Kodiranje in implementacija genetske informacije. Kodiranje in implementacija biološke informacije v celico, genetska koda in njene lastnosti
1. Kodiranje in implementacija bioloških informacij v celico. DNK in proteinski kodni sistem.
2. Genski inženiring. Biotehnologija. Cilji, metode. Dosežki, obeti.
3. Opredelitev znanosti o ekologiji. Okolje kot ekološki pojem, okoljski dejavniki. Ekosistem, biogeocenoza, antropocenoza. Posebnosti življenjskega okolja ljudi.
1. Pestrost življenja določa predvsem raznolikost beljakovinskih molekul, ki v celicah opravljajo različne biološke funkcije. Struktura beljakovin je določena z nizom in vrstnim redom aminokislin v njihovih peptidnih verigah. To je zaporedje aminokislin v peptidnih verigah, ki je šifrirano v molekulah DNK z uporabo biološke (genetske) kode. Za šifriranje 20 različnih aminokislin lahko zadostno število nukleotidnih kombinacij zagotovi le tripletna koda, v kateri je vsaka aminokislina šifrirana s tremi sosednjimi nukleotidi.
Genetska koda je sistem za beleženje informacij o zaporedju aminokislin v proteinih z uporabo zaporedne razporeditve nukleotidov v mRNA.
sv. Koda:
1) Koda je triplet. To pomeni, da je vsaka od 20 aminokislin šifrirana z zaporedjem 3 nukleotidov, imenovanim triplet ali kodon.
2) Koda je degenerirana. To pomeni, da je vsaka aminokislina kodirana z več kot enim kodonom (izjemi sta metiotin in triptofan)
3) Koda je nedvoumna - vsak kodon šifrira samo 1 aminokislino
4) Med geni so »ločila« (UAA, UAG, UGA), od katerih vsaka pomeni prenehanje sinteze in stoji na koncu vsakega gena.
5) Znotraj gena ni ločil.
6) Koda je univerzalna. Genetska koda je enaka za vsa živa bitja na zemlji.
Transkripcija je proces branja informacij o RNA, ki ga izvaja polimeraza mRNA. DNK je nosilec vseh genetskih informacij v celici in ne sodeluje neposredno pri sintezi beljakovin. Nosilni informacijski posrednik se pošlje iz jedra v ribosome - mesta sestavljanja beljakovin - in lahko prehaja skozi pore jedrske membrane. To je mRNA. Po principu komplementarnosti bere iz DNK s sodelovanjem encima, imenovanega RNA polimeraza. Postopek prepisovanja lahko razdelimo na 4 stopnje:
1) Vezava RNA polimeraze na promotor,
2) iniciacija – začetek sinteze. Sestoji iz tvorbe prve fosfodiesterske vezi med ATP in GTP ter dvema nukleotidoma sintetizirajoče molekule mRNA,
3) raztezek – rast verige RNA, tj. zaporedno dodajanje nukleotidov drug drugemu v vrstnem redu, v katerem se komplementarni nukleotidi pojavljajo v prepisani verigi DNA,
4) Terminacija – dokončanje sinteze mRNA. Promotor je platforma za RNA polimerazo. Operon je del enega samega gena DNA.
DNK(deoksiribonukleinska kislina) je biološki polimer, sestavljen iz dveh med seboj povezanih polinukleotidnih verig. Monomeri, ki sestavljajo vsako od verig DNA, so kompleksne organske spojine, ki vključujejo eno od štirih dušikovih baz: adenin (A) ali timin (T), citozin (C) ali gvanin (G), pet-atomski sladkor pentozo - deoksiriboza , ki je dobil ime po sami DNK in ostanku fosforne kisline. Te spojine imenujemo nukleotidi.
2. GENSKI INŽENIRING, ali rekombinantna DNK tehnologija, sprememba z uporabo biokemičnih in genetskih tehnik kromosomskega materiala – glavne dedne snovi celic. Kromosomski material je sestavljen iz deoksiribonukleinske kisline (DNK). Biologi izolirajo določene dele DNK, jih združijo v nove kombinacije in prenesejo iz ene celice v drugo. Posledično je mogoče izvesti spremembe v genomu, ki bi se težko zgodile naravno. Z genskim inženiringom so pridobili že vrsto zdravil, med drugim humani insulin in protivirusno zdravilo interferon. In čeprav se ta tehnologija še vedno razvija, obeta ogromen napredek tako v medicini kot v kmetijstvu. V medicini je to na primer zelo obetaven način ustvarjanja in proizvodnje cepiv. V kmetijstvu se lahko rekombinantna DNK uporablja za proizvodnjo sort kulturnih rastlin, ki so odporne na sušo, mraz, bolezni, škodljivce in herbicide.
Metode genskega inženiringa:
Metoda sekvenciranja - določanje nukleotidnega zaporedja DNA;
metoda reverzne transkripcije DNA;
Reprodukcija posameznih fragmentov DNK.
Sodobna biotehnologija- to je nova znanstvena in tehnična smer, ki je nastala v 60-70-ih letih našega stoletja. Še posebej hitro se je začel razvijati sredi 70. let po prvih uspehih poskusov genskega inženiringa. Biotehnologija v bistvu ni nič drugega kot uporaba celičnih kultur bakterij, kvasovk, živali ali rastlin, katerih metabolizem in biosintetske sposobnosti zagotavljajo proizvodnjo določenih snovi. Biotehnologija, ki temelji na uporabi znanj in metod biokemije, genetike in kemijskega inženirstva, je omogočila pridobivanje s pomočjo lahko dostopnih, obnovljivih virov tistih snovi, ki so pomembne za življenje in dobro počutje.
3. Ekologija– veda o odnosu med živimi organizmi in njihovim okoljem. Narava, v kateri živi organizem, je njegov življenjski prostor . Okoljski dejavniki, ki vplivajo na telo, se imenujejo okoljski dejavniki:
abiotski dejavniki– dejavniki nežive narave (temperatura, svetloba, vlaga);
biotski dejavniki– odnosi med posamezniki v populaciji in med populacijami v naravni družbi;
antropogeni dejavnik– človeška dejavnost, ki vodi do sprememb v habitatu živih organizmov.
Fotoperiodizem - splošno pomembna prilagoditev organizmov. Tako daljši spomladanski dnevi povzročijo aktivno delovanje spolnih žlez.
Leta 1935 je angleški botanik A. Tesley uvedel koncept " ekosistem"- zgodovinsko vzpostavljeni odprti, a celoviti in stabilni sistemi živih in neživih komponent, ki imajo enosmerni tok energije, notranje in zunanje kroženje snovi in imajo sposobnost regulacije vseh teh procesov.
Leta 1942 je sovjetski akademik V. N. Sukačev oblikoval koncept " biogeocenoza„- odprt naravni sistem, sestavljen iz živih in neživih sestavin, ki zaseda območje z relativno homogeno rastlinsko združbo in za katerega je značilen določen pretok energije, kroženje snovi, gibanje in razvoj.
Gozd, polje, travnik je ekosistem. Ko pa značilnosti gozda in njegove vrste določa določena rastlinska združba (smrekov gozd - borovnica, borov gozd - brusnica) - je to biogeocenoza.
Človekovo okolje je preplet medsebojno delujočih naravnih in antropogenih okoljskih dejavnikov, katerih nabor se razlikuje v različnih naravnogeografskih in gospodarskih regijah planeta.
07.04.2015 13.10.2015
V dobi nanotehnologije in inovacij na vseh področjih človekovega življenja je za samozavest in komunikacijo z ljudmi potrebno veliko vedeti. Tehnologije enaindvajsetega stoletja so prišle zelo daleč, na primer na področju medicine in genetike. V tem članku bomo poskušali podrobneje opisati najpomembnejši korak človeštva pri raziskovanju DNK.
Opis kode DNK
Kaj je ta koda? Koda je degenerirana zaradi genetskih lastnosti in genetiki jo preučujejo. Vsa živa bitja na našem planetu so obdarjena s to kodo. Znanstveno opredeljena kot metoda proteinskega zaporedja aminokislin z uporabo verige nukleotidov.
Tako imenovana abeceda je sestavljena iz štirih osnov, označenih z A, G, T, C:
A - adenin,
G – gvanin,
T – timin,
C – citozin.
Kodna veriga je spirala zgoraj opisanih osnov, zaporedno sestavljenih; izkaže se, da vsak korak spirale ustreza določeni črki.
Kodo DNK degenerirajo proteini, ki sodelujejo pri sestavi in so sestavljeni iz verig. Pri kateri sodeluje dvajset vrst aminokislin. Aminokisline razkrivajoče kode se imenujejo kanonične, v vsakem bitju so razporejene na določen način in tvorijo beljakovinske enote.
Zgodovina odkrivanja
Človeštvo že dolgo preučuje beljakovine in kisline, vendar so prve hipoteze in uveljavitev teorije dednosti nastale šele sredi dvajsetega stoletja. Na tej točki so znanstveniki zbrali zadostno količino znanja o tem vprašanju.
Leta 1953 je raziskava pokazala, da ima beljakovina posameznega organizma edinstveno verigo aminokislin. Nadalje je bilo ugotovljeno, da ta veriga nima nobenih omejitev v polipeptidu.
Primerjali so zapise različnih svetovnih znanstvenikov, ki so bili različni. Zato je bil oblikovan določen koncept: vsak gen ustreza določenemu polipeptidu. Hkrati se je pojavilo ime DNK, za katerega je bilo dokazano, da ni protein.
Raziskovalca Crick in Watson sta leta 1953 prvič govorila o shemi matrične razlagalne šifre. V najnovejših delih velikih znanstvenikov je bilo dokazano dejstvo, da je šifra nosilec informacij.
Kasneje je ostalo samo razumevanje vprašanja določanja in tvorbe proteinskih aminokislinskih verig, baz in lastnosti.
Prvi znanstvenik, ki je zgradil hipotezo o genetskem kodiranju, je bil fizik Gamow, ki je tudi predlagal določen način testiranja matrice.
Genetika je predlagala vzpostavitev korespondence med obema stranskima prečnima trakama verige aminokislin in nastalimi stopnicami v obliki diamanta. Stopnice verige v obliki diamanta so oblikovane s pomočjo štirih nukleotidov genetske kode. To tekmo so poimenovali tekma karo.
V svojih nadaljnjih raziskavah Gamow predlaga teorijo tripletne kode. Ta predpostavka postane najpomembnejša pri vprašanju narave genetske kode. Čeprav ima teorija fizika Gamowa pomanjkljivosti, ena od njih je kodiranje strukture beljakovin skozi genetsko kodo.
Tako je George Gamow postal prvi znanstvenik, ki je obravnaval vprašanje genov kot kodiranje štirimestnega sistema v njegovem prevodu v dvajsetmestno temeljno dejstvo.
Princip delovanja
En protein je sestavljen iz več nizov aminokislin. Logika povezovalnih verig določa strukturo in lastnosti beljakovin v telesu, kar v skladu s tem pomaga prepoznati informacije o bioloških parametrih živega bitja.
Informacije iz živih celic se pridobijo z dvema matričnima procesoma:
Transkripcija, to je sintetiziran proces zlitja matric RNA in DNA.
Translacija, to je sinteza verige polipeptidov na matriki RNA.
Med procesom prevajanja se genetska koda preusmeri v logično verigo aminokislin. 
Za identifikacijo in implementacijo genskih informacij so potrebni vsaj trije verižni nukleotidi, če upoštevamo dvajset strogo zaporednih aminokislin. Ta niz treh nukleotidov se imenuje triplet.
Genetske kode so razdeljene med dve kategoriji:
Prekrivanje – koda manjša, trikotna in zaporedna.
Neprekrivajoče se – kombinirana koda in »brez vejic«.
Študije so dokazale, da je vrstni red aminokislin kaotičen in temu primerno individualen, na podlagi tega dajejo znanstveniki prednost kodam, ki se ne prekrivajo. Kasneje je bila teorija "brez vejice" ovržena.
Zakaj morate poznati kodo DNK?
Poznavanje genetske kode živega organizma omogoča ugotavljanje informacij molekul v dednem in evolucijskem smislu. Nujen je zapis dednosti, razkrivajo raziskave o oblikovanju sistemskega znanja v svetu genetike.
Univerzalnost genetske kode velja za najbolj edinstveno lastnost živega organizma. Na podlagi podatkov je mogoče dobiti odgovore na večino medicinskih in genetskih vprašanj.
Uporaba znanja v medicini in genetiki
Napredek molekularne biologije dvajsetega stoletja je omogočil velik napredek pri proučevanju bolezni in virusov z različnimi vzroki. Informacije o genetski kodi se pogosto uporabljajo v medicini in genetiki.
Prepoznavanje narave določene bolezni ali virusa se prekriva s preučevanjem genetskega razvoja. Z znanjem in oblikovanjem teorij in praks lahko pozdravimo težko ozdravljive ali neozdravljive bolezni sodobnega sveta in prihodnosti.
Možnosti razvoja
Ker je znanstveno dokazano, da genetski kod vsebuje informacije ne le o dednosti, ampak tudi o pričakovani življenjski dobi organizma, se z razvojem genetike postavlja vprašanje nesmrtnosti in dolgoživosti. To možnost podpirajo številne hipoteze o zemeljski nesmrtnosti, rakavih celicah in človeških matičnih celicah.
Leta 1985 je raziskovalec tehničnega inštituta P. Garyaev po naključju s spektralno analizo odkril prazen prostor, ki so ga kasneje poimenovali fantom. Fantomi zaznavajo mrtve genetske molekule.
Kar je nadalje orisalo teorijo o spremembah živega organizma skozi čas, ki nakazuje, da je človek sposoben živeti več kot štiristo let.
Fenomen je, da so celice DNK sposobne proizvajati zvočne vibracije s frekvenco sto hercev. To pomeni, da lahko DNK govori.
Veverice so heteropolimeri, sestavljeni iz 20 različnih monomerov – naravnih alfa aminokislin. Veverice so nepravilni polimeri. V strukturi proteinske molekule obstaja več nivojev strukturne organizacije. Primarna struktura je zaporedje aminokislinskih ostankov, povezanih s peptidnimi vezmi. Sekundarna struktura– praviloma je to vijačna struktura, ki jo drži skupaj veliko vodikovih vezi, ki nastanejo med skupinama –C=O in –NH, ki se nahajajo blizu druga drugi. Terciarna struktura proteinska molekula je prostorska konfiguracija, običajno podobna kompaktni krogli; podpirajo ga ionske, vodikove in disulfidne (S–S) vezi. Kvartarna struktura nastane z medsebojnim delovanjem več podenot - globul (npr. molekula hemoglobina je sestavljena iz štirih takih podenot). Izguba strukture beljakovinske molekule se imenuje denaturacija; lahko ga povzročijo temperatura, dehidracija, obsevanje itd. Informacije o zaporedju aminokislin v eni polipeptidni verigi najdemo v delu DNK, ki imenovan gen. DNK vsebuje informacije o primarni strukturi proteina. Koda DNK je enaka za vse organizme. Vsaka aminokislina ima tri nukleotide, ki tvorijo triplet ali kodon. To kodiranje je redundantno: možnih je 64 kombinacij trojčkov, aminokislin pa le 20. Obstajajo tudi kontrolni trojčki, ki na primer označujejo začetek in konec gena.
Biosinteza beljakovin je veriga reakcij, ki uporablja energijo ATP. Encimi sodelujejo pri vseh reakcijah sinteze beljakovin. Biosinteza beljakovin je matrična sinteza.
Genetska koda je sistem za beleženje informacij o zaporedju aminokislin v beljakovinah z uporabo zaporedja nukleotidov v DNK. Lastnosti genetske kode.
1. Trojček Vsaka aminokislina je kodirana z zaporedjem 3 nukleotidov.
2. Degeneracija. Vse aminokisline, razen metionina in triptofana, so kodirane z več kot enim tripletom. Skupaj 61 trojčkov kodira 20 aminokislin.
3. Nedvoumnost. Vsak triplet kodira le eno aminokislino ali pa je prevodni terminator.
4. Kompaktnost, ali pomanjkanje intragenskih ločil. Znotraj gena je vsak nukleotid del pomembnega kodona.
23. Načelo kodiranja in implementacije genetske informacije v celico, lastnosti genetske kode in njihov biološki pomen. Stopnje implementacije informacij, njihove značilnosti. Koncept prepisa naprej in nazaj.
Genetska koda- sistem za zapisovanje dednih informacij, za katerim zaporedje nukleotidov v DNA (pri nekaterih virusih RNA) določa zaporedje aminokislin v beljakovinskih molekulah. Ker se med postopkom implementacije genetske informacije prepišejo iz DNK v mRNA, se genetska koda bere kot mRNA in se zapiše z uporabo štirih dušikovih baz RNA (A, B, G, C).
kodon– zaporedje treh sosednjih nukleotidov (triplet) mRNA, ki kodira določeno aminokislino oziroma začetek in konec translacije.
Ker obstajajo štiri vrste nukleotidov, je genetski kod sestavljen iz 64 kodonov, od tega 61 kodonov za 20 aminokislin. Trije kodoni (UAG, UAA, UGA) – kodon-kodoni-nonsense-kodoni, ne kodirajo ene aminokisline in zanje ni prenosnih RNA; delujejo kot terminacijski signali prevoda (kodon-kodon-stop kodon, terminatorski kodon). Kodon AUG določa začetek prevajanja in se imenuje začetni ali začetni kodon.
Genetska koda: njene lastnosti in koncept. Pestrost življenja določa predvsem raznolikost beljakovinskih molekul, ki v celicah opravljajo različne biološke funkcije. Struktura beljakovin je določena z nizom in vrstnim redom aminokislin v njihovih peptidnih verigah. Prav to zaporedje aminokislin v peptidih je šifrirano v molekulah DNK z uporabo genetske kode. V pestrosti beljakovin, ki obstajajo v naravi, je bilo odkritih približno 20 različnih aminokislin.
Lastnosti genetske kode:
· tripletnost – ena aminokislina je kodirana z enim tripletom, ki vključuje tri nukleotide. Tak trojček imenujemo kodon.;
· “izrojenost”, ali redundanca genetske kode, t.j. isto aminokislino lahko kodira več trojčkov, saj poznamo 20 aminokislin in 64 kodonov
· neprekrivajoče se, t.j. med trojčki v molekuli DNA ni ločnic, razporejeni so v linearnem vrstnem redu, sledijo si eden za drugim, trije sosednji nukleotidi tvorijo en trojček;
· vsestranskost, t.j. pri vseh organizmih, od prokariontov do človeka, je 20 aminokislin kodiranih z istimi trojčki, kar je eden od dokazov o enotnosti izvora vsega življenja na Zemlji
Faze implementacije genetske informacije I.
Transkripcija- sinteza vseh vrst RNA na matriki DNA.
Transkripcija ali prepisovanje ne poteka na celotni molekuli DNK, ampak na delu, ki je odgovoren za določen protein (gen). Pogoji za prepis:
a) odvijanje odseka DNA z uporabo odvijajočih encimskih proteinov
b) razpoložljivost gradbenega materiala.
c) transkripcijski encimi - RNA polimeraze I, II, III
d) energija v obliki ATP.
Transkripcija poteka po principu komplementarnosti. V tem primeru se s pomočjo posebnih encimskih proteinov odsek dvojne vijačnice DNA odvije in služi kot matrika za sintezo mRNA. Nato se encim RNA polimeraza pomika po verigi DNA in med seboj povezuje nukleotide po principu komplementarnosti v rastočo verigo RNA. Enoverižna RNA se nato loči od DNA in zapusti celično jedro skozi pore v jedrski membrani II.
Oddaja(translacija) ali biosinteza beljakovin. Bistvo prevajanja je prevajanje štiričrkovne kode dušikovih baz v 20-črkovni »slovar« aminokislin. Proces prevajanja je sestavljen iz prenosa genetske informacije, kodirane v mRNA, v aminokislinsko zaporedje beljakovine. Biosinteza beljakovin poteka v citoplazmi na ribosomih in je sestavljen iz več stopenj:
Pripravljalna stopnja (aktivacija aminokislin) je sestavljena iz encimske vezave posamezne aminokisline na njeno tRNA in tvorbe kompleksa aminokislina - tRNA. Sama sinteza beljakovin, ki vključuje tri stopnje:
a) iniciacija- mRNA se veže na majhno podenoto ribosoma
b) raztezek- podaljšanje polipeptidne verige. Postopek poteka v 3 korakih in obsega vezavo kodona mRNA na antikodon tRNA po principu komplementarnosti v aktivnem središču ribosoma, nato tvorjenje peptidne vezi med dvema aminokislinskima ostankoma in pomik dipeptida en korak naprej in v skladu s tem premikanje ribosoma vzdolž mRNA en kodon naprej
c) odpoved- konec prevoda je odvisen od prisotnosti terminacijskih kodonov ali "stop signalov" (UAA, UGA, UAG) v mRNA in proteinskih encimov - terminacijski faktorji
Povratni prepis je proces tvorbe dvoverižne DNK na podlagi informacije v enoverižni RNK. Ta proces se imenuje povratna transkripcija, saj se prenos genetske informacije odvija v "obratni" smeri glede na transkripcijo.
Povezane informacije.
Genetske informacije so kodirane v DNK. Gensko kodo sta razjasnila M. Nirenberg in H.G. Koran, za katerega so leta 1968 prejeli Nobelovo nagrado.
Genetska koda- sistem za razporeditev nukleotidov v molekulah nukleinskih kislin, ki nadzoruje zaporedje aminokislin v polipeptidni molekuli.
Osnovna načela kodeksa:
1) Genetska koda je triplet. Triplet mRNA se imenuje kodon. Kodon kodira eno aminokislino.
2) Genetska koda je degenerirana. Ena aminokislina je šifrirana z več kot enim kodonom (od 2 do 6). Izjema sta metionin in triptofan (AVG, GUG). V kodonih za eno aminokislino sta prva dva nukleotida največkrat enaka, tretji pa se razlikuje.
3) Kodoni se ne prekrivajo. Nukleotidno zaporedje se bere v eni smeri v vrsti, triplet za trojčkom.
4) Koda je nedvoumna. Kodon kodira določeno aminokislino.
5) AUG je začetni kodon.
6) Znotraj gena ni ločil - stop kodonov: UAG, UAA, UGA.
7) Genetska koda je univerzalna, enaka je za vse organizme in viruse.
Odkritje strukture DNK, materialnega nosilca dednosti, je prispevalo k rešitvi številnih vprašanj: razmnoževanje genov, narava mutacij, biosinteza beljakovin itd.
Mehanizem prenosa genetske kode je prispeval k razvoju molekularne biologije, pa tudi genskega inženiringa in genske terapije.
DNA se nahaja v jedru in je del kromatina, pa tudi mitohondrijev, centrosomov, plastidov, RNA pa je v nukleolih, citoplazmatskem matriksu in ribosomih.
Nosilec dednih informacij v celici je DNA, RNA pa služi za prenos in implementacijo genetskih informacij pri pro- in evkariontih. S pomočjo mRNA pride do procesa prevajanja zaporedja nukleotidov DNA v polipeptid.
V nekaterih organizmih je poleg DNK lahko RNK nosilec dednih informacij, na primer pri virusih tobačnega mozaika, otroški paralizi in aidsu.
Monomeri nukleinskih kislin so nukleotidi. Ugotovljeno je bilo, da je v kromosomih evkariontov velikanska dvoverižna molekula DNK sestavljena iz 4 vrst nukleotidov: adenil, gvanil, timidil, citozil. Vsak nukleotid je sestavljen iz dušikove baze (purin G + A ali pirimidin C + T), deoksiriboze in ostanka fosforne kisline.
Z analizo DNK različnega izvora je Chargaff oblikoval vzorce kvantitativnega razmerja dušikovih baz - Chargaffova pravila.
a) količina adenina je enaka količini timina (A=T);
b) količina gvanina je enaka količini citozina (G=C);
c) število purinov je enako številu pirimidinov (G+A = C+T);
d) število baz s 6-amino skupinami je enako številu baz s 6-keto skupinami (A+C = G+T).
Hkrati je razmerje baz A+TG+C strogo vrstno specifičen koeficient (za ljudi - 0,66; miši - 0,81; bakterije - 0,41).
Leta 1953 biolog J.Watson in fizik F.Crick predlagan je bil prostorski molekularni model DNK.
Glavni postulati modela so naslednji:
1. Vsaka molekula DNA je sestavljena iz dveh dolgih antiparalelnih polinukleotidnih verig, ki tvorita dvojno vijačnico, zasukano okoli osrednje osi (desnosučna - B-oblika, levosučna - Z-oblika, ki jo je odkril A. Rich v poznih 70-ih).
2. Vsak nukleozid (pentoza + dušikova baza) se nahaja v ravnini, pravokotni na os vijačnice.
3. Dve polinukleotidni verigi držita skupaj vodikove vezi, ki nastanejo med dušikovimi bazami.
4. Seznanjanje dušikovih baz je strogo specifično, purinske baze se povezujejo samo s pirimidinskimi bazami: A-T, G-C.
5. Zaporedje baz ene verige se lahko zelo razlikuje, vendar jim morajo biti dušikove baze druge verige strogo komplementarne.
Polinukleotidne verige tvorijo kovalentne vezi med sosednjimi nukleotidi prek ostanka fosforne kisline, ki povezuje ogljik na petem mestu sladkorja s tretjim ogljikom sosednjega nukleotida. Verige imajo smer: začetek verige je 3" OH - na tretjem mestu ogljika deoksiriboze je dodana hidroksilna skupina OH, konec verige je 5" F, na petem je vezan ostanek fosforne kisline. ogljik deoksiriboze.
Avtosintezna funkcija DNA je replikacija – avtoreprodukcija. Replikacija temelji na načelih polkonzervativnosti, antiparalelizma, komplementarnosti in diskontinuitete. Dedna informacija DNK se realizira kot rezultat replikacije glede na vrsto sinteze predloge. Poteka v stopnjah: vezava, iniciacija, elongacija, prekinitev. Proces je omejen na S-obdobje interfaze. Encim DNA polimeraza uporablja enoverižno DNA kot matrico in v prisotnosti 4 nukleotidov primer (RNA) zgradi drugo verigo DNA.
Sinteza DNK poteka po principu komplementarnosti. Fosfodiesterske vezi nastanejo med nukleotidi verige DNA zaradi povezav 3"OH skupine zadnjega nukleotida s 5"-fosfatom naslednjega nukleotida, ki se mora pridružiti verigi.
Obstajajo tri glavne vrste replikacije DNK: konzervativna, polkonzervativna in razpršena.
Konservativen- ohranitev celovitosti prvotne dvoverižne molekule in sinteza hčerinske dvoverižne molekule. Polovica hčerinskih molekul je v celoti zgrajena iz novega materiala, polovica pa v celoti iz starega matičnega materiala.
Polkonzervativen - Sinteza DNK se začne s pritrditvijo encima helikaze na izvor replikacije, ki odvije dele DNK. DNA binding protein (DBP) je vezan na vsako od verig in preprečuje njihovo povezavo. Enota replikacije je replikon – to je območje med dvema točkama, kjer se začne sinteza hčerinskih verig. Interakcija encimov z izvorom replikacije se imenuje iniciacija. Ta točka se premika vzdolž verige (3 "OH>5" F) in nastanejo replikacijske vilice.
Sinteza nove verige poteka občasno s tvorbo fragmentov, dolgih 700-800-2000 nukleotidnih ostankov. Za replikacijo obstajata začetna in končna točka. Replikon se premika vzdolž molekule DNK in njeni novi deli se odvijajo. Vsaka od matičnih verig je predloga za hčerinsko verigo, ki je sintetizirana po principu komplementarnosti. Zaradi zaporednih povezav nukleotidov se veriga DNA s pomočjo encima DNA ligaze podaljša (elongacijska stopnja). Ko je dosežena zahtevana dolžina molekule, se sinteza ustavi – terminacija. Pri evkariontih naenkrat deluje na tisoče replikacijskih vilic. Pri prokariontih se iniciacija pojavi na eni točki v obroču DNK, pri čemer se dve replikacijski vilici premikata v 2 smereh. Na mestu, kjer se srečata, sta dvoverižni molekuli DNK ločeni.
Razpršeno - razpad DNK na nukleotidne fragmente, je nova dvoverižna DNK sestavljena iz spontano sestavljenih novih in starševskih fragmentov.
Evkariontska DNK je po strukturi podobna prokariontski DNK. Razlike se nanašajo na: količino DNA po genih, dolžino molekule DNA, vrstni red menjavanja nukleotidnih zaporedij, obliko gube (pri evkariontih je linearna, pri prokariontih je krožna).
Za evkarionte je značilna redundanca DNK: količina DNK, vključena v kodiranje, je le 2 %. Nekaj odvečne DNK predstavljajo identični nizi nukleotidov, ki se večkrat ponovijo (ponovitve). Obstaja več in zmerno ponavljajočih se sekvenc. Tvorijo konstitutivni heterokromatin (strukturni). Vdelan je med edinstvene sekvence. Redundantni geni imajo 10 4 kopije.
Metafazni kromosom (coiled chromatin) je sestavljen iz dveh kromatid. Oblika je določena s prisotnostjo primarne zožitve - centromere. Kromosom deli na 2 kraka.
Lokacija centromere določa glavne oblike kromosomov:
metacentrično,
submetacentrično,
Akrocentrično,
Telocentrično.
Stopnja spiralizacije kromosomov ni enaka. Imenujejo se regije kromosomov s šibko spiralizacijo evkromatski. To je področje visoke presnovne aktivnosti, kjer je DNK sestavljena iz edinstvenih zaporedij. Cona z močno spiralizacijo - heterokromatski regija, ki je sposobna transkripcije. Razlikovati konstitutivni heterokromatin - genetsko inerten, ne vsebuje genov, se ne preoblikuje v evkromatin in tudi neobvezno, ki se lahko spremeni v aktivni evhromatin. Končni odseki distalnih odsekov kromosomov se imenujejo telomeri.
Kromosome delimo na avtosome (somatske celice) in heterokromosome (zarodne celice).
Po predlogu Levitskega (1924) so diploidni nabor somatskih kromosomov celice imenovali kariotip. Zanj je značilno število, oblika in velikost kromosomov. Za opis kromosomov kariotipa po predlogu S.G. Navashina so razporejeni v obliki idiogrami - sistematični kariotip. Leta 1960 je bila predlagana Denverjeva mednarodna kromosomska klasifikacija, kjer so kromosomi razvrščeni glede na velikost in lokacijo centromere. V kariotipu človeške somatske celice je 22 parov avtosomov in par spolnih kromosomov. Nabor kromosomov v somatskih celicah se imenuje diploiden, in v zarodnih celicah - haploiden (On enaka polovici nabora avtosomov). V idiogramu človeškega kariotipa so kromosomi glede na velikost in obliko razdeljeni v 7 skupin.
1 - 1-3 velike metacentrične.
2 - 4-5 velikih submetacentričnih.
3 - 6-12 in kromosom X sta povprečno metacentrična.
4 - 13-15 povprečno akrocentrično.
5 - 16-18 razmeroma majhen meta-submetacentrični.
6 - 19-20 majhnih metacentričnih.
7 - 21-22 in kromosom Y sta najmanjša akrocentrična.
Po navedbah Pariška klasifikacija kromosome delimo v skupine glede na velikost in obliko ter linearno diferenciacijo.
Kromosomi imajo naslednje lastnosti (kromosomska pravila):
1. Individualnosti – razlike med nehomolognimi kromosomi.
2. Pari.
3. Konstantnost števila - značilnost vsakega tipa.
4. Kontinuiteta – sposobnost razmnoževanja.
Genetska koda je sistem za zapis genetske informacije o strukturi proteinske molekule v molekule DNK. Beljakovina je sestavljena iz aminokislin, ki jih je le 20. Aminokisline v molekuli beljakovine so razporejene v linearnem vrstnem redu, kot nukleotidi v molekuli DNA. Zaporedje AK v proteinu je določeno z zaporedjem nukleotidov v molekuli DNK, njene genske kode. Lastnosti kode 1) Trojnost - Vsaka aminokislina je kodirana s tremi nukleotidi. Trojček nukleotidov imenujemo kodon. 2) Neprekrivanje - trojčki si sledijo drug za drugim. Vsak nukleotid je del samo enega kodona. Trojčki se med seboj ne prekrivajo. 2) Enosmernost - Branje genetskih informacij poteka vzdolž 3 nukleotidov v eno smer, brez kakršnih koli vstavkov med nukleotide. 4) Ekspresivnost (redundanca) – 1 prisotnost redundantnih tripletov, potrebnih za kodiranje aminokislin. 2 Prisotnost "nesmiselnih" kodonov UAA UAG UGA terminacijskih kodonov, AUG in GUG začetnih kodonov. 5) Univerzalnost - v vseh živih organizmih so iste aminokisline kodirane z istimi trojčki. 6) specifičnost. Ni primerov, ko bi en in isti dekodon ustrezal več AK.
16. Biosinteza beljakovin je kompleksen večstopenjski proces sinteze polipeptidne verige iz aminokislin, ki se pojavlja na ribosomih s sodelovanjem molekul mRNA in tRNA. Proces biosinteze beljakovin zahteva znatno porabo energije.
Sinteza beljakovin vključuje več stopenj:
1. Predtranskripcijska. To je začetna faza sinteze, med katero se molekula DNK aktivira s pomočjo posebnih proteinov.
2. V jedru poteka transkripcijska sinteza mRNA, med katero se informacije, ki jih vsebuje gen DNA, prepišejo na mRNA z nukleotidnim zaporedjem, ki je komplementarno molekuli DNA.
3.Transport zajema obdobje med transkripcijo in prevodom. Na tej stopnji pride do obdelave, tj. Zorenje I-RNA. Njegovo bistvo je odstranitev intronov (neinformiranih regij). Eksaoni (trojčki, ki nosijo informacije o AK) se ohranijo in s pomočjo encimov ligaz povežejo v enotno verigo. Ta pojav imenujemo spajanje. Spojena mRNA se prenaša iz jedra v citoplazmo z uporabo nosilnih proteinov.
4. Translacija je sinteza polipeptidne verige iz AK glede na kodirno mRNA. Med prevajanjem se genetska informacija prevede v zaporedje aminokislin: DNA, mRNA, beljakovine. Tu ločimo naslednje stopnje: začetek, raztezek, zaključek.
iniciacija - prepoznavanje začetnega kodona s strani ribosoma in začetek sinteze.
elongacija je dejanska sinteza beljakovin.
terminacija - prepoznavanje terminacijskega kodona (stop kodon) in ločitev produkta.
Tako v procesu biosinteze beljakovin nastajajo nove beljakovinske molekule v skladu z natančnimi informacijami, ki jih vsebuje DNK. Ta proces zagotavlja obnovo beljakovin, presnovne procese, rast in razvoj celice, torej vse življenjske procese celice.
17. Translacija je sinteza polipeptidne verige iz AK glede na kodirno mRNA. Med prevajanjem se genetska informacija prevede v zaporedje aminokislin: DNA, mRNA, beljakovine. Translacija je zelo pomemben del celotnega metabolizma celice, saj vključuje vsaj 20 encimov (aminoacil sintetaz), do 60 različnih t-RNA, 3-5 molekul r-RNA in makromolekul r-RNA. Tu ločimo naslednje stopnje: začetek, raztezek, zaključek.
Iniciacija - začetek oddaje. Oblikuje se popoln ribosom, pritrdi se mRNA in vzpostavi se prva aminokislina. Med prevajanjem so ribosomi v "sestavljenem" stanju. V celotnem ribosomu je mesto za pritrditev tRNA, "naloženo" z aminokislino (to je aminoacil-tRNA) - akceptorsko mesto (A-mesto) in mesto za zadrževanje tRNA z rastočo polipeptidno verigo - peptidil ( P-mesto) (v molekularni biologiji se izraz "veriga mesta" pogosto nadomesti z izrazom "mesto"). Med iniciacijo (s sodelovanjem treh pomožnih proteinskih faktorjev) se mRNA veže na malo podenoto ribosoma, nato se »obremenjena« (prenašajoča aminokislino) tRNA s svojim antikodonom pritrdi na prvi kodon, nato pa na veliko podenoto ribosoma. podenota ribosoma je pritrjena na nastali kompleks.
2. Raztezek. Drugi aminoacil-tRNA je dodana drugemu kodonu (na A-mestu ribosoma). Med karboksilno skupino (-COOH) prve aminokisline in amino skupino (-NH) druge nastane peptidna vez. Po tem se prva aminokislina loči od svoje tRNA in "obesi" na aminokislino druge tRNA, ki je z njo povezana. Prazna prva tRNA se sprosti iz kompleksa z ribosomom in mesto P postane nezasedeno. Ribosom "naredi korak" vzdolž mRNA. V tem primeru se tRNA z aminokislinami premakne z mesta A na mesto P. "Korak" ribosoma je vedno strogo določen in enak trem nukleotidom (kodon). Gibanje ribosoma vzdolž mRNA imenujemo translokacija. Tako kot replikacija in transkripcija se translokacija vedno pojavi v smeri 5" - 3" mRNA.
3. Odpoved. Sinteza polipeptidne verige se nadaljuje, dokler ribosom ne doseže enega od treh stop kodonov. Na tej točki se proteinska veriga loči in ribosom disociira na podenote. Skoraj vsi proteini so po zaključku svoje sinteze podvrženi zorenju ali predelavi - reakcijam posttranslacijskih modifikacij. Po tem se (predvsem skozi "cevovod" endoplazmatskega retikuluma) prevažajo na cilj.
Po oddaji. Nastane sekundarna in terciarna struktura proteina, torej nastane končna struktura proteina.
18. Za vsak organizem je značilen lasten niz beljakovin, ki opravljajo potrebne funkcije in zagotavljajo nastanek vseh značilnosti organizma. Sinteza beljakovin oziroma implementacija genetske informacije poteka v vsaki živi celici v skladu z njenim genetskim programom, zapisanim z genetsko kodo v molekulah nukleinskih kislin. Sinteza beljakovin je zapleten, večstopenjski proces tvorbe beljakovinske molekule (polimera) iz aminokislin (monomerov), ki je nemogoč brez sodelovanja nukleinskih kislin, velikega števila encimov, energije (ATP), ribosomov, aminokislin. kisline in ioni Mg2+. Gen ima diskontinuirano strukturo. Kodirne regije so eksoni, nekodirajoče regije pa introni. Gen v evkariontskih organizmih ima strukturo ekson-intron. Intron je daljši od eksona. Med obdelavo se introni "izrežejo" - spajanje. Po nastanku zrele mRNA po interakciji s posebnim proteinom preide v sistem - informosom, ki prenaša informacije v citoplazmo. Zdaj so sistemi ekson-intron dobro raziskani (na primer onkogen P-53). Včasih so introni enega gena eksoni drugega, potem je spajanje nemogoče.
Obravnavati. Molekularni mehanizmi, povezani z "zorenjem" različnih vrst RNA, se imenujejo procesiranje. Potekajo v jedru pred sprostitvijo RNA iz jedra v citoplazmo.
Med procesom "zorenja" mRNA posebni encimi izrežejo introne in zlepijo aktivne regije, ki ostanejo (eksone). Ta postopek se imenuje spajanje. Zato nukleotidno zaporedje v zreli mRNA ni povsem komplementarno nukleotidom DNA. V mRNA so lahko takšni nukleotidi v bližini, da se komplementarni nukleotidi v DNA nahajajo na precejšnji razdalji drug od drugega.
Spajanje je zelo natančen postopek. Njegova motnja spremeni prevodni bralni okvir, kar vodi do sinteze drugega peptida. Natančnost izreza introna zagotavlja encimsko prepoznavanje določenih signalnih nukleotidnih zaporedij v molekuli pro-mRNA.
19 . V danem trenutku v celici deluje 20 % genov, ne vsi. Jacob in Monod sta prva preučevala mehanizem vklopa in izklopa genov z uporabo bakterije Escherichia coli. Leta 1966 so oblikovali hipotezo o avtomatski regulaciji sinteze beljakovin po principu povratne zveze. S poskusom so dokazali, da v prokariontski celici poteka avtomatska regulacija delovanja genov in sinteze beljakovin. Jacob-Monotova shema. Po njihovi hipotezi branje informacij iz strukturnih genov poteka v blokih, tj. enota transkripcije je blok operon. Sestavljen je iz več strukturnih genov, ki sodelujejo v prvi kaskadi reakcij. Na njihovem čelu je DNA operaterski oddelek, ki ločuje promotor od strukturnih genov, na katere se med transkripcijo veže polimeraza. V celici so še regulatorni geni, ki se nahajajo zunaj operona in nadzorujejo sintezo represorskega proteina. Ima vlogo vklopa in izklopa genov z vezavo na operaterja operona. Prosti represorski protein blokira operater in prepreči prehod polimeraze na strukturne gene. Represijo iz operaterja odstrani induktor, ki je metabolit, ki vstopi v celico (ne kateri koli, ampak tisti, katerega razgradnja zahteva encime, ki jih kodira ta operon). Metabolit pritegne represorski protein in z njim tvori neaktiven kompleks. Posledično se odstrani blokada na operaterju in odpre se pot za polimerazo.
Georgiev 1972 – regulacija transkripcije pri evkariontih. Enota
transkripcija - transkripton, sestavljen iz neinformativnega (akceptorja)
in informativne (strukturne) cone.
Neinformativna cona: promotorski, iniciatorski, operaterski geni.
Informativno območje: strukturni gen z mozaičnim eksonom.
intronska struktura. Eksoni so zaporedja DNA, ki vsebujejo informacije o strukturi polipeptida, introni pa so vstavki iz neinformativnih delov DNA. Prepis se konča s terminatorjem.
Regulacija transkripcije pri evkariontih je v osnovi enaka kot pri
prokariotov, vendar je kombiniran in bolj zapleten.
20. Gensko inženirstvo ali tehnologija genskega spreminjanja je niz biotehnoloških metod, ki omogočajo ustvarjanje sintetičnih sistemov na molekularni biološki ravni.
Genetski inženiring omogoča konstrukcijo funkcionalno aktivnih struktur v obliki rekombinantnih nukleinskih kislin: recDNA ali recRNA - zunaj bioloških sistemov (in vitro) in jih nato vnašamo v celice.
Možnost neposrednega (horizontalnega) prenosa genetske informacije iz ene biološke vrste v drugo je dokazal F. Griffith s poskusi s pnevmokoki (1928).
Genski inženiring kot tehnologija recDNA pa se je pojavil leta 1972, ko je bila v laboratoriju P. Berga (Univerza Stanford, ZDA) pridobljena prva rekombinantna (hibridna) DNA (recDNA), v kateri so bili združeni fragmenti DNA lambda faga in Escherichie coli. s krožno DNK opičjega virusa SV40.
Od začetka 1980-ih. dosežki genskega inženiringa se začnejo uporabljati v praksi.
Od leta 1996 se v kmetijstvu uporabljajo gensko spremenjene rastline.
Cilji genskega inženiringa
Glavne smeri genskega spreminjanja organizmov:
– ustvarjanje odpornosti na pesticide (na primer na nekatere herbicide);
– zagotavljanje odpornosti proti škodljivcem in boleznim (na primer modifikacija Bt);
– povečana produktivnost (npr. hitra rast transgenih lososov);
– dajanje posebnih lastnosti (na primer spreminjanje kemične sestave).
Biotehnologija je veda, ki proučuje možnosti uporabe živih organizmov, njihovih sistemov ali produktov njihove vitalne dejavnosti za reševanje tehnoloških problemov, pa tudi možnost ustvarjanja živih organizmov s potrebnimi lastnostmi z uporabo genskega inženiringa.
Biotehnologija se pogosto imenuje uporaba genskega inženiringa v 20. in 21. stoletju, vendar se izraz nanaša tudi na širši nabor procesov spreminjanja bioloških organizmov za zadovoljevanje človeških potreb, začenši s spreminjanjem rastlin in udomačenih živali z umetno selekcijo in hibridizacijo. Tradicionalna biotehnološka pridelava ima s pomočjo sodobnih metod možnost izboljšati kakovost prehranskih izdelkov in povečati produktivnost živih organizmov.
21. Življenjska doba celice od njenega nastanka do naslednje delitve ali smrti se imenuje celični življenjski cikel (CLC). V LCC evkariontskih celic večceličnega organizma je mogoče razlikovati več obdobij (faz), od katerih je vsako označeno z določenimi morfološkimi in funkcionalnimi značilnostmi:
- faza razmnoževanja in rasti
- faza diferenciacije
- faza normalne aktivnosti
- faza staranja in odmiranja celic.
V življenjskem ciklu celice ločimo tudi mitotski cikel, ki zajema pripravo celice na delitev in samo delitev.
Celični cikel je skupek procesov, ki vključuje obdobje priprave celice na delitev in samo delitev. Sestavljen je iz dveh stopenj - faze mirovanja (interfaza) in faze delitve (mitoza).
Interfaza je pred mitozo in tam poteka sinteza DNA. Priprava celice na delitev je sestavljena iz 3 obdobij: 1) predsintetičnega 2) sintetičnega 3) postsintetičnega
Morda bi bilo koristno prebrati:
- Na kateri višini leti ISS?;
- Zgodovina nastanka ISS. Referenca. Strokovnjaki so se zavzeli za podaljšanje delovanja ISS. Kdo in kdaj je zgradil ISS;
- Čudne stvari iz našega vesolja V vseh luknjah z ženo;
- Pregled Valiant Hearts: The Great War;
- Kodiranje in implementacija biološke informacije v celico, genetska koda in njene lastnosti;
- Gozd z grapami, v starih časih neprehoden teren;
- Zecharia Sitchin in njegove knjige Mitologija kot starodavno novinarstvo;
- Čudne in skrivnostne fotografije, ki nimajo razlage Najbolj skrivnostne in skrivnostne fotografije;