Маршалл Ниренберг, начавший расшифровку генетического кода
Маршалл Ниренберг был одним из учёных, занимавшихся расшифровкой генетического кода в 1960-х годах. Он внёс значительный вклад в понимание процесса считывания информации из ДНК и её трансляцию в белки.
Структура рибозима — молекулы РНК, выполняющей функцию катализа
Рибо́зим — это молекула РНК, способная катализировать химическую реакцию. Рибо́зимы выполняют ряд важных функций в клетках, включая участие в процессе трансляции генетического кода.
Схема генетического кода
Генетический код — это система правил, по которым последовательность кодонов в генетической информации переводится в последовательность аминокислот в белке. Этот код является универсальным для всех живых организмов и играет важную роль в передаче генетической информации.
Принципы трансляции
Выделены основные принципы трансляции генетического кода, включая старт- и стоп-кодоны, а также особенности группировки кодонов по молярному количеству и гидрофобности аминокислот.
Задачи по генетическому коду
Количество нуклеотидов для 55 аминокислот:
Аминокислоту кодируют 3 нуклеотида, поэтому для 55 аминокислот понадобится 165 нуклеотидов.Количество нуклеотидов для 25 аминокислот:
Для 25 аминокислот нужно 75 нуклеотидов (25×3).Число молекул ДНК в анафазе мейоза:
При диплоидном наборе хромосом равном 26, в анафазе мейоза II будет 26 молекул ДНК.Число хромосом в зиготе:
Ядро зиготы позвоночного животного с 20 хромосомами в соматических клетках будет иметь также 20 хромосом.Количество хромосом в половых клетках дрозофилы:
Соматические клетки дрозофилы имеют 8 хромосом, следовательно, в половых клетках также будет 8 хромосом.
Понимание генетического кода является ключом к пониманию процессов жизни на уровне клетки и организма в целом. Продолжение исследований в этой области позволяет расширять наши знания о функционировании живых систем.
Анализ генетических данных: хромосомы, нуклеотиды и аминокислоты
Число хромосом
- У дрозофилы в соматических клетках: 2n=8 хромосом
- В конце телофазы митоза в клетках эндосперма лука: 3n=?? хромосом
- В клетках корешков лука: 16 хромосом
Подсчет: 16 / 2 (поскольку это диплоидный набор) = 8 хромосом
Число аминокислот
- 900 нуклеотидов кодируют: ?? аминокислот
- Поскольку 3 нуклеотида кодируют 1 аминокислоту, то: 900 / 3 = 300 аминокислот
Число нуклеотидов в гене
- Для последовательности из 60 аминокислот: ?? нуклеотид
- Так как каждая аминокислота кодируется 3 нуклеотидами, то: 60 x 3 = 180 нуклеотид
Нуклеотиды и аминокислоты в белках
- Белок из 100 аминокислот: 300 нуклеотидов
- 300 аминокислот кодируются: 900 нуклеотидами
Дополнительные расчеты
- Для белка из 180 аминокислот: 540 нуклеотидов
- Для белка из 240 аминокислот: 720 нуклеотидов
- Если ген состоит из 600 нуклеотидов: 200 аминокислот
Эти расчеты помогут лучше понять генетическую информацию и взаимосвязь между хромосомами, нуклеотидами и аминокислотами в биологических системах.
Гены имеют свою уникальную последовательность нуклеотидов, которые определяют порядок аминокислот в белке. ДНК представляет собой двойную спиральную структуру, состоящую из двух комплементарных цепей, каждая из которых состоит из нуклеотидов. Нуклеотиды включают азотистые основания (аденин, тимин, гуанин, цитозин), дезоксирибозу и фосфатную группу. Пары оснований (А-Т и Г-Ц) образуют связи гидрофобного типа между цепями, обеспечивая стабильность структуры ДНК.
Различия между генами и аллелями
Ген является участком ДНК, содержащим информацию для синтеза белка или РНК. Гены могут иметь различные варианты – аллели. Аллели представляют собой разные версии одного и того же гена, обусловленные разными последовательностями нуклеотидов. Например, ген для цвета глаз может иметь аллели, определяющие синий, карий или зеленый цвет. Изменения в последовательности нуклеотидов гена могут привести к изменениям в структуре белка, что влияет на его функцию.
Роль генов в наследственности
Гены играют важную роль в передаче наследственной информации от родителей к потомкам. При размножении мейозом каждый из родительских генов передается потомку с вероятностью 50%. В результате этого формируются разные комбинации аллелей, что приводит к генетическому разнообразию в популяции. Некоторые гены могут быть доминантными, перекрывая проявление рецессивных аллелей. Изучение генов и их взаимодействия позволяет понять механизмы наследственности и различные генетические заболевания.
Заключение
Гены являются основной единицей наследственности, содержащей информацию для синтеза белка или РНК. Они находятся в хромосомах и играют важную роль в развитии и функционировании организма. Изучение структуры и функций генов позволяет понять механизмы наследственности и различные генетические процессы. Гены и аллели определяют нашу индивидуальность, влияя на наше физическое и психологическое состояние.
Значение ДНК в процессе синтеза белков
Молекула ДНК представляет собой длинную закрученную двойную спираль, напоминающую спиральную лестницу. В ней две нити, состоящие из молекул углевода (дезоксирибозы) и фосфата, соединены парами из четырех молекул, называемых основаниями, которые образуют ступеньки лестницы. На этих ступеньках аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином. Каждая пара оснований удерживается вместе водородной связью. Ген состоит из последовательности оснований. Последовательность трех оснований кодирует определенную аминокислоту (аминокислоты являются строительными кирпичиками белков) или другую информацию.
Структура ДНК
Гены состоят из ДНК. Длина гена определяет длину белка или РНК, синтезируемых на основе генного кода. ДНК – это двойная спираль, в которой нуклеотиды (основания) являются парными:
| Основание 1 | Основание 2 |
|---|---|
| Аденин (A) | Тимин (T) |
| Гуанин (G) | Цитозин (C) |
Синтез белков на основе генного кода
ДНК в процессе синтеза белка транскрибируется, при этом одна из нитей ДНК используется в качестве матрицы, по которой синтезируется матричная РНК (мРНК). РНК обладает теми же основными парами, как и ДНК, за исключением того, что урацил (U) заменяет тимин (Т). Молекулы мРНК перемещаются из ядра в цитоплазму, затем на рибосому, где происходит синтез белка. Транспортная РНК (тРНК) доставляет каждую аминокислоту к рибосоме, где ее добавляют к растущей полипептидной цепи в последовательности, определяемой мРНК. Как только цепочка аминокислот собрана, она складывается для создания сложной 3–мерной структуры под влиянием соседних молекул шаперона.
Кодирование аминокислот
Код ДНК записан триплетами, содержащими 3 из 4 возможных нуклеотидов. Конкретные аминокислоты кодируются конкретными триплетами, которые называются кодоны. Поскольку есть 4 нуклеотида, число возможных триплетов 43 (64). Так как имеется только 20 аминокислот, существуют избыточные (дополнительные) комбинации триплетов. Некоторые триплеты кодируют те же аминокислоты, как и другие триплеты. Другие триплеты могут кодировать такие элементы, как указание начать или прекратить синтез белка, а также порядок соединения и выстраивания аминокислот.
Экзоны и интроны в генах
Гены состоят из экзонов и интронов. Для белок-кодирующих генов экзоны кодируют аминокислотные компоненты конечного белка. Интроны содержат и другую информацию, которая регулирует скорость производства белка и его тип. Экзоны и интроны вместе транскрибируются в мРНК, но сегменты, транскрибированные из интронов, позже вырезаются. Транскрипция также контролируется рядом факторов, в том числе антисмысловой РНК, которая синтезируется из нитей ДНК, не транскрибируемой в мРНК. Кроме ДНК, хромосомы содержат гистоны и другие белки, которые влияют на экспрессию генов (то есть, определяют вид и количество белков, синтезируемых из данного гена).
Генотип и геном
Состав и последовательность генов в организме называют генотипом; он определяет, какие белки закодированы для синтеза. Геномом называют весь набор гаплоидных хромосом (одинарный набор), включая содержащиеся в них гены.
Фенотип относится ко всему физическому, биохимическому и физиологическому составу человека, т.е., описывает функции клетки (и, таким образом, всего организма). Фенотип определяется сложным взаимодействием множества факторов, включая генотип, факторы окружающей среды, а также типы и количество синтезируемых белков, т.е. то, как экспрессируются гены. Определённые генотипы могут как хорошо, так и плохо коррелировать с фенотипом.
Факторы, влияющие на экспрессию генов без изменения последовательности генома, называются эпигенетическими факторами.
В последнее время быстро накапливаются данные о множестве биохимических механизмов, обеспечивающих экспрессию генов. Одним из механизмов является изменчивость сплайсинга интронов (так называемый альтернативный сплайсинг). В процессе сплайсинга интроны вырезаются, а оставшиеся экзоны могут собираться в различных комбинациях, в результате чего образуется множество различных мРНК, способных кодировать сходные, но различные белки. Количество белков, которые могут быть синтезированы в организме человека, превышает 100 000, хотя человеческий геном содержит только около 20 000+ генов.
Другие механизмы, медиирующие экспрессию гена, включают метилирование ДНК и взаимодействие гистонов, включая метилирование и ацетилирование. Метилирование ДНК приводит к подавлению экспрессии генов. Гистоны напоминают катушки, вокруг которых закручивается ДНК. Модификации гистонов, такие как ацетилирование или метилирование, могут увеличивать или уменьшать экспрессию того или иного гена. Нить ДНК, которая не транскрибируется с образованием мРНК, может быть также использована в качестве матрицы для синтеза РНК, которая контролирует транскрипцию противоположной цепи.
Еще один важный механизм включает микроРНК (миРНК). МиРНК – это короткие РНК, происходящие из шпилечных РНК, которые подавляют экспрессию гена-мишени после транскрипции (форма шпильки – это форма, которую принимают последовательности РНК при их связывании). МикроРНК могут участвовать в регуляции до 60% транскрибируемых белков.
Символы для создания семейной генеалогии
В генеалогии символы для каждого поколения семьи размещаются в ряд и нумеруются римскими цифрами, начиная со старшего поколения в верхней и заканчивая самыми последними в нижней части. В каждом поколении, люди нумеруются слева направо арабскими цифрами. Братья и сестры перечислены по возрасту, старший слева. Таким образом, каждого члена генеалогического древа можно определить по двум числам (например, II, 4). Супругам также присваиваются идентификационные номера.
Стандартный генетический код
В таблице ниже представлен генетический код, общий для большинства про- и эукариот. В таблице приведены все 64 кодона и указаны соответствующие аминокислоты. Порядок оснований — от 5′- к 3′-концу мРНК. Приведены трёхбуквенные и однобуквенные обозначения аминокислот.
1-еоснование 2-е основание 3-е основание
U UUU (Phe/F) Фенилаланин UCU (Ser/S) Серин UAU (Tyr/Y) Тирозин UGU (Cys/C) Цистеин U
UUA (Leu/L) Лейцин UCA UAA Стоп (охра) UGA Стоп (опал) A
UUG UCG UAG Стоп (янтарь) UGG (Trp/W) Триптофан G
C CUU CCU (Pro/P) Пролин CAU (His/H) Гистидин CGU (Arg/R) Аргинин U
A AUU (Ile/I) Изолейцин ACU (Thr/T) Треонин AAU (Asn/N) Аспарагин AGU (Ser/S) Серин U
AUA ACA AAA (Lys/K) Лизин AGA (Arg/R) Аргинин A
G GUU (Val/V) Валин GCU (Ala/A) Аланин GAU (Asp/D) Аспарагиновая кислота GGU (Gly/G) Глицин U
GUA GCA GAA (Glu/E) Глутаминовая кислота GGA A
Ala/A GCU, GCC, GCA, GCG Leu/L UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG Lys/K AAA, AAG
Asp/D GAU, GAC Phe/F UUU, UUC
Cys/C UGU, UGC Pro/P CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q CAA, CAG Ser/S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Glu/E GAA, GAG Thr/T ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G GGU, GGC, GGA, GGG Trp/W UGG
His/H CAU, CAC Tyr/Y UAU, UAC
Ile/I AUU, AUC, AUA Val/V GUU, GUC, GUA, GUG
START AUG STOP UAG, UGA, UAA
Альтернативные генетические коды
Схема митохондриального генетического кода Globobulimina pseudospinescens. Показаны 64 кодона (слева направо), предсказанные отклонения от стандартного генетического кода изображены красным. Красной линией показаны стоп-кодоны. Высота буквы, соответствующей аминокислоте, пропорциональна частоте соответствия этой аминокислоты данному кодону