Кодування та реалізація генетичної інформації. Кодування та реалізація біологічної інформації в клітині, генетичний код та його властивості
1. Кодування та реалізація біологічної інформації в клітині. Кодова система днк та білка.
2. Генна інженерія. Біотехнологія. Завдання, методи. Досягнення, перспективи.
3. Визначення науки екології. Середовище як екологічне поняття, чинники середовища. Екосистема, біогеоценоз, антропоценоз. Специфіка життя людей.
1. Спочатку все різноманіття життя обумовлюється різноманітністю білкових молекул, що виконують у клітинах різні біологічні функції. Структура білків визначається набором та порядком розташування амінокислот у їх пептидних ланцюгах. Саме ця послідовність амінокислот у пептидних ланцюгах зашифрована у молекулах ДНК за допомогою біологічного (генетичного) коду. Для шифрування 20 різних амінокислот достатня кількість поєднань нуклеотидів може забезпечити лише триплетний код, в якому кожна амінокислота шифрується трьома нуклеотидами, що стоять поруч.
Генетичний код- Це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот в білках за допомогою послідовного розташування нуклеотидів в і-РНК.
Св-ва ген. коду:
1) Код триплетен. Це означає, що кожна з 20 амінокислот зашифрована послідовністю 3 нуклеотидів, називається триплетом або кодоном.
2) Код вироджено. Це означає, що кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном (виключення метіотин та триптофан)
3) Код однозначний – кожен кодон шифрує лише 1 аміноксилоту
4) Між генами є «розділові знаки» (УАА, УАГ, УГА) кожен з яких означає припинення синтезу і стоїть в кінці кожного гена.
5) Усередині гена немає розділових знаків.
6) Код універсальний. Генетичний код єдиний всім живих землі істот.
Транскрипція – це процес зчитування інформації РНК, що здійснюється і-РНК полімеразою. ДНК – носій всієї генетичної інформації у клітині, безпосередньої участі у синтезі білків не бере. До рибосом - місць збирання білків - висилається з ядра несучий інформаційний посередник, здатний пройти пори ядерної мембрани. Ним є і-РНК. За принципом комплементарності вона зчитує ДНК за участю ферменту званого РНК – полімеразою. У процесі транскрипції можна виділити 4 стадії:
1) Зв'язування РНК-полімерази з промотором,
2) ініціація – початок синтезу. Воно полягає в утворенні першого фосфодіефірного зв'язку між АТФ і ГТФ і два нуклеотидом синтезуючої молекули і-РНК,
3) елонгація – зростання ланцюга РНК, тобто. послідовне приєднання нуклеотидів один до одного в тому порядку, в якому стоять комплементарні нуклеотиди в нитці ДНК, що транскрибується,
4) Термінація - завершення синтезу і-РНК. Промотр – майданчик для РНК-полімерази. Оперон – частина гена ДНК.
ДНК(Дезоксирибонуклеїнова кислота) – біологічний полімер, що складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, з'єднаних один з одним. Мономери, що становлять кожну з ланцюгів ДНК, є складними органічними сполуками, що включають одну з чотирьох азотистих основ: аденін (А) або тимін (Т), цитозин (Ц) або гуанін (Г), п'ятиатомний цукор пентозу – дезоксирибозу, на ім'я якої одержала назву і сама ДНК, а також залишок фосфорної кислоти. Ці сполуки звуться нуклеотидів.
2. ГЕННА ІНЖЕНЕРІЯ,або технологія рекомбінантних ДНК, зміна за допомогою біохімічних та генетичних методик хромосомного матеріалу – основної спадкової речовини клітин. Хромосомний матеріал складається з дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Біологи ізолюють ті чи інші ділянки ДНК, з'єднують їх у нових комбінаціях та переносять з однієї клітини до іншої. В результаті вдається здійснити такі зміни геному, які навряд чи могли б виникнути природним шляхом. Методом генної інженерії отримано вже низку препаратів, у тому числі інсулін людини та противірусний препарат інтерферон. І хоча ця технологія ще тільки розробляється, вона обіцяє досягнення величезних успіхів і в медицині, і сільському господарстві. У медицині, наприклад, це дуже перспективний шлях створення та виробництва вакцин. У сільському господарстві за допомогою рекомбінантної ДНК можуть бути отримані сорти культурних рослин, стійкі до посухи, холоду, хвороб, комах-шкідників та гербіцидів.
Методи генної інженерії:
Метод секвенування – визначення нуклеотидної послідовності ДНК;
Метод зворотної транскрипції ДНК;
Розмноження окремих фрагментів ДНК.
Сучасна біотехнологія- це новий науково-технічний напрямок, що виник у 60-70-х роках нашого сторіччя. Особливо бурхливо вона почала розвиватися з середини 70-х років після перших успіхів генно-інженерних експериментів. Біотехнологія, по суті, не що інше, як використання культур клітин бактерій, дріжджів, тварин або рослин, метаболізм та біосинтетичні можливості яких забезпечують вироблення специфічних речовин. Біотехнологія на основі застосування знань та методів біохімії, генетики та хімічної техніки дала можливість одержання за допомогою легко доступних, відновлюваних ресурсів тих речовин та які важливі для життя та добробуту.
3. Екологія- Наука про взаємини живих організмів і середовища їх проживання. Природа, в якій живе живий організм, є середовищем його проживання . Фактори середовища, що впливають на організм, називають екологічними факторами:
абіотичні фактори– фактори неживої природи (температура, світло, вологість);
біотичні фактори- Взаємини між особинами в популяції та між популяціями в природному суспільстві;
антропогенний фактор- Діяльність людини, що призводить до зміни довкілля живих організмів.
Фотоперіодизм - Загальне важливе пристосування організмів. Так, весняні дні викликають активну діяльність статевих залоз.
У 1935 р. англійський ботанік А.Теслі запровадив поняття « екосистема»- історично сформовані відкриті, але цілісні та стійкі системи живих і неживих компонентів, що мають односторонній потік енергії, внутрішні та зовнішні круговороти речовин і мають здатність регулювати всі ці процеси.
У 1942 р. радянський академік В.Н.Сукачов сформулював поняття « біогеоценоз» - відкрита природна система, що складається з живих і неживих компонентів, що займає територію з порівняно однорідним рослинним співтовариством і характеризується певним потоком енергії, кругообігом речовин, рухом та розвитком.
Ліс, поле, луг – це екосистема. Але коли характеристика лісу та його тип конкретизується певним рослинним співтовариством (ялинник – чорничник, сосняк – брусничник) – це біогеоценоз.
Середовище проживання людини є переплетення взаємодіючих природних і антропогенних екологічних чинників, набір яких різниться у різних природно-географічних та економічних регіонах планети.
07.04.2015 13.10.2015
В епоху нано-технологій та новацій у всіх сферах життя людини необхідно знати багато чого для самовпевненості та спілкування з людьми. Технології двадцять першого століття зробили крок далеко, наприклад, у сфері медицини і генетики. У цій статті спробуємо докладно описати найголовніший крок людства у дослідженнях ДНК.
Опис коду ДНК
Що ж таке цей код? Код вироджений генетичними властивостями та займаються його дослідженням вчені генетики. Цим кодом наділені всі живі істоти нашої планети. Науково визначається як метод білкової послідовності амінокислот за допомогою ланцюжка нуклеотидів.
Так званий алфавіт складається з чотирьох основ, що позначаються А, Г, Т, Ц:
А – аденін,
Г – гуанін,
Т - тімін,
Ц – цитозин.
Ланцюг коду являє собою спіраль послідовно складених вище описаних основ, виходить, що кожній сходинці спіралі відповідає певна літера.
Вироджений код ДНК білками, які беруть участь у складанні та складаються з ланцюжків. У яких беруть участь двадцять видів амінокислот. Амінокислоти розкривного коду мають назву канонічні, вибудовуються певним чином у кожній істоті та утворюють білкові ланки.
Історія виявлення
Вивчення білків і кислот людство займається з давніх-давен, але перші гіпотези і постанова теорії про спадковість виникли тільки в середині ХХ століття. На цей час вчені зібрали достатню кількість знань цього питання.
У 1953 році дослідження показали, що білок окремого організму має унікальний ланцюжок з амінокислот. Далі було виведено, що цей ланцюжок не має жодного обмеження в поліпептиді.
Порівнювалися записи різних світових учених, які були різними. Тому сформувалося певне поняття: кожному гену відповідає певний поліпептид. В цей же час виникає назва ДНК, яка безперечно доведена, що не білок.
Дослідники Крик і Вотсон вперше говорили про матричну схему шифру, що пояснює, в 1953 році. У останній роботі великих вчених було доведено факт, що шифр є носієм інформації.
Згодом залишалося розібратися лише у питанні визначення та формування ланцюжків амінокислот білка, основи та властивості.
Першим ученим, який побудував гіпотезу генетичного кодування, був фізик Гамов, який також запропонував певний спосіб перевірки матриці.
Генетики припустили встановити відповідність між двома бічними перекладинами ланцюга амінокислот і ромбовидними сходинками, що утворюються. Ромбоподібні ступені ланцюга утворюються за допомогою чотирьох нуклеотидів генетичного коду. Ця відповідність була названа бубновою.
Гамов надалі своєму дослідженні пропонує теорію триплетного коду. Це стає першочерговим у питанні про природу генетичного коду. Хоча теорія фізика Гамова має недоліки, одним із яких є кодування структури білків через генетичний код.
Відповідно Георгій Гамов став першим вченим, який розглянув питання про гени як кодування чотиризначної системи у перекладі її в двадцятизначний основний факт.
Принцип дії
Один білок складається з кількох низок амінокислот. Логічність сполучних ланцюжків визначає будову та характеристики білка організму, що відповідно сприяє виявленню інформації про біологічні параметри живої істоти.
Інформація з живих клітин видобувається двома матричними процесами:
Транскрипцією, тобто синтезованим процесом злиття матриць РНК та ДНК.
Трансляцією, тобто синтезування ланцюжка поліпептидів на матриці РНК.
У процесі трансляції генетичний код перенаправлений у логічний ланцюжок амінокислот. 
Для виявлення та реалізації інформації генів необхідно не менше трьох ланцюжкових нуклеотидів, при розгляді двадцяти послідовно послідовних амінокислот. Такий набір із трьох нуклеотидів позначається як триплет.
Генетичні коди розподілені між двома категоріями:
Перекриваючі – код мінорний, трикутний та послідовний.
Неперекриваються – комбінаційний код і «без ком».
Дослідження доводили, що порядок амінокислот хаотичний і відповідно індивідуально, на основі цього вчені віддають перевагу кодам, що не перекриваються. Згодом теорія «без ком» була спростована.
Для чого необхідно знати код ДНК
Знання про генетичний код живого організму дозволяють визначити інформацію молекул у спадковому та еволюційному сенсі. Необхідний запис спадковості, виявляє дослідження щодо формування системних знань у світі генетики.
Універсальність генетичного коду вважається унікальною властивістю живого організму. На основі даних можна отримати відповіді на більшість питань медичного та генетичного характеру.
Використання знань у медицині та генетиці
Досягнення в молекулярної біології двадцятого століття дозволило широко зробити крок у дослідженнях хвороб і вірусів, що мають різні підстави. Інформація про генетичний код повсюдно використовується в медицині та генетики.
Виявлення природи певного захворювання чи вірусу накладається вивчення генетичного розвитку. Знання та формування теорій і практик здатні вилікувати важко-виліковні або невиліковні захворювання сучасного світу та майбутнього.
Перспективи розвитку
Оскільки науково доведено, що в генетичному коді закладено інформацію не лише про спадковість, а й про тривалість життя організму, розвиток генетики задається питанням про безсмертя та довголіття. Ця перспектива підтримується низкою гіпотез наземного безсмертя, клітин ракових захворювань, стовбурових клітин людини.
Науковий співробітник технічного інституту П. Гаряєв у 1985 році виявив у разі спектрального аналізу порожнє місце, назване згодом фантом. Фантоми визначають померлі генетичні молекули.
Що означило надалі теорію про зміну живого організму з часом, що передбачає, що людина здатна жити понад чотириста років.
Феноменом є те, що клітини ДНК здатні видавати звукові коливання сто герц. Тобто, ДНК може говорити.
Білки- це гетерополімери, що складаються з 20 різних мономерів - природних альфа-амінокислот. Білки- Це нерегулярні полімери. У будові молекули білка розрізняють кілька рівнів структурної організації. Первинна структура- Це послідовність амінокислотних залишків, з'єднаних пептидними зв'язками. Вторинна структура- Як правило, це спіральна структура, яка утримується безліччю водневих зв'язків, що виникають між близькими один від одного -С=О і -NH-груп. Третинна структурабілкової молекули – це просторова конфігурація, що зазвичай нагадує компактну глобулу; вона підтримується іонними, водневими та дисульфідними (S-S) зв'язками. Четвертична структураутворюється при взаємодії кількох субодиниць - глобул (наприклад, молекула гемоглобіну складається з чотирьох таких субодиниць). Втрата білкової молекулою своєї структури називається денатурацією; вона може бути викликана температурою, зневодненням, опроміненням тощо. Інформація про послідовність амінокислот в одному поліпептидному ланцюгу знаходиться в ділянці ДНК, яка називається ген. У ДНК закладено інформацію про первинну структуру білка. Код ДНК єдиний всім організмів. Кожній амінокислоті відповідає три нуклеотиди, що утворюють триплет, або кодон. Таке кодування надмірно: можливі 64 комбінації триплетів, тоді як амінокислот тільки 20. Існують також керуючі триплети, наприклад, що позначають початок і кінець гена.
Біосинтез білка– це ланцюг реакцій, у яких використовується енергія АТФ. У всіх реакціях синтезу білка беруть участь ферменти. Біосинтез білка – це матричний синтез.
Генетичний код- це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот у білках за допомогою послідовності розташування нуклеотидів у ДНК. Властивості генетичного коду.
1. ТриплетністьКожна амінокислота кодується послідовністю з трьох нуклеотидів.
2. Виродженість. Усі амінокислоти, за винятком метіоніну та триптофану, кодуються більш ніж одним триплетом. Усього 61 триплет кодує 20 амінокислот.
3. Однозначність. Кожен триплет кодує лише одну амінокислоту чи є термінатором трансляції.
4. Компактність, або відсутність внутрішньогенних розділових знаків. Усередині гена кожен нуклеотид входить до складу значущого кодону.
23.Принцип кодування та реалізації генетичної інформації в клітині, властивості генетичного коду їх біологічний зміст. Етапи реалізації інформації, їхня характеристика. Поняття про пряму та зворотну транскрипцію.
Генетичний код– система запису спадкової інформації, за якою послідовність нуклеотидів у ДНК (у деяких вірусів РНК) визначає послідовність амінокислот у молекулах білків. Оскільки в процесі реалізації генетична інформація переписується з ДНК на іРНК, генетичний код читається за іРНК та записується за допомогою чотирьох азотистих основ РНК (А, В, Г, Ц).
Кодон- Послідовність трьох сусідніх нуклеотидів (триплет) іРНК, яка кодує певну амінокислоту або початок і кінець трансляції.
Оскільки існує чотири типи нуклеотидів, генетичний код складається з 64 кодонів, з них 61 кодон кодує 20 амінокислот. Три кодони (УАГ, УАА, УГА) – кодон-кодони-нонсенси-кодони, які не кодують жодної амінокислоти і для них не існує транспортних РНК; вони виконують роль сигналів завершення трансляції (кодон-стоп-кодони, кодони-термінатори). Кодон АУГ визначає початок трансляції та називається ініціювальним, або стартовим, кодоном.
Генетичний код: його властивості та поняття. Спочатку все різноманіття життя обумовлюється різноманітністю білкових молекул, що виконують у клітинах різні біологічні функції. Структура білків визначається набором та порядком розташування амінокислот у їх пептидних ланцюгах. Саме ця послідовність амінокислот у пептидах зашифрована у молекулах ДНК за допомогою генетичного коду. У різноманітті білків, що у природі, було виявлено близько 20 різних амінокислот.
Властивості генетичного коду:
· Триплетність - одна амінокислота кодується одним триплетом, до складу якого входить три нуклеотиди. Такий триплет називається кодоном.;
· «виродженість», чи надмірність генетичного коду, тобто. одну і ту ж амінокислоту може кодувати кілька триплетів, так як відомо 20 амінокислот і 64 кодони
· Неперекриваність, тобто. між триплетами в молекулі ДНК не існує розділових знаків, вони розташовані в лінійному порядку, слідуючи один за одним трьома рядом розташованих нуклеотиду утворюють один триплет;
· Універсальність, тобто. для всіх організмів, починаючи з прокаріотів і закінчуючи людиною, 20 амінокислот кодуються одними і тими ж триплетами, що є одним із доказів єдності походження всього живого на Землі
Етапи реалізації генетичної інформації I.
Транскрипція- Синтез всіх видів РНК на матриці ДНК.
Транскрипція, або переписування, відбувається не на всій молекулі ДНК, а на ділянці, яка відповідає за певний білок (ген). Умови, необхідні для транскрипції:
а) розкручування ділянки ДНК за допомогою білків-ферментів, що розплітають.
б) наявність будівельного матеріалу.
в) ферменти трансктипції – РНК-полімерази I, II, III
г) енергія як АТФ.
Транскрипція відбувається за принципом комплементарності. При цьому за допомогою спеціальних білків-ферментів ділянка подвійної спіралі ДНК розкручується, є матрицею синтезу іРНК. Потім уздовж ланцюга ДНК рухається фермент РНК-полімераза, з'єднуючи між собою нуклеотиди за принципом комплементарності в ланцюг РНК, що росте. Потім одноланцюжкова РНК відокремлюється від ДНК і через пори в мембрані ядра залишає ядро клітинне II.
Трансляція(Translation), або біосинтез білка. Суть трансляції -переведення чотирилітерного шифру азотистих основ на 20-літерний «словник» амінокислот. Процес трансляції полягає у перенесенні закодованої в іРНК генетичної інформації до амінокислотної послідовності білка. Здійснюється біосинтез білка в цитоплазмі на рибосомах та складається з кількох етапів:
Підготовчий етап (активація амінокислот), полягає у ферментативному зв'язуванні кожної амінокислоти зі своєю тРНК та утворенні комплексу амінокислота - тРНК. Власне синтез білка, який включає три стадії:
а) ініціація- іРНК зв'язується з малою субодиницею рибосоми
б) елонгація- подовження поліпептидного ланцюжка. Процес здійснюється в 3 кроки і полягає у зв'язуванні кодону мРНК з антикодоном тРНК за принципом комплементарності в активному центрі рибосоми, потім в освіті пептидного зв'язку між двома залишками амінокислот і переміщенні дипептиду на крок вперед і, відповідно, пересування рибосоми вздовж іРНК
в) термінація- закінчення трансляції, залежить від присутності в іРНК термінуючих кодонів або "стоп-сигналів" (УАА, УГА, УАГ) та білкових ферментів - факторів термінації
Зворотня транскрипція- це процес утворення дволанцюжкової ДНК на підставі інформації в одноланцюжковій РНК. Цей процес називається зворотної транскрипцією, оскільки передача генетичної інформації у своїй відбувається у «зворотному», щодо транскрипції, напрямі.
Подібна інформація.
Генетична інформація закодована у ДНК. Генетичний код було з'ясовано М. Ніренбергом та Х.Г. Корану, за що вони були удостоєні Нобелівської премії у 1968 році.
Генетичний код- система розташування нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот, що контролює послідовність розташування амінокислот у молекулі поліпептиду.
Основні постулати коду:
1) Генетичний код триплетен. Триплет і-РНК отримав назву кодону. Кодон шифрує одну амінокислоту.
2) Генетичний код є виродженим. Одна амінокислота шифрується, більш ніж один кодон (від 2 до 6). Винятки становлять метіоніновий та триптофановий (АУГ, ГУГ). У кодонах для однієї амінокислоти перші два нуклеотиди найчастіше однакові, а третій варіює.
3) Кодони не перекриваються. Нуклеотидна послідовність зчитується в одному напрямку поспіль, триплет за триплетом.
4) Код однозначний. Кодон шифрує певну амінокислоту.
5) АУГ є стартовим кодоном.
6) Усередині гена немає розділових знаків - стоп кодонів: УАГ, УАА, УГА.
7) Генетичний код універсальний, він єдиний всім організмів і вірусів.
Розкриття структури ДНК, матеріального носія спадковості сприяло вирішенню багатьох питань: відтворення генів, природи мутацій, біосинтез білка і т.д.
Механізм передачі генетичного коду сприяв розвитку молекулярної біології, а також генної інженерії, генної терапії.
ДНК знаходиться в ядрі та входить до складу хроматину, а також мітохондрії, центросоми, пластиди, а РНК – у ядерцях, матриксі цитоплазми, рибосомах.
Носієм спадкової інформації в клітині є ДНК, а РНК - служить передачі та реалізації генетичної інформації у про- і еукаріотів. За допомогою і-РНК відбувається процес перекладу послідовності нуклеотидів ДНК поліпептид.
У деяких організмів, крім ДНК, носієм спадкової інформації може бути РНК, наприклад, віруси тютюнової мозаїки, поліомієліту, СНІДу.
Мономерами нуклеїнових кислот є нуклеотиди. Встановлено, що в хромосомах еукаріотів гігантська двоспіральна молекула ДНК утворена 4 типами нуклеотидів: аденіловий, гуаніловий, тимідиловий, цитозиловий. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи (пуринової Г+А або піримідинової Ц+Т), дезоксирибози та залишку фосфорної кислоти.
Аналізуючи ДНК різного походження, Чаргафф сформулював закономірності кількісного співвідношення азотистих основ. правила Чаргафа.
а) кількість аденіну дорівнює кількості тиміну (А = Т);
б) кількість гуаніну дорівнює кількості цитозину (Г=Ц);
в) кількість пуринів дорівнює кількості піримідинів (Г+А = Ц+Т);
г) кількість основ з 6-аміногрупами дорівнює кількості основ з 6-кетогрупами (А+Ц = Г+Т).
У той самий час співвідношення підстав А+ТГ+Ц є суворо видоспецифічним коефіцієнтом (для людини - 0,66; миші - 0,81; бактерії - 0,41).
У 1953 році біологом Дж.Уотсономта фізиком Ф.Крікомбуло запропоновано просторову молекулярну модель ДНК.
Основні постулати моделі полягають у наступному:
1. Кожна молекула ДНК складається з двох довгих антипаралельних полінуклеотидних ланцюгів, що утворюють подвійну спіраль, закручену навколо центральної осі (правозакручена - В-форма, лівозакручена - Z-форма, виявлена А. Річем наприкінці 70-х років).
2. Кожен нуклеозид (пентоза + азотиста основа) розташований у площині перпендикулярної осі спіралі.
3. Два полінуклеотидні ланцюги скріплені водневими зв'язками, що утворюються між азотистими основами.
4. Спарювання азотистих основ суворо специфічно, пуринові основи з'єднуються лише з піримідиновими: А-Т, Г-Ц.
5. Послідовність основ одного ланцюга може значно варіювати, але азотисті основи іншого ланцюга повинні бути строго комплементарні їм.
Полінуклеотидні ланцюги утворюються за рахунок ковалентних зв'язків між сусідніми нуклеотидами через залишок фосфорної кислоти, який з'єднує вуглець у п'ятому положенні цукру з третім вуглецем сусіднього нуклеотиду. Ланцюги мають спрямованість: початок ланцюга 3" ВІН - у третьому положенні вуглецю дезоксирибози приєднується гідроксильна група ВІН, кінець ланцюга - 5" Ф, до п'ятого вуглецю дезоксирибози приєднується залишок фосфорної кислоти.
Аутосинтетичною функцією ДНК є реплікація – авторепродукції. Реплікація заснована на принципах напівконсервативності, антипаралельності, комплементарності та уривчастості. Спадкова інформація ДНК реалізується в результаті реплікації на кшталт матричного синтезу. Він протікає в стадіях: зв'язування, ініціація, елонгація, термінація. Процес присвячений S-періоду інтерфази. Фермент ДНК-полімераза використовує як матрицю одноланцюжкову ДНК і в присутності 4-х нуклеотидів, затравки (РНК) будує другий ланцюг ДНК.
Синтез ДНК здійснюється за принципом комплементарності. Між нуклеотидами ланцюга ДНК утворюється фосфодіефірні зв'язки за рахунок сполук 3 "ОН групи самого останнього нуклеотиду з 5"-фосфатом наступного нуклеотиду, який повинен приєднатися до ланцюга.
Розрізняють три основні види реплікації ДНК: консервативний, напівконсервативний, дисперсний.
Консервативний- збереження цілісності вихідної дволанцюжкової молекули та синтез дочірньої дволанцюжкової. Половина дочірніх молекул побудована повністю з нового матеріалу, а половина – зі старого материнського.
Напівконсервативний - Синтез ДНК починається з приєднання до точки початку реплікації ферменту хелікази, що розплітає ділянки ДНК. До кожного з ланцюгів приєднується ДНК зв'язує білок (ДСБ), що перешкоджає їх з'єднанню. Одиницею реплікації є реплікон – це ділянка між двома точками початку синтезу дочірніх кіл. Взаємодія ферментів із точкою початку реплікації називається ініціацією. Ця точка рухається вздовж ланцюга (3" ВІН> 5" Ф) і утворюється реплікативна вилка.
Синтез нового ланцюга йде уривчасто з утворенням фрагментів довжиною 700-800-2000 нуклеотидних залишків. Є точка початку та кінця реплікації. Реплікон рухається вздовж молекули ДНК та розплітаються її нові ділянки. Кожен із материнських ланцюгів є матрицею для дочірньої, яка синтезується за принципом комплементарності. Внаслідок послідовних сполук нуклеотидів ланцюг ДНК подовжується (стадія елонгації) за допомогою ферменту ДНК-лігаза. При досягненні необхідної довжини молекули синтез припиняється - термінація. У еукаріотів працює відразу тисячі реплікативних виделок. У прокаріотів - ініціація відбувається в одній точці кільця ДНК, при цьому дві реплікативні виделки рухаються в 2-х напрямках. У місці їхньої зустрічі двох ланцюжкових молекул ДНК роз'єднуються.
Дисперсний - розпад ДНК на нуклеотидні фрагменти, нова дволанцюжкова ДНК складається із спонтанно набраних нових та батьківських фрагментів.
ДНК еукаріотів за структурою схоже на ДНК прокаріотів. Відмінності стосуються: кількості ДНК за генами, довжиною молекули ДНК, порядком чергування нуклеотидних послідовностей, формою укладання (у еукаріотів - лінійна, у прокаріотів - кільцева).
Для еукаріотів характерна надмірність ДНК: у її ДНК, що бере участь у кодуванні, становить лише 2%. Частина надлишкової ДНК представлена однаковими наборами нуклеотидів, що повторюються багато разів (повтори). Розрізняють послідовності, що багаторазово і помірно повторюються. Вони утворюють конститутивний гетерохроматин (структурний). Він убудований між унікальними послідовностями. Надлишкові гени мають 104 копій.
Метафазна хромосома (Спіралізований хроматин) складається з двох хроматид. Форма визначається наявністю первинної перетяжки – центроміри. Вона поділяє хромосому на 2 плечі.
Розташування центроміру визначає основні форми хромосом:
Метацентричні,
Субметацентричні,
Акроцентричні,
Тілоцентричні.
Ступінь спіралізації хромосом не однакова. Ділянки хромосом зі слабкою спіралізацією називають еухроматиновими. Це зона високої метаболічної активності, де ДНК складається з унікальних послідовностей. Зона із сильною спіралізацією - гетерохроматиновий ділянку, здатну до транскрипції. Розрізняють конститутивний гетерохроматин-генетичний інертний, не містить генів, не переходить в еухроматин, а також факультативний, який може переходити до активного еухроматину. Кінцеві відділи дистальних ділянок хромосом називають теломери.
Хромосоми поділяються на аутосоми (соматичних клітин) та гетерохромосоми (статевих клітин).
На пропозицію Левитського (1924) диплоїдний набір соматичних хромосом клітини був названий каріотипом. Він характеризується числом, формою, розмірами хромосом. Для опису хромосом каріотипу на пропозицію С.Г. Навашина їх розташовують у вигляді ідіограми - систематизованого каріотипу. У 1960 році була запропонована Денверська міжнародна класифікація хромосом, де хромосоми класифіковані за величиною та розташуванням центроміру. У каріотипі соматичної клітини людини розрізняють 22 пари аутосом та пару статевих хромосом. Набір хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдним, а в статевих клітинах - гаплоїдним (він дорівнює половині набору аутосом). В ідіограмі каріотипу людини хромосоми ділять на 7 груп, залежно від їх розмірів та форми.
1 - 1-3 великі метацентричні.
2 - 4-5 великі субметацентричні.
3 - 6-12 та Х-хромосома середні метацентричні.
4 – 13-15 середні акроцентричні.
5 - 16-18 щодо малі мета-субметацентричні.
6 – 19-20 малі метацентричні.
7 - 21-22 та Y-хромосома найбільш малі акроцентричні.
Згідно Паризької класифікації хромосоми розділені на групи за їх розмірами та формою, а також лінійної диференціювання.
Хромосоми мають такі властивості (правила хромосом):
1. Особливості - відмінності негомологічних хромосом.
2. Парності.
3. Постійністю числа - характерним кожному за виду.
4. Безперервності - здатність до репродукції.
Генетич код-система запису в молекулах ДНК генетич інформ про будову білкової молекули. Білок складається з амінокіс-т, кіт всього 20. АК в молекулі молекули розташовані в лінійному порядку, подібно нуклеотидам в молекулі ДНК. Послідовність АК в білку опр-ся послідовністю нуклеотидів в молекулі ДНК, його ген кодом. Властивості коду 1) Триплетність - Кожна амінокислота кодується трьома нуклеотидами. Триплет нуклеотидів називається кодоном. 2) Неперекриваність - триплети слідують один за одним. Кожен нуклеотид входить до складу лише одного кодону. Триплет не накладаються один на одного. 2) Односпрямованість - Зчитування генітичної інформації відбувається по 3 нуклеотидам в одному напрямі, без будь-яких вставок між нуклеотидами. 4) Вираженість (дослідність) – 1 наявність надлишкових триплетів, необхідні кодування амінокислот. 2 Наявність «Нонсенс» кодонів УАА УАГ УГА-кодони термінації, АУГ та ГУГ кодони ініціації. 5) Універсальність – у всіх живих організмів одні й самі амінокислоти кодуються однаковими триплетами. 6) специфічність. Немає випадків коли один і той де кодон відповідав би дек АК.
16. Біосинтез білка – складний багатостадійний процес синтезу поліпептидного ланцюга з амінокислот, що відбувається на рибосомах за участю молекул мРНК та тРНК. Процес біосинтезу білка потребує значних витрат енергії.
Синтез білка включає кілька етапів:
1. Претранскрипційний. Це стартовий етап синтезу під час якого відбувається активація молекули ДНК за допомогою спеціальних білків.
2. Транскрипційний синтез-РНК відбувається в ядрі, в процесі якого інформація, що міститься в гені ДНК, переписується на і-РНК з послідовністю нуклеотидів комплементарної молекули ДНК.
3.Транспортний охоплює період між транскрипцією та трансляцією. Над анному етапі відбувається процесинг, тобто. дозрівання І-РНК. Суть його-видалення інтронів (неінформовані ділянки). Екзаони (триплети, що несуть інформацію про АК) сохр і з'єд-ся в єдину ланцюг з допомогою ферментів лигаз. Зазначене явище називається сплайсинг. Сплайсинг і-РНК, що пройшла, переноситься з ядра в цитоплазму за допомогою білків-переносників.
4. Трансляцією наз-ся синтез поліпептидного ланцюга з АК відповідно до кодуючої і-РНК. У ході трансл происх переклад генетич інформ в амінокислотну послідовність: ДНК, і-РНК, білок. Тут вид-ся такі етапи: ініціація, елонгація, термінація.
ініціація - впізнавання рибосомою стартового кодону та початок синтезу.
елонгація - власне синтез білка.
термінація - впізнання термінуючого кодону (стоп-кодону) та відділення продукту.
Таким чином, у процесі біосинтезу білка утворюються нові молекули білка відповідно до точної інформації, закладеної в ДНК. Цей процес забезпечує оновлення білків, процеси обміну речовин, зростання та розвиток клітин, тобто всі процеси життєдіяльності клітини.
17.Трансляцією наз-ся синтез поліпептидного ланцюга з АК відповідно до кодуючої і-РНК. В ході трансл происх переклад генетич інформ в амінокислотну послідовність: ДНК, і-РНК, білок. Трансляйія є дуже важливою частиною загального метаболізму клітини. У ній задіяні не менше 20 ферментів (аміноацилсинтетаз), до 60 різних т-РНК, 3-5 молекул р-РНК і макромолекули і-РНК. Тут вид-ся такі етапи: ініціація, елонгація, термінація.
Ініціація-початок трансляції. Відбувається утворення цільної рибосоми, приєднання мРНК і встановлення першої амінокислоти. У процесі трансляції рибосоми перебувають у “зібраному” стані. У цілісній рибосомі виділяють ділянку приєднання тРНК, "навантаженою" амінокислотою (тобто аміноацил-тРНК) - акцепторний (А-сайт) і ділянку утримання тРНК з зростаючим поліпептидним ланцюгом - пеп-тидильний (Р-сайт) (у молекулярній біології ланцюга” часто замінюють терміном “сайт”). Під час ініціації (за участю трьох допоміжних білкових факторів) відбувається зв'язування мРНК з малою субодиницею рибосоми, потім до першого кодону своїм антикодоном приєднується “навантажена” (несуча амінокислоту) тРНК, а після цього до комплексу, що утворився, приєднується велика.
2. Елонгація. До другого кодону (на А-сайт рибосоми) приєднується ще одна аміноацил-тРНК. Між карбоксильною групою (-СООН) першої амінокислоти та аміногрупою (-NH,) другий утворюється пептидний зв'язок. Після цього перша амінокислота від'єднується від своєї тРНК і повисає на з'єднаній з нею амінокислоті другий тРНК. Порожня перша тРНК звільняється з комплексу з рибосомою, і Р-сайт стає незайнятим. Рибосома "робить крок" вздовж мРНК. При цьому тРНК з амінокислотами переміщається з сайту А в Р-сайт. "Крок" рибосоми завжди строго визначений і дорівнює трьом нук-леотидам (кодону). Рух рибосоми вздовж мРНК називається транслокацією. Як реплікація та транскрипція, транслокація завжди здійснюється у 5" - 3" напрямку мРНК.
3. Термінація. Синтез поліпептидного ланцюга триває доти, доки рибосома не досягне одного із трьох стоп-кодонів. У цей момент білковий ланцюг відокремлюється, а рибосома дисоціює на субодиниці. Практично всі білки після закінчення свого синтезу піддаються дозріванню чи процесингу - реакціям посттрансляційних модифікацій. Після цього вони (в основному "трубопроводу" ендоплазматичної мережі) транспортуються до місця свого призначення.
Посттрансляція. Відбувається утворення вторинної та третинної структури білка, тобто формування остаточної структури білка.
18. Для кожного організму характерний свій власний набір білків, що виконують необхідні функції та забезпечують формування всіх ознак організму. Синтез білка або реалізація генетичної інформації відбувається у кожній живій клітині відповідно до її генетичної програми, записаної за допомогою генетичного коду в молекулах нуклеїнових кислот. Синтез білка є складним, багатоступеневим процесом утворення білкової молекули (полімеру) з амінокислот (мономерів), який неможливий без участі нуклеїнових кислот, великої кількості ферментів, енергії (АТФ), рибосом, амінокислот та іонів Mg2+. Ген має уривчасту структуру. Кодуючі ділянки – екзони та некодуючі – інтрони. Ген у еукаріоічних організмів має екзонно-інтронну структуру. Довжина інтрону більша за довжину екзону. У процесі процесингу інтрони «вирізаються» – сплайсинг. Після утворення зрілої і-РНК після взаємодії з особливим білком перетворюється на систему – інформосому, яка несе інформацію в цитоплазму. Зараз екзоно-інтронні системи добре вивчені (наприклад, онкоген – Р-53). Іноді інтрони одного гена є екзонами іншого, тоді сплайсинг неможливий.
Процесинг. Молекулярні механізми, пов'язані з дозріванням різних типів РНК, називаються процесингом. Вони здійснюються в ядрі перед виходом РНК із ядра в цитоплазму.
У процесі "дозрівання" іРНК спеціальні ферменти вирізують інтрони та зшивають активні ділянки, що залишилися (екзони). Цей процес називається сплайсинг. Тому послідовність нуклеотидів у дозрілої ІРНК не є цілком комплементарною нуклеотидам ДНК. В ІРНК поруч можуть стояти такі нуклеотиди, комплементарні яким нуклеотиди в ДНК знаходяться один від одного на значній відстані.
Сплайсинг – дуже точний процес. Його порушення змінює рамку зчитування під час трансляції, що призводить до синтезу іншого пептиду. Точність вирізування інтронів забезпечується розпізнаванням ферментів певних сигнальних послідовностей нуклеотидів у молекулі про-іРНК.
19 . Кожного моменту у клітині працює 20% генів, а чи не все. У перші механізм включення та виключення генів вивчили на бактерії кишковій паличці Жакоб та Моно. У 1966 р. вони сформулювали гіпотезу автоматичної регуляції синтезу білків за принципом зворотного зв'язку. В експерименті вони довів, що в прокаріотичній клітині відбувається автоматичне регулювання роботи генів та синтезу білків. Схема Жакоба – Моно. Відповідно до їх гіпотези зчитування інформації зі структурних генів відбувається блоками, тобто одиницею транскрипції явл блок оперон. До його складу входять кілька структурних генів, що беруть участь у першому каскаді реакцій. У тому розділі стоїть ділянку ДНК оператор, який відокремлює від структурних генів промотор, до кіт прикріплюється у процесі транскрипції полимеразы. У клітині ще є регуляторні гени, що знаходяться поза опероном, які контролює синтез білка-репресора. У нього роль включення та виключення генів, зв'язуючись з оператором оперону. Вільний білок-репресор блокує оператор, перешкоджаю проходження полімерази до структурних генів. Репресію з оператора знімає індуктор, яким служить метаболіт, що надійшов у клітину (не будь-який, а той, для розщеплення якого потрібні ферменти, закодовані даним опероном). Метаболіт притягує він білок-репресор, створюючи із не активний комплекс. В результаті знімається блокада з оператора та відкривається шлях для полімерази.
Георгієв 1972р. - Регулювання транскрипції у еукаріотів. Одиниця
транскрипції - транскриптон, що складається з неінформативної (акцепторної)
та інформативної (структурної) зон.
Неінформативна зона: промотор, ініціатор, гени-оператори.
Інформативна зона: структурний ген, що має мозаїчну екзон-
інтронну структуру Екзони – послідовності ДНК, що містять інформацію про структуру поліпептиду, та інтрони – вставки з неінформативних ділянок ДНК. Закінчується транскриптон термінатором.
Регуляція транскрипції у еукаріотів принципово така ж, як і у
прокаріотів, але є комбінаційною і відрізняється більшою складністю.
20. Генна, або генетична інженерія (genetic engineering, genetic modification technology) – це сукупність біотехнологічних методів, що дозволяють створювати синтетичні системи на молекулярно-біологічному рівні
Генна інженерія дає можливість конструювати функціонально активні структури у формі рекомбінантних нуклеїнових кислот: рекДНК (recDNA) або рекРНК (recRNA) – поза біологічними системами (in vitro), а потім вводити їх у клітини.
Можливість прямої (горизонтальної) передачі генетичної інформації від одного біологічного виду іншому була доведена у дослідах Ф. Гріффіта з пневмококами (1928).
Однак генна інженерія як технологія рекДНК виникла в 1972 р., коли в лабораторії П. Берга (Станфордський ун-т, США) була отримана перша рекомбінантна (гібридна) ДНК (рекДНК), в якій були з'єднані фрагменти ДНК фага лямбда та кишкової палички з кільцевої ДНК мавпячого вірусу SV40
З початку 1980-х років. Досягнення генної інженерії починають використовуватися на практиці.
З 1996 р. генетично модифіковані рослини (genetic modified plants) починають використовуватися сільському господарстві.
Завдання генної інженерії
Основні напрямки генетичної модифікації організмів:
– надання стійкості до отрутохімікатів (наприклад, до певних гербіцидів);
– надання стійкості до шкідників та хвороб (наприклад, Bt-модифікація);
– підвищення продуктивності (наприклад, швидке зростання трансгенного лосося);
– надання особливих якостей (наприклад, зміна хімічного складу).
Біотехнологія - дисципліна, що вивчає можливості використання живих організмів, їх систем або продуктів їхньої життєдіяльності для вирішення технологічних завдань, а також можливості створення живих організмів з необхідними властивостями методом генної інженерії.
Біотехнологією часто називають застосування генної інженерії у XX-XXI століттях, але термін відноситься і до ширшого комплексу процесів модифікації біологічних організмів для забезпечення потреб людини, починаючи з модифікації рослин та одомашнених тварин шляхом штучного відбору та гібридизації. За допомогою сучасних методів традиційні біотехнологічні виробництва отримали можливість покращити якість харчових продуктів та збільшити продуктивність живих організмів.
21. Час існування клітини від її утворення до наступного поділу чи смерті називають життєвим циклом клітини (ЖЦК). У ЖЦК еукаріотичних клітин багатоклітинного організму можна виділити кілька періодів (фаз), кожен з яких характеризується певними морфологічними та функціональними особливостями:
- фаза розмноження та зростання
- фаза диференціювання
- фаза нормальної активності
- фаза старіння та смерті клітини.
У життєвому циклі клітини можна також виділити мітотичний цикл, що включає підготовку клітини до поділу і поділ.
Клітинний цикл-сукупність процесів включають період підготовки клітини до поділу і сам поділ. Складається з двох стадій – стадія спокою (інтерфазу) та стадія поділу (мітоз)
Інтерфаза передує мітозу і в ній здійснюється синтез ДНК. Підготовка клітини до поділу складається з 3 периудів 1)Пресинтетичний 2)Синтетичний 3)Постсинтетичний
Можливо, буде корисно почитати:
- Бухгалтер з розрахунку заробітної плати (розширений курс) Курси з розрахунку заробітної плати в 1с;
- НТГ – порушення толерантності до глюкози: причини прояву, симптоми та методи корекції;
- Римська імперія. Стародавній Рим. Римська імперія: прапор, герб, імператори, події Що виникло на місці римської імперії;
- До чого сниться, що хлопець кидає мене;
- Сир філадельфія Домашні рецепти сиру «Філадельфія»;
- Ворожіння на кавовій гущі значення півень;
- Кулемети Росії Калашніков - провідний післявоєнний розробник ссср;
- Гени мітохондріальної днк;