Какие свойства генетического кода указаны правильно
Веществами, ответственными за хранение и передачу генетической информации, являются нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК).
Все функции клеток и организма в целом определяются набором белков, обеспечивающих
образование клеточных структур,
синтез всех других веществ (углеводов, жиров, нуклеиновых кислот),
протекание процессов жизнедеятельности.
В геноме содержится информация о последовательности аминокислот во всех белках организма. Именно эта информация и называется генетической информацией.
За счёт регуляции генов регулируется время синтеза белков, их количество, место нахождения в клетке или в организме в целом. Во многом за это отвечают регуляторные участки ДНК, усиливающие и ослабляющие экспрессию генов в ответ на те или иные сигналы.
Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом — в виде последовательности нуклеотидов. ДНК построена из 4 видов нуклеотидов (А, Т, Г, Ц), а белки — из 20 видов аминокислот. Таким образом, возникает проблема перевода четырёхбуквенной записи информации в ДНК в двадцатибуквенную запись белков. Соотношения, на основе которых осуществляется такой перевод, называются генетическим кодом.
Первым проблему генетического кода теоретически рассмотрел выдающийся физик Георгий Гамов. Генетический код обладает определённым набором свойств, которые будут рассмотрены ниже.
почему необходим генетический код?
Ранее мы говорили о том, что все реакции в живых организмах осуществляются под действием ферментов, и именно способность ферментов сопрягать реакции даёт возможность клеткам синтезировать биополимеры за счёт энергии гидролиза АТФ. В случае простых линейных гомополимеров, то есть полимеров, состоящих из одинаковых единиц, для такого синтеза достаточно одного фермента. Для синтеза полимера, состоящего из двух чередующихся мономеров, необходимо два фермента, трёх — три и т. д. Если полимер разветвлён, необходимы дополнительные ферменты, образующие связи в точках ветвления. Таким образом, при синтезе некоторых сложных полимеров участвует более десяти ферментов, каждый из которых отвечает за присоединение определённого мономера в определённом месте и определённой связью.
Однако при синтезе нерегулярных гетерополимеров (то есть полимеров без повторяющихся участков) с уникальной структурой, таких как белки и нуклеиновые кислоты, такой подход в принципе невозможен. Фермент может присоединить определённую аминокислоту, но не может определить, в каком месте полипептидной цепи её надо поставить. В этом и состоит основная проблема биосинтеза белков, решение которой невозможно при использовании обычного ферментативного аппарата. Необходим дополнительный механизм, использующий некий источник информации о порядке аминокислот в цепи.
Для решения этой проблемы Кольцов предложил матричный механизм синтеза белков. Он считал, что молекула белка является основой, матрицей для синтеза таких же молекул, т. е. против каждого аминокислотного остатка в полипептидной цепи ставится такая же аминокислота в синтезируемой новой молекуле. Эта гипотеза отражала уровень знания той эпохи, когда все функции живого связывались с определёнными белками.
Однако позднее выяснилось, что веществом, хранящим генетическую информацию, являются нуклеиновые кислоты.
СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА
КОЛЛИНЕАРНОСТЬ (линейность)
Сначала мы рассмотрим, как в последовательности нуклеотидов записана последовательность аминокислот в белках. Логично предположить, что, поскольку последовательности нуклеотидов и аминокислот линейны, то между ними существует линейное соответствие, т. е. расположенным рядом нуклеотидам в ДНК соответствуют расположенные рядом аминокислоты в полипептиде. На это же указывает линейный характер генетических карт. Доказательством такого линейного соответствия, или коллинеарности, является совпадение линейного расположения мутаций на генетической карте и аминокислотных замен в белках мутантных организмов.
триплетность
При рассмотрении свойств кода реже всего встает вопрос о кодовом числе. Необходимо закодировать 20 аминокислот четырьмя нуклеотидами. Очевидно, что 1 нуклеотид не может кодировать 1 аминокислоту, т. к. тогда было бы возможно закодировать только 4 аминокислоты. Для того чтобы закодировать 20 аминокислот, нужны комбинации из нескольких нуклеотидов. Если взять комбинации из двух нуклеотидов, то мы получим 16 различных комбинаций ($4^2$ = 16). Этого недостаточно. Комбинаций из трёх нуклеотидов будет уже 64 ($4 ^3$ = 64), т. е. даже больше, чем нужно. Понятно, что комбинации из большего числа нуклеотидов тоже могли бы быть использованы, но из соображений простоты и экономии они маловероятны, т. е. код триплетный.
вырожденность и однозначность
В случае 64 комбинаций возникает вопрос, все ли комбинации кодируют аминокислоты или каждой аминокислоте соответствует только один триплет нуклеотидов. Во втором случае большая часть триплетов была бы бессмысленной, а замены нуклеотидов в результате мутаций в двух третях случаев приводили бы к потере белка. Это не соответствует наблюдаемым частотам потери белка при мутациях, что указывает на использование всех или почти всех триплетов. В дальнейшем было выяснено, что существуют три триплета, не кодирующие аминокислот. Они служат для того, чтобы обозначать конец полипептидной цепочки. Их называют стоп-кодонами. 61 триплет кодирует различные аминокислоты, т. е. одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Это свойство генетического кода называется вырожденностью. Вырожденность имеет место только в направлении от аминокислот к нуклеотидам, в обратном направлении код однозначен, т.е. каждый триплет кодирует одну определённую аминокислоту.
знаки препинания
Важный вопрос, решить который теоретически оказалось невозможным, каким образом триплеты, кодирующие соседние аминокислоты, отделяются друг от друга, т. е. есть ли в генетическом тексте знаки препинания.
Отсутствие запятых — эксперименты
Остроумные эксперименты Крика и Бреннера позволили узнать, есть ли «запятые» в генетических текстах. В ходе этих экспериментов учёные при помощи мутагенных веществ (акридиновых красителей) вызывали возникновение определённого типа мутаций — выпадения или вставки 1 нуклеотида. Оказалось, что выпадение или вставка 1 или 2 нуклеотидов всегда вызывает поломку кодируемого белка, а вот выпадение или вставка 3 нуклеотидов (или числа, кратного 3) практически не сказывается на функции кодируемого белка.
Представим себе, что у нас имеется генетический текст, построенный из повторяющейся тройки нуклеотидов АВС (рис. 1, а). В случае, если знаков препинания нет, вставка одного дополнительного нуклеотида приведёт к полному искажению текста (рис. 1, а). Были получены мутации бактериофага, расположенные на генетической карте близко друг от друга. При скрещивании двух фагов, несущих такие мутации, возникал гибрид, несущий две однобуквенные вставки (рис. 1, б). Понятно, что смысл текста терялся и в этом случае. Если же ввести ещё одну однобуквенную вставку, то после короткого неправильного участка смысл восстановится и есть шанс получить функционирующий белок (рис. 1, в). Это верно для триплетного кода при отсутствии знаков препинания. Если кодовое число другое, то и количество необходимых для восстановления смысла вставок будет другим. Если же в коде есть знаки препинания, то вставка нарушит чтение только одного триплета, а весь остальной белок будет синтезироваться правильно и сохранит активность. Эксперименты показали, что однобуквенные вставки всегда приводят к исчезновению белка, а восстановление функции происходит, когда число вставок кратно 3. Таким образом была доказана триплетность генетического кода и отсутствие внутренних знаков препинания.
неперекрываемость
Гамов предположил, что код перекрывающийся, т. е. первый, второй и третий нуклеотиды кодируют первую аминокислоту, второй, третий и четвёртый — вторую аминокислоту, третий, четвёртый и пятый — третью и т. д. Такая гипотеза создавала видимость решения пространственных затруднений, но создавала другую проблему. При таком кодировании за данной аминокислотой не могла идти любая другая, так как в кодирующем её триплете два первых нуклеотида уже были определены, и число возможных триплетов снижалось до четырёх. Анализ последовательностей аминокислот в белках показал, что встречаются все возможные пары соседних аминокислот, т. е. код должен быть неперекрывающимся.
универсальность
Еще одним свойством генетического кода, постулированным из теоретических соображений, является его универсальность. Предполагалось, что все виды живых организмов произошли в результате эволюции от одного общего предка, поэтому они имеют одинаковый генетический код. Это положение подтвердилось дальнейшими исследованиями. Оно имеет большое практическое значение, т. к. благодаря универсальности генетического кода мы можем заставить гены одного организма работать в другом организме и производить функционально активные белки. Это позволяет с помощью методов генетической инженерии получать в бактериях белки человека, нужные для медицинских целей, например, инсулин или гормон роста. Однако универсальность генетического кода оказалась не абсолютной. Известно несколько генетических систем, в которых генетический код немного отличается от универсального. Прежде всего это митохондрии. Кроме того, отклонения от универсального генетического кода найдены у некоторых инфузорий и паразитических бактерий. Однако во всех этих случаях отклонения незначительны и, очевидно, возникли вторично на основе универсального кода.
расшифровка кода
Когда основные свойства генетического кода были изучены, начались работы по его расшифровке и были определены значения всех триплетов (см. рис.). Триплет, кодирующий определённую аминокислоту, получил название кодона. Как правило, указываются кодоны в мРНК, иногда — в смысловой цепи ДНК (те же кодоны, но с заменой У на Т). Для некоторых аминокислот, например, метионина, существует только один кодон. Другие имеют по два кодона (фенилаланин, тирозин). Есть аминокислоты, которые кодируются тремя, четырьмя и даже шестью кодонами. Кодоны одной аминокислоты похожи друг на друга и, как правило, отличаются одним последним нуклеотидом. Это делает генетический код более устойчивым, так как замена последнего нуклеотида в кодоне при мутациях не ведёт к замене аминокислоты в белке. Знание генетического кода позволяет нам, зная последовательность нуклеотидов в гене, выводить последовательность аминокислот в белке, что широко используется в современных исследованиях.
Источник
Анонимный вопрос
13 января 2019 · 2,5 K
Генетический код-способ записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности образующих эти кислоты нуклеотидов.
Свойства:
-Специфичность-3 нуклеотида кодируют только 1 определенную аминокислоту.
-Избыточность-1 аминокислота может кодироваться несколькими нуклеотидами
-Триплетность-3 нуклеотида кодируют 1 аминокислоту
-Неперекрываемость-3 нуклеотида входят в состав только 1 аминокислоты
-Универсальность-генетический год един для всех организмов
Какие нуклеотиды входят в состав и ДНК, и РНК?
Со-основатель медико-генетического центра Genotek. Сотрудник Института Биомедици…
Нуклеотиды в ДНК:
Аденин – А
Цитозин – Ц (C)
Гуанин – Г(G)
Тимин – Т
В РНК:
Аденин – А
Цитозин – Ц (C)
Гуанин – Г(G)
Урацил – У(U)
Таким образом, и в ДНК, и в РНК встречаются аденин, цитозин, гуанин.
Почему между нуклеотидами и аминокислотами не существует комплементарности? Разве генетический код не доказывает эту комплементарность?
Популяризатор биологии, особенно биохимии и доказательной медицины. Область научной… · vk.com/mir_mol
Между аминокислотами и нуклеотидами нет комплементарности наподобие той, которая есть между нуклеотидами А—Т/У и Г—Ц. Вас, очевидно, интересует вопрос, как в таком случае происходит трансляция, то есть перевод с языка нуклеотидов на язык аминокислот, а именно синтез белка в соответствии с последовательностью матричной РНК (мРНК). Правила такого перевода называются генетическим кодом.
Во-первых, синтез белка происходит не напрямую по мРНК, а с участием адаптеров – молекул-посредников, называемых транспортными РНК (тРНК). Одним участком тРНК взаимодействует с мРНК по принципу комплементарности, который никто не отменял (кодон-антикодоновое взаимодействие). А с другим концом молекулы тРНК связана молекула аминокислоты. Поэтому если говорить максимально корректно, то тРНК, уже участвующую в процессе трансляции, лучше называть аминоацил-тРНК («аминоацил» значит остаток аминокислоты). Аминокислоты, сидящие на соседних молекулах тРНК, позже соединятся с помощью пептидной связи. И так далее. Происходит биосинтез полипептида.
Во-вторых, важным моментом является специфическое присоединение определённой аминокислоты к определённой тРНК (имеющей строго определённый антикодон). Конечно, это происходит до трансляции! Чтобы такой процесс произошёл и чтобы специфичность была соблюдена, необходимо действие фермента. Он называется аминоацил-тРНК-синтетаза. Она имеет интересную структуру, которая позволяет ещё и дополнительно контролировать корректность связывания аминокислоты со «своей» тРНК. Мало кто обращает внимание на эту реакцию, но именно в этот момент и происходит реализация генетического кода! Таким образом, в реализации генетического кода принимает участие не комплементарность, сходная с комплементарностью между определёнными нуклеотидами, а субстратная специфичность тРНК с конкретным антикодоном и аминокислоты к ферменту.
Генетический код лишь говорит о существовании соответствия между кодонами тРНК и аминокислотами, но не раскрывает механизма, обеспечивающего такое соответствие. Для реализации генетического кода важен не принцип комплементарности, а специфичность действия аминоацил-тРНК-синтетазы.
Что такое клональный генотип и чем он отличается от родительского генотипа?
Под клональными генотипами многоклеточных растений и животных, а также под самим клонированием подразумеваются разные подходы, и эти отличия могут быть радикальными. Возьмём в качестве примера овечку Долли (Лондон) и каллюс картофеля Адретта (Новосибирск).
Овцу клонировали, заменив ядро яйцеклетки суррогатной овцы ядром соматической клетки овцы-донора, деление яйцеклетки стимулировали псевдо оплодотворением, которое имитировали её прокалыванием. Жизнеспособность этого клона была снижена по следующим причинам:
- манипуляции с нарушением целостности яйцеклетки и соматической клетки наверняка привели к вторжению вирусов
- поскольку теломеры (“заглушки” на концах хромосом) соматических клеток овцы-донора имели “возраст” (при старении они от центра хромосомы движутся на её край), Долли родилась сразу “взрослой”, быстро состарилась и умерла
- процесс двойного оплодотворения был проигнорирован, потому цитоплазма суррогатной матери я соматическое ядро донора оказались между собой не вполне родственными
- различные воздействия на яйцеклетку и соматическое ядро наверняка спровоцировали мутации, которые невозможно было использовать в селекции по причине единственного и не размножившегося клона
Картофель сорта Адретта был селекционирован в Германии на базе кормовых сортов, а в годы перестройки, как урожайный, с необычной жёлтой мякотью, активно выращивался в СССР на дачах. В СССР и России немецкий сорт официально не селекционировался, а размножался клонированием – для этого часть мякоти клубня периодически с помощью медпрепаратов освобождали от вирусов, выращивали каллюс, гибереллинами стимулировали прорастание каллюса во взрослое растение с образованием микроклубней, далее выращивали посевную суперэлиту. Таким образом картофель не размножался настоящими семенами, а получался как клональный генотип, периодически омолаживаемый избавлением от вирусов. Жизнеспособность клонов Адретты постоянно повышалась по следующим причинам:
- с помощью народной селекции картофель на постсоветском пространстве приобрёл хороший вкус
- при участии местных вирусов (переносчиков генов), от которых сорт периодически освобождался в НИИ стран СНГ, Адретта была районирована (приобрела признаки урожайного растения, устойчивого к местным вредителями приспособленного к местному климату) сначала на Западе СССР, а затем и в Сибири
- множество мутаций вегетирующего клона, поддающихся отбору, способствуют дальнейшему прогрессу сорта Адретта
Источник
Генетический код и его свойства
“Самым трудным в проблеме кода было понять, что код существует. На это потребовалось целое столетие.
Когда это поняли, то для того чтобы разобраться в деталях, хватило каких-нибудь десяти лет.”
Ичас М. Биологический код. М.: Мир, 1971
Нуклеотиды ДНК и РНК
| Кодон – триплет нуклеотидов, кодирующих определенную аминокислоту. |
| таб. 1. Аминокислоты, которые обычно встречаются в белках | |
| Название | Сокращенное обозначение |
| 1. Аланин | Ala |
| 2. Аргинин | Arg |
| 3. Аспарагин | Asn |
| 4. Аспарагиновая кислота | Asp |
| 5. Цистеин | Cys |
| 6. Глутаминовая кислота | Glu |
| 7. Глутамин | Gln |
| 8. Глицин | Gly |
| 9. Гистидин | His |
| 10. Изолейцин | Ile |
| 11. Лейцин | Leu |
| 12. Лизин | Lys |
| 13. Метионин | Met |
| 14. Фенилаланин | Phe |
| 15. Пролин | Pro |
| 16. Серии | Ser |
| 17. Треонин | Thr |
| 18. Триптофан | Trp |
| 19. Тирозин | Tyr |
| 20. Валин | Val |
Генетический код, который еще называют аминокислотным кодом, – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белке с
помощью последовательности расположения нуклеотидных остатков в ДНК, которые содержат одно из 4-х азотистых оснований: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т).
Однако, поскольку двунитчатая спираль ДНК не принимает непосредственного участия в синтезе белка, который кодируется одной из этих нитей (т.е. РНК), то код
записывается на языке РНК, в котором вместо тимина входит урацил (U). По этой же причине принято говорить, что код – это последовательность нуклеотидов, а не пар
нуклеотидов.
Генетический код представлен определенными кодовыми словами, – кодонами.
Первое кодовое слово было расшифровано Ниренбергом и Маттеи в 1961 г. Они получили из кишечной палочки экстракт, содержащий рибосомы и прочие факторы,
необходимые для синтеза белка. Получилась бесклеточная система для синтеза белка, которая могла бы осуществлять сборку белка из аминокислот, если в среду добавить
необходимую мРНК. Добавив в среду синтетическую РНК, состоящую только из урацилов, они обнаружили, что образовался белок, состоящий только из фенилаланина
(полифенилаланин). Так было установлено, что триплет нуклеотидов УУУ (кодон) соответствует фенилаланину. В течение последующих 5-6 лет были определены все
кодоны генетического кода.
Генетический код – своеобразный словарь, переводящий текст, записанный с помощью четырех нуклеотидов, в белковый текст, записанный с помощью 20 аминокислот.
Остальные аминокислоты, встречающиеся в белке, являются модификациями одной из 20 аминокислот.
Свойства генетического кода
Генетический код имеет следующие свойства.
- Триплетность – каждой аминокислоте соответствует тройка нуклеотидов. Легко подсчитать, что существуют 43 = 64 кодона. Из них 61 является
смысловым и 3 – бессмысленными (терминирующими, stop-кодонами). - Непрерывность (нет разделительных знаков между нуклеотидами) – отсутствие внутригенных знаков препинания;
Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона. В 1961г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода
и его непрерывность (компактость)
[показать]
Виртуальные консультации
На нашем форуме вы можете задать вопросы о проблемах своего здоровья, получить
поддержку и бесплатную профессиональную рекомендацию специалиста, найти новых знакомых и
поговорить на волнующие вас темы. Это позволит вам сделать собственный выбор на основании
полученных фактов.
Обратите внимание! Диагностика и лечение виртуально не проводятся!
Обсуждаются только возможные пути сохранения вашего здоровья.
Подробнее см. Правила форума
Последние сообщения
Реальные консультации
Реальный консультативный прием ограничен.
Ранее обращавшиеся пациенты могут найти меня по известным им реквизитам.
Заметки на полях
Нажми на картинку –
узнай подробности!
Новости сайта
Ссылки на внешние страницы
20.05.12
Уважаемые пользователи!
Просьба сообщать о неработающих ссылках на внешние страницы, включая ссылки, не выводящие прямо на нужный материал,
запрашивающие оплату, требующие личные данные и т.д. Для оперативности вы можете сделать это через форму отзыва, размещенную на каждой странице.
Ссылки будут заменены на рабочие или удалены.
Тема от 05.09.08 актуальна!
Остался неоцифрованным 3-й том МКБ. Желающие оказать помощь могут заявить об этом на
нашем форуме
05.09.08
В настоящее время на сайте готовится полная
HTML-версия МКБ-10 – Международной классификации болезней, 10-я редакция.
Желающие принять участие могут заявить об этом на нашем форуме
25.04.08
Уведомления об изменениях на сайте можно получить через
раздел форума “Компас здоровья” – Библиотека сайта “Островок здоровья”
Источник