Genetik kod ve özellikleri biyolojisi. Kalıtsal bilgiyi kaydetmenin bir yolu olarak 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 organizmaların bir genetik kodu vardır. ortak özellikler: Bir kodon, ilk ikisinin belirleyici olduğu üç nükleotidden oluşur; kodonlar, tRNA ve ribozomlar tarafından bir amino asit dizisine çevrilir.

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

1. 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.
2. AUG kodonu metiyonini kodlar, ancak aynı zamanda bir başlangıç ​​kodonu görevi de görür; çeviri genellikle mRNA'nın ilk AUG kodonuyla başlar.
3. NCBI: Andrzej (Anjay) Elzanowski ve Jim Ostell tarafından derlenen "Genetik Kodlar"
4. Jukes TH, Osawa S, Mitokondri ve kloroplastlardaki genetik kod., Deneyim. 1990 Aralık 1;46(11-12):1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (Mart 1992). "Genetik kodun evrimine dair son kanıtlar." Mikrobiyol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). "Proteinlerde amino asitlerin düzenlenmesi." Adv Protein Kimyası. 7 : 1-67. PMID14933251.
7. M. Ichas Biyolojik kod. - Dünya, 1971.
8. WATSON JD, CRICK FH. (Nisan 1953). “Nükleik asitlerin moleküler yapısı; deoksiriboz nükleik asit için bir yapı." Doğa 171 : 737-738. PMID13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (Mayıs 1953). "Deoksiribonükleik asit yapısının genetik etkileri." Doğa 171 : 964-967. PMID13063483.
10. Crick FH. (Nisan 1966). "Genetik kod; dün, bugün ve yarın." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (Şubat 1954). "Deoksiribonükleik Asit ve Protein Yapıları Arasındaki Olası İlişki." Doğa 173 : 318.DOI:10.1038/173318a0. PMID13882203.
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). "Nükleik asitlerden proteinlere bilgi aktarımı sorunu." Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID13354508.
13. Gamow G, Ycas M. (1955). “PROTEİN VE RİBONÜKLEİK ASİT BİLEŞİMİNİN İSTATİSTİKSEL KORELASYONU. " Proc Natl Acad Sci ABD. 41 : 1011-1019. PMID16589789.
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). “VİRGÜLSÜZ KODLAR. " Proc Natl Acad Sci ABD. 43 : 416-421. PMID16590032.
15. 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.

Daha önce, nükleotidlerin Dünya'daki yaşamın oluşumunda önemli bir özelliğe sahip olduğunu vurgulamıştık - bir çözeltide bir polinükleotid zincirinin varlığında, ilgili nükleotidlerin tamamlayıcı bağlantısına dayanarak ikinci (paralel) zincirin oluşma süreci kendiliğinden gerçekleşir. . Her iki zincirde de aynı sayıda nükleotid bulunması ve bunların kimyasal afinitesi, bu tür reaksiyonun uygulanması için vazgeçilmez bir koşuldur. Ancak protein sentezi sırasında mRNA'dan gelen bilgiler protein yapısına uygulandığında tamamlayıcılık ilkesinin gözetilmesinden söz edilemez. Bunun nedeni, mRNA'da ve sentezlenen proteinde sadece monomer sayısının farklı olması değil, aynı zamanda özellikle önemli olan, aralarında yapısal bir benzerlik olmamasıdır (bir yanda nükleotidler, diğer yanda amino asitler). ). Bu durumda bilginin bir polinükleotidden bir polipeptit yapısına doğru bir şekilde dönüştürülmesi için yeni bir prensibin yaratılmasına ihtiyaç olduğu açıktır. Evrimde böyle bir prensip yaratılmıştır ve bunun temeli de genetik koddur.

Genetik kod bir kayıt sistemidir kalıtsal bilgi nükleik asit moleküllerinde, DNA veya RNA'daki nükleotid dizilerinin belirli bir değişimine dayanarak, proteindeki amino asitlere karşılık gelen kodonlar oluşturur.

Genetik kodun çeşitli özellikleri vardır.

Üçlülük.

Dejenerasyon veya artıklık.

Belirsizlik.

Polarite.

Örtüşmeyen.

Kompaktlık.

Çok yönlülük.

Bazı yazarların aynı zamanda kodun aşağıdakilerle ilgili başka özelliklerini de önerdiği dikkate alınmalıdır: kimyasal özellikler nükleotidlerin koduna dahil edilmiş veya vücudun proteinlerinde ayrı ayrı amino asitlerin oluşma sıklığı vb. Bununla birlikte, bu özellikler yukarıda sıralananlardan kaynaklanmaktadır, bu yüzden onları burada ele alacağız.

A. Üçlülük. Genetik kod, birçok karmaşık biçimde organize edilmiş sistem gibi, en küçük yapısal ve en küçük işlevsel birime sahiptir. Üçlü, genetik kodun en küçük yapısal birimidir. Üç nükleotidden oluşur. Kodon, genetik kodun en küçük işlevsel birimidir. Tipik olarak mRNA'nın üçlülerine kodon denir. Genetik kodda bir kodon çeşitli işlevleri yerine getirir. Öncelikle asıl işlevi tek bir amino asidi kodlamasıdır. İkinci olarak, kodon bir amino asidi kodlamayabilir ancak bu durumda başka bir işlevi yerine getirir (aşağıya bakın). Tanımdan da görülebileceği gibi üçlü, karakterize eden bir kavramdır. temel yapısal birim genetik kod (üç nükleotid). Kodon – karakterize eder temel anlam birimi genom - üç nükleotid, bir amino asidin polipeptit zincirine bağlanmasını belirler.

Temel yapı birimi önce teorik olarak çözüldü, ardından varlığı deneysel olarak doğrulandı. Aslında 20 amino asit bir veya iki nükleotid ile kodlanamaz çünkü ikincisinden sadece 4 tane var Dört nükleotitten üçü 43 = 64 varyant verir, bu da canlı organizmalarda bulunan amino asitlerin sayısından daha fazlasını kapsar (bkz. Tablo 1).

Tabloda sunulan 64 nükleotid kombinasyonunun iki özelliği vardır. İlk olarak, 64 üçlü varyanttan yalnızca 61'i kodondur ve herhangi bir amino asidi kodlar; bunlara denir. duyu kodonları. Üç üçlü kodlamıyor

Tablo 1.

Messenger RNA kodonları ve karşılık gelen amino asitler

amino asitler a, çevirinin sonunu gösteren durdurma sinyalleridir. Böyle üç üçüz var - UAA, UAG, UGA bunlara “anlamsız” (saçma kodonlar) da denir. Bir üçlüdeki bir nükleotidin diğeriyle değiştirilmesiyle ilişkili bir mutasyonun sonucu olarak, bir duyu kodonundan anlamsız bir kodon ortaya çıkabilir. Bu tip mutasyona denir saçma mutasyon. Gen içinde (bilgi bölümünde) böyle bir durdurma sinyali oluşursa, o zaman bu yerdeki protein sentezi sırasında süreç sürekli olarak kesintiye uğrayacaktır - proteinin yalnızca ilk (durma sinyalinden önce) kısmı sentezlenecektir. Bu patolojiye sahip bir kişi protein eksikliği yaşayacak ve bu eksikliğe bağlı semptomlar yaşayacaktır. Örneğin hemoglobin beta zincirini kodlayan gende bu tür bir mutasyon tespit edildi. Kısaltılmış, aktif olmayan bir hemoglobin zinciri sentezlenir ve bu hızla yok edilir. Sonuç olarak beta zincirinden yoksun bir hemoglobin molekülü oluşur. Böyle bir molekülün görevini tam olarak yerine getirmesinin mümkün olmadığı açıktır. Hemolitik anemi (beta-sıfır talasemi, Yunan kelimesi"Talasa" - Bu hastalığın ilk keşfedildiği Akdeniz).

Durdurma kodonlarının etki mekanizması duyu kodonlarının etki mekanizmasından farklıdır. Bu, amino asitleri kodlayan tüm kodonlar için karşılık gelen tRNA'ların bulunmuş olmasından kaynaklanmaktadır. Saçma kodonlar için hiçbir tRNA bulunamadı. Sonuç olarak tRNA, protein sentezinin durdurulması sürecinde yer almaz.

kodonAĞUSTOS (bazen bakterilerdeki GUG) yalnızca metionin ve valin amino asitlerini kodlamakla kalmaz, aynı zamandayayın başlatıcısı .

B. Dejenerasyon veya artıklık.

64 üçlünün 61'i 20 amino asidi kodlar. Üçüz sayısının amino asit sayısından üç kat fazla olması, bilgi aktarımında iki kodlama seçeneğinin kullanılabileceğini düşündürmektedir. Birincisi, 64 kodonun tamamı 20 amino asidin kodlanmasına dahil olamaz, ancak yalnızca 20 tanesi ve ikinci olarak amino asitler birkaç kodon tarafından kodlanabilir. Araştırmalar doğanın ikinci seçeneği kullandığını gösterdi.

Tercihi belli. Eğer 64 varyant üçlüsünden yalnızca 20'si amino asitleri kodlamaya dahil olsaydı, o zaman 44 üçlü (64'ten) kodlamasız kalacaktı; anlamsız (saçma kodonlar). Daha önce, mutasyon sonucu bir kodlama üçlüsünü anlamsız bir kodona dönüştürmenin bir hücrenin yaşamı için ne kadar tehlikeli olduğuna dikkat çekmiştik - bu, RNA polimerazın normal işleyişini önemli ölçüde bozarak sonuçta hastalıkların gelişmesine yol açar. Şu anda genomumuzdaki üç kodon anlamsızdır, ancak şimdi saçma kodonların sayısı yaklaşık 15 kat artarsa ​​ne olacağını hayal edin. Böyle bir durumda normal kodonlardan anlamsız kodonlara geçişin ölçülemeyecek kadar yüksek olacağı açıktır.

Bir amino asidin birkaç üçlü tarafından kodlandığı koda dejenere veya yedekli kod adı verilir. Hemen hemen her amino asidin birden fazla kodonu vardır. Böylece, lösin amino asidi altı üçlü tarafından kodlanabilir - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valin dört üçlü, fenilalanin ise iki ve yalnızca üçlü tarafından kodlanır. triptofan ve metiyonin bir kodon tarafından kodlanır. Aynı bilginin farklı sembollerle kaydedilmesine ilişkin özelliğe denir. yozlaşma.

Bir amino asit için belirlenen kodonların sayısı, amino asidin proteinlerde bulunma sıklığı ile iyi bir korelasyon gösterir.

Ve bu büyük olasılıkla tesadüfi değildir. Bir proteinde bir amino asidin oluşma sıklığı ne kadar yüksek olursa, bu amino asidin kodonu genomda o kadar sık ​​\u200b\u200btemsil edilir, mutajenik faktörlerden zarar görme olasılığı da o kadar yüksek olur. Bu nedenle, mutasyona uğramış bir kodonun, ileri derecede dejenere olması durumunda, aynı amino asidi kodlama şansının daha yüksek olduğu açıktır. Bu açıdan bakıldığında genetik kodun yozlaşması, insan genomunu hasardan koruyan bir mekanizmadır.

Dejenerasyon teriminin moleküler genetikte başka bir anlamda kullanıldığını da belirtmek gerekir. Böylece bir kodondaki bilginin büyük bir kısmı ilk iki nükleotidde bulunur; kodonun üçüncü pozisyonundaki bazın pek önemi yoktur. Bu olguya “üçüncü bazın dejenerasyonu” denir. İkinci özellik mutasyonların etkisini en aza indirir. Örneğin kırmızı kan hücrelerinin asıl görevinin akciğerlerden dokulara oksijen, dokulardan da karbondioksiti akciğerlere taşımak olduğu bilinmektedir. Bu işlev, eritrositin tüm sitoplazmasını dolduran solunum pigmenti - hemoglobin tarafından gerçekleştirilir. İlgili gen tarafından kodlanan bir protein parçası olan globinden oluşur. Hemoglobin molekülünde proteinin yanı sıra demir içeren hem de bulunur. Globin genlerindeki mutasyonlar farklı hemoglobin çeşitlerinin ortaya çıkmasına neden olur. Çoğu zaman mutasyonlar aşağıdakilerle ilişkilidir: bir nükleotidin diğeriyle değiştirilmesi ve gende yeni bir kodonun ortaya çıkması Hemoglobin polipeptit zincirinde yeni bir amino asidi kodlayabilen. Bir üçlüde, mutasyon sonucu herhangi bir nükleotid değiştirilebilir - birinci, ikinci veya üçüncü. Globin genlerinin bütünlüğünü etkileyen yüzlerce mutasyon bilinmektedir. Yakın 400 Bunlardan biri, bir gendeki tek nükleotidlerin değiştirilmesi ve bir polipeptitte karşılık gelen amino asit değişimi ile ilişkilidir. Bunlardan sadece 100 değişiklikler hemoglobinin dengesizliğine ve hafiften çok şiddetliye kadar çeşitli hastalıklara yol açar. 300 (yaklaşık %64) ikame mutasyonu hemoglobin fonksiyonunu etkilemez ve patolojiye yol açmaz. Bunun nedenlerinden biri, serin, lösin, prolin, arginin ve diğer bazı amino asitleri kodlayan bir üçlüdeki üçüncü nükleotidin değiştirilmesinin eşanlamlı bir kodonun ortaya çıkmasına yol açtığı yukarıda bahsedilen "üçüncü bazın dejenerasyonudur". aynı amino asidi kodluyor. Böyle bir mutasyon fenotipik olarak kendini göstermez. Buna karşılık, vakaların %100'ünde üçlüdeki birinci veya ikinci nükleotidin değiştirilmesi, yeni bir hemoglobin varyantının ortaya çıkmasına yol açar. Ancak bu durumda bile ciddi fenotipik bozukluklar olmayabilir. Bunun nedeni hemoglobindeki bir amino asidin, fizikokimyasal özellikleri bakımından ilkine benzer bir başka amino asitle yer değiştirmesidir. Örneğin, hidrofilik özelliklere sahip bir amino asit, aynı özelliklere sahip başka bir amino asitle değiştirilirse.

Hemoglobin, heme'nin demir porfirin grubundan (oksijen ve karbon dioksit molekülleri ona bağlı) ve protein - globinden oluşur. Yetişkin hemoglobini (HbA) iki özdeş içerir - zincirler ve iki -zincirler. Molekül -zincir 141 amino asit kalıntısı içerir, -zincir - 146, - Ve -zincirler birçok amino asit kalıntısı bakımından farklılık gösterir. Her globin zincirinin amino asit dizisi kendi geni tarafından kodlanır. Gen kodlaması -zincir 16. kromozomun kısa kolunda bulunur, -gen - 11. kromozomun kısa kolunda. Gen kodlamasında ikame -birinci veya ikinci nükleotidin hemoglobin zinciri neredeyse her zaman proteinde yeni amino asitlerin ortaya çıkmasına, hemoglobin fonksiyonlarının bozulmasına ve hasta için ciddi sonuçlara yol açar. Örneğin, CAU üçlüsünden (histidin) birindeki "C"nin "Y" ile değiştirilmesi, başka bir amino asit olan tirozini kodlayan yeni bir üçlü UAU'nun ortaya çıkmasına yol açacaktır Fenotipik olarak bu, ciddi bir hastalıkta kendini gösterecektir.. A 63. pozisyondaki benzer oyuncu değişikliği Histidin polipeptidinin tirozine zinciri, hemoglobinin dengesizleşmesine yol açacaktır. Hastalık methemoglobinemi gelişir. Mutasyon sonucu glutamik asidin 6. pozisyondaki valinle değiştirilmesi -zincir en ciddi hastalığın nedenidir - orak hücreli anemi. Üzücü listeye devam etmeyelim. Sadece ilk iki nükleotidi değiştirirken bir amino asidin ortaya çıkabileceğini belirtelim. fiziksel ve kimyasal özellikleröncekine benzer. Böylece glutamik asidi (GAA) kodlayan üçlülerden birinde 2. nükleotidin değiştirilmesi "U"lu zincir, valini kodlayan yeni bir üçlünün (GUA) ortaya çıkmasına yol açar ve ilk nükleotidin "A" ile değiştirilmesi, amino asit lisini kodlayan üçlü AAA'yı oluşturur. Glutamik asit ve lizin fizikokimyasal özellikler bakımından benzerdir; ikisi de hidrofiliktir. Valin hidrofobik bir amino asittir. Bu nedenle, hidrofilik glutamik asidin hidrofobik valin ile değiştirilmesi, hemoglobinin özelliklerini önemli ölçüde değiştirir, bu da sonuçta orak hücreli aneminin gelişmesine yol açarken, hidrofilik glutamik asidin hidrofilik lisin ile değiştirilmesi, hemoglobinin işlevini daha az değiştirir - hastalar gelişir hafif formu anemi. Üçüncü bazın değiştirilmesi sonucunda yeni üçlü, öncekiyle aynı amino asitleri kodlayabilir. Örneğin, CAC üçlüsünde urasil sitozin ile değiştirilmişse ve bir CAC üçlüsü ortaya çıkmışsa, insanlarda pratikte hiçbir fenotipik değişiklik tespit edilmeyecektir. Bu anlaşılabilir bir durum çünkü her iki üçlü de aynı amino asit olan histidin'i kodlar.

Sonuç olarak, genel biyolojik açıdan bakıldığında genetik kodun dejenerasyonu ve üçüncü bazın dejenerasyonunun, DNA ve RNA'nın benzersiz yapısında, evrimin doğasında var olan koruyucu mekanizmalar olduğunu vurgulamak yerinde olacaktır.

V. Belirsizlik.

Her üçlü (saçmalık hariç) yalnızca bir amino asidi kodlar. Dolayısıyla, kodon - amino asit yönünde genetik kod kesindir, amino asit - kodon yönünde ise belirsizdir (dejenere).

Açık

Amino asit kodonu

Dejenere

Ve bu durumda netlik ihtiyacı genetik Kod bariz. Diğer bir seçenekte ise aynı kodon çevrilirken protein zincirine farklı amino asitler eklenecek ve bunun sonucunda farklı birincil yapıya ve farklı işlevlere sahip proteinler oluşacaktır. Hücre metabolizması “bir gen – birkaç polipeptit” çalışma moduna geçecekti. Böyle bir durumda genlerin düzenleyici işlevinin tamamen kaybolacağı açıktır.

g.Polarite

DNA ve mRNA'dan bilgi okumak yalnızca tek yönde gerçekleşir. Polarite var önemli daha yüksek dereceli yapıları (ikincil, üçüncül vb.) belirlemek için. Daha önce alt düzey yapıların üst düzey yapıları nasıl belirlediğinden bahsetmiştik. Sentezlenen RNA zincirinin DNA molekülünü terk etmesi veya polipeptit zincirinin ribozomdan ayrılmasıyla proteinlerde üçüncül yapı ve daha yüksek dereceli yapılar oluşur. Bir RNA veya polipeptidin serbest ucu üçüncül bir yapı kazanırken, zincirin diğer ucu DNA (eğer RNA kopyalanmışsa) veya bir ribozom (bir polipeptit kopyalanmışsa) üzerinde sentezlenmeye devam eder.

Bu nedenle, tek yönlü bilgi okuma süreci (RNA ve protein sentezi sırasında) yalnızca sentezlenen maddedeki nükleotidlerin veya amino asitlerin dizisini belirlemek için değil, aynı zamanda ikincil, üçüncül vb. kesin olarak belirlemek için de gereklidir. yapılar.

d. Örtüşmeyen.

Kod örtüşen veya örtüşmeyen olabilir. Çoğu organizmanın örtüşmeyen bir kodu vardır. Bazı fajlarda örtüşen kod bulunur.

Örtüşmeyen bir kodun özü, bir kodonun nükleotidinin aynı anda başka bir kodonun nükleotidi olamayacağıdır. Kod örtüşüyorsa, yedi nükleotit dizisi (GCUGCUG), örtüşmeyen kod durumunda olduğu gibi iki amino asidi (alanin-alanin) (Şekil 33, A) değil, üç amino asidi (eğer varsa) kodlayabilir. ortak bir nükleotid) (Şekil 33, B) veya beş (eğer iki nükleotid ortaksa) (bkz. Şekil 33, C). Son iki durumda, herhangi bir nükleotidin mutasyonu iki, üç vb. dizilimde ihlallere yol açacaktır. amino asitler.

Bununla birlikte, bir nükleotidin mutasyonunun her zaman bir amino asidin bir polipeptite dahil edilmesini bozduğu tespit edilmiştir. Bu, kodun örtüşmediğine dair önemli bir argümandır.

Bunu Şekil 34'te açıklayalım. Kalın çizgiler, örtüşmeyen ve örtüşen kod durumunda amino asitleri kodlayan üçlüleri göstermektedir. Deneyler genetik kodun örtüşmediğini açıkça göstermiştir. Deneyin ayrıntılarına girmeden, nükleotid dizisindeki üçüncü nükleotidi değiştirirseniz şunu not ediyoruz (bkz. Şekil 34).sen (yıldız işaretiyle işaretlenmiştir) başka bir şeye:

1. Örtüşmeyen bir kodla, bu dizi tarafından kontrol edilen protein, bir (ilk) amino asidin (yıldız işaretleriyle işaretlenmiştir) ikamesine sahip olacaktır.

2. A seçeneğindeki örtüşen kodla, iki (birinci ve ikinci) amino asitte (yıldız işaretleriyle işaretlenmiş) bir ikame meydana gelecektir. B seçeneğinde, değişim üç amino asidi etkileyecektir (yıldız işaretleriyle işaretlenmiştir).

Bununla birlikte, çok sayıda deney, DNA'daki bir nükleotid bozulduğunda, proteindeki bozulmanın her zaman yalnızca bir amino asidi etkilediğini göstermiştir; bu, örtüşmeyen bir kod için tipiktir.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU

*** *** *** *** *** ***

Alanin - Alanin Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley

ABC

Çakışmayan kod Çakışan kod

Pirinç. 34. Genomda örtüşmeyen bir kodun varlığını açıklayan bir diyagram (metinde açıklama).

Genetik kodun örtüşmemesi başka bir özellikle ilişkilidir - bilginin okunması belirli bir noktadan başlar - başlatma sinyali. MRNA'daki böyle bir başlatma sinyali, metiyonin AUG'yi kodlayan kodondur.

İnsanların hala az sayıda gene sahip olduğu unutulmamalıdır. Genel kural ve örtüşüyor.

e. Kompaktlık.

Kodonlar arasında noktalama işareti yoktur. Yani üçlüler birbirlerinden örneğin anlamsız bir nükleotid ile ayrılmazlar. Genetik kodda “noktalama işaretlerinin” bulunmadığı deneylerle kanıtlanmıştır.

Ve. Çok yönlülük.

Kod, Dünya'da yaşayan tüm organizmalar için aynıdır. Genetik kodun evrenselliğine ilişkin doğrudan kanıt, DNA dizilerinin karşılık gelen protein dizileriyle karşılaştırılması yoluyla elde edildi. Tüm bakteriyel ve ökaryotik genomların aynı kod değeri setlerini kullandığı ortaya çıktı. İstisnalar var ama çok değil.

Genetik kodun evrenselliğine ilişkin ilk istisnalar bazı hayvan türlerinin mitokondrilerinde bulundu. Bu, triptofan amino asidini kodlayan UGG kodonuyla aynı okunan sonlandırıcı kodon UGA ile ilgiliydi. Evrensellikten başka daha nadir sapmalar da bulundu.

MZ. Genetik kod, kodonları oluşturan DNA veya RNA'daki nükleotid dizilerinin belirli bir değişimine dayanan, nükleik asit moleküllerindeki kalıtsal bilgilerin kaydedilmesi için bir sistemdir.

proteindeki amino asitlere karşılık gelir.Genetik kodun çeşitli özellikleri vardır.

Protein sentezi gerektiğinde hücrenin önünde bir hücre belirir. ciddi problem– DNA'daki bilgi kodlanmış bir dizi halinde depolanır 4 karakter(nükleotidler) ve proteinler şunlardan oluşur: 20 çeşitli karakterler (amino asitler). Amino asitleri kodlamak için dört sembolün tümünü aynı anda kullanmaya çalışırsanız, yalnızca 16 kombinasyon elde edersiniz, oysa 20 proteinojenik amino asit vardır. Yeterli değil...

Bu konuda parlak bir düşünce örneği var:

"Örneğin bir güverteyi ele alalım Oyun kağıtları, burada sadece kartın rengine dikkat ediyoruz. Aynı türden kaç tane üçlü alabilirsiniz? Elbette dört: kupa üçü, karo üçü, maça üçü ve sinek üçü. Aynı türden iki kart ve farklı türden bir karttan oluşan kaç tane üçlü vardır? Diyelim ki üçüncü kart için dört seçeneğimiz var. Dolayısıyla 4x3 = 12 olasılığımız var. Ayrıca üçüyle birlikte dört adet üçüzümüz var. çeşitli kartlar. Yani 4+12+4=20 ve bu tam sayı elde etmek istediğimiz amino asitler" (George Gamow, İngiliz George Gamow, 1904-1968, Sovyet ve Amerikalı teorik fizikçi, astrofizikçi ve bilimin popülerleştiricisi).

Gerçekten de deneyler, her bir amino asit için iki zorunlu nükleotidin ve daha az spesifik olan üçüncü bir değişkenin bulunduğunu kanıtlamıştır (“ sallanma efekti"). Dört karakterden üçünü alırsanız, 64 kombinasyon elde edersiniz, bu da amino asit sayısını çok aşar. Böylece herhangi bir amino asidin üç nükleotid tarafından kodlandığı bulunur. Bu üçlüye denir. kodon. Daha önce de belirtildiği gibi 64 seçenek var. Bunlardan üçü herhangi bir amino asidi kodlamaz; bunlara "" denir. saçma kodonlar"(Fransızca) anlamsız- saçmalık) veya "kodonları durdur".

Genetik Kod

Genetik (biyolojik) kod, proteinlerin yapısı hakkındaki bilgileri bir nükleotid dizisi biçiminde kodlamanın bir yoludur. Nükleotidlerin (A, G, U, C) dört karakterli dilini amino asitlerin yirmi karakterli diline çevirmek için tasarlanmıştır. Karakteristik özelliklere sahiptir:

• Üçlü– üç nükleotid, bir amino asidi kodlayan bir kodon oluşturur. Toplam 61 duyu kodonu vardır.
• özgüllük(veya belirsizlik) – her kodon yalnızca bir amino asite karşılık gelir.
• Dejenerasyon– bir amino asit birden fazla kodona karşılık gelebilir.
• Çok yönlülük– Biyolojik kod Dünya üzerindeki tüm organizma türleri için aynıdır (ancak memelilerin mitokondrilerinde istisnalar vardır).
• Doğrusallık– kodon dizisi, kodlanan proteindeki amino asit dizisine karşılık gelir.
• Örtüşmeyen– üçüzler yan yana yer aldığından birbiriyle örtüşmez.
• Noktalama işareti yok– üçlüler arasında ilave nükleotidler veya başka sinyaller yoktur.
• Tek yönlülük– Protein sentezi sırasında kodonlar atlamadan veya geriye gitmeden sırayla okunur.

Ancak biyolojik kodun, geçiş işlevi gören ek moleküller olmadan kendini ifade edemeyeceği açıktır. adaptör işlevi.

Transfer RNA'larının adaptör rolü

Transfer RNA'ları, 4 harfli nükleik asit dizisi ile 20 harfli protein dizisi arasındaki tek aracıdır.

Her transfer RNA'nın antikodon döngüsünde spesifik bir üçlü dizisi vardır ( antikodon) ve yalnızca bu antikodonla eşleşen bir amino asit ekleyebilir. Protein molekülüne hangi amino asidin dahil edileceğini belirleyen, tRNA'da bir veya başka bir antikodon bulunmasıdır, çünkü ne ribozom ne de mRNA amino asidi tanır.

Böylece, tRNA'nın adaptör rolü dır-dir:

1. Amino asitlere spesifik bağlanmada,
2. spesifik olarak kodon-antikodon etkileşimine göre mRNA'ya bağlanma,
3. ve bunun sonucunda mRNA'daki bilgiye uygun olarak amino asitlerin protein zincirine dahil edilmesi.

Bir amino asidin tRNA'ya eklenmesi bir enzim tarafından gerçekleştirilir aminoasil-tRNA sentetaz Aynı anda iki bileşiğe yönelik spesifikliğe sahip olan herhangi bir amino asit ve buna karşılık gelen tRNA. Reaksiyon iki yüksek enerjili ATP bağı gerektirir. Amino asit, α-karboksil grubu aracılığıyla tRNA alıcı halkasının 3" ucuna bağlanır ve amino asit ile tRNA arasındaki bağ, makroerjik. α-amino grubu serbest kalır.

Aminoasil-tRNA sentezi reaksiyonu

Yaklaşık 60 farklı tRNA olduğundan bazı amino asitlerde iki veya daha fazla tRNA bulunur. Aynı amino asidi ekleyen farklı tRNA'lara denir. izoakseptör.

Ders 5. Genetik Kod

Kavramın tanımı

Genetik kod, DNA'daki nükleotid dizisini kullanarak proteinlerdeki amino asit dizisi hakkındaki bilgileri kaydeden bir sistemdir.

DNA, protein sentezinde doğrudan yer almadığı için kod, RNA dilinde yazılmıştır. RNA'da timin yerine urasil bulunur.

Genetik kodun özellikleri

1. Üçlü

Her bir amino asit 3 nükleotidden oluşan bir dizi tarafından kodlanır.

Tanım: Bir üçlü veya kodon, bir amino asidi kodlayan üç nükleotitten oluşan bir dizidir.

4 (DNA'daki farklı nükleotidlerin sayısı) 20'den az olduğundan kod tek parça olamaz. Kod çift olamaz çünkü 16 (2'nin 4 nükleotidinin kombinasyon ve permütasyon sayısı) 20'den azdır. Kod üçlü olabilir çünkü 64 (4'ten 3'e kadar olan kombinasyon ve permütasyon sayısı) 20'den fazladır.

2. Dejenerasyon.

Metiyonin ve triptofan dışındaki tüm amino asitler birden fazla üçlü tarafından kodlanır:

1 üçlü için 2 AK = 2.

9 AK, her biri 2 üçlü = 18.

1 AK 3 üçlü = 3.

4 üçlüden 5 AK = 20.

6 üçlüden 3 AK = 18.

Toplam 61 üçlü 20 amino asidi kodlar.

3. Genler arası noktalama işaretlerinin varlığı.

Tanım:

Gen - bir polipeptit zincirini veya bir molekülü kodlayan DNA bölümü tRNA, RRNA veyasRNA.

GenlertRNA, rRNA, sRNAproteinler kodlanmamıştır.

Bir polipeptidi kodlayan her genin sonunda, RNA durdurma kodonlarını veya durdurma sinyallerini kodlayan 3 üçlüden en az biri vardır. MRNA'da aşağıdaki forma sahiptirler: UAA, UAG, UGA . Yayını sonlandırırlar (sonlandırırlar).

Geleneksel olarak kodon noktalama işaretlerine de aittir AĞUSTOS - lider diziden sonraki ilk. (Bkz. Ders 8) Büyük harf görevi görür. Bu pozisyonda formilmetiyonini (prokaryotlarda) kodlar.

4. Belirsizlik.

Her üçlü yalnızca bir amino asidi kodlar veya bir çeviri sonlandırıcıdır.

Bunun istisnası kodondur AĞUSTOS . Prokaryotlarda, ilk konumda (büyük harf) formilmetiyonini kodlar ve diğer herhangi bir konumda metiyonini kodlar.

5. Kompaktlık veya intragenik noktalama işaretlerinin olmaması.
Bir gen içindeki her nükleotid önemli bir kodonun parçasıdır.

1961'de Seymour Benzer ve Francis Crick, kodun üçlü doğasını ve kompaktlığını deneysel olarak kanıtladılar.

Deneyin özü: “+” mutasyon - bir nükleotidin eklenmesi. "-" mutasyon - bir nükleotidin kaybı. Bir genin başlangıcındaki tek bir "+" veya "-" mutasyonu, genin tamamını bozar. Çift "+" veya "-" mutasyon da genin tamamını bozar.

Bir genin başlangıcındaki üçlü “+” veya “-” mutasyon, genin yalnızca bir kısmını bozar. Dörtlü bir “+” veya “-” mutasyon yine tüm geni bozar.

Deney bunu kanıtlıyor Kod kopyalanmıştır ve genin içinde hiçbir noktalama işareti yoktur. Deney iki bitişik faj geni üzerinde gerçekleştirildi ve ayrıca şunu gösterdi: genler arasında noktalama işaretlerinin varlığı.

6. Çok yönlülük.

Genetik kod, Dünya'da yaşayan tüm canlılar için aynıdır.

1979'da Burrell açıldı ideal insan mitokondri kodu.

Tanım:

"İdeal", yarı-çift kodun dejenerasyon kuralının karşılandığı bir genetik koddur: İki üçlüde ilk iki nükleotid çakışırsa ve üçüncü nükleotidler aynı sınıfa aitse (her ikisi de pürin veya her ikisi de pirimidin ise) O halde bu üçlüler aynı amino asidi kodlar.

Evrensel kanunda bu kuralın iki istisnası bulunmaktadır. Evrenseldeki ideal koddan her iki sapma da temel noktalarla ilgilidir: protein sentezinin başlangıcı ve sonu:

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, DNA iplikçiklerinden birinin açık DNA harfleriyle bağ oluşturur. 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 bükülmüş ve yerleştirilmiş benzersiz şekil, bir tür protein yaratıyor. 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. Belirli bir organizmanın genetik özellikleri somutlaştırılmıştır proteinlerde - bu nedenle, bir kişinin proteininin yapısı, çok az da olsa, başka bir kişinin proteininden farklıdır.

Bu demek değil iki kişinin tam olarak aynı proteinlere sahip olmaması. 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 zincirine yerleştirilecek olan) 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 - tek sistem Nükleik asit moleküllerindeki kalıtsal bilgilerin bir nükleotid dizisi biçiminde kaydedilmesi . 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. Araç, en küçük sayı Bir amino asidi kodlayan en az üç nükleotid bulunmalıdır. 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 metiyonine (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.

Canlı sistemlerde bilinmeyen reaksiyonlar canlı sistemlerde meydana gelir. cansız doğa - matris sentezi reaksiyonları.

"Matris" terimi teknolojide madeni para, madalya ve tipografik yazı tiplerinin dökümü 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 ilkesi yatıyor 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, normalde somatik hücrelerin bölünmesi sırasında meydana gelen kalıtsal bilginin ana molekülden yavru moleküllere doğru şekilde aktarılmasında yatmaktadır.

Bir DNA molekülü iki tamamlayıcı iplikten oluşur. Bu zincirler, enzimler tarafından kırılabilen zayıf hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur. DNA molekülü kendi kendini çoğaltma (çoğaltma) yeteneğine sahiptir ve molekülün her eski yarısında yeni bir yarı 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, çalışmayla karşılaştırılabilecek matris prensibine göre ilerler. matbaa matbaada. 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. Başka bir deyişle 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 bağımsız olarak adı verilen bir enzimi keşfettiler. ters transkriptaz (revertaz) ve ters transkripsiyon olasılığı nihayet doğrulandı. 1975'te Temin ve Baltimore ödüllendirildi Nobel Ödülü fizyoloji ve tıp alanında. 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.

Kendi amino asidinin “oturduğu” t-RNA ile eş zamanlı olarak “ 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, genetik bilgi DNA'da kodlananlar önce mRNA'ya, sonra da proteine ​​aktarılır..

mRNA molekülü ribozoma girer ve dikişler o. Onun o kısmı şu an tanımlanmış ribozomda 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, aminoasitinden kurtuldu ve ribozomdan çıkar.

Daha sonra yine sitoplazmada istenen 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.