK, drugi je govorio o njegovom dozvoljenom kopiranju pomoću sinteze šablona. Osim toga, akcenat je stavljen na činjenicu da je specifičan niz baza šifra koja nosi nasljedne informacije. američki i sovjetski fizičar Georgy Gamow je postavio hipotezu kodiranja i pronašao metodu za testiranje. Godine 1954. objavljen je njegov rad, tokom kojeg je predložio da se uspostave korespondencije između bočnih lanaca aminokiselina i „rupa“ u obliku dijamanta i da se to koristi kao mehanizam kodiranja. Tada se zvalo rombično. Objašnjavajući svoj rad, Gamow je priznao da bi genetski kod mogao biti trojka. Rad fizičara bio je jedan od prvih među onima koji su se smatrali bliskim istini.

Klasifikacija

Tokom godina, predloženi su različiti modeli genetskih kodova, dva tipa: koji se preklapaju i koji se ne preklapaju. Prvi se zasnivao na uključivanju jednog nukleotida u nekoliko kodona. Uključuje trouglasti, sekvencijalni i glavni-sporedni genetski kod. Drugi model pretpostavlja dva tipa. Kodovi koji se ne preklapaju uključuju kombinovani kod i kod bez zareza. Prva opcija temelji se na kodiranju aminokiseline tripletima nukleotida, a glavna stvar je njen sastav. Prema "šifri bez zareza", određene trojke odgovaraju aminokiselinama, ali druge ne. U ovom slučaju, vjerovalo se da ako su bilo koje značajne trojke poredane uzastopno, druge koje se nalaze u drugom okviru čitanja ne bi bile potrebne. Naučnici su vjerovali da je moguće odabrati nukleotidnu sekvencu koja će zadovoljiti ove zahtjeve, te da postoji tačno 20 tripleta.

Iako su Gamow i njegovi koautori doveli u pitanje ovaj model, on se smatrao najispravnijim u narednih pet godina. Početkom druge polovine 20. stoljeća pojavili su se novi podaci koji su omogućili otkrivanje nekih nedostataka u „šifri bez zareza“. Utvrđeno je da su kodoni sposobni inducirati sintezu proteina in vitro. Bliže 1965. shvaćen je princip svih 64 trojke. Kao rezultat toga, otkrivena je redundancija nekih kodona. Drugim riječima, sekvenca aminokiselina je kodirana s nekoliko tripleta.

Distinctive Features

Osobine genetskog koda uključuju:

Varijacije

Prvo odstupanje genetskog koda od standarda otkriveno je 1979. godine tokom proučavanja mitohondrijalnih gena u ljudskom tijelu. Daljnje slične varijante su dalje identificirane, uključujući mnoge alternativne mitohondrijske kodove. To uključuje dekodiranje UGA stop kodona, koji se koristi za određivanje triptofana u mikoplazmama. GUG i UUG kod arheja i bakterija se često koriste kao početne opcije. Ponekad geni kodiraju protein sa početnim kodonom koji se razlikuje od onog koji obično koristi vrsta. Osim toga, u nekim proteinima ribosom ubacuje selenocistein i pirolizin, koji su nestandardne aminokiseline. Ona čita stop kodon. Ovo zavisi od sekvenci koje se nalaze u mRNA. Trenutno se selenocistein smatra 21., a pirolizan 22. aminokiselinom prisutnom u proteinima.

Opće karakteristike genetskog koda

Međutim, svi izuzeci su rijetki. U živim organizmima genetski kod uglavnom ima niz zajedničke karakteristike. To uključuje sastav kodona, koji uključuje tri nukleotida (prva dva spadaju u definirajuća), prijenos kodona pomoću tRNA i ribozoma u sekvencu aminokiselina.

Kada je neophodna sinteza proteina, jedna ćelija se pojavljuje ispred ćelije. ozbiljan problem– informacije u DNK se pohranjuju kao sekvenca kodirana 4 karaktera(nukleotidi), a proteini se sastoje od 20 različitih simbola(aminokiseline). Ako pokušate upotrijebiti sva četiri simbola odjednom za kodiranje aminokiselina, dobit ćete samo 16 kombinacija, dok proteinogenih aminokiselina nema dovoljno.

Postoji primjer briljantnog razmišljanja o ovom pitanju:

"Uzmimo, na primjer, špil karata za igranje, u kojem obraćamo pažnju samo na boju karte. Koliko trojki istog tipa možete dobiti? Četiri, naravno: tri srca, tri karo, tri pika i tri trefanje. Koliko ima trojki sa dvije karte iste boje i jednom druge boje? Recimo da imamo četiri izbora za treću kartu. Dakle, imamo 4x3 = 12 mogućnosti. Uz to imamo četiri trojke sa sve tri različite karte. Dakle, 4+12+4=20, a ovo je tačan broj aminokiselina koje smo hteli da dobijemo" (George Gamow, inž. George Gamow, 1904-1968, sovjetski i američki teorijski fizičar, astrofizičar i popularizator nauke) .

Zaista, eksperimenti su dokazali da za svaku aminokiselinu postoje dva obavezna nukleotida i treća varijabla, manje specifična (“ efekat ljuljanja"). Ako uzmete tri znaka od četiri, dobijate 64 kombinacije, što uveliko premašuje broj aminokiselina. Tako se nalazi da je bilo koja aminokiselina kodirana sa tri nukleotida. Ovaj trio se zove kodon. Kao što je već spomenuto, postoje 64 opcije. Tri od njih ne kodiraju nijednu aminokiselinu, to su tzv. besmisleni kodoni"(francuski) besmislica- gluposti) ili "stop kodoni".

Genetski kod

Genetski (biološki) kod je način kodiranja informacija o strukturi proteina u obliku nukleotidne sekvence. Dizajniran je da prevede jezik od četiri karaktera nukleotida (A, G, U, C) u jezik od dvadeset znakova aminokiselina. Ima karakteristične karakteristike:

• Trostruko– tri nukleotida formiraju kodon koji kodira aminokiselinu. Postoji ukupno 61 čulni kodon.
• Specifičnost(ili nedvosmislenost) – svaki kodon odgovara samo jednoj aminokiselini.
• Degeneracija– jedna aminokiselina može odgovarati nekoliko kodona.
• Svestranost– biološki kod je isti za sve vrste organizama na Zemlji (međutim, postoje izuzeci u mitohondrijima sisara).
• Kolinearnost– sekvenca kodona odgovara sekvenci aminokiselina u kodiranom proteinu.
• Bez preklapanja– trojke se ne preklapaju jedna uz drugu, nalaze se jedna pored druge.
• Nema interpunkcije– nema dodatnih nukleotida ili bilo kojih drugih signala između tripleta.
• Jednosmjernost– tokom sinteze proteina, kodoni se čitaju uzastopno, bez preskakanja ili vraćanja nazad.

Međutim, jasno je da se biološki kod ne može izraziti bez dodatnih molekula koji obavljaju prijelaznu funkciju ili funkcija adaptera.

Adapterska uloga transfernih RNK

Transfer RNA su jedini posrednik između sekvence nukleinske kiseline od 4 slova i sekvence proteina od 20 slova.

Svaka transferna RNK ima specifičnu tripletnu sekvencu u antikodonskoj petlji ( antikodon) i može vezati samo aminokiselinu koja odgovara ovom antikodonu. Prisustvo jednog ili drugog antikodona u tRNA određuje koja će aminokiselina biti uključena u proteinski molekul, jer ni ribosom ni mRNA ne prepoznaju aminokiselinu.

dakle, uloga adaptera tRNA je:

1. u specifičnom vezivanju za aminokiseline,
2. u specifičnom, prema interakciji kodon-antikodon, vezanju za mRNA,
3. i kao rezultat toga, u inkorporaciji aminokiselina u proteinski lanac u skladu sa informacijama u mRNA.

Dodavanje aminokiseline tRNA vrši se enzimom aminoacil-tRNA sintetaza, koji ima specifičnost za dva spoja istovremeno: bilo koju aminokiselinu i njenu odgovarajuću tRNA. Za reakciju su potrebne dvije visokoenergetske ATP veze. Aminokiselina se veže na 3" kraj petlje akceptora tRNA kroz svoju α-karboksilnu grupu, a veza između amino kiseline i tRNA postaje makroergijski. α-amino grupa ostaje slobodna.