Кодирование и реализация генетической информации. Кодирование и реализация биологической информации в клетке, генетический код и его свойства
1. Кодирование и реализация биологической информации в клетке. Кодовая система днк и белка.
2. Генная инженерия. Биотехнология. Задачи, методы. Достижения, перспективы.
3. Определение науки экологии. Среда как экологическое понятие, факторы среды. Экосистема, биогеоценоз, антропоценоз. Специфика среды жизни людей.
1. Первично все многообразие жизни обусловливается разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции. Структура белков определяется набором и порядком расположения аминокислот в их пептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот в пептидных цепях зашифрована в молекулах ДНК с помощью биологического (генетического) кода. Для шифровки 20 различных аминокислот достаточное количество сочетаний нуклеотидов может обеспечить лишь триплетный код, в котором каждая аминокислота шифруется тремя стоящими рядом нуклеотидами.
Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательного расположения нуклеотидов в и-РНК.
Св-ва ген. кода:
1) Код триплетен. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называется триплетом или кодоном.
2) Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (исключение метиотин и триптофан)
3) Код однозначен – каждый кодон шифрует только 1 аминоксилоту
4) Между генами имеются «знаки препинания» (УАА,УАГ,УГА) каждый из которых означает прекращение синтеза и стоит в конце каждого гена.
5) Внутри гена нет знаков препинания.
6) Код универсален. Генетический код един для всех живых на земле существ.
Транскрипция – это процесс считывания информации РНК, осуществляемой и-РНК полимеразой. ДНК – носитель всей генетической информации в клетке, непосредственного участия в синтезе белков не принимает. К рибосомам – местам сборки белков – высылается из ядра несущий информационный посредник, способный пройти поры ядерной мембраны. Им является и-РНК. По принципу комплементарности она считывает с ДНК при участии фермента называемого РНК – полимеразой. В процессе транскрипции можно выделить 4 стадии:
1) Связывание РНК-полимеразы с промотором,
2) инициация – начало синтеза. Оно заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и ГТФ и два нуклеотидом синтезирующей молекулы и-РНК,
3) элонгация – рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой ните ДНК,
4) Терминация – завершения синтеза и-РНК. Промотр – площадка для РНК-полимеразы. Оперон – часть одного гена ДНК.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединенных друг с другом. Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие одно из четырех азотистых оснований: аденин (А) или тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г), пятиатомный сахар пентозу – дезоксирибозу, по имени которой получила название и сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.
2. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, или технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала – основного наследственного вещества клеток. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть. Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.
Методы генной инженерии:
Метод секвенирования – определение нуклеотидной последовательности ДНК;
Метод обратной транскрипции ДНК;
Размножение отдельных фрагментов ДНК.
Современная биотехнология - это новое научно-техническое направление, возникшее в 60-70-х годах нашего столетия. Особенно бурно она стала развиваться с середины 70-х годов после первых успехов генно-инженерных экспериментов. Биотехнология, в сущности, не что иное, как использование культур клеток бактерий, дрожжей, животных или растений, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку специфических веществ. Биотехнология на основе применения знаний и методов биохимии, генетики и химической техники дала возможность получения с помощью легко доступных, возобновляемых ресурсов тех веществ и которые важны для жизни и благосостояния.
3. Экология – наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Природа, в которой обитает живой организм, является средой его обитания . Факторы среды, которые воздействуют на организм, называют экологическими факторами:
абиотические факторы – факторы неживой природы (температура, свет, влажность);
биотические факторы – взаимоотношения между особями в популяции и между популяциями в природном обществе;
антропогенный фактор – деятельность человека, приводящая к изменению среды обитания живых организмов.
Фотопериодизм – общее важное приспособление организмов. Так, весенние удлиняющиеся дни вызывают активную деятельность половых желез.
В 1935 г. английский ботаник А.Тесли ввел понятие «экосистема »- исторически сложившиеся открытые, но целостные и устойчивые системы живых и неживых компонентов, имеющие односторонний поток энергии, внутренние и внешние круговороты веществ и обладающие способностью регулировать все эти процессы.
В 1942 г. советский академик В.Н.Сукачев сформулировал понятие «биогеоценоз » - открытая природная система, состоящая из живых и неживых компонентов, занимающая территорию со сравнительно однородным растительным сообществом и характеризующаяся определенным потоком энергии, круговоротом веществ, движением и развитием.
Лес, поле, луг – это экосистема. Но когда характеристика леса и его тип конкретизуется определенным растительным сообществом (ельник – черничник, сосняк – брусничник) - это биогеоценоз.
Среда обитания человека представляет собой переплетение взаимодействующих естественных и антропогенных экологических факторов, набор которых различается в разных природно-географических и экономических регионах планеты.
07.04.2015 13.10.2015
В эпоху нано-технологий и новаций во всех сферах жизни человека, необходимо знать многое для самоуверенности и общения с людьми. Технологии двадцать первого века шагнули очень далеко, например, в сфере медицины и генетики. В настоящей статье попробуем подробно описать наиглавнейший шаг человечества в исследованиях ДНК.
Описание кода ДНК
Что же такое – этот код? Код вырожден генетическими свойствами и занимаются его исследованием ученые генетики. Этим кодом наделены все живые существа нашей планеты. Научно определяется как метод белковой последовательности аминокислот с помощью цепочки нуклеотидов.
Так называемый алфавит состоит из четырех основ, обозначающихся А, Г, Т, Ц:
А – аденин,
Г – гуанин,
Т – тимин,
Ц – цитозин.
Цепь кода представляет собой спираль последовательно составленных выше описанных основ, получается, что каждой ступеньки спирали соответствует определенная буква.
Вырожден код ДНК белками, которые участвуют в составлении и складываются из цепочек. В которых участвуют двадцать видов аминокислот. Аминокислоты раскрывающего кода имеют название канонические, выстраиваются определенным образом в каждом существе и образуют белковые звенья.
История выявления
Изучение белков и кислот человечество занимается с давнего времени, но первые гипотезы и постановление теории о наследственности возникли только в середине двадцатого века. К этому моменту ученые собрали достаточное количество знаний этого вопроса.
В 1953 году исследования показали, что белок отдельного организма имеет уникальную цепочку из аминокислот. Далее было выведено, что эта цепочка не имеет никакого ограничения в полипептиде.
Сравнивались записи различных мировых ученых, которые были различны. Поэтому сформировалось определенное понятие: каждому гену соответствует определенный полипептид. В это же время возникает название ДНК, которое определенно доказано, что не белок.
Исследователи Крик и Уотсон впервые говорили о матричной схеме объясняющего шифра в 1953 году. В самой последней работе великих ученых был доказан факт, что шифр является носителем информации.
Впоследствии оставалось разобраться только в вопросе определения и формирования цепочек аминокислот белка, основания и свойства.
Первым ученым, построившим гипотезу генетического кодирования, был физик Гамов, который также предложил определенный способ проверки матрицы.
Генетики предположили установить соответствие между двумя боковыми перекладинами цепи аминокислот и образующимися ромбовидными ступеньками. Ромбовидные ступени цепи образуются при помощи четырех нуклеотидов генетического кода. Это соответствие было названо бубновым.
Гамов в дальнейшем своем исследовании предлагает теорию триплетного кода. Это предположение становится первостепенным в вопросе о природе генетического кода. Хотя теория физика Гамова имеет недостатки, одним из которых является кодирование структуры белков через генетический код.
Соответственно Георгий Гамов стал первым ученым, который рассмотрел вопрос о генах как кодирование четырехзначной системы в переводе её в двадцатизначный основополагающий факт.
Принцип действия
Один белок составлен из нескольких верениц аминокислот. Логичность связующих цепочек, определяет строение и характеристики белка организма, что соответственно способствует выявлению информации о биологических параметрах живого существа.
Информация из живых клеток добывается двумя матричными процессами:
Транскрипцией, то есть синтезированным процессом слияния матриц РНК и ДНК.
Трансляцией, то есть синтезирование цепочки полипептидов на матрице РНК.
В процессе трансляции генетический код перенаправлен в логичную цепочку аминокислот.
Для выявления и реализации информации генов необходимо не менее трех цепочных нуклеотидов, при рассмотрении двадцати строго последовательных аминокислот. Такой набор из трех нуклеотидов обозначается как триплет.
Генетические коды распределены между двумя категориями:
Перекрывающие – код минорный, треугольный и последовательный.
Неперекрывающиеся – код комбинационный и «без запятых».
Исследования доказывали что порядок аминокислот хаотичен и соответственно индивидуально, на основе этого учены отдают предпочтение кодам неперекрывающимся. Впоследствии теория «без запятых» была опровергнута.
Для чего необходимо знать код ДНК
Знания о генетическом коде живого организма позволяют определить информацию молекул в наследственном и эволюционном смысле. Необходима запись наследственности, выявляет исследования по формированию системных знаний в мире генетики.
Универсальность генетического кода считается самым уникальным свойством живого организма. На основе данных можно получить ответы на большинство вопросов медицинского и генетического характера.
Использование знаний в медицине и генетике
Достижение в молекулярной биологии двадцатого века позволило широко шагнуть в исследованиях болезней и вирусов имеющих различные основания. Информация о генетическом коде повсеместно используется в медицине и генетики.
Выявление природы определенного заболевания либо вируса накладывается на исследование генетического развития. Знания и формирование теорий и практик способны вылечить трудно-излечимые или неизлечимые заболевания современного мира и будущего.
Перспективы развития
Так как научно доказано что в генетическом коде заложена информация не только о наследственности, но и о продолжительности жизни организма, развитие генетики задается вопросом о бессмертии и о долголетии. Эта перспектива поддерживается рядом гипотез наземного бессмертия, клетки раковых заболеваний, стволовые клетки человека.
Научный сотрудник технического института П. Гаряев в 1985 году обнаружил по случайности спектрального анализа пустое место, названное впоследствии фантом. Фантомы определяют умершие генетические молекулы.
Что обозначило в дальнейшем теорию об изменении живого организма со временем, которое предполагает, что человек способен жить более четыреста лет.
Феноменом является то, что клетки ДНК способны издавать звуковые колебания в сто герц. То есть ДНК может говорить.
Белки – это гетерополимеры, состоящие из 20 различных мономеров – природных альфа-аминокислот. Белки – это нерегулярные полимеры. В строении молекулы белка различают несколько уровней структурной организации. Первичная структура – это последовательность аминокислотных остатков, соединенных пептидными связями. Вторичная структура – как правило, это спиральная структура,которая удерживается множеством водородных связей, возникающих между находящимся близко друг от друга –С=О и –NH-группам. Третичная структура белковой молекулы – это пространственная конфигурация, обычно напоминающая компактную глобулу; она поддерживается ионными, водородными и дисульфидными (S–S) связями.Четвертичная структура образуется при взаимодействии нескольких субъединиц – глобул (например, молекула гемоглобина состоит из четырех таких субъединиц). Утрата белковой молекулой своей структуры называется денатурацией; она может быть вызвана температурой, обезвоживанием, облучением и т.д.. Информация о последовательности аминокислот в одной полипептидной цепи находится в участке ДНК, который называется ген . В ДНК заложена информация о первичной структуре белка. Код ДНК един для всех организмов. Каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида, образующих триплет, или кодон. Такое кодирование избыточно: возможны 64 комбинации триплетов, тогда как аминокислот только 20. Существуют также управляющие триплеты, например, обозначающие начало и конец гена.
Биосинтез белка – это цепь реакций, в которых используется энергия АТФ. Во всех реакциях синтеза белка участвуют ферменты. Биосинтез белка – это матричный синтез.
Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК. Свойства генетического кода .
1. Триплетность Каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов.
2. Вырожденность . Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом. Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот.
3. Однозначность . Каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту или является терминатором трансляции.
4. Компактность , или отсутствие внутригенных знаков препинания. Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона.
23.Принцип кодирования и реализации генетической информации в клетке, свойства генетического кода их биологический смысл. Этапы реализации информации, их характеристика. Понятие о прямой и обратной транскрипции .
Генетический код – система записи наследственной информации, за которой последовательность нуклеотидив в ДНК (у некоторых вирусов РНК) определяет последовательность аминокислот в молекулах белков. Поскольку в процессе реализации генетическая информация переписывается с ДНК на иРНК, генетический код читается за иРНК и записывается с помощью четырех азотистых основ РНК (А, В, Г, Ц).
Кодон – последовательность трех соседних нуклеотидив (триплет) иРНК, которая кодирует определенную аминокислоту или начало и конец трансляции.
Поскольку существует четыре типа нуклеотидив, генетический код состоит из 64 кодонов, из них 61 кодон кодирует 20 аминокислот. Три кодона (УАГ, УАА, УГА) – кодон-кодоны-нонсенсы-кодоны, не кодируют ни одной аминокислоты и для них не существует транспортных РНК; они выполняют роль сигналов завершения трансляции (кодон-кодоны-стоп-кодоны, кодоны-терминаторы). Кодон АУГ определяет начало трансляции и называется инициирующим, или стартовым, кодоном.
Генетический код: его свойства и понятие . Первично все многообразие жизни обусловливается разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции. Структура белков определяется набором и порядком расположения аминокислот в их пептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот в пептидах зашифрована в молекулах ДНК с помощью генетического кода. В многообразии белков, существующих в природе, было обнаружено около 20 различных аминокислот.
Свойства генетического кода:
· триплетность - одна аминокислота кодируется одним триплетом, в состав которого входит три нуклеотида. Такой триплет называется кодоном.;
· «вырожденность», или избыточность генетического кода, т.е. одну и ту же аминокислоту может кодировать несколько триплетов, так как известно 20 аминокислот и 64 кодона
· неперекрываемость, т.е. между триплетами в молекуле ДНК не существует разделительных знаков, они расположены в линейном порядке, следуя один за другимтри рядом расположенных нуклеотида образуют один триплет;
· универсальность, т.е. для всех организмов, начиная с прокариот и заканчивая человеком, 20 аминокислот кодируются одними и теми же триплетами, что является одним из доказательств единства происхождения всего живого на Земле
Этапы реализации генетической информации I .
Транскрипция - синтез всех видов РНК на матрице ДНК.
Транскрипция, или переписывание, происходит не на всей молекуле ДНК, а на участке, отвечающем за определенный белок (ген). Условия, необходимые для транскрипции:
а) разкручивание участка ДНК с помощью расплетающих белков- ферментов
б) наличие строительного материала.
в) ферменты трансктипции - РНК-полимеразы I, II, III
г) энергия в виде АТФ.
Транскрипция происходит по принципу комплементарности. При этом с помощью специальных белков-ферментов участок двойной спирали ДНК раскручивается, является матрицей для синтеза иРНК. Затем вдоль цепи ДНК движется фермент РНК-полимераза, соединяя между собой нуклеотиды по принципу комплементарности в растущую цепь РНК. Затем одноцепочечная РНК отделяется от ДНК и через поры в мембране ядра покидает клеточное ядро II.
Трансляция (translation), или биосинтез белка. Суть трансляции -перевод четырехбуквенного шифра азотистых оснований на 20-буквенный «словарь» аминокислот. Процесс трансляции состоит в переносе закодированной в иРНК генетический информации в аминокислотную последовательность белка. Осуществляется биосинтез белка в цитоплазме на рибосомах и состоит из нескольких этапов :
Подготовительный этап (активация аминокислот), состоит в ферментативном связывании каждой аминокислоты с своей тРНК и образовании комплекса аминокислота - тРНК. Собственно синтез белка, который включает три стадии:
а) инициация - иРНК связывается с малой субъединицей рибосомы
б) элонгация - удлинение полипептидной цепочки. Процесс осуществляется в 3 шага и заключается в связывании кодона мРНК с антикодоном тРНК по принципу комплементарности в активном центре рибосомы, затем в образовании пептидной связи между двумя остатками аминокислот и перемещении дипептида на шаг вперёд и, соответственно, передвижения рибосомы вдоль иРНК на один кодон вперед
в) терминация - окончание трансляции, зависит от присутствия в иРНК терминирующих кодонов или "стоп-сигналов" (УАА,УГА,УАГ) и белковых ферментов - факторов терминации
Обратная транскрипция - это процесс образования двуцепочечной ДНК на основании информации в одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении.
Похожая информация.
Генетическая информация закодирована в ДНК. Генетический код был выяснен М. Ниренбергом и Х.Г. Корана, за что они были удостоены Нобелевской премии в 1968 году.
Генетический код - система расположения нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот, контролирующая последовательность расположения аминокислот в молекуле полипептида.
Основные постулаты кода :
1) Генетический код триплетен. Триплет и-РНК получил название кодона. Кодон шифрует одну аминокислоту.
2) Генетический код является вырожденным. Одна аминокислота шифруется, более чем один кодоном (от 2 до 6). Исключения составляют метиониновый и триптофановый (АУГ, ГУГ). В кодонах для одной аминокислоты первые два нуклеотида чаще всего одинаковы, а третий варьирует.
3) Кодоны не перекрываются. Нуклеотидная последовательность считывается в одном направлении подряд, триплет за триплетом.
4) Код однозначен. Кодон шифрует определенную аминокислоту.
5) АУГ является стартовым кодоном.
6) Внутри гена нет знаков препинания - стоп кодонов: УАГ, УАА, УГА.
7) Генетический код универсален, он един для всех организмов и вирусов.
Раскрытие структура ДНК, материального носителя наследственности способствовало решению многих вопросов: воспроизведение генов, природы мутаций, биосинтез белка и т.д.
Механизм передачи генетического кода способствовал развитию молекулярной биологии, а так же генной инженерии, генной терапии.
ДНК находится в ядре и входит в состав хроматина, а также митохондрии, центросомы, пластиды, а РНК - в ядрышках, матриксе цитоплазмы, рибосомах.
Носителем наследственной информации в клетке является ДНК, а РНК - служит для передачи и реализации генетической информации у про- и эукариот. С помощью и-РНК происходит процесс перевода последовательности нуклеотидов ДНК в полипептид.
У некоторых организмов, кроме ДНК, носителем наследственной информации может быть РНК, например, у вирусов табачной мозаики, полиомиелита, СПИДа.
Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. Установлено, что в хромосомах эукариот гигантская двуспиральная молекула ДНК образована 4 типами нуклеотидов: адениловый, гуаниловый, тимидиловый, цитозиловый. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (пуринового Г+А или пиримидинового Ц+Т), дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты.
Анализируя ДНК разного происхождения, Чаргафф сформулировал закономерности количественного соотношения азотистых оснований - правила Чаргаффа.
а) количество аденина равно количеству тимина (А=Т);
б) количество гуанина равно количеству цитозина (Г=Ц);
в) количество пуринов равно количеству пиримидинов (Г+А = Ц+Т);
г) количество оснований с 6-аминогруппами равно количеству оснований с 6-кетогруппами (А+Ц = Г+Т).
В то же время соотношение оснований А+ТГ+Ц является строго видоспецифичным коэффициентом (для человека - 0,66; мыши - 0,81; бактерии - 0,41).
В 1953 году биологом Дж.Уотсоном и физиком Ф.Криком была предложена пространственная молекулярная модель ДНК.
Основные постулаты модели заключаются в следующем:
1. Каждая молекула ДНК состоит из двух длинных антипараллельных полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль, закрученную вокруг центральной оси (правозакрученная - В-форма, левозакрученная - Z-форма, обнаруженная А. Ричем в конце 70-х годов).
2. Каждый нуклеозид (пентоза + азотистое основание) расположен в плоскости, перпендикулярной оси спирали.
3. Две полинуклеотидные цепи скреплены водородными связями, образующимися между азотистыми основаниями.
4. Спаривание азотистых оснований строго специфично, пуриновые основания соединяются только с пиримидиновыми: А-Т, Г-Ц.
5. Последовательность оснований одной цепи может значительно варьировать, но азотистые основания другой цепи должны быть строго комплементарны им.
Полинуклеотидные цепи образуются за счет ковалентных связей между соседними нуклеотидами через остаток фосфорной кислоты, который соединяет углерод в пятом положении сахара с третьим углеродом соседнего нуклеотида. Цепи имеют направленность: начало цепи 3 " ОН - в третьем положении углерода дезоксирибозы присоединяется гидроксильная группа ОН, конец цепи - 5 " Ф, к пятому углероду дезоксирибозы присоединяется остаток фосфорной кислоты.
Аутосинтетической функцией ДНК является репликация - авторепродукции. Репликация основана на принципах полуконсервативности, антипараллельности, комплементарности и прерывистости. Наследственная информация ДНК реализуется в результате репликации по типу матричного синтеза. Он протекает в по стадиям: связывание, инициация, элонгация, терминация. Процесс приурочен к S-периоду интерфазы. Фермент ДНК-полимераза использует в качестве матрицы одноцепочечную ДНК и в присутствии 4-х нуклеотидов, затравки (РНК) строит вторую цепь ДНК.
Синтез ДНК осуществляется по принципу комплементарности. Между нуклеотидами цепи ДНК образуется фосфодиэфирные связи за счет соединений 3 " ОН группы самого последнего нуклеотида с 5 " -фосфатом следующего нуклеотида, который должен присоединиться к цепи.
Различают три основных вида репликации ДНК: консервативный, полуконсервативный, дисперсный.
Консервативный - сохранность целостности исходной двуцепочечной молекулы и синтез дочерней двуцепочной. Половина дочерних молекул построена полностью из нового материала, а половина - из старого материнского.
Полуконсервативный - Синтез ДНК начинается с присоединения к точке начала репликации фермента хеликазы, который расплетает участки ДНК. К каждой из цепей присоединяется ДНК связывающей белок (ДСБ), препятствующей их соединению. Единицей репликации является репликон - это участок между двумя точками начала синтеза дочерних цепей. Взаимодействие ферментов с точкой начала репликации называется инициацией. Эта точка движется вдоль цепи (3 " ОН>5 " Ф) и образуется репликативная вилка.
Синтез новой цепи идет прерывисто с образованием фрагментов длиной 700-800-2000 нуклеотидных остатков. Имеется точка начала и конца репликации. Репликон движется вдоль молекулы ДНК и расплетаются ее новые участки. Каждая из материнских цепей является матрицей для дочерней, которая синтезируется по принципу комплементарности. В результате последовательных соединений нуклеотидов цепь ДНК удлиняется (стадия элонгации) с помощью фермента ДНК-лигаза. При достижении нужной длины молекулы синтез прекращается - терминация. У эукариот работает сразу тысячи репликативных вилок. У прокариот - инициация происходит в одной точке кольца ДНК, при этом две репликативные вилки двигаются в 2-х направлениях. В месте их встречи двух цепочечные молекулы ДНК разъединяются.
Дисперсный - распад ДНК на нуклеотидные фрагменты, новая двуцепочечная ДНК состоит из спонтанно набранных новых и родительских фрагментов.
ДНК эукариот по структуре похоже на ДНК прокариот. Различия касаются: количества ДНК по генам, длиной молекулы ДНК, порядком чередования нуклеотидных последовательностей, формой укладки (у эукариот - линейная, у прокариот - кольцевая).
Для эукариот характерна избыточность ДНК: кол-во ее ДНК, участвующее в кодировании, составляет только 2%. Часть избыточной ДНК представлена одинаковыми наборами нуклеотидов, повторяющимися много раз (повторы). Различают многократно и умеренно повторяющиеся последовательности. Они образуют конститутивный гетерохроматин (структурный). Он встроен между уникальными последовательностями. Избыточные гены имеют 10 4 копий.
Метафазная хромосома (спирализованный хроматин) состоит из двух хроматид. Форма определяется наличием первичной перетяжки - центромеры. Она разделяет хромосому на 2 плеча.
Расположение центромеры определяет основные формы хромосом:
Метацентрические,
Субметацентрические,
Акроцентрические,
Телоцентрические.
Степень спирализации хромосом не одинакова. Участки хромосом со слабой спирализацией называют эухроматиновыми. Это зона высокой метаболической активности, где ДНК состоит из уникальных последовательностей. Зона с сильной спирализацией - гетерохроматиновый участок, способный к транскрипции. Различают конститутивный гетерохроматин-генетический инертный, не содержит генов, не переходит в эухроматин, а так же факультативный , который может переходить в активный эухроматин. Концевые отделы дистальных участков хромосом называют теломеры.
Хромосомы подразделяются на аутосомы (соматических клеток) и гетерохромосомы (половых клеток).
По предложению Левитского (1924) диплоидный набор соматических хромосом клетки был назван кариотипом. Он характеризуется числом, формой, размерами хромосом. Для описания хромосом кариотипа по предложению С.Г. Навашина их располагают в виде идиограммы - систематизированного кариотипа. В 1960 году была предложена Денверская международная классификация хромосом, где хромосомы классифицированы по величине и расположению центромеры. В кариотипе соматической клетки человека различают 22 пары аутосом и пару половых хромосом. Набор хромосом в соматических клетках называют диплоидным , а в половых клетках - гаплоидным (он равен половине набора аутосом). В идиограмме кариотипа человека хромосомы делят на 7 групп, в зависимости от их размеров и формы.
1 - 1-3 крупные метацентрические.
2 - 4-5 крупные субметацентрические.
3 - 6-12 и Х-хромосома средние метацентрические.
4 - 13-15 средние акроцентрические.
5 - 16-18 относительно малые мета-субметацентрические.
6 - 19-20 малые метацентрические.
7 - 21-22 и Y-хромосома наиболее малые акроцентрические.
Согласно Парижской классификации хромосомы разделены на группы по их размерам и форме, а также линейной дифференцировке.
Хромосомы обладают следующими свойствами (правила хромосом):
1. Индивидуальности - отличия негомологичных хромосом.
2. Парности.
3. Постоянством числа - характерным для каждого вида.
4. Непрерывности - способности к репродукции.
Генетич код- система записи в молекулах ДНК генетич информ о строении белковой молекулы. Белок состоит из аминокис-т, кот всего 20. АК в белк молекуле расположены в линейном порядке,подобно нуклеотидам в молекуле ДНК. Последовательность АК в белке опр-ся последов-тью нуклеотидов в молекуле ДНК,его ген кодом. Свойства кода 1) Триплетность – Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Триплет нуклеотидов наз-ся кодоном. 2)Неперекрываемость – триплеты следуют один за другом. Каждый нуклеотид в ходит в состав только одного кодона. Триплеты не накладываются друг на друга. 2) Однонаправленность - Считывания генитической информации происходит по 3 нуклеотидам в одном направление, без каких либо вставок между нуклеотидами. 4) Выражденность(изыточность) – 1 наличие избыточных триплетов, необходимых для кодирования аминокислот. 2 Наличие «Нонсенс» кодонов УАА УАГ УГА-кодоны терминации, АУГ и ГУГ кодоны инициации. 5) Универсальность – у всех живых организмов одни и теже аминокислоты кодируются одинаковыми триплетами. 6) специфичность. Нет случаев когда один и тот де кодон соответствовал бы неск АК.
16. Биосинтез белка - сложный многостадийный процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислот, происходящий на рибосомах с участием молекул мРНК и тРНК. Процесс биосинтеза белка требует значительных затрат энергии.
Синтез белка включает несколько этапов:
1. Претранскрипционный. Это стартовый этап синтеза, во время которого происходит активация молекулы ДНК с помощью специальных белков.
2. Транскрипционный-синтез и-РНК происходит в ядре, в процессе которого информация, содержащаяся в гене ДНК, переписывается на и-РНК с последовательностью нуклеотидов комплементарной молекуле ДНК.
3.Транспортный охватывает период между транскрипцией и трансляцией. Над анном этапе происходит процессинг, т.е. созревание И-РНК. Суть его-удаление интронов (неинформ участки). Экзаоны (триплеты,несущие информ об АК) сохр и соед-ся в единую цепь с помощью ферментов лигаз. Указанное явление наз-ся сплайсинг. Прошедшая сплайсинг и-РНК переносится из ядра в цитоплазму с помощью белков-переносчиков.
4. Трансляцией наз-ся синтез полипептидной цепи из АК согласно кодирующей и-РНК. В ходе трансл происх перевод генетич информ в аминокислотную последовательность: ДНК, и-РНК, белок. Здесь выд-ся следующие этапы: инициация, элонгация, терминация.
инициация - узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза.
элонгация - собственно синтез белка.
терминация - узнавание терминирующего кодона (стоп-кодона) и отделение продукта.
Таким образом, в процессе биосинтеза белка образуются новые молекулы белка в соответствии с точной информацией, заложенной в ДНК. Этот процесс обеспечивает обновление белков, процессы обмена веществ, рост и развитие клеток, то есть все процессы жизнедеятельности клетки.
17.Трансляцией наз-ся синтез полипептидной цепи из АК согласно кодирующей и-РНК. В ходе трансл происх перевод генетич информ в аминокислотную последовательность: ДНК, и-РНК, белок. Трансляйия я вляется очень важной частью общего метаболизма клетки.В ней задействованы не менее 20 ферментов(аминоацилсинтетаз), до 60 различных т-РНК, 3-5 молекул р-РНК и макромолекулы и-РНК. Здесь выд-ся следующие этапы: инициация, элонгация, терминация.
Инициация- начало трансляции. Происходит образование цельной ри-босомы, присоединение мРНК и установление первой аминокислоты. В процессе трансляции рибосомы находятся в “собранном” состоянии. В цельной рибосоме выделяют участок присоединения тРНК, “нагруженной” аминокислотой (то есть аминоацил-тРНК) - акцепторный (А-сайт) и участок удержания тРНК с растущей полипептидной цепью - пеп-тидильный (Р-сайт) (в молекулярной биологии выражение “участок цепи” часто заменяют термином “сайт”). Во время инициации (при участии трех вспомогательных белковых факторов) происходит связывание мРНК с малой субъединицей рибосомы, затем к первому кодону своим антикодоном присоединяется “груженая” (несущая аминокислоту) тРНК, а после этого к образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы.
2. Элонгация. Ко второму кодону (в А-сайт рибосомы) присоединяется еще одна аминоацил-тРНК. Между карбоксильной группой (-СООН) первой аминокислоты и аминогруппой (-NH,) второй образуется пеп-тидная связь. После этого первая аминокислота отсоединяется от своей тРНК и “повисает” на соединенной с ней аминокислоте второй тРНК. Пустая первая тРНК освобождается из комплекса с рибосо-мой, и Р-сайт становится незанятым. Рибосома “делает шаг” вдоль мРНК. При этом тРНК с аминокислотами перемещается из А-сайта в Р-сайт. “Шаг” рибосомы всегда строго определен и равен трем нук-леотидам (кодону). Движение рибосомы вдоль мРНК называется транслокацией. Как репликация и транскрипция, транслокация всегда осуществляется в 5" - 3" направлении мРНК.
3. Терминация. Синтез полипептидной цепи идет до тех пор, пока рибосома не достигнет одного из трех стоп-кодонов. В этот момент белковая цепь отделяется, а рибосома диссоциирует на субъединицы. Практически все белки по окончании своего синтеза подвергаются созреванию или процессингу - реакциям посттрансляционных модификаций. После этого они (в основном по “трубопроводу” эндоплазматической сети) транспортируются к месту своего назначения.
Посттрансляция. Происходит образование вторич ной и третичной структуры белка, то есть формирование окончательной структуры белка.
18. Для каждого организма характерен свой собственный набор белков, выполняющих необходимые функции и обеспечивающих формирование всех признаков организма. Синтез белка или реализация генетической информации происходит в каждой живой клетке в соответствии с ее генетической программой, записанной с помощью генетического кода в молекулах нуклеиновых кислот. Синтез белка представляет собой сложный, многоступенчатый процесс образования белковой молекулы (полимера) из аминокислот (мономеров), который невозможен без участия нуклеиновых кислот, большого количества ферментов, энергии (АТФ), рибосом, аминокислот и ионов Mg2+. Ген имеет прерывистую структуру. Кодирующие участки – экзоны и некодирующие – интроны. Ген у эукариоических организмов имеет экзонно-интронную структуру. Длина интрона больше длины экзона. В процессе процессинга интроны «вырезаются» - сплайсинг. После образования зрелой и-РНК после взаимодействия с особым белком переходит в систему – информосому, которая несет информацию в цитоплазму. Сейчас экзоно-интронные системы хорошо изучены (например, онкоген - Р-53). Иногда интроны одного гена являются экзонами другого, тогда сплайсинг невозможен.
Процесинг. Молекулярные механизмы, связанные с "созреванием" разных типов РНК, называются процесингом. Они осуществляются в ядре перед выходом РНК из ядра в цитоплазму.
В процессе "созревания" иРНК специальные ферменты вырезают интроны и сшивают активные участки, которые остались (экзоны). Этот процесс называется сплайсингом. Поэтому последовательность нуклеотидов в созревшей ИРНК не является целиком комплементарной нуклеотидам ДНК. В ИРНК рядом могут стоять такие нуклеотиди, комплементарные которым нуклеотиди в ДНК находятся один от другого на значительном расстоянии.
Сплайсинг - очень точный процесс. Его нарушения изменяет рамку считывания при трансляции, которая приводит к синтезу другого пептида. Точность вырезания интронов обеспечивается распознаванием ферментов определенных сигнальных последовательностей нуклеотидов в молекуле про-иРНК.
19 . В каждый момент в клетке работает 20% генов, а не все. В первые механизм включения и выключения генов изучили на бактерии кишечной палочке Жакоб и Моно. В 1966г они сформулировали гипотезу автоматической регуляции синтеза белков по пронципу обратной связи. В эксперименте они доказал, что в прокариотической клетке происходит автоматическая регуляция работы генов и синтеза белков. Схема Жакоба – Моно. Согласно их гипотезы считывание информации со структурных генов происходит блоками, т.е единицей транскрипции явл блок оперон. В его состав входят несколько структурных генов, который участвует в первом каскаде реакций. В их главе стоит участок ДНК оператор, отделяющий от структурных генов промотор, к кот прикрепляется в процессе транскрипции полимеразы. В клетке еще есть регуляторные гены, находятся вне оперона, которые контролирует синтез белка-репрессора. У него роль включения и выключения генов, связываясь с оператором оперона. Свободный белок-репрессор блокирует оператор, препяствую прохождения полимеразы к структурным генам. Репрессию с оператора снимает индуктор, которым служит метаболит, поступивший в клетку (не любой, а тот, для расщепления которого нужны ферменты, закодированные данным опероном). Метаболит притягивает на себя белок-репрессор, образуя с ним не активный комплекс. В результате снимается блокада с оператора и открывается путь для полимеразы.
Георгиев 1972г. – регуляции транскрипции у эукариот. Единица
транскрипции - транскриптон, состоящий из неинформативной (акцепторной)
и информативной (структурной) зон.
Неинформативная зона: промотор, инициатор, гены-операторы.
Информативная зона: структурный ген, имеющий мозаичную экзон-
интронную структуру. Экзоны – последовательности ДНК, содержащие информацию о структуре полипептида, и интроны – вставки из неинформативных участков ДНК. Заканчивается транскриптон терминатором.
Регуляция транскрипции у эукариот принципиально такая же, как и у
прокариот, но является комбинационной и отличается большей сложностью.
20. Генная, или генетическая инженерия (genetic engineering, genetic modification technology) – это совокупность биотехнологических методов, позволяющих создавать синтетические системы на молекулярно-биологическом уровне
Генная инженерия дает возможность конструировать функционально активные структуры в форме рекомбинантных нуклеиновых кислот: рекДНК (recDNA) или рекРНК (recRNA) – вне биологических систем (in vitro), а затем вводить их в клетки.
Возможность прямой (горизонтальной) передачи генетической информации от одного биологического вида другому была доказана в опытах Ф. Гриффита с пневмококками (1928).
Однако генная инженерия как технология рекДНК возникла в 1972 г., когда в лаборатории П. Берга (Станфордский ун-т, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевой ДНК обезьяньего вируса SV40.
С начала 1980-х гг. достижения генной инженерии начинают использоваться на практике.
С 1996 г. генетически модифицированные растения (genetic modified plants) начинают использоваться в сельском хозяйстве.
Задачи генной инженерии
Основные направления генетической модификации организмов:
– придание устойчивости к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам);
– придание устойчивости к вредителям и болезням (например, Bt-модификация);
– повышение продуктивности (например, быстрый рост трансгенного лосося);
– придание особых качеств (например, изменение химического состава).
Биотехноло́гия - дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.
Биотехнологией часто называют применение генной инженерии в XX-XXI веках, но термин относится и к более широкому комплексу процессов модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и одомашненных животных путем искусственного отбора и гибридизации. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов.
21. Время существования клетки от ее образования до следующего деления или смерти называют жизненным циклом клетки (ЖЦК). В ЖЦК эукариотических клеток многоклеточного организма можно выделить несколько периодов (фаз), каждый из которых характеризуется определенными морфологическими и функциональными особенностями:
- фаза размножения и роста
- фаза дифференцировки
- фаза нормальной активности
- фаза старения и смерти клетки.
В жизненном цикле клетки можно также выделить митотический цикл, включающий подготовку клетки к делению и само деление.
Клеточный цикл- совокупность процессов включающих период подготовления клетки к делению и само деление. Состоит из двух стадий – стадия покоя (интерфаза) и стадия деления (митоз)
Интерфаза предшествует митозу и в ней осуществляется синтез ДНК. Подготовление клетки к делению состоит из 3 периудов 1)Пресинтетический 2)Синтетический 3)Постсинтетический
Возможно, будет полезно почитать:
- Очень сильная мантра нежности и любви Разновидности мантр для привлечения любви ;
- Что происходит с политическими ток-шоу российского телевидения ;
- Как варить бульон из индейки ;
- Порядок декларирования товаров, перемещаемых физическими лицами Порядок декларирования товаров физическими лицами ;
- Гадание Двойняшки онлайн ;
- Сферическая геометрия Свойства числовой окружности ;
- Управляющая инвестиционная компания ;
- Почему нельзя здороваться через порог? ;