Биосинтез белка и нуклеиновых кислот. Гены, генетический код. Днк триплет
Триплет – это функциональная единица информации в клетке
Триплет – это единица считывания информации с нуклеиновой кислоты, которая распознается в процессе трансляции на рибосомах клетки. Нуклеотиды ДНК несут в себе информацию о закодированном белке, поэтому важно считывать ее правильно, без ошибок и неточностей. Следовательно, триплетность как одно из свойств генетического кода помогает максимально верно передать запрограммированную последовательность аминокислот будущего белка.
Триплет – это единица информации ДНК
Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Последние образуют непрерывную цепь генетической информации, считывание которой происходит на стадии транскрипции. Уже здесь определяется рамка считывания ДНК, по которой происходит синтез матричной РНК, а следовательно, стартовый и финишный триплеты.
Рамка считывания не должна меняться в процессе транскрипции, так как это может повлечь за собой неприятные последствия при синтезе белка. Например, пептид может быть укорочен, иметь в составе совсем другую последовательность аминокислот, стать потенциально опасным для клетки.
Необходимость в триплетах возникает на стадии трансляции – непосредственного считывания информации с РНК с образованием первичной структуры молекулы белка. И тут возникает вопрос: так что такое триплет? Зачем он нужен клетке и какова его биологическая роль?
Значение триплета в биосинтезе белка
Информация, запрограммированная в ДНК, а затем в РНК, четко структурирована на отдельные части. Непрерывная последовательность нуклеотидов должна быть каким-то образом разбита на функциональные сегменты, по которым возможен процесс биосинтеза белка. Триплет – это и есть та функциональная единица и основа синтеза полипептида, без которой считывание информации с нуклеиновой кислоты невозможно.
Триплет, или кодон, представляет собой три последовательных нуклеотида, стоящих друг за другом. Каждый из них кодирует одну аминокислоту, которая поставляется с помощью тРНК к рибосомам в процессе биосинтеза белка.
Интересно то, что одной и той же аминокислоте может соответствовать сразу несколько разных кодонов. Однако один такой триплет кодирует свою единственную аминокислоту. Вырожденность и однозначность генетического кода являются еще одним способом, благодаря которому в клетке протекает синтез белковых молекул. К примеру, аминокислота метионин кодируется только единственным кодоном АУГ (аденин, урацил, гуанин соответственно). А валин, в свою очередь, запрограммирован сразу несколькими триплетами, и среди них ГУУ, ГУЦ, ГУА и ГУГ.
Какие нуклеотиды входят в состав триплета?
Триплет ДНК – это набор из трех последовательных нуклеотидов, стоящих рядом друг с другом. Границы каждого кодона строго зафиксированы, чтобы не происходило сдвига рамки считывания и не образовался в последующем дефективный и неправильный белок. Триплет – это в биологии три нуклеотида, однако нуклеиновые кислоты состоят из нескольких видов мономеров. Какие существуют нуклеотиды в составе ДНК и РНК?
Все мономеры нуклеиновых кислот делятся на две большие группы: пуриновые и пиримидиновые. Пуриновые основания представляют собой группу нуклеотидов, в которую входят аденин и гуанин. Их отличительная особенность заключается в том, что молекула состоит из двух углеродных колец.
Другая группа – это нуклеотиды, молекулярный скелет которых образован только одним кольцом. К таким мономерам относятся цитозин, а также тимин (в ДНК) и урацил (вместо тимина в РНК).
Кодон и триплет – это одно и то же?
Понятие «кодон» встречается при описании процесса трансляции, когда с молекулы РНК считывается информация о тех аминокислотах, которые должны войти в состав нового белка. Триплет – более обширное понятие, и оно используется при описании рамки считывания РНК, а в некоторых случаях и ДНК. Хотя до момента трансляции на практике сложно сказать, где находится граница между двумя соседними триплетами, однако в теории эта линия постоянная и не меняется.
В сущности, кодон и триплет – это одно и то же. Разница заключается лишь в том, когда применяется понятие «кодон», а когда «триплет». Если первое можно услышать при описании трансляции, то второе используется для обозначения трех нуклеотидов в составе нуклеиновых кислот.
Триплеты ДНК
Триплеты, последовательно стоящие друг за другом нуклеотиды, являются кодоном и просто необходимой составляющей любой вырожденной системы, такой как цепочка ДНК. Реализация считывания генетической информации в удивительном процессе биосинтеза белка клетки была бы невозможна без использования триплетов. Не секрет что вся цепочка служит цели координации различных белковых молекул, отвечающих за структуру, работу, видоизменение и воспроизведения клеток организма.
Какую функцию выполняют в данных процессах триплеты, и как они взаимодействуют с составляющими структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты, поможет разобраться детальный анализ, ведь в последние время различные источники выдают противоречивую информацию относительно таких важных понятий, поэтому внести ясность первоочередная задача каждого генетика.
Непрерывность
Для начала пристальное внимание следует уделить свойству непрерывности, то есть отсутствию разделяющих знаков, которое подчеркивает непрерывность образования цепочки ДНК из триплет.
Ввиду того что триплетов среди двух нуклеотидов шестьдесят четыре, а аминокислот, кодируемых в ДНК двадцать, пополнение нуклеотидов двадцать первой аминокислотой вынуждает клетку на половину отменять триплет «стоп», а также модифицировать механизм считывания ДНК.
Спорным остается вопрос заполнения сорока трех свободных номеров из шестидесяти четырех комбинаций, когда действительно занято только двадцать одна. Очевидно, сто существует острая недостаточность триплетов кодирования, и причина здесь в способе считывания информации. Клетка не умеет вести подсчет триплетами, только последовательное перечисление нуклеотидов приводит её к конечному результату. Принцип устройства считывающего механизма подобен производственному сварочному роботу, который раз за разом, последовательно, передвигает конвейер и в момент работы может наблюдать собственное изделие, а также оценивать есть ли изделия на конвейерной ленте перед ним и после него. Другими словами, считывающий механизм клетки одновременно оценивает только три нуклеотида: тот, что перед ним, слева и справа от него. Три читаемых нуклеотида в фиксированный временной интервал составляют триплет.
Чрезвычайно важно понимать настоящий принцип, чтобы не заблуждаться в «избыточности» нуклеотидов, так как при существующем механизме считывания только третий триплет может иметь самостоятельный код и быть независимым. Все остальные триплеты являются переходными, что означает наличие только двадцати аминокислот и «стоп», получается двадцать один. В процессе образования белка исключены пробелы, это подразумевает, что используются все существующие комбинации. Результатом служит образование вспомогательных кодов из сорока трех комбинаций кода одной и той же аминокислоты. При достаточно частом использовании аминокислоты вероятность образования нового кода возрастает и может достигать шести комбинаций. У редко используемой – один новый код будет большим достижением.
Научные исследования
Остается открытым вопрос исследования аминокислот. Механизм обнаружения исходного кода пока что не выработан, и возможностей различить главные и дополнительные значения объективно на сегодняшний момент не существует. Вообще, триплеты довольно скудно освещены в научной литературе.
Ученые и академики ограничились перечислением всех кодов для аминокислот, чтобы было удобно пользоваться получившейся 
Если такую вырванную половинку обнаруживает считывающий автомат, то в процессе обработки значений случаются непонятные сбои, приводящие к непредсказуемому результату. В результате появляются зависимые коды, «избыточность» и перекрывание комбинаций, что и вызывает ужасную путаницу в различных источниках. Понимание сложности вопроса заставляет ученые умы уклончиво отвечать на вопросы, связанные с триплетами. Возможно, это обусловлено большим значением триплета в разработках генных инженеров, что наводит на мысли о высокой коммерческой составляющей такой ценной информации.
Но многие профессора, в свою очередь, относятся к явлению триплетов с меньшей осторожностью и говорят о них как об исследованном вдоль и поперёк факте, не требующем отдельных доказательств. Но в работах таких специалистов не встречаются линейки кодонов с перекрытиями и зависимостями. Все у них четко и отклонениям от общепринятых понятий нет места. Вероятнее всего, это просто теоретические фантазии грамотного философа, не применяющего свои знания на практике.
Общепринятые устои
Общепринятое описание процесса считывания ячеек кодонов подразумевает, что триплеты считывания цепочки ДНК расположены на одной линии и имеют три основы. Считывающий автомат при работе проверяет первоочередную тройку оснований, затем шагает ко второй, потом следующей и до конца по порядку. При этом кодон, получается, являться единичным значением кода. В отдельном случае считываются два начальных основания, а потом сразу четвертое, находящиеся за границами кодона считывания, но что происходит с третьим основанием – не сообщается. При таком подходе каждый код триплета становится независимым.
Получается, нет разницы, что было до него и будет, ведь связующего триплета как бы ни существует. С таким подходом последующий триплет, может быть каким «надо», но ведь в действительности он совершенно не предсказуем. В подобных теориях аминокислотная избыточность теряет смысл, для чего она нужна в самодостаточной цепочке? Один код может повторяться бесчисленное количество раз и никогда не претерпит изменений.
Под сомнение подобные высказывания ставит тот факт, что существуют дополнительные коды для одной аминокислоты, а, значит, они должны выполнять какую-то функцию.
testdnk.pro
Гены, генетический код |
В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам.Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, обладают необычайно высокой реакционной способностью, наделены каталитическими функциями.Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль в наследственности, изменчивости организма, в синтезе белка.
План синтеза белка хранится в ядре клетки, а непосредственно синтез происходит вне ядра, поэтому необходима служба доставки закодированного плана из ядра к месту синтеза. Такую службу доставки исполняют молекулы РНК.
Процесс начинается в ядре клетки: раскручивается и открывается часть «лестницы» ДНК. Благодаря этому буквы РНК образуют связи с открытыми буквами ДНК одной из нитей ДНК. Фермент переносит буквы РНК, чтобы соединить их в нить. Так буквы ДНК «переписываются» в буквы РНК. Новообразованная цепочка РНК отделяется, и «лестница» ДНК снова закручивается. Процесс считки информации с ДНК и синтеза по ее матрице РНК называется транскрипцией, а синтезированная РНК называется информационной или и-РНК.
После дальнейших изменений этот вид закодированной и-РНК готов. и-РНК выходит из ядра и направляется к месту синтеза белка, где буквы и-РНК расшифровываются. Каждый набор из трех букв и-РНК образует «букву», обозначающее одну конкретную аминокислоту.
Другой вид РНК отыскивает эту аминокислоту, захватывает ее с помощью фермента и доставляет к месту синтеза белка. Эта РНК называется транспортной, или т-РНК. По мере прочтения и перевода сообщения и-РНК цепочка аминокислот растет. Эта цепочка закручивается и укладывается в уникальную форму, создавая один вид белка. Примечателен даже процесс укладки белка: на то, чтобы с помощью компьютера просчитать все варианты укладки белка среднего размера, состоящего из 100 аминокислот, потребовалось бы 1027 (!) лет. А для образования в организме цепочки из 20 аминокислот требуется не более одной секунды, и этот процесс происходит непрерывно во всех клетках тела.
Гены, генетический код и его свойства.
На Земле живет около 7 млрд людей. Если не считать 25—30 млн пар однояйцовых близнецов, то генетически все люди разные: каждый уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом.
Такие различия объясняются различиями в генотипах—наборах генов организма; у каждого он уникален. Генетические признаки конкретного организма воплощаются в белках — следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека.
Это не означает, что у людей не встречается совершенно одинаковых белков. Белки, выполняющие одни и те же функции, могут быть одинаковыми или совсем незначительно отличаться одной-двумя аминокислотами друг от друга. Но не существует на Земле людей (за исключением однояйцовых близнецов), у которых все белки были бы одинаковы.
Информация о первичной структуре белка закодирована в виде последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК, гене – единице наследственной информации организма. Каждая молекула ДНК содержит множество генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип. Таким образом,
Ген – единица наследственной информации организма, которой соответствует отдельный участок ДНК
Кодирование наследственной информации происходит с помощью генетического кода, который универсален для всех организмов и отличается лишь чередованием нуклеотидов, образующих гены, и кодирующих белки конкретных организмов.
Генетический код состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности (ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д.), каждый из которых кодирует определенную аминокислоту (которая будет встроена в полипептидную цепь).
Собственно кодом считается последовательность нуклеотидов в молекуле и-РНК, т.к. она снимает информацию с ДНК (процесс транскрипции) и переводит ее в последовательность аминокислот в молекулах синтезируемых белков (процесс трансляции).В состав и-РНК входят нуклеотиды А-Ц-Г-У, триплеты которых называются кодонами: триплет на ДНК ЦГТ на и-РНК станет триплетом ГЦА, а триплет ДНК ААГ станет триплетом УУЦ. Именно кодонами и-РНК отражается генетический код в записи.
Таким образом, генетический код — единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Генетический код основан на использовании алфавита, состоящего всего из четырех букв-нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями: А, Т, Г, Ц.
Основные свойства генетического кода:
1. Генетический код триплетен. Триплет (кодон) — последовательность трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту. Поскольку в состав белков входит 20 аминокислот, то очевидно, что каждая из них не может кодироваться одним нуклеотидом (поскольку в ДНК всего четыре типа нуклеотидов, то в этом случае 16 аминокислот остаются незакодированными). Двух нуклеотидов для кодирования аминокислот также не хватает, поскольку в этом случае могут быть закодированы только 16 аминокислот. Значит, наименьшее число нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту, должно быть не менее трех. В этом случае число возможных триплетов нуклеотидов составляет 43 = 64.
2. Избыточность (вырожденность) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (поскольку аминокислот 20, а триплетов — 64), за исключением метионина и триптофана, которые кодируются только одним триплетом. Кроме того, некоторые триплеты выполняют специфические функции: в молекуле и-РНК триплеты УАА, УАГ, УГА — являются терминирующими кодонами, т. е. стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), стоящий в начале цепи ДНК, не кодирует аминокислоту, а выполняет функцию инициирования (возбуждения) считывания.
3. Однозначность кода - одновременно с избыточностью коду присуще свойство однозначности: каждому кодону соответствует только одна определенная аминокислота.
4. Коллинеарность кода, т.е. последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке.
5. Генетический код неперекрываем и компактен, т. е. не содержит «знаков препинания». Это значит, что процесс считывания не допускает возможности перекрывания колонов (триплетов), и, начавшись на определенном кодоне, считывание идет непрерывно триплет за триплетом вплоть до стоп-сигналов (терминирующих кодонов).
6. Генетический код универсален, т. е. ядерные гены всех организмов одинаковым образом кодируют информацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов.
Существуют таблицы генетического кода для расшифровки кодонов и- РНК и построения цепочек белковых молекул.
Реакции матричного синтеза.
В живых системах встречается реакции, неизвестные в неживой природе — реакции матричного синтеза.
Термином "матрица" в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул.
Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, та-ких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах.
Здесь происходит направленное стягивание мономеров в определенное место клетки — на молекулы, служащие матрицей, где реакция протекает. Если бы такие реакции происходили в результате случайного столкновения молекул, они протекали бы бесконечно медленно. Синтез сложных молекул на основе матричного принципа осуществляется быстро и точно. Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы нуклеиновых кислот ДНК или РНК.
Мономерные молекулы, из которых синтезируется полимер, — нуклеотиды или аминокислоты — в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном, заданном порядке.
Затем происходит "сшивание" мономерных звеньев в полимерную цепь, и готовый полимер сбрасывается с матрицы.
После этого матрица готова к сборке новой полимерной молекулы. Понятно, что как на данной форме может производиться отливка только какой-то одной монеты, одной буквы, так и на данной матричной молекуле может идти "сборка" только какого-то одного полимера.
Матричный тип реакций — специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого — его способности к воспроизведению себе подобного.
Реакции матричного синтеза
1. Репликация ДНК — реплика́ция (от лат. replicatio — возобновление) — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой. Материалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, имеющиеся в цитоплазме клеток. Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской молекулы к дочерним, что в норме и происходит при делении соматических клеток.
Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей. Эти цепи удерживаются слабыми водородными связями, способными разрываться под действием ферментов. Молекула ДНК способна к самоудвоению (репликации), причем на каждой старой половине молекулы синтезируется новая ее половина.Кроме того, на молекуле ДНК может синтезироваться молекула и-РНК, которая затем переносит полученную от ДНК информацию к месту синтеза белка.
Передача информации и синтез белка идут по матричному принципу, сравнимому с работой печатного станка в типографии. Информация от ДНК многократно копируется. Если при копировании произойдут ошибки, то они повторятся во всех последующих копиях.
Правда, некоторые ошибки при копировании информации молекулой ДНК могут исправляться — процесс устранения ошибок называется репарацией. Первой из реакций в процессе передачи информации является репликация молекулы ДНК и синтез новых цепей ДНК.
2. Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. РНК-полимераза движется по молекуле ДНК в направлении 3' → 5'. Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации. Единицей транскрипции является оперон, фрагмент молекулы ДНК, состоящий из промотора, транскрибируемой части и терминатора. и-РНК состоит из одной цепи и синтезируется на ДНК в соответствии с правилом комплементарности при участии фермента, который активирует начало и конец синтеза молекулы и-РНК.
Готовая молекула и-РНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей.
3. Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. Иными словами, это процесс перевода информации, со-держащейся в последовательности нуклеотидов и-РНК, в последовательность амино-кислот в полипептиде.
4. Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на основании информации из одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении. Идея обратной транскрипции вначале была очень непопулярна, так как противоречила центральной догме молекулярной биологии, которая предполагала, что ДНК транскрибируется в РНК и далее транслируется в белки.
Однако в 1970 году Темин и Балтимор независимо друг от друга открыли фермент, названный обратной транскриптазой (ревертазой), и возможность обратной транскрипции была окончательно подтверждена. В 1975 году Темину и Балтимору была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины. Некоторые вирусы (такие как вирус иммунодефицита человека, вызывающий ВИЧ-инфекцию), имеют возможность транскрибировать РНК в ДНК. ВИЧ имеет РНК-геном, который встраивается в ДНК. В результате, ДНК вируса может быть объединена с геномом клетки-хозяина. Главный фермент, ответственный за синтез ДНК из РНК, называется ревертазой. Одной из функций ревертазы является создание комплементарной ДНК (кДНК) из вирусного генома. Ассоциированный фермент рибонуклеаза расщепляет РНК, а ревертаза синтезирует кДНК из двойной спирали ДНК. кДНК интегрируется в геном клетки-хозяина с помощью интегразы. Результатом является синтез вирусных протеинов клеткой-хозяином, которые образуют новые вирусы. В случае с ВИЧ так же программируется апоптоз (смерть клетки) Т-лимфоцитов. В иных случаях клетка может остаться распространителем вирусов.
Последовательность матричных реакций при биосинтезе белков можно представить в виде схемы.
Таким образом, биосинтез белка – это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определенную последовательность аминокислот в белковых молекулах.
Молекулы белков по существу представляют собой полипептидные цепочки, составленные из отдельных аминокислот. Но аминокислоты недостаточно активны, чтобы соединиться между собой самостоятельно. Поэтому, прежде чем соединиться друг с другом и образовать молекулу белка, аминокислоты должны активироваться. Эта активация происходит под действием особых ферментов.
В результате активирования аминокислота становится более лабильной и под действием того же фермента связывается с т-РНК. Каждой аминокислоте соответствует строго специфическая т-РНК, которая находит «свою» аминокислоту и переносит ее в рибосому.
Следовательно, в рибосому поступают различные активированные аминокислоты, соединенные со своими т-РНК. Рибосома представляет собой как бы конвейер для сборки цепочки белка из поступающих в него различных аминокислот.
Одновременно с т-РНК, на которой «сидит» своя аминокислота, в рибосому поступает «сигнал» от ДНК, которая содержится в ядре. В соответствии с этим сигналом в рибосоме синтезируется тот или иной белок.
Направляющее влияние ДНК на синтез белка осуществляется не непосредственно, а с помощью особого посредника – матричной или информационной РНК (м-РНК или и-РНК), которая синтезируется в ядре под влиянием ДНК, поэтому ее состав отражает состав ДНК. Молекула РНК представляет собой как бы слепок с формы ДНК. Синтезированная и-РНК поступает в рибосому и как бы передает этой структуре план — в каком порядке должны соединяться друг с другом поступившие в рибосому активированные аминокислоты, чтобы синтезировался определенный белок. Иначе, генетическая информация, закодированная в ДНК, передается на и- РНК и далее на белок.
Молекула и-РНК поступает в рибосому и прошивает ее. Тот ее отрезок, который находится в данный момент в рибосоме, определенный кодоном (триплет), взаимо-действует совершенно специфично с подходящим к нему по строению триплетом (антикодоном) в транспортной РНК, которая принесла в рибосому аминокислоту.
Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит к определенному кодону и-РНК и соединяется с ним; к следующему, соседнему участку и- РНК присоединяется другая т-РНК с другой аминокислотой и так до тех пор, пока не будет считана вся цепочка и-РНК, пока не нанижутся все аминокислоты в соответствующем порядке, образуя молекулу белка. А т-РНК, которая доставила аминокислоту к определенному участку полипептидной цепи, освобождается от своей аминокислоты и выходит из рибосомы.
Затем снова в цитоплазме к ней может присоединиться нужная аминокислота, и она снова перенесет ее в рибосому. В процессе синтеза белка участвует одновременно не одна, а несколько рибосом — полирибосомы.
Основные этапы передачи генетической информации:
1. Синтез на ДНК как на матрице и-РНК (транскрипция) 2. Синтез в рибосомах полипептидной цепи по программе, содержащейся в и-РНК (трансляция).
Этапы универсальны для всех живых существ, но временные и пространственные взаимоотношения этих процессов различаются у про- и эукариотов.
У прокариот транскрипция и трансляция могут осуществляться одновременно, поскольку ДНК находится в цитоплазме. У эукариот транскрипция и трансляция строго разделены в пространстве и времени: синтез различных РНК происходит в ядре, после чего молекулы РНК должны покинуть пределы ядра, пройдя через ядерную мембрану. Затем в цитоплазме РНК транспортируются к месту синтеза белка.
in-natura.ru
Почему генетический код обладает свойством триплетности?
Большая часть генетической информации, содержащейся в ДНК, кодирует последовательность аминокислот. Процесс экспрессии генетической информации включает транскрипцию «текста» , записанного на «языке нуклеиновой кислоты» , в текст, записанный на «языке белков» . Таково происхождение термина трансляция (дословно — перевод) , используемого для обозначения процесса биосинтеза белков. Правила, которым следует трансляция, называют генетическим кодом. Поскольку в биосинтезе участвуют 20 аминокислот, называемых протеиногенными, «язык» нуклеиновых кислот должен содержать по крайней мере 20 слов (кодонов) Однако в аминокислотном «алфавите» имеется только четыре «буквы» (А, Г, Ц и У или Т [или в англ. транскрипции: A, G, С и U или Т*]), так что для получения 20 различных слов каждое должно состоять по крайней мере из трех букв. Кодоны действительно включают три азотистых основания (триплет нуклеотидов) . На схеме 1 представлен стандартный код ДНК (последовательность триплетов в некодирующей цепи) , изображенный в виде круга. Схема читается от центра наружу, так что, например, триплет CAT кодирует аминокислоту гистидин. ДНК-кодоны идентичны таковым в мРНК (mRNA), за исключением того, что в мРНК вместо урацила (U), характерного для ДНК, стоит тимин (Т) . В качестве примера прочтения кода на схеме 2 показаны короткие участки нормального и мутантного гена β-глобина вместе с соответствующими последовательностями мРНК и аминокислот. Здесь показаны относительно часто встречающиеся точковые мутации, в результате которых остаток глутаминовой кислоты в положении 6 β-цепи заменен на валин. Такой мутантный гемоглобин в дезоксиформе склонен к агрегации, что вызывает деформацию эритроцитов и уменьшает эффективность транспорта кислорода (серповидноклеточная анемия) . В триплетном генетическом коде для 20 аминокислот потенциально существует 43 = 64 кодона. Таким образом, большинство аминокислот записывается несколькими кодонами, т. е. генетический код является вырожденным. Кроме того, имеются три триплета, которые обозначают конец транскрипции (стоп-кодоны) . Еще один специальный кодон, стартовый (инициирующий) кодон, маркирует начало трансляции. Генетический код, показанный на рисунке, является почти универсальным. Этому стандарту не полностью соответствуют только митохондрии (см. с. 212) и некоторые микроорганизмы. <img src="//otvet.imgsmail.ru/download/a0749a6598279206e6b2b52bbb23ce3e_i-2149.jpg" > <img src="//otvet.imgsmail.ru/download/a0749a6598279206e6b2b52bbb23ce3e_i-2150.jpg" > <img src="//otvet.imgsmail.ru/download/a0749a6598279206e6b2b52bbb23ce3e_i-2151.jpg" >
touch.otvet.mail.ru
Генетический код – соответствие между триплетами ДНК и аминокислотами белков
Необходимость кодирования структуры белков в линейной последовательности нуклеотидов мРНК и ДНК продиктована тем, что в ходе трансляции:
- нет соответствия между числом мономеров в матрице мРНК и продукте - синтезируемом белке;
- отсутствует структурное сходство между мономерами РНК и белка.
Это исключает комплементарное взаимодействие между матрицей и продуктом - принцип, по которому осуществляется построение новых молекул ДНК и РНК в ходе репликации и транскрипции. Отсюда становится ясным, что должен существовать "словарь", позволяющий выяснить, какая последовательность нуклеотидов мРНК обеспечивает включение в белок аминокислот в заданной последовательности. Этот "словарь" получил название генетического, биологического, нуклеотидного, или аминокислотного кода. Он позволяет шифровать аминокислоты, входящие в состав белков, с помощью определённой последовательности нуклеотидов в ДНК и мРНК. Для него характерны определённые свойства.
Триплетность.Одним из основных вопросов при выяснении свойств кода был вопрос о числе нуклеотидов, которое должно определять включение в белок одной аминокислоты. Было установлено, что кодирующими элементами в шифровании аминокислотной последовательности действительно являются тройки нуклеотидов, или триплеты,которые получили название "кодоны".
Смысл кодонов. Удалось установить, что из 64 кодонов включение аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь шифрует 61 триплет, а 3 остальных - UAA, UAG, UGA не кодируют включение в белок аминокислот и первоначально были названы бессмысленными, или нон-сенс-кодонами. Однако в дальнейшем было показано, что эти триплеты сигнализируют о завершении трансляции, и поэтому их стали называть терминирующими, или стоп-кодонами.
Кодоны мРНК и триплеты нуклеотидов в кодирующей нити ДНК с направлением от 5' к 3'-концу имеют одинаковую последовательность азотистых оснований, за исключением того, что в ДНК вместо урацила (U), характерного для мРНК, стоит тимин (Т).
Специфичность. Каждому кодону соответствует только одна определённая аминокислота. В этом смысле генетический код строго однозначен.
Таблица 4-3. Основные компоненты белоксинтезирующей системы
| Необходимые компоненты | Функции |
| 1 . Аминокислоты | Субстраты для синтеза белков |
| 2. тРНК | тРНК выполняют функцию адаптеров. Они акцепторным концом взаимодействуют с аминокислотами, а антикодоном - с кодоном мРНК. |
| 3. Аминоацил-тРНК синтетазы | Каждая аа-тРНК-синтетаза катализирует реакцию специфического связывания одной из 20 аминокислот с соответствующей тРНК |
| 4.мРНК | Матрица содержит линейную последовательность кодонов, определяющих первичную структуру белков |
| 5. Рибосомы | Рибонуклеопротеиновые субклеточные структуры, являющиеся местом синтеза белков |
| 6. АТФ, ГТФ | Источники энергии |
| 7. Белковые факторы инициации, элонгации, терминации | Специфические внерибосомные белки, необходимые для процесса трансляции (12 факторов инициации: elF; 2 фактора элонгации: eEFl, eEF2, и факторы терминации: eRF) |
| 8. Ионы магния | Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом |
Примечания:elF (eukaryotic initiation factors) - факторы инициации; eEF (eukaryotic elongation factors) - факторы элонгации; eRF (eukaryotic releasing factors) - факторы терминации.
Вырожденность. В мРНК и ДНК имеет смысл 61 триплет, каждый из которых кодирует включение в белок одной из 20 аминокислот. Из этого следует, что в информационных молекулах включение в белок одной и той же аминокислоты определяют несколько кодонов. Это свойство биологического кода получило название вырожденности.
У человека одним кодоном зашифрованы только 2 аминокислоты - Мет и Три, тогда как Лей, Сер и Apr - шестью кодонами, а Ала, Вал, Гли, Про, Тре - четырьмя кодонами (табл. 4-4).
Избыточность кодирующих последовательностей - ценнейшее свойство кода, так как она повышает устойчивость информационного потока к неблагоприятным воздействиям внешней и внутренней среды. При определении природы аминокислоты, которая должна быть включена в белок, третий нуклеотид в кодоне не имеет столь важного значения, как первые два. Как видно из табл. 4-4, для многих аминокислот замена нуклеотида в третьей позиции кодона не сказывается на его смысле.
Линейность записи информации. В ходе трансляции кодоны мРНК "читаются" с фиксированной стартовой точки последовательно и не перекрываются. В записи информации отсутствуют сигналы, указывающие на конец одного кодона и начало следующего. Кодон AUG является инициирующим и прочитывается как в начале, так и в других участках мРНК как Мет. Следующие за ним триплеты читаются последовательно без каких-либо пропусков вплоть до стоп-кодона, на котором синтез полипептидной цепи завершается.
Универсальность. До недавнего времени считалось, что код абсолютно универсален, т.е. смысл кодовых слов одинаков для всех изученных организмов: вирусов, бактерий, растений, земноводных, млекопитающих, включая человека. Однако позднее стало известно одно исключение, оказалось, что митохондриальная мРНК содержит 4 триплета, имеющих другое значение, чем в мРНК ядерного происхождения. Так, в мРНК митохондрий триплет UGA кодирует Три, AUA - Мет, а АСА и AGG прочитываются как дополнительные стоп-кодоны.
Колинеарность гена и продукта. У прокариотов обнаружено линейное соответствие последовательности кодонов гена и последовательности аминокислот в белковом продукте, или, как говорят, существует колинеарность гена и продукта.
Таблица 4-4. Генетический код
| Первое основание | Второе основание | |||
| U | С | А | G | |
| U | UUU Фен | UCU Cep | UAU Тир | UGU Цис |
| UUС Фен | UCC Сер | иАСТир | UGC Цис | |
| UUА Лей | UCA Cep | UAA* | UGA* | |
| UUG Лей | UCG Сер | UAG* | UGG Apr | |
| С | CUU Лей | CCU Про | CAU Гис | CGU Apr |
| CUC Лей | ССС Про | САС Гис | CGC Apr | |
| CUA Лей | ССА Про | САА Глн | CGA Apr | |
| CUG Лей | CCG Про | CAG Глн | CGG Apr | |
| А | AUU Иле | ACU Tpe | AAU Асн | AGU Сер |
| AUC Иле | АСС Тре | ААС Асн | AGG Сер | |
| AUA Мет | АСА Тре | ААА Лиз | AGA Apr | |
| AUG Мет | ACG Тре | AAG Лиз | AGG Apr | |
| G | GUU Ban | GCU Ала | GAU Асп | GGU Гли |
| GUC Вал | GCC Ала | GAC Асп | GGC Гли | |
| GUА Вал | GСА Ала | GАА Глу | GGA Гли | |
| GUG Вал | GСG Ала | GAG Глу | GGG Гли |
Примечания:U - урацил; С - цитозин; А - аденин; G - гуанин; * - терминирующий кодон.
У эукариотов последовательности оснований в гене, колинеарные аминокислотной последовательности в белке, прерываются нитронами. Поэтому в эукариотических клетках аминокислотная последовательность белка колинеарна последовательности экзонов в гене или зрелой мРНК после посттранскригщионного удаления интронов.
Рекомендуемые страницы:
Воспользуйтесь поиском по сайту:
megalektsii.ru
Триплет – это функциональная единица информации в клетке
Образование 14 июня 2016Триплет – это единица считывания информации с нуклеиновой кислоты, которая распознается в процессе трансляции на рибосомах клетки. Нуклеотиды ДНК несут в себе информацию о закодированном белке, поэтому важно считывать ее правильно, без ошибок и неточностей. Следовательно, триплетность как одно из свойств генетического кода помогает максимально верно передать запрограммированную последовательность аминокислот будущего белка.
Триплет – это единица информации ДНК
Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Последние образуют непрерывную цепь генетической информации, считывание которой происходит на стадии транскрипции. Уже здесь определяется рамка считывания ДНК, по которой происходит синтез матричной РНК, а следовательно, стартовый и финишный триплеты.
Рамка считывания не должна меняться в процессе транскрипции, так как это может повлечь за собой неприятные последствия при синтезе белка. Например, пептид может быть укорочен, иметь в составе совсем другую последовательность аминокислот, стать потенциально опасным для клетки.
Необходимость в триплетах возникает на стадии трансляции – непосредственного считывания информации с РНК с образованием первичной структуры молекулы белка. И тут возникает вопрос: так что такое триплет? Зачем он нужен клетке и какова его биологическая роль?
Значение триплета в биосинтезе белка
Информация, запрограммированная в ДНК, а затем в РНК, четко структурирована на отдельные части. Непрерывная последовательность нуклеотидов должна быть каким-то образом разбита на функциональные сегменты, по которым возможен процесс биосинтеза белка. Триплет – это и есть та функциональная единица и основа синтеза полипептида, без которой считывание информации с нуклеиновой кислоты невозможно.
Триплет, или кодон, представляет собой три последовательных нуклеотида, стоящих друг за другом. Каждый из них кодирует одну аминокислоту, которая поставляется с помощью тРНК к рибосомам в процессе биосинтеза белка.
Интересно то, что одной и той же аминокислоте может соответствовать сразу несколько разных кодонов. Однако один такой триплет кодирует свою единственную аминокислоту. Вырожденность и однозначность генетического кода являются еще одним способом, благодаря которому в клетке протекает синтез белковых молекул. К примеру, аминокислота метионин кодируется только единственным кодоном АУГ (аденин, урацил, гуанин соответственно). А валин, в свою очередь, запрограммирован сразу несколькими триплетами, и среди них ГУУ, ГУЦ, ГУА и ГУГ.
Какие нуклеотиды входят в состав триплета?
Триплет ДНК – это набор из трех последовательных нуклеотидов, стоящих рядом друг с другом. Границы каждого кодона строго зафиксированы, чтобы не происходило сдвига рамки считывания и не образовался в последующем дефективный и неправильный белок. Триплет – это в биологии три нуклеотида, однако нуклеиновые кислоты состоят из нескольких видов мономеров. Какие существуют нуклеотиды в составе ДНК и РНК?
Все мономеры нуклеиновых кислот делятся на две большие группы: пуриновые и пиримидиновые. Пуриновые основания представляют собой группу нуклеотидов, в которую входят аденин и гуанин. Их отличительная особенность заключается в том, что молекула состоит из двух углеродных колец.
Другая группа – это нуклеотиды, молекулярный скелет которых образован только одним кольцом. К таким мономерам относятся цитозин, а также тимин (в ДНК) и урацил (вместо тимина в РНК).
Кодон и триплет – это одно и то же?
Понятие «кодон» встречается при описании процесса трансляции, когда с молекулы РНК считывается информация о тех аминокислотах, которые должны войти в состав нового белка. Триплет – более обширное понятие, и оно используется при описании рамки считывания РНК, а в некоторых случаях и ДНК. Хотя до момента трансляции на практике сложно сказать, где находится граница между двумя соседними триплетами, однако в теории эта линия постоянная и не меняется.
В сущности, кодон и триплет – это одно и то же. Разница заключается лишь в том, когда применяется понятие «кодон», а когда «триплет». Если первое можно услышать при описании трансляции, то второе используется для обозначения трех нуклеотидов в составе нуклеиновых кислот.
Источник: fb.ru Самосовершенствование Фокус-группа – это метод сбора информации в социологииВ социологической науке и практике принято рассматривать фокус-группу как качественный метод сбора информации в группах гомогенной структуры, основанный на положениях групповой динамики и предполагающий сфокусированну...
Компьютеры Единицы измерения информации в информатике. Минимальная единица измерения информацииНаш высокотехнологичный век отличается своими широкими возможностями. С развитием электронных вычислительных машин перед людьми открылись удивительные горизонты. Любую интересующую новость теперь можно найти в глобаль...
Компьютеры Бит - это единица информацииБит - это единица измерения объема информации. Клод Шэннон предложил использовать термин bit в 1948 году для обозначения единицы информации. Сейчас мы обсудим историю и содержание данного понятия подробнее.Что...
Автомобили SRS - что это такое? Что входит в систему SRS?На данный момент практически каждый при покупке нового авто может заказать у дилера опционную установку какой-либо системы. Это стало вполне обыденным делом. Но есть такие опции, которые уже входят в комплектацию, и з...
Автомобили Форд Фокус седан - это самый продаваемый автомобиль в миреФорд Фокус седан очередного поколения - это один из самых продаваемых и доступных автомобилей в мире. Но чем же объясняется его популярность? Во-первых, Ford Focus вышел в лидеры благодаря своему дизайну. Незабываемый...
Бизнес Реэкспорт - это... Процедура реэкспорта. Реэкспорт в РоссииВсем организациям, ведущим внешнеэкономическую деятельность, не понаслышке знаком термин "реэкспорт". Это особый случай экспорта ранее ввезённых из-за границы товаров, который отменяет уплату таможенных взносов. Попро...
Бизнес Наложенный платеж - это удобство и выгода в одном флаконеИнтернет всегда был благодатной почвой для деятельности мошенников и аферистов. К сожалению, это факт. А потому к различным онлайн-магазинам наш и без того по природе своей недоверчивый человек изначально отнесся край...
Бизнес Расчет показателей рентабельности на основе функционально-стоимостной теории в природоохранном сегменте деятельностиВ связи с переходом на рыночную экономику, ранее широко применявшиеся в России, методика расчета показателей рентабельности и другие традиционные критерии индикации эколого-экономических нововведений были инкорпориров...
Дом и семья Содержание кроликов в клетках для начинающихСодержание кроликов на приусадебном участке – дело интересное и при этом очень выгодное. Эти животные быстро растут и размножаются, к тому же не особенно прихотливы в уходе. Существует три основных способа выращ...
Дом и семья PVD-покрытие - что это? Применение PVD-покрытия в часовой промышленностиСовременная часовая промышленность предлагает на рынке широкий ассортимент изделий, в которых разобраться порой бывает достаточно сложно. При производстве швейцарских часов очень часто используют PVD-покрытие. Что это...
monateka.com
соответствует — что соответствует триплету ДНК АЦТ?? — 22 ответа
триплет днк
В разделе Животные, Растения на вопрос что соответствует триплету ДНК АЦТ?? заданный автором Not_present лучший ответ это Может, это Вам как-то поможет?Нуклеиновые кислотыНуклеиновые кислоты — это высокомолекулярные органические соединения, имеющие первостепенное биологическое значение. Впервые они были обнаружены в ядре клеток (в конце XIX в.) , отсюда и получили соответствующее название (нуклеус — ядро) . Нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию.Существует два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) -и рибонуклеиновая кислота (РНК) . Основное местоположение ДНК — ядро клетки. ДНК обнаружена также в некоторых органоидах (пластиды, митохондрии, центриоли) . РНК ^встречаются в ядрышках, в рибосомах и цитоплазме клеток.Молекула ДНК состоит из двух спирально закру ченных друг возле друга нитей. Ее мономерами служат нуклеотиды. Каждый нуклеотид — химическое соединение, состоящее из трех веществ: азотистого основания, пятиатомного сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Существуют четыре вида азотистых оснований: аденин (А) , тимин (Т) , гуанин (Г) и цитозин (Ц) , которые в молекуле ДНК образуют четыре вида нуклеотидов: адениловый, тимидиловый, гуаниловый и цитидиловый.Схема строения нуклеотидаАзотистые основания в молекуле ДНК соединены между собой неодинаковым количеством водородных связей. Аденин — тимин соответствуют друг другу по пространственной конфигурации и образуют две водородные связи. Точно так же соответствуют по своей конфигурации молекулы гуанина и цитозина, они соединяются тремя водородными связями. Способность к избирательному взаимодействию аденина с тимином, а гуанина с цитозином, основанная на особенностях расположения в пространстве атомов этих молекул, называется комплементарностью (дополнительностью) . В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой через сахар (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты. В молекуле ДНК последовательно соединены многие тысячи нуклеотидов. Молекулярная масса этого соединения достигает десятков и сотен миллионов.ДНК называют веществом наследственности. Биологическая наследственная информация зашифрована (закодирована) в молекулах ДНК с помощью химического кода. В клетках всех живых существ один и тот же код. В его основе лежит последовательность соединения в нитях ДНК четырех азотистых оснований: А, Т, Г, Ц. Различные комбинации трех смежных нуклеотидов образуют триплеты называемые кодонами. Последовательность кодонов в нити ДНК в свою очередь определяет (кодирует) последовательность расположения аминокислот в полипептидной белковой цепи. Для каждой из 20 аминокислот, из которых клетки строят все без исключения белки данного организма, существует свой специфический кодон, причем соседние триплеты не перекрываются: в процессе считывания информации с молекулы ДНК азотистые основания одного кодона никогда не включаются в состав другого — считывается тройка тех нуклеотидов и в той последовательности, в какой они представлены в данном конкретном кодоне. Каждому триплету соответствует одна из 20 аминокислот.Из четырех азотистых оснований (Г, Ц, А, Т) в каждый триплет входят только три в различном сочетании:Г-А-Т, Ц-Г-А, А-Ц-Т, Г-Ц-Г, Т-Ц-Т и т. д. Таких неповторяющихся сочетаний может быть 4х4х4=64, а число аминокислот равно 20.В результате некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами. Эта избыточность кода имеет большое значение для повышения надежности передачи генетической информации. Например, аминокислоте аргинину соответствуют триплеты ГЦА, ГЦГ, ГЦТ, ГЦЦ. Понятно, что случайная замена третьего нуклеотида в этих триплетах никак не отразится на структуре синтезируемого белка. В приведенной ниже схеме условно показана последовательность пяти триплетов-кодонов на небольшом участке нити ДНК. Чередование отдельных нуклеотидов в одной нити ДНК может варьировать как угодно, но последовательность их в другой нити должна быть комплементарна ей, например:1-я нить ГАТ____ ЦГА____АЦТ____ГЦГ____ТЦТ и т. д.2-я нить ЦТА____ГЦТ____ТГА____ЦГЦ____ АГА и т. д.Источник: ссылка
Ответ от 22 ответа[гуру]Привет! Вот подборка тем с ответами на Ваш вопрос: что соответствует триплету ДНК АЦТ??
Ответ от Ђатьяна Потешина[гуру]Привет. Мы щас тоже это проходим, только вопрос не понятен. И те наверно в образование надо было. Это скорее биосинтез, а не н/к.
Ответ от 2 ответа[гуру]Привет! Вот еще темы с нужными ответами:
Ответить на вопрос:
22oa.ru
