Ген — ділянка ДНК, яка містить інформацію про первинну структуру будь-якого білка. У молекулі ДНК кілька сотень генів. Генетичний код — єдина для всіх живих організмів система збереження спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів. Кожна амінокислота в поліпептидному ланцюзі кодується певною послідовністю трьох мононуклеотидів — триплетів, послідовно й безперервно розташованих у молекулах ДНК. Такий генетичний код називають триплетним, а групу з трьох нуклеотидів — кодоном. Чотири різні нуклеотиди ДНК (А, Г, Ц Т) або РНК (А, Г, Ц, У) можуть створювати (43 = 64) комбінації. Цього достатньо, щоб закодувати 20 амінокислот. Амінокислот менше, ніж триплетів, і тому більшості з них відповідають кілька триплетів. Генетичний код має й інші цікаві властивості:
вироджений — триплетів-більше, ніж основних амінокислот;
однозначний — кожен триплет кодує одну амінокислоту;
безперервний — межі між триплетами в ньому не позначені;
універсальний — однаковий для всіх організмів; код містить тритопкодони (УАА, УАГ, УГА), яким не відповідає жодна амінокислота.
Між генами є ділянки — спейсери, які не несуть генетичної інформації, а лише відокремлюють одні гени від інших. Визначає початок синтезу білка триплет АУГ, що відповідає амінокислоті — метіоніну.
Етапи біосинтезу білків: Принцип комплементарності, який визначає будову подвійного ланцюга ДНК, лежить в основі матричного біосинтезу білків. Реалізація генетичної інформації відбувається в чотири етапи.
Перший етап — транскрипція. Синтез молекули іРНК на молекулі ДНК в ядрі. При цьому особливий фермент (РНК-полімераза) роз’єднує подвійну спіраль ДНК.
Другий етап — активація амінокислот. Процес проходить у цитоплазмі: амінокислоти зв'язуються зі специфічними ферментами і молекулами АТФ. Активовані амінокислоти з'єднуються з молекулами тРНК. У молекулі тРНК є дві важливі ділянки: до однієї прикріплюється відповідна амінокислота (кодон), а інша ділянка — антикодон, що відповідає коду цієї амінокислоти в молекулі іРНК. Активовані амінокислоти, сполучені з тРНК, надходять до рибосом і починається третій етап біосинтезу білка.
Третій етап — трансляція (передача). Сигнал про початок синтезу поліпептидного ланцюга дає стартовий кодон іРНК АУГ. Утворюється ініціативний комплекс, який складається з триплету іРНК, рибосоми і певної тРНК. За принципом комплементарності кодони іРНК вступають у зв'язок з антикодоном тРНК. Рибосома «ковзає» зліва направо по іРНК і складає білкову молекулу. У рибосомі є функціональний центр, де проходить трансляція. Рибосоми можуть утворювати один комплекс — полірибосому. Зв'язок між амінокислотними залишками — ковалентний (пептидний). Послідовність амінокислотних залишків визначає первинну структуру білка. Синтез завершується, коли рибосома досягне одного зі стоп-кодонів (УАА, УАГ, УГА). Третій етап біосинтезу білка закінчується сходженням поліпептидного ланцюга (первинної структури білка) із рибосоми.
Четвертий етап — утворення вторинної, третинної і четвертинної структур білка. Місце проходження — цитоплазма. Кожна з реакцій біосинтезу на всіх етапах забезпечується специфічними ферментами. На приєднання одного амінокислотного залишку до поліпептидного ланцюга використовується енергія розщеплення однієї молекули АТФ. Після відділення від рибосом синтезовані поліпептиди можуть дозрівати. Цей процес відбувається за наявності в цитозолі спеціальних білків-шаперонів. Шаперони контролюють конформацію, а отже, активність синтезованого білка.
Теоретичні відомості під час розв’язання елементарних вправ з молекулярної біології:
А+Г=Т+Ц.
Нуклеотидному складу ДНК відповідає коефіцієнт специфічності: К=А+Т/Г+Ц.
Сума всіх нуклеотидів в молекулі ДНК або РНК (А+Т+Г+Ц чи А+У+Г+Ц) становить 100%
Середня молекулярна маса одного амінокислотного залишку приймається за 120.
Обчислення молекулярної маси білка визначається за формулою:
М min=, де
М min— мінімальна молекулярна маса білка;
а— атомна або молекулярна маса компоненту;
в— процентний вміст компоненту.
Довжина одного амінокислотного залишку дорівнює 0,15Нм.
Відносна молекулярна маса одного нуклеотиду приймається за 345.
Відстань між нуклеотидами в ланцюзі молекули ДНК
(довжина одного нуклеотида)—0,34Нм.
