Protein ve nükleik asitlerin biyosentezi. Genler, genetik kod

Zincirler halinde sıralanırlar ve böylece genetik harf dizileri üretirler.

Genetik Kod

Hemen hemen tüm canlı organizmaların proteinleri yalnızca 20 çeşit amino asitten oluşur. Bu amino asitlere kanonik denir. Her protein, kesin olarak tanımlanmış bir sıraya bağlı bir zincir veya birkaç amino asit zinciridir. Bu dizi, proteinin yapısını ve dolayısıyla tüm biyolojik özelliklerini belirler.

CUU (Leu/L)Lösin
CUC (Leu/L)Lösin
CUA (Leu/L)Lösin
CUG (Leu/L)Lösin

Bazı proteinlerde selenosistein ve pirolizin gibi standart olmayan amino asitler, mRNA'daki dizilere bağlı olarak durdurma kodonunu okuyan bir ribozom tarafından eklenir. Selenosistein artık proteinleri oluşturan 21. amino asit, pirolizin ise 22. amino asit olarak kabul ediliyor.

Bu istisnalara rağmen, tüm canlı organizmalar ortak genetik kodlara sahiptir: bir kodon üç nükleotidden oluşur ve ilk ikisi belirleyicidir; kodonlar tRNA ve ribozomlar tarafından bir amino asit dizisine çevrilir.

Standarttan sapmalar genetik Kod.

Örnek	kodon	Normal anlam	Şöyle okur:
Bazı maya türleri Aday	C.U.G.	Lösin	Serin
Mitokondri, özellikle Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	Lösin	Serin
Yüksek bitkilerin mitokondrileri	CGG	Arginin	Triptofan
Mitokondri (istisnasız incelenen tüm organizmalarda)	U.G.A.	Durmak	Triptofan
Memelilerde mitokondri, Drosophila, S. cerevisiae ve birçok protozoa	AUA	İzolösin	Metiyonin = Başlangıç
Prokaryotlar	G.U.G.	Valin	Başlangıç
Ökaryotlar (nadir)	C.U.G.	Lösin	Başlangıç
Ökaryotlar (nadir)	G.U.G.	Valin	Başlangıç
Prokaryotlar (nadir)	UUG	Lösin	Başlangıç
Ökaryotlar (nadir)	A.C.G.	Treonin	Başlangıç
Memeli mitokondrisi	AGC, AGÜ	Serin	Durmak
Drosophila mitokondri	A.G.A.	Arginin	Durmak
Memeli mitokondrisi	BİR ŞAKA)	Arginin	Durmak

Genetik kodla ilgili fikirlerin tarihi

Ancak 20. yüzyılın 60’lı yıllarının başlarında ortaya çıkan yeni veriler “virgülsüz kod” hipotezinin tutarsızlığını ortaya çıkardı. Daha sonra deneyler, Crick tarafından anlamsız kabul edilen kodonların in vitro protein sentezini tetikleyebileceğini gösterdi ve 1965'e gelindiğinde 64 üçlünün hepsinin anlamı belirlendi. Bazı kodonların gereksiz olduğu, yani bir dizi amino asidin iki, dört ve hatta altı üçlü tarafından kodlandığı ortaya çıktı.

Ayrıca bakınız

Notlar

Genetik kod, iki amino asidin bir kodon tarafından hedeflenen şekilde eklenmesini destekler. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Bilim. 2009 9 Ocak;323(5911):259-61.
AUG kodonu metiyonini kodlar, ancak aynı zamanda bir başlangıç kodonu görevi de görür; çeviri genellikle mRNA'nın ilk AUG kodonuyla başlar.
NCBI: Andrzej (Anjay) Elzanowski ve Jim Ostell tarafından derlenen "Genetik Kodlar"
Jukes TH, Osawa S, Mitokondri ve kloroplastlardaki genetik kod., Deneyim. 1990 Aralık 1;46(11-12):1117-26.
Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (Mart 1992). "Genetik kodun evrimine dair son kanıtlar." Mikrobiyol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
SANGER F. (1952). "Proteinlerde amino asitlerin düzenlenmesi." Adv Protein Kimyası. 7 : 1-67. PMID14933251.
M. Ichas Biyolojik kod. - Dünya, 1971.
WATSON JD, CRICK FH. (Nisan 1953). “Nükleik asitlerin moleküler yapısı; deoksiriboz nükleik asit için bir yapı." Doğa 171 : 737-738. PMID13054692.
WATSON JD, CRICK FH. (Mayıs 1953). "Deoksiribonükleik asit yapısının genetik etkileri." Doğa 171 : 964-967. PMID13063483.
Crick FH. (Nisan 1966). "Genetik kod; dün, bugün ve yarın." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
G. GAMOW (Şubat 1954). "Deoksiribonükleik Asit ve Protein Yapıları Arasındaki Olası İlişki." Doğa 173 : 318.DOI:10.1038/173318a0. PMID 13882203.
GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). "Nükleik asitlerden proteinlere bilgi aktarımı sorunu." Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID13354508.
Gamow G, Ycas M. (1955). “PROTEİN VE RİBONÜKLEİK ASİT BİLEŞİMİNİN İSTATİSTİKSEL KORELASYONU. " Proc Natl Acad Sci ABD. 41 : 1011-1019. PMID16589789.
Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). “VİRGÜLSÜZ KODLAR. " Proc Natl Acad Sci ABD. 43 : 416-421. PMID16590032.
Hayes B. (1998). "Genetik Kodun İcadı." (PDF yeniden basımı). Amerikalı Bilim Adamı 86 : 8-14.

Edebiyat

Azimov A. Genetik kod. Evrim teorisinden DNA'nın şifresinin çözülmesine kadar. - M .: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 s. - ISBN 5-9524-2230-6.
Ratner V. A. Sistem olarak genetik kod - Soros eğitim dergisi, 2000, 6, No. 3, s. 17-22.
Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Proteinlerin genetik kodunun genel doğası - Nature, 1961 (192), s. 1227-32

Bağlantılar

Genetik Kod- Büyük Sovyet Ansiklopedisi'nden makale

Wikimedia Vakfı. 2010.

Nükleotidler DNA ve RNA Pürinler: adenin, guanin Pirimidin: sitozin, timin (urasil)	kodon- belirli bir amino asidi kodlayan bir nükleotid üçlüsü.
sekmesi. 1. Proteinlerde yaygın olarak bulunan amino asitler
İsim	Kısaltma
1. Alanin	Ala
2. Arginin	Argüman
3. Asparajin	Asn
4. Aspartik asit	asp
5. Sistein	Cys
6. Glutamik asit	Glu
7. Glutamin	Gln
8. Glisin	Gly
9. Histidin	Onun
10. İzolösin	Ile
11. Lösin	Leu
12. Lizin	Lys
13. Metionin	Tanışmak
14. Fenilalanin	Phe
15. Prolin	Profesyonel
16. Seri	Ser
17. Treonin	Thr
18. Triptofan	Trp
19. Tirozin	Tyr
20. Valin	Val

Amino asit kodu olarak da adlandırılan genetik kod, 4 azotlu bazdan birini içeren DNA'daki nükleotid kalıntılarının dizisini kullanarak bir proteindeki amino asitlerin dizisi hakkındaki bilgileri kaydeden bir sistemdir: adenin (A), guanin (G) ), sitozin (C) ve timin (T). Ancak çift sarmallı DNA sarmalı, bu sarmallardan birinin (yani RNA) kodladığı proteinin sentezinde doğrudan yer almadığından kod, onun yerine urasil (U) içeren RNA dilinde yazılır. timin. Aynı nedenden dolayı, bir kodun nükleotid çifti değil, bir nükleotid dizisi olduğunu söylemek gelenekseldir.

Genetik kod, kodon adı verilen belirli kod sözcükleriyle temsil edilir.

İlk kod sözcüğü 1961 yılında Nirenberg ve Mattei tarafından deşifre edildi. koli protein sentezi için gerekli olan ribozomları ve diğer faktörleri içeren bir ekstrakt. Sonuç, ortama gerekli mRNA'nın eklenmesi durumunda amino asitlerden proteinleri birleştirebilen, protein sentezi için hücre içermeyen bir sistemdi. Ortama sadece urasillerden oluşan sentetik RNA eklenerek sadece fenilalanin (polifenilalanin) içeren bir proteinin oluştuğunu buldular. Böylece, UUU nükleotid üçlüsünün (kodon) fenilalanine karşılık geldiği tespit edildi. Sonraki 5-6 yıl içerisinde genetik kodun tüm kodonları belirlendi.

Genetik kod, dört nükleotidle yazılan metni, 20 amino asitle yazılan protein metnine çeviren bir tür sözlüktür. Proteinde bulunan geri kalan amino asitler, 20 amino asitten birinin modifikasyonlarıdır.

Genetik kodun özellikleri

Genetik kod aşağıdaki özelliklere sahiptir.

Üçlü- Her amino asit üçlü bir nükleotid'e karşılık gelir. 4 3 = 64 kodon olduğunu hesaplamak kolaydır. Bunlardan 61'i semantik, 3'ü anlamsızdır (sonlandırma, durdurma kodonları).
Süreklilik(nükleotidler arasında ayırıcı işaret yok) - intragenik noktalama işaretlerinin olmaması;
Bir gen içindeki her nükleotid önemli bir kodonun parçasıdır. 1961'de Seymour Benzer ve Francis Crick, kodun üçlü doğasını ve sürekliliğini (kompaktlık) deneysel olarak kanıtladılar. [göstermek]

Deneyin özü: “+” mutasyon - bir nükleotidin eklenmesi. "-" mutasyon - bir nükleotidin kaybı.
Bir genin başlangıcındaki tek bir mutasyon ("+" veya "-") veya çift mutasyon ("+" veya "-"), genin tamamını bozar.
Bir genin başlangıcındaki üçlü mutasyon ("+" veya "-") genin yalnızca bir kısmını bozar.
Dörtlü bir “+” veya “-” mutasyon yine tüm geni bozar.
Deney iki bitişik faj geni üzerinde gerçekleştirildi ve şunu gösterdi:
1. kod üçlüdür ve genin içinde noktalama işareti yoktur
2. genler arasında noktalama işaretleri var
Genler arası noktalama işaretlerinin varlığı- başlatıcı kodonların (protein biyosentezini başlatırlar) ve sonlandırıcı kodonların (protein biyosentezinin sonunu gösterir) üçlüleri arasındaki varlığı;
Geleneksel olarak lider diziden sonraki ilk kodon olan AUG kodonu da noktalama işaretlerine aittir. Büyük harf görevi görür. Bu pozisyonda formilmetiyonini (prokaryotlarda) kodlar.
Bir polipeptidi kodlayan her genin sonunda 3 durdurma kodonundan veya durdurma sinyallerinden en az biri bulunur: UAA, UAG, UGA. Yayını sonlandırıyorlar.
Doğrusallık- mRNA kodonlarının ve proteindeki amino asitlerin doğrusal dizisinin yazışması.
özgüllük- Her bir amino asit, başka bir amino asit için kullanılamayan yalnızca belirli kodonlara karşılık gelir.
Tek yönlülük- kodonlar ilk nükleotidden sonrakilere doğru tek yönde okunur
Dejenerasyon veya fazlalık, - bir amino asit birkaç üçlü tarafından kodlanabilir (amino asitler - 20, olası üçlüler - 64, 61 tanesi anlamsaldır, yani ortalama olarak her bir amino asit yaklaşık 3 kodona karşılık gelir); istisnalar metiyonin (Met) ve triptofandır (Trp).
Kodun yozlaşmasının nedeni, ana anlamsal yükün üçlüdeki ilk iki nükleotid tarafından taşınması ve üçüncünün o kadar önemli olmamasıdır. Buradan kod dejenerasyonu kuralı : Eğer iki kodon aynı ilk iki nükleotide sahipse ve üçüncü nükleotidleri aynı sınıfa (pürin veya pirimidin) aitse, aynı amino asidi kodlarlar.
Ancak bu ideal kuralın iki istisnası vardır. Bu, izolösine değil metiyonine karşılık gelmesi gereken AUA kodonudur ve bir durdurma kodonu olan UGA kodonudur, oysa triptofana karşılık gelmesi gerekir. Kodun yozlaşmasının uyarlanabilir bir önemi olduğu açıktır.

Çok yönlülük- genetik kodun yukarıdaki özelliklerinin tümü, tüm canlı organizmaların karakteristiğidir.

kodon	Evrensel kod	Mitokondriyal kodlar
kodon	Evrensel kod	Omurgalılar	Omurgasızlar	Maya	Bitkiler
U.G.A.	DURMAK	Trp	Trp	Trp	DURMAK
AUA	Ile	Tanışmak	Tanışmak	Tanışmak	Ile
CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
A.G.A.	Argüman	DURMAK	Ser	Argüman	Argüman
AGG	Argüman	DURMAK	Ser	Argüman	Argüman

Son zamanlarda, kodun evrenselliği ilkesi, Berrell'in 1979'da kod yozlaşması kuralının karşılandığı ideal insan mitokondri kodunu keşfetmesiyle bağlantılı olarak sarsıldı. Mitokondriyal kodda, kod dejenerasyonu kuralının gerektirdiği gibi, UGA kodonu triptofana, AUA ise metiyonine karşılık gelir.

Belki de evrimin başlangıcında tüm basit organizmalar mitokondri ile aynı koda sahipti ve daha sonra hafif sapmalara uğradı.

Örtüşmeyen- genetik metnin üçlülerinden her biri birbirinden bağımsızdır, bir nükleotid yalnızca bir üçlünün parçasıdır; İncirde. örtüşen ve örtüşmeyen kod arasındaki farkı gösterir.
1976'da Faj φX174'ün DNA'sı dizilendi. 5375 nükleotidden oluşan tek sarmallı dairesel DNA'ya sahiptir. Fajın 9 proteini kodladığı biliniyordu. Bunlardan 6 tanesinde arka arkaya yer alan genler belirlendi.
Bir örtüşmenin olduğu ortaya çıktı. E geni tamamen D geninin içinde bulunur. Başlangıç kodonu, bir nükleotidin çerçeve kaymasının bir sonucu olarak ortaya çıkar. J geni, D geninin bittiği yerde başlar. J geninin başlangıç kodonu, iki nükleotid kaymasının bir sonucu olarak gen D'nin durdurma kodonu ile örtüşür. Bu yapıya, üçün katı değil, bir dizi nükleotid tarafından "okuma çerçeve değişimi" adı veriliyor. Bugüne kadar örtüşme yalnızca birkaç faj için gösterilmiştir.
Gürültü bağışıklığı- konservatif ikame sayısının radikal ikame sayısına oranı.
Kodlanan amino asidin sınıfında bir değişikliğe yol açmayan nükleotid ikame mutasyonlarına konservatif denir. Kodlanan amino asidin sınıfında değişikliğe yol açan nükleotid yer değiştirme mutasyonlarına radikal denir.
Aynı amino asit farklı üçlüler tarafından kodlanabildiğinden, üçlülerdeki bazı ikameler kodlanan amino asitte bir değişikliğe yol açmaz (örneğin, UUU -> UUC fenilalanin bırakır). Bazı ikameler bir amino asidi aynı sınıftan bir başkasına (polar olmayan, polar, bazik, asidik) dönüştürürken, diğer ikameler de amino asidin sınıfını değiştirir.
Her üçlüde 9 tekli oyuncu değişikliği yapılabilir. Hangi konumun değiştirileceğini seçmenin üç yolu vardır (1. veya 2. veya 3.) ve seçilen harf (nükleotid), 4-1=3 diğer harf (nükleotid) olarak değiştirilebilir. Toplam olası değiştirmeler nükleotidler - 61'e 9 = 549.
Genetik kod tablosunu kullanarak doğrudan hesaplama yaparak şunları doğrulayabilirsiniz: 23 nükleotid değişimi kodonların (translasyon sonlandırıcıları) ortaya çıkmasına neden olur. 134 ikame kodlanan amino asidi değiştirmez. 230 ikame, kodlanan amino asidin sınıfını değiştirmez. 162 ikame amino asit sınıfında bir değişikliğe yol açar; radikaldirler. 3. nükleotidin 183 ikamesinden 7'si çeviri sonlandırıcıların ortaya çıkmasına neden olur ve 176'sı muhafazakardır. 1. nükleotidin 183 ikamesinden 9'u sonlandırıcıların ortaya çıkmasına yol açar, 114'ü muhafazakar ve 60'ı radikaldir. 2. nükleotidin 183 ikamesinden 7'si sonlandırıcıların ortaya çıkmasına neden olur, 74'ü muhafazakar, 102'si radikaldir.

Genetik Kod- DNA'daki (RNA) genetik bilginin belirli bir nükleotid dizisi biçiminde kaydedilmesi için bir sistem. DNA ve RNA'daki belirli bir nükleotid dizisi, proteinlerin polipeptit zincirlerindeki belirli bir amino asit dizisine karşılık gelir. Kodu Rusça veya büyük harflerle yazmak gelenekseldir. Latin alfabesi. Her nükleotid, molekülünde bulunan azotlu bazın adının başladığı harfle belirtilir: A (A) - adenin, G (G) - guanin, C (C) - sitozin, T (T) - timin; Timinurasil yerine RNA'da - U (U). Nükleotid dizisi, AK'nin sentezlenen proteine dahil edilme sırasını belirler.

Genetik kodun özellikleri:

1. Üçlü- anlamlı bir kod birimi, üç nükleotidin (üçlü veya kodon) birleşimidir.
2. Süreklilik- Üçüzler arasında noktalama işareti yoktur, yani bilgiler sürekli okunur.
3. Örtüşmeyen- aynı nükleotid aynı anda iki veya daha fazla üçlünün parçası olamaz (birkaç çerçeve kayması proteinini kodlayan bazı virüs, mitokondri ve bakteri örtüşen genlerinde gözlenmez).
4. Belirsizlik(özgüllük) - belirli bir kodon yalnızca bir amino aside karşılık gelir (ancak Euplotescrassus'taki UGA kodonu iki amino asidi kodlar - sistein ve selenosistein)
5. Yozlaşma(fazlalık) - birkaç kodon aynı amino aside karşılık gelebilir.
6. Çok yönlülük- genetik kod, virüslerden insanlara kadar farklı karmaşıklık seviyelerindeki organizmalarda aynı şekilde çalışır (genetik mühendisliği yöntemleri buna dayanmaktadır; "Standart genetik kodun varyasyonları" bölümündeki tabloda gösterilen bir takım istisnalar vardır) altında).

Biyosentez koşulları

Protein biyosentezi, DNA molekülünden gelen genetik bilgiyi gerektirir; haberci RNA - bu bilginin çekirdekten sentez yerine kadar taşıyıcısı; ribozomlar - protein sentezinin kendisinin gerçekleştiği organeller; sitoplazmada bir dizi amino asit; amino asitleri kodlayan RNA'ları aktarır ve bunları ribozomlar üzerindeki sentez bölgesine aktarır; ATP, kodlama ve biyosentez süreci için enerji sağlayan bir maddedir.

Aşamalar

Transkripsiyon- Çekirdekte meydana gelen bir DNA matrisi üzerindeki her türlü RNA'nın biyosentezi süreci.

DNA molekülünün belli bir kısmı spirallenir, enzimlerin etkisi altında iki zincir arasındaki hidrojen bağları yok edilir. Bir şablonda olduğu gibi, bir DNA zincirinde, tamamlayıcı prensibe göre nükleotidlerden bir RNA kopyası sentezlenir. DNA bölümüne bağlı olarak ribozomal, taşıyıcı ve haberci RNA'lar bu şekilde sentezlenir.

MRNA sentezinden sonra çekirdeği terk eder ve ribozomlar üzerindeki protein sentezinin yapılacağı sitoplazmaya gönderilir.

Yayın- mRNA'nın proteinin birincil yapısı hakkında bilgi iletmede bir aracı olduğu ribozomlar üzerinde gerçekleştirilen polipeptit zincirlerinin sentezi süreci.

Protein biyosentezi bir dizi reaksiyondan oluşur.

1. Amino asitlerin aktivasyonu ve kodlanması. tRNA, merkezi döngüsünde belirli bir amino asit koduna ve mRNA üzerindeki kodona karşılık gelen üçlü bir antikodon bulunan bir yonca yaprağı şekline sahiptir. Her amino asit, ATP'nin enerjisi kullanılarak karşılık gelen tRNA'ya bağlanır. Ribozomlara giren bir tRNA-amino asit kompleksi oluşur.

2. mRNA-ribozom kompleksinin oluşumu. Sitoplazmadaki mRNA, granüler ER üzerindeki ribozomlarla bağlanır.

3. Polipeptit zincirinin birleştirilmesi. Antikodon-kodon tamamlayıcılığı ilkesine göre amino asitli tRNA, mRNA ile birleşerek ribozoma girer. Ribozomun peptid merkezinde iki amino asit arasında bir peptid bağı oluşur ve salınan tRNA ribozomdan ayrılır. Bu durumda, mRNA her seferinde bir üçlü ilerler, yeni bir tRNA (bir amino asit) getirir ve salınan tRNA'yı ribozomdan çıkarır. Tüm süreç ATP enerjisi tarafından sağlanır. Bir mRNA birkaç ribozomla birleşerek bir proteinin birçok molekülünün aynı anda sentezlendiği bir polisom oluşturabilir. Sentez, mRNA'da anlamsız kodonlar (durdurma kodları) başladığında sona erer. Ribozomlar mRNA'dan ayrılır ve bunlardan polipeptit zincirleri çıkarılır. Sentez işleminin tamamı granüler endoplazmik retikulum üzerinde gerçekleştiğinden, ortaya çıkan polipeptit zincirleri ER tübüllerine girer ve burada son yapılarını kazanır ve protein moleküllerine dönüştürülür.

Tüm sentez reaksiyonları, ATP enerjisinin harcanmasıyla özel enzimler tarafından katalize edilir. Sentez hızı çok yüksektir ve polipeptidin uzunluğuna bağlıdır. Örneğin Escherichia coli'nin ribozomunda 300 aminoasitlik bir protein yaklaşık 15-20 saniyede sentezlenir.

Farklı organizmaların genetik kodunun bazı ortak özellikleri vardır:
1) Üçlü. Kalıtsal bilgiler de dahil olmak üzere herhangi bir bilgiyi kaydetmek için, unsuru bir harf veya sembol olan belirli bir şifre kullanılır. Bu tür sembollerin toplamı alfabeyi oluşturur. Bireysel mesajlar, kod grupları veya kodonlar adı verilen karakterlerin birleşimiyle yazılır. Yalnızca iki karakterden oluşan iyi bilinen bir alfabe Mors alfabesidir. DNA'da 4 harf vardır - azotlu bazların adlarının ilk harfleri (A, G, T, C), bu, genetik alfabenin yalnızca 4 karakterden oluştuğu anlamına gelir. Kod grubu veya genetik kod kelimesi nedir? İçeriği genetik kodla yazılması gereken, bilinen 20 temel amino asit vardır, yani. 4 harf 20 kod kelimesi vermelidir. Diyelim ki bir kelime bir karakterden oluşuyor, o zaman sadece 4 kod grubu elde edeceğiz. Kelime iki karakterden oluşuyorsa, bu tür yalnızca 16 grup olacaktır ve bu, 20 amino asidi kodlamak için açıkça yeterli değildir. Bu nedenle kod sözcüğünün en az 3 nükleotid içermesi gerekir, bu da 64 (43) kombinasyon verecektir. Bu üçlü kombinasyon sayısı tüm amino asitleri kodlamak için oldukça yeterlidir. Dolayısıyla genetik kodun bir kodonu, bir nükleotid üçlüsüdür.
2) Dejenerasyon (artıklık), bir yandan gereksiz üçlüler, yani eş anlamlılar, diğer yandan "anlamsız" üçlüler içermesinden oluşan genetik kodun bir özelliğidir. Kod 64 kombinasyon içerdiğinden ve yalnızca 20 amino asit kodlandığından, bazı amino asitler birkaç üçlü tarafından kodlanır (arginin, serin, lösin - altı; valin, prolin, alanin, glisin, treonin - dört; izolösin - üç; fenilalanin, tirozin, histidin, lizin, asparagin, glutamin, sistein, aspartik ve glutamik asitler - iki; metiyonin ve triptofan - bir üçlü). Bazı kod grupları (UAA, UAG, UGA) hiçbir anlam yükü taşımamaktadır, yani “anlamsız” üçlülerdir. "Anlamsız" veya anlamsız kodonlar, zincir sonlandırıcılar (genetik metindeki noktalama işaretleri) olarak işlev görür ve protein zinciri sentezinin sonu için bir sinyal görevi görür. Bu kod fazlalığı büyük önem genetik bilginin aktarımının güvenilirliğini arttırmak.
3) Örtüşmeyen. Kod üçlüleri hiçbir zaman üst üste gelmez, yani her zaman birlikte yayınlanırlar. Bir DNA molekülünden bilgi okurken, bir üçlünün nitrojen bazını başka bir üçlünün bazlarıyla kombinasyon halinde kullanmak mümkün değildir.
4) Belirsizlik. Aynı üçlünün birden fazla aside karşılık geldiği durumlar yoktur.
5) Gen içerisinde ayırıcı işaretlerin olmaması. Genetik kod belirli bir yerden virgül olmadan okunur.
6) Çok yönlülük. sen çeşitli türler canlı organizmalarda (virüsler, bakteriler, bitkiler, mantarlar ve hayvanlar) aynı üçlüler aynı amino asitleri kodlar.
7) Tür özgüllüğü. DNA zincirindeki azotlu bazların sayısı ve dizilimi organizmadan organizmaya değişir.

Vücudun metabolizmasında başrol proteinlere ve nükleik asitlere aittir.
Protein maddeleri tüm hayati hücre yapılarının temelini oluşturur, alışılmadık derecede yüksek reaktiviteye sahiptir ve katalitik işlevlerle donatılmıştır.
Nükleik asitler hücrenin en önemli organının (çekirdeğin yanı sıra sitoplazma, ribozomlar, mitokondri vb.) bir parçasıdır. Nükleik asitler kalıtımda, vücudun değişkenliğinde ve protein sentezinde önemli, birincil bir rol oynar.

Plan sentez protein hücre çekirdeğinde depolanır ve doğrudan sentez çekirdeğin dışında gerçekleşir, bu nedenle gereklidir teslimat hizmeti kodlanmış plan çekirdekten sentez bölgesine. Bu dağıtım hizmeti RNA molekülleri tarafından gerçekleştirilir.

Süreç şu saatte başlıyor: çekirdek hücreler: DNA “merdiveninin” bir kısmı gevşer ve açılır. Bu sayede RNA harfleri ile bağlar oluşur. açık mektuplar DNA iplikçiklerinden birinin DNA'sı. Enzim, RNA harflerini bir iplikçik halinde birleştirmek için aktarır. DNA'nın harfleri bu şekilde RNA'nın harflerine "yeniden yazılır". Yeni oluşan RNA zinciri ayrılır ve DNA “merdiveni” yeniden kıvrılır. DNA'dan bilgi okuma ve RNA matrisini kullanarak sentezleme işlemine denir transkripsiyon ve sentezlenen RNA'ya haberci veya mRNA .

Daha sonraki modifikasyonlardan sonra bu tip kodlanmış mRNA hazırdır. mRNA çekirdekten çıkar ve mRNA'nın harflerinin çözüldüğü protein sentezi bölgesine gider. Her üç i-RNA harfi seti, belirli bir amino asidi temsil eden bir "harf" oluşturur.

Başka bir RNA türü ise bu amino asidi bulur, bir enzim yardımıyla yakalar ve protein sentezinin yapılacağı yere iletir. Bu RNA'ya transfer RNA veya t-RNA denir. mRNA mesajı okunup çevrildikçe amino asit zinciri büyür. Bu zincir bükülüp katlanarak benzersiz bir şekil alır ve tek bir protein türü oluşturur. Protein katlama süreci bile dikkat çekicidir: Her şeyi hesaplamak için bir bilgisayar gerekir seçenekler 100 aminoasitten oluşan ortalama büyüklükteki bir proteinin katlanması 1027(!) yıl alır. Vücutta 20 aminoasitlik bir zincirin oluşması bir saniyeden fazla sürmez ve bu süreç vücudun tüm hücrelerinde sürekli olarak gerçekleşir.

Genler, genetik kod ve özellikleri.

Dünya üzerinde yaklaşık 7 milyar insan yaşıyor. 25-30 milyon tek yumurta ikizleri dışında genetik olarak bütün insanlar farklıdır : Herkes benzersizdir, kendine özgü kalıtsal özelliklere, karakter özelliklerine, yeteneklere ve mizaca sahiptir.

Bu farklılıklar açıklanıyor genotiplerdeki farklılıklar- organizmanın gen kümeleri; Her biri benzersizdir. Genetik özellikler spesifik organizma somutlaştırılmıştır proteinlerde - bu nedenle, bir kişinin proteininin yapısı, çok az da olsa, başka bir kişinin proteininden farklıdır.

Bu demek değil hiçbir iki kişinin tamamen aynı proteinlere sahip olmamasıdır. Aynı işlevleri yerine getiren proteinler aynı olabilir veya birbirlerinden yalnızca bir veya iki amino asit kadar farklı olabilirler. Ancak bulunmuyor Dünyadaki tüm proteinlere sahip olan (tek yumurta ikizleri hariç) insanlar aynıdır .

Protein Birincil Yapı Bilgisi DNA molekülünün bir bölümündeki nükleotid dizisi olarak kodlanan, gen – Bir organizmanın kalıtsal bilgi birimi. Her DNA molekülü birçok gen içerir. Bir organizmanın tüm genlerinin toplamı onu oluşturur genotip . Böylece,

Gen, DNA'nın ayrı bir bölümüne karşılık gelen bir organizmanın kalıtsal bilgi birimidir.

Kalıtsal bilgilerin kodlanması aşağıdakiler kullanılarak gerçekleşir: genetik Kod tüm organizmalar için evrenseldir ve yalnızca genleri oluşturan ve belirli organizmaların proteinlerini kodlayan nükleotidlerin değişiminde farklılık gösterir.

Genetik Kod Her biri belirli bir amino asidi kodlayan (polipeptit zincirinde oluşturulacak) farklı dizilerde (AAT, HCA, ACG, THC, vb.) birleştirilen DNA nükleotitlerinin üçlülerinden (üçlülerinden) oluşur.

Aslında kod sayar mRNA molekülündeki nükleotid dizisi , Çünkü bilgiyi DNA'dan çıkarır (işlem transkripsiyonlar ) ve bunu sentezlenen proteinlerin moleküllerindeki bir amino asit dizisine çevirir (işlem yayınlar ).
MRNA'nın bileşimi, üçlüleri adı verilen A-C-G-U nükleotidlerini içerir. kodonlar : i-RNA üzerindeki DNA CGT'deki bir üçlü, üçlü bir GCA haline gelecektir ve üçlü bir DNA AAG, üçlü bir UUC haline gelecektir. Kesinlikle mRNA kodonları genetik kod kayda yansıtılır.

Böylece, genetik kod - moleküllerdeki kalıtsal bilgilerin kaydedilmesi için birleşik bir sistem nükleik asitler bir nükleotid dizisi olarak . Genetik kod, azotlu bazlarla ayırt edilen yalnızca dört harf-nükleotidden oluşan bir alfabenin kullanımına dayanmaktadır: A, T, G, C.

Genetik kodun temel özellikleri:

1. Genetik Kod üçlü. Bir üçlü (kodon), bir amino asidi kodlayan üç nükleotitten oluşan bir dizidir. Proteinler 20 amino asit içerdiğinden her birinin tek bir nükleotid tarafından kodlanamayacağı açıktır ( DNA'da yalnızca dört tip nükleotid bulunduğundan bu durumda 16 amino asit kodlanmamış olarak kalır.). Amino asitleri kodlamak için iki nükleotid de yeterli değildir, çünkü bu durumda yalnızca 16 amino asit kodlanabilir. Bu, bir amino asidi kodlayan en küçük nükleotid sayısının en az üç olması gerektiği anlamına gelir. Bu durumda olası nükleotid üçlülerinin sayısı 43 = 64'tür.

2. Artıklık (dejenerasyon) Kod, üçlü yapısının bir sonucudur ve yalnızca bir üçlü tarafından kodlanan metiyonin ve triptofan hariç, bir amino asidin birkaç üçlü tarafından kodlanabileceği anlamına gelir (çünkü 20 amino asit ve 64 üçlü vardır). Ek olarak, bazı üçlüler belirli işlevleri yerine getirir: bir mRNA molekülünde, UAA, UAG, UGA üçlüleri durdurma kodonlarıdır, yani. durmak-polipeptit zincirinin sentezini durduran sinyaller. DNA zincirinin başlangıcında yer alan metionine (AUG) karşılık gelen üçlü, bir amino asidi kodlamaz ancak okumayı başlatma (uyarma) işlevini yerine getirir.

3. Belirsizlik kod - artıklıkla aynı zamanda kod özelliği de vardır belirsizlik : her kodon yalnızca eşleşir bir belirli bir amino asit.

4. Doğrusallık kod, yani Bir gendeki nükleotid dizisi Kesinlikle Bir proteindeki amino asitlerin dizisine karşılık gelir.

5. Genetik kod örtüşmeyen ve kompakt yani “noktalama işaretleri” içermiyor. Bu, okuma sürecinin sütunların (üçlülerin) örtüşmesi olasılığına izin vermediği ve belirli bir kodondan başlayarak okumanın üçlüden üçlüye kadar sürekli olarak ilerlediği anlamına gelir. durmak-sinyaller ( kodonları durdurmak).

6. Genetik kod evrensel yani tüm organizmaların nükleer genleri, bu organizmaların organizasyon düzeyi ve sistematik konumu ne olursa olsun, proteinler hakkındaki bilgileri aynı şekilde kodlar.

Var olmak genetik kod tabloları şifre çözme için kodonlar mRNA ve protein molekül zincirlerinin yapımı.

Matris sentezi reaksiyonları.

Cansız doğada bilinmeyen reaksiyonlar canlı sistemlerde meydana gelir. matris sentezi reaksiyonları.

"Matris" terimi teknolojide, madeni para, madalya ve tipografik yazı tiplerini dökmek için kullanılan bir kalıbı belirtirler: sertleştirilmiş metal, döküm için kullanılan kalıbın tüm ayrıntılarını tam olarak yeniden üretir. Matris sentezi bir matris üzerine dökülmeye benzer: yeni moleküller, mevcut moleküllerin yapısında ortaya konan plana tam olarak uygun olarak sentezlenir.

Matris prensibi yalan söylüyor merkezde Nükleik asitlerin ve proteinlerin sentezi gibi hücrenin en önemli sentetik reaksiyonları. Bu reaksiyonlar, sentezlenen polimerlerdeki monomer birimlerinin kesin ve spesifik dizilimini sağlar.

Burada yön verici bir eylem var. monomerlerin belirli bir yere çekilmesi hücreler - reaksiyonun gerçekleştiği matris görevi gören moleküllere. Eğer bu tür reaksiyonlar moleküllerin rastgele çarpışmaları sonucu meydana gelseydi, sonsuz yavaşlıkta ilerleyeceklerdi. Karmaşık moleküllerin şablon prensibine dayalı sentezi hızlı ve doğru bir şekilde gerçekleştirilir. Matrisin rolü Nükleik asitlerin makromolekülleri matris reaksiyonlarında rol oynar DNA veya RNA .

Monomerik moleküller tamamlayıcılık ilkesine uygun olarak polimerin sentezlendiği - nükleotidler veya amino asitler - matris üzerinde kesin olarak tanımlanmış, belirlenmiş bir sırayla yerleştirilir ve sabitlenir.

Sonra olur Monomer birimlerinin bir polimer zincirine "çapraz bağlanması" ve bitmiş polimer matristen boşaltılır.

daha sonrasında matris hazır yeni bir polimer molekülünün bir araya getirilmesi. Belirli bir kalıba yalnızca bir madeni para veya bir harfin dökülebileceği gibi, belirli bir matris molekülü üzerinde de yalnızca bir polimerin "bir araya getirilebileceği" açıktır.

Matris reaksiyon tipi- canlı sistemlerin kimyasının belirli bir özelliği. Bunlar, tüm canlıların temel özelliği olan kendi türünü yeniden üretme yeteneğinin temelidir.

Şablon sentez reaksiyonları

1. DNA kopyalama - replikasyon (Latince replikasyondan - yenileme) - ana DNA molekülünün matrisi üzerinde bir yavru deoksiribonükleik asit molekülünün sentezlenmesi işlemi. Ana hücrenin daha sonraki bölünmesi sırasında, her yavru hücre, orijinal ana hücrenin DNA'sının aynısı olan bir DNA molekülünün bir kopyasını alır. Bu süreç genetik bilginin nesilden nesile doğru bir şekilde aktarılmasını sağlar. DNA replikasyonu, 15-20 farklı proteinden oluşan karmaşık bir enzim kompleksi tarafından gerçekleştirilir. replikom . Sentez materyali hücrelerin sitoplazmasında bulunan serbest nükleotidlerdir. Çoğalmanın biyolojik anlamı doğru iletim Normalde somatik hücrelerin bölünmesi sırasında meydana gelen, ana molekülden yavru moleküllere kalıtsal bilgi.

Bir DNA molekülü iki tamamlayıcı iplikten oluşur. Bu zincirler, enzimler tarafından kırılabilen zayıf hidrojen bağları ile bir arada tutulur. DNA molekülü kendi kendini çoğaltma (kopyalama) yeteneğine sahiptir ve her seferinde eski yarım molekülün yeni yarısı sentezlenir.
Ek olarak, bir DNA molekülü üzerinde bir mRNA molekülü sentezlenebilir ve bu daha sonra DNA'dan alınan bilgileri protein sentezi bölgesine aktarabilir.

Bilgi aktarımı ve protein sentezi devam eder matris ilkesi bir matbaada matbaanın çalışmasına benzetilebilir. DNA'daki bilgiler defalarca kopyalanır. Kopyalama sırasında hatalar meydana gelirse, bunlar sonraki tüm kopyalarda tekrarlanacaktır.

Doğru, bilgiyi bir DNA molekülüyle kopyalarken bazı hatalar düzeltilebilir - hata giderme sürecine denir tazminat. Bilgi aktarımı sürecindeki reaksiyonlardan ilki DNA molekülünün replikasyonu ve yeni DNA zincirlerinin sentezidir.

2. Transkripsiyon (Latince transkripsiyondan - yeniden yazma) - tüm canlı hücrelerde meydana gelen, şablon olarak DNA'yı kullanan RNA sentezi süreci. Yani genetik bilginin DNA'dan RNA'ya aktarılmasıdır.

Transkripsiyon, DNA'ya bağımlı RNA polimeraz enzimi tarafından katalize edilir. RNA polimeraz, DNA molekülü boyunca 3" → 5" yönünde hareket eder. Transkripsiyon aşamalardan oluşur başlatma, uzatma ve sonlandırma . Transkripsiyon birimi, bir DNA molekülünün bir parçası olan bir operondur. destekleyici, kopyalanan kısım ve sonlandırıcı . mRNA tek zincirden oluşur ve mRNA molekülünün sentezinin başlangıcını ve sonunu aktive eden bir enzimin katılımıyla tamamlayıcılık kuralına uygun olarak DNA üzerinde sentezlenir.

Bitmiş mRNA molekülü, polipeptit zincirlerinin sentezinin meydana geldiği ribozomların sitoplazmasına girer.

3. Yayın (enlemden itibaren tercüme- transfer, hareket) - ribozom tarafından gerçekleştirilen bir bilgi matrisi (haberci) RNA (mRNA, mRNA) üzerinde amino asitlerden protein sentezi süreci. Yani mRNA'nın nükleotid dizisinde yer alan bilginin polipeptitteki amino asit dizisine çevrilmesi işlemidir.

4. Ters transkripsiyon tek sarmallı RNA'dan gelen bilgiye dayanarak çift sarmallı DNA oluşturma işlemidir. Bu süreç genetik bilginin aktarımı transkripsiyona göre "ters" yönde gerçekleştiği için buna ters transkripsiyon denir. Ters transkripsiyon fikri başlangıçta pek popüler değildi çünkü DNA'nın RNA'ya kopyalandığını ve daha sonra proteinlere çevrildiğini varsayan moleküler biyolojinin merkezi dogmasıyla çelişiyordu.

Ancak 1970 yılında Temin ve Baltimore birbirlerinden bağımsız olarak adı verilen bir enzimi keşfettiler. ters transkriptaz (revertaz) ve ters transkripsiyon olasılığı nihayet doğrulandı. 1975'te Temin ve Baltimore, Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'ne layık görüldü. Bazı virüsler (HIV enfeksiyonuna neden olan insan bağışıklık yetersizliği virüsü gibi) RNA'yı DNA'ya kopyalama yeteneğine sahiptir. HIV, DNA'ya entegre edilmiş bir RNA genomuna sahiptir. Sonuç olarak virüsün DNA'sı, konakçı hücrenin genomuyla birleştirilebilir. RNA'dan DNA sentezinden sorumlu olan ana enzime denir tersine çevirme. Tersineazın işlevlerinden biri yaratmaktır. tamamlayıcı DNA (cDNA) viral genomdan. İlgili enzim ribonükleaz, RNA'yı böler ve ters enzim, DNA çift sarmalından cDNA'yı sentezler. CDNA, integraz yoluyla konakçı hücre genomuna entegre edilir. Sonuç: konakçı hücre tarafından viral proteinlerin sentezi, yeni virüsler oluştururlar. HIV durumunda T lenfositlerin apoptozu (hücre ölümü) de programlanmıştır. Diğer durumlarda hücre virüslerin dağıtıcısı olarak kalabilir.

Protein biyosentezi sırasındaki matris reaksiyonlarının sırası bir diyagram şeklinde gösterilebilir.

Böylece, protein biyosentezi- bu, DNA genlerinde kodlanan kalıtsal bilgilerin protein moleküllerindeki belirli bir amino asit dizisine uygulandığı plastik değişim türlerinden biridir.

Protein molekülleri esasen polipeptit zincirleri bireysel amino asitlerden oluşur. Ancak amino asitler kendi başlarına birbirleriyle birleşecek kadar aktif değildir. Bu nedenle amino asitlerin birbirleriyle birleşip protein molekülü oluşturmadan önce, etkinleştir . Bu aktivasyon özel enzimlerin etkisi altında gerçekleşir.

Aktivasyonun bir sonucu olarak amino asit daha kararsız hale gelir ve aynı enzimin etkisi altında t-'ye bağlanır. RNA. Her bir amino asit kesin olarak spesifik bir t-ye karşılık gelir. RNA“kendi” amino asidini bulan ve transferler ribozoma girer.

Sonuç olarak, çeşitli aktive edilmiş amino asitlerin kendi amino asitleriyle birleştirilmesi T- RNA. Ribozom şöyle konveyör kendisine sağlanan çeşitli amino asitlerden bir protein zinciri oluşturmak.

Eş zamanlı olarak kendi amino asidinin “oturduğu” t-RNA ile “ sinyal"çekirdeğin içerdiği DNA'dan. Bu sinyale uygun olarak ribozomda bir veya daha fazla protein sentezlenir.

DNA'nın protein sentezi üzerindeki yönlendirici etkisi doğrudan değil, özel bir aracının yardımıyla gerçekleştirilir. matris veya haberci RNA (m-RNA veya mRNA), Hangi çekirdeğe sentezlenir DNA'nın etkisi altında olduğundan bileşimi DNA'nın bileşimini yansıtır. RNA molekülü, DNA formunun bir kalıbı gibidir. Sentezlenen mRNA ribozoma girer ve onu bu yapıya aktarır. plan- Spesifik bir proteinin sentezlenebilmesi için ribozoma giren aktive edilmiş amino asitlerin birbirleriyle hangi sırayla birleşmesi gerekir? Aksi takdirde, DNA'da kodlanan genetik bilgi önce mRNA'ya, sonra da proteine aktarılır..

mRNA molekülü ribozoma girer ve dikişler o. Şu anda ribozomda bulunan bölümü belirlenir kodon (üçlü) yapısal olarak kendisine benzeyenlerle tamamen spesifik bir şekilde etkileşime girer üçlü (antikodon) Amino asidi ribozoma getiren transfer RNA'da.

Amino asidiyle birlikte transfer RNA, mRNA'nın spesifik bir kodonuyla eşleşir ve bağlanır onunla; mRNA'nın bir sonraki komşu bölümüne farklı bir amino asit içeren başka bir tRNA eklenir ve bu, i-RNA zincirinin tamamı okununcaya, tüm amino asitler uygun sırayla azaltılıp bir protein molekülü oluşana kadar devam eder. Amino asidi polipeptit zincirinin belirli bir kısmına ileten tRNA, amino asitlerinden arındırılmış ve ribozomdan çıkar.

Daha sonra yine sitoplazmada istenilen amino asit ona katılarak tekrar ribozoma aktarılabilir. Protein sentezi sürecinde aynı anda bir değil birkaç ribozom - poliribozomlar - rol oynar.

Genetik bilgi aktarımının ana aşamaları:

1. mRNA için şablon olarak DNA sentezi (transkripsiyon)
2. MRNA'nın içerdiği programa göre ribozomlarda bir polipeptit zincirinin sentezi (çeviri) .

Aşamalar tüm canlılar için evrenseldir, ancak bu süreçlerin zamansal ve mekansal ilişkileri pro- ve ökaryotlarda farklılık gösterir.

sen prokaryot DNA sitoplazmada yer aldığından transkripsiyon ve translasyon aynı anda gerçekleşebilir. sen ökaryotlar transkripsiyon ve translasyon, uzay ve zaman açısından kesin olarak ayrılmıştır: çekirdekte çeşitli RNA'ların sentezi meydana gelir, ardından RNA moleküllerinin nükleer membrandan geçerek çekirdeği terk etmesi gerekir. RNA'lar daha sonra sitoplazmada protein sentezi bölgesine taşınır.

Aşağıdaki materyaller ilginizi çekebilir