Генетичний код

Це треба згадати:

Найважливішим процесом, що відбувається в усіх клітинах, є синтез білків. Інформація про послідовність амінокислот, що складають первинну структуру білка, є у ДНК. Молекули ДНК в основному містяться в ядрах клітин (ядерна ДНК), невелика кількість ДНК міститься у мітохондріях і пластидах (позаядерна ДНК).

ДНК — полінуклеотид. Кожен нуклеотид (мономер) ДНК містить:

• п'ятикарбонову сахарозу — дезоксирибозу;

• залишок ортофосфатної кислоти,

• одна з чотирьох нітрогеновмісних основ: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц) і тимін (Т).

Молекула дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) складається з двох спірально закручених ланцюгів. Ланцюги у молекулі ДНК протилежно спрямовані. Основа ланцюгів ДНК утворюється сазарозо — ортофосфатними залишками, а нітрогеновмісні основи одного ланцюга розташовуються у певному порядку навпроти нітрогеновмісної основи іншого ланцюга (правило комплементарності).
Зверни увагу! Навпроти аденіну одного ланцюга завжди розташовується тимін іншого ланцюга, навпроти гуаніну — цитозин.

Пара А — Т сполучена двома водневими зв'язками, а пара Г — Ц — трьома.

Таким чином, пари нуклеотидів аденін і тимін, а також гуанін і цитозин чітко відповідають один одному і є комплементарними один одному. Знаючи послідовність розташування нуклеотидів в одному ланцюгу ДНК, за принципом комплементарності можна встановити нуклеотиди іншого (другого) ланцюга.

Співвідношення кількості нуклеотидів різних типів і нітрогеновмісних основ у молекулі ДНК визначає правило Чаргаффа (правило комплементарності): У молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну — кількості цитозину: А = Т, Г = Ц.

Основна функція ДНК — передача спадкової інформації. Під час поділу клітини відбувається самовідтворення ДНК — реплікація (подвоєння, редуплікація).

Реплікація — це процес подвоєння молекули ДНК, який відбувається під контролем ферментів.

Під час реплікації молекули ДНК водневі зв'язки між комплементарними нітрогеновмісними основами (аденіном — тиміном і гуаніном — цитозином) рвуться за допомогою спеціального ферменту — хелікази — і ланцюги розходяться.

Після розриву водневих зв'язків, за участю ферменту ДНК-полімерази на кожному з ланцюгів синтезується новий («дочірній») ланцюг ДНК (до кожного нуклеотиду ниток ДНК, що розійшлися фермент ДНК-полімераза підлаштовує комплементарний йому нуклеотид). Матеріалом для синтезу служать вільні нуклеотиди, наявні у цитоплазмі клітин.

У результаті процесу реплікації ДНК утворюються дві дволанлюгові молекули ДНК, до складу кожної входить один ланцюг «материнської» молекули і один «дочірній» ланцюг. Ці дві молекули є абсолютно ідентичними, і кожна дочірня клітина в результаті поділу отримує копію материнської ДНК.

Етапи процесу реплікації ДНК

1. Спочатку молекула ДНК «розшнуровується» — ланцюги молекули розплітаються і розходяться (кожен з двох ланцюгів буде служити своєрідною матрицею, на якій буде синтезуватися новий ланцюг).

2. Фермент ДНК-полімераза «прикріплює» нові нуклеотиди до матриці за принципом комплементарності (до аденіну — тимін, до цитозину — гуанін, і навпаки). Після закінчення процесу, нові дочірні (сестринські) молекули розходяться і скручуються у спіралі.

Важливою властивістю молекул ДНК є здатність до репарації.

Репарація - це відновлення пошкоджених ділянок молекули ДНК або виправлення помилок, що можуть виникати при реплікації.

Перегляньте відео "Реплікація ДНК" :

Будова РНК

Молекули РНК містяться в ядрі, цитоплазмі, рибосомах, мітохондріях та пластидах клітини. Рибонуклеїнова кислота (РНК) — лінійний полімер, що має один ланцюжок нуклеотидів. Мономери (нуклеотиди) РНК складаються з п'ятикарбонового моносахариду — рибози, залишку ортофосфатної кислоти і нітрогеновмісної основи.
 
Три нітрогеновмісних основи у молекулах РНК такі самі, як і у ДНК — аденін, гуанін, цитозин, а четвертим є урацил.

Утворення полімеру РНК відбувається (також само, як і у ДНК) завдяки ковалентним зв'язкам між рибозою і залишком ортофосфатної кислоти сусідніх нуклеотидів.
 
Процес утворення молекули РНК на відповідній ділянці молекули ДНК називають транскрипцією.

Типи РНК

Інформаційні, або матричні, РНК (іРНК) складають близько 5 % усієї клітинної РНК. Вони синтезуються в ядрі (на ділянці одного з ланцюгів молекули ДНК) за участю ферменту РНК-полімерази. Основна функція іРНК — зняття інформації з ДНК і перенесення її до місця синтезу білка — на рибосоми.

Рибосомні (рибосомальні) РНК (рРНК) — синтезуються у ядерці, входять до складу рибосом. Вони беруть участь у формуванні активного центру рибосоми, де відбувається процес біосинтезу білка. рРНК складають приблизно 85 % усіх РНК клітини. рРНК разом з білками забезпечують певне розташування іРНК і тРНК під час синтезу білкової молекули.
 
Транспортні РНК (тРНК) — утворюються в ядрі на ДНК, потім переходять у цитоплазму. Вони складають близько 10 - 15 % клітинної РНК і є невеликими за розміром (складаються з 70 - 90 нуклеотидів). Основна функція тРНК є транспортування амінокислоти до місця синтезу білка на рибосомі. Для перенесення кожного виду амінокислот до рибосоми потрібен окремий вид тРНК. Будова усіх тРНК є подібною. Їх молекули утворюють своєрідні структури, що нагадують за формою лист конюшини.

Типи РНК розрізняються за триплетами нуклеотидів, розташованому «на верхівці». Цей триплет (антикодон) за генетичним кодом є комплементарним кодону іРНК, що кодує відповідну амінокислоту.
 
Амінокислота прикріплюється спеціальним ферментом до «черешка листа» і транспортується в активний центр рибосоми.

Кожен тип тРНК є високо специфічним, тобто переносить тільки конкретну амінокислоту. Таким чином, різні типи РНК являють собою єдину функціональну систему, спрямовану на реалізацію спадкової інформації через синтез білка.

Малі ядерні РНК (мяРНК) — беруть участь у процесах дозрівання РНК та регуляції процесів транскрипції.

Процес утворення молекули РНК на відповідній ділянці молекули ДНК називають транскрипцією

Дайте відповіді на тестові запитання

Генетичний код.

Генетичний код — це система запису генетичної інформації про послідовність розташування амінокислот у білках у вигляді послідовності нуклеотидів у ДНК або РНК.

Кожній амінокислоті білка відповідає послідовність з трьох розташованих один за одним нуклеотидів ДНК — триплет.
 
Кожен триплет нуклеотидів кодує певну амінокислоту, яка буде вбудована у поліпептидний ланцюг.
 
Як відомо, до складу ДНК можуть входити чотири нітрогеновмісних основи: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т) і цитозин (Ц). Число сполучень з 4 по 3 складає 43=64, тобто ДНК може кодувати 64 амінокислоти. Проте кодується тільки 20 амінокислот.
 
Виявилося, що багатьом амінокислотам відповідає не один, а декілька кодонів. Передбачається, що така властивість генетичного коду (виродженність) підвищує надійність зберігання і передачі генетичної інформації під час ділення клітин.

Правила користування таблицею: Перший нуклеотид у триплеті береться з лівого вертикального рядка, другий — з верхнього горизонтального рядка, а третій — з правого вертикального. Там, де будуть перетинатися лінії, що ідуть від усіх трьох нуклеотидів, і буде назва потрібної амінокислоти.
Приклад: амінокислоті аланіну відповідає 4 триплета — ЦДА, ЦГГ, ЦГТ і ЦГЦ. Звідси випливає, що випадкова помилка у третьому нуклеотиді кодону не зможе привести до змін у структурі білка — у будь-якому випадку це буде кодон аланіну.

На даний час складена карта генетичного коду, тобто відомо, які триплети у ДНК відповідають тій чи іншій з 20 амінокислот, що входять до складу білків.

Оскільки у молекулі ДНК містяться сотні генів, то до її складу обов'язково входять триплети — стоп-кодони, які є «знаками пунктуації» і позначають початок або кінець того чи іншого гена.

Властивості генетичного коду:

1. Код складається з триплетів. Одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами.
2. Код є універсальним. Усі живі організми (від бактерії до людини) використовують єдиний генетичний код.
3. Код є виродженим. Одна амінокислота кодується більш, ніж одним кодоном.
4. Код є однозначним. Кожен триплет відповідає тільки одній амінокислоті.
5. Код не перекривається. Один нуклеотид не може входити до складу декількох кодонів у ланцюгу РНК.

Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК визначає її специфічність, а також специфічність білків організму, які кодуються цією послідовністю. Ці послідовності індивідуальні і для кожного виду організмів, і для окремих особин виду.

Зверни увагу!

• Довжина одного нуклеотиду становить 0,34 нм.

• Середня молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 а.о.м.

1. Установи кількість нуклеотидів, що міститься у фрагменті ланцюга РНК, якщо його довжина складає 536,86 нм. (Відповідь запиши цілим числом)

2. Фрагмент рибонуклеїнової кислоти містить 30 нуклеотидів. Обчисли його довжину (нм):

3. Обчисли молекулярну масу ланцюга ДНК, який містить 60 нуклеотидів (Відповідь запиши цілим числом)

4. Обчисли кількість нуклеотидів, що міститься у фрагменті ланцюга РНК, якщо його молекулярна маса складає 116955 а.о.м.

5. Укажи назву амінокислоти, яку кодує триплет АГЦ (скористуйся таблицею генетичного коду):

   варіанти відповіді - а)Серин (Сер); б) Ізолейцин (Іле); в) Аспарагінова кислота (Асп)

6. Визнач триплет, який кодує амінокислоту Пролін (Про): а) ГЦГ; б) ЦЦГ; в) АЦА

7. Визнач триплет, який є стоп-кодоном: а) УГА; б) ГУГ; в) ЦЦА

8. Укажи послідовність амінокислот у фрагменті молекули білка, які кодують триплети ЦУУ ЦЦГ ГЦЦ ЦЦГ: а)Ала — Лей — Про — Про; б) Лей — Про — Ала — Про; в) Ала — Про — Лей — Про

9. Укажи властивості генетичного кода, обравши із запропонованих варіантів:

    1. Код є однозначним. Кожен триплет відповідає тільки одній амінокислоті.

    2. Нуклеотид гуанін входить лише до амінокислоти валіну (вал).

   Варіанти відповіді: а) обидва твердження є неправильними; б) обидва твердження є правильними; в) правильним є перше твердження; г) правильним є друге твердження

10. Яке біологічне значення, що більшість амінокислот закодовані не одним, а декількома триплетами?