Transmisión de información hereditaria por las células. ¿Dónde se forman las subunidades ribosómicas?

El código genético de diferentes organismos tiene algunas propiedades comunes:
1) Triplete. Para grabar a cualquier persona, incluido información hereditaria Se utiliza un cifrado específico, cuyo elemento es una letra o símbolo. La colección de tales símbolos constituye el alfabeto. Los mensajes individuales se escriben con una combinación de caracteres llamados grupos de códigos o codones. Un alfabeto muy conocido que consta de sólo dos caracteres es el código Morse. Hay 4 letras en el ADN: las primeras letras de los nombres. bases nitrogenadas(A, G, T, C), lo que significa que el alfabeto genético consta de sólo 4 caracteres. ¿Qué es un grupo de códigos o, en una palabra? codigo genetico? Hay 20 aminoácidos básicos conocidos, cuyo contenido debe estar escrito mediante el código genético, es decir, 4 letras deben dar 20 palabras clave. Digamos que una palabra consta de un carácter, entonces obtendremos solo 4 grupos de códigos. Si una palabra consta de dos caracteres, entonces solo habrá 16 de estos grupos, y esto claramente no es suficiente para codificar 20 aminoácidos. Por tanto, la palabra clave debe contener al menos 3 nucleótidos, lo que dará 64 (43) combinaciones. Este número de combinaciones de tripletes es suficiente para codificar todos los aminoácidos. Por tanto, un codón del código genético es un triplete de nucleótidos.
2) La degeneración (redundancia) es una propiedad del código genético que consiste, por un lado, en el hecho de que contiene tripletes redundantes, es decir, sinónimos, y, por otro, tripletes "sin sentido". Dado que el código incluye 64 combinaciones y solo están codificados 20 aminoácidos, algunos aminoácidos están codificados por varios tripletes (arginina, serina, leucina - seis; valina, prolina, alanina, glicina, treonina - cuatro; isoleucina - tres; fenilalanina, tirosina, histidina, lisina, asparagina, glutamina, cisteína, ácidos aspártico y glutámico - dos metionina y triptófano - un triplete). Algunos grupos de códigos (UAA, UAG, UGA) no tienen ninguna carga semántica, es decir, son tripletes "sin sentido". Los codones “sin sentido” o sin sentido funcionan como terminadores de cadena (signos de puntuación en el texto genético) y sirven como señal para el final de la síntesis de la cadena de proteínas. Esta redundancia de código tiene gran importancia para mejorar la confiabilidad de la transmisión Información genética.
3) No superpuestos. Los tripletes de código nunca se superponen, es decir, siempre se transmiten juntos. Al leer información de una molécula de ADN, es imposible utilizar la base nitrogenada de un triplete en combinación con las bases de otro triplete.
4) Inequívoco. No se dan casos en los que a un mismo triplete le corresponda más de un ácido.
5) Ausencia de marcas separadoras dentro del gen. El código genético se lee desde un lugar específico sin comas.
6) Versatilidad. Ud. varios tipos En los organismos vivos (virus, bacterias, plantas, hongos y animales) los mismos tripletes codifican los mismos aminoácidos.
7) Especificidad de especie. El número y la secuencia de bases nitrogenadas en la cadena de ADN varía de un organismo a otro.

Conferencia 5. Codigo genetico

Definición del concepto

El código genético es un sistema para registrar información sobre la secuencia de aminoácidos en las proteínas utilizando la secuencia de nucleótidos del ADN.

Porque el ADN participación directa no tiene lugar en la síntesis de proteínas, el código está escrito en lenguaje de ARN. El ARN contiene uracilo en lugar de timina.

Propiedades del código genético.

1. Triplete

Cada aminoácido está codificado por una secuencia de 3 nucleótidos.

Definición: un triplete o codón es una secuencia de tres nucleótidos que codifican un aminoácido.

El código no puede ser monopleto, ya que 4 (el número de nucleótidos diferentes en el ADN) es menor que 20. El código no puede ser doblete, porque 16 (el número de combinaciones y permutaciones de 4 nucleótidos por 2) es menor que 20. El código puede ser triplete, porque 64 (el número de combinaciones y permutaciones de 4 a 3) es más de 20.

2. Degeneración.

Todos los aminoácidos, a excepción de la metionina y el triptófano, están codificados por más de un triplete:

2 AK por 1 triplete = 2.

9 AK, 2 trillizos cada uno = 18.

1 AK 3 trillizos = 3.

5 AK de 4 trillizos = 20.

3 AK de 6 trillizos = 18.

Un total de 61 tripletes codifican 20 aminoácidos.

3. Presencia de signos de puntuación intergénicos.

Definición:

Gene - una sección de ADN que codifica una cadena polipeptídica o una molécula ARNt, rARN oARNs.

genesARNt, ARNr, ARNsLas proteínas no están codificadas.

Al final de cada gen que codifica un polipéptido hay al menos uno de los tres tripletes que codifican los codones de parada del ARN o señales de parada. En ARNm tienen la siguiente forma: UAA, UAG, UGA . Terminan (finalizan) la transmisión.

Convencionalmente, el codón también pertenece a los signos de puntuación. AGO - el primero después de la secuencia líder. (Ver Conferencia 8) Funciona como letra mayúscula. En esta posición codifica formilmetionina (en procariotas).

4. Inequívoco.

Cada triplete codifica sólo un aminoácido o es un terminador de traducción.

La excepción es el codón. AGO . En procariotas en la primera posición ( letra mayúscula) codifica formilmetionina y, en cualquier otro, metionina.

5. Compacidad o ausencia de signos de puntuación intragénicos.
Dentro de un gen, cada nucleótido es parte de un codón significativo.

En 1961, Seymour Benzer y Francis Crick demostraron experimentalmente la naturaleza triple del código y su compacidad.

La esencia del experimento: mutación "+": inserción de un nucleótido. Mutación "-" - pérdida de un nucleótido. Una sola mutación "+" o "-" al comienzo de un gen estropea todo el gen. Una mutación doble "+" o "-" también estropea todo el gen.

Una triple mutación “+” o “-” al comienzo de un gen estropea sólo una parte del mismo. Una mutación cuádruple “+” o “-” vuelve a estropear todo el gen.

El experimento demuestra que El código se transcribe y no hay signos de puntuación dentro del gen. El experimento se llevó a cabo en dos genes de fagos adyacentes y mostró, además, Presencia de signos de puntuación entre genes.

6. Versatilidad.

El código genético es el mismo para todas las criaturas que viven en la Tierra.

En 1979, Burrell abrió ideal Código de mitocondrias humanas.

Definición:

“Ideal” es un código genético en el que se cumple la regla de degeneración del código cuasi-doblete: si en dos tripletes los dos primeros nucleótidos coinciden y el tercer nucleótido pertenece a la misma clase (ambos son purinas o ambos son pirimidinas) , entonces estos tripletes codifican el mismo aminoácido.

Hay dos excepciones a esta regla en el código universal. Ambas desviaciones del código ideal en lo universal se relacionan con puntos fundamentales: el comienzo y el final de la síntesis de proteínas:

Código genético y sus propiedades.

El registro de información genética en forma de secuencia de nucleótidos en moléculas de ADN y ARNm se denomina codigo genetico.

Un triplete de nucleótidos que codifica un aminoácido específico se llama codón. Un codón es la unidad funcional básica de un gen.

Propiedades del código genético:

- triplicidad: un codón corresponde a un aminoácido en una molécula de polipéptido;

- versatilidad: en todos los organismos vivos el mismo codón determina los mismos aminoácidos;

- no superpuesto: un nucleótido es parte de un solo triplete;

- degeneración, o redundancia: un aminoácido puede estar codificado por varios tripletes (aminoácidos - 20, posibles tripletes - 64);

- continuidad(sin marcas de separación entre nucleótidos);

- unidireccionalidad(La formación de ARNm se produce en la dirección desde el extremo de 3" al extremo de 5").

Presencia entre trillizos codones de inicio(La biosíntesis de proteínas comienza con ellos), Codones terminadores(indica el final de la biosíntesis de proteínas).

La correspondencia del orden de los nucleótidos en una molécula de ADN con el orden de los aminoácidos en una molécula de polipéptido se llama colinealidad.

Los genes se caracterizan por: especificidad, integridad, discreción, estabilidad, labilidad, pleiotropía, expresividad y penetrancia.

1. Especificidad– una secuencia de nucleótidos única para cada gen estructural.

2. Integridad– como unidad funcional (programación de la síntesis de proteínas), el gen es indivisible.

3. Discreción– el gen contiene subunidades: mutón – subunidad responsable de la mutación; recon – responsable de la recombinación. Su tamaño mínimo es un par de nucleótidos.

4. Estabilidad– los genes son relativamente estables (estables). La tasa de mutación espontánea de un solo gen es aproximadamente de 1:10-5 por generación.

5. Labilidad– la estabilidad de los genes no es absoluta, pueden cambiar y mutar.

6. Pleiotropía– acción de múltiples genes (un gen es responsable de varios rasgos).

7. expresividad– grado de manifestación fenotípica del gen. Está determinado por factores ambientales y la influencia de otros genes.

8. Penetrancia– frecuencia de manifestación genética: relación (en porcentaje) del número de individuos que tienen esta señal, al número de individuos que tienen este gen.

Clasificación genética

Según sus funciones, los genes se clasifican en estructurales y funcionales. Los genes estructurales contienen información sobre proteínas enzimáticas, histonas y la secuencia de nucleótidos en diferentes tipos ARN.

Los genes funcionales influyen en el funcionamiento de los genes estructurales. Los genes funcionales son genes moduladores y genes reguladores. Genes moduladores– estos son inhibidores, intensificadores, modificadores. Fortalecen, debilitan o cambian el funcionamiento de genes estructurales. Regular el funcionamiento de genes estructurales. reguladores genéticos Y genes operadores.

Genotipo de todos células somáticas los organismos de la misma especie son iguales. Pero las células de diferentes tejidos son diferentes entre sí. Probablemente esto se deba a que en ellos operan diferentes bloques de genes. La región donde se expresa la acción de este gen se llama su campo de acción(por ejemplo, distribución línea de pelo en el cuerpo humano). Como regla general, los genes que determinan ciertos rasgos “funcionan” de manera inconsistente (por ejemplo, genes que determinan la síntesis de hormonas sexuales); su función disminuye significativamente con la edad. El período de funcionamiento del gen se llama duración de su acción.

Según el lugar de acción, los genes se dividen en tres grupos.

1) funcionando en todas las células (por ejemplo, genes que codifican enzimas metabolismo energético);

2) funcionamiento en las células de un tejido (determinando la síntesis de la proteína miosina en Tejido muscular);

3) específico de un tipo de célula (genes de hemoglobina en glóbulos rojos inmaduros).

Los genes realizan dos funciones principales en una célula.

Función heterosintética Es la programación de la biosíntesis de proteínas en la célula.

Función autosintética– Replicación en hélice de ADN (autoduplicación de ADN).

Después del descubrimiento de la estructura del ADN. por mucho tiempo Se creía que el cromosoma bacteriano es ADN puro en forma de doble hélice. Sin embargo, más tarde resultó que el cromosoma de los procariotas contiene aproximadamente un 20% de proteínas en su estructura. Su función es asegurar una cierta compactación y unión del ADN a la membrana bacteriana. Actualmente se conocen las proteínas del cromosoma procariótico. Se ha demostrado que las mutaciones en los genes correspondientes no provocan manifestaciones fenotípicas perceptibles. Al parecer, el papel de estas proteínas es auxiliar y pueden reemplazarse entre sí para crear una determinada estructura. Por tanto, los procariotas, a diferencia de los eucariotas, no tienen un sistema de organización cromosómica altamente especializado.

El cromosoma eucariota está formado principalmente por proteínas (50-60%) y ADN, con una pequeña cantidad de moléculas de ARN (hasta un 10% de la cantidad de ADN). Las proteínas se pueden dividir en proteínas histonas (la mitad o la mayoría de las proteínas cromosómicas) y proteínas no histonas. A su vez, las proteínas histonas, cuya participación en la estructura del cromosoma es de hasta el 80%, se dividen en 5 clases principales: H3, H4, H2A y H2B y H1. Las proteínas no histonas (en su mayoría ácidas, a diferencia de las histonas) están representadas por gran cantidad varios tipos. Se ha demostrado que todos ellos participan en la formación de estructuras a nivel supramolecular. El ADN cromosómico de una célula eucariota está empaquetado de forma extremadamente compacta. Por ejemplo, el cromosoma humano más pequeño, el 22, contiene aproximadamente 4,6 * 107 pb, lo que corresponde a una longitud de 1,4 cm. Durante la mitosis, este cromosoma se acorta a 2 µm, es decir. se vuelve 7000 veces más compacto. Obviamente, para lograr tal densidad de empaquetamiento y mantener la efectividad del principal procesos genéticos(generalmente asociado con el desempaquetamiento local), la estructura cromosómica debe tener varios niveles de organización. La sustancia de un cromosoma es la cromatina. Este término enfatiza la capacidad de teñir la sustancia cromosómica, visible ya en la etapa de interfase. Estructura química La cromatina varía según la longitud del cromosoma y la cromatina misma sufre niveles diferentes su empaquetamiento desde la interfase hasta la metafase de la división celular.

Hay dos más modelos famosos, explicando el mecanismo de empaquetamiento de la cromatina. Según uno de ellos, el más famoso en literatura extranjera, la cadena de ADN sufre cinco niveles de compactación, desde 2 nm (su propio diámetro) hasta 1400 nm (cromosoma en metafase altamente condensado).

Nivel más bajo La organización jerárquica de los cromosomas se considera nucleosomal. El nucleosoma consta de un núcleo (núcleo, varilla) y ADN enrollado a su alrededor (146 pb, 1,8 vueltas). El núcleo es un octámero de histonas de H2A, H2B, NZ, H4 (dos moléculas de cada uno). La cromatina en esta etapa tiene la apariencia de “cuentas” (glóbulos con un diámetro de 11 nm) ensartadas en un “hilo” ( ADN molecular). Esta estructura asegura una compactación de aproximadamente 6-7 veces.

La segunda etapa de compactación es la formación de una fibrilla de cromatina con un diámetro de 30 nm. Este proceso involucra a la histona HI, que se une al ADN entre los núcleos nucleosomales y pliega la fibrilla nucleosomal en una espiral, como un solenoide, con un paso de 6 a 8 nucleosomas. El nivel de compactación en esta etapa alcanza aproximadamente 40.

La tercera etapa, el dominio del bucle, es la más difícil. La fibrilla del solenoide se pliega para formar bucles de diferentes longitudes. Nivel general la compactación aumenta a 1000, pero, obviamente, puede variar en diferentes regiones del cromosoma. El diámetro medio de dicha estructura es de 300 nm, aparentemente, es el más típico de un cromosoma en interfase.

En la cuarta etapa de compactación, las fibrillas de 300 nm se pliegan aún más, formando cromátidas con un diámetro de aproximadamente 600 a 700 nm.

La última, quinta etapa de compactación (7000 veces) es característica del cromosoma en metafase; su diámetro es de 1400 nm. Existe otro esquema conocido para la compactación de la cromatina, propuesto por Yu.S. Chentsov. Se basa en datos de microscopía óptica y electrónica. Según este modelo, el primer nivel también es nucleosomal. En la segunda etapa, 8 nucleosomas forman un glóbulo llamado nucleómero. Varios nucleómeros muy espaciados forman una fibrilla de 20 a 30 nm. El tercer nivel es cromomérico. Los bucles de fibrillas de DNP unidos por proteínas no histonas forman estructuras en forma de roseta. En el cuarto nivel, el cromonémico, se unen para formar estructuras que constan de dominios de bucle. Se supone que en el siguiente, quinto nivel de compactación, característico de las cromátidas, se produce la disposición en espiral de los hilos cromonémicos.

El código es triplete. El ARN contiene 4
nucleótido: A, G, C, U. Si
intentó designar un aminoácido
un nucleótido, luego 16 de 20
no quedarían aminoácidos
cifrado. código de dos letras
nos permitiría cifrar 16 aminoácidos
(a partir de cuatro nucleótidos puedes hacer
16 combinaciones diferentes, cada una
que tiene dos nucleótidos).
La naturaleza creó una letra de tres letras, o
código triplete. Esto significa que cada
de 20 aminoácidos cifrados
secuencia de tres nucleótidos,
llamado triplete o codón. de 4
Se pueden crear 64 nucleótidos diferentes
combinaciones de 3 nucleótidos cada una
(4*4*4=64). Esto es más que suficiente para
codificando 20 aminoácidos y parecía
Sería que 44 codones son redundantes. Sin embargo
esto está mal.
2. El código está degenerado. Esto significa que cada
aminoácido está cifrado por más de un
codón (dos a seis). Excepción
los aminoácidos metionina y
triptófano, cada uno de los cuales está codificado
sólo un triplete. (Esto se puede ver en
tablas de códigos genéticos.) El hecho
que la metionina está codificada por un triplete
OUT tiene un significado especial que
quedará claro más adelante (16).
3. El código no es ambiguo. Cada codón cifra
sólo un aminoácido. Todos tienen
personas sanas en el gen portador
información sobre la cadena beta de la hemoglobina,
triplete GAA o GAG, situado en el sexto
sitio, codifica el ácido glutámico. Ud.
pacientes con anemia falciforme
Se reemplaza el segundo nucleótido de este triplete.
a U. Como se puede ver en la tabla, los trillizos de GUA
o GUG, que en este caso
se forman, codificando el aminoácido valina.
¿A qué conduce tal reemplazo?
ya lo sabes por la sección sobre ADN.
4. Hay “signos” entre genes
puntuación". En texto impreso al final.
Cada frase tiene un punto. Alguno
frases relacionadas en significado maquillaje
párrafo. En el lenguaje de la información genética.
dicho párrafo es el operón y
su ARNm complementario. Cada gen en
El operón codifica un polipéptido.
cadena - frase. Ya que en algunos casos
según la matriz de ARNm secuencialmente
se crean varios diferentes
cadenas polipeptídicas, deben ser
separados unos de otros. Para hacer esto en
Hay tres códigos genéticos.
triplete especial - UAA, UAG, UGA,
cada uno de los cuales representa
detener la síntesis de un polipéptido
cadenas. Entonces estos trillizos
sirven como signos de puntuación.
Se encuentran al final de cada gen.
No hay "signos de puntuación" dentro del gen.
Dado que el código genético es similar.
idioma, veamos esta propiedad usando un ejemplo
tal frase compuesta de trillizos:
Érase una vez un gato tranquilo, ese gato era querido para mí.
El significado de lo escrito es claro, a pesar de
ausencia de signos de puntuación.
eliminar una letra de la primera palabra (una
nucleótido en el gen), pero también leeremos
en tres letras, se convierte en un disparate:
ilb ylk ott ihb yls erm ilm no otk de
Una violación del significado también ocurre cuando
la pérdida de uno o dos nucleótidos de
gene. Proteína de la que se leerá
no tendrá un gen tan dañado
nada que ver con la proteína que
codificado por un gen normal.
6. El código es universal. El código genético es uno.
para todas las criaturas que viven en la Tierra. Ud.
bacterias y hongos, trigo y algodón, pescado
y los gusanos, las ranas y los humanos son iguales
los trillizos codifican lo mismo
aminoácidos.

El código es triplete. El ARN contiene 4
nucleótido: A, G, C, U. Si
intentó designar un aminoácido
un nucleótido, luego 16 de 20
no quedarían aminoácidos
cifrado. código de dos letras
nos permitiría cifrar 16 aminoácidos
(a partir de cuatro nucleótidos puedes hacer
16 combinaciones diferentes, cada una
que tiene dos nucleótidos).
La naturaleza creó una letra de tres letras, o
código triplete. Esto significa que cada
de 20 aminoácidos cifrados
secuencia de tres nucleótidos,
llamado triplete o codón. de 4
Se pueden crear 64 nucleótidos diferentes
combinaciones de 3 nucleótidos cada una
(4*4*4=64). Esto es más que suficiente para
codificando 20 aminoácidos y parecía
Sería que 44 codones son redundantes. Sin embargo
esto está mal.
2. El código está degenerado. Esto significa que cada
aminoácido está cifrado por más de un
codón (dos a seis). Excepción
los aminoácidos metionina y
triptófano, cada uno de los cuales está codificado
sólo un triplete. (Esto se puede ver en
tablas de códigos genéticos.) El hecho
que la metionina está codificada por un triplete
OUT tiene un significado especial que
quedará claro más adelante (16).
3. El código no es ambiguo. Cada codón cifra
sólo un aminoácido. Todos tienen
personas sanas en el gen portador
información sobre la cadena beta de la hemoglobina,
triplete GAA o GAG, situado en el sexto
sitio, codifica el ácido glutámico. Ud.
pacientes con anemia falciforme
Se reemplaza el segundo nucleótido de este triplete.
a U. Como se puede ver en la tabla, los trillizos de GUA
o GUG, que en este caso
se forman, codificando el aminoácido valina.
¿A qué conduce tal reemplazo?
ya lo sabes por la sección sobre ADN.
4. Hay “signos” entre genes
puntuación". En texto impreso al final.
Cada frase tiene un punto. Alguno
frases relacionadas en significado maquillaje
párrafo. En el lenguaje de la información genética.
dicho párrafo es el operón y
su ARNm complementario. Cada gen en
El operón codifica un polipéptido.
cadena - frase. Ya que en algunos casos
según la matriz de ARNm secuencialmente
se crean varios diferentes
cadenas polipeptídicas, deben ser
separados unos de otros. Para hacer esto en
Hay tres códigos genéticos.
triplete especial - UAA, UAG, UGA,
cada uno de los cuales representa
detener la síntesis de un polipéptido
cadenas. Entonces estos trillizos
sirven como signos de puntuación.
Se encuentran al final de cada gen.
No hay "signos de puntuación" dentro del gen.
Dado que el código genético es similar.
idioma, veamos esta propiedad usando un ejemplo
tal frase compuesta de trillizos:
Érase una vez un gato tranquilo, ese gato era querido para mí.
El significado de lo escrito es claro, a pesar de
ausencia de signos de puntuación.
eliminar una letra de la primera palabra (una
nucleótido en el gen), pero también leeremos
en tres letras, se convierte en un disparate:
ilb ylk ott ihb yls erm ilm no otk de
Una violación del significado también ocurre cuando
la pérdida de uno o dos nucleótidos de
gene. Proteína de la que se leerá
no tendrá un gen tan dañado
nada que ver con la proteína que
codificado por un gen normal.
6. El código es universal. El código genético es uno.
para todas las criaturas que viven en la Tierra. Ud.
bacterias y hongos, trigo y algodón, pescado
y los gusanos, las ranas y los humanos son iguales
los trillizos codifican lo mismo
aminoácidos.