Strukturer, hovedtyper af RNA, deres rolle i proteinsyntese. Overførsel af arvelig information DNA-RNA-protein

Alle levende ting er afhængige af tre grundlæggende molekyler for stort set alle deres biologiske funktioner. Disse molekyler er DNA, RNA og protein. To DNA-strenge roterer i modsatte retninger og er placeret ved siden af ​​hinanden (antiparallel). Det er en sekvens af fire nitrogenholdige baser langs rygraden, der koder for biologisk information. Ifølge den genetiske kode transformeres RNA-strengene for at bestemme aminosyresekvensen i proteiner. Disse RNA-strenge er oprindeligt skabt ved hjælp af DNA-strenge som skabelon i en proces kaldet transkription.

Uden DNA, RNA og proteiner ville der ikke eksistere noget biologisk liv på Jorden. DNA er et intelligent molekyle, der koder for det komplette sæt af genetiske instruktioner (genom), der er nødvendige for at samle, vedligeholde og reproducere enhver levende ting. RNA spiller flere vitale roller i kodning, afkodning, regulering og ekspression af genetik. RNA's vigtigste opgave er at fremstille proteiner i henhold til de instruktionssæt, der er kodet i cellens DNA.

DNA består af sukker, nitrogenholdig base og fosfatgruppe. RNA er det samme.

I DNA består den nitrogenholdige base af nukleinsyrer: cytosin (C), guanin (G), adenin (A) og thymin (T). Metafysisk er hver af disse nukleinsyrer forbundet med planetens elementære stoffer: Luft, Vand, Ild og Jord. Når vi forurener disse fire grundstoffer på Jorden, forurener vi den tilsvarende nukleinsyre i vores DNA.

Men i RNA består den nitrogenholdige base af nukleinsyrer: cytosin (C), guanin (G), adenin (A) og uracil (U). Derudover er hver af RNA-nukleinsyrerne forbundet med planetens elementære stoffer: Luft, Vand, Ild og Jord. I både DNA og RNA svarer mitokondrielt DNA til det femte grundelement i den kosmiske æter, der udgår fra kun fra mor... Dette er et eksempel på allotropi, som er træk ved et lille antal kemiske grundstoffer i to eller flere forskellige former, kendt som allotroper af disse grundstoffer. Allotroper er forskellige strukturelle modifikationer af et element. Vores DNA er en allotrop af de fire grundlæggende planetariske elementer.

Den vigtigste biologiske funktion af nitrogenholdige baser i DNA er at kombinere nukleinsyrer. Adenin kombineres altid med thymin og guanin med cytosin. Disse er kendt som parrede baser. Uracil er kun til stede i RNA, erstatter thymin og forbinder med adenin.

Både RNA og DNA bruger baseparret (mand + kvinde) som et ekstra sprog, der kan omdannes i enhver retning mellem DNA og RNA af passende enzymer. Dette maskulin-feminine sprog eller baseparrede struktur giver en sikkerhedskopi af al den genetiske information, der er kodet i det dobbeltstrengede DNA.

Omvendt parret base

Alt DNA og RNA fungerer efter et baseparret kønsprincip, hvilket skaber en hydrogenbinding. De parrede baser skal slutte sig sammen i rækkefølge, så DNA og RNA kan interagere (i henhold til det originale design af vores 12 DNA-strenge, Diamond Sun Body), samt tillade RNA at producere funktionelle linkbyggende proteiner, der syntetiserer og korrigerer DNA-dobbelt helix. Humant DNA er blevet beskadiget af baseparmutationer og ændringer i parring eller sekvensredigeringsindsættelser af konstruerede organismer såsom en virus. Nephilim Reverse Grid (NRG) Gender Splitting Technology, der påvirker alle mandlige og kvindelige sprog og deres forhold. Kopier af DNA skabes ved at forbinde mandlige-hunlige baseparrede nukleinsyreunderenheder på hver streng af det originale DNA-molekyle. En sådan forbindelse forekommer altid i visse kombinationer. Ændringer i den grundlæggende DNA-forbindelse, såvel som mange niveauer af genetisk modifikation og genetisk kontrol, bidrager til undertrykkelsen af ​​DNA-syntese. Det er den bevidste undertrykkelse af aktiveringen af ​​de 12 DNA-strenge fra det originale design, Silicon Matrix, samlet og bygget af proteiner. Denne genetiske undertrykkelse er blevet aggressivt forfulgt siden Atlantis-katastrofen. Det er direkte relateret til undertrykkelsen af ​​foreningen af ​​hierogami, som opnås ved den korrekte kombination af DNA-baser, ved hjælp af hvilke proteiner kan skabes og samles for at genoprette de brændende DNA-bogstaver.

RNA-redigering med aspartam

Et eksempel på genetisk modifikation og menneskelige eksperimenter er brugen af ​​aspartam *. Aspartam er kemisk syntetiseret ud fra aspartat, hvilket forringer funktionen af ​​uracil-thymin-bindingen i DNA, og også reducerer funktionen af ​​RNA-proteinsyntese og kommunikation mellem RNA og DNA. RNA-redigering ved at tilføje eller fjerne uracil og thymin genkodede cellens mitokondrier, hvor mitokondrieskade bidrog til neurologisk sygdom. Thimin er en kraftfuld beskytter af DNA-integritet. Derudover producerer synkning af uracil substratet aspartat, kuldioxid og ammoniak.

Interferens med nitrogenkredsløbet

Som et resultat af den industrielle revolution, indførelsen af ​​et militærkompleks gennem kontakt med negative udlændinge, er den overordnede nitrogencyklus blevet væsentligt ændret i løbet af det sidste århundrede. Mens nitrogen er essentielt for alt kendt liv på Jorden, er krige om fossile brændstoffer blevet udkæmpet, bevidst drevet af ADV, forurenet Jorden og beskadiget DNA. Nitrogen er en bestanddel af alle aminosyrer, der udgør proteiner, og er til stede i de baser, der udgør RNA- og DNA-nukleinsyrerne. Men ved at føre krige om fossile brændstoffer, tvinge brugen af ​​forbrændingsmotorer, skabelsen af ​​kemisk gødning og forurening af miljøet fra køretøjer og industrier, har mennesker bidraget til den alvorlige toksicitet af nitrogen i biologiske former. Nitrogenoxid, kuldioxid, metan, ammoniak skaber alle en drivhusgas, der forgifter Jorden, drikkevandet og havene. Denne forurening forårsager DNA-skader og mutationer.

Elementær ændring i smertekroppen

Mange af os har således oplevet elementære ændringer i vores blod, kropsdele (især på overfladen af ​​huden, der reagerer på ændringer i blodet) og dybtgående ændringer i vores celler og væv. Revitaliseringen af ​​stoffet som følge af magnetiske ændringer trænger også ind i niveauerne af vores emotionelle-elementære krop, hvilket i væsentlig grad påvirker de cellulære reaktioner og hukommelsen, der er lagret i den instinktive krop (smerte-krop).

Denne nye cyklus tvinger os hver især til at være opmærksomme på vores instinktive krop, vores følelsesmæssige-elementære smerte-krop, og hvad der sker med den. Forholdet mellem sol- og månekræfterne og deres kombinerede virkning på polariteterne af planetlegemets kræfter tilpasser sig denne effekt på magnetfeltet.

Desværre fører en misforståelse af de højere principper i Naturloven til stort kaos og lidelse for dem, der vedholdende tolererer ødelæggelse, splittelse og vold, uanset de anvendte metoder.

Ikke desto mindre fortsætter masseudvandringen af ​​månekræfter, skabninger i månekæden, faldne engle fra vores planet og solsystemet og fortsætter på nuværende tidspunkt. Siden karantænen er blevet løftet fra solsystemet, og de, der svarer til Ascension (eller er rene af hjertet), vil opleve en dyb omstilling af deres hellige energicentre, der bevæger sig fra månens til solpåvirkninger. Denne bifurkation af sol- og månekræfter fortsætter ændringer ikke kun i den følelsesmæssige-elementære krop, men også i det sakrale center og alle reproduktive organer. Hun bringer justeringer eller indsigt til mange af problemerne forbundet med seksuel lidelse, som er blevet programmeret baseret på skjulte historier forbundet med månekædens entiteter. Moderens magnetiske kommandosæt og mitokondrier genopretter også Solar Femininity for deres jordiske børn.

DNA syntese

Ved at indse, at vores følelsesmæssige-elementære krop bevæger sig fra kulstof-baserede atomer til højere-baserede elementer gennem højfrekvent aktivering og planetariske magnetiske ændringer, kan vi forbinde punkterne i den åndelige udvikling af vores egne kroppe forbundet med personlige alkymistiske processer. Når Sophia-kroppen er genoprettet, smelter den alkymistiske transformation af vores bevidsthedsudvikling sammen med den videnskabelige forståelse af DNA-syntese. DNA-syntese er lige så vigtig som DNA-aktivering, der spiller en vigtig og umiddelbar rolle i spirituel opstigning. Mor bringer rekorden af ​​mitokondrielt DNA tilbage gennem magnetisk fluxændring, og genopretter planen for vores blod, hjerne og nervesystem for højere funktion med vores sande originale DNA.

*EN Spartame er et gensplejset kemikalie, der distribueres og bruges på markedet som fødevaretilsætningsstof

Oversættelse: Oreanda Web

Først et par generelle bestemmelser.

Hele programmet af kemiske processer i kroppen er registreret i DNA - den molekylære lagring af genetisk information. Normalt er strømmen af ​​denne information repræsenteret af et diagram: DNA RNA PROTEIN, som repræsenterer processen med at oversætte det genetiske sprog af nukleotidsekvenser til aminosyresekvenser. DNA-skema RNA betegner biosyntesen af ​​RNA-molekyler, hvis nukleotidsekvens er komplementær til en eller anden region (gen) af DNA-molekylet. Denne proces kaldes almindeligvis transkription. Således syntetiseres tRNA, rRNA, mRNA. Betegnelsen RNA PROTEK udtrykker biosyntesen af ​​polypeptidkæder, hvis aminosyresekvens er sat af nukleotidsekvensen af ​​mRNA med deltagelse af tRNA og rRNA. Denne proces kaldes broadcast. Begge processer finder sted med deltagelse af adskillige proteiner, der udfører katalytiske og ikke-katalytiske funktioner.

RNA biosyntese.

Til syntese af alle typer RNA (p, t, m) bruges kun én type enzym: DNA - afhængig RNA - polymeraser, som omfatter en tæt bundet zinkion. Afhængigt af hvilken type RNA der syntetiseres, isoleres RNA - polymerase 1 (katalyserer syntesen af ​​rRNA), RNA - polymerase 2 (mRNA) og RNA - polymerase 3 (tRNA). En anden type findes i mitokondrier - RNA - polymerase 4. Molekylvægten af ​​alle typer RNA - polymeraser ligger i intervallet 500.000 - 600.000. Al syntese forløber i overensstemmelse med informationen indeholdt i de tilsvarende DNA-gener. Uanset hvilken kilde RNA-enzymet - polymerase (fra dyr, planter, bakterier) er isoleret, er det kendetegnet ved følgende funktioner ved funktion in vivo: 1) Der anvendes triphosphonukleosider, ikke di- og ikke-monophosphonukleosider. 2) For optimal aktivitet kræves en co-faktor - magnesiumion. 3) Enzymet bruger kun én DNA-streng som skabelon til syntesen af ​​en komplementær kopi af RNA (hvorfor syntesen også er en skabelon). Sekventiel binding af nukleotider sker, så kæden vokser fra 5' til 3'-enden (5' - 3' iolymerisering):

F - F - F - 5` F - F - F - 5` F - F - F -5`

5) For at starte syntesen kan en frødel af RNA bruges:

Nukleosidtrifosfat

(RNA) n rester (RNA) n + 1 + IF

RNA - polymerase

Samtidig kan polymerisering fortsætte (oftere gør det) uden podning, ved kun at bruge ét nukleosidtrifosfat i stedet for en podningsdel (som regel er dette ATP eller GTP).

6) Under denne polymerisation kopierer enzymet kun én DNA-streng og bevæger sig langs skabelonen i 3` - 5` retningen. Valget af det kopierede net er ikke tilfældigt.

7) Template-DNA-kæden indeholder signaler for initiering af RNA-syntese for enzymet, lokaliseret i bestemte positioner før begyndelsen af ​​genet, og signaler for terminering af syntese, lokaliseret efter afslutningen af ​​et gen eller en gruppe af gener.

8) Til de ovenfor beskrevne processer kan der være behov for supercoiled DNA, som hjælper med at genkende signalerne om initiering og afslutning af syntese og letter bindingen af ​​RNA-polymerase til matrixen.

RNA - polymerase er et oligomert enzym, der består af 5 underenheder: alfa, alfa`, beta, beta`, gamma. Visse underenheder svarer til visse funktioner: for eksempel er beta-underenheden involveret i dannelsen af ​​en phosphodiesterbinding, gamma-underenheden er involveret i genkendelsen af ​​startsignalet.

Den region af DNA, der er ansvarlig for den indledende binding af RNA-polymerase, kaldet en promotor, indeholder 30 - 60 par nitrogenholdige baser.

RNA-syntese under påvirkning af DNA - afhængig RNA - polymerase sker i 3 trin: initiering, forlængelse, afslutning.

1) Initiering - gamma-underenheden, der er en del af RNA-polymerasen, bidrager ikke kun til "genkendelsen" af promotor-DNA-regionerne, men binder også direkte i regionen af ​​TATA-sekvensen. Ud over det faktum, at TATA-regionen er et signal til genkendelse, kan den også have den mindste styrke af hydrogenbindinger, hvilket letter "udviklingen" af DNA-strenge. Der er bevis for, at cAMP også deltager i stimuleringen af ​​denne proces. Gamma-underenheden af ​​RNA, polymerase, deltager også i åbningen af ​​DNA-dobbelthelixen. I dette tilfælde tjener en af ​​DNA-strengene som skabelon for syntesen af ​​en ny RNA-streng. Og så snart denne syntese begynder, adskilles gamma-underenheden fra enzymet og bliver i fremtiden knyttet til et andet enzymmolekyle for at deltage i en ny transkriptionscyklus. DNA "udvinding" opstår, når RNA - polymerase bevæger sig langs den kodende streng. Det er nødvendigt for den korrekte dannelse af komplementære par med nukleotider indsat i RNA-kæden. Størrelsen af ​​den afviklede DNA-sektion er konstant gennem hele processen og er omkring 17 basepar pr. RNA-polymerasemolekyle. Flere RNA-polymerasemolekyler kan aflæse den samme kodende streng samtidigt, men processen justeres på en sådan måde, at hvert RNA-polymerasemolekyle til enhver tid transkriberer forskellige DNA-regioner. Samtidig er DNA - afhængig RNA - polymerase 3, som syntetiserer tRNA, karakteriseret ved "genkendelse" af den interne promotor.

2) Forlængelse, eller fortsættelse af syntese, udføres af RNA - polymerase, men allerede i form af en tetramer, da gamma-underenheden er allerede splittet. Den nye kæde vokser ved sekventielt at tilføje ribonukleotider til den frie 3'-hydroxygruppe. Syntesehastigheden af ​​f.eks. serumalbumin-mRNA er op til 100 nukleotider pr. sekund. I modsætning til DNA-polymerase (som vi vil tale om nedenfor), kontrollerer RNA-polymerase ikke rigtigheden af ​​den nydannede polynukleotidkæde. Fejlraten for RNA-syntese er 1:1.000.000.

3) Terminering - proteinfaktoren r (po) er involveret her. Det er ikke en del af RNA-polymerase. Det genkender sandsynligvis terminatorsekvensen af ​​nukleotider på templaten ved en af ​​mekanismerne for interaktion mellem gamma-underenheden og promotoren. Terminatoren indeholder også omkring 30 - 60 basepar og ender med en række AT - par, selvom det for nogle RNA'er blev bemærket, at termineringssignalerne er 1000 - 2000 baser væk fra det kodende gen. Det er muligt, at en af ​​polymerasepartiklerne også er involveret i genkendelsen af ​​terminatorsekvensen. I dette tilfælde stopper RNA-syntesen, og det syntetiserede RNA-molekyle forlader enzymet. De fleste af de RNA-molekyler, der syntetiseres på denne måde, er ikke biologisk aktive. De er snarere forstadier, der skal udvikle sig til modne former gennem forskellige reaktioner. Dette kaldes bearbejdning. Disse reaktioner er: (1) Fragmentering af langkædede precursorer (yderligere kan der dannes fra 1 til 3 tRNA'er fra ét transkript). (2) Vedhæftning af nukleotider til enderne. (3) Specifik modifikation af nukleotider (methylering, sulfonering, deaminering osv.).

MRNA-behandling har endnu en funktion. Det viste sig, at nogle gange bliver informationen, der koder for AK-sekvensen i gener, afbrudt af ikke-kodende sekvenser, dvs. "Gen er overskåret". Men når det transskriberes, kopieres hele det "brudte" gen. I dette tilfælde, under behandlingen af ​​endonukleaser, eller de kaldes restriktionsenzymer, udskæres ikke-kodende regioner (introner). I øjeblikket er mere end 200 af dem blevet isoleret.Restriktionsendonukleaser spalter bindinger (afhængigt af typen af ​​enzym) mellem strengt definerede nukleotider (f.eks. G - A, T - A osv.). Ligaserne ligerer derefter de kodende regioner (exoner). De fleste af sekvenserne, hvis transkripter er præsenteret i modne mRNA'er, brydes i genomet fra én til 50 gange af ikke-kodende regioner (introner). Typisk er introner betydeligt længere end exoner. Intronernes funktioner er ikke blevet præcist fastlagt. Måske tjener de til fysisk adskillelse af exoner for at optimere genetiske omlejringer (rekombinationer). Der er også en skabelonfri RNA-syntese. Denne proces katalyseres af enzymet polynukleotidphosphorylase: nucleDF + (nucleMF) n (nucleMF) n + 1 + Fk. Dette enzym kræver ikke en skabelon og syntetiserer ikke en polymer med en specifik polynukleotidsekvens. Han har kun brug for RNA-kæden som et frø. En række antibiotika (ca. 30) har en hæmmende effekt på processen med RNA-syntese. Der er to mekanismer her: (1) binding til RNA-polymerase, som fører til inaktivering af enzymet (f.eks. binder rifamycin til b-enheden). (2) Antibiotika kan binde til template-DNA og blokere enten bindingen af ​​enzymet til templaten eller bevægelsen af ​​RNA-polymerase langs DNA'et (dette er f.eks. actinomycin D).

DNA biosyntese.

Den genetiske information indeholdt i et kromosoms DNA kan overføres enten ved nøjagtig replikation eller ved rekombination, transposition og konvertering:

1) Rekombination af to homologe kromosomer udveksler genetisk materiale.

2) Transposition - evnen til at flytte gener på tværs af et kromosom eller mellem kromosomer. Måske spiller det en vigtig rolle i celledifferentiering.

3) Konvertering - identiske sekvenser af kromosomer kan danne tilfældige par, og mismatchede sektioner fjernes.

4) Replikation (dette er hovedtypen af ​​DNA-syntese), det vil sige reproduktion af "deres egen slags".

Den vigtigste funktionelle betydning af replikation er leveringen af ​​genetisk information til afkommet. Det vigtigste enzym, der katalyserer DNA-syntese, er DNA-polymerase. Flere typer af DNA-polymerase er blevet isoleret: 1) alfa - (isoleret fra kernen) er det vigtigste enzym, der er forbundet med kromosomreplikation. 2) beta - (også lokaliseret i kernen) - er tilsyneladende involveret i reparations- og rekombinationsprocesser. 3) gamma - (lokaliseret i mitokondrier) - deltager sandsynligvis i replikationen af ​​mitokondrielt DNA. For at DNA-polymerase kan virke, er følgende betingelser nødvendige: 1) alle 4 deoxyribonukleotider (dATP, dGTP, dCTP og TTF) skal være til stede i mediet; 2) for optimal aktivitet kræves en co-faktor: manganioner; 3) tilstedeværelsen af ​​dobbeltstrenget DNA, der kopieres, er påkrævet; 4) nukleotider er bundet i 5'-3'-retningen (5'-3'-polymerisation); 5) replikation begynder i et strengt defineret område og går samtidigt i begge retninger med omtrent samme hastighed; 6) for at starte syntesen kan den anvendes som en frødel af enten et DNA-fragment eller et RNA-fragment, i modsætning til RNA-syntese, hvor syntese fra individuelle nukleotider er mulig; 7) et supersnoet DNA-molekyle er påkrævet til replikation. Men hvis, som vi sagde ovenfor, til transkription (det vil sige til syntese af RNA) kræves RNA-polymerase (med en gamma-underenhed til genkendelse og binding til promotoren) og et protein til genkendelse af termineringssignalet (faktor r). , under DNA-replikation komplementerer virkningen af ​​DNA-polymerase adskillige (ca. 10) proteiner, hvoraf nogle er enzymer. Disse yderligere proteiner bidrager til:

1) genkendelse af replikationsorigin med DNA-polymerase.

2) Lokal afvikling af DNA-dupleksen, som frigør enkeltstrenge til kopiering af skabelonen.

3) Stabilisering af den smeltede struktur (uvævet).

4) Dannelse af frøkæder for at initiere virkningen af ​​DNA-polymerase.

5) Deltager i dannelsen og promoveringen af ​​replikationsgaffelen.

6) Fremmer anerkendelse af opsigelsessteder.

7) Fremmer DNA-supercoiling.

Vi har forhandlet alle de nødvendige betingelser for DNA-replikation. Og så, som allerede nævnt, begynder DNA-replikation på et strengt defineret sted. For at sno forældrenes DNA kræves energi, som frigives under hydrolysen af ​​ATP. Adskillelse af hvert par AO'er kræver to ATP-molekyler. Syntesen af ​​nyt DNA er forbundet med den samtidige afvikling af forældre-DNA'et. Området, hvor afvævning og syntese finder sted samtidigt, kaldes "replikationsgaffelen":

Forældres DNA

Nysyntetiseret DNA

DNA-replikation sker på en sådan måde, at hver streng af det parentale 2-strengede DNA er en skabelon for syntesen af ​​en ny komplementær streng og to strenge (oprindelige og nysyntetiserede), der forbinder hinanden og danner de næste generationer af DNA. Denne mekanisme kaldes semi-konservativ replikation. DNA-replikation finder sted samtidigt på 2 strenge og fortsætter, som allerede nævnt, i 5' - 3' retningen. Men kæderne af forældre-DNA'et er multidirektionelle. Der er dog intet enzym, der leder DNA-syntesen i 3` - 5` retningen. Derfor vil en kæde, der kopierer forælderen med en retning på 5` - 3`, blive syntetiseret kontinuerligt (det kaldes "ledende"), den anden kæde vil også blive syntetiseret i 5` - 3` retningen, men i fragmenter på 150 - 200 nukleotider, som efterfølgende sys ... Denne kæde kaldes "lagging".

For at syntesen af ​​nyt DNA kan begynde, er der brug for et frø. Vi har allerede sagt, at primeren kan være et fragment af DNA eller RNA. Hvis primeren er RNA, så er det en meget kort kæde, den indeholder omkring 10 nukleotider og kaldes en primer. Det syntetiserer en primer, der er komplementær til en af ​​DNA-strengene, et særligt enzym - primase. Signalet for primaseaktivering er dannelsen af ​​et forudsående mellemkompleks bestående af 5 proteiner. 3'-endegruppen (hydroxylgruppen i det terminale ribonukleotid af primeren) tjener som en primer for DNA-syntese ved hjælp af DNA-polymerase. Efter DNA-syntese hydrolyseres RNA-komponenten (primeren) af DNA-polymerase.

Arbejdet med DNA-polymeraser er styret af en matrix, det vil sige, at nukleotidsammensætningen af ​​nysyntetiseret DNA afhænger af matrixens beskaffenhed. Til gengæld fjerner DNA-polymerase altid ikke-komplementære rester i slutningen af ​​primeren, før der fortsættes med polymerisation. DNA-replikation forløber således med stor præcision, da baseparringen kontrolleres to gange. DNA-polymeraser er i stand til at opbygge kæder af nyligt syntetiseret DNA, men de er ikke i stand til at katalysere forbindelsen af ​​2 DNA-strenge eller lukke en streng (ved dannelse af cirkulært DNA). Disse funktioner udføres af DNA-ligase, som katalyserer dannelsen af ​​en phosphodiesterbinding mellem 2 DNA-strenge. Dette enzym er aktivt i nærvær af en fri OH-gruppe i 3'-enden af ​​en DNA-streng og en fosfatgruppe i 5'-enden af ​​en anden DNA-streng. Tværbinding af kæder opstår på grund af energien fra ATP. Da mange kemiske og fysiske midler (ioniserende stråling, UV-lys, forskellige kemiske stoffer) forårsager skade i DNA (AO ændres eller tabes, fosfodiesterbindinger brydes osv.), har alle celler mekanismer til at korrigere disse skader. DNA-restriktionsenzym finder disse læsioner og skærer det beskadigede område ud, DNA-polymerase udfører reparation (genoprettende) syntese af beskadigede områder i 5 '- 3' retningen. Det genoprettede sted ligeres til resten af ​​kæden med DNA-ligase. Denne metode til at korrigere ændrede eller beskadigede områder kaldes reparation. Listen over inhibitorer af DNA-replikation er varieret og lang. Nogle binder til DNA-polymerase, inaktiverer den, andre binder og inaktiverer en vis hjælpeblok, andre er inkorporeret i template-DNA'et, hvilket forstyrrer dets evne til at kopiere, den fjerde fungerer som konkurrerende hæmmere, idet den er en analog af normale nukleotidtriphosphater. Nogle antibiotika, mutagener, kemiske giftstoffer, antivirale midler osv. er sådanne inhibitorer.

Proteinbiosyntese (gentranslation).

Samlingen af ​​en polypeptidkæde fra dens bestanddel AA er en forbløffende og meget kompleks proces, der kan forestilles at finde sted i 4 faser, nemlig:

1) aktivering og valg af AK (ATP-afhængigt trin);

2) initiering af syntesen af ​​polypeptidkæden (GTP-afhængigt trin);

3) forlængelse af polypeptidkæden (GTP-afhængigt trin);

4) terminering af syntesen af ​​polypeptidkæden.

(1) - AK aktivering og valg. I alle typer celler er det første trin af translation den ATP-afhængige transformation af hver AA til et kompleks: aminoacyl-tRNA. Dette opnår to mål:

1) reaktiviteten af ​​AA med hensyn til dannelsen af ​​en peptidbinding stiger.

2) AK kombineres med et specifikt tRNA (det vil sige, at der sker selektion). Reaktionen foregår i 2 trin + Mg ++

1) AK + ATP aminoacyl - AMP + PF

aminoacyl tRNA syntetase

2) aminoacyl-AMP + tRNA aminoacyl-tRNA

aminoacyl tRNA syntetase

Aminoacyl tRNA-syntetase katalyserer tilføjelsen af ​​aminoacyl (aminosyrerest) til 3'-hydroxylgruppen af ​​terminal adenosin. Lad os huske strukturen af ​​tRNA:

Denne skulder er nødvendig denne skulder er involveret i bindingen af ​​aminoacyl

At genkende tRNA tRNA med et ribosom på stedet for proteinsyntese.

Aminoacyl-tRNA-

Petidase

anticodon

Ud over katalytisk aktivitet har aminoacyl-tRNA-syntetase en meget høj specificitet, der "genkender" både aminosyrer og de tilsvarende tRNA'er. Det antages, at celler indeholder 20 syntetaser, en for hver AA, mens der er meget flere tRNA'er (mindst 31-32), da mange AA'er kan kombineres med to eller endda tre forskellige tRNA-molekyler.

(2) Initiering er det andet trin i proteinsyntese.

For at starte translation er det nødvendigt nøjagtigt at genkende det første kodon, der er placeret umiddelbart efter den ikke-translaterede mRNA-sekvens. Initiatorkodonet er AUG, og initiatoren er methionin-tRNA

MRNA ikke udsendt udsendelse ikke udsendt

sekvens sekvens sekvens

1. kodon.

Genkendelsen fortsætter ved hjælp af tRNA-antikodonet. Aflæsningen foregår i 5 '- 3' retningen. Denne anerkendelse kræver en ordnet, energiforbrugende (GTP) interaktion med dissocierede ribosomer. Denne proces foregår med deltagelse af yderligere proteiner kaldet initieringsfaktorer (PI), dem er der 8. 40S og 60S ribosomunderenhederne er involveret i processen. Lad os overveje en detaljeret initieringsmekanisme.

1) 40S - rRNA-underenheden binder til mRNA-regionen forud for det første kodon. FI-3 deltager i dette.

2) Det første aminoacyl-tRNA, der deltager i translationen af ​​det første kodon, interagerer med GMF og PI-2. Dette dannede kompleks i nærvær af PI-1 binder tRNA til skabelonens første kodon og danner et initiatorkompleks med 40S-underenheden af ​​ribosomet.

3) Efter frigivelsen af ​​alle initieringsfaktorer (PI-1,2,3) bliver 60S ribosomunderenheden knyttet til GTP, og GTP hydrolyseres. Dette fuldender dannelsen af ​​en komplet 80S ribosompartikel. således dannes et komplet initiatorkompleks: ribosom - mRNA - tRNA.

Det fuldt samlede ribosom indeholder 2 funktionelle steder til interaktion med tRNA-molekyler. Peptidylregion (P-region) - indeholder en voksende polypeptidkæde som en del af peptidyl-tRNA i kompleks med den sidst translaterede mRNA-kodon. Aminoacylstedet (A-stedet) indeholder aminoacyl-tRNA, forbundet til det tilsvarende kodon, aminoacyl-tRNA'et går ind i det dannede P-sted, hvilket efterlader A-stedet frit for det næste aminoacyl-tRNA.

Vi kan skematisk repræsentere hele denne proces som følger:

1) 40S-underenhed af ribosomet med deltagelse af PI-3 er knyttet til den ikke-translaterende sekvens af mRNA umiddelbart før det første kodon.

2) aminoacyl-tRNA, kombineres med GTP og PI-2 og, med deltagelse af PI-1, binder til det første kodon, mens det danner et initiatorkompleks med 40S-underenheden.

3) FI-1,2,3 frigives.

4) 60S-underenheden interagerer med GTP og bindes derefter til initiatorkomplekset. Et komplet 80S ribosom dannes med en P-region og en A-region.

5) efter dannelsen af ​​et initiatorkompleks med det første kodon, kommer aminoacyl-tRNA ind i den dannende P-region, hvilket efterlader A-regionen fri.

(3) Forlængelse - fortsættelse af syntese. På dette stadium forlænges peptidkæden. I det fuldt dannede 80S-ribosom på initieringsstadiet er A-stedet frit. Faktisk gentages en cyklus på 3 trin konstant i forlængelsesprocessen:

1) Korrekt placering af det næste aminoacyl-tRNA.

2) dannelsen af ​​en peptidbinding.

3) bevægelse af det nydannede peptidyl-tRNA fra A-stedet til P-stedet.

(1) - bindingen af ​​det tilsvarende (næste) aminoacyl-tRNA i A-stedet kræver nøjagtig kodongenkendelse. Dette gøres ved hjælp af tRNA-antikodonet. Bindingen af ​​aminoacyl-tRNA til ribosomet sker på grund af dannelsen af ​​et kompleks bestående af aminoacyl-tRNA, GTP og proteinforlængelsefaktorer (PE), der er også flere af dem. I dette tilfælde frigives FE-HDF-komplekset og fosfatet. Dette kompleks (FE - HDF) omdannes derefter (med deltagelse af GTP og andre proteinfaktorer) igen til FE - GTP.

(2) - alfa-aminogruppen i det nye aminoacyl-tRNA i sted A udfører et nukleofilt angreb på den esterificerede carboxylgruppe af peptidyl - tRNA, der optager P-stedet. Denne reaktion katalyseres af peptidyltransferase, en proteinkomponent, der er en del af 60S-ribosomunderenheden. Da AA et aminoacyl-tRNA allerede er aktiveret, kræver denne reaktion (reaktionen af ​​dannelsen af ​​en peptidbinding) ikke yderligere energi. Som et resultat af reaktionen er den voksende polypeptidkæde knyttet til tRNA'et placeret i A-stedet.

(3) - efter fjernelse af peptidylresten fra tRNA ind i P-regionerne, forlader det frie RNA-molekyle P-regionen. FE-2 - GTP-komplekset er involveret i bevægelsen af ​​det nydannede peptidyl-tRNA fra A-stedet til P-stedet, hvilket frigør A-stedet til en ny forlængelsescyklus. Kombinationen af ​​adskillelsen af ​​deacyleret tRNA, bevægelsen af ​​det nydannede peptidyl-tRNA fra A-stedet til P-stedet, samt bevægelsen af ​​mRNA i forhold til ribosomet, kaldes translokation. Da dannelsen af ​​aminoacyl-tRNA forbrugte energien opnået under hydrolysen af ​​ATP til AMP, og dette svarer til energien af ​​hydrolyse af 2ATP til 2 ADP; bindingen af ​​aminoacyl-tRNA til A-stedet krævede den energi, der blev opnået under hydrolysen af ​​GTP til GDP, og et GTP-molekyle mere blev brugt på translokation. Vi kan beregne, at dannelsen af ​​en peptidbinding kræver den energi, der opnås under hydrolysen af ​​2 ATP-molekyler og 2 GTP-molekyler.

Hastigheden af ​​forlængelse af polypeptidkæden (dvs. forlængelseshastigheden) in vivo estimeres til 10 aminosyrerester pr. sekund. Disse processer hæmmes af forskellige antibiotika. Så puromycin blokerer translokation ved at forbinde med

P-sted. Streptomycin, der binder til ribosomale proteiner, forstyrrer kodongenkendelsen af ​​antikodonet. Chloromycin binder til A-stedet og blokerer forlængelse. Skematisk kan dette repræsenteres som følger: 1) det næste aminoacyl-tRNA fikseres i A-stedet på grund af genkendelsen ved hjælp af antikodonet. Fastgørelsen sker i kombination med GTP og FE-1. i dette tilfælde frigives HDF - FE - 1 og FC, som så igen bliver til GTP - FE - 1 og deltager i nye cyklusser. 2) Peptidet danner en binding mellem det vedhæftede aminoacyl-tRNA og peptidet placeret i P-stedet. 3) Når denne peptidbinding er dannet, adskilles tRNA fra peptidet og forlader P-stedet. 4) Nydannet peptidyl-tRNA ved hjælp af GTP - FE2 komplekset bevæger sig fra A til P-stedet, og GTP - FE2 komplekset hydrolyseres til HDP - FE-2 og Fk. 5) Som et resultat af denne bevægelse frigøres A-stedet til vedhæftning af nyt aminoacyl-tRNA.

(4) -Termination - det sidste trin af proteinsyntese. Efter mange forlængelsescyklusser, som et resultat af hvilket proteinets polypeptidkæde syntetiseres, i

En terminering eller nonsens-kodon vises på A-stedet. Normalt er der ingen tRNA'er, der er i stand til at genkende et nonsens-kodon. De genkendes af specifikke proteiner - termineringsfaktorer (R-faktorer). De genkender specifikt nonsens-kodonet, binder sig til ribosomet nær A-stedet og blokerer vedhæftningen af ​​det næste aminoacyl-tRNA. R-faktorer med deltagelse af GTP og peptidyltransferase giver hydrolyse af bindingen mellem polypeptidet og tRNA-molekylet, der optager P-stedet. Efter hydrolyse og frigivelse af polypeptidet og tRNA dissocieres 80S-ribosomet i 40S- og 60S-underenheder, som derefter kan genbruges i translationen af ​​nye mRNA'er.

Vi undersøgte væksten af ​​en enkelt proteinkæde på et ribosom, bundet til et mRNA-molekyle. I virkeligheden forløber processen mere effektivt, da mRNA normalt translateres samtidigt ikke på et ribosom, men på ribosomkomplekser (polysomer), og hvert translationstrin (initiering, forlængelse, terminering) udføres af hvert ribosom i dette polysom, i dette ribosomale kompleks, det vil sige, at det bliver muligt at syntetisere flere kopier af polypeptidet, før mRNA'et spaltes.

Størrelsen af ​​polysomkomplekser varierer meget og bestemmes normalt af størrelsen af ​​mRNA-molekylet. Meget store mRNA-molekyler er i stand til at danne komplekser med 50-100 ribosomer. Oftere indeholder komplekset dog 3 til 20 ribosomer.

I dyre- og menneskeceller syntetiseres mange proteiner fra mRNA i form af precursor-molekyler, som derefter skal modificeres til at danne aktive molekyler, analogt med syntesen af ​​NK. En eller flere af følgende modifikationer kan forekomme afhængigt af proteinet.

1) Dannelse af en disulfidbinding.

2) Tilknytning af co-faktorer og co-enzymer.

3) Tilslutning til protesegrupper.

4) Delvis proteolyse (proinsulin - insulin).

5) Dannelse af oligomerer.

6) Kemisk modifikation (acylering, aminering, methylering, phosphorylering, carboxylering osv.) - mere end 150 kemiske modifikationer af AA kendes i proteinmolekylet.

Alle disse modifikationer fører til ændringer i proteiners struktur og aktivitet.

Genetisk kode.

Det faktum, at overførslen af ​​genetisk information til DNA sker ved hjælp af et mRNA-molekyle, blev først foreslået i 1961 af F. Jacob og J. Mono. Efterfølgende værker (M. Nirenberg, H.G. Korana, R. Holly):

M. Nirenberg - studerede syntesen af ​​polypeptider og bindingen af ​​aminoacyl-tRNA til ribosomer.

H.G. Korana - udviklede en metode til kemisk syntese af poly- og oligonukleotider.

R.W. Holii - dechiffrerede strukturen af ​​DNA med et antikodonsted.

1) Bekræftede hypotesen om deltagelse af mRNA

2) De viste kodens tripletkarakter, ifølge hvilken hver AK er programmeret til mRNA af 3 baser, kaldet et kodon

3) Det blev fundet, at mRNA-koden læses ved komplementær genkendelse af tRNA-antikodontripletkodonet.

4) Etablerede en overensstemmelse mellem AK og de fleste af de 64 mulige kodoner. I øjeblikket er 61 kodoner kendt for at kode for AK, og 3 er termineringssignaler (nonsens-kodon).

Det blev antaget, at den genetiske kode er universel, det vil sige for alle organismer og alle typer celler bruges de samme værdier for alle kodoner. Nylige undersøgelser af mitokondrielt DNA har imidlertid vist, at mitokondriers genetiske system er væsentligt forskelligt fra det genetiske system i andre formationer (kerne, kloroplaster), det vil sige, at nogle mitokondriers kodoner læser tRNA anderledes end tRNA i andre formationer. Som et resultat har mitokondrier kun brug for 22 typer tRNA. Samtidig bruges 31 - 32 typer tRNA til proteinsyntese i cytoplasmaet, det vil sige hele sættet af tRNA'er.

18 ud af 20 AA'er er kodet af mere end én kodon (2, 3, 4, 6) - denne egenskab kaldes "degeneration" af koden og er vigtig for organismen. På grund af degeneration forårsager nogle fejl i replikation eller transskription ikke forvrængning af genetisk information. Den genetiske kode overlapper ikke og har ikke tegnsætningstegn, det vil sige, at læsningen fortsætter uden huller, sekventielt, indtil nonsens-kodonet er nået. Samtidig noteres en helt anden egenskab for vira - kodoner kan "overlappe":

1) Hvis erstatningen falder på kodonens 3. nukleotid, så er der på grund af kodens "degeneration" mulighed for, at AK-sekvensen forbliver uændret, og mutationen vil ikke fremkomme.

2) Der kan være en missense-effekt, når en AK erstattes af en anden; denne substitution kan være acceptabel, delvis acceptabel eller uacceptabel, dvs. proteinets funktion er svækket, svækket eller helt tabt.

3) Som følge af mutationer kan der dannes et nonsens-kodon. Dannelsen af ​​et nonsens-kodon (termineringskodon) kan føre til for tidlig afbrydelse af proteinsyntesen.

For at opsummere ovenstående:

1) Genetisk set består koden ("livets sprog") af en sekvens af kodoner, som i virkeligheden danner et gen.

2) Den genetiske kode er tredobbelt, det vil sige, at hvert kodon består af tre nukleotider, det vil sige, at hvert kodon koder for 1 AK. I dette tilfælde er 64 kombinationer af 4 typer DNA-nukleotider mulige, hvilket er mere end nok til 20 AA.

3) Koden er "degenereret" - det vil sige, at én AK kan kodes af 2, 3, 4, 6 kodoner.

4) Koden er utvetydig, det vil sige, at én kodon kun koder for én AK.

5) Koden overlapper ikke, så er der ingen nukleotider inkluderet i to tilstødende kodoner.

6) Kode "ingen kommaer", dvs. der er ingen nukleotider mellem to tilstødende kodoner.

8) Sekvensen af ​​AK i polypeptidet svarer til sekvensen af ​​codons i genet - denne egenskab kaldes kollinearitet.

Lignende information.

Den tid, vi lever i, er præget af enorme forandringer, enorme fremskridt, når mennesker får svar på flere og flere nye spørgsmål. Livet går hurtigt fremad, og det, der indtil for nylig syntes umuligt, begynder at gå i opfyldelse. Det er meget muligt, at det, der i dag ser ud til at være et plot fra genren fantasy, snart også vil få træk af virkeligheden.

En af de vigtigste opdagelser i anden halvdel af det tyvende århundrede var nukleinsyrerne RNA og DNA, takket være hvilke mennesket kom tættere på at løse naturens mysterier.

Nukleinsyrer

Nukleinsyrer er organiske forbindelser med egenskaber med høj molekylvægt. De er sammensat af brint, kulstof, nitrogen og fosfor.

De blev opdaget i 1869 af F. Misher, som undersøgte pus. Men så blev hans opdagelse ikke tillagt stor betydning. Først senere, da disse syrer blev fundet i alle dyre- og planteceller, kom forståelsen af ​​deres enorme rolle.

Der er to typer nukleinsyrer: RNA og DNA (ribonuklein- og deoxyribonukleinsyrer). Denne artikel handler om ribonukleinsyre, men for en generel forståelse, lad os også overveje, hvad DNA er.

Hvad er der sket

DNA består af to strenge, der er forbundet i henhold til komplementaritetsloven af ​​hydrogenbindinger af nitrogenholdige baser. Lange kæder er snoet til en helix; en omgang indeholder næsten ti nukleotider. Diameteren af ​​den dobbelte helix er to millimeter, afstanden mellem nukleotider er omkring en halv nanometer. Længden af ​​et molekyle når nogle gange flere centimeter. DNA'et i en menneskelig cellekerne er næsten to meter langt.

Strukturen af ​​DNA indeholder alt DNA har replikation, hvilket betyder en proces, hvor to fuldstændig identiske molekyler dannes af et molekyle - datter.

Som allerede nævnt består kæden af ​​nukleotider, som igen består af nitrogenholdige baser (adenin, guanin, thymin og cytosin) og en phosphorsyrerest. Alle nukleotider er forskellige i nitrogenholdige baser. Hydrogenbindingen opstår ikke mellem alle baser; adenin kan for eksempel kun binde med thymin eller guanin. Der er således lige så mange adenylnukleotider i kroppen som thymidylnukleotider, og antallet af guanylnukleotider er lig med cytidylnukleotider (Chargaffs regel). Det viser sig, at sekvensen af ​​den ene kæde forudbestemmer sekvensen af ​​den anden, og kæderne spejler så at sige hinanden. Dette mønster, hvor nukleotiderne i de to kæder er arrangeret på en ordnet måde og også selektivt forbindes, kaldes komplementaritetsprincippet. Ud over hydrogenforbindelser er dobbelthelixen også hydrofob.

De to kæder er modsat rettet, det vil sige placeret i modsatte retninger. Derfor modsat de tre "-enden af ​​den ene er de fem" -enden af ​​den anden kæde.

Udadtil ligner den en vindeltrappe, hvis skinne er en sukkerfosfatrygrad, og trinene er komplementære nitrogenbaser.

Hvad er ribonukleinsyre?

RNA er en nukleinsyre med monomerer kaldet ribonukleotider.

I kemiske egenskaber minder det meget om DNA, da begge er polymerer af nukleotider, som er et phospholeret N-glykosid, som er bygget på rester af pentose (femkulstofsukker), med en fosfatgruppe af det femte kulstofatom og en nitrogenbase ved det første carbonatom.

Det er en enkelt polynukleotidkæde (bortset fra vira), som er meget kortere end DNA's.

En RNA-monomer er resterne af følgende stoffer:

• nitrogenbase;
• et fem-carbon monosaccharid;
• fosforsyre.

RNA'er har pyrimidin (uracil og cytosin) og purin (adenin, guanin) baser. Ribose er et RNA-nukleotidmonosaccharid.

Forskelle mellem RNA og DNA

Nukleinsyrer adskiller sig fra hinanden i følgende egenskaber:

• dens mængde i en celle afhænger af den fysiologiske tilstand, alder og organtilhørsforhold;
• DNA indeholder kulhydrat deoxyribose, og RNA indeholder ribose;
• den nitrogenholdige base i DNA er thymin, og i RNA er det uracil;
• klasser udfører forskellige funktioner, men syntetiseres på en DNA-matrix;
• DNA består af en dobbelt helix og RNA består af en enkelt streng;
• DNA-skuespil er ukarakteristisk for hende;
• RNA har flere mindre baser;
• kæder varierer betydeligt i længden.

Studer historie

RNA-cellen blev først opdaget af en biokemiker fra Tyskland R. Altman i undersøgelsen af ​​gærceller. I midten af ​​det tyvende århundrede blev DNA's rolle i genetik bevist. Først derefter blev typerne af RNA, funktioner og så videre beskrevet. Op til 80-90 % af massen i cellen falder på r-RNA, som sammen med proteiner danner et ribosom og deltager i proteinbiosyntesen.

I tresserne af forrige århundrede blev det første gang foreslået, at der måtte være en art, der bærer den genetiske information til proteinsyntese. Derefter blev det videnskabeligt fastslået, at der er sådanne informationsmæssige ribonukleinsyrer, der repræsenterer komplementære kopier af gener. De kaldes også messenger-RNA'er.

De såkaldte transportsyrer er med til at afkode de oplysninger, der er registreret i dem.

Senere begyndte man at udvikle metoder til at identificere sekvensen af ​​nukleotider, og strukturen af ​​RNA i det sure rum blev etableret. Så det blev opdaget, at nogle af dem, kaldet ribozymer, kan spalte polyribonukleotidkæder. Som et resultat begyndte man at antage, at på det tidspunkt, hvor liv blev født på planeten, virkede RNA uden DNA og proteiner. Desuden blev alle transformationerne udført med hendes deltagelse.

Strukturen af ​​ribonukleinsyremolekylet

Næsten alle RNA'er er enkelte kæder af polynukleotider, som igen er sammensat af monoribonukleotider - purin- og pyrimidinbaser.

Nukleotider er betegnet med initiale basisbogstaver:

• adenin (A), A;
• guanin (G), G;
• cytosin (C), C;
• uracil (U), W.

De er forbundet med tre- og fem-phosphodiester-bindinger.

Et meget forskelligt antal nukleotider (fra flere titusinder til titusinder) er inkluderet i strukturen af ​​RNA. De kan danne en sekundær struktur, der hovedsageligt består af korte dobbeltstrengede strenge, der er dannet af komplementære baser.

Ribonukleinsyremolekylestruktur

Som allerede nævnt har molekylet en enkeltstrenget struktur. RNA modtager en sekundær struktur og form som et resultat af interaktionen af ​​nukleotider med hinanden. Det er en polymer, hvis monomer er et nukleotid, der består af et sukker, en phosphorsyrerest og en nitrogenbase. Udadtil ligner molekylet en af ​​DNA-strengene. Nukleotiderne adenin og guanin, som er en del af RNA, er purin. Cytosin og uracil er pyrimidinbaser.

Synteseproces

For at RNA-molekylet skal syntetiseres, er skabelonen et DNA-molekyle. Der er imidlertid den modsatte proces, når nye molekyler af deoxyribonukleinsyre dannes på en ribonukleinmatrix. Dette sker ved replikation af visse typer vira.

Andre molekyler af ribonukleinsyre kan også tjene som grundlag for biosyntese. Mange enzymer er involveret i dens transkription, som sker i cellekernen, men den vigtigste af dem er RNA-polymerase.

Slags

Afhængigt af typen af ​​RNA er dets funktioner også forskellige. Der er flere typer:

• informativt i-RNA;
• ribosomalt r-RNA;
• transport t-RNA;
• mindre;
• ribozymer;
• viral.

Informationsmæssig ribonukleinsyre

Sådanne molekyler kaldes også matrixmolekyler. De udgør omkring to procent af det samlede antal i cellen. I eukaryote celler syntetiseres de i kernerne på DNA-skabeloner, passerer derefter ind i cytoplasmaet og binder til ribosomer. Yderligere bliver de skabeloner for proteinsyntese: transport-RNA'er, der bærer aminosyrer, er knyttet til dem. Sådan foregår processen med at konvertere information, som realiseres i proteinets unikke struktur. I nogle virale RNA'er er det også et kromosom.

Jacob og Mano er opdagerne af denne art. Uden at have nogen stiv struktur danner dens kæde buede løkker. Virker ikke, i-RNA samler sig i folder og folder til en kugle og folder sig ud i arbejdstilstand.

i-RNA bærer information om aminosyresekvensen i det protein, der syntetiseres. Hver aminosyre er kodet på et bestemt sted ved hjælp af genetiske koder, der er karakteriseret ved:

• triplethed - fra fire mononukleotider er det muligt at bygge fireogtres kodoner (genetisk kode);
• ikke-overlap - information bevæger sig i én retning;
• kontinuitet - driftsprincippet koger ned til, at et i-RNA er et protein;
• universalitet - en eller anden type aminosyre er kodet i alle levende organismer på samme måde;
• degeneration - tyve aminosyrer er kendt, og kodoner - enogtres, det vil sige, de er kodet af flere genetiske koder.

Ribosomal ribonukleinsyre

Sådanne molekyler udgør langt størstedelen af ​​cellulært RNA, nemlig fra firs til halvfems procent af det samlede antal. De binder sig til proteiner og danner ribosomer – organeller, der syntetiserer proteiner.

Ribosomer er femogtres procent rRNA og femogtredive procent protein. Denne polynukleotidkæde bøjes let med proteinet.

Ribosomet består af aminosyre- og peptidregioner. De er placeret på kontaktflader.

Ribosomer bevæger sig frit de rigtige steder. De er ikke særlig specifikke og kan ikke kun læse information fra i-RNA, men også danne en skabelon med dem.

Transport ribonukleinsyre

t-RNA er det mest undersøgte. De udgør ti procent af cellulær ribonukleinsyre. Disse typer RNA binder sig til aminosyrer takket være et særligt enzym og afgives til ribosomerne. I dette tilfælde bæres aminosyrer af transportmolekyler. Det sker dog, at en aminosyre kodes af forskellige kodoner. Derefter vil de blive overført af flere transport-RNA'er.

Den krøller sig sammen til en bold, når den er inaktiv, og når den fungerer, ligner den et kløverblad.

Følgende områder skelnes i det:

• en acceptorstamme med en ACC-nukleotidsekvens;
• et sted til at forbinde ribosomet;
• et antikodon, der koder for en aminosyre, der er knyttet til dette t-RNA.

Mindre ribonukleinsyre

På det seneste er RNA-typerne blevet suppleret med en ny klasse, de såkaldte små RNA'er. De er højst sandsynligt universelle regulatorer, der tænder eller slukker gener under embryonal udvikling og også styrer processer i celler.

Ribozymer er også for nylig blevet identificeret, de er aktivt involveret, når RNA-syren fermenteres, mens de er en katalysator.

Virale typer af syrer

Virusset er i stand til at indeholde enten ribonukleinsyre eller deoxyribonukleinsyre. Derfor kaldes de med de tilsvarende molekyler RNA-holdige. Når en sådan virus kommer ind i cellen, sker der omvendt transkription - nyt DNA opstår på basis af ribonukleinsyre, som er inkorporeret i cellerne, hvilket sikrer virussens eksistens og reproduktion. I et andet tilfælde dannes et komplementært RNA på det modtagne RNA. Vira er proteiner, vital aktivitet og reproduktion foregår uden DNA, men kun på baggrund af information indeholdt i virussens RNA.

Replikation

For at forbedre den generelle forståelse er det nødvendigt at overveje replikationsprocessen, der resulterer i to identiske nukleinsyremolekyler. Sådan begynder celledelingen.

Det involverer DNA-polymeraser, DNA-afhængige, RNA-polymeraser og DNA-ligaser.

Replikeringsprocessen består af følgende faser:

• despiralisering - der er en sekventiel afvikling af moderens DNA, som fanger hele molekylet;
• brydning af hydrogenbindinger, hvor kæderne divergerer, og en replikativ gaffel vises;
• justering af dNTP'er til de frigjorte baser af moderkæderne;
• spaltning af pyrophosphater fra dNTP-molekyler og dannelse af phosphorodiesterbindinger på grund af den frigivne energi;
• respiration.

Efter dannelsen af ​​et dattermolekyle deles kernen, cytoplasmaet og resten. Der dannes således to datterceller, som fuldstændigt har modtaget al den genetiske information.

Derudover er den primære struktur af proteiner, der syntetiseres i cellen, kodet. DNA i denne proces tager en indirekte del, og ikke direkte, som består i, at det er på DNA, at syntesen af ​​de proteiner, der er involveret i dannelsen af ​​RNA, finder sted. Denne proces kaldes transskription.

Transskription

Syntesen af ​​alle molekyler sker under transkription, det vil sige omskrivning af genetisk information fra en specifik DNA-operon. Processen ligner i nogle henseender replikation, mens den i andre er væsentligt forskellig fra den.

Lighederne er følgende dele:

• begynder med DNA-despiralisering;
• der er et brud af hydrogenbindinger mellem kædernes baser;
• NTF'er er komplementære til dem;
• der dannes hydrogenbindinger.

Forskelle fra replikering:

• under transkriptionen afvikles kun DNA-sektionen svarende til transkriptonen, mens hele molekylet under replikation afvikles;
• under transkription indeholder de justerende NTF'er ribose og i stedet for thymin uracil;
• oplysninger afskrives kun fra et bestemt område;
• efter dannelsen af ​​molekylet brydes hydrogenbindinger og den syntetiserede kæde, og kæden glider af DNA'et.

For normal funktion bør den primære struktur af RNA kun bestå af DNA-regioner afskrevet fra exoner.

I nydannede RNA'er begynder modningsprocessen. Tavse områder skæres ud, og informative områder sys sammen og danner en polynukleotidkæde. Yderligere har hver art kun transformationer, der er iboende for den.

I i-RNA sker binding til den indledende ende. Polyadenylatet er knyttet til det endelige sted.

I t-RNA modificeres baser og danner mindre arter.

I r-RNA er individuelle baser også methyleret.

Beskyt mod ødelæggelse og forbedre transporten af ​​proteiner ind i cytoplasmaet. RNA i en moden tilstand binder sig til dem.

Værdien af ​​deoxyribonukleinsyre og ribonukleinsyre

Nukleinsyrer er af stor betydning i organismers liv. De lagrer, overføres til cytoplasmaet og nedarvede information om proteinerne syntetiseret i hver celle til datterceller. De er til stede i alle levende organismer, stabiliteten af ​​disse syrer spiller en væsentlig rolle for den normale funktion af både celler og hele organismen. Eventuelle ændringer i deres struktur vil føre til cellulære ændringer.

Til højre er den største spiral af menneskelig DNA, bygget af mennesker på stranden i Varna (Bulgarien), som kom ind i Guinness Rekordbog den 23. april 2016

Deoxyribonukleinsyre. Generel information

DNA (deoxyribonukleinsyre) er en slags plan for livet, en kompleks kode, der indeholder data om arvelig information. Dette komplekse makromolekyle er i stand til at lagre og overføre arvelig genetisk information fra generation til generation. DNA bestemmer sådanne egenskaber for enhver levende organisme som arv og variabilitet. Informationen kodet i den sætter hele programmet for udviklingen af ​​enhver levende organisme. Genetisk iboende faktorer forudbestemmer hele livsforløbet for både en person og enhver anden organisme. Kunstige eller naturlige virkninger af det ydre miljø kan kun i ringe grad påvirke den samlede sværhedsgrad af individuelle genetiske egenskaber eller påvirke udviklingen af ​​programmerede processer.

Deoxyribonukleinsyre(DNA) er et makromolekyle (et af de tre vigtigste, de to andre er RNA og proteiner), som giver lagring, transmission fra generation til generation og implementering af det genetiske program for udvikling og funktion af levende organismer. DNA indeholder information om strukturen af ​​forskellige typer RNA og proteiner.

I eukaryote celler (dyr, planter og svampe) findes DNA i cellekernen som en del af kromosomerne, samt i nogle cellulære organeller (mitokondrier og plastider). I cellerne i prokaryote organismer (bakterier og archaea) er et cirkulært eller lineært DNA-molekyle, det såkaldte nukleoid, bundet indefra til cellemembranen. De og lavere eukaryoter (for eksempel gær) har også små, autonome, overvejende cirkulære DNA-molekyler kaldet plasmider.

Fra et kemisk synspunkt er DNA et langt polymermolekyle, der består af gentagne blokke - nukleotider. Hvert nukleotid er sammensat af en nitrogenholdig base, en sukkergruppe (deoxyribose) og en fosfatgruppe. Bindingerne mellem nukleotiderne i kæden dannes på grund af deoxyribose ( MED) og fosfat ( F) grupper (phosphodiesterbindinger).

Ris. 2. Nuclertid består af en nitrogenholdig base, sukker (deoxyribose) og en fosfatgruppe

I det overvældende flertal af tilfælde (bortset fra nogle vira, der indeholder enkeltstrenget DNA), består et DNA-makromolekyle af to kæder orienteret af nitrogenholdige baser til hinanden. Dette dobbeltstrengede molekyle er snoet i en spirallinje.

Der er fire typer nitrogenholdige baser i DNA (adenin, guanin, thymin og cytosin). De nitrogenholdige baser i en af ​​kæderne er forbundet med de nitrogenholdige baser i den anden kæde med hydrogenbindinger ifølge komplementaritetsprincippet: adenin er kun forbundet med thymin ( PÅ), guanin - kun med cytosin ( G-C). Det er disse par, der udgør "tværstængerne" af den spiralformede "trappe" af DNA (se: Fig. 2, 3 og 4).

Ris. 2. Nitrogenholdige baser

Nukleotidsekvensen giver dig mulighed for at "kode" information om forskellige typer RNA, hvoraf de vigtigste er informations- eller messenger (mRNA), ribosomalt (rRNA) og transport (tRNA). Alle disse typer RNA syntetiseres på DNA-skabelonen ved at kopiere DNA-sekvensen ind i RNA-sekvensen syntetiseret under transkriptionsprocessen, og deltager i biosyntesen af ​​proteiner (translationsproces). Ud over kodende sekvenser indeholder celle-DNA sekvenser, der udfører regulatoriske og strukturelle funktioner.

Ris. 3. DNA-replikation

Placeringen af ​​de grundlæggende kombinationer af kemiske DNA-forbindelser og de kvantitative forhold mellem disse kombinationer sikrer kodningen af ​​arvelig information.

Uddannelse nyt DNA (replikation)

1. Replikationsproces: afvikling af DNA-dobbelthelix - syntese af komplementære strenge ved DNA-polymerase - dannelse af to DNA-molekyler fra en.
2. Den dobbelte helix "løsnes" i to grene, når enzymer bryder bindingen mellem baseparrene af kemiske forbindelser.
3. Hver gren er et element af nyt DNA. Nye basepar forbindes i samme rækkefølge som i modergrenen.

Efter afslutningen af ​​duplikeringen dannes to uafhængige helixer, skabt af kemiske forbindelser af forældrenes DNA og har den samme genetiske kode med sig. På denne måde er DNA i stand til at fordøje information fra celle til celle.

Mere detaljerede oplysninger:

STRUKTUR AF NUKLEINSYRER

Ris. 4 . Nitrogenbaser: adenin, guanin, cytosin, thymin

Deoxyribonukleinsyre(DNA) refererer til nukleinsyrer. Nukleinsyrer er en klasse af uregelmæssige biopolymerer, hvis monomerer er nukleotider.

NUKLEOTIDER består af nitrogenholdig base kombineret med et kulhydrat med fem kulhydrater (pentose) - deoxyribose(i tilfælde af DNA) eller ribose(i tilfælde af RNA), som kombineres med phosphorsyreresten (H 2 PO 3 -).

Nitrogenholdige baser der er to typer: pyrimidinbaser - uracil (kun i RNA), cytosin og thymin, purinbaser - adenin og guanin.

Ris. 5. Nukleotidernes struktur (til venstre), nukleotidets placering i DNA (nederst) og typer af nitrogenholdige baser (til højre): pyrimidin og purin

Kulstofatomerne i pentosemolekylet er nummereret fra 1 til 5. Fosfat kombineres med det tredje og femte kulstofatom. Sådan kombineres nukleotiderne og danner en nukleinsyrekæde. Således kan vi isolere de 3 'og 5' ender af DNA-strengen:

Ris. 6. Isolering af 3 'og 5' ender af DNA-strengen

To DNA-strenge dannes dobbelt helix... Disse kæder i en spiral er orienteret i modsatte retninger. I forskellige DNA-strenge er nitrogenholdige baser indbyrdes forbundet med hydrogenbindinger... Adenin kombineres altid med thymin og cytosin med guanin. Det kaldes reglen om komplementaritet.

Komplementaritetsregel:

A-T G-C

For eksempel hvis vi får en DNA-streng med sekvensen

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 ',

så vil den anden kæde være komplementær til den og rettet i den modsatte retning - fra 5'-enden til 3'-enden:

5'-TACAGGATCGACGAGC-3'.

Ris. 7. Retning af DNA-molekylets kæder og forbindelsen af ​​nitrogenholdige baser ved hjælp af hydrogenbindinger

DNA REPLIKATION

DNA replikation er processen med at fordoble et DNA-molekyle ved hjælp af matrixsyntese. I de fleste tilfælde af naturlig DNA-replikationprimerfor DNA-syntese er kort uddrag (genskabt). En sådan ribonukleotidprimer skabes af enzymet primase (DNA-primase i prokaryoter, DNA-polymerase i eukaryoter), og erstattes efterfølgende af deoxyribonukleotidpolymerase, som normalt udfører reparationsfunktioner (korrigerer kemiske skader og brud på DNA-molekylet).

Replikation sker ved en semi-konservativ mekanisme. Det betyder, at den dobbelte helix af DNA afvikles, og en ny streng færdiggøres på hver af dens strenge i henhold til komplementaritetsprincippet. Datter-DNA-molekylet indeholder derfor en kæde fra modermolekylet og en nysyntetiseret. Replikation sker i retningen fra 3 'til 5'-enden af ​​moderkæden.

Ris. 8. Replikation (fordobling) af DNA-molekylet

DNA syntese- dette er ikke så kompliceret en proces, som det kan se ud ved første øjekast. Hvis du tænker over det, skal du først finde ud af, hvad syntese er. Det er processen med at bringe noget sammen. Dannelsen af ​​et nyt DNA-molekyle foregår i flere faser:

1) DNA-topoisomerase, placeret foran replikationsgaflen, skærer DNA for at lette dets afvikling og afvikling.
2) DNA-helicase, efter topoisomerase, påvirker processen med at "afvikle" DNA-helixen.
3) DNA-bindende proteiner udfører bindingen af ​​DNA-strenge og udfører også deres stabilisering, hvilket forhindrer dem i at klæbe til hinanden.
4) DNA-polymerase δ(delta) , koordineret med bevægelseshastigheden af ​​den replikative gaffel, udfører syntesenførendekæder datterselskab DNA i 5 "→ 3" retningen på skabelonen moderlig DNA-streng i retningen fra dens 3 "-ende til 5" -ende (hastighed op til 100 basepar pr. sekund). Disse begivenheder på dette moderlig DNA-strenge er begrænsede.

Ris. 9. Skematisk fremstilling af DNA-replikationsprocessen: (1) Lagging streng (lagging streng), (2) Leading streng (ledende streng), (3) DNA polymerase α (Polα), (4) DNA ligase, (5) RNA -primer, (6) Primase, (7) Okazaki-fragment, (8) DNA-polymerase δ (Polδ), (9) Helicase, (10) Enkeltstrengede DNA-bindende proteiner, (11) Topoisomerase.

Det følgende beskriver syntesen af ​​den efterslæbende streng af datter-DNA (se. Ordning replikationsgaffel og replikationsenzymfunktion)

For en mere visuel forklaring af DNA-replikation, se

5) Umiddelbart efter afvikling og stabilisering af en anden tråd af modermolekylet,DNA-polymerase α(alfa)og i 5 "→ 3"-retningen syntetiserer en primer (RNA-primer) - en RNA-sekvens på en DNA-skabelon med en længde på 10 til 200 nukleotider. Derefter enzymetfjernes fra DNA-strengen.

I stedet for DNA polymeraseα hæfter til 3"-enden af ​​primeren DNA polymeraseε .

6) DNA polymeraseε (epsilon) som om den fortsætter med at forlænge primeren, men som underlag indlejrer dendeoxyribonukleotider(i mængden af ​​150-200 nukleotider). Som et resultat dannes en solid tråd af to dele -RNA(dvs. primer) og DNA. DNA-polymerase evirker indtil den møder den forrige primerfragment af Okazaki(syntetiseret lidt tidligere). Dette enzym fjernes derefter fra kæden.

7) DNA-polymerase β(beta) rejser sig i stedet forDNA polymerase ε,bevæger sig i samme retning (5 "→ 3") og fjerner primer-ribonukleotiderne, mens de indsætter deoxyribonukleotider i deres sted. Enzymet virker indtil fuldstændig fjernelse af primeren, dvs. indtil et deoxyribonukleotid (endnu tidligere syntetiseretDNA-polymerase e). Enzymet er ikke i stand til at forbinde resultatet af sit arbejde og DNA'et foran det, så det forlader kæden.

Som et resultat "ligger" et fragment af datter-DNA på modertrådens matrix. Det kaldesfragment af Okazaki.

8) DNA-ligasesømme to tilstødende fragmenter af Okazaki , dvs. 5 "-enden af ​​det syntetiserede segmentDNA polymerase ε,og 3"-enden af ​​kredsløbet, indbyggetDNA polymeraseβ .

RNA STRUKTUR

Ribonukleinsyre(RNA) er et af de tre vigtigste makromolekyler (de to andre er DNA og proteiner), der findes i cellerne i alle levende organismer.

Ligesom DNA består RNA af en lang kæde, hvor hvert led kaldes nukleotid... Hvert nukleotid er sammensat af en nitrogenholdig base, et ribosesukker og en fosfatgruppe. Men i modsætning til DNA har RNA normalt ikke to strenge, men én. Pentose i RNA er repræsenteret af ribose, ikke deoxyribose (ribose har en yderligere hydroxylgruppe på det andet kulhydratatom). Endelig adskiller DNA sig fra RNA i sammensætningen af ​​nitrogenholdige baser: i stedet for thymin ( T) uracil ( U) som også er komplementær til adenin.

Sekvensen af ​​nukleotider gør det muligt for RNA at kode for genetisk information. Alle cellulære organismer bruger RNA (mRNA) til at programmere proteinsyntese.

Cellulære RNA'er produceres ved en proces kaldet transskription , det vil sige syntesen af ​​RNA på DNA-matrixen, udført af specielle enzymer - RNA-polymeraser.

Derefter deltager messenger RNA'er (mRNA'er) i en proces kaldet udsende, de der. proteinsyntese på mRNA-matrixen med deltagelse af ribosomer. Andre RNA'er undergår efter transkription kemiske modifikationer, og efter dannelsen af ​​sekundære og tertiære strukturer udfører de funktioner afhængigt af typen af ​​RNA.

Ris. 10. Forskellen mellem DNA og RNA ved nitrogenbasen: i stedet for thymin (T) indeholder RNA uracil (U), som også er komplementær til adenin.

TRANSKRIPTION

Det er processen med RNA-syntese på en DNA-skabelon. DNA afvikles på et af stederne. En af strengene indeholder information, der skal kopieres over på et RNA-molekyle - denne streng kaldes en kodende streng. Den anden DNA-streng, der er komplementær til den kodende, kaldes skabelonen. I processen med transkription på skabelonstrengen i retning 3 '- 5' (langs DNA-strengen) syntetiseres en komplementær RNA-streng. Der skabes således en RNA-kopi af den kodende streng.

Ris. 11. Skematisk fremstilling af transskription

For eksempel, hvis vi får sekvensen af ​​den kodende streng

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5 ',

så vil matrixkæden ifølge reglen om komplementaritet bære sekvensen

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3 ',

og RNA'et syntetiseret fra det er sekvensen

Udsende

Overvej mekanismen proteinsyntese på RNA-matrixen, samt den genetiske kode og dens egenskaber. For klarhedens skyld anbefaler vi også at bruge linket nedenfor, at du ser en kort video om processerne for transskription og oversættelse, der finder sted i en levende celle:

Ris. 12. Proteinsynteseproces: DNA koder for RNA, RNA koder for protein

GENETISK KODE

Genetisk kode- en fremgangsmåde til kodning af aminosyresekvensen af ​​proteiner under anvendelse af en nukleotidsekvens. Hver aminosyre er kodet af en sekvens på tre nukleotider - et kodon eller en triplet.

Genetisk kode fælles for de fleste pro- og eukaryoter. Tabellen viser alle 64 kodoner og angiver de tilsvarende aminosyrer. Baserækkefølgen er fra 5 "til 3"-enden af ​​mRNA'et.

Tabel 1. Standard genetisk kode

1 fonden nie	2. base								3 fonden nie
	U		C		EN		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Leu/L)	U C A		U A A	Stop kodon **	U G A	Stop kodon **	EN
	U U G		U C G		U A G	Stop kodon **	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Rekvisit)	C A U	(Hans / H)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln / Q)	C GA		EN
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
EN	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr / T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys / K)	A G A		EN
	A U G	(Mødte / M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val / V)	G C U	(Ala / A)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Gly / G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Glu/E)	G G A		EN
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Blandt trillingerne er der 4 specielle sekvenser, der fungerer som "tegnsætningstegn":

• * Triplet AUG, der også koder for methionin, kaldes startkodon... Syntesen af ​​et proteinmolekyle begynder fra dette kodon. Under proteinsyntesen vil den første aminosyre i sekvensen således altid være methionin.

• ** Trillinger UAA, UAG og UGA hedder stop kodoner og koder ikke for en enkelt aminosyre. Ved disse sekvenser stopper proteinsyntesen.

Egenskaber af den genetiske kode

1. Triplet... Hver aminosyre er kodet af en sekvens på tre nukleotider - en triplet eller en kodon.

2. Kontinuitet... Der er ingen yderligere nukleotider mellem tripletterne, informationen aflæses løbende.

3. Ikke-overlapning... Et nukleotid kan ikke gå ind samtidigt i to tripletter.

4. Entydighed... Ét kodon kan kun kode for én aminosyre.

5. Degeneration... En aminosyre kan kodes af flere forskellige kodoner.

6. Alsidighed... Den genetiske kode er den samme for alle levende organismer.

Eksempel. Vi får sekvensen af ​​kodningskæden:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Matrixkæden vil have sekvensen:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Nu "syntetiserer" vi informations-RNA fra denne kæde:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Proteinsyntese går i 5 '→ 3'-retningen, derfor er vi nødt til at vende sekvensen for at "læse" den genetiske kode:

5’- AAUUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Lad os nu finde AUG-startkodonet:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Lad os opdele sekvensen i tripletter:

lyder sådan her: information fra DNA overføres til RNA (transkription), fra RNA - til protein (oversættelse). DNA kan også duplikeres ved replikation, og revers transkriptionsprocessen er også mulig, når DNA syntetiseres fra RNA-skabelonen, men denne proces er hovedsageligt typisk for vira.

Ris. 13. Molekylærbiologiens centrale dogme

GENOM: GENER og KROMOSOMER

(generelle begreber)

Genom - helheden af ​​alle gener i en organisme; dets komplette kromosomsæt.

Udtrykket "genom" blev foreslået af G. Winkler i 1920 for at beskrive et sæt gener indeholdt i et haploid sæt kromosomer fra organismer af én biologisk art. Den oprindelige betydning af dette udtryk indikerede, at begrebet genom, i modsætning til genotypen, er en genetisk karakteristik af arten som helhed og ikke for et individuelt individ. Med udviklingen af ​​molekylær genetik har betydningen af ​​dette udtryk ændret sig. Det er kendt, at DNA, som er bæreren af ​​genetisk information i de fleste organismer og derfor danner grundlaget for genomet, ikke kun omfatter gener i ordets moderne betydning. Det meste af eukaryote cellers DNA er repræsenteret af ikke-kodende ("redundante") nukleotidsekvenser, der ikke indeholder information om proteiner og nukleinsyrer. Således er hoveddelen af ​​genomet af enhver organisme hele DNA'et af dets haploide sæt af kromosomer.

Gener er sektioner af DNA-molekyler, der koder for polypeptider og RNA-molekyler

I løbet af det seneste århundrede har vores forståelse af gener ændret sig markant. Tidligere blev genomet kaldt en del af kromosomet, der koder for eller bestemmer en egenskab eller fænotypisk en (synlig) egenskab, såsom øjenfarve.

I 1940 foreslog George Beadle og Edward Tatem en molekylær definition af genet. Forskere behandlede svampesporer Neurospora crassa Røntgenstråler og andre midler, der forårsager ændringer i DNA-sekvensen ( mutationer), og fandt mutantstammer af svampen, der havde mistet nogle specifikke enzymer, hvilket i nogle tilfælde førte til afbrydelse af hele stofskiftevejen. Beadle og Tatem konkluderede, at et gen er et stykke genetisk materiale, der definerer eller koder for et enkelt enzym. Sådan fremstod hypotesen "Et gen - et enzym"... Dette koncept blev senere udvidet til at definere "Et gen - et polypeptid" da mange gener koder for proteiner, der ikke er enzymer, og polypeptidet kan være en underenhed af et komplekst proteinkompleks.

I fig. 14 er et diagram over, hvordan tripletter af nukleotider i DNA bestemmer polypeptidet, aminosyresekvensen af ​​et protein, medieret af mRNA. En af DNA-strengene spiller rollen som skabelon til syntese af mRNA, hvis nukleotidtripletter (kodoner) er komplementære til DNA-tripletterne. Hos nogle bakterier og mange eukaryoter er kodende sekvenser afbrudt af ikke-kodende regioner (de såkaldte introner).

Moderne biokemisk gendefinition endnu mere specifikt. Gener er alle dele af DNA, der koder for den primære sekvens af slutprodukter, som omfatter polypeptider eller RNA, der har en strukturel eller katalytisk funktion.

Sammen med gener indeholder DNA også andre sekvenser, der udelukkende udfører en regulerende funktion. Regulatoriske sekvenser kan betegne begyndelsen eller slutningen af ​​gener, påvirke transkription eller angive stedet for initiering af replikation eller rekombination. Nogle gener kan udtrykkes på forskellige måder, hvor det samme stykke DNA tjener som skabelon for dannelsen af ​​forskellige produkter.

Vi kan groft beregne minimum genstørrelse koder for et medium protein. Hver aminosyre i polypeptidkæden er kodet som en sekvens af tre nukleotider; sekvenserne af disse tripletter (kodoner) svarer til aminosyrekæden i polypeptidet kodet af det givne gen. En polypeptidkæde på 350 aminosyrerester (middelkæde) svarer til en sekvens på 1050 bp. ( basepar). Men mange gener fra eukaryoter og nogle gener fra prokaryoter er afbrudt af DNA-segmenter, der ikke bærer information om proteinet, og derfor viser sig at være meget længere, end en simpel beregning viser.

Hvor mange gener er der på et kromosom?

Ris. 15. Udsigt over kromosomer i prokarytiske (venstre) og eukaryote celler. Histoner er en stor klasse af nukleare proteiner, der udfører to hovedfunktioner: de er involveret i pakningen af ​​DNA-strenge i kernen og i den epigenetiske regulering af nukleare processer såsom transkription, replikation og reparation.

Som du ved, har bakterieceller et kromosom i form af en DNA-streng, pakket ind i en kompakt struktur - en nukleoid. Kromosom af en prokaryot Escherichia coli, hvis genom er blevet fuldstændig afkodet, er et cirkulært DNA-molekyle (faktisk er det ikke en regulær cirkel, men snarere en løkke uden begyndelse og slutning), bestående af 4 639 675 bp. Denne sekvens indeholder ca. 4300 gener for proteiner og 157 gener for stabile RNA-molekyler. V menneskeligt genom cirka 3,1 milliarder basepar, svarende til næsten 29.000 gener placeret på 24 forskellige kromosomer.

Prokaryoter (bakterier).

Bakterie E coli har et dobbeltstrenget cirkulært DNA-molekyle. Den består af 4 639 675 bp. og når en længde på omkring 1,7 mm, hvilket overstiger længden af ​​selve cellen E coli cirka 850 gange. Ud over det store cirkulære kromosom i nukleoidet indeholder mange bakterier et eller flere små cirkulære DNA-molekyler, der er frit placeret i cytosolen. Sådanne ekstrakromosomale elementer kaldes plasmider(fig. 16).

De fleste plasmider består kun af nogle få tusinde basepar, nogle indeholder mere end 10.000 bp. De bærer genetisk information og replikerer med dannelsen af ​​datterplasmider, som kommer ind i dattercellerne under delingen af ​​forældrecellen. Plasmider findes ikke kun i bakterier, men også i gær og andre svampe. I mange tilfælde giver plasmider ingen fordel for værtsceller, og deres eneste opgave er at reproducere uafhængigt. Nogle plasmider bærer imidlertid gener, der er nyttige for værten. For eksempel kan gener indeholdt i plasmider bibringe bakterieceller resistens over for antibakterielle midler. Plasmider, der bærer β-lactamasegenet, giver resistens over for β-lactam-antibiotika, såsom penicillin og amoxicillin. Plasmider kan overføres fra antibiotika-resistente celler til andre celler af samme eller en anden bakterieart, hvilket gør disse celler også resistente. Den intensive brug af antibiotika er en kraftig selektiv faktor, der bidrager til spredningen af ​​plasmider, der koder for antibiotikaresistens (såvel som transposoner, der koder for lignende gener) blandt patogene bakterier og fører til fremkomsten af ​​bakteriestammer med resistens over for flere antibiotika. Læger begynder at forstå farerne ved udbredt brug af antibiotika og ordinerer dem kun, når der er akut behov for det. Af lignende årsager er den udbredte brug af antibiotika til behandling af husdyr begrænset.

Se også: Ravin N.V., Shestakov S.V. Genomet af prokaryoter // Vavilov Journal of Genetics and Selection, 2013. V. 17. Nr. 4/2. S. 972-984.

Eukaryoter.

Tabel 2. DNA, gener og kromosomer for nogle organismer

	Delt DNA, p.n.	Kromosom nummer *	Omtrentligt antal gener
Escherichia coli(bakterie)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(gær)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematode)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(plante)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(frugtflue)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(ris)	480 000 000		57 000
Mus muskulus(mus)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(Human)	3 070 128 600		29 000

Bemærk. Information opdateres konstant; for mere opdateret information henvises til webstederne dedikeret til individuelle genomiske projekter

* For alle eukaryoter, undtagen gær, er der givet et diploid sæt kromosomer. Diploid sæt kromosomer (fra græsk. diploos- double og eidos- arter) - et dobbelt sæt kromosomer (2n), som hver har en homolog til sig selv.
** Haploid sæt. Vilde gærstammer har normalt otte (oktaploide) eller flere sæt af sådanne kromosomer.
*** Til kvinder med to X-kromosomer. Mænd har et X-kromosom, men ingen Y, det vil sige, at der kun er 11 kromosomer.

En gærcelle, en af ​​de mindste eukaryoter, har 2,6 gange mere DNA end en celle E coli(Tabel 2). Frugtflueceller Drosophila, et klassisk genstand for genetisk forskning, indeholder 35 gange mere DNA, og menneskelige celler - omkring 700 gange mere DNA end celler E coli. Mange planter og padder indeholder endnu mere DNA. Det genetiske materiale af eukaryote celler er organiseret i form af kromosomer. Diploide sæt af kromosomer (2 n) afhænger af typen af ​​organisme (tabel 2).

For eksempel er der i en menneskelig somatisk celle 46 kromosomer ( ris. 17). Hvert kromosom i en eukaryot celle, som vist i fig. 17, -en, indeholder et meget stort dobbeltstrenget DNA-molekyle. Fireogtyve menneskelige kromosomer (22 parrede kromosomer og to kønskromosomer X og Y) adskiller sig i længden med mere end 25 gange. Hvert eukaryot kromosom indeholder et specifikt sæt gener.

Ris. 17. Eukaryote kromosomer.-en- et par forbundne og kondenserede søsterkromatider fra det menneskelige kromosom. I denne form forbliver eukaryote kromosomer efter replikation og i metafase under mitose. b- et komplet sæt kromosomer fra leukocytten fra en af ​​bogens forfattere. Hver normal human somatisk celle indeholder 46 kromosomer.

Hvis man forbinder DNA-molekylerne i det menneskelige genom (22 kromosomer og kromosomer X og Y eller X og X), får man en sekvens på omkring en meter lang. Bemærk: Alle pattedyr og andre organismer med et heterogametisk hankøn, hunner har to X-kromosomer (XX), og hanner har et X-kromosom og et Y-kromosom (XY).

De fleste menneskelige celler er derfor den samlede længde af DNA'et af sådanne celler omkring 2m. En voksen har cirka 10 14 celler, så den samlede længde af alle DNA-molekyler er 2 ~ 10 11 km. Til sammenligning er Jordens omkreds 4 ・ 10 4 km, og afstanden fra Jorden til Solen er 1,5 ・ 10 8 km. Sådan er det overraskende kompakt pakket DNA i vores celler!

I eukaryote celler er der andre organeller, der indeholder DNA - mitokondrier og kloroplaster. Mange hypoteser er blevet fremsat om oprindelsen af ​​mitokondrie- og kloroplast-DNA. Det generelt accepterede synspunkt i dag er, at de er rudimenterne af kromosomerne af gamle bakterier, der kom ind i værtscellers cytoplasma og blev forløberne for disse organeller. Mitokondrielt DNA koder for mitokondrielt tRNA og rRNA samt flere mitokondrielle proteiner. Mere end 95% af mitokondrielle proteiner er kodet af nuklear DNA.

STRUKTUR AF GENER

Overvej genets struktur i prokaryoter og eukaryoter, deres ligheder og forskelle. På trods af at et gen er et stykke DNA, der kun koder for ét protein eller RNA, omfatter det udover den direkte kodende del også regulatoriske og andre strukturelle elementer, der har forskellige strukturer i prokaryoter og eukaryoter.

Kodningssekvens- den vigtigste strukturelle og funktionelle enhed af genet, det er i det, at tripletterne af nukleotider koderaminosyresekvens. Det starter med et startkodon og slutter med et stopkodon.

Før og efter kodningssekvensen er uoversatte 5'- og 3'-sekvenser... De udfører regulatoriske og hjælpefunktioner, for eksempel sikrer de landing af ribosomet på m-RNA.

Utranslaterede og kodende sekvenser udgør en transkriptionsenhed - en transskriberet DNA-sektion, det vil sige en DNA-sektion, hvorfra m-RNA syntetiseres.

Terminator- ikke-transskriberet DNA-område i enden af ​​genet, hvor RNA-syntese stopper.

I begyndelsen af ​​genet er reguleringsområde inklusive promotor og operatør.

Promoter- den sekvens, som polymerasen binder til under initieringen af ​​transkription. Operatør er et område, som specielle proteiner kan binde til - undertrykkere, som kan reducere aktiviteten af ​​RNA-syntese fra dette gen - med andre ord reducere den udtryk.

Genstruktur i prokaryoter

Den generelle struktur af gener i prokaryoter og eukaryoter adskiller sig ikke - de indeholder begge en regulatorisk region med en promotor og operator, en transkriptionsenhed med kodende og utranslaterede sekvenser og en terminator. Organiseringen af ​​gener i prokaryoter og eukaryoter er imidlertid anderledes.

Ris. 18. Skema over strukturen af ​​genet i prokaryoter (bakterier) -billedet er forstørret

I begyndelsen og slutningen af ​​operonet er der fælles regulatoriske regioner for flere strukturelle gener. Et mRNA-molekyle aflæses fra den transskriberede region af operonet, som indeholder flere kodende sekvenser, som hver har sit eget start- og stopkodon. Fra hver af disse websteder medet protein er afbrudt. På denne måde flere proteinmolekyler syntetiseres fra et i-RNA-molekyle.

For prokaryoter er det karakteristisk at kombinere flere gener til en enkelt funktionel enhed - operon... Operonens arbejde kan reguleres af andre gener, der kan være mærkbart fjernt fra operonen selv - regulatorer... Proteinet oversat fra dette gen kaldes undertrykker... Det binder sig til operonets operatør og regulerer ekspressionen af ​​alle gener indeholdt i det på én gang.

Fænomenet er også karakteristisk for prokaryoter parring af transskription og oversættelse.

Ris. 19 Fænomenet konjugation af transkription og translation i prokaryoter - billedet er forstørret

En sådan konjugation forekommer ikke i eukaryoter på grund af tilstedeværelsen af ​​en nuklear kappe, der adskiller cytoplasmaet, hvor translationen finder sted, fra det genetiske materiale, hvorpå transskriptionen finder sted. I prokaryoter, under syntesen af ​​RNA på DNA-skabelonen, kan ribosomet straks binde til det syntetiserede RNA-molekyle. Således begynder oversættelsen allerede før færdiggørelsen af ​​transskriptionen. Desuden kan flere ribosomer samtidig binde sig til et RNA-molekyle og syntetisere flere molekyler af et protein på én gang.

Genstruktur i eukaryoter

Eukaryotes gener og kromosomer er meget komplekst organiseret

Mange arter af bakterier har kun ét kromosom, og i næsten alle tilfælde er der en kopi af hvert gen på hvert kromosom. Kun få gener, såsom rRNA-gener, er indeholdt i flere kopier. Gener og regulatoriske sekvenser udgør stort set hele genomet af prokaryoter. Desuden svarer næsten hvert gen strengt taget til den aminosyresekvens (eller RNA-sekvens), som det koder for (fig. 14).

Den strukturelle og funktionelle organisering af eukaryote gener er meget mere kompleks. Studiet af eukaryote kromosomer, og senere sekventering af komplette sekvenser af eukaryote genomer, bragte mange overraskelser. Mange, hvis ikke de fleste, eukaryote gener har et interessant træk: deres nukleotidsekvenser indeholder en eller flere DNA-regioner, der ikke koder for aminosyresekvensen af ​​polypeptidproduktet. Sådanne utranslaterede insertioner bryder den direkte overensstemmelse mellem nukleotidsekvensen af ​​genet og aminosyresekvensen af ​​det kodede polypeptid. Disse uoversatte segmenter af gener kaldes introner, eller indlejret sekvenser og kodningssegmenterne er exoner... Hos prokaryoter indeholder kun få gener introner.

Så i eukaryoter er der praktisk talt ingen kombination af gener til operoner, og den kodende sekvens af det eukaryote gen er oftest opdelt i oversatte regioner - exoner, og uoversatte afsnit - introner.

I de fleste tilfælde er intronernes funktion ikke blevet fastslået. Generelt er det kun omkring 1,5 % af menneskets DNA, der "koder", det vil sige, at de bærer information om proteiner eller RNA. Tager man store introner i betragtning, viser det sig dog, at 30 % af menneskets DNA består af gener. Da gener udgør en relativt lille del af det menneskelige genom, forbliver en betydelig del af DNA'et uklar.

Ris. 16. Skema over strukturen af ​​genet i eukaryoter - billedet er forstørret

Fra hvert gen syntetiseres først umodent eller præ-RNA, som indeholder både introner og exoner.

Herefter foregår en splejsningsproces, hvorved intronregionerne udskæres, og der dannes et modent mRNA, hvorfra proteinet kan syntetiseres.

Ris. 20. Proces med alternativ splejsning - billedet er forstørret

En sådan organisering af gener gør det for eksempel muligt at indse, hvornår forskellige former af et protein kan syntetiseres fra ét gen, på grund af det faktum, at exoner kan sys i forskellige sekvenser under splejsning.

Ris. 21. Forskelle i strukturen af ​​gener af prokaryoter og eukaryoter - billedet er forstørret

MUTATIONER OG MUTAGENESE

Mutation kaldet en vedvarende ændring i genotype, det vil sige en ændring i nukleotidsekvensen.

Processen, der fører til forekomsten af ​​mutationer, kaldes mutagenese og organismen, alle hvis celler bærer den samme mutation - mutant.

Mutationsteori blev først formuleret af Hugo de Vries i 1903. Dens moderne version indeholder følgende bestemmelser:

1. Mutationer opstår pludseligt, i spring og grænser.

2. Mutationer overføres fra generation til generation.

3. Mutationer kan være gavnlige, skadelige eller neutrale, dominerende eller recessive.

4. Sandsynligheden for at opdage mutationer afhænger af antallet af undersøgte individer.

5. Lignende mutationer kan forekomme gentagne gange.

6. Mutationer er ikke målrettet.

Mutationer kan opstå på grund af forskellige faktorer. Skelne mellem mutationer, der er opstået under påvirkning mutagen påvirkninger: fysisk (f.eks. ultraviolet eller stråling), kemisk (f.eks. colchicin eller reaktive oxygenarter) og biologiske (f.eks. vira). Også mutationer kan være forårsaget af replikeringsfejl.

Afhængigt af betingelserne for udseende, er mutationer underopdelt i spontan- altså mutationer, der er opstået under normale forhold, og induceret- altså mutationer, der er opstået under særlige forhold.

Mutationer kan ikke kun forekomme i nuklear DNA, men også for eksempel i mitokondriers eller plastiders DNA. Derfor kan vi skelne atomisk og cytoplasmatisk mutationer.

Som følge af mutationer kan der ofte opstå nye alleler. Hvis mutantallelen undertrykker virkningen af ​​den normale, kaldes mutationen dominerende... Hvis en normal allel undertrykker en mutant, kaldes en sådan mutation recessiv... De fleste af de mutationer, der fører til fremkomsten af ​​nye alleler, er recessive.

Ved virkning skelnes mutationer fleksibel fører til en stigning i kroppens tilpasning til miljøet, neutral som ikke påvirker overlevelse, skadelig der reducerer organismers tilpasningsevne til miljøforhold og dødbringende fører til organismens død i de tidlige udviklingsstadier.

Ifølge konsekvenserne skelnes mutationer, hvilket fører til tab af proteinfunktion, mutationer, der fører til fremkomsten proteinet har fået en ny funktion, samt mutationer, der ændre dosis af genet og følgelig dosis af protein syntetiseret fra det.

En mutation kan forekomme til enhver celle i kroppen. Hvis der sker en mutation i kønscellen, kaldes det germinal(germinal eller generativ). Sådanne mutationer forekommer ikke i organismen, hvor de optrådte, men fører til fremkomsten af ​​mutanter i afkommet og nedarves, derfor er de vigtige for genetik og evolution. Hvis der opstår en mutation i en anden celle, kaldes den somatisk... En sådan mutation kan i en eller anden grad vise sig i den organisme, den er opstået i, for eksempel føre til dannelse af kræftsvulster. Denne mutation er dog ikke nedarvet og påvirker ikke afkom.

Mutationer kan påvirke områder af genomet af forskellige størrelser. Tildele gen, kromosomalt og genomisk mutationer.

Genmutationer

Mutationer, der forekommer på en skala på mindre end et gen, kaldes genetiske, eller punkt (punkt)... Sådanne mutationer fører til en ændring i et eller flere nukleotider i sekvensen. Blandt genmutationer er derudskiftninger fører til udskiftning af et nukleotid med et andet,sletninger fører til tab af et af nukleotiderne,indsættelser fører til tilføjelse af et ekstra nukleotid til sekvensen.

Ris. 23. Gen (punkt) mutationer

I henhold til virkningsmekanismen på protein er genmutationer opdelt i:synonymt, som (som følge af degenerationen af ​​den genetiske kode) ikke fører til en ændring i aminosyresammensætningen af ​​proteinproduktet,missense mutationer, som fører til substitution af en aminosyre med en anden og kan påvirke strukturen af ​​det syntetiserede protein, selvom de ofte viser sig at være ubetydelige,nonsens mutationer fører til udskiftning af det kodende kodon med et stopkodon,mutationer, der fører til splejsningsforstyrrelse:

Ris. 24. Skemaer af mutationer

Også ifølge virkningsmekanismen på proteinet isoleres mutationer, hvilket fører til rammeskift udlæsninger for eksempel indsættelser og sletninger. Sådanne mutationer påvirker ligesom nonsensmutationer, selvom de forekommer på et tidspunkt i et gen, ofte hele strukturen af ​​et protein, hvilket kan føre til en fuldstændig ændring i dets struktur.

Ris. 29. Kromosom før og efter duplikering

Genomiske mutationer

Langt om længe, genomiske mutationer påvirke hele genomet som helhed, det vil sige antallet af kromosomændringer. Tildel polyploidi - en stigning i celleploidi og aneuploidi, det vil sige en ændring i antallet af kromosomer, for eksempel trisomi (tilstedeværelsen af ​​en yderligere homolog i et af kromosomerne) og monosomi (fraværet af en homolog i en kromosom).

DNA videoer

DNA REPLIKATION, RNA-KODNING, PROTEINSYNTESE

Vi ved alle, at en persons udseende, nogle vaner og endda sygdomme er arvet. Al denne information om et levende væsen er kodet i gener. Så hvordan ser disse ordsprogede gener ud, hvordan fungerer de, og hvor er de placeret?

Så bæreren af ​​alle gener fra enhver person eller dyr er DNA. Denne forbindelse blev opdaget af Johann Friedrich Miescher i 1869. Kemisk er DNA deoxyribonukleinsyre. Hvad betyder det? Hvordan bærer denne syre den genetiske kode for alt liv på vores planet?

Lad os starte med at se på, hvor DNA'et er placeret. I den menneskelige celle er der mange organeller, der udfører forskellige funktioner. DNA er placeret i kernen. Kernen er en lille organel, der er omgivet af en speciel membran, der opbevarer alt arvematerialet - DNA.

Hvad er strukturen af ​​et DNA-molekyle?

Først og fremmest, lad os se på, hvad DNA er. DNA er et meget langt molekyle, der består af byggesten - nukleotider. Der er 4 typer nukleotider - adenin (A), thymin (T), guanin (G) og cytosin (C). Nukleotidkæden ser skematisk således ud: GGAATCTAAG ... Dette er sekvensen af ​​nukleotider, der er DNA-kæden.

Strukturen af ​​DNA blev først dechifreret i 1953 af James Watson og Francis Crick.

I et DNA-molekyle er der to kæder af nukleotider, som er snoet i spiral omkring hinanden. Hvordan klæber disse nukleotidkæder sammen og snoes til en spiral? Dette fænomen skyldes komplementaritetens egenskab. Komplementaritet betyder, at kun visse nukleotider (komplementære) kan være placeret over for hinanden i to strenge. Så modsat adenin er der altid thymin, og modsat guanin er der altid kun cytosin. Således er guanin komplementær til cytosin, og adenin er komplementær til thymin.Sådanne par af nukleotider modsat hinanden i forskellige strenge kaldes også komplementære.

Det kan ske skematisk afbildet som følger:

G - C
T - A
T - A
C - G

Disse komplementære par A - T og G - C danner en kemisk binding mellem nukleotiderne i parret, og bindingen mellem G og C er stærkere end mellem A og T. Bindingen dannes strengt mellem komplementære baser, det vil sige dannelsen af en binding mellem ikke-komplementær G og A er umulig.

DNA "pakning", hvordan bliver en DNA streng til et kromosom?

Hvorfor snor disse DNA-nukleotidkæder sig også rundt om hinanden? Hvorfor er dette nødvendigt? Faktum er, at antallet af nukleotider er enormt, og det kræver meget plads at rumme så lange kæder. Af denne grund er der en spiral snoning af to DNA-strenge omkring den anden. Dette fænomen kaldes spiralisering. Som et resultat af spiralisering forkortes DNA-strenge med 5-6 gange.

Nogle DNA-molekyler bruges aktivt af kroppen, mens andre sjældent bruges. Sådanne sjældent brugte DNA-molekyler gennemgår udover spiralisering en endnu mere kompakt "pakning". Denne kompakte pakke kaldes supercoiling og forkorter DNA-strengen med 25-30 gange!

Hvordan foregår DNA-strengpakning?

Til supercoiling anvendes histonproteiner, som har udseende og struktur som en stang eller trådspole. Spiraliserede DNA-strenge er viklet på disse "spoler" - histonproteiner. Dermed bliver den lange tråd meget kompakt pakket og fylder meget lidt.

Hvis det er nødvendigt at bruge dette eller hint DNA-molekyle, sker processen med "afvikling", det vil sige, at DNA-strengen "vikles af" fra "spolen" - et histonprotein (hvis det blev viklet på det) og afviklet fra en spiral i to parallelle kæder. Og når DNA-molekylet er i sådan en usnoet tilstand, så kan den nødvendige genetiske information aflæses fra det. Desuden sker læsningen af ​​genetisk information kun fra ikke-snoede DNA-strenge!

Sættet af supercoiled kromosomer kaldes heterochromatin, og kromosomer tilgængelige til at læse information - euchromatin.

Hvad er gener, hvad er deres forhold til DNA?

Lad os nu se på, hvad gener er. Det er kendt, at der er gener, der bestemmer blodtype, farve på øjne, hår, hud og mange andre egenskaber i vores krop. Et gen er en strengt defineret del af DNA, der består af et vist antal nukleotider placeret i en strengt defineret kombination. Placering i et strengt defineret område af DNA betyder, at et specifikt gen er blevet tildelt sin plads, og det er umuligt at ændre dette sted. Det er passende at foretage en sådan sammenligning: en person bor på en bestemt gade, i et bestemt hus og lejlighed, og en person kan ikke vilkårligt flytte til et andet hus, lejlighed eller til en anden gade. Et vist antal nukleotider i et gen betyder, at hvert gen har et bestemt antal nukleotider og ikke kan blive mere eller mindre. For eksempel er genet for insulinproduktion 60 basepar langt; genet, der koder for produktionen af ​​hormonet oxytocin - af 370 basepar.

Den strenge sekvens af nukleotider er unik for hvert gen og er strengt defineret. For eksempel er AATTAATA-sekvensen et fragment af et gen, der koder for insulinproduktion. For at opnå insulin bruges netop sådan en sekvens, for at opnå for eksempel adrenalin bruges en anden kombination af nukleotider. Det er vigtigt at forstå, at kun en bestemt kombination af nukleotider koder for et bestemt "produkt" (adrenalin, insulin osv.). Sådan er den unikke kombination af et vist antal nukleotider, der står på "dens plads" - det er gen.

Ud over gener er de såkaldte "ikke-kodende sekvenser" placeret i DNA-kæden. Sådanne ikke-kodende nukleotidsekvenser regulerer genernes arbejde, hjælper med at spiralisere kromosomerne og markerer begyndelsen og slutningen af ​​et gen. Men indtil videre er rollen for de fleste ikke-kodende sekvenser uklar.

Hvad er et kromosom? Kønskromosomer

Indsamlingen af ​​et individs gener kaldes et genom. Naturligvis er det umuligt at passe hele genomet ind i ét DNA. Genomet er opdelt i 46 par DNA-molekyler. Et par DNA-molekyler kaldes et kromosom. Så det er disse kromosomer, at en person har 46 stykker. Hvert kromosom bærer et strengt defineret sæt af gener, for eksempel indeholder kromosom 18 gener, der koder for øjenfarve osv. Kromosomer adskiller sig fra hinanden i længde og form. De mest almindelige former er X eller Y, men der er også andre. En person har to kromosomer af samme form, som kaldes parrede (par). På grund af sådanne forskelle er alle parrede kromosomer nummererede - der er 23 par af dem. Det betyder, at der er et par kromosomer #1, par #2, #3 osv. Hvert gen, der er ansvarligt for en bestemt egenskab, er placeret på det samme kromosom. I moderne retningslinjer for specialister kan lokaliseringen af ​​genet for eksempel angives som følger: 22 kromosom, lang arm.

Hvad er forskellene mellem kromosomer?

Hvordan er kromosomer ellers anderledes? Hvad betyder begrebet lang skulder? Tag kromosomer af form X. Skæringen af ​​DNA-strenge kan forekomme strengt i midten (X), eller den kan også forekomme ikke centralt. Når en sådan skæring af DNA-strenge ikke forekommer centralt, så i forhold til krydsningspunktet er nogle ender længere, andre er henholdsvis kortere. Sådanne lange ender kaldes normalt kromosomets lange arm, og de korte kaldes henholdsvis den korte arm. I kromosomer af Y-formen optager lange skuldre de fleste af dem, og korte er meget små (de er ikke engang angivet i det skematiske billede).

Størrelsen af ​​kromosomerne varierer: de største er kromosomerne af par #1 og #3, de mindste er kromosomer af par #17, #19.

Ud over formen og størrelsen adskiller kromosomerne sig i deres funktioner. Af de 23 par er 22 somatiske og 1 seksuelle. Hvad betyder det? Somatiske kromosomer bestemmer alle de ydre tegn på et individ, træk ved hans adfærdsreaktioner, arvelig psykotype, det vil sige alle træk og karakteristika for hver enkelt person. Et par kønskromosomer bestemmer en persons køn: mand eller kvinde. Der er to typer menneskelige kønskromosomer - X (X) og Y (Y). Hvis de kombineres som XX (X - X) - er dette en kvinde, og hvis XY (X - Y) - har vi en mand foran os.

Arvelige sygdomme og kromosomskader

Der sker dog "nedbrydninger" af genomet, og så opdages genetiske sygdomme hos mennesker. For eksempel, når der er tre kromosomer på 21 par kromosomer i stedet for to, bliver en person født med Downs syndrom.

Der er mange mindre "nedbrydninger" af arvematerialet, som ikke fører til sygdomsdebut, men tværtimod bibringer gode egenskaber. Alle "nedbrydninger" af genetisk materiale kaldes mutationer. Mutationer, der fører til sygdom eller forringelse af kroppens egenskaber, betragtes som negative, og mutationer, der fører til dannelsen af ​​nye gavnlige egenskaber, betragtes som positive.

Men i forhold til de fleste af de sygdomme, som mennesker lider af i dag, er det ikke en sygdom, der er arvelig, men kun en disposition. For eksempel optages sukker langsomt af faderen til et barn. Det betyder ikke, at barnet bliver født med diabetes, men barnet vil have en disposition. Det betyder, at hvis et barn misbruger slik og melprodukter, vil det udvikle diabetes mellitus.

I dag er den såkaldte prædikativ medicinen. Inden for rammerne af denne medicinske praksis identificeres dispositioner hos en person (baseret på identifikation af de tilsvarende gener), og derefter gives anbefalinger til ham - hvilken diæt man skal følge, hvordan man korrekt veksler arbejds- og hvileregimet, så ikke at blive syg.

Hvordan læser man information kodet i DNA?

Hvordan kan du læse oplysningerne i DNA? Hvordan bruger hendes egen krop det? DNA i sig selv er en slags matrix, men ikke simpel, men kodet. For at læse information fra en DNA-matrix overføres den først til en speciel bærer - RNA. RNA er kemisk ribonukleinsyre. Det adskiller sig fra DNA ved, at det kan passere gennem kernemembranen ind i cellen, og DNA er frataget denne evne (det kan kun være i kernen). Den kodede information bruges i selve cellen. Så RNA er bæreren af ​​kodet information fra kernen til cellen.

Hvordan syntetiseres RNA, hvordan syntetiseres protein ved hjælp af RNA?

DNA-strengene, hvorfra det er nødvendigt at "læse" information, slapper af, et særligt enzym - "builder" nærmer sig dem og syntetiserer en komplementær RNA-streng parallelt med DNA-strengen. RNA-molekylet består desuden af ​​4 typer nukleotider - adenin (A), uracil (U), guanin (G) og cytosin (C). I dette tilfælde er følgende par komplementære: adenin - uracil, guanin - cytosin. Som du kan se, i modsætning til DNA, bruger RNA uracil i stedet for thymin. Det vil sige, at "builder"-enzymet fungerer som følger: hvis det ser A i DNA-strengen, så binder det Y til RNA-strengen, hvis G, så binder C osv. Fra hvert aktivt gen under transkriptionen dannes således en skabelon - en kopi af RNA, der kan passere gennem kernemembranen.

Hvordan foregår syntesen af ​​et protein kodet af et specifikt gen?

Efter at have forladt kernen kommer RNA ind i cytoplasmaet. Allerede i cytoplasmaet kan RNA som en matrix være indlejret i specielle enzymsystemer (ribosomer), som kan syntetisere, styret af RNA-information, den tilsvarende proteinaminosyresekvens. Et proteinmolekyle er som bekendt sammensat af aminosyrer. Hvordan formår ribosomet at finde ud af, hvilken aminosyre der skal bindes til den voksende proteinkæde? Dette gøres ud fra en tripletkode. Triplet-kode betyder, at sekvensen af ​​tre nukleotider i RNA-kæden ( trilling, for eksempel HGH) koder for én aminosyre (i dette tilfælde glycin). Hver aminosyre er kodet af en specifik triplet. Og så "læser" ribosomet tripletten, bestemmer hvilken aminosyre der skal vedhæftes næste gang, da den læser information i RNA. Når en kæde af aminosyrer dannes, antager den en vis rumlig form og bliver til et protein, der er i stand til at udføre de enzymatiske, opbyggende, hormonelle og andre funktioner, der er tildelt det.

Protein for enhver levende organisme er et produkt af et gen. Det er proteiner, der bestemmer alle de forskellige egenskaber, kvaliteter og ydre manifestationer af gener.