Какое свойство генетического кода называется неперекрываемостью
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
Генетические функции ДНК заключаются в том, что она обеспечивает хранение, передачу и реализацию наследственной информации, которая представляет собой информацию о первичной структуре белков (т.е. их аминокислотном составе). Связь ДНК с синтезом белка была предсказана биохимиками Дж. Бидлом и Э. Тейтумом еще в 1944 г. при изучении механизма мутаций у плесневого грибка Neurospora. Информация записана в виде определенной последовательности азотистых оснований в молекуле ДНК с помощью генетического кода. Расшифровку генетического кода считают одним из великих открытий естествознания ХХ в. и по значимости приравнивают к открытию ядерной энергии в физике. Успех в этой области связан с именем американского ученого М. Ниренберга, в лаборатории которого был расшифрован первый кодон — YYY. Однако весь процесс расшифровки занял более 10 лет, в нем участвовало много известных ученых из разных стран, и не только биологи, но и физики, математики, кибернетики. Решающий вклад в разработку механизма записи генетической информации был внесен Г. Гамовым, который первым предположил, что кодон состоит из трех нуклеотидов. Совместными усилиями ученых была дана полная характеристика генетического кода.
Таблица генетического кода
Буквы во внутреннем круге — основания в 1-й позиции в кодоне, буквы во втором круге —
основания во 2-й позиции и буквы снаружи второго круга — основания в 3-й позиции.
В последнем круге — сокращенные названия аминокислот. НП — неполярные,
П — полярные аминокислотные остатки.
Основными свойствами генетического кода являются: триплетность, вырожденность и неперекрываемость. Триплетность означает, что последовательность из трех оснований определяет включение в молекулу белка специфической аминокислоты (например, АУГ — метионин). Вырожденность кода заключается в том, что одна и та же аминокислота может кодироваться двумя или несколькими кодонами. Неперекрываемость означает, что одно и то же основание не может входить в состав двух соседних кодонов.
Установлено, что код является универсальным, т.е. принцип записи генетической информации одинаков у всех организмов.
Триплеты, кодирующие одну и ту же аминокислоту, называются кодонами-синонимами. Обычно они имеют одинаковые основания в 1-й и 2-й позициях и различаются только по третьему основанию. Например, включение аминокислоты аланина в молекулу белка кодируют кодоны-синонимы в молекуле РНК — GCA, GCC, GCG, GCY. В составе генетического кода имеются три некодирующих триплета (нонсенс-кодоны — UAG, UGA, UAA), которые играют роль stop-сигналов в процессе считывания информации.
Установлено, что универсальность генетического кода не является абсолютной. При сохранении общего для всех организмов принципа кодирования и особенностей кода в ряде случаев наблюдается изменение смысловой нагрузки отдельных кодовых слов. Это явление получило название неоднозначности генетического кода, а сам код был назван квазиуниверсальным.
Читайте также другие статьи темы 6 “Молекулярные основы наследственности”:
- 6.1. Открытие ДНК. ДНК – носитель генетической информации
- 6.2. Модель молекулы ДНК
- 6.4. Синтез белка. Транскрипция и трансляция. ДНК и РНК
- 6.5. Процесс репликации ДНК
► Вопросы и задания по теме “Молекулярные основы наследственности”
Перейти к чтению других тем книги “Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы”:
- Тема 1. История развития генетики
- Тема 2. Законы Менделя
- Тема 3. Взаимодействие генов
- Тема 4. Сцепление генов. Кроссинговер
- Тема 5. Генетика пола. Половые хромосомы. Наследование, сцепленное с полом
- Тема 7. Ген и геном
- Тема 8. Генная инженерия: ее развитие и методы
- Тема 9. Мутационная изменчивость
- Тема 10. Модификационная изменчивость
- Тема 11. Генетика и эволюция
- Тема 12. Генетика человека
- Тема 13. Генетические основы селекции
Источник
Анонимный вопрос
13 января 2019 · 3,1 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
Какая из человеческих рас наиболее совершенная с точки зрения генетики?
Невролог, мануальный терапевт, рефлексотерапевт
С точки зрения генетики идеально было бы смешение всех рас. Всевозможная комбинация генетического материала, огромное генетическое разнообразие, эволюция генома и генофонда человечества. Не бывает совершенного генетического материала у кого-либо, бывает лучшая комбинация в данный момент, в данном месте и в данное время. Европеоиду было бы тяжело существовать в жарких Африканских странах, а Человеку с Негроидной расой в холодных краях Сибири. Но суть остаётся сутью, смешение генетического материала, отбор лучших комбинаций от всех рас поможет укрепить генофонд человечества. Если брать изолированные расы, то у каждой будут свои плюсы и минусы, в зависимости от условий их существования.
Прочитать ещё 12 ответов
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.
Действительно ли можно определить свою национальность (вплоть до % каждой нации) с помощью генетических тестов, просто плюнув в пробирку?
Мой канал на Яндекс-Дзен
“Генеалогия для новичков” — https://clc.to/stas01 .
Нет, конечно. Национальность – это множество социальных факторов: язык, религия, культура, самоосознание… Ничего этого нет в ДНК. Следовательно, тест ДНК не покажет национальность.
Что же может показать этот тест? Он может показать ваших генетических родственников и те места их проживания, которые они указали. Вот совокупность этих мест их современного проживания (или проживания их предка) лаборатории и выдают вам как этническую составляющую.
Например, ваш далёкий предок имел детей, которые уехали, например, в Италию лет так 300 назад и лишь один остался жить в России. Если потомки этих мигрантов массово сделают тесты ДНК, а потом и вы, то результаты вашего теста покажут, что вы имеете в Италии близких генетических родственников и лаборатория выдаст, что вы на 50% итальянец. А вы будете ломать голову и раздумывать, как это ваш ближайший предок сумел приехать из Италии в Россию и вы об этом ничего не знаете.
Советую прочитать: https://thequestion.ru/questions/437038/odna-kontora-v-peterburge-predlagaet-za-9990-rublei-dnk-test-na-nacionalnost-ya-yavlyayus-metisom-25-kazakh-i-75-russkii-po-otcu-kazakh-chto-pokazhet-test
Прочитать ещё 2 ответа
В чем смысл атеизма, если мы еще не до конца поняли как устроен наш мир и есть ли в нем Верховный разум, описать который хотя бы попытались мировые религии?
Психолог, сертифицированный гештальт-терапевт. Telegram: @introvert172
А ещё я…
Смысл атеизма в том чтобы не множить сущностей и не опираться на воображаемых “друзей”, а учиться жить в том мире, в котором мы можем на что-то повлиять, опираясь на себя и принимая ответственность за свою жизнь.
До конца наш мир мы не поймём никогда. И что теперь? Всегда были, есть и будут части этого мира непонятные пока или непонимаемые в принципе. Это вовсе не означает, что для их объяснения обязательно прибегать к Ктулху, Кришне, Яхве или гномикам.
Смысл атеизма в том, чтобы не довольствоваться ответом “это Бог так захотел”, а искать другие причины событий собственной жизни, находить в них свою роль и делать то, что можешь, не ожидая помощи персонажа с картинки.
Прочитать ещё 58 ответов
Источник