Передача наследственной информации на клеточном уровне. Деление клетки

Биосинтез белка

Процессы жизнедеятельности организмов связаны с белками. Их синтез постоянно идет в клетках. У эукариот основная генетическая информация о структуре белков находится в ДНК ядра клетки, а синтез белков (трансляция) осуществляется в цитоплазме клеток на рибосомах, поэтому трансляции предшествует перенос генетической информации из ядра на рибосомы. Это происходит посредством процесса транскрипции. Транскрипция — процесс считывания, переписывания состоит в том, что на одной из нитей ДНК гена по принципу комплементарное™ синтезируется информационная РНК.

Транскрипция

Молекулы иРНК «считываются» с определенных участков хромосомной ДНК, называемых транскрипционными единицами (генами). В некоторых транскрипционных единицах ДНК-матрицей служит одна из двух цепей, а в других — комплементарная ей вторая цепь ДНК, причем рядом стоящие гены могут считываться с разных цепей ДНК. В качестве субстратов при биосинтезе иРНК используются рибо- нуклеозид-трифосфаты, находящиеся в клетке прокариот, а у эукариот — в ядре клетки. Процесс осуществляется в направлении от 5’ к 3’ концу с помощью ферментов, называемых РНК-полимеразами (РНК- транскриптазами). Матрицей служит цепочка ДНК 3’—5’.

Полимеразы локализованы в нуклеоплазме. Транскрипция идет в три этапа: 1) инициация (начало синтеза); 2) элонгация (рост цепочки РНК); 3) терминация (окончание синтеза).

Инициация транскрипции зависит от узнавания РНК-полимеразой нуклеотидных последовательностей промотора. На рис. 33 показаны структурные последовательности ДНК, общие для большинства промоторов Е. coli; у эукариот промотор устроен сложнее, однако как у прокариот, так и у эукариот для правильного выбора цепи ДНК и точки инициации транскрипции необходима ТАТА последовательность на 5’ конце в некодирующей цепи ДНК, т. е. в той, которая комплементарна цепи, служащей матрицей для синтеза РНК.

В ходе элонгации РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК, действуя подобно застежке-молнии, раскрывая двойную спираль, которая «расплетается» примерно на два витка (16—18 пар оснований) и замыкается позади фермента по мере того, как растет цепочка РНК. Промотор и терминатор не «считываются». Терминация определяется кодоном терминации.

У эукариот есть особенности транскрипции, которые связаны прежде всего с экзон-интронной структурой их генов.

Видео

Решение задач по расшифровке генетического кода

В молекулярной биологии широко используется таблица генетического кода. Ее применяют для определения последовательности аминокислот в белке.

Используя таблицу для расшифровки генетического ко

Используя таблицу для расшифровки генетического кода, следует вспомнить сокращенные названия аминокислот, которые нам понадобятся при решении задач.

Рассмотри алгоритм действий при решении задач на о

Рассмотри алгоритм действий при решении задач на определение генетического кода.

1. Разделим участок молекулы ДНК на отдельные трип

1. Разделим участок молекулы ДНК на отдельные триплеты: ААГ – ЦТТ – ТГЦ – ЦАГ.

2. Первый триплет начинается с аденина А ищем его в первом горизонтальном столбце. Учитываем, что нуклеотиды ДНК расположены в таблице генетического кода в скобках. Второе основание тоже аденинА расположен во втором горизонтальном столбце. Третье основание – гуанин Г, расположен в последнем столбце таблицы генетического кода. На пересечении столбцов мы находим необходимую аминокислоту – Фен, используя таблицу сокращений аминокислот, узнаем, что это фенилаланин.

3. Таким же способом определяем аминокислоты ещё д

3. Таким же способом определяем аминокислоты ещё для трех триплетов.

В итоге получаем для триплета ЦТТ – глутаминовая кислота, ТГЦ кодирует треонин, а ЦАГ – валин. Тогда у нас получилась следующая последовательность аминокислот: Фен – Глу – Тре – Вал. Соответственно, из данного отрезка молекулы ДНК образуется белок, состоящий из полученной последовательности аминокислот. Биосинтез белка сложный, многоступенчатый процесс, который рассмотрим в следующем пункте.

Принцип комплементарности

Спирали ДНК состоят из 4 нуклеотидов — это аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T). Соединены они водородными связями по правилу комплементарности. Работы Э. Чаргаффа помогли установить это правило, так как ученый заметил некоторые закономерности в поведении этих веществ. Э. Чаргафф открыл, что молярное отношение аденина к тимину равно единице. И точно так же отношение гуанина к цитозину всегда равно единице.

На основе его работ генетики сформировали правило взаимодействия нуклеотидов. Правило комплементарности гласит, что аденин соединяется только с тимином, а гуанин — с цитозином. Во время декодирования спирали и синтеза нового белка в рибосоме такое правило чередования помогает быстро найти необходимую аминокислоту, которая прикреплена к транспортной РНК.

Почему происходят мутации?

Почему некоторые гены начинают мутировать и перестают выполнять свою функцию — хранение жизненно необходимой наследственной информации? Это происходит из-за ошибки при декодировании. Например, если аденин случайно заменен на тимин.

Существуют также хромосомные и геномные мутации. Хромосомные мутации случаются, если участки наследственной информации выпадают, удваиваются либо вообще переносятся и встраиваются в другую хромосому.

Геномные мутации наиболее серьезны. Их причина — это изменение числа хромосом. То есть когда вместо пары — диплоидного набора присутствует в кариотипе триплоидный набор.

Наиболее известный пример триплоидной мутации — это синдром Дауна, при котором личный набор хромосом 47. У таких детей образуется 3 хромосомы на месте 21-й пары.

Известна также такая мутация, как полиплодия. Но полиплодия встречается только у растений.

Теги