Uz kādu ģenētiskā koda pazīmi balstās apgalvojums? Ģenētiskā koda unikalitāte izpaužas faktā, ka

Ģenētiskais kods parasti tiek saprasts kā zīmju sistēma, kas norāda uz secīgu nukleotīdu savienojumu izvietojumu DNS un RNS, kas atbilst citai. zīmju sistēma, kas parāda aminoskābju savienojumu secību proteīna molekulā.

Tas ir svarīgi!

Kad zinātniekiem izdevās izpētīt īpašības ģenētiskais kods, daudzpusība tika atzīta par vienu no galvenajām. Jā, lai cik dīvaini tas neizklausītos, visu vieno viens, universāls, kopīgs ģenētiskais kods. Tas veidojās ilgā laika periodā, un process beidzās pirms aptuveni 3,5 miljardiem gadu. Līdz ar to koda struktūrā no tā pirmsākumiem līdz mūsdienām var izsekot tā evolūcijas pēdas.

Runājot par elementu izkārtojuma secību ģenētiskajā kodā, tiek domāts, ka tā ir tālu no haotiskas, bet stingri noteikta kārtība. Un tas arī lielā mērā nosaka ģenētiskā koda īpašības. Tas ir līdzvērtīgs burtu un zilbju izkārtojumam vārdos. Tiklīdz mēs pārkāpsim ierasto kārtību, lielākā daļa no tā, ko mēs lasām grāmatu vai avīžu lapās, pārvērtīsies par smieklīgu ķemmēšanu.

Ģenētiskā koda pamatīpašības

Parasti kods satur kādu īpašā veidā šifrētu informāciju. Lai atšifrētu kodu, jums tas jāzina atšķirīgās iezīmes.

Tātad ģenētiskā koda galvenās īpašības ir:

trīskāršība;
deģenerācija vai atlaišana;
nepārprotamība;
nepārtrauktība;
jau iepriekš minētā daudzpusība.

Apskatīsim katru īpašumu tuvāk.

1. Trīskāršība

Tas ir tad, kad trīs nukleotīdu savienojumi veido secīgu ķēdi molekulā (t.i., DNS vai RNS). Rezultātā tiek izveidots tripleta savienojums jeb kodē kādu no aminoskābēm, tās atrašanās vietu peptīdu ķēdē.

Kodoni (tie arī ir koda vārdi!) izceļas pēc to savienojumu secības un to slāpekļa savienojumu (nukleotīdu) veida, kas tajos ietilpst.

Ģenētikā ir ierasts atšķirt 64 kodonu tipus. Tie var veidot kombinācijas četri veidi 3 nukleotīdi katrā. Tas ir līdzvērtīgs skaitļa 4 paaugstināšanai līdz trešajai pakāpei. Tādējādi ir iespējama 64 nukleotīdu kombināciju veidošanās.

2. Ģenētiskā koda redundance

Šī īpašība tiek novērota, ja vienas aminoskābes šifrēšanai ir nepieciešami vairāki kodoni, parasti diapazonā no 2 līdz 6. Un tikai triptofānu var kodēt, izmantojot vienu tripletu.

3. Nepārprotamība

Tas ir iekļauts ģenētiskā koda īpašībās kā veselīgas ģenētiskās mantojuma indikators. Piemēram, GAA triplets, kas ķēdē atrodas sestajā vietā, var pastāstīt ārstiem par labu asins stāvokli, par normālu hemoglobīnu. Tas ir tas, kurš nes informāciju par hemoglobīnu, un tas ir arī kodēts Un, ja cilvēkam ir anēmija, viens no nukleotīdiem tiek aizstāts ar citu koda burtu - U, kas ir slimības signāls.

4. Nepārtrauktība

Reģistrējot šo ģenētiskā koda īpašību, jāatceras, ka kodoni, tāpat kā ķēdes saites, atrodas nevis attālumā, bet tiešā tuvumā, viens pēc otra nukleīnskābju ķēdē, un šī ķēde netiek pārtraukta - tam nav ne sākuma, ne beigu.

5. Daudzpusība

Mēs nekad nedrīkstam aizmirst, ka visu uz Zemes vieno kopīgs ģenētiskais kods. Un tāpēc primātos un cilvēkos, kukaiņos un putnos, simtgadīgā baobaba kokā un zāles stiebrā, kas tik tikko iznirst no zemes, līdzīgi trīnīši kodē līdzīgas aminoskābes.

Tieši gēnos ir ietverta pamatinformācija par konkrētā organisma īpašībām, sava veida programma, ko organisms manto no agrāk dzīvojošajiem un kas pastāv kā ģenētisks kods.

Jebkurā šūnā un organismā visas anatomiskās, morfoloģiskās un funkcionālās īpašības nosaka tos saturošo olbaltumvielu struktūra. Mantojuma īpašumsĶermenis spēj sintezēt noteiktus proteīnus. Aminoskābes atrodas polipeptīdu ķēdē, no kuras ir atkarīgas bioloģiskās īpašības.
Katrai šūnai ir sava nukleotīdu secība DNS polinukleotīdu ķēdē. Tas ir DNS ģenētiskais kods. Caur to tiek ierakstīta informācija par noteiktu proteīnu sintēzi. Par to, kas ir ģenētiskais kods, par tā īpašībām un ģenētiskā informācija ir apspriests šajā rakstā.

Nedaudz vēstures

Ideju, ka varētu būt ģenētiskais kods, divdesmitā gadsimta vidū formulēja J. Gamovs un A. Dauns. Viņi aprakstīja, ka nukleotīdu secība, kas ir atbildīga par konkrētas aminoskābes sintēzi, satur vismaz trīs vienības. Vēlāk viņi pierādīja precīzu trīs nukleotīdu skaitu (tā ir ģenētiskā koda vienība), ko sauca par tripletu vai kodonu. Kopumā ir sešdesmit četri nukleotīdi, jo skābes molekula, kurā notiek RNS, sastāv no četriem dažādiem nukleotīdu atlikumiem.

Kas ir ģenētiskais kods

Aminoskābju proteīnu secības kodēšanas metode nukleotīdu secības dēļ ir raksturīga visām dzīvām šūnām un organismiem. Tas ir ģenētiskais kods.
DNS ir četri nukleotīdi:

adenīns - A;
guanīns - G;
citozīns - C;
timīns - T.

Tos apzīmē ar lielajiem latīņu vai (krievu valodas literatūrā) krievu burtiem.
RNS satur arī četrus nukleotīdus, bet viens no tiem atšķiras no DNS:

adenīns - A;
guanīns - G;
citozīns - C;
uracils - U.

Visi nukleotīdi ir sakārtoti ķēdēs, un DNS ir dubultā spirāle un RNS ir viena spirāle.
Olbaltumvielas ir veidotas uz divdesmit aminoskābēm, kur tās, atrodoties noteiktā secībā, nosaka to bioloģiskās īpašības.

Ģenētiskā koda īpašības

Trīskāršība. Ģenētiskā koda vienība sastāv no trim burtiem, tā ir tripleta. Tas nozīmē, ka divdesmit esošās aminoskābes kodē trīs specifiski nukleotīdi, ko sauc par kodoniem vai trilpetiem. Ir sešdesmit četras kombinācijas, kuras var izveidot no četriem nukleotīdiem. Šis daudzums ir vairāk nekā pietiekams, lai iekodētu divdesmit aminoskābes.
Deģenerācija. Katra aminoskābe atbilst vairāk nekā vienam kodonam, izņemot metionīnu un triptofānu.
Nepārprotamība. Viens kodons kodē vienu aminoskābi. Piemēram, gēnā vesels cilvēks ar informāciju par hemoglobīna beta mērķi, GAG un GAA triplets kodē A ikvienam ar sirpjveida šūnu anēmiju, tiek mainīts viens nukleotīds.
Kolinearitāte. Aminoskābju secība vienmēr atbilst nukleotīdu secībai, ko satur gēns.
Ģenētiskais kods ir nepārtraukts un kompakts, kas nozīmē, ka tam nav pieturzīmju. Tas ir, sākot no noteikta kodona, notiek nepārtraukta lasīšana. Piemēram, AUGGGUGTSUUAAUGUG tiks lasīts šādi: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Bet ne AUG, UGG un tā tālāk vai kaut kas cits.
Daudzpusība. Tas ir vienāds ar absolūti visiem sauszemes organismiem, no cilvēkiem līdz zivīm, sēnītēm un baktērijām.

Tabula

Ne visas pieejamās aminoskābes ir iekļautas tabulā. Hidroksiprolīna, hidroksilizīna, fosfoserīna, tirozīna, cistīna un dažu citu joda atvasinājumu nav, jo tie ir citu aminoskābju atvasinājumi, ko kodē m-RNS un kas veidojas pēc proteīnu modifikācijas translācijas rezultātā.
No ģenētiskā koda īpašībām ir zināms, ka viens kodons spēj kodēt vienu aminoskābi. Izņēmums ir izpildītājs papildu funkcijas un kodē valīnu un metionīnu, ģenētisko kodu. MRNS, kas atrodas kodona sākumā, pievieno t-RNS, kas nes formilmetionu. Pēc sintēzes pabeigšanas tas tiek atdalīts un paņem līdzi formila atlikumu, pārvēršoties par metionīna atlikumu. Tādējādi iepriekš minētie kodoni ir polipeptīdu ķēdes sintēzes iniciatori. Ja viņi nav sākumā, tad viņi ne ar ko neatšķiras no pārējiem.

Ģenētiskā informācija

Šis jēdziens nozīmē īpašību programmu, kas ir nodota no senčiem. Tas ir iestrādāts iedzimtībā kā ģenētiskais kods.
Ģenētiskais kods tiek realizēts proteīnu sintēzes laikā:

Messenger RNS;
ribosomu rRNS.

Informācija tiek pārraidīta, izmantojot tiešo saziņu (DNS-RNS-proteīns) un reverso komunikāciju (vidēja proteīna-DNS).
Organismi to var visefektīvāk uztvert, uzglabāt, pārraidīt un izmantot.
Informācija, kas tiek nodota mantojumā, nosaka konkrēta organisma attīstību. Bet mijiedarbības ar vidi dēļ pēdējā reakcija tiek izkropļota, kā rezultātā notiek evolūcija un attīstība. Tādā veidā tas tiek ievadīts organismā jaunu informāciju.

Skaitļošanas modeļi molekulārā bioloģija un ģenētiskā koda atklāšana ilustrēja nepieciešamību apvienot ģenētiku ar Darvina teoriju, uz kuras pamata radās sintētiskā evolūcijas teorija - neklasiskā bioloģija.
Darvina iedzimtību, variāciju un dabisko atlasi papildina ģenētiski noteikta atlase. Evolūcija tiek realizēta ģenētiskā līmenī, izmantojot nejaušas mutācijas un visvērtīgāko īpašību pārmantošanu, kas ir visvairāk pielāgotas vidi.

Cilvēka koda atšifrēšana

Deviņdesmitajos gados tika uzsākts Cilvēka genoma projekts, kura rezultātā divās tūkstošdaļās tika atklāti genoma fragmenti, kas satur 99,99% cilvēka gēnu. Fragmenti, kas nav iesaistīti olbaltumvielu sintēzē un nav kodēti, paliek nezināmi. Viņu loma pagaidām nav zināma.

Pēdējo reizi atklāta 2006. gadā, 1. hromosoma ir garākā genomā. Vairāk nekā trīssimt piecdesmit slimības, tostarp vēzis, parādās traucējumu un mutāciju rezultātā.

Šādu pētījumu lomu nevar pārvērtēt. Kad viņi atklāja, kas ir ģenētiskais kods, kļuva zināms, pēc kādiem modeļiem notiek attīstība, kā veidojas indivīdu morfoloģiskā struktūra, psihe, nosliece uz noteiktām slimībām, vielmaiņa un defekti.

ĢENĒTISKAIS KODS, ierakstīšanas sistēma iedzimta informācija nukleotīdu bāzu secības veidā DNS molekulās (dažos vīrusos - RNS), kas nosaka primāro struktūru (aminoskābju atlikumu atrašanās vietu) olbaltumvielu molekulās (polipeptīdos). Ģenētiskā koda problēma tika formulēta pēc pierādījuma ģenētiskā loma DNS (amerikāņu mikrobiologi O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) un tās struktūras atšifrēšanu (J. Watson, F. Crick, 1953), pēc tam, kad tika konstatēts, ka gēni nosaka enzīmu struktūru un funkcijas (“princips” viens gēns – viens enzīms” J. Beadle un E. Tatema, 1941) un ka pastāv proteīna telpiskās struktūras un aktivitātes atkarība no tās primārās struktūras (F. Sanger, 1955). Jautājums ir par to, kā 4 bāzu kombinācijas nukleīnskābes noteikt 20 parasto aminoskābju atlikumu maiņu polipeptīdos, ko pirmo reizi norādīja G. Gamovs 1954. gadā.

Pamatojoties uz eksperimentu, kurā viņi pētīja nukleotīdu pāra ievietošanas un dzēšanas mijiedarbību, vienā no T4 bakteriofāga gēniem F. Kriks un citi zinātnieki 1961. gadā noteica. vispārīgas īpašībasģenētiskais kods: triplets, t.i., katrs aminoskābes atlikums polipeptīdu ķēdē atbilst trīs bāzu kopumam (tripletam vai kodonam) gēna DNS; kodonu nolasīšana gēnā notiek no fiksēta punkta, vienā virzienā un “bez komatiem”, tas ir, kodoni nav atdalīti ar zīmēm viens no otra; deģenerācija jeb redundance – vienu un to pašu aminoskābes atlikumu var kodēt vairāki kodoni (sinonīmi kodoni). Autori pieņēma, ka kodoni nepārklājas (katra bāze pieder tikai vienam kodonam). Tika turpināta tieša tripletu kodēšanas spējas izpēte, izmantojot bezšūnu proteīnu sintēzes sistēmu sintētisko kontrolē. kurjers RNS(mRNS). Līdz 1965. gadam ģenētiskais kods tika pilnībā atšifrēts S. Ochoa, M. Nirenberg un H. G. Korana darbos. Ģenētiskā koda noslēpuma atšķetināšana bija viens no izcili sasniegumi bioloģija 20. gadsimtā.

Ģenētiskā koda ieviešana šūnā notiek divu matricas procesu - transkripcijas un translācijas laikā. Starpnieks starp gēnu un proteīnu ir mRNS, kas veidojas transkripcijas laikā uz vienas no DNS virknēm. Šajā gadījumā DNS bāzu secība, informācijas pārnešana proteīna primārā struktūra ir “pārrakstīta” kā mRNS bāzu secība. Pēc tam ribosomu translācijas laikā mRNS nukleotīdu secība tiek nolasīta ar pārneses RNS (tRNS) palīdzību. Pēdējiem ir akceptora gals, kuram pievienots aminoskābes atlikums, un adaptera gals jeb antikodona triplets, kas atpazīst atbilstošo mRNS kodonu. Kodona un antikodona mijiedarbība notiek, pamatojoties uz komplementāru bāzu pāri: adenīns (A) - uracils (U), guanīns (G) - citozīns (C); šajā gadījumā mRNS bāzes secība tiek pārvērsta sintezētā proteīna aminoskābju secībā. Dažādi organismi Viņi vienai un tai pašai aminoskābei izmanto dažādus sinonīmus kodonus ar dažādām frekvencēm. Polipeptīdu ķēdi kodējošās mRNS nolasīšana sākas (sākas) ar AUG kodonu, kas atbilst aminoskābes metionīnam. Retāk prokariotos iniciācijas kodoni ir GUG (valīns), UUG (leicīns), AUU (izoleicīns), bet eikariotos - UUG (leicīns), AUA (izoleicīns), ACG (treonīns), CUG (leicīns). Tas nosaka tā saukto nolasīšanas kadru vai fāzi translācijas laikā, tas ir, tad visa mRNS nukleotīdu secība tiek nolasīta pa tRNS tripletu pa tripletam, līdz tiek sastapts kāds no trim terminatora kodoniem, ko bieži sauc par stopkodoniem. mRNS: UAA, UAG, UGA (tabula). Šo tripletu nolasīšana noved pie polipeptīdu ķēdes sintēzes pabeigšanas.

AUG un stopkodoni parādās attiecīgi polipeptīdus kodējošo mRNS reģionu sākumā un beigās.

Ģenētiskais kods ir gandrīz universāls. Tas nozīmē, ka starp objektiem ir nelielas dažu kodonu nozīmes atšķirības, un tas galvenokārt attiecas uz terminatorkodoniem, kas var būt nozīmīgi; piemēram, dažu eikariotu un mikoplazmu mitohondrijās UGA kodē triptofānu. Turklāt dažās baktēriju un eikariotu mRNS UGA kodē neparastu aminoskābi – selenocisteīnu, bet UAG vienā no arhebaktērijām – pirolizīnu.

Pastāv viedoklis, saskaņā ar kuru ģenētiskais kods radās nejauši (“iesaldētās nejaušības” hipotēze). Visticamāk, ka tas ir attīstījies. Šo pieņēmumu apstiprina vienkāršākas un, šķiet, senākas koda versijas esamība, ko mitohondrijās nolasa pēc likuma “divi no trim”, kad aminoskābi nosaka tikai divas no trim bāzēm. trijniekā.

Lit.: Crick F. N. a. O. Olbaltumvielu ģenētiskā koda vispārīgais raksturs // Daba. 1961. sēj. 192; Ģenētiskais kods. N.Y., 1966; Ichas M. Bioloģiskais kods. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. Kā tiek lasīts ģenētiskais kods: noteikumi un izņēmumi // Mūsdienu dabas zinātne. M., 2000. T. 8; Ratners V. A. Ģenētiskais kods kā sistēma // Sorosa izglītības žurnāls. 2000. T. 6. Nr.3.

S. G. Inge-Večtomovs.

Ģenētiskais kods, kas izteikts kodonos, ir sistēma informācijas kodēšanai par olbaltumvielu struktūru, kas raksturīga visiem dzīvajiem organismiem uz planētas. Pagāja desmit gadi, lai to atšifrētu, bet zinātne saprata, ka tā pastāv gandrīz gadsimtu. Svarīgi ir universālums, specifika, vienvirziena un jo īpaši ģenētiskā koda deģenerācija bioloģiskā nozīme.

Atklājumu vēsture

Kodēšanas problēma vienmēr ir bijusi galvenā bioloģijā. Zinātne diezgan lēni virzījusies uz ģenētiskā koda matricas struktūru. Kopš 1953. gadā, kad J. Vatsons un F. Kriks atklāja DNS dubulto spirālveida struktūru, sākās pašas koda struktūras atšķetināšanas posms, kas mudināja ticēt dabas varenībai. Olbaltumvielu lineārā struktūra un tā pati DNS struktūra nozīmēja ģenētiskā koda klātbūtni kā atbilstību starp diviem tekstiem, bet rakstīts, izmantojot dažādi alfabēti. Un, ja proteīnu alfabēts bija zināms, tad DNS pazīmes kļuva par biologu, fiziķu un matemātiķu pētījumu priekšmetu.

Nav jēgas aprakstīt visus šīs mīklas risināšanas soļus. Tiešo eksperimentu, kas pierādīja un apstiprināja, ka pastāv skaidra un konsekventa atbilstība starp DNS kodoniem un olbaltumvielu aminoskābēm, 1964. gadā veica C. Janowski un S. Brenner. Un tad - ģenētiskā koda atšifrēšanas periods in vitro (mēģenē), izmantojot proteīnu sintēzes paņēmienus bezšūnu struktūrās.

Pilnībā atšifrētais E. Coli kods tika publiskots 1966. gadā biologu simpozijā Cold Spring Harborā (ASV). Tad tika atklāta ģenētiskā koda redundance (deģenerācija). Tas, ko tas nozīmē, ir izskaidrots pavisam vienkārši.

Dekodēšana turpinās

Datu iegūšana par iedzimtā koda atšifrēšanu bija viens no nozīmīgākajiem pagājušā gadsimta notikumiem. Mūsdienās zinātne turpina padziļināti pētīt molekulāro kodējumu mehānismus un to sistēmiskās iezīmes un zīmju pārpalikumu, kas izsaka ģenētiskā koda deģenerācijas īpašību. Atsevišķa studiju nozare ir iedzimtības materiāla kodēšanas sistēmas rašanās un attīstība. Pierādījumi par saikni starp polinukleotīdiem (DNS) un polipeptīdiem (olbaltumvielām) deva impulsu molekulārās bioloģijas attīstībai. Un tas, savukārt, uz biotehnoloģiju, bioinženieru, atklājumiem selekcijā un augkopībā.

Dogmas un noteikumi

Molekulārās bioloģijas galvenā dogma ir tāda, ka informācija tiek pārnesta no DNS uz kurjeru RNS un pēc tam no tās uz olbaltumvielām. Pretējā virzienā ir iespējama pārnešana no RNS uz DNS un no RNS uz citu RNS.

Bet matrica jeb pamats vienmēr paliek DNS. Un visas pārējās informācijas pārraides pamatiezīmes ir šīs pārraides matricas rakstura atspoguļojums. Proti, transmisija caur citu molekulu sintēzi uz matricas, kas kļūs par struktūru iedzimtas informācijas reproducēšanai.

Ģenētiskais kods

Olbaltumvielu molekulu struktūras lineārā kodēšana tiek veikta, izmantojot komplementārus nukleotīdu kodonus (tripletus), no kuriem ir tikai 4 (adeīns, guanīns, citozīns, timīns (uracils)), kas spontāni noved pie citas nukleotīdu ķēdes veidošanās. . Šādas sintēzes galvenais nosacījums ir vienāds nukleotīdu skaits un ķīmiskā komplementaritāte. Bet, kad veidojas proteīna molekula, nav kvalitātes atbilstības starp monomēru daudzumu un kvalitāti (DNS nukleotīdi ir olbaltumvielu aminoskābes). Tas ir dabiskais iedzimtais kods - sistēma aminoskābju secības ierakstīšanai proteīnā nukleotīdu (kodonu) secībā.

Ģenētiskajam kodam ir vairākas īpašības:

Trīskāršība.
Nepārprotamība.
Virziena.
Nepārklājas.
Ģenētiskā koda redundance (deģenerācija).
Daudzpusība.

Dosim īss apraksts, koncentrējoties uz bioloģisko nozīmi.

Trīskāršība, nepārtrauktība un apstāšanās signālu klātbūtne

Katra no 61 aminoskābēm atbilst vienam nukleotīdu sensora tripletam (tripletam). Trīs tripleti nenes informāciju par aminoskābēm un ir stopkodoni. Katrs ķēdes nukleotīds ir daļa no tripleta un neeksistē atsevišķi. Par vienu proteīnu atbildīgās nukleotīdu ķēdes beigās un sākumā ir stopkodoni. Viņi sāk vai pārtrauc translāciju (olbaltumvielu molekulas sintēzi).

Specifiskums, nepārklāšanās un vienvirziena

Katrs kodons (triplets) kodē tikai vienu aminoskābi. Katrs triplets ir neatkarīgs no kaimiņa un nepārklājas. Vienu nukleotīdu var iekļaut tikai vienā ķēdes tripletā. Olbaltumvielu sintēze vienmēr notiek tikai vienā virzienā, ko regulē stopkodoni.

Ģenētiskā koda dublēšana

Katrs nukleotīdu triplets kodē vienu aminoskābi. Kopā ir 64 nukleotīdi, no kuriem 61 kodē aminoskābes (sajūtu kodonus), un trīs ir nonsenss, tas ir, tie nekodē aminoskābi (stop kodoni). Ģenētiskā koda atlaišana (deģenerācija) slēpjas faktā, ka katrā tripletā var veikt aizvietojumus - radikālas (novest pie aminoskābes aizstāšanas) un konservatīvas (nemainīt aminoskābes klasi). Ir viegli aprēķināt, ka, ja tripletā var veikt 9 aizvietojumus (1., 2. un 3. pozīcija), katru nukleotīdu var aizstāt ar 4 - 1 = 3 citām iespējām, tad kopējais daudzums iespējamie varianti nukleotīdu aizstāšana būs 61 x 9 = 549.

Ģenētiskā koda deģenerācija izpaužas faktā, ka 549 varianti ir daudz vairāk, nekā nepieciešams, lai kodētu informāciju par 21 aminoskābi. Turklāt no 549 variantiem 23 aizstāšanas novedīs pie stopkodonu veidošanās, 134 + 230 aizstāšanas ir konservatīvas un 162 aizvietošanas ir radikālas.

Deģenerācijas un atstumtības noteikums

Ja diviem kodoniem ir divi identiski pirmie nukleotīdi, bet pārējos attēlo vienas klases nukleotīdi (purīns vai pirimidīns), tad tie satur informāciju par vienu un to pašu aminoskābi. Tas ir ģenētiskā koda deģenerācijas vai atlaišanas noteikums. Divi izņēmumi ir AUA un UGA - pirmais kodē metionīnu, lai gan tam vajadzētu būt izoleicīnam, bet otrais ir stopkodons, lai gan tam vajadzētu kodēt triptofānu.

Deģenerācijas un universāluma nozīme

Tieši šīm divām ģenētiskā koda īpašībām ir vislielākā bioloģiskā nozīme. Visas iepriekš uzskaitītās īpašības ir raksturīgas visu mūsu planētas dzīvo organismu formu iedzimtības informācijai.

Ģenētiskā koda deģenerācijai ir adaptīva nozīme, piemēram, vienas aminoskābes koda vairākkārtējai dublēšanai. Turklāt tas nozīmē trešā nukleotīda nozīmes samazināšanos (deģenerāciju) kodonā. Šī opcija samazina DNS mutācijas bojājumus, kas novedīs pie rupji pārkāpumi olbaltumvielu struktūrā. Šis aizsardzības mehānisms dzīvie organismi uz planētas.

Izglītības un zinātnes ministrija Krievijas Federācija Federālā aģentūra pēc izglītības

valsts izglītības iestāde augstāks profesionālā izglītība"Altaja štats tehniskā universitāte viņiem. I.I. Polzunovs"

Dabaszinātņu un sistēmu analīzes katedra

Abstrakts par tēmu "Ģenētiskais kods"

1. Ģenētiskā koda jēdziens

3. Ģenētiskā informācija

Atsauces

1. Ģenētiskā koda jēdziens

Ģenētiskais kods – raksturīgs dzīviem organismiem vienota sistēma iedzimtas informācijas ierakstīšana nukleīnskābju molekulās nukleotīdu secības veidā. Katrs nukleotīds tiek apzīmēts ar lielo burtu, ar kuru sākas tā sastāvā esošās slāpekļa bāzes nosaukums: - A (A) adenīns; - G (G) guanīns; - C (C) citozīns; - T (T) timīns (DNS) vai U (U) uracils (mRNS).

Ģenētiskā koda ieviešana šūnā notiek divos posmos: transkripcijā un translācijā.

Pirmais no tiem notiek kodolā; tas sastāv no mRNS molekulu sintēzes attiecīgajās DNS sekcijās. Šajā gadījumā DNS nukleotīdu secība tiek “pārrakstīta” RNS nukleotīdu secībā. Otrais posms notiek citoplazmā, uz ribosomām; šajā gadījumā mRNS nukleotīdu secība tiek pārvērsta proteīna aminoskābju secībā: šis posms notiek, piedaloties pārneses RNS (tRNS) un attiecīgajiem fermentiem.

2. Ģenētiskā koda īpašības

1. Trīskāršība

Katru aminoskābi kodē 3 nukleotīdu secība.

Triplets jeb kodons ir trīs nukleotīdu secība, kas kodē vienu aminoskābi.

Kods nevar būt monoplets, jo 4 (dažādu nukleotīdu skaits DNS) ir mazāks par 20. Kods nevar būt dubults, jo 16 (4 nukleotīdu kombināciju un permutāciju skaits pa 2) ir mazāks par 20. Kods var būt triplets, jo 64 (kombināciju un permutāciju skaits no 4 līdz 3) ir vairāk nekā 20.

2. Deģenerācija.

Visas aminoskābes, izņemot metionīnu un triptofānu, kodē vairāk nekā viens triplets: 2 aminoskābes no 1 tripleta = 2 9 aminoskābes no 2 tripletiem = 18 1 aminoskābe 3 tripleti = 3 5 aminoskābes no 4 tripletiem = 20 3 aminoskābes no 6 tripletiem = 18 Kopā 61 tripleti kodē 20 aminoskābes.

3. Starpgēnu pieturzīmju klātbūtne.

Gēns ir DNS daļa, kas kodē vienu polipeptīdu ķēdi vai vienu tRNS, rRNS vai sRNS molekulu.

tRNS, rRNS un sRNS gēni nekodē proteīnus.

Katra gēna, kas kodē polipeptīdu, beigās ir vismaz viens no 3 stopkodoniem jeb stopsignāliem: UAA, UAG, UGA. Viņi pārtrauc pārraidi.

Parasti AUG kodons, pirmais pēc līdera secības, arī pieder pie pieturzīmēm. Tas darbojas kā lielais burts. Šajā pozīcijā tas kodē formilmetionīnu (prokariotos).

4. Nepārprotamība.

Katrs triplets kodē tikai vienu aminoskābi vai ir translācijas terminators.

Izņēmums ir AUG kodons. Prokariotos pirmajā pozīcijā (lielais burts) tas kodē formilmetionīnu, bet jebkurā citā pozīcijā tas kodē metionīnu.

5. Kompaktums vai iekšējo pieturzīmju trūkums.

Gēnā katrs nukleotīds ir daļa no nozīmīga kodona.

1961. gadā Seymour Benzer un Francis Crick eksperimentāli pierādīja koda trīskāršo raksturu un tā kompaktumu.

Eksperimenta būtība: “+” mutācija - viena nukleotīda ievietošana. "-" mutācija - viena nukleotīda zudums. Viena "+" vai "-" mutācija gēna sākumā sabojā visu gēnu. Dubultā "+" vai "-" mutācija arī sabojā visu gēnu. Trīskārša “+” vai “-” mutācija gēna sākumā sabojā tikai daļu no tā. Četrkārša “+” vai “-” mutācija atkal sabojā visu gēnu.

Eksperiments pierāda, ka kods ir trīskāršs un gēna iekšpusē nav pieturzīmju. Eksperiments tika veikts ar diviem blakus esošiem fāgu gēniem un turklāt parādīja, ka starp gēniem ir pieturzīmes.

3. Ģenētiskā informācija

Ģenētiskā informācija ir organisma īpašību programma, kas saņemta no senčiem un iestrādāta iedzimtajās struktūrās ģenētiskā koda veidā.

Tiek pieņemts, ka ģenētiskās informācijas veidošanās notika pēc šādas shēmas: ģeoķīmiskie procesi - minerālu veidošanās - evolūcijas katalīze (autokatalīze).

Iespējams, ka pirmie primitīvie gēni bija mikrokristāliski māla kristāli, un katrs jauns māla slānis tiek būvēts atbilstoši iepriekšējā strukturālajām iezīmēm, it kā no tā saņemot informāciju par struktūru.

Ģenētiskās informācijas ieviešana notiek proteīnu molekulu sintēzes procesā, izmantojot trīs RNS: messenger RNS (mRNS), transporta RNS (tRNS) un ribosomu RNS (rRNS). Informācijas nodošanas process notiek: - pa tiešo sakaru kanālu: DNS - RNS - proteīns; un - caur kanālu atsauksmes: vide - proteīns - DNS.

Dzīvie organismi spēj uztvert, uzglabāt un pārraidīt informāciju. Turklāt dzīviem organismiem ir raksturīga vēlme pēc iespējas efektīvāk izmantot saņemto informāciju par sevi un apkārtējo pasauli. Iedzimta informācija, kas ir iestrādāta gēnos un ir nepieciešama dzīva organisma pastāvēšanai, attīstībai un vairošanai, no katra indivīda tiek nodota viņa pēcnācējiem. Šī informācija nosaka organisma attīstības virzienu, un tā mijiedarbības procesā ar vidi var tikt izkropļota reakcija uz tā indivīdu, tādējādi nodrošinot pēcnācēju attīstības evolūciju. Dzīva organisma evolūcijas procesā rodas un paliek atmiņā jauna informācija, tai skaitā informācijas vērtība tai pieaug.

Iedzimtas informācijas ieviešanas laikā noteiktos apstākļos ārējā vide veidojas dotās bioloģiskās sugas organismu fenotips.

Ģenētiskā informācija nosaka organisma morfoloģisko uzbūvi, augšanu, attīstību, vielmaiņu, garīgo uzbūvi, noslieci uz slimībām un organisma ģenētiskos defektus.

Daudzi zinātnieki, pamatoti uzsverot informācijas lomu dzīvo būtņu veidošanā un evolūcijā, atzīmēja šo apstākli kā vienu no galvenajiem dzīves kritērijiem. Tātad, V.I. Karagodins uzskata: "Dzīve ir tāda informācijas un tās kodēto struktūru eksistences forma, kas nodrošina šīs informācijas reproducēšanu piemērotos vides apstākļos." Informācijas un dzīves saistību atzīmē arī A.A. Ļapunovs: "Dzīve ir ļoti sakārtots matērijas stāvoklis, kas izmanto informāciju, ko kodē atsevišķu molekulu stāvokļi, lai attīstītu pastāvīgas reakcijas." Mūsu slavenais astrofiziķis N.S. Kardaševs akcentē arī dzīves informatīvo komponentu: “Dzīve rodas, pateicoties iespējai sintezēt īpaša veida molekulas, kuras spēj atcerēties un sākumā izmantot visvairāk. vienkārša informācija par vidi un savu struktūru, ko viņi izmanto pašsaglabāšanās, vairošanās un, pats galvenais, lai iegūtu vairāk vairāk informācija." Ekologs F. Tiplers savā grāmatā "Nemirstības fizika" pievērš uzmanību šai dzīvo organismu spējai saglabāt un pārraidīt informāciju: "Es definēju dzīvību kā sava veida kodētu informāciju, ko saglabā dabiskā atlase." Turklāt viņš uzskata, ka, ja tas tā ir, tad dzīves informācijas sistēma ir mūžīga, bezgalīga un nemirstīga.

Ģenētiskā koda atklāšana un molekulārās bioloģijas likumu noteikšana parādīja nepieciešamību apvienot mūsdienu ģenētiku un Darvina evolūcijas teoriju. Tā dzima jauna bioloģiskā paradigma – sintētiskā evolūcijas teorija (STE), ko jau var uzskatīt par neklasisko bioloģiju.

Darvina evolūcijas pamatidejas ar tās triādi – iedzimtību, mainīgumu, dabisko atlasi – mūsdienu izpratnē par dzīvās pasaules evolūciju papildina idejas ne tikai par dabisko atlasi, bet gan par atlasi, kas tiek noteikta ģenētiski. Par sintētiskās jeb vispārējās evolūcijas attīstības sākumu var uzskatīt S.S. Četverikovs par populācijas ģenētiku, kurā tika parādīts, ka atlasei nav pakļautas individuālās īpašības un indivīdi, bet gan visas populācijas genotips, bet tas tiek veikts, izmantojot atsevišķu indivīdu fenotipiskās īpašības. Tas izraisa labvēlīgu izmaiņu izplatīšanos visā populācijā. Tādējādi evolūcijas mehānisms tiek realizēts gan ar nejaušām mutācijām ģenētiskā līmenī, gan pārmantojot vērtīgākās pazīmes (informācijas vērtība!), kas nosaka mutācijas pazīmju pielāgošanos videi, nodrošinot dzīvotspējīgākos pēcnācējus.

Sezonas klimata izmaiņas, dažādas dabas vai cilvēka izraisītas katastrofas no vienas puses, tie izraisa izmaiņas gēnu atkārtošanās biežumā populācijās un līdz ar to arī iedzimtības mainīguma samazināšanos. Šo procesu dažreiz sauc par ģenētisko novirzi. Un, no otras puses, uz dažādu mutāciju koncentrācijas izmaiņām un populācijā ietverto genotipu daudzveidības samazināšanos, kas var izraisīt selekcijas virziena un intensitātes izmaiņas.

4. Cilvēka ģenētiskā koda atšifrēšana

2006. gada maijā zinātnieki, kas strādāja pie cilvēka genoma atšifrēšanas, publicēja pilnīgu 1. hromosomas ģenētisko karti, kas bija pēdējā cilvēka hromosoma, kas nebija pilnībā sekvencēta.

Provizoriskā cilvēka ģenētiskā karte tika publicēta 2003. gadā, iezīmējot cilvēka genoma projekta oficiālu pabeigšanu. Tās ietvaros tika sekvencēti genoma fragmenti, kas satur 99% cilvēka gēnu. Gēnu identifikācijas precizitāte bija 99,99%. Tomēr līdz projekta pabeigšanai tikai četras no 24 hromosomām bija pilnībā sekvencētas. Fakts ir tāds, ka papildus gēniem hromosomas satur fragmentus, kas nekodē nekādas īpašības un nav iesaistīti olbaltumvielu sintēzē. Šo fragmentu loma ķermeņa dzīvē joprojām nav zināma, taču arvien vairāk pētnieku sliecas uzskatīt, ka viņu izpētei ir jāpievērš vislielākā uzmanība.