Генетичен код- начин за записване в ДНК молекула на информация за броя и реда на аминокиселините в протеина.

Имоти:

Триплетност – една аминокиселина е кодирана от три нуклеотида

Неприпокриване - един и същи нуклеотид не може да бъде част от два или повече триплета едновременно

Еднозначност (специфичност) – определен кодон отговаря само на един

Универсалност - генетичният код работи еднакво в организми с различни нива на сложност - от вируси до хора

Дегенерация (излишък) - няколко кодона могат да съответстват на една и съща аминокиселина.

14. Етапи на реализация на наследствената информация при прокариоти и еукариоти.

Репликация (синтез) на ДНК

Синтезът на ДНК винаги започва в строго определени точки. Ензимът топоизомераза развива спиралата. Хеликазата разкъсва водородните връзки между нишките на ДНК и образува вилица за репликация. SSB протеините предотвратяват повторното образуване на водородни връзки.

РНК праймазата синтезира къси РНК фрагменти (праймери), които са прикрепени към 3' края.

ДНК полимеразата започва от праймера и синтезира дъщерна верига (5 "3") -

Посоката на синтез на една верига от ДНК съвпада с посоката на движение на репликационната вилка, така че тази верига се синтезира непрекъснато. Тук синтезът протича бързо. Посоката на синтез на втората верига е противоположна на тази на репликационната вилка. Следователно синтезът на тази верига се извършва под формата на отделни участъци и протича бавно (фрагменти на Okazaki).

ДНК узряване: РНК праймерите се разцепват, липсващите нуклеотиди се допълват, ДНК фрагментите се свързват с помощта на лигаза. Топоизомеразата развива спиралата.

Етапи на внедряване на наследствена информация (при еукариоти)

1. Транскрипция

2. Обработка

3. Превод

4. Посттранслационни промени

Излъчване- синтеза на РНК молекула на базата на ДНК молекула. Ключовият ензим е РНК полимераза.

РНК полимеразата трябва да разпознае промотора и да взаимодейства с него. Промоторът е специален участък от ДНК, който се намира преди информационната част на гена. Взаимодействието с промотора е необходимо за активирането на РНК полимеразата. При активиране РНК полимеразата разкъсва водородните връзки между ДНК веригите.

Синтезът на РНК винаги се извършва по протежение на определена кодогенна ДНК верига.На тази верига промоторът е разположен по-близо до 3' края.

Синтезът на РНК се извършва съгласно принципите на комплементарност и антипаралелизъм.

РНК полимеразата достига стоп кодон (терминатор или терминиращ кодон).Това е сигнал за спиране на синтеза. Ензимът се инактивира, отделя се от ДНК и се освобождава новосинтезирана ДНК молекула – първичен транскрипт – про-РНК. Възстановява се оригиналната структура на ДНК.

Структурни характеристики на еукариотния ген:

При еукариотите гените включват области с различни функции.

А) Интрони - фрагменти от ДНК (ген), които не кодират аминокиселини в протеина

B) Екзоните са участъци от ДНК, които кодират аминокиселини в протеин.

Прекъснатият характер на гена е открит от Робъртс и Шарп (Номерна награда 1903 г.).

Броят на интроните и екзоните в различните гени варира значително.

Обработка(узряване)

Първичният транскрипт узрява и се образува зряла информационна РНК молекула, която може да участва в протеиновия синтез на рибозомите.

В 5" края на РНК се образува специално място (структура) - CEP или капачка. CEP осигурява взаимодействие с малката субединица на рибозомата.

В 3" края на РНК са прикрепени от 100 до 200 молекули нуклеотиди, носещи аденин (polyA). По време на протеиновия синтез тези нуклеотиди постепенно се отцепват, разрушаването на polyA е сигнал за разрушаването на молекулите на РНК.

Към някои РНК нуклеотиди се добавя СН 3 група - метилиране. Това повишава устойчивостта на ДНК към действието на цитоплазмените ензими.

Сплайсинг - интроните се изрязват и екзоните се зашиват заедно. Рестрикционният ензим премахва, лигаза омрежва)

Зрялата информационна РНК включва:

Лидерът осигурява свързването на информационната РНК към субединицата на рибозомата.

SC - начален кодон - еднакъв за всички информационни РНК, кодира аминокиселина

Кодиращ регион - кодира аминокиселини в протеин.

Стоп кодон - сигнал за спиране на протеиновия синтез.

По време на обработката се извършва строг подбор в цитоплазмата, около 10% от молекулите от броя на първичните транскрипти се освобождават от ядрото.

Алтернативно снаждане

Човек има 25-30 хиляди гена.

При хората обаче са изолирани около 100 хиляди протеина.

Алтернативният сплайсинг е ситуация, при която един и същ ген осигурява синтеза на едни и същи проРНК молекули в клетки на различни тъкани. В различните клетки броят и границите между екзоните и интроните се определят по различен начин. В резултат от едни и същи първични транскрипти се получават различни тРНК и се синтезират различни протеини.

Алтернативен сплайсинг е доказан за около 50% от човешките гени.

Транслацията е процес на сглобяване на пептидна верига върху рибозоми според информацията, съдържаща се в иРНК.

1. Посвещение (начало)

2. Удължение (удължаване на молекулата)

3. Прекратяване (край)

Посвещение.

Молекулата matrRNA контактува с малката субединица на рибозомата с помощта на CEP. Лидерът на РНК се свързва с субединица на рибозомата. ТрансРНК, която носи транспортната киселина метионин, е прикрепена към началния кодон. След това се присъединява голямата субединица на рибозомата. В цялата рибозома се образуват два активни центъра: аминоацил и пептидил. Аминоацилът е свободен, а пептидилът е зает от тРНК с метионин.

Удължение.

Аминоацилният център съдържа иРНК, чийто антикодон съответства на кодиращия.

След това рибозомата се измества спрямо иРНК с кодон 1. В този случай се освобождава аминоацилният център. ИРНК се намира в пептидиловия център и се свързва с втората аминокиселина. Процесът се повтаря циклично.

3. Прекратяване

Стоп кодон влиза в аминоацилния център, който се разпознава от специален протеин, това е сигнал за спиране на протеиновия синтез. Субединиците на рибозомата се разделят, освобождавайки иРНК и полипептидът се синтезира отново.

4. Посттранслационни промени.

По време на транслацията се образува първичната структура на полипептида.Това не е достатъчно за изпълнение на функциите на протеина, така че протеинът се променя, което осигурява неговата активност.

Образувано:

А) вторична структура (водородни връзки)

Б) глобула - третична структура (дисулфидни връзки)

В) кватернерна структура – ​​хемоглобин

Г) Гликозилиране - прикрепване на захарни остатъци (антитела) към протеина

Д) разцепване на голям полипептид на няколко фрагмента.

Разлики в прилагането на наследствена информация при прокариоти и еукариоти:

1. Прокариотите нямат екзони и интрони, така че няма етапи на обработка и сплайсинг.

2. При прокариотите транскрипцията и транслацията се извършват едновременно, т.е. Синтезът на РНК е в ход и синтезът на ДНК вече започва.

3. При еукариотите синтезата на различни видове РНК се контролира от различни ензими. При прокариотите всички видове РНК се синтезират от един ензим.

4. При еукариотите всеки ген има свой уникален промотор, при прокариотите един промотор може да контролира работата на няколко гена.

5. Само прокариотите имат оперонна система

Основно важно свойство на генетичната информация е нейната способност да се прехвърля (пренася) както в рамките на една клетка, така и от родителска клетка към дъщерни клетки или между клетки на различни индивиди в процесите на клетъчно делене и възпроизводство на организми. Що се отнася до посоките на вътреклетъчния трансфер на генетична информация, при ДНК-съдържащите организми те са свързани с процесите на репликация на ДНК молекулите, т.е. с копирането на информация (вижте подраздел 1.2) или със синтеза на РНК молекули (транскрипция) и образуването на полипептиди (транслация) (фиг. 1.14). Както е известно, всеки от тези процеси се осъществява на базата на принципите на матрицата и взаимното допълване.

Настоящите идеи за трансфера на генетична информация по схемата ДНК → РНК → протеин обикновено се наричат ​​„централната догма“ на молекулярната биология. Наред с тази (най-често срещана) посока на трансфер, която понякога се нарича "общ трансфер", съществува друга форма на реализация на генетична информация ("специализиран трансфер"), открита в РНК-съдържащите вируси. В този случай се наблюдава процес, наречен обратна транскрипция, при който първичният генетичен материал (вирусна РНК), който е влязъл в клетката гостоприемник, служи като шаблон за синтеза на комплементарна ДНК, използвайки ензима обратна транскриптаза (ревертаза), кодиран от вирусния геном. В бъдеще е възможно информацията на синтезираната вирусна ДНК да се реализира в обичайната посока. Следователно,

Ориз. 1.14. Основните направления на вътреклетъчния трансфер на генетична информация

специализиран трансфер на генетична информация се извършва по схемата РНК → ДНК → РНК → протеин.

Транскрипция е първият етап от общия трансфер на генетична информация и е процесът на биосинтеза на РНК молекули според програмата на ДНК. Основното значение на този процес е, че информацията на структурен ген (или няколко съседни гена), записана под формата на нуклеотидна последователност на ДНК кодираща верига в ориентация 3 "→ 5", се пренаписва (транскрибира) в нуклеотидна последователност на РНК молекула, синтезирана в посока 5 " → 3" въз основа на комплементарното съответствие на дезоксирибонуклеотидите на матричната верига на ДНК към РНК рибонуклеотиди (A-U, G-C, T-A, C-G) (фиг. 1.15). Като транскрипционни продукти (транскрипти) могат да се разглеждат всички видове РНК молекули, участващи в биосинтезата на протеините в клетката - матрична (информационна) РНК (иРНК, или иРНК), рибозомна РНК (рРНК), трансферна РНК (тРНК), малки ядрена РНК (snRNA).

Процесът на транскрипция се осигурява от сложното действие на редица ензими, включително РНК полимераза, която е сложен протеин, състоящ се от няколко субединици и способен да изпълнява няколко функции. За разлика от прокариотите (бактериите), в чиито клетки има само един тип РНК полимераза, която осигурява синтеза на различни РНК молекули, еукариотите имат три вида ядрени РНК полимерази (I, II, III), както и РНК полимерази на клетката. органели.съдържащи ДНК (митохондрии, пластиди). РНК полимераза I се намира в нуклеола и участва в синтеза на повечето рРНК молекули, РНК полимераза II осигурява синтеза на иРНК и snRNA, а РНК полимераза III синтезира тРНК и един вариант на рРНК молекули.

Транскрипцията се разделя на три основни етапа - инициация (началото на синтеза на РНК), елонгация (удължаване на полинуклеотидната верига) и терминация (край на процеса).

Ориз. 1.15. Синтез на РНК молекула върху шаблонна ДНК верига. Стрелката показва посоката, в която расте РНК веригата.

Инициирането на транскрипция зависи от предварителното специфично свързване на РНК полимераза към къса нуклеотидна последователност, разпозната от нея в областта на ДНК молекулата (промотора), разположена преди началната точка на структурния ген, от който започва синтезата на РНК. Промоторите на различни структурни гени могат да бъдат идентични или да съдържат различни нуклеотидни последователности, което вероятно определя ефективността на транскрипцията на отделните гени и способността за регулиране на самия процес на транскрипция (виж също раздел 1.6). Промоторите на много прокариотни гени съдържат универсалната последователност 5'-TATAAT-3' (блок на Pribnow), която се намира преди началната точка на разстояние от около 10 нуклеотида и се разпознава от РНК полимераза. Друга относително често срещана разпознаваема последователност от тези организми (5'-TTGACA-3') обикновено се намира на разстояние от около 35 нуклеотида от началната точка. В еукариотните геноми функцията за разпознаване на РНК полимераза II може да се изпълнява от универсалните последователности TATA (Hogness block), CAAT и тези, състоящи се от повтарящи се нуклеотиди G и C (GC мотиви). Този или онзи промоторен регион може да съдържа една от тези последователности или комбинация от две или три от тези последователности.

Специфичното силно свързване на РНК полимеразата към един или друг регион на промоторната област, който тя разпознава, й позволява да започне процеса на разплитане на ДНК молекулата до началната точка, от която започва да полимеризира рибонуклеотиди, използвайки едноверижен 3'- 5' ДНК фрагмент като матрица.

По-нататъшното размотаване на ДНК на структурния ген е придружено от удължаване на синтезирания полирибонуклеотид (удължаване на РНК веригата), което продължава, докато РНК полимеразата достигне терминаторната област. Последният е ДНК нуклеотидна последователност, която се разпознава от РНК полимеразата с участието на други протеинови терминиращи фактори, което води до края на синтеза на транскрипта и отделянето му от матрицата. В повечето случаи терминаторът се намира в края на структурния ген, осигурявайки синтеза на една моногенна иРНК молекула. В същото време при прокариотите е възможен синтезът на полигенна иРНК молекула, кодираща синтеза на две или повече полипептидни вериги. Има непрекъсната транскрипция на няколко съседни структурни гена, които имат един общ терминатор. Полигенната иРНК може да съдържа нетранслирани интергенни региони (спейсери), които разделят кодиращите региони за отделни полипептиди, което вероятно осигурява последващото разделяне на самите синтезирани полипептиди.

Тъй като структурните гени на еукариотите имат прекъсната (мозаична) структура, тяхната транскрипция има специфични особености, които я отличават от транскрипцията при прокариотите. В случай на еукариотен ген, кодиращ синтеза на полипептид, този процес започва с транскрипцията на цялата нуклеотидна последователност, съдържаща както екзон, така и интрон ДНК области. Получената иРНК молекула, която отразява структурата на целия мозаечен ген, който се нарича хетерогенна ядрена РНК (hnRNA) или проматриксна РНК (pro-mRNA), след това претърпява процес на узряване (тРНК обработка).

Обработкасе състои в ензимно разрязване на първичния транскрипт (hnRNA) с последващо отстраняване на неговите интронични региони и повторно обединяване (сплайсинг) на екзонични региони, образувайки непрекъсната кодираща последователност на зряла иРНК, която допълнително участва в транслацията на генетична информация. Като пример можем да разгледаме схемата за обработка на иРНК, синтезирана по време на транскрипцията на гена на β-глобиновата верига (фиг. 1.16), чиято структура беше обсъдена по-рано (виж фиг. 1.13).

Обработката също така включва къси snRNA молекули, състоящи се от приблизително 100 нуклеотида, които са последователности, които са комплементарни на последователностите в краищата на интронните области на hnRNA. Сдвояването на комплементарни нуклеотиди на snRNA и hnRNA насърчава сгъването на интронните региони в бримка и конвергенцията на съответните екзонови региони на hnRNA, което от своя страна ги прави достъпни за режещото действие на ензими (нуклеази). Следователно, snRNA молекулите осигуряват правилното изрязване на интрони от hnRNA.

По време на обработката, 5' и 3' краищата на появяващата се зряла иРНК молекула също се модифицират. Основното значение на този процес може да се види на диаграмите.

Ориз. 1.16. Обработка на човешки иРНК-глобинов ген

обработка на човешкия β-глобинов ген (виж Фиг. 1.16) и пълната нуклеотидна последователност на зрялата иРНК, получена в резултат на този процес. Както се вижда от фиг. 1.17, в 5 "края на последователността има кратък нетранслиран (водещ) регион, състоящ се от 17 триплета, които са маркирани с цифри със знак минус. Този регион е кодиран от транскрибирания (но нетранслиран) регион на първия екзон на β-гена (защрихован на фиг. 1.16). Модификацията на този участък се състои в образуването на 5 "крайна капачка (от английски, шапка с козирка- cap, hat), който е 7-метилгуанозинов остатък, прикрепен към съседен нуклеотид по необичаен начин (с помощта на трифосфатна връзка). Предполага се, че основната функция на капачката е свързана с разпознаването на специфична последователност на молекулата на рРНК, която е част от рибозомата, което осигурява прецизното прикрепване на цялата водеща област на молекулата на иРНК към специфична област на тази рибозома и инициирането на процеса на транслация. Възможно е също капачката да предпазва зрялата иРНК от преждевременно ензимно разграждане по време на нейното транспортиране от ядрото до клетъчната цитоплазма.

Модификацията на 3 "-края на β-глобинова иРНК, която също има къса нетранслирана последователност, кодирана от съответния регион на третия екзон на β-гена (виж Фиг. 1.16), е свързана с образуването на полиаденил (поли И)"опашка" на молекулата, състояща се от 100 - 200 последователно свързани остатъка на адениловата киселина. Действието на полиаденилиращия ензим не изисква матрица, но е необходимо наличието на сигнална последователност AAUAAAA в 3 "края на иРНК (виж фиг. 1.17). Предполага се, че полиаденилната "опашка" осигурява транспортирането на зряла иРНК към рибозомата, предпазвайки я от ензимно разрушаване, но самата тя постепенно се разрушава от цитоплазмени ензими, които разделят един след друг крайните нуклеотиди.

Излъчване като следващата стъпка в внедряването на генетичната информация е синтеза на полипептид върху рибозомата, в който като матрица се използва молекула иРНК (четене на информация в посока 5" → 3"). Трябва да се отбележи, че в прокариотните клетки, които нямат истинско ядро ​​с обвивка, хромозомният генетичен материал (ДНК) практически се намира в цитоплазмата, което определя непрекъснатия характер на връзката между процесите на транскрипция и транслация. С други думи, полученият водещ 5 "край на иРНК молекулата, чийто синтез все още не е завършен, вече е в състояние да влезе в контакт с рибозомата, инициирайки синтеза на полипептида, т.е. транскрипцията и транслацията протичат едновременно Що се отнася до еукариотите, процесите на транскрипция на тяхната ядрена генетична информация и нейната транслация трябва да бъдат разделени във времето поради обработката на РНК молекулите и необходимостта от тяхното последващо опаковане и

Ориз. 1.17. Нуклеотидна последователност на зрялата иРНК на човешкия α-глобинов ген. Последователността започва със 7-метилгуанозин в 5" края (захранващо място), последвано от къс нетранслиран РНК регион. Първият транслиран кодон (AUG) е с удебелен шрифт и е маркиран с числото 0, тъй като аминокиселината, която кодира ( метионин) впоследствие се разцепва от полипептида (Първата аминокиселина на зрелия протеин ще бъде валин, кодиран от GUG.) UAA стоп кодон (кодон 147), при който транслацията завършва (полипептидът се състои от 146 аминокиселини) и сигналната последователност за полиаденилиране (AAAAAA) в 3' края на транспорта от кариоплазмата в цитоплазмата с участието на специални транспортни протеини.

Както в случая с транскрипцията, процесът на транслация може грубо да се раздели на три основни етапа - иницииране, удължаване и терминиране.

За инициирането на транслацията спецификата на структурната организация на група идентични рибозоми (полирибозоми или полизоми), които могат да участват в синтеза на първичната структура на определена протеинова молекула (полипептид), кодирана от съответната иРНК, е от основно значение. Както е известно, индивидуалната рибозома е клетъчна органела, състояща се от рРНК молекули, които определят нейната специфичност, и протеини. Рибозомата съдържа 2 структурни субединици (големи и малки), които могат да бъдат диференцирани въз основа на способността им да се утаяват по различен начин по време на ултрацентрофугиране на препарати от пречистени рибозоми от разрушени клетки, т.е. според коефициента на утаяване (стойност 5). При определени условия в клетката може да настъпи разделяне (дисоциация) на тези две субединици или тяхното свързване (асоцииране).

Рибозомите на прокариотите, както и митохондриите и хлоропластите, се състоят от големи и малки субединици със стойности съответно 505 и 305, докато при еукариотите тези субединици имат различни размери (605 и 405). Тъй като процесът на транслация е проучен по-подробно при бактериите, той най-често се разглежда във връзка със структурата на рибозомите на тези организми. Както се вижда от фиг. 1.18, рибозомата съдържа 2 места, пряко свързани с инициирането на транслацията, обозначени като Р-място (аминоацил) и Р-място (пептидил), чиято специфичност се определя от комбинацията на съответните региони на субединици 505 и 305. При дисоциация на рибозомните субединици тези места стават "незавършени", което води до промяна в тяхната функционална специфичност.

Процесът на транслация включва и tRNA молекули, чиито функции са да транспортират аминокиселини от цитозола (цитоплазмен разтвор) до рибозомите. Молекулата на tRNA, която има вторична структура с форма на детелина, съдържа тройка нуклеотиди (антикодон), което осигурява нейната комплементарна връзка със съответния кодон (триплет) на молекулата на mRNA, кодираща синтеза на полипептида върху рибозомата, и акцепторно място (с 3 "-края на молекулата), към което е прикрепена определена аминокиселина (виж Фиг. 1.7). Процесът на прикрепване на всяка от 20-те аминокиселини към акцепторния край на съответната тРНК е свързан с нейната активиране от определен вариант на ензима аминоацил-тРНК-

Ориз. 1.18. Структурата на бактериалната рибозома: Р пептидилно място, А аминоацилно място

Ориз. 1.19. Начални етапи на превода: иницииращ комплекс; b удължение

синтетаза, използваща енергията на аденозин трифосфатите (АТФ молекули). Полученият специфичен комплекс от тРНК и аминокиселина, който се нарича аминоацил-тРНК, след това се придвижва до рибозомата и участва в синтеза на полипептида.

Инициирането на транслацията се осигурява от точното свързване на водещия 5 "край на молекулата на иРНК с определен участък от малката субединица на дисоциираната рибозома по такъв начин, че началният (иницииращ) кодон AUG на тази молекула се появява в" незавършената " Р-място (фиг. 1.19). Функционална характеристика на такова Р-място е, че то може да бъде заето само от иницииращата аминоацил-тРНК с UAC антикодон, който при еукариотите носи аминокиселината метионин, а при бактериите - формилметионин. Тъй като синтезата на полипептида винаги започва от N-края и се увеличава към С-края, тогава всички протеинови молекули, синтезирани в прокариотните клетки, трябва да започват с N-формилметионин, а в еукариотите - с N-метионин. тези аминокиселини впоследствие се разцепват ензимно по време на обработката на протеиновата молекула (виж фиг. 1.17).

След образуването на иницииращия комплекс в "незавършеното" Р-място (виж фиг. 1.19), става възможно повторното обединяване на малките и големите субединици на рибозомата, което води до "завършване" на Р-мястото и А-сайт. Едва след това следващата аминоацил-тРНК може да заеме мястото А въз основа на принципа

комплементарност на неговия антикодон със съответния иРНК кодон, разположен в тази област (виж фиг. 1.19).

Процесът на удължаване започва с образуването на пептидна връзка между иницииращата (първа във веригата) и следващите (втора) аминокиселини. След това рибозомата премества един триплет иРНК в посока 5" → 3", което е придружено от отделяне на иницииращата тРНК от матрицата (тРНК), от иницииращата аминокиселина и нейното освобождаване в цитоплазмата. В този случай втората аминоацил-тРНК се придвижва от А-мястото към Р-мястото и освободената И-мястото е заето от следващата (трета) аминоацил-тРНК. Процесът на последователно движение на рибозомата в "тройни стъпки" по протежение на иРНК веригата се повтаря, придружен от освобождаване на тРНК, навлизаща в Р-мястото и увеличаване на аминокиселинната последователност на синтезирания полипептид.

Прекратяването на транслацията е свързано с навлизането на един от трите известни стоп триплета на иРНК в L мястото на рибозомата. Тъй като такъв триплет не носи информация за никоя аминокиселина, но се разпознава от съответните терминиращи протеини, процесът на синтез на полипептид спира и той се отделя от матрицата (mRNA).

След като напусне функциониращата рибозома, свободният 5'-край на иРНК може да влезе в контакт със следващата рибозома от полизомната група, инициирайки синтеза на друг (идентичен) полипептид.Поради това разглежданият рибозомен цикъл се повтаря последователно с участието на няколко рибозоми от една и съща полизома, в резултат на което се синтезира група от идентични полипептиди.

Посттранслационна модификация на полипептид представлява последният етап от внедряването на генетичната информация в клетката, водещ до превръщането на синтезирания полипептид във функционално активна белтъчна молекула. В този случай първичният полипептид може да претърпи обработка, състояща се в ензимно отстраняване на иницииращи аминокиселини, разцепване на други (ненужни) аминокиселинни остатъци и в химична модификация на отделни аминокиселини. Тогава процесът на сгъване на линейната структура на полипептида възниква поради образуването на допълнителни връзки между отделните аминокиселини и образуването на вторичната структура на протеиновата молекула (фиг. 1.20). На тази основа се образува още по-сложна третична структура на молекулата.

При протеинови молекули, състоящи се от повече от един полипептид, се образува сложна кватернерна структура, в която се комбинират третичните структури на отделните полипептиди. Като пример, разгледайте модел на молекула на човешки хемоглобин (фиг. 1.21), състоящ се от

Ориз. 1.20. Вторична структура на рибонуклеазната ензимна молекула

Ориз. 1.21. Кватернерна структура на молекулата на човешкия хемоглобин

две α-вериги и две β-вериги, които образуват стабилна тетрамерна структура чрез водородни връзки. Всяка от глобиновите вериги съдържа и молекулата тема, която в комбинация с желязото е в състояние да свързва кислородните молекули, осигурявайки транспортирането им от еритроцитите.

Основни термини и понятия:акцепторен край на тРНК; аминоацил-тРНК; антикодон; хиРНК (про-РНК); иницииране на транскрипция и транслация; иницииране на аминоацил-тРНК и аминокиселина; mRNA иницииращ кодон; взаимно допълване; шапка с козирка; водещ 5"-край на иРНК; матрица; модификация на краищата на молекулата на иРНК; моногенна молекула на иРНК; иРНК (mRNA); snRNA; обратна транскриптаза (ревертаза); обратна транскрипция; общ трансфер; трансфер (трансфер) на информация; полигенен иРНК молекула; полипептид; полирибозома (полизома); посттранслационна модификация на полипептид; промотор; РНК и обработка на полипептиди; рибозома; РНК полимераза; рРНК; специализиран трансфер; сплайсинг; начална точка на транскрипция; терминатор; прекратяване на транскрипция и транслация; транскрипт; транскрипция на генетична информация; транслация на генетична информация; tRNA; удължаване на транскрипцията и транслацията; A-място на рибозомата; P-място на рибозомата.

През първата четвърт на ХХ век. беше показано, че елементарните наследствени черти се дължат на материални единици на наследствеността - гени, локализирани в хромозомите, където са разположени последователно един след друг в линеен ред. На тази основа се развива Т. X. Морган хромозомна теория за наследствеността,за което получава Нобелова награда за физиология или медицина през 1933 г. „за своите открития относно ролята на хромозомите в наследствеността“.

Учените също се опитаха да определят "продуктите" на генната активност, тоест онези молекули, които се синтезират в клетки под техен контрол. В трудовете на Ephrussi, Beadle и Tatum в навечерието на Втората световна война се излага идеята, че гените произвеждат протеини, но за това генът трябва да съхранява информация за синтеза на определен протеин (ензим). Едва през 60-те години на миналия век е открит сложният механизъм за реализиране на информацията, съдържаща се в ДНК, и нейното превеждане под формата на протеин.

ГЕНЕТИЧЕН КОДИдеята, че информацията за първичната структура на протеина е кодирана в ген, е представена от Ф. Крик в неговата хипотеза за последователност,според който последователността на структурните елементи на гена определя последователността на аминокиселинните остатъци в синтезираната полипептидна верига. Авторът на хипотезата предполага, че кодът най-вероятно е триплет, че кодиращата единица е представена от три двойки ДНК бази, подредени в определена последователност. Наистина, четири базови двойки ДНК: A-T, T-A, G-C, C-G - могат да кодират само 4 аминокиселини, ако приемем, че всяка двойка съответства на една аминокиселина. Известно е, че протеините са изградени от 20 основни аминокиселини. Ако приемем, че всяка аминокиселина съответства на две базови двойки, тогава могат да бъдат кодирани 16 аминокиселини (4 2). Това също не е достатъчно. С триплетен код от четири базови двойки могат да бъдат направени 64 кодона (4 3) и това е повече от достатъчно за кодиране на 20 аминокиселини. Експериментално доказателство, че генетичният код е триплет, е публикувано през 1961 г. (F. Crick et al.). През същата година на V Международен биохимичен конгрес в Москва М. Ниренберг и Й. Матеи докладват за декодирането на първия кодон (UUU - кодонът за фенилаланин) и, което е по-важно, предлагат метод за определяне състава на кодони в безклетъчната система за протеинов синтез.

Веднага възникнаха два въпроса: дали кодът се припокрива и дали кодът е изроден?

Ако кодоните се припокриват, тогава заместването на една двойка бази би довело до заместване на две или три аминокиселини наведнъж в синтезирания протеин. В действителност това не се случва и се взема предвид генетичният код не препокриващи се.

Кодът е изроденитъй като почти всяка аминокиселина е свързана с повече от един кодон, което определя тяхното разположение в първичната структура на синтезираната полипептидна верига. Само две аминокиселини - метионин и триптофан - са свързани с единични кодони - съответно AUG и UGG. Подреждането на всяка от трите аминокиселини - аргинин, левцин и серин - в първичната структура на полипептидната верига се определя от шест кодона и т.н. (виж таблица 3.2).

Сред характеристиките на генетичния код е и неговата многофункционалност(по принцип е еднакъв за всички живи организми). Открити са обаче и изключения от това правило. През 1981 г. е завършено определянето на пълната нуклеотидна последователност на човешката митохондриална ДНК, съдържаща 16 569 нуклеотидни двойки. Получените резултати показват, че митохондриалните геноми на висшите и нисшите еукариоти, кодиращи приблизително еднакъв набор от функции, се характеризират с различия в семантичното значение на някои кодони, правилата за разпознаване на антикодон-кодон и общата структурна организация. Така се оказа, че за разлика от обичайния универсален код, кодонът AUA кодира метионин вместо изолевцин, а триплетите AGA и AGG не са аргининови кодони, а терминиращи сигнали. предавания; триптофанът е кодиран както от триплета UGG, така и от триплета UGA, който обикновено функционира като терминаторен кодон.

В генетичния код различни кодони на една и съща аминокиселина, т.е. синонимни кодони, са почти винаги в един и същи квадрат и се различават един от друг в последния от трите нуклеотида (единствените изключения са кодоните на аргинин, серен и левцин). , които имат шест кодона всеки , които не могат да се поберат в един квадрат, където се побират само четири кодона). Генетичният код има линеен ред на четене и се характеризира с колинеарност , т.е. съвпадението на реда на подреждане на кодоните в иРНК с реда на подреждане на аминокиселините на синтезираната полудипептидна верига.

СИНТЕЗПРОТЕИН В КЛЕТКА. Възпроизвеждането и действието на гените са свързани с матрични процеси: синтеза на макромолекули - ДНК, РНК, протеини. Репликацията вече беше разгледана по-горе като процес, който осигурява възпроизвеждането на генетична информация. Съвременната теория за гена, постижение на молекулярната генетика, разчита изцяло на успехите на биохимията в изследването на матричните процеси. Обратно, методът на генетичния анализ има значителен принос в изследването на матричните процеси, които сами по себе си са под генетичен контрол. Помислете за действието на ген, който осигурява транскрипция,или РНК синтез, и излъчване,или протеинов синтез.

ТранскрипцияДНК, Това - трансфер на генетична информация, кодирана в последователност от нуклеотидни двойки от двуверижна ДНК молекула към едноверижна РНК молекула. Шаблонът за синтеза на РНК е само една верига от ДНК, т.нар семантичен.

При транскрипцията, както и при други матрични процеси, има три етапа: започване, удължаванеи прекратяване на договора.Ензимът, който извършва този процес, се нарича ДНК-зависима РНК полимераза или просто РНК~полимераза;в този случай полимеризацията на полирибонуклеотид (РНК) се извършва в посока от 5 "към 3" края на нарастващата верига.

Синтезът на ензими и други протеини, необходими за живота и развитието на организмите, се извършва главно в първия етап на интерфазата, преди началото на репликацията на ДНК.

В резултат на транскрипцията наследствената информация, записана в ДНК на гена, е именно транскрибирани(пренаписан) в нуклеотидната последователност на тъмнината. Синтезът на иРНК започва от мястото на започване на транскрипцията, т.нар промоутър.Промоторът е разположен пред гена и включва около 80 базови двойки (при вируси и бактерии тази област съответства на около едно завъртане на спиралата на ДНК и включва около 10 базови двойки). Промоторните нуклеотидни последователности често съдържат двойки АТ, поради което се наричат ​​също ТАТА последователности.

Транскрипцията се извършва с помощта на ензими РНК полимераза. При еукариотите са известни три типа РНК полимерази: I - отговорни за синтеза на рРНК, II - за синтеза на иРНК; III – за синтеза на тРНК и нискомолекулна рРНК – 5S РНК.

РНК полимеразата се свързва силно с промотора и разделя нуклеотидите на комплементарните вериги. След това този ензим започва да се движи по гена (молекулата на ДНК) и, тъй като веригите се разединяват, води до (смислов) синтез на иРНК на една от тях, добавяйки, според принципа на допълване, аденин към тимин, урацил към аденин , гуанин към цитозин и цитозин към гуанин. Тези участъци от ДНК, върху които полимеразата образува иРНК, се свързват отново и синтезираната молекула на иРНК постепенно се отделя от ДНК. Краят на синтеза на иРНК се определя от мястото на спиране на транскрипцията -- терминатор.Нуклеотидните последователности на промотора и терминатора се разпознават от специални протеини, които регулират активността на РНК полимеразата.

Преди да излезете от ядрото, метилиран гуанинов остатък, наречен "капачка", се добавя към началната част на иРНК (5 "край) и около 200 остатъка от аденилова киселина се добавят към края на иРНК (3" - край). В тази форма зрялата иРНК преминава през ядрената мембрана в цитоплазмата до рибозомата и се комбинира с нея. Смята се, че при еукариотите "шапката" на иРНК участва в нейното свързване към малката субединица на рибозомата.

Излъчване тРНК.Това е протеинов синтез върху рибозоми, насочен от иРНК матрица. В този случай информацията се превежда от четирибуквената азбука на нуклеиновите киселини в двадесетбуквената азбука на аминокиселинните последователности на полипептидните вериги.

Има три етапа в този процес.

Активиране на свободни аминокиселини - образуване аминоациладенилатив резултат на взаимодействието на аминокиселините с АТФ под контрола на специфични за всяка аминокиселина ензими. Тези ензими са аминоацилРНК синтаза- участвайте в следващия етап.

Аминоацилирането на тРНК е прикрепването на аминокиселинни остатъци към тРНК чрез взаимодействие на тРНК и комплекса аминоацил-тРНК синтетаза с аминоациладенилати. В този случай всеки аминокиселинен остатък е прикрепен към своя специфичен клас тРНК.

Всъщност транслация или полимеризация на аминокиселинни остатъци с образуването на пептидни връзки.

Така по време на транслацията последователността от нуклеотиди в иРНК се транслира в съответната, строго подредена последователност от аминокиселини в синтезираната протеинова молекула. Процесът на транслация включва иРНК, рибозоми, тРНК, аминоацил-тРНК синтетази.

Сигнал иницииране на излъчванепри про- и еукариотите се използва кодонът OUT, ако е разположен в началото на иРНК. В този случай той се „разпознава“ от специализирана инициираща формилметионин (при бактерии) или метионин (при еукариоти) тРНК. В други случаи кодонът AUG се "чете" като метионин. Кодонът GUG може също да служи като иницииращ сигнал. Това взаимодействие се случва в рибозомата в нейния аминоацилен център (А-център), разположен предимно в малката субединица на рибозомата.

Взаимодействието на AUG кодона на информационната РНК, малката субединица на рибозомата и формилметионил-тРНК инициационен комплекс.Същността на това взаимодействие е, че той прикрепя своя антикод към AUG кодона на иРНК.

UAC е тРНК, която е уловила и пренася молекула от аминокиселината метионин (при бактериите инициаторът е тРНК, която пренася формилметионин). След това голямата субединица на рибозомата (50S*) се присъединява към този комплекс, състоящ се от малката субединица на рибозомата (30S*), иРНК и тРНК. В резултат на това се образува напълно сглобена рибозома, включваща една молекула иРНК и инициираща тРНК с аминокиселина. Рибозомата има аминоацили пептидилцентрове.

Първата аминокиселина (метионин) първо влиза в аминоацилния център. В процеса на свързване на по-голяма субединица на рибозомата, иРНК премества един кодон, тРНК се премества от аминоацилния център към пептидиловия център. Следващият иРНК кодон влиза в аминоацилния център, който може да се свърже с антикодона на следващата аминоацил-тРНК. От този момент започва вторият етап на превода - удължение,по време на който цикълът на прикрепване на аминокиселинните молекули към нарастващата полипептидна верига се повтаря многократно. И така, в съответствие с кодона на информационната РНК, втората молекула на тРНК, носеща следващата аминокиселина, влиза в аминоацилния център на рибозомата. Тази тРНК се свързва със своя антикодон към комплементарния кодон на иРНК. Незабавно, посредством пептицилтрансфераза, предшестващата аминокиселина (метионин) се свързва чрез нейната карбоксилна група (COOH) с аминогрупата (NH2) на новодоставената аминокиселина. Между тях се образува пептидна връзка. В този случай се освобождава водна молекула:

В резултат на това иРНК, която доставя метионина, се освобождава и дипептидът вече е прикрепен към тРНК в аминоацилния център. За по-нататъшно осъществяване на процеса на удължаване трябва да се освободи аминоацилният център, което се случва.

В резултат на процеса на транслация дипептидил-тРНК комплексът се придвижва от аминоацилния център към пептидиловия. Това се дължи на движението на рибозомата с един кодон с участието на ензима транслокациии фактор на удължаване на протеина. Освободената тРНК и иРНК кодонът, който е свързан с нея, излизат от рибозомата. Следващата тРНК доставя аминокиселина до освободения аминоацилов център в съответствие с получения там кодон. Тази аминокиселина е свързана с предишната аминокиселина чрез пептидна връзка. В този случай рибозомата придвижва напред още един кодон и процесът се повтаря, докато един от трите терминиращи кодона (безсмислени кодони), т.е. UAA, UAG или UGA, навлезе в аминоацилния център.

След като терминиращият кодон навлезе в аминоацилния център на рибозомата, започва третият етап на синтеза на полипептид - прекратяване на договора.Започва с прикрепването на един от протеиновите терминиращи фактори към иРНК терминиращия кодон, което води до блокиране на по-нататъшното удължаване на веригата. Прекратяването на синтеза води до освобождаване на синтезираната полипептидна верига и рибозомни субединици, които след освобождаване се дисоциират и могат да участват в синтеза на следващата полипептидна верига,

Целият процес на транслация е придружен от разцепване на GTP (гуанозин трифосфат) молекули и е необходимо участието на допълнителни протеинови фактори, специфични за процесите на иницииране (иницииращи фактори), удължаване (елонгационни фактори) и терминиране (терминационни фактори). Тези протеини не са неразделна част от рибозомата, но са прикрепени към нея на определени етапи от транслацията. Най-общо казано, процесът на транслация е еднакъв във всички организми.

Процесът на синтез на протеини е много сложен. В допълнение към споменатите, много други ензими осигуряват неговия поток. При д. коли са открити около 100 гена, които контролират синтеза на полипептиди и образуването на различни елементи, изграждащи транслационния апарат. Тъй като молекулата на иРНК е достатъчно дълга, няколко рибозоми могат да се присъединят към нея. Във всяка от рибозомите, свързани с една молекула на иРНК, се извършва синтеза на същите протеинови молекули, но този синтез е на различни етапи, което се определя от това кой от тях по-рано и кой по-късно е влязъл в контакт с молекулата на иРНК. Докато рибозомата се движи по иРНК (от нейната 5"- до Z "- край), началното място на веригата се освобождава, следващият активен рибозомен комплекс се сглобява върху него и синтезът на полипептида започва отново на същия шаблон. Когато няколко активни рибозоми взаимодействат с една иРНК молекула, полирибозома,или полизома.

Полипептидните вериги, образувани по време на протеиновия синтез, претърпяват посттранслационни трансформации и впоследствие изпълняват своите специфични функции. Първична структураполипептид се определя от последователността на аминокиселините в него. Полипептидните вериги спонтанно образуват определен вториструктура, която се определя от естеството на страничните групи от аминокиселинни остатъци (α-спирала, нагънат β-слой, произволна намотка). Всички тези и други структурни характеристики определят някаква фиксирана триизмерна конфигурация, която се нарича третичен(или пространствена) структура на полипептида,което по същество отразява начина, по който полипептидната верига е нагъната в триизмерното пространство.

Протеините могат да бъдат съставени от една или повече полипептидни вериги. Във втория случай те се наричат олигомерни протеини.Те се характеризират с определен кватернерна структура.Този термин се отнася до общата конфигурация на протеин, която е възникнала по време на свързването на всичките му съставни полипептидни вериги. По-специално, структурният модел на човешкия хемоглобин включва две α-вериги и две β-вериги, които са свързани помежду си и образуват кватернерна протеинова структура.

Точността на полипептидния синтез зависи от правилното образуване на система от водородни връзки между кодони и антикодони. Преди затварянето на следващата пептидна връзка с помощта на рибозоми се проверява правилността на образуването на двойка кодон-антикодон. Пряко доказателство в полза на активната роля на рибозомите в контрола на комплементарността на връзката кодон-антикодон е откриването на мутации, които променят рибозомните протеини и по този начин влияят върху точността на транслацията. Мутациите ще бъдат обсъдени в глава 6.

СПЕЦИАЛИЗИРАН ТРАНСФЕР НА ГЕНЕТИЧНА ИНФОРМАЦИЯ. РНК РЕПЛИКАЦИЯ.Познати са три вида процеси, в рамките на които се извършва специализиран трансфер на генетична информация. Един от тях - прехвърлянето на информация от РНК към РНК - може да бъде фиксиран само в клетки, заразени с вируси, чийто генетичен материал е представен от РНК. Това са по-специално вирусът на тютюневата мозайка и много други растителни вируси, РНК-съдържащи бактериофаги и някои други животински вируси, като полиовируси. Тези вирусни геномни РНК, едноверижни или двуверижни, носят гени, кодиращи специфични РНК реплики, които могат да синтезират комплементарни РНК молекули от РНК шаблона. Те от своя страна могат да служат като шаблони за синтез на копия на родителски РНК вериги по подобен начин. Прехвърлянето на генетична информация от РНК към РНК също се основава на принципа на комплементарни бази в родителската и дъщерната РНК вериги.

Обратна транскрипция.Този тип специализиран трансфер на генетична информация не от ДНК към РНК, а обратно от РНК към ДНК, е открит в животински клетки, заразени с определени видове вируси. Това е специален вид РНК-съдържащи вируси, т.нар ретровируси.Вече е установено, че друг вид вирус е ДНК-съдържащият вирус на хепатит. ATв своето развитие също използва трансфер на информация от РНК към ДНК.

Ретровирусите съдържат едноверижни РНК молекули, като всяка вирусна частица има две копия на РНК генома, т.е. вирусите от този тип са единствената известна разновидност на диплоидни вируси. Те са открити за първи път чрез способността им да причиняват образуване на тумори при животни. Първият вирус от този тип е описан през 1911 г. Пептън Рус, който открива инфекциозен сарком при пилета.

След като РНК на ретровируса навлезе в клетката гостоприемник, вирусният геном претърпява обратна транскрипция.В този случай първо се образува дуплекс РНК-ДНК, а след това двойноверижна ДНК. Тези стъпки предхождат експресията на вирусни гени на протеиново ниво и образуването на РНК геноми.

Ензимът, който катализира комплементарното копиране на РНК за образуване на ДНК, се нарича обратна транскриптаза.Съдържа се в ретровирусни частици (вириони) и се активира, след като вирусът навлезе в клетката и разруши нейната липидно-гликопротеинова обвивка.

Има все повече и повече доказателства, че обратната транскрипция се среща и в различни еукариотни клетки, а обратната транскриптаза играе важна роля в процесите на пренареждане на генома.

Ретровирусните обратни транскриптази са по същество ДНК полимерази, които могат да се използват in vitro като ДНК шаблон. Те обаче работят много по-ефективно върху РНК. Както всички ДНК полимерази, обратните транскриптази не са в състояние да инициират синтеза на нови ДНК вериги. Но ако синтезът вече е иницииран от праймер РНК или 3' края на ДНК, тогава ензимът ефективно извършва синтеза, използвайки ДНК веригата като шаблон.

Ретровирусите се оказаха много полезен инструмент в съвременните изследвания на генното инженерство. Те служат като източник за получаване на практически чиста обратна транскриптаза, ензим, който играе основна роля в множество изследвания, базирани на клонирането на еукариотни гени. По този начин, пречистена индивидуална иРНК, кодираща протеин, представляващ интерес за изследователя, като правило е много по-лесна за изолиране от геномен ДНК фрагмент, кодиращ този протеин. След това може да се направи ДНК копие на тази иРНК с помощта на обратна транскриптаза и да се вмъкне в подходящ плазмид за клониране и производство на значителни количества от желаната ДНК.

Превод на ДНК.Третият тип специализиран трансфер на генетична информация от ДНК директно към протеин е наблюдаван само в лабораторни условия in vitro. При тези условия някои антибиотици, по-специално стрептомицин и неомицин, взаимодействащи с рибозомите, могат да променят свойствата си по такъв начин, че рибозомите да започнат да използват едноверижна ДНК като матрица вместо иРНК, от която базовата последователност се транслира директно в аминокиселинна последователност на синтезирания полипептид.

1. Дайте определения на понятията.
Генетичен код - набор от комбинации от три нуклеотида, кодиращи 20 вида аминокиселини, които изграждат протеина.
Триплет- три последователни нуклеотида.
АнтикодонРегион в тРНК, състоящ се от три несдвоени нуклеотида, който се свързва специфично с иРНК кодон.
Транскрипция - процесът на синтез на РНК с използване на ДНК като матрица, протичащ във всички живи клетки.
Излъчване- процесът на синтез на протеини от аминокиселини върху матрицата на иРНК (mRNA), осъществяван от рибозомата.

2. Сравнете понятията "генетична информация" и "генетичен код". Какви са основните им различия?
Генетична информация - информация за структурата на протеините, кодирана с помощта на последователност от нуклеотиди - генетичния код - в гените.
С други думи, генетичният код е принципът на записване на генетична информация. Информацията е информация, а кодът е начинът, по който информацията се предава.

3. Попълнете клъстера "Свойства на генетичния код".
Свойства: триплет, еднозначност, излишък, неприпокриване, полярност, универсалност.

4. Какъв е биологичният смисъл на излишъка на генетичния код?
Тъй като има 61 кодона на 20 аминокиселини, които изграждат протеините, някои аминокиселини са кодирани от повече от един кодон (така нареченото кодово израждане).
Това излишък повишава надеждността на кода и целия механизъм на биосинтеза на протеини.

5. Обяснете какви са реакциите на матричен синтез. Защо се наричат ​​така?
Това е синтезът на сложни полимерни молекули в живите клетки, възникващ на базата на генетичната информация на клетката, кодирана върху матрицата (ДНК молекула, РНК). Синтезът на матрицата възниква по време на репликация, транскрипция и транслация на ДНК. Той е в основата на процеса на възпроизвеждане на себеподобните.

6. Скицирайте молекула tRNA и маркирайте основните й части.

7. Попълнете таблицата.

РОЛЯТА НА ОРГАНИЧНИТЕ ВЕЩЕСТВА В БИОСИНТЕЗАТА НА БЕЛТЪЦИ

8. Една от ДНК веригите има следната нуклеотидна последователност:
C-T-T-A-A-C-A-C-C-C-C-T-G-A-C-G-T-G-A-C-G-C-G-G-C- C-G
Напишете структурата на иРНК, синтезирана върху тази верига. Какъв ще бъде аминокиселинният състав на протеиновия фрагмент, синтезиран на базата на тази информация в рибозомата?
тРНК
G-A-A-U-U-G-U-G-G-G-G-A-C-U-G-C-A-C-U-G-C-G-C-C-G- G-C-
Полипептидна верига
Глу-ле-трп-гли-лей-гис-цис-ала-гли.

9. Скицирайте процеса на синтез на протеини.

10. Попълнете таблицата.

ЕТАПИ НА ВНЕДРЯВАНЕ НА НАСЛЕДСТВЕНА ИНФОРМАЦИЯ В КЛЕТКА

11. Прочетете § 2.10 и подгответе отговор на въпроса: „Защо декодирането на генетичния код е едно от най-важните научни открития на нашето време?“
Дешифрирането на генетичния код, т.е. определянето на "смисъла" на всеки кодон и правилата, по които се чете генетичната информация, се счита за едно от най-забележителните постижения на молекулярната биология.
Доказано е, че кодът е универсален за живеене. Откриването и декодирането на кода може да помогне да се намерят начини за лечение на различни хромозомни и геномни заболявания, да се проучи механизмът на метаболитните процеси на клетъчно и молекулярно ниво.
Бързо се натрупва огромно количество експериментални данни. Започна нов етап от изследването на ДНК. Молекулярната биология се е обърнала към много по-сложни надмолекулни и клетъчни системи. Оказа се възможно да се подходи към проблемите, свързани с молекулярната генетика на еукариотите, с явленията на онтогенезата.

12. Изберете верния отговор.
Тест 1
Синтезът на протеин не може да се случи:
2) в лизозомата;

Тест 2
Транскрипцията е:
3) синтез на тРНК върху ДНК;

Тест 3
Всички аминокиселини, които изграждат протеина, са кодирани за:
4) 64 тройки.

Тест 4
Ако за протеиновия синтез вземем рибозомите на лаврака, ензимите и аминокиселините на сивата врана, АТФ на бързия гущер, иРНК на дивия заек, тогава протеинът ще се синтезира:
4) див заек.

13. Установете съответствие между свойствата на генетичния код и техните характеристики.
Свойства на генетичния код
1. Тройност

3. Уникалност
4. Универсалност
5. Неприпокриване
6. Полярност
Характеристика
А. Всеки нуклеотид е част само от един триплет
Б. Генетичният код е еднакъв за всички живи организми на Земята
Б. Една аминокиселина е кодирана от три последователни нуклеотида
D. Някои триплети определят началото и края на превода
Д. Всеки триплет кодира само една специфична аминокиселина.
E. Една аминокиселина може да бъде дефинирана с повече от един триплет.

14. Поставете липсващия елемент.
Нуклеотид - Буква
Триплет - Слово
Ген - Предложение

15. Обяснете произхода и общото значение на думата (термин), въз основа на значението на корените, които го съставят.

16. Изберете термин и обяснете как съвременното му значение съответства на първоначалното значение на неговите корени.
Избраният термин е транскрипция.
Съответствие – терминът отговаря на първоначалното си значение, тъй като има прехвърляне на генетична информация от ДНК към РНК.

17. Формулирайте и запишете основните идеи на § 2.10.
Генетичната информация в живите организми се записва с помощта на генетичния код. Кодът е набор от комбинации от три нуклеотида (триплети), кодиращи 20 вида аминокиселини, които изграждат протеина. Кодът има свойствата:
1. Тройност
2. Дегенерация (излишък)
3. Уникалност
4. Универсалност
5. Неприпокриване
6. Полярност.
Процесите, чрез които се синтезират сложни полимерни молекули в живите клетки, протичат на базата на генетичната информация на клетката, кодирана върху матрицата (ДНК молекула, РНК). Матричният синтез е ДНК репликация, транскрипция и транслация.

1. Коя последователност правилно отразява начина на реализация на генетичната информация? Изберете един верен отговор:

ген → иРНК → протеин → черта,

Характеристика → протеин → иРНК → ген → ДНК,

РНК → ген → протеин → черта,

Ген → ДНК → черта → протеин.

2. Протеинът се състои от 50 аминокиселинни остатъка. Колко нуклеотида има в един ген? 3. Протеинът се състои от 130 аминокиселини. Задайте броя на нуклеотидите в иРНК и ДНК, които кодират този протеин, и броя на молекулите на тРНК, които са необходими за синтеза на този протеин. Обяснете отговора.

4. Протеинът се състои от 70 аминокиселини. Определете колко пъти молекулното тегло на генната част, кодираща този протеин, надвишава молекулното тегло на протеина, ако средното молекулно тегло на аминокиселина е 110, а нуклеотидът е 300. Обяснете отговора си.

6. Според указанията на наследствената информация клетката синтезира протеин, в началото на който аминокиселините са свързани в следната последователност: левцин - хистидин - аспарагин - валин - левцин - триптофан - валин - аргинин - аргинин - пролин - треонин - серин - тирозин - лизин - валин .. Определете иРНК, която контролира синтеза на посочения полипептид.

7. Кой триплет съответства на AAU антикодона на тРНК?

8. Фрагментът на иРНК веригата има следната нуклеотидна последователност: CGAGUAUGCUGG. Определете нуклеотидната последователност на ДНК, tRNA антикодони и аминокиселинната последователност, която съответства на този генен фрагмент.

митоза, мейоза

1. По време на анормална митоза в човешка тъканна култура, една от късите хромозоми (№ 21) не се разделя, а напълно преминава в една от дъщерните клетки. Какви набори от хромозоми ще носи всяка от дъщерните клетки?

2. В соматичната клетка на растението има 16 хромозоми. Една от клетките влезе в митоза, но на етапа на анафазата вретеното беше унищожено от колхицин. Клетката оцеля, завърши митозата. Определете броя на хромозомите и ДНК в тази клетка на всички етапи от следващия клетъчен цикъл?

3. В процеса на мейоза една от човешките хомоложни хромозоми не се споделя (неразпадане). Колко хромозоми съдържа всяка клетка, образувана в резултат на такава мейоза?

4. В животинска клетка диплоидният набор от хромозоми е 46. Определете броя на ДНК молекулите преди мейозата, след първото и след второто делене?

5. Клетката на гонадата преди мейозата има aaBvCC генотип. Напишете клетъчни генотипове:

а) за всички етапи на сперматогенезата;

б) за всички етапи на оогенезата.

6. Колко яйцеклетки могат да бъдат произведени от 500 овоцита от първи ред? 500 овоцита II ред? Обяснете отговора си с диаграма на оогенезата.