В каждой клетке синтезируется несколько тысяч различных белковых молекул. Белки недолговечны, время их существования ограничено, после чего они разрушаются. Способность синтезировать строго определенные белки закреплена наследственно, информация о том, какие белки нужно синтезировать в течение жизни клетки, закодирована в ДНК в виде последовательности нуклеотидов.
Ген — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность аминокислот, либо молекулы РНК
Генетический код — совокупность правил, согласно которым в живых клетках информация переводится с языка нуклеотидов (в цепи ДНК) в язык аминокислот (полипептидов)
В настоящее время известны следующие свойства генетического кода (ЭТО ВАЖНО, ВЫУЧИТЬ!) (Особенно обратить внимание на свойства однозначности и вырожденности)
1. Триплетность: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов (то есть тремя нуклеотидами)
2. Однозначность: один кодон (триплет) кодирует только одну аминокислоту. Например, кодон ЦУЦ кодирует только аминокислоту ЛЕЙ (лейцин) и больше никакую другую
3. Вырожденность (избыточность): одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Например, та же аминокислота ЛЕЙ кодируется триплетами ЦУЦ, УУА, УУГ, ЦУА и другими.
4. Универсальность: генетический код одинаков у всех организмов Земли.
5. Неперекрываемость: последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов. Например, у нас есть последовательность нуклеотидов ЦЦЦ-ААА-ГГГ. Соответственно, первый триплет – ЦЦЦ, второй – ААА, третий – ГГГ. Нуклеотид Ц не может входить одновременно и в первый и во второй триплет, как и нуклеотид А. Триплеты – строго три нуклеотида, три буковки.
Так выглядит таблица генетического кода (запоминать ее не нужно, она будет дана в ЕГЭ)
Как читать таблицу генетического кода?
Например, у нас дан триплет ЦАА. Нужно определить аминокислоту, которую он кодирует
Первый нуклеотид в триплете — один из четырех левого вертикального ряда
Второй — один из верхнего горизонтального ряда
Третий — из правого вертикального.
Соответственно триплет УАА кодирует аминокислоту ГЛН (глицин)
На таблице генетического кода есть 3 триплета, которые не кодируют никакие аминокислоты (стоят прочерки) – УАА, УАГ, УГА. Зачем же они нужны? Дело в том, что они являются терминирующими, то есть они заканчивают синтез последовательности аминокислот, называются они стоп-кодонами. Если бы не было этих триплетов, синтез белка был бы бесконечным процессом.
А начинается синтез белка всегда с триплета АУГ, который кодирует аминокислоту МЕТ (метионин)
Теперь рассмотрим подробнее, как же происходит процесс БИОСИНТЕЗА БЕЛКА.
Состоит он из 3 этапов:
1) Репликация – удвоение молекулы ДНК
2) Транскрипция – синтез иРНК
3) Трансляция – синтез аминокислот (полипептидов)
Краткую схему биосинтеза белка можно представить следующим образом:
ДНК à иРНК à белок
Процесс репликации подробно описан выше
Транскрипция:
- это синтез цепи иРНК на матрице ДНК. Происходит транскрипция В ЯДРЕ
В процессе транкрипции выделяют 3 этапа:
· Инициация. На этом этапе специальный фермент РНК-полимераза связывается с последовательностью нуклеотидов ДНК (промотор).
· Элонгация – удлиннение цепи иРНК. То есть, по сути это и есть синтез цепочки иРНК.
· Терминация – окончание синтеза цепи иРНК.
В итоге, на каждой из двух цепей ДНК синтезировалась своя цепочка иРНК по принципу комплементарности.
Как записать это в задаче?
К примеру, дана цепь ДНК: АЦТ – ГЦЦ – ТГГ
Нужно синтезировать цепь иРНК
Мы вспоминаем принцип комплементарности, по которому А=Т(У) и Г=Ц и строим цепь
иРНК: А меняется на У, Ц меняется на Г, Т меняется на А
иРНК: УГА – ЦГГ – АЦЦ
Цепь иРНК построена. Процесс транскрипции завершен.
После завершения транскрипции цепь иРНК выходит из ядра в цитоплазму.
Трансляция
- это процесс синтеза полипептида (аминокислот) на матрице иРНК. Происходит он НА РИБОСОМАХ
Его также можно разделить на 3 этапа:
· Инициация – сборка рибосомы.
Рибосома состоит из 2 субъединиц, малой и большой. В цитоплазме они находятся отдельно друг от друга. Что происходит на этапе инициации?
иРНК (которая синтезировалась в ядре и вышла в цитоплазму) присоединяется к малой субъединице рибосомы.
Далее к этой структуре подходит тРНК, несущая аминокислоту, и соединяется с цепью иРНК
Присоединяется большая субъединица рибосомы.
В итоге все это выглядит так:
· Элонгация – синтез аминокислотной последовательности (полипептидной цепи)
На рибосому один за одним приходят тРНК с определенными аминокислотами. Каждая тРНК по очереди присоединяется к триплету иРНК, и при соблюдении принципа комплементарности, аминокислота ощепляется и строится полипептидная цепь.
Например, кодон тРНК имеет последовательность ГЦА и несет аминокислоту АРГ. Соответственно по принципу комплементарности ГЦА может подойти только к триплету ЦГУ на иРНК. тРНК ищет этот триплет и, когда находит, отсоединяет свою аминокислоту АРГ и уходит обратно в цитоплазму.
· Терминация – окончание синтеза полипептида. Происходит с помощью 3 стоп-кодонов (три триплета, которые не кодируют ни одну аминокислоту в таблице генетического кода)
Синтез цепи аминокислот завершается. Эта цепь уходит в цитоплазму. Рибосома распадается на 2 субъединицы.
Как это записать в задаче?
К примеру, дана последовательность иРНК: УГА – ЦГГ – АЦЦ – УАА
Нам нужно синтезировать полипептидную цепочку.
Для этого нам нужно посмотреть в таблицу генетического кода
Таким образом, аминокислотная последовательность такова: сер – арг – тре – стоп-кодон
Теперь прилагаю реальную задачу (27) из ЕГЭ на генетический код, и полное ее оформление
Решение:
ДНК: ТТТ – АГЦ – ТГТ – ЦГГ – ААГ
ДНК (измененная): ТТТ – АГЦ – ТГА – ЦГГ – ААГ
По принципу комплементарности: А=Т(У), Г=Ц
иРНК: ААА – УЦГ – АЦА – ГЦЦ – УУЦ
иРНК(измененная): ААА – УЦГ – АЦУ – ГЦЦ – УУЦ
полипептид: лиз – сер – тре – ала – фен
полипептид (измененный): лиз – сер – тре – ала – фен
После возникшей мутации в ДНК, в результате которой третий нуклеотид в третьем триплете был заменен на А, полипептидная цепь не изменилась. То есть даже после произошедшей мутации она осталась такой: лиз – сер – тре – ала – фен. Это свойство генетического кода называется вырожденность (избыточность), которое заключается в том, что одна аминокислота (в данном случае ТРЕ) может кодироваться несколькими триплетами (в данном случае АЦА и АЦУ)
Теперь сами по этой схеме решите следующую задачу:
