Realizarea informațiilor ereditare în procariote. Informații ereditare: stocare și transmisie
Informațiile genetice stocate în ADN sunt realizate în procesul de biosinteză a proteinelor.
ADN-ul este concentrat în nucleul celulei, iar proteinele sunt sintetizate în citoplasmă pe ribozomi. Pentru biosinteza proteinelor, este necesar să se furnizeze informații genetice din nucleul celular către ribozomi. Rolul mediatorului informații genetice de la nucleul celular la ribozomi, ei realizează ARN matricial sau informațional (mARN sau mARN).
ARN-urile mesager sunt lanțuri polinucleotidice cu greutăți moleculare cuprinse între 150.000 și 5 milioane daltoni. Sunt sintetizate în nucleul celular. În cursul biosintezei ARNm, informațiile genetice sunt „rescrise” dintr-o mică bucată de ADN, incluzând una sau mai multe gene, într-o moleculă de ARNm. Sinteza ARN-ului mesager pe o catenă de ADN semnificativă se numește transcripție (latină „transcriptio” - rescriere).
Procesul de transcriere a informațiilor genetice este similar cu procesul de replicare a ADN-ului. Biosinteza ARNm începe cu desfacerea dublei spirale ADN într-o zonă mică.
Trifosfații ribonucleozidici liberi cu ajutorul legăturilor de hidrogen sunt atașați la nucleotidele regiunii ADN desfășurate în conformitate cu principiul complementarității bazelor azotate.
Formarea ARNm are loc prin transferul reziduurilor de ribonucleotide din trifosfații ribonucleozidici în al treilea atom de carbon al ribozei nucleotidei terminale a lanțului polinucleotidic sintetizat. În acest caz, există o defalcare a legăturilor macroergice în moleculele trifosfaților ribonucleozidici cu eliberarea pirofosfatului, care asigură procesul de transcripție cu energia necesară. Biosinteza ARNm este catalizată de enzima ARN polimerază.
Proteinele speciale joacă un rol important în procesul de transcripție, care îi reglează fin cursul.
Sintetizat în procesul de transcripție ARNm intră din nucleul celulei în ribozom - serganella citoplasmatică, care chimic este o nucdeoproteină - o proteină complexă, a cărei componentă neproteică este acidul ribonucleic.
ARN-urile implicate în construcția corpului ribozomului („acid ribonucleic” + gr. „Soma” - corp) se numesc ribozomale (ARNr). Ribozomii sunt construiți din două subunități - mari și mici. Un număr mare de proteine \u200b\u200bdiferite și diferite ARNr sunt implicate în construcția fiecăreia dintre ele. Greutatea moleculară a ARN-ului ribozomal variază între 55.000 și 1.600.000 daltoni sau mai mult. Sinteza ARNr, precum și sinteza ARNm, are loc în nucleul celulei și este controlată de ADN.
ARN-ul mesager este fixat în ribozom. Acum, ribozomul trebuie să reproducă informațiile primite, scrise în secvența nucleotidică a ARNm într-un „limbaj” de patru litere de baze azotate, într-un „limbaj” de douăzeci de litere sub forma unei secvențe de aminoacizi din lanțul polipeptidic al proteinei sintetizate. Procesul de traducere a informațiilor genetice din „limbajul” bazelor azotate în „limbajul” aminoacizilor se numește traducere („traducere” latină - transmisie).
Livrarea aminoacizilor către ribozomi este asigurată de ARN de transport (ARNt). Greutățile moleculare ale ARNt sunt relativ mici și variază de la 17.000 la 35.000 daltoni. Sinteza ARNt în celulă este controlată de ADN.
Procesul de biosinteză a proteinelor necesită consum de energie. Pentru ca aminoacizii să se lege între ei printr-o legătură peptidică, aceștia trebuie activați. Aminoacizii sunt activați de ATP și ARNt. Aceste reacții sunt catalizate de enzima aminoacil-ARNt sintetază.
Reacțiile de activare a fiecăruia dintre aminoacizii proteinogeni sunt catalizate de propria sa aminoacil-ARNt sintetază.
Aceste enzime permit aminoacizilor și ARNt-urilor să se recunoască reciproc fără erori. Ca rezultat, fiecare aminoacid este atașat la un ARNt specific. ARN-urile de transport sunt denumite de aminoacidul atașat, de exemplu: ARNt de valină, ARNt de alanină, ARNt de serină etc.
Lanțurile polinucleotidice ale ARNt au o structură spațială asemănătoare unei forme de frunze de trifoi. Un aminoacid este atașat la un capăt al ARNt. Pe cealaltă parte a moleculei de ARNt într-una din buclele „trifoiului” există un triplet de nucleotide numit anticodon. Acest anticodon este complementar cu unul dintre tripletele ARNm, un codon. Codul genetic al unui codon corespunde unui aminoacid legat de un ARNt cu un anticodon complementar.
Codonii din ARNm maturi se succed continuu: nu sunt separați unul de celălalt de regiuni necodificatoare și nu se suprapun.
Aminoacil-ARNt intră secvențial în ribozomi.
Aici, legăturile de hidrogen apar de fiecare dată între ARNt anticodon complementar și codon ARNm. În acest caz, grupul amino al următorului aminoacid interacționează cu
Grupul carboxil al aminoacidului anterior pentru a forma o legătură peptidică.
Sinteza oricărei proteine \u200b\u200bdintr-o celulă începe întotdeauna de la capătul N. După formarea unei legături peptidice între aminoacizi, ribozomul se deplasează de-a lungul lanțului mARN cu un codon. Când ribozomul ajunge într-o regiune a ARNm care conține una dintre cele trei triplete „fără sens” - UAA, UAH sau UGA, sinteza ulterioară a lanțului polipeptidic este întreruptă. Pentru aceste triplete, nu există ARNt cu anticodoni complementari în celulă. Tripletele „fără sens” sunt localizate la sfârșitul fiecărei gene și indică faptul că sinteza acestei proteine \u200b\u200btrebuie finalizată în acest moment. Prin urmare, aceste triplete sunt numite terminative (latină "terminalis" - finală). La sfârșitul procesului de traducere a codului genetic, lanțul polipeptidic părăsește ribozomul și își formează structura spațială, după care proteina capătă capacitatea de a-și implementa funcția biologică inerentă. Procesul de realizare a informațiilor genetice ca rezultat al transcrierii și traducerii se numește expresie genică (latină "expressio" - expresie).
Biosinteza proteinelor într-o celulă nu are loc pe un ribozom separat.
ARN-ul mesager se leagă simultan de mai mulți ribozomi pentru a forma un complex poliribozomal. Ca rezultat, mai multe molecule de proteine \u200b\u200bidentice sunt sintetizate în celulă.
Cod genetic - o metodă de înregistrare într-o moleculă de ADN a informațiilor despre numărul și ordinea aminoacizilor dintr-o proteină.
Proprietăți:
Triplet - un aminoacid este codificat de trei nucleotide
Non-suprapunere - aceeași nucleotidă nu poate fi inclusă simultan în două sau mai multe triplete
Neambiguitate (specificitate) - un anumit codon se potrivește cu unul singur
Versatilitate - codul genetic funcționează la fel în organismele cu niveluri diferite de complexitate - de la viruși la oameni
Degenerare (redundanță) - mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
14. Etape de realizare a informațiilor ereditare în procariote și eucariote.
Replicarea ADN (sinteza)
Sinteza ADN-ului începe întotdeauna în puncte strict definite. Enzima topoizomerază desfășoară helixul. Helicaza descompune legăturile de hidrogen dintre firele de ADN și formează o furcă de replicare. Proteinele SSB previn refacerea legăturii de hidrogen.
ARN primaza sintetizează fragmente scurte de ARN (primeri) care sunt atașate la capătul de 3 ".
ADN polimeraza începe de la un primer și sintetizează un fir fiică (5 "3") -
Direcția de sinteză a unui fir ADN coincide cu direcția de mișcare a furcii de replicare, prin urmare, acest lanț este sintetizat continuu. Sinteza merge rapid aici. Direcția de sinteză a celei de-a doua fire este opusă direcției furcii de replicare. Prin urmare, sinteza acestui lanț are loc sub formă de secțiuni separate și se desfășoară încet (fragmente de Okazaki).
Maturarea ADN-ului: primerii de ARN sunt scindați, nucleotidele lipsă sunt finalizate, fragmentele de ADN sunt conectate folosind ligază. Topoisomeraza desfășoară helixul.
Etape de realizare a informațiilor ereditare (în eucariote)
1. Transcriere
2. Procesare
3. Traducere
4 modificări post-traducere
Transmisie- sinteza unei molecule de ARN pe baza unei molecule de ADN. Enzima cheie este ARN polimeraza.
ARN polimeraza trebuie să recunoască promotorul și să interacționeze cu acesta. Un promotor este o bucată specială de ADN care se află în fața părții informative a genei. Interacțiunea cu un promotor este necesară pentru activarea ARN polimerazei. După activare, ARN polimeraza rupe legăturile de hidrogen între firele de ADN.
Sinteza ARN are loc întotdeauna de-a lungul unei catene specifice de ADN codogenic. Pe această catena, promotorul este situat mai aproape de capătul de 3 ".
Sinteza ARN are loc conform principiilor complementarității și antiparalelismului.
ARN polimeraza ajunge la codonul stop (terminator sau codon stop), care este un semnal pentru a opri sinteza. Enzima este inactivată, separată de ADN, în timp ce se eliberează molecula de ADN nou sintetizată - transcriptul primar - pro-ARN. Structura originală a ADN-ului este restaurată.
Caracteristicile structurii genei eucariote:
În eucariote, genele includ regiuni cu funcții diferite.
A) Intronii sunt fragmente de ADN (genă) care nu codifică aminoacizii din proteină
B) Exoni - secțiuni de ADN care codifică aminoacizii dintr-o proteină.
Natura bruscă a genei a fost descoperită de Robert și Sharpe (Nob. Prize 1903).
Numărul intronilor și exonilor din diferite gene este foarte diferit.
Prelucrare(maturizare)
Maturarea transcriptului primar are loc și se formează o moleculă de ARN mesager matur, care poate participa la sinteza proteinelor pe ribozomi.
La capătul 5 "al ARN-ului, se formează o regiune specială (structură) - CEP sau cap. CEP asigură interacțiunea cu subunitatea mică a ribozomului.
La capătul de 3 "al ARN-ului, sunt atașate de la 100 la 200 de molecule de nucleotide purtătoare de adenină (poliA). În timpul sintezei proteinelor, aceste nucleotide sunt scindate treptat, distrugerea poliA este un semnal pentru distrugerea moleculelor de ARN.
Unele nucleotide ARN sunt alăturate de o grupare CH3 - metilare. Aceasta crește rezistența ADN-ului la acțiunea enzimelor citoplasmatice.
Splicing - intronii sunt tăiați și exonii sunt cusuti împreună. Eliminarea enzimei de restricție, ligaza - legături încrucișate)
ARN-ul de mesagerie matură include:
Liderul asigură legarea ARN-ului messenger la subunitatea ribozomului.
SC - începe codonul - același lucru pentru toate ARN-urile messenger, codifică un aminoacid
Regiune de codificare - coduri pentru aminoacizi dintr-o proteină.
Stop codon - un semnal pentru a opri sinteza proteinelor.
În timpul procesării, aproximativ 10% din moleculele numărului de transcrieri primare sunt eliberate în citoplasmă din nucleu.
Splicing alternativ
O persoană are 25-30 de mii de gene.
Cu toate acestea, oamenii au izolat aproximativ 100.000 de proteine.
Splicarea alternativă este o situație în care, în celulele diferitelor țesuturi, aceeași genă asigură sinteza acelorași molecule de proARN. Numărul și limitele dintre exoni și introni sunt determinate diferit în diferite celule. Ca rezultat, se obțin mARN diferiți din aceleași transcrieri primare și se sintetizează diferite proteine.
Splicarea alternativă a fost dovedită pentru aproximativ 50% din genele umane.
Traducerea este procesul de asamblare a unui lanț peptidic pe ribozomi în conformitate cu informațiile stocate în ARNm.
1. Inițiere (start)
2. Alungirea (alungirea unei molecule)
3. Rezilierea (sfârșitul)
Iniţiere.
Molecula ARNm este în contact cu subunitatea mică a ribozomului folosind CEP. Cu ajutorul liderului, ARN-ul se leagă de subunitatea ribozomului. Un transARN este atașat la codonul de pornire, care transportă metionina acidă de transport. Apoi este atașată subunitatea mare a ribozomului. În întregul ribozom se formează doi centri activi: aminoacil și peptidil. Aminoacilul este liber, iar peptidilul este ocupat de ARNt cu metionină.
Elongaţie.
Centul aminoacilic conține ARNm, al cărui anticodon corespunde celui codificator.
După aceea, ribozomul este deplasat în raport cu ARNm cu 1 codon și centrul aminoacil este eliberat. ARNm este situat în centrul peptidil, se combină cu al doilea aminoacid. Procesul se repetă ciclic.
3. Rezilierea
Un codon stop intră în centrul aminoacil, care este recunoscut de o proteină specială, acesta este un semnal pentru a opri sinteza proteinelor. Subunitățile ribozomului sunt disociate, eliberând astfel ARNm și polipeptida este sintetizată din nou.
4. Modificări translaționale.
În timpul translației, se formează structura primară a polipeptidei, care nu este suficientă pentru ca proteina să funcționeze, astfel încât proteina se schimbă, ceea ce îi asigură activitatea.
Format:
A) structură secundară (legături de hidrogen)
B) globulă - structură terțiară (legături disulfurice)
C) structură cuaternară - hemoglobină
D) Glicozilare - atașarea reziduurilor de zahăr (anticorpi) la proteină
E) divizarea unei polipeptide mari în mai multe fragmente.
Diferențe în punerea în aplicare a informațiilor ereditare de procariote și eucariote:
1. Procariotelor le lipsește exoni și introni, prin urmare, nu există etape de procesare și îmbinare.
2. La procariote, transcrierea și traducerea au loc simultan, adică Sinteza ARN este în desfășurare și sinteza ADN a început deja.
3 eucariote au sinteză tipuri diferite ARN-ul este controlat de diferite enzime. În procariote, toate tipurile de ARN sunt sintetizate de o enzimă.
4. La eucariote, fiecare genă are propriul său promotor unic; la procariote, un promotor poate controla activitatea mai multor gene.
5. Numai procariotele au sistemul Operon
1. Ce procese sunt legate de reacțiile de sinteză matricială?
Fermentare, traducere, transcriere, fotosinteză, replicare.
Reacțiile de sinteză a șabloanelor includ traducerea, transcrierea și replicarea.
2. Ce este transcrierea? Cum merge acest proces?
Transcrierea este procesul de rescriere a informațiilor genetice de la ADN la ARN (biosinteza ARN în secțiunile corespunzătoare ale uneia dintre firele de ADN); una dintre reacțiile de sinteză matricială.
Transcrierea se efectuează după cum urmează. La un anumit loc al moleculei de ADN, firele complementare sunt deconectate. Sinteza ARN va fi efectuată pe una dintre catene (se numește catena transcrisă).
Enzima ARN polimerază recunoaște un promotor (o secvență specială de nucleotide situată la începutul unei gene) și interacționează cu aceasta. Apoi, ARN polimeraza începe să se deplaseze de-a lungul lanțului transcris și în același timp sintetizează o moleculă de ARN din nucleotide. Catena de ADN transcrisă este utilizată ca șablon, astfel încât ARN-ul sintetizat va fi complementar porțiunii corespunzătoare a catenei de ADN transcris. ARN polimeraza construiește lanțul ARN, atașând noi nucleotide la acesta, până când ajunge la terminator (o secvență specială de nucleotide situată la capătul genei), după care transcrierea se oprește.
3. Ce proces se numește difuzare? Descrieți etapele principale ale difuzării.
Traducere - procesul de biosinteză a proteinelor din aminoacizi care are loc pe ribozomi; una dintre reacțiile de sinteză matricială.
Principalele etape ale difuzării:
● Legarea ARNm la subunitatea mică a ribozomului, după care este atașată subunitatea mare.
● Penetrarea ARNt de metionină în ribozom și legarea complementară a anticodonului său (UAC) la codonul de start al ARNm (AUG).
● Penetrarea în ribozomul următorului ARNt care poartă aminoacidul activat și legarea complementară a anticodonului său la codonul ARNm corespunzător.
● Formarea unei legături peptidice între doi aminoacizi, după care primul (metionină) tARN este eliberat din aminoacid și părăsește ribozomul, iar ARNm este deplasat de un triplet.
● Extinderea lanțului polipeptidic (conform mecanismului descris mai sus), care are loc până când unul dintre cei trei codoni de oprire (UAA, UAH sau UGA) intră în ribozom.
● Încetarea sintezei proteinelor și descompunerea ribozomului în două subunități separate.
4. De ce, în timpul translației, nu sunt incluși aminoacizi în proteină în ordine aleatorie, ci doar cei codificați de triplete de ARNm și în strictă conformitate cu succesiunea acestor triplete? Câte tipuri de ARNt crezi că sunt implicate în sinteza proteinelor din celulă?
Incorporarea corectă și consecventă a aminoacizilor în lanțul polipeptidic în creștere este asigurată de interacțiunea strictă complementară a anticodonilor ARNt cu codonii ARNm corespunzători.
Unii studenți pot răspunde că există 20 de tipuri de ARNt implicate în sinteza proteinelor, câte unul pentru fiecare aminoacid. Dar, de fapt, 61 de tipuri de ARNt sunt implicate în sinteza proteinelor - sunt la fel de multe pe cât există codoni de sens (triplete care codifică aminoacizii). Fiecare tip de ARNt are o structură primară unică (secvența nucleotidică) și, în consecință, are un anticodon special pentru legarea complementară la codonul ARNm corespunzător. De exemplu, aminoacidul leucină (Leu) poate fi codificat de șase triplete diferite, deci există șase tipuri de ARNt leucinice și toate au anticodoni diferiți.
Numărul total de codoni este 4 3 \u003d 64, cu toate acestea, nu există molecule de ARNt pentru codonii de terminare (există trei dintre ei), adică 64 - 3 \u003d 61 specii de ARNt.
5. Reacțiile de sinteză matricială ar trebui atribuite proceselor de asimilare sau disimilare? De ce?
Reacțiile de sinteză matricială se referă la procesele de asimilare deoarece:
● însoțit de sinteza compușilor organici complecși din substanțe mai simple, și anume, biopolimeri din monomerii corespunzători (replicarea este însoțită de sinteza lanțurilor ADN fiice din nucleotide, transcriere - de sinteza ARN din nucleotide, traducere - prin sinteza proteinelor din aminoacizi);
● necesită consum de energie (ATP servește ca furnizor de energie pentru reacțiile de sinteză a matricei).
6. Secțiunea catenei de ADN transcris are următorul ordin nucleotidic:
TACTGGATSATATTACAAGATST
Stabiliți secvența reziduurilor de aminoacizi ale peptidei codificate de această regiune.
Conform principiului complementarității, stabilim secvența de nucleotide a ARNm corespunzător și apoi, folosind tabelul codului genetic, determinăm secvența reziduurilor de aminoacizi ale peptidei codificate.
Răspuns: secvența reziduurilor de aminoacizi ale peptidei: Met - Tre - Cis - Ile - Met - Phen.
7. Studiile au arătat că 34% din numărul total de baze azotate din molecula ARNm este guanină, 18% este uracil, 28% este citozină și 20% este adenină. Determinați procentul de baze azotate ale unei regiuni de ADN dublu catenar, una dintre catenele cărora a servit drept șablon pentru sinteza acestui mARN.
● Prin principiul complementarității, determinăm procentul de baze azotate ale catenei de ADN transcrise corespunzătoare. Conține 34% citozină (complementară cu ARNm de guanină), 18% adenină (complementară cu ARNm de uracil), 28% guanină (complementară cu ARNm de citozină) și 20% timină (complementară cu ARNm de adenină).
● Pe baza compoziției catenei transcrise, determinăm procentul de baze azotate ale catenei ADN complementare (netranscrise): 34% guanină, 18% timină, 28% citozină și 20% adenină.
● Procentul fiecărui tip de baze azotate în ADN bicatenar este calculat ca medie aritmetică a procentului acestor baze în ambele catene:
C \u003d G \u003d (34% + 28%): 2 \u003d 31%
A \u003d T \u003d (18% + 20%): 2 \u003d 19%
Răspuns: regiunea de ADN dublu catenar corespunzătoare conține 31% citozină și guanină, 19% fiecare adenină și timină.
opt*. La eritrocitele mamiferelor, sinteza hemoglobinei poate avea loc câteva zile după pierderea nucleelor \u200b\u200bde către aceste celule. Cum poți explica asta?
Pierderea nucleului este precedată de o transcriere intensă a genelor care codifică lanțurile polipeptidice ale hemoglobinei. O mare cantitate de ARNm corespunzător se acumulează în hialoplasmă, astfel încât sinteza hemoglobinei continuă chiar și după pierderea nucleului celular.
* Sarcinile marcate cu un asterisc presupun că elevii au ipoteze diferite. Prin urmare, la punerea unei note, profesorul ar trebui să fie ghidat nu numai de răspunsul dat aici, ci să ia în considerare fiecare ipoteză, evaluând gândirea biologică a elevilor, logica raționamentului lor, originalitatea ideilor etc. După aceea, este recomandabil să familiarizați elevii cu răspunsul dat.
1. Oferiți definiții ale conceptelor.
Cod genetic
- un set de combinații de trei nucleotide care codifică 20 de tipuri de aminoacizi care alcătuiesc proteina.
Triplet - trei nucleotide consecutive.
Anticodon - o regiune din ARNt, formată din trei nucleotide nepereche, care se leagă în mod specific de codonul ARNm.
Transcriere
- procesul de sinteză a ARN-ului folosind ADN-ul ca matrice, care are loc în toate celulele vii.
Transmisie - procesul de sinteză a proteinelor din aminoacizi pe matricea mARN (mARN), efectuat de ribozom.
2. Comparați conceptele de „informații genetice” și „cod genetic”. Care sunt diferențele lor fundamentale?
Informațiile genetice sunt informații despre structura proteinelor codificate folosind o secvență de nucleotide - codul genetic - în gene.
Cu alte cuvinte, codul genetic este principiul înregistrării informațiilor genetice. Informațiile sunt informații, iar codul este modul în care informațiile sunt comunicate.
3. Completați grupul „Proprietăți ale codului genetic”.
Proprietăți: triplete, unicitate, redundanță, non-suprapunere, polaritate, universalitate.
4. Care este semnificația biologică a redundanței codului genetic?
Deoarece există 61 de codoni la 20 de aminoacizi în proteine, unii aminoacizi sunt codificați de mai mult de un codon (așa-numita degenerare a codului).
Această redundanță crește fiabilitatea codului și întregul mecanism de biosinteză a proteinelor.
5. Explicați ce sunt reacțiile de sinteză a matricei. De ce se numesc așa?
Aceasta este sinteza moleculelor polimerice complexe din celulele vii, pe baza informațiilor genetice ale celulei codificate pe matrice (molecula ADN, ARN). Sinteza matricială are loc în timpul replicării, transcrierii și traducerii ADN-ului. Ea stă la baza procesului de reproducere a propriului tip.
6. Schițează molecula de ARNt și etichetează părțile sale principale.
7. Completați tabelul.
ROLUL SUBSTANȚELOR ORGANICE ÎN BIOSINTEZA PROTEINELOR
8. Una dintre catenele de ADN are următoarea secvență de nucleotide:
Ts-T-T-A-A-Ts-A-Ts-Ts-Ts-T-G-A-Ts-G-T-G-A-Ts-G-Ts-G-G-Ts- C-G
Scrieți structura ARNm sintetizat pe această catenă. Care va fi compoziția de aminoacizi a fragmentului proteic sintetizat din aceste informații în ribozom?
aRNm
G-A-A-U-U-G-U-G-G-G-A-Ts-U-G-Ts-A-Ts-U-G-Ts-G-Ts-Ts-G- G-C-
Lanț polipeptidic
Glu-le-trp-gli-lei-gis-cis-ala-gli.
9. Desenați o diagramă schematică a procesului de sinteză a proteinelor.
10. Completează tabelul.
ETAPE DE IMPLEMENTARE A INFORMAȚIILOR EREDITARE ÎN CELULĂ
11. Citiți § 2.10 și pregătiți un răspuns la întrebarea: „De ce decodarea codului genetic este una dintre cele mai importante descoperiri științifice ale timpului nostru?”
Descifrarea codului genetic, adică determinarea „semnificației” fiecărui codon și a regulilor prin care se citesc informațiile genetice, este considerată una dintre cele mai izbitoare realizări ale biologiei moleculare.
S-a dovedit că codul este universal pentru cei vii. Descoperirea și descifrarea codului poate ajuta la găsirea modalităților de tratare a diferitelor boli cromozomiale, genomice și la studierea mecanismului proceselor metabolice la nivel celular și molecular.
O cantitate imensă de date experimentale se acumulează rapid. A început o nouă etapă în studiul ADN-ului. Biologia moleculară s-a orientat către sisteme supramoleculare și celulare mult mai complexe. S-a dovedit a fi posibil să abordăm problemele asociate cu genetica moleculară a eucariotelor, cu fenomenele ontogeniei.
12. Alegeți răspunsul corect.
Testul 1.
Sinteza proteinelor nu poate avea loc:
2) în lizozom;
Testul 2.
Transcrierea este:
3) sinteza ARNm pentru ADN;
Testul 3.
Toți aminoacizii care alcătuiesc proteina sunt codificați:
4) 64 de triplete.
Testul 4.
Dacă, pentru sinteza proteinelor, luăm ribozomii bibanului, enzimelor și aminoacizilor corbii cu glugă, ATP al unei șopârle agile și ARNm al unui iepure sălbatic, atunci proteina va fi sintetizată:
4) iepure sălbatic.
13. Stabiliți o corespondență între proprietățile codului genetic și caracteristicile acestora.
Proprietățile codului genetic
1. Triplet
3. Neambiguitate
4. Versatilitate
5. Non-suprapunere
6. Polaritate
Caracteristică
A. Fiecare nucleotidă face parte dintr-un singur triplet
B. Codul genetic este același pentru toate organismele vii de pe Pământ
B. Un aminoacid este codificat de trei nucleotide consecutive
D. Unele triplete definesc începutul și sfârșitul difuzării
E. Fiecare triplet codifică doar un aminoacid specific
E. Un aminoacid poate fi definit de mai multe triplete.
14. Introduceți elementul lipsă.
Nucleotidă - Scrisoare
Triplet - Cuvânt
Gene - Ofertă
15. Explicați originea și sensul general al cuvântului (termenului), pe baza semnificației rădăcinilor care îl alcătuiesc.
16. Selectați un termen și explicați modul în care sensul său modern se potrivește cu sensul original al rădăcinilor sale.
Termenul ales este transcrierea.
Conformitate - termenul corespunde semnificației sale originale, deoarece există un transfer de informații genetice de la ADN la ARN.
17. Formulează și notează ideile principale § 2.10.
Informațiile genetice din organismele vii sunt înregistrate folosind codul genetic. Un cod este un set de combinații de trei nucleotide (triplete) care codifică 20 de tipuri de aminoacizi care alcătuiesc o proteină. Codul are proprietăți:
1. Triplet
2. Degenerare (redundanță)
3. Neambiguitate
4. Versatilitate
5. Non-suprapunere
6. Polaritate.
Procesele prin care moleculele polimerice complexe sunt sintetizate în celulele vii se bazează pe informațiile genetice ale celulei codificate pe matrice (molecula ADN, ARN). Sinteza matricială este replicarea, transcrierea și traducerea ADN-ului.
informație
Toate caracteristicile morfologice, anatomice și funcționale ale oricărei celule și organisme în ansamblu sunt determinate de structura proteinelor specifice care alcătuiesc celulele. Capacitatea de a sintetiza numai proteine \u200b\u200bstrict definite este o proprietate caracteristică inerentă atât pentru fiecare specie, cât și pentru organismele individuale.
Într-o moleculă de ADN, secvența de aminoacizi pentru multe proteine \u200b\u200bpoate fi codificată. O secțiune a unei molecule de ADN care transportă informații despre structura unei proteine \u200b\u200bse numește genă.
O anumită secvență de aminoacizi din lanțul gulipeptidic (structura primară a proteinei) determină specificitatea moleculei de proteină și, în consecință, specificitatea trăsăturilor care sunt determinate de această proteină.
Proprietățile biologice ale proteinelor și specificitatea acestora depind de localizarea aminoacizilor în lanțul polipeptidic al unei molecule proteice. Asa de
astfel, structura primară a unei molecule proteice este determinată de o secvență specifică de nucleotide într-o regiune ADN (genă).
Genetic codul este un aranjament specific de nucleotide într-o moleculă de ADN care codifică aminoacizii într-o moleculă de proteină.
Patru baze azotate diferite (adenină, timină, citozină, guanină) sunt utilizate pentru a codifica cei 20 de aminoacizi din molecula ADN. Fiecare aminoacid este codificat de un grup de trei mononucleotide numite triplete (vezi tabelul 1)
Proprietățile genetice cod:
triplete - un aminoacid este codificat de un triplet care conține trei nucleotide. Un astfel de triplet se numește codon. Cu o combinație de patru nucleotide de trei 4 3, combinațiile probabile se vor ridica la 64 de variante (triplete), care este mai mult decât suficientă pentru a codifica 20 de aminoacizi;
"Degenerare",sau redundanța codului genetic, adică același aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete, deoarece sunt cunoscuți 20 de aminoacizi și 64 de codoni, de exemplu, fenil-alanina este codificată de două triplete (UUU, UUC), izoleucină - de trei (AUU, AUCAUA);
non-suprapunere,acestea. nu există semne de divizare între triplete în molecula ADN, acestea sunt situate într-o ordine liniară, urmând unul după altul, trei nucleotide adiacente formează un triplet;
liniaritateși absența semnelor de separare, adică tripletele dintr-o moleculă de ADN urmează una după alta într-o ordine liniară fără semne de oprire; dacă există o pierdere a unei nucleotide, atunci se va produce o „deplasare a cadrului”, ceea ce va duce la o modificare a secvenței de nucleotide din molecula de ARN și, prin urmare, la o modificare a secvenței de aminoacizi din molecula proteică;
versatilitate,acestea. pentru toate organismele, de la procariote la oameni, 20 de aminoacizi sunt codificați de aceleași triplete, care este una dintre dovezile unității originii întregii vieți de pe Pământ
colinearitatea(corespondență) -. dispunerea liniară a nucleotidelor în molecula ADN corespunde aranjamentului liniar al aminoacizilor din molecula proteică
Masa 1 geneticcodul
|
Primul fundament |
A doua bază |
A treia baza |
|||
Etapele implementării informațiilor genetice și
ACEASTArancriere - sinteza tuturor tipurilor de ARN pe o matrice de ADN. Transcrierea sau rescrierea nu are loc pe întreaga moleculă de ADN, ci pe locul responsabil pentru o anumită proteină (genă). Condiții necesare transcrierii:
a) desfacerea unei bucăți de ADN folosind proteine-enzime de derulare
b) prezența materialului de construcție sub formă de ATP. GTF. UTP. 1DTF
c) enzime de transcriere - ARN polimeraza I, II, III
d) energie sub formă de ATP.
Transcrierea are loc conform principiului complementarității. În același timp, cu ajutorul unor proteine-enzime speciale, secțiunea dublei spirale ADN este desfăcută, este o matrice pentru sinteza ARNm. Apoi de-a lungul lanțului ADN
enzima ARN-polimerază se mișcă, conectând nucleotidele între ele conform principiului complementarității în lanțul de ARN în creștere. Apoi, ARN-ul monocatenar este separat de ADN și părăsește nucleul celulei prin porii din membrana nucleară (Fig. 5)
Figura: 5 Reprezentarea schematică a transcrierii.
Diferențe în transcrierea pro- și eucariote.
În ceea ce privește organizarea chimică a materialului ereditar, eucariotele și procariotele nu diferă în mod fundamental. Se știe că materialul genetic este reprezentat de ADN.
Materialul ereditar al procariotelor este conținut în ADN circular, care se află în citoplasma celulei. Genele procariote sunt compuse în întregime din secvențe de nucleotide codificatoare.
Genele eucariote conțin regiuni informative - exone care transportă informații despre secvența de aminoacizi a proteinelor și regiuni neinformative - introni care nu poartă informații.
În consecință, transcrierea ARN messenger în eucariote are loc în 2 etape:
S) toate regiunile (introni și exoni) sunt rescrise (transcrise) - acest ARNm este numit imatur sau pro-iR NK.
2). proces cânta- maturizarea ARN-ului messenger. Cu ajutorul unor enzime speciale, regiunile intronice sunt tăiate, apoi exonii sunt cusuti. Fenomenul cusăturii exonului se numește splicing. Maturarea post-transcripțională a moleculei de ARN are loc în nucleu.
II. Transmisie(traducere), sau biosinteza proteinelor. Esența traducerii este traducerea unui cifru de patru litere de baze azotate într-un „dicționar” de aminoacizi de 20 de litere.
Procesul de traducere constă în transferul informațiilor genetice codificate în ARNm în secvența de aminoacizi a unei proteine. Biosinteza proteinelor se realizează în citoplasmă pe ribozomi și constă în mai multe etape:
Etapa pregătitoare (activarea aminoacizilor) constă în legarea enzimatică a fiecărui aminoacid cu propriul său ARNt și formarea unui complex aminoacid - ARNt.
Sinteza proteinelor în sine, care include trei etape:
a) inițiere - ARNm se leagă de subunitatea mică a ribozomului, primii codoni inițiatori sunt AUT sau GUG. Complexul metionil-ARNt corespunde acestor codoni. În plus, la inițiere sunt implicate trei proteine: factori care facilitează legarea ARNm la subunitatea mare a ribozomului, se formează un complex inițiator
b) alungire - alungirea lanțului polipeptidic. Procesul se desfășoară în 3 etape și constă în legarea codonului ARNm la anticodonul ARNt conform principiului complementarității în centrul activ al ribozomului, apoi în formarea unei legături peptidice între două reziduuri de aminoacizi și mișcarea dipeptidei un pas înainte și, în consecință, mișcarea ribozomului de-a lungul ARNm un codon înainte
c) terminare - sfârșitul traducerii, depinde de prezența codonilor de terminare sau „semnale de oprire” (UAA, UGA, UAH) în ARNm și enzime proteice - factori de terminare (Fig. 6).
Figura: 6. Schema de difuzare
a) etapa de alungire;
b) fluxul de proteine \u200b\u200bsintetizate în reticulul endoplasmatic
În celula pentru sinteza proteinelor, nu se utilizează unul, ci mai mulți ribozomi. Se numește un astfel de complex de lucru al ARNm cu mai mulți ribozomi poliribozom... În acest caz, sinteza proteinelor este mai rapidă decât utilizarea unui singur ribozom.
Deja în cursul translației, proteina începe să se încadreze într-o structură tridimensională și, dacă este necesar, preia o organizare cuaternară în citoplasmă.
Figura 7 Rolul acizilor nucleici în transmiterea informațiilor genetice
Sarcini lexico-gramaticale:
apărea
fi definit
să fie codificat decât
să fie caracterizat
a fi chemat
Sarcina numărul 1.Scrieți cuvintele și frazele date între paranteze în forma corectă.
Toate caracteristicile morfologice, anatomice și funcționale ale oricărei celule și organisme în ansamblu sunt determinate (structura proteinelor specifice).
Secvența aminoacizilor dintr-un lanț polipeptidic este determinată de (secvența) nucleotidelor dintr-o bucată de ADN numită (genă), iar secvența nucleotidelor din ADN se numește (cod genetic).
Fiecare aminoacid este codificat (un grup de trei nucleotide) numit a (triplet).
Codul genetic este caracterizat (următoarele trăsături: tripletness, degenerare, non-suprapunere, linearitate și absența virgulelor, universalitate).
Sunt codați 20 de aminoacizi (aceleași triplete).
Sarcina numărul 2.În loc de puncte, utilizați forme scurte și complete ale participiului, format din verbele a fi codificate - a fi codificate.
Secvența nucleotidelor din ADN, ... anumiți aminoacizi dintr-o moleculă proteică, se numește cod genetic.
Același acid poate fi ... mai multe triplete.
20 de aminoacizi ... cu aceleași triplete.
Există gene structurale, ... proteine \u200b\u200bstructurale și enzimatice, precum și gene cu informații pentru sinteza ARNt și ARNr etc.
Următorul pas în implementarea informațiilor genetice, ... într-o genă, este transcrierea.
fundamental (nu) diferă semnificativ pe cesemn
mult
Sarcina numărul 3. Citiți partea textului „Diferențe în transcriere în pro și eucariote”. Spuneți-ne despre etapele de realizare a informațiilor ereditare.
Sarcina numărul 4. Completează propoziții pe baza informațiilor din text.
Materialul ereditar al procariotelor este conținut în ....
Genele procariote sunt compuse în întregime din ...
Genele eucariote conțin ...
Transcrierea în eucariote are loc la ....
Traducerea constă în transferul de informații genetice codificate în ARNm în ...
Traducerea se efectuează în citoplasmă la data de ....
SarcinaNr. 5. Hartați etapele difuzării și partajați diagrama de flux a modului în care este difuzată difuzarea.
Deciziesarcini tipice
Regiunile genelor structurale din pro și eucariote au secvențe nucleotidice similare:
TsAT-GTZ-ACA- "PTD-TGA-AAA-TsAA-TsCH-ATA-TsTSTs-TsTG-TsGG-TsTT-GHA-ACA-ATA. Mai mult, în eucariote secvența nucleotidelor ACA-TTC-TGA-AAA și GHA-ACA -Cod AATA pentru regiunile intronice ale pro i-RNA Utilizând dicționarul de cod genetic, definiți:
a) ce secvență de nucleotide va avea ARNm transcris din acest sit ADN în procariote;
b) ce secvență de nucleotide va avea ARNm, transcris de pe acest sit ADN în eucariote;
c) ce secvență de aminoacizi va avea proteina codificată de această regiune genetică în pro și eucariote.