Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Тема 9. Организация генов . Сущность и основные свойства генетического кода
Организация генов. Принято считать, что каждая хроматида содержит одну из двух идентичных дочерних молекул ДНК, образующихся в процессе репликации. Молекула ДНК представляет собой непрерывную сверхскрученную двойную спираль, простирающуюся по всей длине хроматиды. Функционально эта нить подразделяется на большое число отрезков, соответствующих отдельным генам. Каждый ген несет информацию о первичной структуре отдельной полипептидной цепи, рибосомной РНК, транспортной РНК или выполняет регуляторную функцию. Кроме того, в составе непрерывной нити ДНК, наряду со смысловыми генами, находятся многократно повторяющиеся участки, выполняющие, вероятно, регуляторные или структурные функции. Информация о первичной структуре полипептидов (последовательности аминокислот) записана в ДНК в виде трехбуквенного кода, составленного из первых букв названий четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК (А, Т, Г, Ц). Каждой аминокислоте соответствует определенный триплет из трех соседних нуклеотидов.
Из 64 возможных триплетов 61 кодирует 20 аминокислот, обнаруженных в составе клеточных белков, а 3 кодона являются стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Если триплет, соответствующий метионину, стоит в начале цепи ДНК, то он выполняет функцию возбуждения считывания. Генетический код вырожден, т.е. каждая аминокислота может кодироваться несколькими вариантами триплетов. Для осуществления синтеза полипептидов генетическая информация, закодированная в ДНК в составе хроматина, переписывается (процесс транскрипции) по принципу комплементарности азотистых оснований на информационную РНК, которая переходит из ядра в цитоплазму, где принимает участие в процессе трансляции — переводе информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот, т.е. процессе синтеза белка. Каждому данному кодону соответствует одна и только одна определенная аминокислота. Процесс считывания генетического кода не допускает возможности перекрывания кодонов. Начавшись на определенном кодоне, считывание следующих идет без знаков препинания и пропусков. Положение первого кодона определяет границы рамки считывания. Генетический код человека не отличается по каким-либо параметрам от генетического кода других эукариотических организмов. В пределах одного гена, который кодирует полипептид, участок молекулы ДНК подразделяется на функционально различные единицы. Отличительная черта строения многих генов эукариот — прерывистость структуры смысловой части. Смысловые участки, несущие информацию о последовательности аминокислот в белке - экзоны, чередуются с участками некодирующих последовательностей - интронами. Процесс транскрипции на ДНК как на матрице связан с синтезом комплементарной последовательности РНК, включающей и интроны, и экзоны. В ходе созревания РНК в ядре из нее удаляются интроны, а концы соседних экзонов сшиваются стык в стык. Процесс удаления последовательностей РНК, соответствующих интронам, и соединение участков с транскрибируемыми последовательностями экзонов называется сплайсингом. Созревшая м-РНК выходит в цитоплазму, соединяется с рибосомой, где генетическая информация транслируется в белковую последовательность. В начале каждого гена (до представленной экзонами его смысловой части) находятся участки, которые обеспечивают регуляцию работы гена, в частности, способствуют правильной установке рамки считывания нуклеотидов. Каждая молекула ДНК гетерогенна по своему составу. В ней встречаются участки с уникальной последовательностью азотистых оснований, которые несут информацию для большинства белков клетки. В то же время в ней встречаются последовательности нуклеотидов, многократно повторяющиеся в геноме в составе этой же или других молекул ДНК. Их подразделяют на два класса. Первый - умеренно повторяющиеся последовательности с числом повторов от 102 до 105 на геном. На их долю приходится примерно четверть ДНК, и они представляют собой блоки истинных генов или выполняют структурные и регуляторные функции внутри генов. Второй класс - часто повторяющиеся последовательности, или сателлитные ДНК, число повторов которых на геном превышает миллион (1•106) раз. Это нетранскрибирующиеся участки ДНК, выполняющие структурные функции. Вопрос о том, каким образом кодируется наследственная информация, долгое время оставался открытым. Ранее была признана формулировка 1ген – 1 фенотипический признак, т.е. ген – материальная часть хромосомы, определяющая развитие признака. Постепенно понимание механизма детерминации расширилось: ген фермент признак, т.е. ген – участок молекулы ДНК, в которой зашифрована структура одного белка (фермента). Попытки расшифровки генетического кода были предприняты в 1954 г. Г. Гамовым. Ход рассуждений: 1. В белках встречается 20 различных аминокислот. В ДНК всего 4 типа нуклеотидов: А-Т- Г-Ц. Одна аминокислота не может кодироваться одним нуклеотидом, т. к. 16 из них останутся незакодированными. 2. Если одну аминокислоту кодировать двумя нуклеотидами (42) - возможно 16 вариантов, следовательно, чтобы закодировать все аминокислоты — необходим триплетньт код — 3 нуклеотида, т. е. 43 = 64 возможных триплета. 3. Аминокислот много (>100), но только 20 из них принимают участие в биосинтезе белка. 10 - заменимые (организм сам может их синтезировать), 10 — незаменимые (их надо получать с пищей). Необходимых для биосинтеза белка аминокислот всего 20, а триплетов 64 - почему такое несоответствие? Почти 10 лет понадобилось ученым, чтобы ответить на этот вопрос. В 1961 г. была впервые дешифрована первая триплетная последовательность. Ф.Крик и С. Бреннер доказали такие свойства кода как триплетность и вырожденность. Ф.Крик писал: «Генетический код устанавливает связь между двумя великими полимерными языками - языком нуклеиновых кислот и языком белков». Ученые создали искусственную м-РНК, состоящую только из нуклеотидов, содержащих урацил /У-У-У-У-У/.С данной м-РНК была синтезирована полипептидная цепочка, состоящая из фенилаланина. Это сделали двое ученых - М. Миренберг и Г. Маттеи. Они доказали, что в ДНК комплементарная последовательность нуклеотидов должна была содержать / А-А-А-А-А / аденин. Появилось научное определение: Генетический код - это единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидных триплетов, считываемых последовательно от 5'к 3' концу цепи м - РНК. К 1965-1966 гг. был расшифрован весь генетический код и определены его свойства. УУУ Фенилаланин УУА Лейцин УУЦ УУГ Одна и та же аминокислота может кодироваться разными триплетами, которые являются кодонами-синонимами. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-03-31; Просмотров: 227; Нарушение авторского права страницы