Дз от биосинтеза до бактерий

Генетический код: основные принципы и стандартный код

Генети́ческий код (англ. Genetic code) — совокупность правил, согласно которым в живых клетках последовательность кодонов (генов и мРНК) переводится в последовательность аминокислот (белков). Сам процесс перевода, или трансляции, осуществляется рибосомой, которая соединяет аминокислоты в цепочку согласно инструкции, записанной в кодонах мРНК. Аминокислоты для синтеза белка доставляются в рибосому молекулами тРНК. Генетический код всех живых организмов на Земле практически идентичен, что говорит о наличии общего предка.

Структура генетического кода

Старт- и стоп-кодоны

Маршалл Ниренберг был одним из первых ученых, который начал расшифровку генетического кода. Существуют несколько важных свойств генетического кода, также называемых принципами трансляции.

Стандартный генетический код

В таблице ниже представлен широко распространенный генетический код, общий для большинства про- и эукариот. Приведены все 64 кодона и их соответствующие аминокислоты. Порядок оснований идет от 5- к 3-концу мРНК. Также приведены трехбуквенные и однобуквенные обозначения аминокислот.

Альтернативные генетические коды

Существуют альтернативные генетические коды, такие как митохондриальный генетический код. Он может отличаться от стандартного генетического кода и иметь свои особенности.

В биологии генетический код играет ключевую роль, определяя последовательность аминокислот в белках и, следовательно, их функциональность. Понимание генетического кода необходимо для различных областей биологии, включая медицину.

Этот текст был подготовлен профессиональным копирайтером и экспертом по контенту в области SEO. Если вам требуется качественный перевод или создание уникального контента на русском языке, обращайтесь к специалистам.

Биология: значимость и методы исследования

Биология – это наука, изучающая живую природу. Ее задачи включают:

• Изучение закономерностей жизни, включая строение и функции организмов, их взаимодействие и связь с окружающей средой.
• Раскрытие сущности жизни.
• Систематизация многообразия живых организмов.

Методы исследования в биологии

1. Метод наблюдения и описания: сбор фактов.
2. Метод измерений: измерение характеристик.
3. Сравнительный метод: анализ сходства и различий.
4. Исторический метод: изучение развития объекта.
5. Метод эксперимента: изучение явлений в контролируемых условиях.
6. Метод моделирования: описание сложных явлений посредством моделей.

Значение биологии для медицины

Биология является теоретической базой медицины. Знания из биологии широко используются в медицине, помогая разрабатывать методы диагностики, лечения и профилактики различных заболеваний. Например, генетика помогает в ранней диагностике и лечении наследственных заболеваний. Также, селекция микроорганизмов помогает в получении важных веществ для лечения.

Разнообразие живых организмов

Живые организмы делятся на прокариоты и эукариоты. Они имеют различные уровни организации, которые строятся на свойствах, отличающих их от объектов неживой природы.

Происхождение жизни на Земле

Существуют различные гипотезы на счет происхождения жизни на Земле, включая гипотезу Опарина-Холдейна.

Биология играет ключевую роль в понимании живой природы, а также в развитии медицины и фармацевтики. Широкий спектр исследований и открытий в области биологии продолжает расширять наши знания о мире вокруг нас.

Происхождение жизни на Земле: концепции

В настоящее время существует несколько концепций рассматривающих происхождение жизни на Земле.

Креационизм

Согласно этой концепции, жизнь и все населяющие Землю виды живых существ являются результатом творческого акта высшего существа. Основы креационизма изложены в Библии. Процесс божественного сотворения мира мыслится как место лишь единожды и поэтому недоступный для наблюдения.

Гипотеза панспермии

Согласно этой гипотезе, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Однако до сих пор нет достоверных факторов, подтверждающих внеземное происхождение живых организмов найденных в метеоритах.

Гипотеза Опарина – Холдейна

В 1924г. Опарин опубликовал статью, в которой предположил, что в растворах высокомолекулярных соединений могут самопроизвольно образовываться зоны повышенной концентрации, которые относительно отдельны от внешней среды и могут поддерживать обмен с ней. Согласно его теории, процесс, приводящий к возникновению жизни на Земле, может быть разделен на три этапа:

• Возникновение органических веществ
• Возникновение белков
• Возникновение белковых тел

Роль органических и неорганических веществ в жизни клетки

• Неорганические вещества клетки (вода, соли) и их роль в жизнедеятельности клетки.
• Органические вещества клетки. Белки, их химический состав, структура, свойства и роль в клетке.

Все эти концепции представляют разные точки зрения на происхождение жизни на Земле и продолжают быть объектом исследования ученых в различных областях науки.

Роль и свойства белков

Белки – это биологические гетерополимеры, состоящие из аминокислот. В природных белках участвует 20 аминокислот, из которых 8 являются незаменимыми для человека и должны поступать с пищей.

Структуры белков

1. Первичная – линейная структура, определяющая все другие структуры молекулы. Связь – пептидная.

2. Вторичная – складывание в спираль или гармошку. Связь – водородные связи.

3. Третичная – упаковка в глобулу (глобулярный белок) или уложенные параллельные слои (фибриллярный белок). Связь – дисульфидные связи.

4. Четвертичная – комплекс из нескольких третичных структур. Например, гемоглобин. Связь – водородные, гидрофобные связи.

Свойства белков

Под воздействием различных факторов (высокая температура, химические вещества), белковая молекула может подвергаться денатурации:

• Обратимая денатурация: восстановление структуры после слабого воздействия.
• Необратимая денатурация: нарушение структуры из-за сильного воздействия.

Роль в клетке и функции

• Двигательная: обуславливает движение клеток, мышц, органов.
• Транспортная: переносит химические соединения в крови.
• Защитная: участвует в иммунной системе.
• Сигнальная: передача сигналов в клетку.
• Регуляторная: контроль обмена веществ.
• Каталитическая: ускорение биохимических процессов.
• Запасающая: накопление воды, железа, кислорода.
• Пищевая: основной источник аминокислот.

Органические вещества клетки

Органические вещества клетки включают углеводы и липиды, каждое из которых выполняет определенные функции.

Углеводы

Углеводы классифицируются по количеству молекул сахара:

• Моносахариды: одна молекула сахара.
• Дисахариды: две молекулы сахара.
• Полисахариды: много молекул.
• Олигосахариды: 3-10 молекул.

Углеводы являются важным источником энергии для клетки и участвуют в метаболизме.

Липиды

Липиды – это группа органических веществ, включая жиры, фосфолипиды, стероиды. Они выполняют функции хранения энергии, защиты органов, составляют мембраны клеток.

Важно понимать роль и значение белков, углеводов и липидов в клетке для обеспечения ее нормального функционирования.

Углеводы образованы углеродом и водой. Классифицируются на моно-, ди-, три-, олиго- и полисахариды в зависимости от количества мономерных структур в строении.Моносахариды: глюкоза, фруктоза, рибоза, галактоза и др.Дисахариды: сахароза, мальтоза, лактозаПолисахариды: крахмал, целлюлоза, гликоген, хитин.Функции углеводов:Углеводы выполняют структурную функцию, т.е. участвуют в построении различных клеточных структур. Также, выполняют защитную роль у растений. Выполняют пластическую функцию, т.е. хранятся в виде запаса питательных веществ, а также входят в состав сложных молекул (АТФ, РНК, ДНК). Являются основным источником энергии в клетке.(энергетическая, структурная (мембрана клеток), запасающая (у животных гликоген, у растений крахмал), рецепторная (гликокаликс), защитная (гликопротеиды))Липиды – группа жироподобных веществ различной структуры, но общих свойств, нерастворимых в воде, но растворимых в органических неполярных соединениях (эфир, бензин, хлороформ).Липиды состоят из глицерина (трехатомного спирта) и жирных кислот, то есть это эфиры.Функции липидов:структурная (мембрана клеток), энергетическая, запасающая (подкожный жир), регуляторная (гормоны), защитная, терморегуляция (плохо проводят тепло).

Органические вещества клетки. ДНК, химический состав, строение, комплементарность, самоудвоение и роль в клетке.

ДНК: углевод дезоксирибоза+азотистое основание (Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин)+остаток фосфорной кислоты.Комплементарность — форма взаимодействия неаллельных генов, при котором одновременное действие нескольких доминантных генов дает новый признак. (А=Т и Г=Ц.)Самоудваивается в синтетической фазе интерфазы перед митозом или мейозом. Функции: хранение и передача наследственной информации; учавствует в синтезе всех видов РНК и белка; кодирует первичную структуру белка.

Органические вещества клетки. РНК, химический состав, строение. Виды РНК и их роль в клетке. АТФ, химический состав и роль в клетке.

Молекулы PНK содержат от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч нуклеотидов.Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка. Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковых макромолекул:информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка;транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа "узнают" по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка;рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК.Аденозинтрифосфат состоит из трех элементов: рибозы, аденина и остатков фосфорной кислоты.АТФ расшифровывается как аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота. Вещество является одним из двух наиболее важных источников энергии в любой клетке. Строение АТФ и биологическая роль тесно связаны. Большинство биохимических реакций может протекать только при участии молекул вещества, особенно это касается пластического обмена. Однако АТФ редко непосредственно участвует в реакции: для протекания любого процесса нужна энергия, заключенная именно в химических связях аденозинтрифосфата.Очень важно для клетки поддерживать постоянный уровень содержания аденозинтрифосфата. Особенно это характерно для клеток мышечной ткани и нервных волокон, потому что они наиболее энергозависимы и для выполнения своих функций нуждаются в высоком содержании аденозинтрифосфата.

Цитоплазма и ее органоиды. Митохондрии, рибосомы, комплекс Гольджи, лизосомы, клеточный центр, их строение и роль в клетке.

Цитоплазма – отграниченная от внешней среды наружной мембраной, заполняет всю клетку, и в ней располагаются различные органоиды и ядро. Это внутренняя полужидкая среда клетки, которая содержит большое количество воды, а из органических веществ в ней преобладают белки. Основная масса цитоплазмы имеет мелкозернистое строение. Цитоплазма связывает все клеточные органоиды и ядро в одно целое и обеспечивает их взаимодействие друг с другом.Митохондрии – это тельца, разнообразные по своей форме: округлые, овальные, палочковидные, нитевидные. Располагаются митохондрии в цитоплазме клеток, и количество их в разных клетках может варьировать от 2-3 до 1000 и более. Подсчитано, например, что в одной клетке печени млекопитающих содержится около 2500 митохондрий.При электронно-микроскопическом исследовании обнаружено, что каждая митохондрия имеет довольно сложное строение. Внешний покров этого органоида представлен двумя мембранами: наружной и внутренней. Наружная мембрана гладкая, она не образует никаких складок и выростов. Внутренняя мембрана, наоборот, образует многочисленные складки, которые направлены во внутреннюю полость митохондрии. Складки внутренней мембраны называются кристами, выростами. У большинства клеток во внутренней полости митохондрии кристы располагаются в поперечном направлении. Некоторые кристы могут разветвляться. В одной митохондрии обычно бывает множество крист, и они плотно прилегают друг к другу, а незначительное пространство, которое остается между ними, заполнено полужидким веществом с мелкозернистым строением.Наружная и внутренняя мембраны митохондрий имеют такое же трехслойное строение, как и наружная мембрана клетки. В их состав входят белки и жиры. На наружной и внутренней мембранах митохондрий и особенно на кристах располагается большое количество разнообразных ферментов. К числу ферментов митохондрий относятся, прежде всего те, с помощью которых осуществляется дыхание клеток, а также синтез особого вещества, которое называется АТФ. Энергия используется клетками при синтезе разнообразных веществ, при выработке тепла, нужного для поддержания температуры тела, при движении и других проявлениях жизнедеятельности.АТФ синтезируется в митохондриях всех клеток, всех организмов и представляет собой универсальный источник энергии.Лизосомы – небольшие округлые тельца, располагающиеся во всех частях клетки. От цитоплазмы лизосомы отграничены плотной мембраной. Внутри них сконцентрированы ферменты, которые способны расщеплять все пищевые вещества, поступающие в клетку. В одной клетке лизосом может быть много, например несколько десятков, и совокупность лизосом можно образно назвать пищеварительной системой клетки. Лизосомы обнаружены во многих клетках животных, и в последнее время они найдены также и в клетках растений.Рибосомы – это тельца округлой формы. В клетке очень много рибосом и что большинство из них располагается на мембранах эндоплазматической сети. Кроме того, много рибосом свободно располагается в цитоплазме, а также в ядре клетки. В состав рибосом входят белок и рибонуклеиновая кислота (РНК).Рибосомы обнаружены во всех клетках многоклеточных животных и растений, а также в клетках одноклеточных организмов. Это показывает, что рибосомы – обязательный органоид каждой клетки, выполняющий важнейшую биологическую функцию: на рибосомах синтезируется белок. Рибосомы – именно тот органоид клетки, где происходит синтез белковых молекул, т.е. сборка их из молекул аминокислот, имеющихся в цитоплазме и ядре каждой клетки.Белки, синтезированные на рибосомах, накапливаются в каналах и полостях эндоплазматической сети, а затем транспортируются к тем органоидам клетки, где они потребляются. Основная масса белков синтезируется на рибосомах, сконцентрированных на мембранах шероховатой эндоплазматической сети, и эти два органоида, как отмечено выше, представляют единый аппарат синтеза и транспортировки образующихся в клетке белков.Комплекс Гольджи – органоид клетки, названный так по имени итальянского ученого К. Гольджи, который впервые увидел его в цитоплазме нервных клеток (1898) и обозначил как сетчатый аппарат. Сейчас комплекс Гольджи обнаружен во всех клетках растительных и животных организмов. Форма и размеры его сильно варьируют. Во многих клетках, например в нервных, он имеет форму сложной сети, расположенной вокруг ядра, в клетках растений, простейших комплекс Гольджи представлен отдельными тельцами серповидной или палочковидной формы. В комплекс Гольджи входят три основных структурных компонента: 1) крупные полости, расположенные группами (по 5 – 8); 2) сложная система трубочек, отходящих от полостей; 3) крупные и мелкие пузырьки, расположенные на концах трубочек. Все эти элементы составляют единый комплекс и ограничены мембранами такого же строения, как и наружная мембрана клетки.Комплекс Гольджи выполняет много важных биологических функций: к нему транспортируются по каналам эндоплазматической сети продукты синтетической деятельности клетки, а также различные вещества, поступающие в клетку из внешней среды. Это в первую очередь белки, синтезирующиеся в клетке, секреты белковой природы, вырабатываемые во многих клетках, желток, образующийся в яйцевых клетках при их созревании, полисахариды и жиры. Все эти вещества сначала накапливаются в элементах комплекса Гольджи, а затем в виде капелек или зерен поступают в цитоплазму и либо используются в самой клетке в процессе ее жизнедеятельности, либо выводятся из нее во внешнюю среду.Клеточный центр состоит из двух очень маленьких телец и особого плотного участка цитоплазмы. Тельца клеточного центра называются центриолями, а уплотненный участок цитоплазмы, в центре которого они находятся. – центросферой. Каждая центриоль имеет форму цилиндра, стенка которого состоит из 9 пар мельчайших трубочек.Клеточный центр обычно располагается вблизи ядра. Такое расположение клеточного центра особенно характерно для клеток многоклеточных животных. Клеточному центру принадлежит важная роль при делении клетки.

Обмен веществ и его функции. Автотрофы, гетеротрофы. Энергетический обмен, его этапы и значение в клетке.

Обмен веществ – совокупность химических реакций для поддержания жизнедеятельности организма.Обмен бывает 2-х типов: пластический (ассимиляция), при котором из мономеров синтезируются более сложные вещества с затратой энергии, и энергетический (диссимиляция), при котором сложные вещества разлагаются до CO2 и Н2О с выделением энергии.Энергетический обмен включает 3 этапа:1.Подготовительный (в пищеварительной система) сложные вещества расщепляются до мономеров (углеводы до глюкозы, белки до аминокислот, жиры до глицерина и жирных кислот), затем мономеры всасываются в кровь и разносятся к тканям и органам (при этом выделяемая энергия рассеивается).2. Гликолиз (безкислородный этап) этот этап происходит в цитоплазме клетки. глюкоза дает 2 молекулы ПВК(пировиноградная кислота) и 2 молекулы АТФ.3. Окислительное фосфорилирование (кислородный) проходит на мембране митохондрий. 2 ПВК окисляются до СО2 и Н2О с выделением 36 АТФВ сумме за энергетический обмен 1 молекула глюкозы дает 38АТФ.По типу питания организмы делятся на:1. Автотрофы, которые могут синтезировать органические в-ва из неорганических (хемотрофы используют энергию химических связей, а фототрофы- энергию солнечного света)2. Гетеротрофы используют уже готовые органические вещества.

Пластический обмен у автотрофов. Фотосинтез, его этапы и значение в биосфере. Хемосинтез.

Автотрофы – организмы, которые способны синтезировать органические соединения из неорганический с участием солнечной энергии.Фотосинтез – процесс преобразования энергии света в химическую энергию органических соединений синтезируемых в растениях из углекислого газа и воды. Побочным продуктом фотосинтеза является кислород, который, в свою очередь, обеспечил появление озонового слоя на Земле.Благодаря появлению оз. слоя на суши стали выходить организмы и химический состав воздуха стал для них благоприятным.CO2+H2O+ энергия =C6H12O6+O (дневная фаза фотосинтеза) Для этой фазы характерно то, что энергия солнца преобразуется в энергию АТФ.O+C6H12O6=CO2+H2O+ энергия (Ночная фаза) В данной фазе растение поглощает кислород, при этом происходит окисление органических соединений с выделением углекислого газа и воды.Хемосинтез – это образование органических соединений из неорганических за счет ОВР соединений азота, железа, серы. Хемосинтезом называют процесс образования органических веществ за счет протекания окислительно-восстановительных реакций. Его в природе осуществляют только прокариоты. Хемосинтезирующие бактерии могут использовать для синтеза органических веществ соединения серы, азота и железа. При этом выделяется энергия, которая сначала аккумулируется в связях АТФ, после чего может использоваться клетками бактерий. Поскольку жизнь хемотрофов не зависит от наличия солнечного света, ареал их распространения достаточно широк. К примеру, серобактерии могут жить на больших глубинах, иногда являясь там единственными представителями живых существ. Средой обитания данных прокариот чаще всего является почва, сточные воды и субстраты, богатые определенными химическими соединениями.

Пластический обмен у гетеротрофов. Биосинтез белка, его этапы и их характеристика. Триплетный код биосинтеза белка, понятие о гене, свойства генетического кода.

Основные компоненты клетки. Клеточная оболочка, ее строение и значение. Эндоплазматическая сеть, ее строение, типы и роль в клетке.

Ядро клетки и его строение. Хромосомы, их строение и роль в клетке.

Особенности строения ядра клетки. Ядро эукариотов представляет собой пространство. Это участок измененной цитоплазмы, где содержатся хромосомы или хроматин (в зависимости от фазы существования клетки), ядрышко и кариоматрикс. При этом ядро – это мембранная структура, которая содержит двуслойную билипидную кариолемму, имеющую поры. Посредством последних из него выходят рибосомы, попадающие на шероховатый ретикулум клеточной эндоплазмы. Также через поры ядро покидает информационная РНК.Хромосомы – структуры ядра, содержащая наследственную информацию. Хроматиновые структуры носители ДНК – состоит из участков генов, несущих наследственную информацию и передающихся от предков к потомкам через половые клетки. В хромосомах синтезируются ДНК, РНК, что служит необходимым фактором передачи наследственной информации при делении клеток и построении молекул белка.В клетках человек 46 хромосом (23 пары).

Деление клетки. Амитоз. Митотический цикл клетки. Митоз, фазы митоза и их характеристика. Биологическое значение митоза.

В какой период жизни клетки происходит процесс, изображенный на рисунке, как его называют и в чем состоит его биологическое значение? Объясните, почему в изображенной молекуле биополимера одну нить, обозначенную цифрой 1, называют отстающей (запаздывающей), а другую нить,обозначенную цифрой 2 -лидирующей (ведущей).

1. репликация ДНК происходит в интерфазу – в синтетический (S-фаза) период интерфазы клеточного цикла ИЛИ/ И перед делением

2. биологическое значение репликации состоит в обеспечении передачи наследственной информации поровну в дочерние клетки при делении материнской клетки – ДНК удваивается (реплицируется) и одна копия достается одной дочерней клетке, другая – второй

3. Репликация – синтез ДНК на матрице ДНК – относится к реакциям матричного типа. Для таких реакций характерна однонаправленность синтеза:

Дочерняя цепь всегда синтезируется в направлении 5′-3′ (при синтезе удлиняется 3′ конец), а матрица, которая антипараллельно считывается в направлении 3′-5”

4. В лидирующей цепи молекулы ДНК (2) достраивание нуклеотидов дочерней цепи происходит непрерывно в прямом направлении: от 5′ -конца к 3′-концу, т.к. данная материнская цепь имеет направление 3′-5”

5)Отстающая цепь (1) антипараллельна лидирующей:

Направление ее – 5′-3′, поэтому синтез дочерней цепи идет фрагментами в обратном материнской цепи направлении 5′-3′, а затем эти фрагменты нужно будет сшивать между собой, поэтому синтез на данной цепи протекает медленнее

В середине XX века учёные выдвигали два предположения о механизме репликации ДНК, они суммированы на рисунке ниже. В 1958 году Мэтью Мезельсон и Франклин Сталь провели эксперимент с бактериями по установлению механизма репликации. Для этого клетки бактерий, которые в течение нескольких поколений росли в 15N-содержащей среде (а значит, их ДНК содержала только 15N) были перенесены в 14N-содержащую среду, где им было позволено поделиться только один раз. При центрифугировании оказалось, что плотность выделенной из этих клеток ДНК больше плотности ДНК контрольных бактерий, выращенных в среде, богатой 14N, но меньше плотности ДНК бактерий, выращенных в 15N среде (см. схему на рисунке). После этого была проанализирована плотность ДНК второго поколения перенесённых бактерий. Оказалось, что клетки второго поколения содержали примерно равные количества лёгких и гибридных ДНК.

Назовите метод, который использовали ученые в своём эксперименте для различения двух вариантов ДНК? Почему считается, что они своим эксперименте для различения двух вариантов ДНК? Почему считается, что они своим экспериментом доказали полуконсервативный механизм репликации? Как должен был бы выглядеть результат центрифугирования в случае консервативного механизма репликации?

1. метод меченных атомов;2) появление после первой репликации одной гибридной (смешанной) молекулы ДНК доказало, что это не консервативный механизм; 3) при консервативном механизме получилось бы две молекулы ДНК (тяжёлая и лёгкая).

Какой процесс, происходящий с генетической информацией клетки, изображен на схеме? У клеток какого надцарства он происходит именно так? Ответ поясните.

1)На рисунке репликация – удвоение ДНК -процесс синтеза ДНК на матрице ДНК2) Надцарство – эукариоты3)Тк ДНК не кольцевая а линейная4) Имеется несколько точек начала репликации(ориджинов)

Учеными был установлен полуконсервативный принцип репликации ДНК. В качестве объекта эксперимента использовали кишечную палочку Бактерии длительное время выращивались на питательной среде, содержащей тяжелый изотоп азота n15 Затем данные бактерии были перенесены на питательную среду, содержащие легкий изотоп азота n14 для однократного деления Все клетки, полученные после этого деления, содержали примерно равное количество цепей ДНК с легкими и тяжелыми изотопами азота. Объясните результат эксперимента, исходя из принципа полуконсервативной репликация ДНК. Как называется используемый в эксперименте метод?

1)Полуконсервативность -принцип репликации -дочерняя молекула ДНКсодержит одну материнскую цепьи одну новосинтезированннуюпо принципу комплементарности2) При выращивании бактерийна среде содержащейтяжелый изотоп азотаобе цепи молекулы ДНК содержанинуклеотиды с тяжелым изотопомазота3)При перемещении в средус легким изотопомдля однократного деления передделением происходит удвоение молекулДНК и в результатедочерние молекулы одну цепь материнскую(нуклеотиды содержат тяжелый изотопазота) а другую новосинтезированнуюпо принципу комплементарностидля построения которой использовалисьнуклеотиды из средыцепь содержала нуклеотидыс легким изотопом азота4)Метод – метод меченых атомов

Какой процесс изображен на рисунке? Укажите название структур 1-4. У организмов какого надцарства данный процесс происходит так? Ответ поясните

1)Биосинтез белкаТранскрипция – синтез РНК на матрице ДНК(иРНК)Трансляция – синтезбелка на матрице иРНК2) 1 – ДНК (двойная спираль и находится в ядре)2 – иРНК (одноцепочечная молекуласинтезирована на матрице ДНК и вышла из ядра вцитоплазму)3 – рибосома (малая субъединица на которой происходиттрансляция)4 – тРНК (соединяется с АК)3) Надцарство – эукариотытк процессы транскрипции и трансляции разобщены -протекают в разных местахтранскрипция – в ядретранвляция – в цитоплазм на рибосомах (свободнныхили прикрепленных к шЭПС)

В рибосому входят в следующем порядке тРНК, антикодоны которых АГА, УГЦ, ЦЦЦ, ЦУГ, УУЦ Используя свои знания из курса биологии, а также пользуясь таблицей генетического кода напишите последовательность аминокислот, нуклеотидов иРНК, а также двух цепочек ДНК. Укажите 5′ и 3′ концы.

По принципу комплементарности:А=Т(У)Г=Ц

1)тРНК: 5-АГА-3, 5-УГЦ-3, 5-ЦЦЦ-3, 5-ЦУГ-3, 5-УУЦ-3

Т.к антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК, то перепишем антикодоны вориентации 3-5:тРНК: 3-АГА-5, 3-ЦГУ-5, 3-ЦЦЦ-5, 3-ГУЦ-5, 3-ЦУУ-52) По антикодонам тРНК определяем послеодовательность на иРНК:

антикодоны тРНК: 3-АГА-5, 3-ЦГУ-5, 3-ЦЦЦ-5, 3-ГУЦ-5, 3-ЦУУ-5иРНК: 5-УЦУ-ГЦА-ГГГ-ЦАГ-ГАА-33) По иРНК с помощью таблицы генетического кода определяем последовательностьаминокислот в белке:иРНК: 5-УЦУ-ГЦА-ГГГ-ЦАГ-ГАА-3белок: Сер-Ала-Гли-Глн-Глу

4. По иРНК по свойству комплементарности определяем последовательной транскрибируемой цепи ДНК:иРНК: 5-УЦУ-ГЦА-ГГГ-ЦАГ-ГАА-3трДНК: 3-АГА-ЦГТ-ЦЦЦ-ГТЦ-ЦТТ-5

5. По транскрибируемой цепи ДНК по принципу комплементарности определяем последовательность нуклеотидов на смысловой цепи ДНК:

трДНК: 3-АГА-ЦГТ-ЦЦЦ-ГТЦ-ЦТТ-5смДНК: 5-ТЦТ-ГЦА-ГГГ-ЦАГ-ГАА-3

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: 3′ ГАА ГЦТ ГТТ ЦГГ АЦТ 5′ . Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет c 5′ конца соответствует антикодону тРНК. Обоснуйте последовательность Ваших действий. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

По принципу комплементарности А=Т (у) Г=Ц

1)По принципу комплементарности по данной в задаче молекуле ДНК определяем Нуклеотидный последовательность участка тРНК:

ДНК(транскрибируемая цепь): 3′ -ГАА-ГЦТ-ГТТ-ЦГГ -АЦТ – 5’тРНК: 5′-ЦУУ-ЦГА – ЦАА – ГЦЦ- УГА3′:

2)По условию, 3 триплет с 5′ – антикодон

Антикодон тРНК: 5’ЦАА-3′

3)Антикодоны тРНК антипараллельны кодонам иРНК, поэтому перепишем антикодон тРНК в ориентации 3′-5′:

Антикодон тРНК: 3′-ААЦ- 5′

4)По принципу комплементарности по антикодону тРНК определим последовательность нуклеотидов кодона иРНК:

тРНК (антикодон) : 3′-ААЦ5′ иРНК(Кодон): 5′- УУГ-3′

5)С помощью таблицы генетического кода по Кодону иРНК определим аминокислоту:

иРНК(Кодон): 5′-УУГ – 3’Аминокислота: ЛЕЙ

Именно эту аминокислоту будет переносить исходная молекула тРНК

Генетический аппарат вируса представлен молекулой РНК. Фрагмент этой молекулыимеет нуклеотидную последовательность:

5′ АУГГЦУУУУГЦААУА3′ .

Определите нуклеотидную последовательность фрагмента двухцепочечной молекулы ДНК, которая синтезируется в результате обратной транскрипции на вирусной РНК. Установите последовательность нуклеотидов в иРНК и аминокислот во фрагменте белка вируса, закодированных в найденном фрагменте ДНК, а также антикодоны тРНК, которые транспортируют эти аминокислоты. Матрицей для синтеза иРНК, на которой идёт синтез вирусного белка, является только цепь ДНК, которая комплементарна вирусной РНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

По принципу комплементарности:А=Т(У)Г=Ц1)По данной в задаче вирусной РНК по принципу комплементарности определим последовательность транскрибируемой цепи ДНК:

Вирусная РНК: 5′-АУГГЦУУУУГЦААУА-3’ДНК тр: 3′-ТАЦЦГААААЦГТТАТ-5′

также по принципу комплементарности определим смысловую цепь ДНК по транскрибируемой цепи ДНК:ДНК тр: 3′-ТАЦЦГААААЦГТТАТ-5’ДНКсм: 5′-АТГГЦТТТТГЦААТА-3′

2)По условию транскрибируемая цепь ДНК, комплементарности вирусной РНК, является матрицей для синтеза иРНК.По принципу комплементарности по 1 цепи ДНК определяем иРНК:

ДНК тр: 3′-ТАЦЦГААААЦГТТАТ-5’иРНК: 5′-АУГГЦУУУУГЦААУА-3′

3)По таблице генетического кода по кодонам иРНК определяем последовательностьаминокислот в белке:

иРНК: 5′-АУГГЦУУУУГЦААУА-3’Белок: Мет-Ала-Фен-Ала-Иле

Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь — смысловая, нижняя — транскрибируемая):

5′ – Г Ц А Т Г Г Г Ц Т Ц Т Г Г А Т Ц Т А Г Г – З ‘З’-ЦГ ТАЦЦЦГАГАЦЦТАГАТЦЦ-5′

Ген содержит информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

По принципу комплементарности:А=Т(У)Г=Ц1) По данной в задаче транскрибируемой цепи ДНК по принципу комплементарностиопределяем последовательность нуклеотидов иРНК:ДНК Транскрибируемая: 3’−Ц Г Т А Ц Ц Ц Г А Г А Ц Ц Т А Г А Т Ц Ц−5’иРНК: 5′-Г Ц А У Г Г Г Ц У Ц У Г Г А У Ц У А Г Г-3’2)По условию, синтез начинается с кодона, кодирующего аминокислоту МЕТ.По таблице генетического кода определяем, что эту аминокислоту кодирует кодон наиРНК5′-АУГ-3′, перепишем иРНК, начиная с этого кодона:иРНК: 5′-А У Г Г Г Ц У Ц У Г Г А У Ц У А Г Г-3’3)По иРНК с помощью таблицы генетического кода определяем последовательностьаминокислот в белке: иРНК: 5′-А У Г Г Г Ц У Ц У Г Г А У Ц У А Г Г-3’белок: Мет-Гли-Сер-Гли-Сер-Арг4) Информативная часть гена начинается с 3 нуклеотида "Т" на транскрибируемой цепии с 3 нуклеотида "А" на смысловой цепи ДНК

Что изображено на рисунке? Что обозначено цифрами 1 и 2? Какова функция 2?

1. На рисунке изображена хромосомы – наиболее компактная форма ДНК в комплексе с белками2) под цифрой 1 – центромера (первичная перетяжка), 2 – теломеры3) Теломеры – незначащие участки ДНК на концах хромосом.Они обеспечивают защиту генетического материала при делении клетки, так как при каждом делении хромосомы укорачиваются. Также незначащие участки позволяют обеспечивать защиту от мутации в значащих участках ДНК, так как снижается вероятность попадания мутации в этот значащий участок.

Укажите фазы деления, изображенные на рисунке 1,2,3,4. Ответ поясните. Укажите тип деления и его значение (клетка исходно диплоидна).

1)1-профаза2)Тк разрушается ядерная оболочка, центриоли клеточного центра разошлись к полюсам клетки и формируется веретено деления, хромосомы спирализованы и расположены друг относительно друга беспорядочно (не по экватору)3)2-метафаза4)Т.к. нити веретена прикреплены к центромерам хромосом, хромосомы выстроены по экватору клетки и образуют метафазную пластинку5)3 – анафаза 6)Т.к. нити веретена деления сокращены, двухроматидные хромосомы разделены в районе центромер, к полюсам расходятся сестринские хроматиды, ставшие самостоятельными однохроматидными хромосомами

7)4-телофаза 8)т.к. завершился кариокинез (деление ядра), начался цитокинез (деление цитоплазмы) и образование двух дочерних клеток, восстановлена ядерная оболочка, разрушено веретено деления 9)Тип деления – митоз 10) Значение: Лежит в основе роста, регенерации, бесполого размножения11) Обеспечивает генетическую стабильность в течение жизни одного поколения (в одном организме)

Определите тип и фазу деления клетки, изображенной на рисунке. Клетка исходно гаплоидна. Ответ обоснуйте.

1)Фаза деления – анафаза 2)Т.к. нити веретена деления сокращены, двухроматидные хромосомы разделены в районе центромер, к полюсам расходятся сестринские хроматиды, ставшие самостоятельными однохроматидными хромосомами 3)Тип деления – митоз 4)Т.к. у полюсов присутствуют однохроматидные хромосомы, не имеющие гомологичную пару (гаплоидный набор у полюсов) 5)У полюсов хромосомный набор гаплоидный, у полюсов гаплоидный, хромосомный набор сохранен

Определите тип и фазу деления клетки, изображенной на рисунке. Клетка исходно триплоидна. Ответ обоснуйте.

1)Фаза – метафаза2)Т.к. нити веретена прикреплены к центромерам хромосом, хромосомы выстроены по экватору клетки и образуют метафазную пластинку3)Тип деления – митоз4)Т.к. по экватору выстроены хромосомы, образующие триплеты гомологов (набор триплоидный)5)На рисунке триплоидный набор, исходный набор клетки триплоидный, т.е. хромосомный набор сохранен

Известно, что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5′ концу одной цепи соответствует 3′ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5′ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5′ к 3′ концу. Ген имеет кодирующую и некодирующую области. Кодирующая область гена называется открытой рамкой считывания. Фрагмент начала гена имеет следующую последовательность нуклеотидов (нижняя цепь матричная (транскрибируемая)):

Определите верную открытую рамку считывания и найдите последовательность аминокислот во фрагменте начала полипептидной цепи. При ответе учитывайте, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты мет. Известно, что итоговый полипептид, кодируемый этим геном, имеет длину более четырёх аминокислот. Объясните последовательность решения задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

По принципу комплементарности:А=Т(У), Г=Ц

ДНК Транскрибируемая: 3′-ГТАЦЦГТАЦТАТАТГЦГЦГГТЦ-5′ иРНК: 5′-ЦАУГГЦАУГАУАУАЦГЦГЦЦАГ- 3′

По таблице генетического кода определяем, что эту аминокислоту кодирует кодон на иРНК 5′-АУГ-3′, перепишем иРНК, начиная с этого кодона – со второго 5′-АУГ-3′ (с 7 нуклеотида) :

5′- АУГ – АУА – УАЦ – ГЦГ – ЦЦА – 3′

При синтезе с первого кодона 5′-АУГ-3′ (с 2 нуклеотида) синтез полипептида обрывается, т.к. в цепи (в рамке считывания) присутствует стоп – кодон 5′ – УГА – 3′ , который не соответствует аминокислоте. Синтез закончится за на второй аминокислоте, по условию полипептид состоит более чем из четырех аминокислот.

3. По иРНК с помощью таблицы генетического кода определяем последовательность аминокислот в белке:

иРНК: 5′- АУГ – АУА – УАЦ – ГЦГ – ЦЦА – 3’белок: Мет – ИЛЕ – Тир – Ала – Про

БИОСИНТЕЗ И КАТАБОЛИЗМ ПУРИНОВЫХ НУКЛЕОТИДОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЕЧНЫХ ПРОДУКТОВ ИХ ОБМЕНА.

Рибонуклеози и дезоксирибонуклеозидфосфаты – существеннейшие компоненты клеток.

• Нуклеозидтрифосфаты (НТФ) используются в качестве субстратов синтеза ДНК и РНК, без которых невозможны образование белков и клеточная пролиферация.

• Природа выбрала цикл АДФ-АТФ в качестве универсального механизма трансформации энергии окисления в энергию биосинтетических процессов. В некоторых биологических процессах и другие НТФ используются в качестве источника энергии.

• Производные нуклеотидов служат донорами активных субстратов в синтезе гомо- и гетерополисахаридов, липидов и белков. Например: УДФ-глюкоза, УДФ-галактоза, ГДФ-манноза, УДФ-N-ацетилглюкозамин или ЦМФ-ацетилнейраминовая кислота принимают участие в синтезе гликогена и гликозаминогликанов; ЦДФ-холин – в синтезе фосфолипидов.

• УДФ-глюкуроновая кислота, ФАФС, S-аде-нозилметионин – наиболее частые участники универсальной системы детоксикации, обеспечивающей последующее выведение ксенобиотиков (чужеродных веществ) и некоторых собственных метаболитов из организма.

• АМФ входит в состав коферментов дегидрогеназ (NAD+, NADP+, FAD) и ацилирования (KoA).

• С помощью циклических форм нуклеотидов (цAMФ, цГМФ) осуществляется передача в клетку сигналов гормонов, факторов роста, нейромедиаторов и некоторых других регуляторных молекул.

Практически все клетки организма способны к синтезу нуклеотидов (исключение составляют некоторые клетки крови). Другим источником этих молекул могут быть нуклеиновые кислоты собственных тканей и пищи, однако эти источники имеют лишь второстепенное, вспомогательное значение.

ОПРОТЕИНОВ В ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ

Пищевые нуклеопротеины, попадая в организм человека, в желудке отщепляют белковый компонент и денатурируют под действием HCl желудочного сока (рис.). Далее полинуклеотидная часть этих молекул гидролизуется в кишечнике до мононуклеотидов.

В расщеплении нуклеиновых кислот принимают участие ДНК-азы и РНК-азы панкреатического сока, которые, будучи эндонуклеазами, гидролизуют макромолекулы до олигонуклеотидов. Последние под действием фосфодиэстераз панкреатической железы расщепляются до смеси 3′- и 5′-мононуклеотидов. Нуклеотидазы и неспецифические фосфатазы гидролитически отщепляют фосфатный остаток нуклеотидов и превращают их в нуклеозиды, которые либо всасываются клетками тонкого кишечника, либо расщепляются нуклеозидфосфорилазами кишечника с образованием рибозоили дезоксирибозо-1-фосфата, пуриновых и пиримидиновых оснований.

Пищевые пурины и пиримидины не являются незаменимыми пищевыми факторами и очень мало используются для синтеза нуклеиновых кислот тканей. В энтероцитах обнаружена высокая активность ксантиноксидазы – фермента, который большую часть пуринов, поступающих в клетки, превращает в мочевую кислоту, удаляющуюся с мочой. Пиримидиновые основания, не успевшие поступить в энтероциты, под действием микрофлоры кишечника расщепляются до NH3, CO2, β-аланина и β-аминоизобутирата.

В различных клетках организма синтезируется до 90% пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов из простых предшественников de novo. Введённые в кровь азотистые основания и нуклеозиды, а также основания и нуклеозиды, образующиеся в результате внутриклеточного разрушения нуклеиновых кислот, в небольшом количестве могут использоваться для повторного синтеза нуклеотидов по так называемым «запасным» путям.

Фосфорибозилдифосфат (ФРДФ), или фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ) занимает центральное место в синтезе как пуриновых, так и пиримидиновых нуклеотидов (рис. 10-2).

Он образуется за счёт переноса β,γ-пирофосфатного остатка ATФ на рибозо-5-фосфат в реакции, катализируемой ФРДФ-синтетазой.

Источниками рибозо-5-фосфата могут быть: пентозофосфатный путь превращения глюкозы или катаболизм нуклеозидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы первоначально образуется рибозо-1-фосфат, а затем с помощью соответствующей мутазы фосфатный остаток переносится в 5-положение.

ФРДФ участвует не только в синтезе пуриновых и пиримидиновьгх нуклеотидов из простых предшественников (т.е. de novo), но используется на образование пуриновых нуклеотидов по «запасному» пути и в синтезе нуклеотидных коферментов.

Сборка пуринового гетероцикла осуществляется на остатке рибозо-5-фосфата при участии различных доноров углерода и азота (рис. 10-3).