Structuren, belangrijkste soorten RNA, hun rol in eiwitsynthese. Overdracht van erfelijke informatie DNA-RNA-eiwit

Alle levende wezens zijn voor in wezen al hun biologische functies afhankelijk van drie basismoleculen. Deze moleculen zijn DNA, RNA en eiwit. Twee strengen DNA roteren in tegengestelde richting en liggen naast elkaar (antiparallel). Het is een opeenvolging van vier stikstofbasen langs de ruggengraat die biologische informatie codeert. Volgens de genetische code worden de RNA-strengen getransformeerd om de aminozuursequentie in eiwitten te bepalen. Deze RNA-strengen zijn oorspronkelijk gemaakt met behulp van DNA-strengen als een sjabloon in een proces dat transcriptie wordt genoemd.

Zonder DNA, RNA en eiwitten zou er geen biologisch leven op aarde bestaan. DNA is een intelligent molecuul dat codeert voor de complete set genetische instructies (genoom) die nodig zijn om elk levend wezen samen te stellen, te onderhouden en te reproduceren. RNA speelt meerdere vitale rollen bij het coderen, decoderen, reguleren en uitdrukken van genetica. De belangrijkste taak van RNA is om eiwitten te maken volgens de instructiesets die in het DNA van de cel zijn gecodeerd.

DNA bestaat uit suiker, stikstofbase en fosfaatgroep. RNA is hetzelfde.

In DNA bestaat de stikstofbase uit nucleïnezuren: cytosine (C), guanine (G), adenine (A) en thymine (T). Metafysisch wordt elk van deze nucleïnezuren geassocieerd met de elementaire stoffen van de planeet: lucht, water, vuur en aarde. Wanneer we deze vier elementen op aarde besmetten, besmetten we het overeenkomstige nucleïnezuur in ons DNA.

In RNA bestaat de stikstofbase echter uit nucleïnezuren: cytosine (C), guanine (G), adenine (A) en uracil (U). Bovendien is elk van de RNA-nucleïnezuren geassocieerd met de elementaire stoffen van de planeet: lucht, water, vuur en aarde. In zowel DNA als RNA komt mitochondriaal DNA overeen met het vijfde basiselement van de Kosmische Ether, afkomstig van alleen van moeder... Dit is een voorbeeld van allotropie, de eigenschap van een klein aantal chemische elementen in twee of meer verschillende vormen, ook wel allotropen van deze elementen genoemd. Allotropen zijn verschillende structurele modificaties van een element. Ons DNA is een allotroop van de vier planetaire basiselementen.

De belangrijkste biologische functie van stikstofbasen in DNA is het combineren van nucleïnezuren. Adenine combineert altijd met thymine en guanine met cytosine. Deze staan ​​bekend als gepaarde basen. Uracil is alleen aanwezig in RNA, vervangt thymine en verbindt zich met adenine.

Zowel RNA als DNA gebruiken basenparen (mannelijk + vrouwelijk) als een extra taal die door geschikte enzymen in elke richting tussen DNA en RNA kan worden omgezet. Deze mannelijk-vrouwelijke taal of structuur met basenparen biedt een reservekopie van alle genetische informatie die is gecodeerd in het dubbelstrengs DNA.

Omgekeerd gepaarde basis

Al het DNA en RNA functioneren volgens een basenparen geslachtsprincipe, waardoor een waterstofbrug ontstaat. De gepaarde basen moeten op volgorde aansluiten, zodat DNA en RNA kunnen interageren (volgens het oorspronkelijke ontwerp van onze 12 DNA-strings, de Diamond Sun Body), en RNA in staat stellen functionele linkbuilding-eiwitten te produceren die het DNA-dubbele synthetiseren en corrigeren. helix. Menselijk DNA is beschadigd door basenpaarmutaties en veranderingen in koppelingen of sequentie-editing-inserties door gemanipuleerde organismen zoals een virus. Nephilim Reverse Grid (NRG) Gender Splitting Technology, die alle mannelijke en vrouwelijke talen en hun relaties beïnvloedt. Kopieën van DNA worden gemaakt door nucleïnezuursubeenheden met mannelijke en vrouwelijke basenparen aan elke streng van het oorspronkelijke DNA-molecuul te koppelen. Zo'n verband komt altijd voor in bepaalde combinaties. Veranderingen in de basis-DNA-verbinding, evenals vele niveaus van genetische modificatie en genetische controle, dragen bij aan de onderdrukking van DNA-synthese. Het is de opzettelijke onderdrukking van de activering van de 12 strengen DNA van het oorspronkelijke ontwerp, de Silicium Matrix, geassembleerd en gebouwd door eiwitten. Deze genetische onderdrukking is agressief nagestreefd sinds de Atlantis-ramp. Het is direct gerelateerd aan de onderdrukking van de vereniging van hiërogamie, die wordt bereikt door de juiste combinatie van DNA-basen, met behulp waarvan eiwitten kunnen worden gemaakt en geassembleerd om de vurige DNA-letters te herstellen.

RNA-bewerking met aspartaam

Een voorbeeld van genetische modificatie en menselijke experimenten is het gebruik van aspartaam ​​*. Aspartaam ​​wordt chemisch gesynthetiseerd uit aspartaat, wat de functie van de uracil-thymine-binding in DNA schaadt en ook de functie van RNA-eiwitsynthese en communicatie tussen RNA en DNA vermindert. RNA-bewerking door het toevoegen of verwijderen van uracil en thymine hercodeerde de mitochondriën van de cel, waarin mitochondriale schade bijdroeg aan neurologische aandoeningen. Thimin is een krachtige beschermer van DNA-integriteit. Bovendien produceert het zinken van uracil het substraat aspartaat, koolstofdioxide en ammoniak.

Interferentie met de stikstofcyclus

Als gevolg van de Industriële Revolutie, de introductie van een militair complex door contact met Negative Aliens, is de algehele stikstofcyclus de afgelopen eeuw aanzienlijk veranderd. Terwijl stikstof essentieel is voor al het bekende leven op aarde, zijn oorlogen met fossiele brandstoffen uitgevochten, opzettelijk aangewakkerd door de ADV, die de aarde vervuilen en DNA beschadigen. Stikstof is een bestanddeel van alle aminozuren waaruit eiwitten zijn opgebouwd en is aanwezig in de basen die de RNA- en DNA-nucleïnezuren vormen. Door oorlogen te voeren over fossiele brandstoffen, het gebruik van verbrandingsmotoren af ​​te dwingen, het gebruik van chemische meststoffen en de vervuiling van het milieu door voertuigen en industrieën, hebben mensen echter bijgedragen aan de ernstige toxiciteit van stikstof in biologische vormen. Stikstofmonoxide, kooldioxide, methaan en ammoniak creëren allemaal een broeikasgas dat de aarde, het drinkwater en de oceanen vergiftigt. Deze besmetting veroorzaakt DNA-schade en mutaties.

Elementaire verandering in het pijnlichaam

Zo hebben velen van ons elementaire veranderingen ervaren in ons bloed, lichaamsdelen (vooral op het huidoppervlak dat reageert op veranderingen in het bloed) en diepgaande veranderingen in onze cellen en weefsels. De revitalisering van de materie als gevolg van magnetische veranderingen dringt ook door in de niveaus van ons emotioneel-elementaire lichaam, en heeft een aanzienlijke invloed op de cellulaire reacties en het geheugen opgeslagen in het instinctieve lichaam (pijnlichaam).

Deze nieuwe cyclus dwingt ons allemaal om aandacht te schenken aan ons instinctieve lichaam, ons emotioneel-elementaire pijnlichaam, en wat ermee gebeurt. De relatie van de zonne- en maankrachten en hun gecombineerde effect op de polariteiten van de krachten van het planetaire lichaam passen zich aan dit effect op het magnetische veld aan.

Helaas leidt een verkeerd begrip van de hogere principes van de natuurwet tot grote chaos en lijden voor degenen die voortdurend vernietiging, verdeeldheid en geweld door de vingers zien, ongeacht de gebruikte methoden.

Desalniettemin gaat de massale uittocht van maankrachten, wezens van de maanketen, gevallen engelen van onze planeet en het zonnestelsel door, en gaat door in de huidige tijd. Aangezien de quarantaine uit het zonnestelsel is opgeheven, zullen degenen die overeenkomen met Ascentie (of die zuiver van hart zijn) een diepe herschikking van hun heilige energiecentra ervaren, waarbij ze van maan- naar zonne-invloeden gaan. Deze splitsing van zonne- en maankrachten zet veranderingen voort, niet alleen in het emotioneel-elementaire lichaam, maar ook in het sacrale centrum en alle voortplantingsorganen. Ze brengt aanpassingen of inzichten in veel van de problemen die verband houden met seksueel lijden, die zijn geprogrammeerd op basis van verborgen verhalen die verband houden met de entiteiten van de maanketen. De magnetische commandosets en mitochondriën van de Moeder herstellen ook de Zonne-Vrouwelijkheid voor hun aardse kinderen.

DNA-synthese

Door te begrijpen dat ons emotioneel-elementaire lichaam van op koolstof gebaseerde atomen naar hoger gebaseerde elementen beweegt door middel van hoogfrequente activering en planetaire magnetische veranderingen, kunnen we de punten in de spirituele ontwikkeling van ons eigen lichaam verbinden met persoonlijke alchemistische processen. Wanneer het Sophia-lichaam wordt hersteld, versmelt de alchemistische transformatie van onze evolutie van bewustzijn met het wetenschappelijke begrip van DNA-synthese. DNA-synthese is net zo belangrijk als DNA-activering, die een belangrijke en directe rol speelt bij spirituele ascentie. Moeder brengt het record van mitochondriaal DNA terug door magnetische fluxverandering, waardoor de blauwdruk van ons bloed, onze hersenen en ons zenuwstelsel wordt hersteld voor een hoger functioneren met ons echte originele DNA.

*EEN Spartame is een genetisch gemanipuleerde chemische stof die wordt gedistribueerd en op de markt wordt gebruikt als voedseladditief

Vertaling: Oreanda Web

Eerst enkele algemene bepalingen.

Het hele programma van chemische processen in het lichaam is vastgelegd in DNA - de moleculaire opslag van genetische informatie. Gewoonlijk wordt de stroom van deze informatie weergegeven door een diagram: DNA RNA PROTEIN, dat het proces vertegenwoordigt van het vertalen van de genetische taal van nucleotidesequenties in aminozuursequenties. DNA-schema RNA duidt de biosynthese aan van RNA-moleculen, waarvan de nucleotidesequentie complementair is aan een bepaald gebied (gen) van het DNA-molecuul. Dit proces wordt gewoonlijk transcriptie genoemd. Zo worden tRNA, rRNA, mRNA gesynthetiseerd. De aanduiding RNA PROTEK drukt de biosynthese van polypeptideketens uit, waarvan de aminozuursequentie wordt bepaald door de nucleotidesequentie van mRNA met de deelname van tRNA en rRNA. Dit proces wordt broadcast genoemd. Beide processen vinden plaats met de deelname van talrijke eiwitten die katalytische en niet-katalytische functies vervullen.

RNA-biosynthese.

Voor de synthese van alle soorten RNA (p, t, m), wordt slechts één type enzym gebruikt: DNA - afhankelijke RNA - polymerasen, die een strak gebonden zinkion bevatten. Afhankelijk van het type RNA dat wordt gesynthetiseerd, worden RNA - polymerase 1 (katalyseert de synthese van rRNA), RNA - polymerase 2 (mRNA) en RNA - polymerase 3 (tRNA) geïsoleerd. Een ander type wordt gevonden in mitochondriën - RNA - polymerase 4. Molecuulgewichten van alle soorten RNA - polymerasen liggen in het bereik van 500.000 - 600.000. Alle synthese vindt plaats in overeenstemming met de informatie in de overeenkomstige DNA-genen. Van welke bron het RNA-enzym - polymerase (uit dieren, planten, bacteriën) ook wordt geïsoleerd, het wordt gekenmerkt door de volgende kenmerken van in vivo functioneren: 1) Er worden triphosfonucleosiden gebruikt, geen di- en niet-monofosfonucleosiden. 2) Voor optimale activiteit is een co-factor vereist - magnesiumion. 3) Het enzym gebruikt slechts één DNA-streng als sjabloon voor de synthese van een complementaire kopie van RNA (daarom is de synthese ook een sjabloon). Sequentiële hechting van nucleotiden vindt plaats zodat de keten groeit van het 5'- naar het 3'-uiteinde (5' - 3'-iolymerisatie):

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

5) Om de synthese te starten, kan een zaadgedeelte van RNA worden gebruikt:

Nucleoside trifosfaat

(RNA) n residuen (RNA) n + 1 + IF

RNA - polymerase

Tegelijkertijd kan de polymerisatie doorgaan (vaker gebeurt dit) zonder enten, met slechts één nucleosidetrifosfaat in plaats van een entgedeelte (in de regel is dit ATP of GTP).

6) Tijdens deze polymerisatie kopieert het enzym slechts één DNA-streng en beweegt langs de sjabloon in de 3'-5'-richting. De keuze voor het gekopieerde net is niet toevallig.

7) De template-DNA-keten bevat signalen voor de initiatie van RNA-synthese voor het enzym, gelokaliseerd op bepaalde posities vóór het begin van het gen, en signalen voor beëindiging van de synthese, gelokaliseerd na het einde van een gen of een groep genen.

8) Voor de hierboven beschreven processen kan supercoiled DNA nodig zijn, wat helpt om de signalen van initiatie en beëindiging van synthese te herkennen en de binding van RNA-polymerase aan de matrix vergemakkelijkt.

RNA - polymerase is een oligomeer enzym, bestaande uit 5 subeenheden: alfa, alfa`, bèta, bèta`, gamma. Bepaalde subeenheden komen overeen met bepaalde functies: de bèta-subeenheid is bijvoorbeeld betrokken bij de vorming van een fosfodiesterbinding, de gamma-subeenheid is betrokken bij de herkenning van het startsignaal.

Het DNA-gebied dat verantwoordelijk is voor de initiële binding van RNA-polymerase, een promotor genoemd, bevat 30 - 60 paar stikstofbasen.

RNA-synthese onder de werking van DNA - afhankelijk RNA - polymerase vindt plaats in 3 fasen: initiatie, verlenging, beëindiging.

1) Initiatie - de gamma-subeenheid, die deel uitmaakt van het RNA - polymerase, draagt ​​niet alleen bij aan de "herkenning" van de promotor-DNA-regio's, maar bindt ook direct in de regio van de TATA-sequentie. Naast het feit dat het TATA-gebied een signaal voor herkenning is, kan het ook de minste sterkte van waterstofbruggen hebben, wat het "ontwarren" van DNA-strengen vergemakkelijkt. Er zijn aanwijzingen dat cAMP ook deelneemt aan het stimuleren van dit proces. De gamma-subeenheid van RNA, polymerase, neemt ook deel aan de opening van de dubbele DNA-helix. In dit geval dient een van de DNA-strengen als een sjabloon voor de synthese van een nieuwe RNA-streng. En zodra deze synthese begint, wordt de gamma-subeenheid gescheiden van het enzym en in de toekomst gehecht aan een ander enzymmolecuul om deel te nemen aan een nieuwe transcriptiecyclus. Het "onttwisten" van DNA vindt plaats als het RNA-polymerase langs de coderende streng beweegt. Het is noodzakelijk voor de juiste vorming van complementaire paren met nucleotiden ingevoegd in de RNA-keten. De grootte van de afgewikkelde DNA-sectie is gedurende het hele proces constant en bedraagt ​​ongeveer 17 basenparen per RNA-polymerasemolecuul. Meerdere RNA-polymerasemoleculen kunnen tegelijkertijd dezelfde coderende streng lezen, maar het proces is zo aangepast dat elk RNA-polymerasemolecuul op elk moment verschillende DNA-regio's transcribeert. Tegelijkertijd wordt DNA - afhankelijk RNA - polymerase 3, dat tRNA synthetiseert, gekenmerkt door "herkenning" van de interne promotor.

2) Verlenging, of voortzetting van de synthese, wordt uitgevoerd door RNA - polymerase, maar al in de vorm van een tetrameer, aangezien de gamma-subeenheid is al afgesplitst. De nieuwe keten groeit door achtereenvolgens ribonucleotiden toe te voegen aan de vrije 3'-hydroxygroep. De synthesesnelheid van bijvoorbeeld serumalbumine-mRNA is maximaal 100 nucleotiden per seconde. In tegenstelling tot DNA-polymerase (waar we het hieronder over zullen hebben), controleert RNA-polymerase niet de juistheid van de nieuw gevormde polynucleotideketen. Het foutenpercentage voor RNA-synthese is 1: 1.000.000.

3) Beëindiging - de eiwitfactor r (po) is hierbij betrokken. Het maakt geen deel uit van RNA-polymerase. Het herkent waarschijnlijk de terminatorsequentie van nucleotiden op de matrijs door een van de interactiemechanismen tussen de gamma-subeenheid en de promotor. De terminator bevat ook ongeveer 30-60 basenparen en eindigt met een reeks AT-paren, hoewel voor sommige RNA's werd opgemerkt dat de terminatiesignalen 1000-2000 basen verwijderd zijn van het coderende gen. Het is mogelijk dat een van de polymerasedeeltjes ook betrokken is bij de herkenning van de terminatorsequentie. In dit geval stopt de RNA-synthese en verlaat het gesynthetiseerde RNA-molecuul het enzym. De meeste van de op deze manier gesynthetiseerde RNA-moleculen zijn niet biologisch actief. Het zijn eerder voorlopers die zich via verschillende reacties tot volwassen vormen moeten ontwikkelen. Dit wordt verwerking genoemd. Deze reacties zijn: (1) Fragmentatie van voorlopers met een lange keten (bovendien kunnen uit één transcript 1 tot 3 tRNA's worden gevormd). (2) Aanhechting van nucleotiden aan de uiteinden. (3) Specifieke modificatie van nucleotiden (methylering, sulfonering, deaminering, enz.).

MRNA-verwerking heeft nog een functie. Het bleek dat de informatie die codeert voor de AK-sequentie in genen soms wordt onderbroken door niet-coderende sequenties, d.w.z. "Genen worden doorgesneden". Maar wanneer het wordt getranscribeerd, wordt het hele "gescheurde" gen gekopieerd. In dit geval worden tijdens de verwerking van endonucleasen, of ze worden restrictie-enzymen genoemd, niet-coderende gebieden (introns) weggesneden. Momenteel zijn er meer dan 200 geïsoleerd.Restrictie-endonucleasen splitsen bindingen (afhankelijk van het type enzym) tussen strikt gedefinieerde nucleotiden (bijvoorbeeld G - A, T - A, enz.). De ligasen ligeren vervolgens de coderende gebieden (exons). De meeste sequenties, waarvan de transcripten worden gepresenteerd in rijpe mRNA's, worden in het genoom één tot vijftig keer verbroken door niet-coderende gebieden (introns). Typisch zijn introns aanzienlijk langer dan exons. De functies van de introns zijn niet precies vastgesteld. Misschien dienen ze voor de fysieke scheiding van exons om genetische herschikkingen (recombinaties) te optimaliseren. Er is ook een template-vrije RNA-synthese. Dit proces wordt gekatalyseerd door het enzym polynucleotidefosforylase: nucleDF + (nucleMF) n (nucleMF) n + 1 + Fk. Dit enzym heeft geen template nodig en synthetiseert geen polymeer met een specifieke polynucleotidesequentie. Hij heeft de RNA-keten alleen nodig als een zaadje. Een aantal antibiotica (ongeveer 30) heeft een remmend effect op het proces van RNA-synthese. Er zijn hier twee mechanismen: (1) binding aan RNA-polymerase, wat leidt tot inactivering van het enzym (rifamycine bindt bijvoorbeeld aan de b-eenheid). (2) Antibiotica kunnen binden aan matrijs-DNA en ofwel de binding van het enzym aan de matrijs of de beweging van RNA-polymerase langs het DNA blokkeren (dit is bijvoorbeeld actinomycine D).

DNA-biosynthese.

De genetische informatie in het DNA van een chromosoom kan worden overgedragen door exacte replicatie of door recombinatie, transpositie en conversie:

1) Recombinatie twee homologe chromosomen wisselen genetisch materiaal uit.

2) Transpositie - het vermogen om genen over een chromosoom of tussen chromosomen te verplaatsen. Misschien speelt het een belangrijke rol bij celdifferentiatie.

3) Conversie - identieke sequenties van chromosomen kunnen willekeurige paren vormen en niet-overeenkomende secties worden verwijderd.

4) Replicatie (dit is het belangrijkste type DNA-synthese), dat wil zeggen, de reproductie van "hun eigen soort".

De belangrijkste functionele betekenis van replicatie is de levering van genetische informatie aan het nageslacht. Het belangrijkste enzym dat de DNA-synthese katalyseert, is DNA-polymerase. Er zijn verschillende soorten DNA-polymerase geïsoleerd: 1) alfa - (geïsoleerd uit de kern) is het belangrijkste enzym dat wordt geassocieerd met chromosoomreplicatie. 2) beta - (ook gelokaliseerd in de kern) - is blijkbaar betrokken bij herstel- en recombinatieprocessen. 3) gamma - (gelokaliseerd in mitochondriën) - neemt waarschijnlijk deel aan de replicatie van mitochondriaal DNA. Om DNA-polymerase te laten werken, zijn de volgende voorwaarden nodig: 1) alle 4 deoxyribonucleotiden (dATP, dGTP, dCTP en TTF) moeten in het medium aanwezig zijn; 2) voor optimale activiteit is een co-factor vereist: mangaanionen; 3) de aanwezigheid van dubbelstrengs DNA dat wordt gekopieerd is vereist; 4) nucleotiden zijn gehecht in de 5' - 3' richting (5' - 3' - polymerisatie); 5) replicatie begint in een strikt afgebakend gebied en gaat gelijktijdig in beide richtingen met ongeveer dezelfde snelheid; 6) om de synthese te starten, kan het worden gebruikt als een zaadgedeelte van ofwel een DNA-fragment of een RNA-fragment, in tegenstelling tot RNA-synthese, waar synthese uit individuele nucleotiden mogelijk is; 7) een supercoiled DNA-molecuul is vereist voor replicatie. Maar als, zoals we hierboven zeiden, voor transcriptie (dat wil zeggen voor de synthese van RNA) RNA-polymerase (met een gamma-subeenheid voor herkenning en binding aan de promotor) en een eiwit voor het herkennen van het terminatiesignaal (factor r) nodig zijn Tijdens DNA-replicatie complementeert de werking van DNA-polymerase verschillende (ongeveer 10) eiwitten, waarvan sommige enzymen zijn. Deze extra eiwitten dragen bij aan:

1) herkenning van de oorsprong van replicatie door DNA-polymerase.

2) Lokale afwikkeling van de DNA-duplex, waardoor enkele strengen vrijkomen voor het kopiëren van de sjabloon.

3) Stabilisatie van de gesmolten structuur (niet geweven).

4) Vorming van zaadketens om de werking van DNA-polymerase te initiëren.

5) Neemt deel aan de vorming en promotie van de replicatievork.

6) Bevordert de herkenning van eindstations.

7) Bevordert DNA-supercoiling.

We hebben onderhandeld over alle noodzakelijke voorwaarden voor DNA-replicatie. En dus, zoals eerder vermeld, begint DNA-replicatie op een strikt gedefinieerde plaats. Om het ouderlijk DNA te ontwarren is energie nodig, die vrijkomt bij de hydrolyse van ATP. Scheiding van elk paar AO's vereist twee ATP-moleculen. De synthese van nieuw DNA gaat gepaard met het gelijktijdig afwikkelen van het ouderlijke DNA. Het gebied waar ontvlechting en synthese gelijktijdig plaatsvinden, wordt de "replicatievork" genoemd:

ouderlijk DNA

Nieuw gesynthetiseerd DNA

DNA-replicatie vindt plaats op een zodanige manier dat elke streng van het ouderlijke 2-strengs DNA een sjabloon is voor de synthese van een nieuwe complementaire streng en twee strengen (origineel en nieuw gesynthetiseerd), die samen de volgende generaties DNA vormen. Dit mechanisme wordt semi-conservatieve replicatie genoemd. DNA-replicatie vindt gelijktijdig plaats op 2 strengen, en verloopt, zoals reeds vermeld, in de 5` - 3` richting. Maar de ketens van het ouderlijk DNA zijn multidirectioneel. Er is echter geen enzym dat de DNA-synthese in de 3`-5`-richting leidt. Daarom zal één keten, die de ouder kopieert met een richting van 5` - 3`, continu worden gesynthetiseerd (het wordt "leidend" genoemd), de tweede keten zal ook worden gesynthetiseerd in de 5` - 3`-richting, maar in fragmenten van 150 - 200 nucleotiden, die vervolgens worden gehecht ... Deze ketting wordt "lagging" genoemd.

Om de synthese van nieuw DNA te laten beginnen, is een zaadje nodig. We hebben al gezegd dat de primer een fragment van DNA of RNA kan zijn. Als de primer RNA is, dan is het een zeer korte keten, het bevat ongeveer 10 nucleotiden en wordt een primer genoemd. Het synthetiseert een primer die complementair is aan een van de DNA-strengen, een speciaal enzym - primase. Het signaal voor primase-activering is de vorming van een pre-seating intermediair complex bestaande uit 5 eiwitten. 3`-eindgroep (hydroxylgroep van het terminale ribonucleotide van de primer) en dient als een primer voor DNA-synthese door DNA-polymerase. Na DNA-synthese wordt de RNA-component (primer) gehydrolyseerd door DNA-polymerase.

Het werk van DNA-polymerasen wordt geleid door een matrix, dat wil zeggen, de nucleotidesamenstelling van nieuw gesynthetiseerd DNA hangt af van de aard van de matrix. Op zijn beurt verwijdert DNA-polymerase altijd niet-complementaire resten aan het einde van de primer voordat het verder gaat met polymerisatie. DNA-replicatie verloopt dus met grote precisie, omdat de basenparing twee keer wordt gecontroleerd. DNA-polymerasen zijn in staat om de ketens van nieuw gesynthetiseerd DNA op te bouwen, maar ze zijn niet in staat om de verbinding van 2 DNA-strengen te katalyseren of één streng te sluiten (in de vorming van circulair DNA). Deze functies worden uitgevoerd door DNA-ligase, dat de vorming van een fosfodiesterbinding tussen 2 DNA-strengen katalyseert. Dit enzym is actief in aanwezigheid van een vrije OH-groep aan het 3'-uiteinde van een DNA-streng en een fosfaatgroep aan het 5'-uiteinde van een andere DNA-streng. Verknoping van ketens vindt plaats door de energie van ATP. Aangezien veel chemische en fysische middelen (ioniserende straling, UV-licht, verschillende chemische stoffen) schade aanrichten in het DNA (AO verandert of gaat verloren, fosfodiesterbindingen worden verbroken, enz.), hebben alle cellen mechanismen om deze schade te corrigeren. DNA-restrictase vindt deze laesies en snijdt het beschadigde gebied weg, DNA-polymerase voert reparatie (herstellende) synthese uit van beschadigde gebieden in de 5'-3'-richting. De herstelde plaats wordt door DNA-ligase aan de rest van de keten geligeerd. Deze methode om gewijzigde of beschadigde gebieden te corrigeren, wordt reparatie genoemd. De lijst met remmers van DNA-replicatie is gevarieerd en lang. Sommige binden aan DNA-polymerase, inactiveren het, andere binden en inactiveren een bepaald hulpblok, andere worden opgenomen in het matrijs-DNA, waardoor het vermogen om te kopiëren wordt verstoord, de vierde werkt als competitieve remmers, die een analoog zijn van normale nucleotide-trifosfaten. Sommige antibiotica, mutagenen, chemische vergiften, antivirale middelen, enz. zijn dergelijke remmers.

Eiwitbiosynthese (gentranslatie).

De assemblage van een polypeptideketen uit zijn samenstellende AA is een verbazingwekkend en zeer complex proces dat kan worden voorgesteld in 4 fasen, namelijk:

1) activering en selectie van AK (ATP-afhankelijke fase);

2) initiatie van de synthese van de polypeptideketen (GTP-afhankelijk stadium);

3) verlenging van de polypeptideketen (GTP-afhankelijk stadium);

4) beëindiging van de synthese van de polypeptideketen.

(1) - AK activering en selectie. In alle soorten cellen is de eerste fase van translatie de ATP-afhankelijke transformatie van elke AA in een complex: aminoacyl-tRNA. Hiermee worden twee doelen bereikt:

1) de reactiviteit van AA in termen van de vorming van een peptidebinding neemt toe.

2) AK combineert met een specifiek tRNA (dat wil zeggen dat er selectie plaatsvindt). De reactie vindt plaats in 2 fasen + Mg ++

1) AK + ATP aminoacyl - AMP + PF

aminoacyl tRNA synthetase

2) aminoacyl-AMP + tRNA aminoacyl-tRNA

aminoacyl tRNA synthetase

Aminoacyl-tRNA-synthetase katalyseert de toevoeging van aminoacyl (aminozuurresidu) aan de 3'-hydroxylgroep van terminale adenosine. Laten we de structuur van tRNA onthouden:

Deze schouder is nodig deze schouder is betrokken bij de binding van aminoacyl

tRNA herkennen tRNA met een ribosoom op de plaats van eiwitsynthese.

Aminoacyl-tRNA-

Petidase

anticodon

Naast katalytische activiteit heeft aminoacyl-tRNA-synthetase een zeer hoge specificiteit, waarbij zowel aminozuren als de overeenkomstige tRNA's worden "herkend". Aangenomen wordt dat cellen 20 synthetasen bevatten, één voor elke AA, terwijl er veel meer tRNA's zijn (minstens 31-32), aangezien veel AA's kunnen combineren met twee of zelfs drie verschillende tRNA-moleculen.

(2) Initiatie is de tweede stap in eiwitsynthese.

Om de translatie te starten, is het noodzakelijk om het eerste codon dat zich onmiddellijk na de niet-vertaalde mRNA-sequentie bevindt, nauwkeurig te herkennen. Het initiatorcodon is AUG en de initiator is methionine-tRNA

MRNA niet uitgezonden uitgezonden niet uitgezonden

reeks reeks reeks

1e codon.

De herkenning vindt plaats met behulp van het tRNA-anticodon. De lezing vindt plaats in de 5 '- 3' richting. Deze herkenning vereist een geordende, energieverbruikende (GTP) interactie met gedissocieerde ribosomen. Dit proces vindt plaats met de deelname van extra eiwitten die initiatiefactoren (PI) worden genoemd, er zijn er 8. De 40S- en 60S-ribosoomsubeenheden zijn bij het proces betrokken. Laten we eens kijken naar een gedetailleerd initiatiemechanisme.

1) 40S - de rRNA-subeenheid bindt aan het mRNA-gebied voorafgaand aan het eerste codon. FI-3 neemt hieraan deel.

2) Het eerste aminoacyl-tRNA dat deelneemt aan de translatie van het eerste codon interageert met GMF en PI-2. Dit gevormde complex in aanwezigheid van PI-1 bindt tRNA aan het eerste codon van de matrijs en vormt een initiatorcomplex met de 40S-subeenheid van het ribosoom.

3) Na het vrijkomen van alle initiatiefactoren (PI-1,2,3), wordt de 60S-ribosoomsubeenheid gehecht aan GTP en wordt GTP gehydrolyseerd. Dit voltooit de vorming van een compleet 80S-ribosoomdeeltje. zo wordt een compleet initiatorcomplex gevormd: ribosoom - mRNA - tRNA.

Het volledig geassembleerde ribosoom bevat 2 functionele plaatsen voor interactie met tRNA-moleculen. Peptidylregio (P-regio) - bevat een groeiende polypeptideketen als onderdeel van peptidyl-tRNA in complex met het laatst getranslateerde mRNA-codon. De aminoacylplaats (A-plaats) bevat aminoacyl-tRNA, verbonden met het overeenkomstige codon, het aminoacyl-tRNA gaat de vormende P-plaats binnen, waardoor de A-plaats vrij blijft voor het volgende aminoacyl-tRNA.

We kunnen dit hele proces als volgt schematisch weergeven:

1) 40S-subeenheid van het ribosoom met de deelname van PI-3 wordt onmiddellijk voor het eerste codon aan de niet-translerende sequentie van mRNA bevestigd.

2) aminoacyl-tRNA, combineert met GTP en PI-2 en, met de deelname van PI-1, bindt aan het eerste codon, terwijl het een initiatorcomplex vormt met de 40S-subeenheid.

3) FI-1,2,3 wordt vrijgegeven.

4) De 60S-subeenheid interageert met GTP en hecht zich vervolgens aan het initiatorcomplex. Er wordt een compleet 80S-ribosoom gevormd met een P-regio en een A-regio.

5) na de vorming van een initiatorcomplex met het eerste codon, gaat aminoacyl-tRNA het vormende P-gebied binnen, waardoor het A-gebied vrij blijft.

(3) Verlenging - voortzetting van de synthese. In dit stadium wordt de peptideketen verlengd. In het volledig gevormde 80S-ribosoom in het beginstadium is de A-plaats vrij. In feite wordt tijdens het verlengingsproces een cyclus van 3 fasen constant herhaald:

1) Correcte locatie van het volgende aminoacyl-tRNA.

2) de vorming van een peptidebinding.

3) verplaatsing van het nieuw gevormde peptidyl-tRNA van de A-site naar de P-site.

(1) - de hechting van het overeenkomstige (volgende) aminoacyl-tRNA in de A-plaats vereist nauwkeurige codonherkenning. Dit gebeurt met behulp van het tRNA-anticodon. De hechting van aminoacyl-tRNA aan het ribosoom vindt plaats door de vorming van een complex bestaande uit aminoacyl-tRNA, GTP en eiwitverlengingsfactoren (PE), er zijn er ook verschillende. In dit geval komen het FE-HDF-complex en fosfaat vrij. Dit complex (FE - HDF) wordt vervolgens (met deelname van GTP en andere eiwitfactoren) weer omgezet in FE - GTP.

(2) - de alfa-aminogroep van het nieuwe aminoacyl-tRNA op plaats A voert een nucleofiele aanval uit op de veresterde carboxylgroep van peptidyl - tRNA dat de P-plaats bezet. Deze reactie wordt gekatalyseerd door peptidyltransferase, een eiwitcomponent die deel uitmaakt van de 60S-ribosoomsubeenheid. Aangezien AA al een aminoacyl-tRNA geactiveerd is, vereist deze reactie (de reactie van de vorming van een peptidebinding) geen extra energie. Als resultaat van de reactie wordt de groeiende polypeptideketen gehecht aan het tRNA dat zich op de A-site bevindt.

(3) - na de verwijdering van de peptidylrest van tRNA in de P-regio's, verlaat het vrije RNA-molecuul de P-regio. Het FE-2-GTP-complex is betrokken bij de verplaatsing van het nieuw gevormde peptidyl-tRNA van de A-plaats naar de P-plaats, waardoor de A-plaats vrijkomt voor een nieuwe cyclus van verlenging. De combinatie van de scheiding van gedeacyleerd tRNA, de verplaatsing van het nieuw gevormde peptidyl-tRNA van de A-plaats naar de P-plaats, evenals de verplaatsing van mRNA ten opzichte van het ribosoom, wordt translocatie genoemd. Aangezien de vorming van aminoacyl-tRNA de energie verbruikte die werd verkregen tijdens de hydrolyse van ATP tot AMP, en dit is gelijk aan de energie van hydrolyse van 2ATP tot 2 ADP; de hechting van aminoacyl-tRNA aan de A-plaats vereiste de energie die werd verkregen tijdens de hydrolyse van GTP tot GDP, en nog een GTP-molecuul werd besteed aan translocatie. We kunnen berekenen dat de vorming van één peptidebinding de energie vereist die wordt verkregen tijdens de hydrolyse van 2 ATP-moleculen en 2 GTP-moleculen.

De snelheid van verlenging van de polypeptideketen (d.w.z. de snelheid van verlenging) in vivo wordt geschat op 10 aminozuurresiduen per seconde. Deze processen worden geremd door verschillende antibiotica. Dus, puromycine blokkeert translocatie door verbinding te maken met

P-site. Streptomycine, dat bindt aan ribosomale eiwitten, verstoort de codonherkenning door het anticodon. Chloromycine bindt aan de A-plaats en blokkeert de verlenging. Schematisch kan dit als volgt worden weergegeven: 1) het volgende aminoacyl-tRNA wordt gefixeerd op de A-plaats door de herkenning met behulp van het anticodon. De bevestiging vindt plaats in combinatie met GTP en FE-1. in dit geval worden HDF - FE - 1 en FC vrijgegeven, die dan weer GTP - FE - 1 worden en deelnemen aan nieuwe cycli. 2) Het peptide vormt een binding tussen het aangehechte aminoacyl-tRNA en het peptide dat zich op de P-plaats bevindt. 3) Wanneer deze peptidebinding wordt gevormd, wordt tRNA gescheiden van het peptide en verlaat het de P-plaats. 4) Nieuw gevormd peptidyl-tRNA met behulp van het GTP-FE2-complex beweegt van A naar de P-plaats en het GTP-FE2-complex wordt gehydrolyseerd tot HDP-FE-2 en Fk. 5) Als gevolg van deze beweging komt de A-site vrij voor de aanhechting van nieuw aminoacyl-tRNA.

(4) -Beëindiging - de laatste fase van eiwitsynthese. Na vele cycli van verlenging, waardoor de polypeptideketen van het eiwit wordt gesynthetiseerd,

Een terminatie- of nonsens-codon verschijnt op de A-site. Normaal gesproken zijn er geen tRNA's die een nonsens-codon kunnen herkennen. Ze worden herkend door specifieke eiwitten - terminatiefactoren (R-factoren). Ze herkennen specifiek het nonsens-codon, binden aan het ribosoom nabij de A-plaats en blokkeren de aanhechting van het volgende aminoacyl-tRNA. R-factoren met de deelname van GTP en peptidyltransferase zorgen voor hydrolyse van de binding tussen het polypeptide en het tRNA-molecuul dat de P-plaats inneemt. Na hydrolyse en afgifte van het polypeptide en tRNA dissocieert het 80S-ribosoom in 40S- en 60S-subeenheden, die vervolgens kunnen worden hergebruikt bij de translatie van nieuwe mRNA's.

We onderzochten de groei van één enkele eiwitketen op één ribosoom, bevestigd aan één mRNA-molecuul. In werkelijkheid verloopt het proces efficiënter, aangezien mRNA meestal gelijktijdig wordt getranslateerd, niet op één ribosoom, maar op ribosomale complexen (polysomen), en elk stadium van translatie (initiatie, verlenging, beëindiging) wordt uitgevoerd door elk ribosoom in dit polysoom, in dit ribosomale complex, dat wil zeggen, wordt het mogelijk om meerdere kopieën van het polypeptide te synthetiseren voordat het mRNA wordt gesplitst.

De grootte van polysoomcomplexen varieert sterk en wordt meestal bepaald door de grootte van het mRNA-molecuul. Zeer grote mRNA-moleculen zijn in staat om complexen te vormen met 50-100 ribosomen. Vaker bevat het complex echter 3 tot 20 ribosomen.

In dierlijke en menselijke cellen worden veel eiwitten uit mRNA gesynthetiseerd in de vorm van voorlopermoleculen, die vervolgens moeten worden gemodificeerd om actieve moleculen te vormen, analoog aan de synthese van NK. Afhankelijk van het eiwit kunnen een of meer van de volgende wijzigingen optreden.

1) Vorming van een disulfidebinding.

2) Aanhechting van co-factoren en co-enzymen.

3) Deelnemen aan prothesegroepen.

4) Gedeeltelijke proteolyse (pro-insuline - insuline).

5) Vorming van oligomeren.

6) Chemische modificatie (acylering, aminering, methylering, fosforylering, carboxylering, enz.) - er zijn meer dan 150 chemische modificaties van AA bekend in het eiwitmolecuul.

Al deze modificaties leiden tot veranderingen in de structuur en activiteit van eiwitten.

Genetische code.

Het feit dat de overdracht van genetische informatie naar DNA plaatsvindt met behulp van een mRNA-molecuul werd voor het eerst gesuggereerd in 1961 door F. Jacob en J. Mono. Latere werken (M. Nirenberg, H.G. Korana, R. Holly):

M. Nirenberg - bestudeerde de synthese van polypeptiden en de binding van aminoacyl-tRNA aan ribosomen.

H.G. Korana - ontwikkelde een methode voor de chemische synthese van poly- en oligonucleotiden.

R.W. Holii - ontcijferde de structuur van DNA met een anticodon-plaats.

1) Bevestigde de hypothese van de deelname van mRNA

2) Ze toonden de triplet-aard van de code, volgens welke elke AK in mRNA is geprogrammeerd door 3 basen, een codon genoemd

3) Er werd gevonden dat de mRNA-code wordt gelezen door complementaire herkenning door het tRNA-anticodon-tripletcodon.

4) Een overeenkomst tot stand gebracht tussen AK en de meeste van de 64 mogelijke codons. Momenteel is bekend dat 61 codons coderen voor AK, en 3 zijn terminatiesignalen (nonsense codon).

Men geloofde dat de genetische code universeel is, dat wil zeggen dat voor alle organismen en alle soorten cellen dezelfde waarden worden gebruikt voor alle codons. Recente studies van mitochondriaal DNA hebben echter aangetoond dat het genetische systeem van mitochondriën significant verschilt van het genetische systeem van andere formaties (kern, chloroplasten), dat wil zeggen dat sommige codons van mitochondriën tRNA anders lezen dan tRNA van andere formaties. Als gevolg hiervan hebben mitochondriën slechts 22 soorten tRNA nodig. Tegelijkertijd worden 31 - 32 soorten tRNA gebruikt voor eiwitsynthese in het cytoplasma, dat wil zeggen de hele set tRNA's.

18 van de 20 AA's worden gecodeerd door meer dan één codon (2, 3, 4, 6) - deze eigenschap wordt "degeneratie" van de code genoemd en is belangrijk voor het organisme. Als gevolg van degeneratie veroorzaken sommige fouten in replicatie of transcriptie geen vervorming van genetische informatie. De genetische code overlapt niet en heeft geen leestekens, dat wil zeggen, de lezing verloopt zonder enige gaten, sequentieel, totdat het nonsens-codon is bereikt. Tegelijkertijd wordt een geheel andere eigenschap opgemerkt voor virussen - codons kunnen "overlappen":

1) Als de vervanging op de 3e nucleotide van het codon valt, is er vanwege de "degeneratie" van de code een mogelijkheid dat de AK-sequentie ongewijzigd blijft en de mutatie niet verschijnt.

2) Er kan een missense-effect zijn wanneer een AK wordt vervangen door een andere; deze substitutie kan aanvaardbaar, gedeeltelijk aanvaardbaar of onaanvaardbaar zijn, dat wil zeggen, de functie van het eiwit is verslechterd, verslechterd of volledig verloren gegaan.

3) Als gevolg van mutaties kan een nonsense codon worden gevormd. De vorming van een nonsense codon (beëindigingscodon) kan leiden tot voortijdige beëindiging van de eiwitsynthese.

Om het bovenstaande samen te vatten:

1) Genetisch bestaat de code ("taal van het leven") uit een reeks codons, die in feite een gen vormen.

2) De genetische code is drievoudig, dat wil zeggen, elk codon bestaat uit drie nucleotiden, dat wil zeggen, elk codon codeert voor 1 AK. In dit geval zijn 64 combinaties van 4 soorten DNA-nucleotiden mogelijk, wat meer dan genoeg is voor 20 AA.

3) De code is "gedegenereerd" - dat wil zeggen, één AK kan worden gecodeerd door 2, 3, 4, 6 codons.

4) De code is ondubbelzinnig, dat wil zeggen dat één codon codeert voor slechts één AK.

5) De code overlapt niet, dan zijn er geen nucleotiden opgenomen in twee aangrenzende codons.

6) Codeer "geen komma's", dat wil zeggen, er zijn geen nucleotiden tussen twee aangrenzende codons.

8) De volgorde van AK in het polypeptide komt overeen met de volgorde van codons in het gen - deze eigenschap wordt collineariteit genoemd.

Gelijkaardige informatie.

De tijd waarin we leven wordt gekenmerkt door enorme veranderingen, enorme vooruitgang, waarin mensen antwoorden krijgen op steeds meer nieuwe vragen. Het leven gaat snel vooruit en wat tot voor kort onmogelijk leek, begint werkelijkheid te worden. Het is heel goed mogelijk dat wat vandaag een plot uit het genre van de fantasie lijkt, binnenkort ook kenmerken van de werkelijkheid zal krijgen.

Een van de belangrijkste ontdekkingen in de tweede helft van de twintigste eeuw waren de nucleïnezuren RNA en DNA, waardoor de mens dichter bij het oplossen van de mysteries van de natuur kwam.

Nucleïnezuren

Nucleïnezuren zijn organische verbindingen met eigenschappen met een hoog molecuulgewicht. Ze zijn samengesteld uit waterstof, koolstof, stikstof en fosfor.

Ze werden in 1869 ontdekt door F. Misher, die pus onderzocht. Aan zijn ontdekking werd echter niet veel belang gehecht. Pas later, toen deze zuren in alle dierlijke en plantaardige cellen werden gevonden, kwam het begrip van hun enorme rol.

Er zijn twee soorten nucleïnezuren: RNA en DNA (ribonucleïnezuur en deoxyribonucleïnezuur). Dit artikel gaat over ribonucleïnezuur, maar laten we voor een algemeen begrip ook eens kijken naar wat DNA is.

Wat

DNA bestaat uit twee strengen die zijn verbonden volgens de wet van complementariteit door waterstofbruggen van stikstofbasen. Lange ketens zijn gedraaid tot een helix; één draai bevat bijna tien nucleotiden. De diameter van de dubbele helix is ​​twee millimeter, de afstand tussen nucleotiden is ongeveer een halve nanometer. De lengte van één molecuul bereikt soms enkele centimeters. Het DNA van een menselijke celkern is bijna twee meter lang.

De structuur van DNA bevat al het DNA heeft replicatie, wat een proces betekent waarbij twee volledig identieke moleculen worden gevormd uit één molecuul - dochters.

Zoals reeds opgemerkt, bestaat de keten uit nucleotiden, die op hun beurt weer bestaan ​​uit stikstofbasen (adenine, guanine, thymine en cytosine) en een fosforzuurresidu. Alle nucleotiden verschillen in stikstofbasen. De waterstofbinding komt niet tussen alle basen voor, adenine kan bijvoorbeeld alleen binden met thymine of guanine. Er zijn dus net zoveel adenylnucleotiden in het lichaam als thymidylnucleotiden, en het aantal guanylnucleotiden is gelijk aan cytidylnucleotiden (de regel van Chargaff). Het blijkt dat de volgorde van de ene keten vooraf de volgorde van de andere bepaalt, en de ketens als het ware spiegelen elkaar. Dit patroon, waarbij de nucleotiden van de twee ketens op een geordende manier zijn gerangschikt, en ook selectief samenkomen, wordt het principe van complementariteit genoemd. Naast waterstofverbindingen is de dubbele helix ook hydrofoob.

De twee ketens zijn tegengesteld gericht, dat wil zeggen in tegengestelde richtingen. Daarom, tegenover het drie "-uiteinde van één is het vijf" -uiteinde van de andere keten.

Uiterlijk lijkt het op een wenteltrap, waarvan de rail een suikerfosfaatruggengraat is, en de treden zijn complementaire stikstofbasen.

Wat is ribonucleïnezuur?

RNA is een nucleïnezuur met monomeren die ribonucleotiden worden genoemd.

In chemische eigenschappen lijkt het sterk op DNA, omdat beide polymeren van nucleotiden zijn, die een gefosfoleerd N-glycoside zijn, dat is gebouwd op het residu van pentose (suiker met vijf koolstofatomen), met een fosfaatgroep van het vijfde koolstofatoom en een stikstofbase bij het eerste koolstofatoom.

Het is een enkele polynucleotideketen (behalve virussen), die veel korter is dan die van DNA.

Eén RNA-monomeer is de rest van de volgende stoffen:

• stikstofbase;
• een monosacharide met vijf koolstofatomen;
• fosfor zuur.

RNA's hebben pyrimidine (uracil en cytosine) en purine (adenine, guanine) basen. Ribose is een RNA-nucleotide monosacharide.

Verschillen tussen RNA en DNA

Nucleïnezuren verschillen van elkaar in de volgende eigenschappen:

• de hoeveelheid in een cel hangt af van de fysiologische toestand, leeftijd en orgaanaffiliatie;
• DNA bevat koolhydraatdeoxyribose en RNA bevat ribose;
• de stikstofbase in DNA is thymine en in RNA is het uracil;
• klassen voeren verschillende functies uit, maar worden gesynthetiseerd op een DNA-matrix;
• DNA bestaat uit een dubbele helix en RNA bestaat uit een enkele streng;
• DNA-acteren is niet karakteristiek voor haar;
• RNA heeft meer kleine basen;
• kettingen variëren aanzienlijk in lengte.

Geschiedenis studeren

De RNA-cel werd voor het eerst ontdekt door een biochemicus uit Duitsland R. Altman in de studie van gistcellen. In het midden van de twintigste eeuw werd de rol van DNA in de genetica bewezen. Pas toen werden de soorten RNA, functies, enzovoort beschreven. Tot 80-90% van de massa in de cel valt op r-RNA, dat samen met eiwitten een ribosoom vormt en deelneemt aan de eiwitbiosynthese.

In de jaren zestig van de vorige eeuw werd voor het eerst gesuggereerd dat er een soort moet zijn die de genetische informatie voor eiwitsynthese draagt. Daarna werd wetenschappelijk vastgesteld dat er zulke informatieve ribonucleïnezuren zijn die complementaire kopieën van genen vertegenwoordigen. Ze worden ook boodschapper-RNA's genoemd.

De zogenaamde transportzuren zijn betrokken bij het decoderen van de daarin vastgelegde informatie.

Later begonnen methoden te worden ontwikkeld voor het identificeren van de sequentie van nucleotiden en werd de structuur van RNA in de zure ruimte vastgesteld. Dus werd ontdekt dat sommige van hen, ribozymen genaamd, polyribonucleotideketens kunnen splitsen. Als gevolg hiervan begon men aan te nemen dat op het moment dat het leven op de planeet werd geboren, RNA handelde zonder DNA en eiwitten. Bovendien werden alle transformaties uitgevoerd met haar deelname.

De structuur van het ribonucleïnezuurmolecuul

Bijna alle RNA's zijn enkele ketens van polynucleotiden, die op hun beurt zijn samengesteld uit monoribonucleotiden - purine- en pyrimidinebasen.

Nucleotiden worden aangeduid met de beginletters:

• adenine (A), A;
• guanine (G), G;
• cytosine (C), C;
• uracil (U), W.

Ze zijn verbonden door drie- en vijf-fosfodiesterbindingen.

Een heel ander aantal nucleotiden (van enkele tientallen tot tienduizenden) is opgenomen in de structuur van RNA. Ze kunnen een secundaire structuur vormen die voornamelijk bestaat uit korte dubbelstrengs strengen die worden gevormd door complementaire basen.

Ribonucleïnezuur molecuulstructuur

Zoals eerder vermeld, heeft het molecuul een enkelstrengs structuur. RNA krijgt een secundaire structuur en vorm als gevolg van de interactie van nucleotiden met elkaar. Het is een polymeer waarvan het monomeer een nucleotide is dat bestaat uit een suiker, een fosforzuurresidu en een stikstofbase. Uiterlijk ziet het molecuul eruit als een van de DNA-strengen. De nucleotiden adenine en guanine, die deel uitmaken van RNA, zijn purine. Cytosine en uracil zijn pyrimidinebasen.

synthese proces

Voor het te synthetiseren RNA-molecuul is de matrijs een DNA-molecuul. Er is echter het tegenovergestelde proces, wanneer nieuwe moleculen van desoxyribonucleïnezuur worden gevormd op een ribonucleïnematrix. Dit gebeurt bij de replicatie van bepaalde soorten virussen.

Andere moleculen van ribonucleïnezuur kunnen ook dienen als basis voor biosynthese. Veel enzymen zijn betrokken bij de transcriptie ervan, die plaatsvindt in de celkern, maar de belangrijkste daarvan is RNA-polymerase.

Keer bekeken

Afhankelijk van het type RNA verschillen de functies ook. Er zijn verschillende soorten:

• informatieve i-RNA;
• ribosomaal r-RNA;
• transport t-RNA;
• minderjarige;
• ribozymen;
• viraal.

Informatief ribonucleïnezuur

Dergelijke moleculen worden ook wel matrixmoleculen genoemd. Ze vormen ongeveer twee procent van het totaal in de cel. In eukaryote cellen worden ze gesynthetiseerd in de kernen op DNA-templates, gaan ze vervolgens het cytoplasma binnen en binden ze aan ribosomen. Verder worden ze sjablonen voor eiwitsynthese: transport-RNA's die aminozuren dragen, worden eraan vastgemaakt. Zo vindt het proces van het omzetten van informatie plaats, wat tot stand komt in de unieke structuur van het eiwit. In sommige virale RNA's is het ook een chromosoom.

Jacob en Mano zijn de ontdekkers van deze soort. De ketting heeft geen stijve structuur en vormt gebogen lussen. Niet werkend, i-RNA verzamelt zich in plooien en vouwt zich in een bal, en in werkende staat ontvouwt zich.

i-RNA draagt ​​informatie over de aminozuursequentie in het eiwit dat wordt gesynthetiseerd. Elk aminozuur wordt op een specifieke locatie gecodeerd met behulp van genetische codes die worden gekenmerkt door:

• tripletness - van vier mononucleotiden is het mogelijk om vierenzestig codons (genetische code) te bouwen;
• niet-overlap - informatie beweegt in één richting;
• continuïteit - het werkingsprincipe komt erop neer dat één i-RNA één eiwit is;
• universaliteit - een of ander type aminozuur wordt op dezelfde manier in alle levende organismen gecodeerd;
• degeneratie - twintig aminozuren zijn bekend, en codons - eenenzestig, dat wil zeggen, ze worden gecodeerd door verschillende genetische codes.

Ribosomaal ribonucleïnezuur

Dergelijke moleculen vormen de overgrote meerderheid van cellulair RNA, namelijk tachtig tot negentig procent van het totaal. Ze binden aan eiwitten en vormen ribosomen - organellen die eiwitten synthetiseren.

Ribosomen zijn vijfenzestig procent rRNA en vijfendertig procent eiwit. Deze polynucleotideketen buigt gemakkelijk mee met het eiwit.

Het ribosoom bestaat uit aminozuur- en peptidegebieden. Ze bevinden zich op contactoppervlakken.

Ribosomen bewegen vrij op de juiste plaatsen. Ze zijn niet erg specifiek en kunnen niet alleen informatie uit i-RNA lezen, maar er ook een sjabloon mee vormen.

Transport ribonucleïnezuur

t-RNA is het meest bestudeerd. Ze vormen tien procent van cellulair ribonucleïnezuur. Deze soorten RNA binden zich dankzij een speciaal enzym aan aminozuren en worden afgeleverd aan de ribosomen. In dit geval worden aminozuren gedragen door transportmoleculen. Het komt echter voor dat een aminozuur door verschillende codons wordt gecodeerd. Daarna zullen ze worden overgedragen door verschillende transport-RNA's.

Het krult zich op tot een bal wanneer het inactief is, en wanneer het functioneert, ziet het eruit als een klaverblad.

Daarin worden de volgende gebieden onderscheiden:

• een acceptorstam met een ACC-nucleotidesequentie;
• een plaats om zich bij het ribosoom aan te sluiten;
• een anticodon dat codeert voor een aminozuur dat aan dit t-RNA is gehecht.

Minor ribonucleïnezuur

Sinds kort zijn de soorten RNA aangevuld met een nieuwe klasse, de zogenaamde kleine RNA's. Het zijn hoogstwaarschijnlijk universele regulatoren die genen aan- of uitzetten tijdens de embryonale ontwikkeling en die ook processen in cellen regelen.

Ribozymen zijn onlangs ook geïdentificeerd, ze zijn actief betrokken bij de fermentatie van het RNA-zuur, terwijl ze een katalysator zijn.

Virale soorten zuren

Het virus kan ribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur bevatten. Daarom worden ze met de overeenkomstige moleculen RNA-bevattend genoemd. Wanneer zo'n virus de cel binnenkomt, vindt reverse transcriptie plaats - nieuw DNA verschijnt op basis van ribonucleïnezuur, dat in de cellen wordt ingebouwd, waardoor het bestaan ​​​​en de reproductie van het virus wordt gegarandeerd. In een ander geval wordt een complementair RNA gevormd op het ontvangen RNA. Virussen zijn eiwitten, vitale activiteit en voortplanting vindt plaats zonder DNA, maar alleen op basis van informatie in het RNA van het virus.

replicatie

Om het algemene begrip te verbeteren, is het noodzakelijk om rekening te houden met het replicatieproces dat resulteert in twee identieke nucleïnezuurmoleculen. Zo begint de celdeling.

Het gaat om DNA-polymerasen, DNA-afhankelijke, RNA-polymerasen en DNA-ligasen.

Het replicatieproces bestaat uit de volgende fasen:

• despiralisatie - er is een sequentiële afwikkeling van het DNA van de moeder, dat het hele molecuul vangt;
• verbreken van waterstofbruggen, waarbij de ketens divergeren, en een replicatieve vork verschijnt;
• aanpassing van dNTP's aan de vrijgemaakte basen van de moederketens;
• splitsing van pyrofosfaten van dNTP-moleculen en de vorming van fosforodiesterbindingen door de vrijgekomen energie;
• ademhaling.

Na de vorming van een dochtermolecuul worden de kern, het cytoplasma en de rest verdeeld. Zo worden twee dochtercellen gevormd, die alle genetische informatie volledig hebben ontvangen.

Bovendien wordt de primaire structuur van eiwitten die in de cel worden gesynthetiseerd, gecodeerd. DNA neemt in dit proces een indirecte rol in, en niet direct, wat erin bestaat dat het op DNA is dat de synthese van de eiwitten die betrokken zijn bij de vorming van RNA plaatsvindt. Dit proces wordt transcriptie genoemd.

Transcriptie

De synthese van alle moleculen vindt plaats tijdens transcriptie, dat wil zeggen, het herschrijven van genetische informatie van een specifiek DNA-operon. Het proces is in sommige opzichten vergelijkbaar met replicatie, terwijl het er in andere opzichten aanzienlijk van verschilt.

De overeenkomsten zijn de volgende onderdelen:

• begint met despiralisatie van DNA;
• er is een breuk van waterstofbruggen tussen de basen van de ketens;
• NTF's zijn complementair aan hen;
• waterstofbruggen worden gevormd.

Verschillen met replicatie:

• tijdens transcriptie wordt alleen het DNA-gedeelte dat overeenkomt met het transcripton afgewikkeld, terwijl tijdens replicatie het hele molecuul wordt afgewikkeld;
• tijdens transcriptie bevatten de aanpassende NTF's ribose en in plaats van thymine, uracil;
• informatie wordt alleen afgeschreven van een bepaald gebied;
• na de vorming van het molecuul worden waterstofbruggen en de gesynthetiseerde keten verbroken en glijdt de keten van het DNA af.

Voor normaal functioneren zou de primaire structuur van RNA alleen moeten bestaan ​​uit DNA-regio's die van exons zijn afgeschreven.

In nieuw gevormde RNA's begint het rijpingsproces. Stille gebieden worden uitgesneden en informatieve gebieden worden genaaid, waardoor een polynucleotideketen wordt gevormd. Verder heeft elke soort transformaties die er alleen inherent aan zijn.

In i-RNA vindt hechting aan het initiële uiteinde plaats. Het polyadenylaat is gehecht aan de uiteindelijke plaats.

In t-RNA worden basen gemodificeerd, waardoor minder belangrijke soorten worden gevormd.

In r-RNA worden ook individuele basen gemethyleerd.

Beschermt tegen vernietiging en verbetert het transport van eiwitten naar het cytoplasma. RNA in een volwassen staat bindt zich eraan.

De waarde van deoxyribonucleïne- en ribonucleïnezuren

Nucleïnezuren zijn van groot belang in het leven van organismen. Ze slaan informatie op, brengen ze over in het cytoplasma en erven ze informatie over de eiwitten die in elke cel worden gesynthetiseerd naar dochtercellen. Ze zijn aanwezig in alle levende organismen, de stabiliteit van deze zuren speelt een essentiële rol voor het normaal functioneren van zowel cellen als het hele organisme. Elke verandering in hun structuur zal leiden tot cellulaire veranderingen.

Aan de rechterkant is de grootste spiraal van menselijk DNA, gebouwd van mensen op het strand in Varna (Bulgarije), opgenomen in het Guinness Book of Records op 23 april 2016

Desoxyribonucleïnezuur. Algemene informatie

DNA (desoxyribonucleïnezuur) is een soort blauwdruk voor het leven, een complexe code die gegevens bevat over erfelijke informatie. Dit complexe macromolecuul is in staat om erfelijke genetische informatie van generatie op generatie op te slaan en door te geven. DNA bepaalt eigenschappen van elk levend organisme als erfelijkheid en variabiliteit. De informatie die erin is gecodeerd, bepaalt het hele programma voor de ontwikkeling van elk levend organisme. Genetisch inherente factoren bepalen vooraf de hele levensloop van zowel een persoon als elk ander organisme. Kunstmatige of natuurlijke effecten van de externe omgeving kunnen de algehele ernst van individuele genetische eigenschappen of de ontwikkeling van geprogrammeerde processen slechts in geringe mate beïnvloeden.

Desoxyribonucleïnezuur(DNA) is een macromolecuul (een van de drie belangrijkste, de andere twee zijn RNA en eiwitten), die zorgt voor opslag, overdracht van generatie op generatie en de uitvoering van het genetische programma voor de ontwikkeling en het functioneren van levende organismen. DNA bevat informatie over de structuur van verschillende soorten RNA en eiwitten.

In eukaryote cellen (dieren, planten en schimmels) wordt DNA gevonden in de celkern als onderdeel van chromosomen, evenals in sommige cellulaire organellen (mitochondriën en plastiden). In de cellen van prokaryotische organismen (bacteriën en archaea) wordt van binnenuit een circulair of lineair DNA-molecuul, het zogenaamde nucleoïde, aan het celmembraan gehecht. Zij en lagere eukaryoten (bijvoorbeeld gist) hebben ook kleine, autonome, overwegend circulaire DNA-moleculen die plasmiden worden genoemd.

Vanuit chemisch oogpunt is DNA een lang polymeermolecuul dat bestaat uit herhalende blokken - nucleotiden. Elke nucleotide is samengesteld uit een stikstofbase, een suiker (deoxyribose) en een fosfaatgroep. De bindingen tussen de nucleotiden in de keten worden gevormd door deoxyribose ( MET) en fosfaat ( F) groepen (fosfodiesterbindingen).

Rijst. 2. Nuclertide bestaat uit een stikstofbase, suiker (deoxyribose) en een fosfaatgroep

In de overgrote meerderheid van de gevallen (behalve voor sommige virussen die enkelstrengs DNA bevatten), bestaat een DNA-macromolecuul uit twee ketens die door stikstofhoudende basen ten opzichte van elkaar zijn georiënteerd. Dit dubbelstrengs molecuul is gedraaid in een spiraalvormige lijn.

Er zijn vier soorten stikstofbasen in DNA (adenine, guanine, thymine en cytosine). De stikstofbasen van een van de ketens zijn verbonden met de stikstofbasen van de andere keten door waterstofbruggen volgens het principe van complementariteit: adenine is alleen verbonden met thymine ( BIJ), guanine - alleen met cytosine ( G-C). Het zijn deze paren die de "dwarsbalken" vormen van de spiraalvormige "trap" van DNA (zie: Fig. 2, 3 en 4).

Rijst. 2. Stikstofbasen

De sequentie van nucleotiden stelt u in staat om informatie over verschillende soorten RNA te "coderen", waarvan de belangrijkste informatieve of messenger (mRNA), ribosomaal (rRNA) en transport (tRNA) zijn. Al deze soorten RNA worden gesynthetiseerd op de DNA-matrijs door de DNA-sequentie te kopiëren in de RNA-sequentie die tijdens het transcriptieproces is gesynthetiseerd, en nemen deel aan de biosynthese van eiwitten (translatieproces). Naast coderende sequenties bevat cel-DNA sequenties die regulerende en structurele functies vervullen.

Rijst. 3. DNA-replicatie

De locatie van de basiscombinaties van chemische DNA-verbindingen en de kwantitatieve relaties tussen deze combinaties zorgen voor de codering van erfelijke informatie.

Opleiding nieuw DNA (replicatie)

1. Replicatieproces: afwikkelen van de dubbele DNA-helix - synthese van complementaire strengen door DNA-polymerase - vorming van twee DNA-moleculen uit één.
2. De dubbele helix "ontgrendelt" in twee takken wanneer enzymen de binding tussen de basenparen van chemische verbindingen verbreken.
3. Elke tak is een element van nieuw DNA. Nieuwe basenparen worden in dezelfde volgorde verbonden als in de bovenliggende tak.

Na voltooiing van de duplicatie worden twee onafhankelijke helices gevormd, gemaakt van chemische verbindingen van het ouderlijke DNA en met dezelfde genetische code. Op deze manier kan DNA informatie van cel tot cel verteren.

Meer gedetailleerde informatie:

STRUCTUUR VAN NUCLEICNEZUREN

Rijst. 4 . Stikstofbasen: adenine, guanine, cytosine, thymine

Desoxyribonucleïnezuur(DNA) verwijst naar nucleïnezuren. Nucleïnezuren is een klasse van onregelmatige biopolymeren, waarvan de monomeren nucleotiden zijn.

NUCLEOTIDEN bestaan ​​uit Stikstofbasis gecombineerd met een koolhydraat met vijf koolstofatomen (pentose) - deoxyribose(in het geval van DNA) of ribose(in het geval van RNA), dat combineert met het fosforzuurresidu (H 2 PO 3 -).

Stikstofhoudende basen er zijn twee soorten: pyrimidinebasen - uracil (alleen in RNA), cytosine en thymine, purinebasen - adenine en guanine.

Rijst. 5. De structuur van nucleotiden (links), de locatie van het nucleotide in DNA (onder) en soorten stikstofbasen (rechts): pyrimidine en purine

De koolstofatomen in het pentosemolecuul zijn genummerd van 1 tot 5. Fosfaat combineert met de derde en vijfde koolstofatomen. Op deze manier combineren de nucleotiden tot een nucleïnezuurketen. We kunnen dus de 3 'en 5'-uiteinden van de DNA-streng isoleren:

Rijst. 6. Isolatie van 3 'en 5' uiteinden van de DNA-streng

Twee DNA-strengen vormen dubbele helix... Deze kettingen in een spiraal zijn in tegengestelde richtingen georiënteerd. In verschillende DNA-strengen zijn stikstofbasen met elkaar verbonden door: waterstofbruggen... Adenine combineert altijd met thymine en cytosine met guanine. Het heet regel van complementariteit.

Complementariteitsregel:

A-T G-C

Als we bijvoorbeeld een DNA-streng krijgen met de sequentie

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

dan zal de tweede keten er complementair aan zijn en in de tegenovergestelde richting gericht zijn - van het 5'-uiteinde naar het 3'-uiteinde:

5'-TACAGGATCGACGAGC-3'.

Rijst. 7. Richting van de ketens van het DNA-molecuul en de verbinding van stikstofbasen met behulp van waterstofbruggen

DNA-REPLICATIE

DNA-replicatie is het proces van verdubbeling van een DNA-molecuul door middel van matrixsynthese. In de meeste gevallen van natuurlijke DNA-replicatieinleidingvoor DNA-synthese is kort fragment (opnieuw gemaakt). Zo'n ribonucleotide-primer wordt gemaakt door het enzym primase (DNA-primase in prokaryoten, DNA-polymerase in eukaryoten) en wordt vervolgens vervangen door deoxyribonucleotide-polymerase, dat normaal gesproken reparatiefuncties uitvoert (correctie van chemische schade en breuken in het DNA-molecuul).

Replicatie vindt plaats door een semi-conservatief mechanisme. Dit betekent dat de dubbele helix van DNA zich afwikkelt en een nieuwe streng wordt voltooid op elk van zijn strengen volgens het principe van complementariteit. Het dochter-DNA-molecuul bevat daarom één keten van het oudermolecuul en één nieuw gesynthetiseerde keten. Replicatie vindt plaats in de richting van het 3 'naar het 5'-uiteinde van de bovenliggende keten.

Rijst. 8. Replicatie (verdubbeling) van het DNA-molecuul

DNA-synthese- dit is niet zo'n ingewikkeld proces als het op het eerste gezicht lijkt. Als je erover nadenkt, moet je eerst uitzoeken wat synthese is. Het is het proces om iets bij elkaar te brengen. De vorming van een nieuw DNA-molecuul vindt plaats in verschillende fasen:

1) DNA-topoisomerase, gelegen voor de replicatievork, knipt DNA om het afwikkelen en afwikkelen te vergemakkelijken.
2) DNA-helicase, volgend op topoisomerase, beïnvloedt het proces van "onttwisten" van de DNA-helix.
3) DNA-bindende eiwitten voeren de binding van DNA-strengen uit en voeren ook hun stabilisatie uit, zodat ze niet aan elkaar blijven kleven.
4) DNA-polymerase(delta) , gecoördineerd met de bewegingssnelheid van de replicatieve vork, voert de synthese uitleidendkettingen dochteronderneming DNA in de 5 "→ 3" richting op de sjabloon moederlijk DNA-streng in de richting van zijn 3 "-uiteinde naar 5" -uiteinde (snelheid tot 100 basenparen per seconde). Deze evenementen op deze moederlijk DNA-strengen zijn beperkt.

Rijst. 9. Schematische weergave van het DNA-replicatieproces: (1) Lagging-streng (lagging-streng), (2) Leading-streng (leading-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) enkelstrengs DNA-bindende eiwitten, (11) Topoisomerase.

Het volgende beschrijft de synthese van de achterblijvende streng van dochter-DNA (zie. Schema replicatievork en replicatie-enzymfunctie)

Voor een meer visuele uitleg van DNA-replicatie, zie:

5) Onmiddellijk na het afwikkelen en stabiliseren van een andere draad van het moedermolecuul,DNA-polymerase(alfa)en in de 5 "→ 3" richting synthetiseert een primer (RNA-primer) - een RNA-sequentie op een DNA-template van 10 tot 200 nucleotiden lang. Daarna, het enzymwordt verwijderd uit de DNA-streng.

In plaats van DNA-polymeraseα hecht aan het 3 "uiteinde van de primer DNA-polymeraseε .

6) DNA-polymeraseε (epsilon) alsof het de primer blijft verlengen, maar als een substraat wordt ingebeddeoxyribonucleotiden(in de hoeveelheid van 150-200 nucleotiden). Als resultaat wordt een massieve draad gevormd uit twee delen -RNA(d.w.z. primer) en DNA. DNA-polymerasewerkt totdat het voldoet aan de vorige primerfragment van Okazaki(iets eerder gesynthetiseerd). Dit enzym wordt vervolgens uit de keten verwijderd.

7) DNA-polymerase(bèta) staat in plaats daarvan opDNA-polymerase ,beweegt in dezelfde richting (5 "→ 3") en verwijdert de primer-ribonucleotiden, terwijl deoxyribonucleotiden op hun plaats worden ingevoegd. Het enzym werkt tot de volledige verwijdering van de primer, d.w.z. totdat een deoxyribonucleotide (zelfs eerder gesynthetiseerd)DNA-polymerase). Het enzym kan het resultaat van zijn werk niet verbinden met het DNA ervoor, dus verlaat het de keten.

Hierdoor "ligt" een fragment van dochter-DNA op de matrix van de moederdraad. Het heetfragment van Okazaki.

8) DNA-ligase hecht twee aangrenzend fragmenten van Okazaki , d.w.z. 5 "-einde van het gesynthetiseerde segmentDNA-polymerase ,en 3 "-uiteinde van het circuit, ingebouwdDNA-polymeraseβ .

RNA-STRUCTUUR

ribonucleïnezuur(RNA) is een van de drie belangrijkste macromoleculen (de andere twee zijn DNA en eiwitten) die in de cellen van alle levende organismen worden aangetroffen.

Net als DNA bestaat RNA uit een lange keten waarin elke schakel wordt genoemd nucleotide... Elk nucleotide is samengesteld uit een stikstofhoudende base, een ribosesuiker en een fosfaatgroep. In tegenstelling tot DNA heeft RNA echter meestal niet twee strengen, maar één. Pentose in RNA wordt weergegeven door ribose, niet door deoxyribose (ribose heeft een extra hydroxylgroep op het tweede koolhydraatatoom). Ten slotte verschilt DNA van RNA in de samenstelling van stikstofbasen: in plaats van thymine ( t) uracil ( u) die ook complementair is aan adenine.

De sequentie van nucleotiden stelt RNA in staat om genetische informatie te coderen. Alle cellulaire organismen gebruiken RNA (mRNA) om eiwitsynthese te programmeren.

Cellulaire RNA's worden geproduceerd door een proces genaamd transcriptie , dat wil zeggen, de synthese van RNA op de DNA-matrix, uitgevoerd door speciale enzymen - RNA-polymerasen.

Vervolgens nemen boodschapper-RNA's (mRNA's) deel aan een proces genaamd uitzending, die. eiwitsynthese op de mRNA-matrix met de deelname van ribosomen. Andere RNA's ondergaan na transcriptie chemische modificaties en na de vorming van secundaire en tertiaire structuren vervullen ze functies afhankelijk van het type RNA.

Rijst. 10. Het verschil tussen DNA en RNA aan de stikstofbase: in plaats van thymine (T) bevat RNA uracil (U), dat ook complementair is aan adenine.

TRANSCRIPTIE

Het is het proces van RNA-synthese op een DNA-sjabloon. Op een van de plaatsen komt DNA tot rust. Een van de strengen bevat informatie die naar een RNA-molecuul moet worden gekopieerd - deze streng wordt een coderende streng genoemd. De tweede DNA-streng, complementair aan de coderende, wordt de matrijs genoemd. In het proces van transcriptie op de matrijsstreng in de richting 3'- 5' (langs de DNA-streng), wordt een complementaire RNA-streng gesynthetiseerd. Zo wordt een RNA-kopie van de coderende streng gemaakt.

Rijst. 11. Schematische weergave van transcriptie

Als we bijvoorbeeld de volgorde van de coderende streng krijgen

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

dan, volgens de regel van complementariteit, zal de matrixketen de reeks dragen

5'-TACAGGATCGACGAGC- 3',

en het daaruit gesynthetiseerde RNA is de sequentie

Uitzending

Overweeg het mechanisme: eiwitsynthese op de RNA-matrix, evenals de genetische code en zijn eigenschappen. Voor de duidelijkheid raden we aan om via onderstaande link een korte video te bekijken over de processen van transcriptie en vertaling die plaatsvinden in een levende cel:

Rijst. 12. Proteïnesyntheseproces: DNA codeert voor RNA, RNA codeert voor eiwit

GENETISCHE CODE

Genetische code- een methode voor het coderen van de aminozuursequentie van eiwitten met behulp van een nucleotidesequentie. Elk aminozuur wordt gecodeerd door een sequentie van drie nucleotiden - een codon of een triplet.

Genetische code die de meeste pro- en eukaryoten gemeen hebben. De tabel somt alle 64 codons op en geeft de overeenkomstige aminozuren aan. De basisvolgorde is van het 5 "naar het 3" uiteinde van het mRNA.

Tabel 1. Standaard genetische code

1e de basis nie	2e honk								3e de basis nie
	u		C		EEN		G
u	U U U	(Phe / V)	U C U	(Ser / S)	U A U	(Tyr / J)	U G U	(Cy/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	Stopcodon **	U G A	Stopcodon **	EEN
	U U G		U C G		U A G	Stopcodon **	U G G	(Trp / W)	G
C	C U U		C C U	(Pro / P)	C A U	(Zijn / 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		EEN
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
EEN	A U U	(Ile / ik)	A C U	(Dr / 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	(Lijs / K)	A G A		EEN
	A U G	(Met / 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	(Lijm)	G G A		EEN
	G U G		G C G		GRAP		G G G		G

Onder de drielingen zijn er 4 speciale reeksen die functioneren als "leestekens":

• *Drieling AUG, dat ook codeert voor methionine, heet start codon... De synthese van een eiwitmolecuul begint vanaf dit codon. Dus tijdens de eiwitsynthese zal het eerste aminozuur in de reeks altijd methionine zijn.

• ** Drielingen UAA, UAG en UGA worden genoemd stop codons en coderen niet voor een enkel aminozuur. Bij deze sequenties stopt de eiwitsynthese.

Eigenschappen van de genetische code

1. Drieling... Elk aminozuur wordt gecodeerd door een sequentie van drie nucleotiden - een triplet of een codon.

2. Continuïteit... Er zijn geen extra nucleotiden tussen de drielingen, de informatie wordt continu gelezen.

3. Niet-overlap... Eén nucleotide kan niet tegelijkertijd in twee tripletten terechtkomen.

4. Ondubbelzinnigheid... Eén codon kan slechts voor één aminozuur coderen.

5. Degeneratie... Een aminozuur kan worden gecodeerd door verschillende codons.

6. Veelzijdigheid... De genetische code is voor alle levende organismen hetzelfde.

Voorbeeld. We krijgen de volgorde van de coderingsketen:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

De matrixketen heeft de volgorde:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Nu "synthetiseren" we informatief RNA uit deze keten:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Eiwitsynthese gaat in de 5 '→ 3' richting, daarom moeten we de volgorde omdraaien om de genetische code te "lezen":

5’- AAUUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Laten we nu het AUG-startcodon zoeken:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Laten we de reeks in drietallen verdelen:

klinkt als volgt: informatie van DNA wordt overgebracht naar RNA (transcriptie), van RNA - naar eiwit (vertaling). DNA kan ook worden gedupliceerd door replicatie, en het omgekeerde transcriptieproces is ook mogelijk, wanneer DNA wordt gesynthetiseerd uit de RNA-matrijs, maar dit proces is voornamelijk typerend voor virussen.

Rijst. 13. Centraal dogma van de moleculaire biologie

GENOM: GENEN en CHROMOSOMEN

(algemene concepten)

Genoom - het geheel van alle genen van een organisme; zijn volledige chromosoomset.

De term "genoom" werd in 1920 door G. Winkler voorgesteld om een ​​reeks genen te beschrijven die zich in een haploïde reeks chromosomen van organismen van één biologische soort bevinden. De oorspronkelijke betekenis van deze term gaf aan dat het concept van het genoom, in tegenstelling tot het genotype, een genetisch kenmerk is van de soort als geheel, en niet van een individueel individu. Met de ontwikkeling van de moleculaire genetica is de betekenis van deze term veranderd. Het is bekend dat DNA, dat de drager is van genetische informatie in de meeste organismen en daarom de basis vormt van het genoom, niet alleen genen in de moderne zin van het woord omvat. Het meeste DNA van eukaryote cellen wordt weergegeven door niet-coderende ("overtollige") nucleotidesequenties die geen informatie over eiwitten en nucleïnezuren bevatten. Het belangrijkste deel van het genoom van elk organisme is dus het volledige DNA van zijn haploïde set chromosomen.

Genen zijn secties van DNA-moleculen die coderen voor polypeptiden en RNA-moleculen

In de afgelopen eeuw is ons begrip van genen aanzienlijk veranderd. Voorheen werd het genoom een ​​deel van het chromosoom genoemd dat codeert of een eigenschap bepaalt of fenotypisch een (zichtbare) eigenschap, zoals oogkleur.

In 1940 stelden George Beadle en Edward Tatem een ​​moleculaire definitie van het gen voor. Wetenschappers behandelden schimmelsporen Neurospora crassa Röntgenstralen en andere middelen die veranderingen in de DNA-sequentie veroorzaken ( mutaties), en vonden mutante stammen van de schimmel die enkele specifieke enzymen hadden verloren, wat in sommige gevallen leidde tot verstoring van de gehele metabole route. Beadle en Tatem concludeerden dat een gen een stukje genetisch materiaal is dat een enkel enzym definieert of codeert. Dit is hoe de hypothese verscheen "Eén gen - één enzym"... Dit concept werd later uitgebreid om te definiëren: "Eén gen - één polypeptide" omdat veel genen coderen voor eiwitten die geen enzymen zijn, en het polypeptide een subeenheid van een complex eiwitcomplex kan zijn.

In afb. 14 is een diagram van hoe tripletten van nucleotiden in DNA het polypeptide bepalen, de aminozuursequentie van een eiwit, gemedieerd door mRNA. Een van de DNA-strengen speelt de rol van een matrijs voor de synthese van mRNA, waarvan de nucleotidetriplets (codons) complementair zijn aan de DNA-triplets. In sommige bacteriën en veel eukaryoten worden coderende sequenties onderbroken door niet-coderende gebieden (de zogenaamde intronen).

Moderne biochemische gendefinitie nog specifieker. Genen zijn alle secties van DNA die coderen voor de primaire sequentie van eindproducten, waaronder polypeptiden of RNA die een structurele of katalytische functie hebben.

Naast genen bevat DNA ook andere sequenties die uitsluitend een regulerende functie vervullen. Regelgevende sequenties kan het begin of einde van genen aanduiden, transcriptie beïnvloeden of de plaats van initiatie van replicatie of recombinatie aangeven. Sommige genen kunnen op verschillende manieren tot expressie worden gebracht, waarbij hetzelfde stukje DNA als sjabloon dient voor de vorming van verschillende producten.

We kunnen grofweg rekenen minimale gengrootte coderen voor een medium eiwit. Elk aminozuur in de polypeptideketen wordt gecodeerd als een sequentie van drie nucleotiden; de sequenties van deze tripletten (codons) komen overeen met de aminozuurketen in het polypeptide dat wordt gecodeerd door het gegeven gen. Een polypeptideketen van 350 aminozuurresiduen (middellange keten) komt overeen met een sequentie van 1050 bp. ( basenparen). Veel genen van eukaryoten en sommige genen van prokaryoten worden echter onderbroken door DNA-segmenten die geen informatie over het eiwit bevatten, en blijken daarom veel langer te zijn dan een eenvoudige berekening laat zien.

Hoeveel genen zitten er op één chromosoom?

Rijst. 15. Zicht op chromosomen in procarytische (links) en eukaryote cellen. Histonen zijn een brede klasse van nucleaire eiwitten die twee hoofdfuncties vervullen: ze zijn betrokken bij het verpakken van DNA-strengen in de kern en bij de epigenetische regulatie van nucleaire processen zoals transcriptie, replicatie en reparatie.

Zoals u weet, hebben bacteriële cellen een chromosoom in de vorm van een DNA-streng, verpakt in een compacte structuur - een nucleoïde. Chromosoom van een prokaryoot Escherichia coli, waarvan het genoom volledig is gedecodeerd, is een circulair DNA-molecuul (in feite is het geen regelmatige cirkel, maar eerder een lus zonder begin en einde), bestaande uit 4 639 675 bp. Deze sequentie bevat ongeveer 4300 genen voor eiwitten en 157 genen voor stabiele RNA-moleculen. V menselijk genoom ongeveer 3,1 miljard basenparen, wat overeenkomt met bijna 29.000 genen op 24 verschillende chromosomen.

Prokaryoten (Bacteriën).

Bacterie E coli heeft één dubbelstrengs circulair DNA-molecuul. Het bestaat uit 4 639 675 bp. en bereikt een lengte van ongeveer 1,7 mm, wat de lengte van de cel zelf overschrijdt E coli ongeveer 850 keer. Naast het grote cirkelvormige chromosoom in het nucleoïde, bevatten veel bacteriën een of meer kleine cirkelvormige DNA-moleculen die vrij in het cytosol zijn gelokaliseerd. Dergelijke extrachromosomale elementen worden plasmiden(afb. 16).

De meeste plasmiden bestaan ​​uit slechts een paar duizend basenparen, sommige bevatten meer dan 10.000 bp. Ze dragen genetische informatie en repliceren met de vorming van dochterplasmiden, die de dochtercellen binnenkomen tijdens de deling van de oudercel. Plasmiden komen niet alleen voor in bacteriën, maar ook in gisten en andere schimmels. In veel gevallen bieden plasmiden geen enkel voordeel aan gastheercellen, en hun enige taak is om onafhankelijk te reproduceren. Sommige plasmiden dragen echter genen die nuttig zijn voor de gastheer. Genen die zich in plasmiden bevinden, kunnen bijvoorbeeld resistentie tegen antibacteriële middelen verlenen aan bacteriële cellen. Plasmiden die het β-lactamase-gen dragen, verlenen resistentie tegen β-lactam-antibiotica zoals penicilline en amoxicilline. Plasmiden kunnen worden overgedragen van antibioticaresistente cellen naar andere cellen van dezelfde of een andere bacteriesoort, waardoor deze cellen ook resistent worden. Het intensieve gebruik van antibiotica is een krachtige selectieve factor die bijdraagt ​​aan de verspreiding van plasmiden die coderen voor antibioticaresistentie (evenals transposons die coderen voor vergelijkbare genen) onder pathogene bacteriën, en leidt tot het ontstaan ​​van bacteriestammen met resistentie tegen verschillende antibiotica. Artsen beginnen de gevaren van wijdverbreid gebruik van antibiotica te begrijpen en schrijven ze alleen voor als het dringend nodig is. Om soortgelijke redenen is het wijdverbreide gebruik van antibiotica voor de behandeling van landbouwhuisdieren beperkt.

Zie ook: Ravin N.V., Shestakov S.V. Het genoom van prokaryoten // Vavilov Journal of Genetics and Selection, 2013. V. 17. No. 4/2. S.972-984.

Eukaryoten.

Tabel 2. DNA, genen en chromosomen van sommige organismen

	Gedeeld DNA, p.n.	Chromosoom nummer *	Geschat aantal genen
Escherichia coli(bacterie)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(gist)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans(nematode)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(plant)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(fruit vlieg)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(rijst)	480 000 000		57 000
Mus musculus(muis)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(menselijk)	3 070 128 600		29 000

Opmerking. Informatie wordt voortdurend bijgewerkt; voor meer up-to-date informatie, raadpleeg de sites gewijd aan individuele genomische projecten

* Voor alle eukaryoten, behalve voor gist, wordt een diploïde set chromosomen gegeven. diploïde kit chromosomen (van het Grieks. diploos- dubbele en eidos- soorten) - een dubbele set chromosomen (2n), die elk een homoloog aan zichzelf hebben.
** Haploïde set. Wilde giststammen hebben meestal acht (octaploïde) of meer sets van dergelijke chromosomen.
*** Voor vrouwen met twee X-chromosomen. Mannen hebben een X-chromosoom, maar geen Y, dat wil zeggen, er zijn slechts 11 chromosomen.

Een gistcel, een van de kleinste eukaryoten, heeft 2,6 keer meer DNA dan een cel E coli(Tafel 2). Fruitvliegcellen Drosophila, een klassiek object van genetisch onderzoek, bevat 35 keer meer DNA en menselijke cellen - ongeveer 700 keer meer DNA dan cellen E coli. Veel planten en amfibieën bevatten nog meer DNA. Het genetische materiaal van eukaryote cellen is georganiseerd in de vorm van chromosomen. Diploïde set chromosomen (2 N) hangt af van het type organisme (Tabel 2).

In een menselijke lichaamscel zijn er bijvoorbeeld 46 chromosomen ( rijst. 17). Elk chromosoom van een eukaryote cel, zoals getoond in Fig. 17, een, bevat één zeer groot dubbelstrengs DNA-molecuul. Vierentwintig menselijke chromosomen (22 gepaarde chromosomen en twee geslachtschromosomen X en Y) verschillen meer dan 25 keer in lengte. Elk eukaryoot chromosoom bevat een specifieke set genen.

Rijst. 17. Eukaryotische chromosomen.een- een paar gekoppelde en gecondenseerde zusterchromatiden van het menselijke chromosoom. In deze vorm blijven eukaryote chromosomen na replicatie en in metafase tijdens mitose. B- een complete set chromosomen uit de leukocyt van een van de auteurs van het boek. Elke normale menselijke lichaamscel bevat 46 chromosomen.

Als je de DNA-moleculen van het menselijk genoom (22 chromosomen en chromosomen X en Y of X en X) aan elkaar koppelt, krijg je een sequentie van ongeveer een meter lang. Opmerking: alle zoogdieren en andere organismen met een heterogametisch mannelijk geslacht, vrouwen hebben twee X-chromosomen (XX), en mannen hebben één X-chromosoom en één Y-chromosoom (XY).

Daarom is de totale lengte van het DNA van dergelijke cellen bij de meeste menselijke cellen ongeveer 2 meter. Een volwassene heeft ongeveer 10 14 cellen, dus de totale lengte van alle DNA-moleculen is 2 10 11 km. Ter vergelijking: de omtrek van de aarde is 4 × 104 km en de afstand van de aarde tot de zon is 1,5 × 108 km. Zo zit DNA verrassend compact verpakt in onze cellen!

In eukaryote cellen zijn er andere organellen die DNA bevatten - mitochondriën en chloroplasten. Er zijn veel hypothesen naar voren gebracht met betrekking tot de oorsprong van mitochondriaal en chloroplast-DNA. Het algemeen aanvaarde standpunt van vandaag is dat ze de beginselen zijn van de chromosomen van oude bacteriën die het cytoplasma van gastheercellen zijn binnengedrongen en de voorlopers van deze organellen werden. Mitochondriaal DNA codeert voor mitochondriaal tRNA en rRNA, evenals voor verschillende mitochondriale eiwitten. Meer dan 95% van de mitochondriale eiwitten wordt gecodeerd door nucleair DNA.

STRUCTUUR VAN GENEN

Overweeg de structuur van het gen in prokaryoten en eukaryoten, hun overeenkomsten en verschillen. Ondanks dat een gen een stukje DNA is dat codeert voor slechts één eiwit of RNA, bevat het naast het direct coderende deel ook regulerende en andere structurele elementen die een andere structuur hebben in prokaryoten en eukaryoten.

Codeervolgorde- de belangrijkste structurele en functionele eenheid van het gen, het is daarin dat de tripletten van nucleotiden coderen vooraminozuur volgorde. Het begint met een startcodon en eindigt met een stopcodon.

Voor en na de coderende sequentie zijn: onvertaalde 5'- en 3'-sequenties... Ze vervullen regulerende en ondersteunende functies, ze zorgen bijvoorbeeld voor de landing van het ribosoom op m-RNA.

Niet-vertaalde en coderende sequenties vormen een transcriptie-eenheid - een getranscribeerde DNA-sectie, dat wil zeggen een DNA-sectie waaruit m-RNA wordt gesynthetiseerd.

Terminator- niet-getranscribeerd DNA-gebied aan het einde van het gen, waar de RNA-synthese stopt.

Aan het begin van het gen is regelgevend gebied: inclusief promotor en operator.

promotor- de sequentie waaraan het polymerase bindt tijdens de initiatie van transcriptie. Operator is een regio waar speciale eiwitten aan kunnen binden - onderdrukkers, die de activiteit van de RNA-synthese van dit gen kan verminderen, met andere woorden, het kan verminderen uitdrukking.

Genstructuur in prokaryoten

De algemene structuur van genen in prokaryoten en eukaryoten verschilt niet - ze bevatten beide een regulerend gebied met een promotor en operator, een transcriptie-eenheid met coderende en niet-vertaalde sequenties en een terminator. De organisatie van genen in prokaryoten en eukaryoten is echter anders.

Rijst. 18. Schema van de structuur van het gen in prokaryoten (bacteriën) -de afbeelding wordt vergroot

Aan het begin en aan het einde van het operon zijn er gemeenschappelijke regulerende regio's voor verschillende structurele genen. Eén mRNA-molecuul wordt afgelezen uit het getranscribeerde gebied van het operon, dat verschillende coderende sequenties bevat, die elk hun eigen start- en stopcodon hebben. Van elk van deze sites metéén eiwit wordt onderbroken. Dus, verschillende eiwitmoleculen worden gesynthetiseerd uit één i-RNA-molecuul.

Voor prokaryoten is het kenmerkend om verschillende genen te combineren tot een enkele functionele eenheid - operon... Het werk van het operon kan worden gereguleerd door andere genen die merkbaar ver verwijderd kunnen zijn van het operon zelf - regelgevers... Het eiwit dat uit dit gen wordt vertaald, heet repressor... Het bindt aan de operator van het operon en reguleert de expressie van alle genen die erin zitten tegelijk.

Het fenomeen is ook kenmerkend voor prokaryoten transcriptie en vertaling koppelen.

Rijst. 19 Het fenomeen van conjugatie van transcriptie en translatie in prokaryoten - de afbeelding wordt vergroot

Een dergelijke conjugatie vindt niet plaats bij eukaryoten vanwege de aanwezigheid van een nucleaire envelop die het cytoplasma, waar translatie plaatsvindt, scheidt van het genetische materiaal waarop transcriptie plaatsvindt. Bij prokaryoten kan het ribosoom tijdens de synthese van RNA op de DNA-matrijs onmiddellijk binden aan het gesynthetiseerde RNA-molecuul. De vertaling begint dus al voordat de transcriptie is voltooid. Bovendien kunnen verschillende ribosomen tegelijkertijd aan één RNA-molecuul binden, waardoor meerdere moleculen van één eiwit tegelijk worden gesynthetiseerd.

Genstructuur in eukaryoten

De genen en chromosomen van eukaryoten zijn zeer complex georganiseerd

Veel soorten bacteriën hebben slechts één chromosoom en in bijna alle gevallen is er één kopie van elk gen op elk chromosoom. Slechts een paar genen, zoals rRNA-genen, zijn in meerdere kopieën aanwezig. Genen en regulerende sequenties vormen vrijwel het gehele genoom van prokaryoten. Bovendien komt bijna elk gen strikt overeen met de aminozuursequentie (of RNA-sequentie) waarvoor het codeert (Fig. 14).

De structurele en functionele organisatie van eukaryote genen is veel complexer. De studie van eukaryote chromosomen en latere sequentiebepaling van volledige sequenties van eukaryote genomen bracht veel verrassingen met zich mee. Veel, zo niet de meeste, eukaryote genen hebben een interessant kenmerk: hun nucleotidesequenties bevatten een of meer DNA-gebieden waarin de aminozuursequentie van het polypeptideproduct niet wordt gecodeerd. Dergelijke niet-vertaalde inserties verbreken de directe overeenkomst tussen de nucleotidesequentie van het gen en de aminozuursequentie van het gecodeerde polypeptide. Deze onvertaalde segmenten van genen worden intronen, of ingebed sequenties en de coderingssegmenten zijn: exonen... In prokaryoten bevatten slechts enkele genen introns.

Dus in eukaryoten is er praktisch geen combinatie van genen in operons, en de coderende sequentie van het eukaryote gen is meestal verdeeld in getranslateerde regio's - exons, en onvertaalde secties - intronen.

In de meeste gevallen is de functie van de introns niet vastgesteld. Over het algemeen is slechts ongeveer 1,5% van het menselijk DNA "coderend", dat wil zeggen dat ze informatie bevatten over eiwitten of RNA. Rekening houdend met grote introns blijkt echter dat 30% van het menselijk DNA uit genen bestaat. Aangezien genen een relatief klein deel van het menselijk genoom uitmaken, blijft een aanzienlijk deel van het DNA onverklaard.

Rijst. 16. Schema van de structuur van het gen in eukaryoten - de afbeelding wordt vergroot

Van elk gen wordt eerst onvolgroeid of pre-RNA gesynthetiseerd, dat zowel introns als exons bevat.

Hierna vindt een splitsingsproces plaats, waardoor de introngebieden worden weggesneden en een rijp mRNA wordt gevormd, waaruit het eiwit kan worden gesynthetiseerd.

Rijst. 20. Proces van alternatieve splicing - de afbeelding wordt vergroot

Een dergelijke organisatie van genen maakt het bijvoorbeeld mogelijk om te realiseren wanneer verschillende vormen van een eiwit uit één gen kunnen worden gesynthetiseerd, omdat tijdens het splicingsproces exons in verschillende sequenties kunnen worden gestikt.

Rijst. 21. Verschillen in de structuur van genen van prokaryoten en eukaryoten - de afbeelding wordt vergroot

MUTATIES EN MUTAGENESE

Mutatie een aanhoudende verandering in genotype genoemd, dat wil zeggen een verandering in de nucleotidesequentie.

Het proces dat leidt tot het optreden van mutaties heet mutagenese, en het organisme, alle waarvan de cellen dezelfde mutatie dragen - gemuteerd.

mutatie theorie werd voor het eerst geformuleerd door Hugo de Vries in 1903. De moderne versie bevat de volgende bepalingen:

1. Mutaties verschijnen plotseling, met grote sprongen.

2. Mutaties worden van generatie op generatie doorgegeven.

3. Mutaties kunnen gunstig, schadelijk of neutraal, dominant of recessief zijn.

4. De kans op het ontdekken van mutaties hangt af van het aantal onderzochte individuen.

5. Gelijkaardige mutaties kunnen herhaaldelijk voorkomen.

6. Mutaties zijn niet gericht.

Mutaties kunnen optreden als gevolg van verschillende factoren. Onderscheid maken tussen mutaties die zijn ontstaan ​​onder invloed mutageen effecten: fysiek (bijvoorbeeld ultraviolet of straling), chemisch (bijvoorbeeld colchicine of reactieve zuurstofsoorten) en biologisch (bijvoorbeeld virussen). Ook kunnen mutaties worden veroorzaakt door: replicatie fouten.

Afhankelijk van de uiterlijke omstandigheden worden mutaties onderverdeeld in: spontaan- dat wil zeggen mutaties die zijn ontstaan ​​onder normale omstandigheden, en geïnduceerd- dat wil zeggen mutaties die onder bijzondere omstandigheden zijn ontstaan.

Mutaties kunnen niet alleen in nucleair DNA voorkomen, maar bijvoorbeeld ook in het DNA van mitochondriën of plastiden. Dienovereenkomstig kunnen we onderscheid maken tussen nucleair en cytoplasma mutaties.

Als gevolg van mutaties kunnen vaak nieuwe allelen verschijnen. Als het gemuteerde allel de werking van het normale allel onderdrukt, wordt de mutatie genoemd dominant... Als een normaal allel een mutant allel onderdrukt, wordt zo'n mutatie genoemd recessief... De meeste mutaties die leiden tot het ontstaan ​​van nieuwe allelen zijn recessief.

Door effect worden mutaties onderscheiden aangepaste wat leidt tot een toename van de aanpassing van het lichaam aan de omgeving, neutrale die de overleving niet beïnvloeden, schadelijk die het aanpassingsvermogen van organismen aan omgevingsomstandigheden verminderen en dodelijk wat leidt tot de dood van het organisme in de vroege stadia van ontwikkeling.

Afhankelijk van de gevolgen worden mutaties onderscheiden, wat leidt tot: verlies van eiwitfunctie, mutaties die leiden tot de noodzaak het eiwit heeft een nieuwe functie, evenals mutaties die verander de dosis van het gen, en, dienovereenkomstig, de dosis eiwit die daaruit wordt gesynthetiseerd.

Een mutatie kan optreden bij elke cel in het lichaam. Als er een mutatie optreedt in de geslachtscel, wordt dit genoemd germinal(germinaal of generatief). Dergelijke mutaties verschijnen niet in het organisme waarin ze verschenen, maar leiden tot het verschijnen van mutanten in het nageslacht en worden geërfd, daarom zijn ze belangrijk voor genetica en evolutie. Als er een mutatie optreedt in een andere cel, wordt dit genoemd somatisch... Zo'n mutatie kan zich in meer of mindere mate manifesteren in het organisme waarin ze is ontstaan, bijvoorbeeld leiden tot de vorming van kankergezwellen. Deze mutatie is echter niet erfelijk en heeft geen invloed op het nageslacht.

Mutaties kunnen van invloed zijn op regio's van het genoom van verschillende groottes. toewijzen gen, chromosomaal en genomisch mutaties.

genmutaties

Mutaties die voorkomen op een schaal van minder dan één gen worden genoemd genetisch, of punt (punt)... Dergelijke mutaties leiden tot een verandering in een of meer nucleotiden in de sequentie. Onder genmutaties zijn er:vervangingen wat leidt tot de vervanging van het ene nucleotide door het andere,verwijderingen wat leidt tot het verlies van een van de nucleotiden,invoegingen wat leidt tot de toevoeging van een extra nucleotide aan de sequentie.

Rijst. 23. Gen (punt) mutaties

Volgens het werkingsmechanisme op eiwitten zijn genmutaties onderverdeeld in:synoniem, die (als gevolg van de degeneratie van de genetische code) niet leiden tot een verandering in de aminozuursamenstelling van het eiwitproduct,missense mutaties, die leiden tot de vervanging van het ene aminozuur door een ander en de structuur van het gesynthetiseerde eiwit kunnen beïnvloeden, hoewel ze vaak onbeduidend blijken te zijn,onzin mutaties wat leidt tot de vervanging van het coderende codon door een stopcodon,mutaties die leiden tot splitsingsstoornis:

Rijst. 24. Schema's van mutaties

Ook worden, volgens het werkingsmechanisme op het eiwit, mutaties geïsoleerd, wat leidt tot frameverschuiving uitlezingen bijvoorbeeld invoegingen en verwijderingen. Dergelijke mutaties, zoals nonsensmutaties, hoewel ze op één punt in een gen voorkomen, beïnvloeden vaak de hele structuur van een eiwit, wat kan leiden tot een volledige verandering in de structuur.

Rijst. 29. Chromosoom voor en na duplicatie

Genomische mutaties

Eindelijk, genomische mutaties beïnvloeden het gehele genoom als geheel, dat wil zeggen, het aantal chromosomen verandert. Polyploïdie toewijzen - een toename van celploïdie en aneuploïdie, dat wil zeggen een verandering in het aantal chromosomen, bijvoorbeeld trisomie (de aanwezigheid van een extra homoloog in een van de chromosomen) en monosomie (de afwezigheid van een homoloog in een chromosoom).

DNA-video's

DNA-REPLICATIE, RNA-CODERING, EIWITSYNTHESE

We weten allemaal dat iemands uiterlijk, sommige gewoonten en zelfs ziekten erfelijk zijn. Al deze informatie over een levend wezen is gecodeerd in genen. Dus hoe zien deze spreekwoordelijke genen eruit, hoe werken ze en waar bevinden ze zich?

Dus de drager van alle genen van een persoon of dier is DNA. Deze verbinding werd ontdekt door Johann Friedrich Miescher in 1869. Chemisch gezien is DNA deoxyribonucleïnezuur. Wat betekent dit? Hoe draagt ​​dit zuur de genetische code van al het leven op onze planeet?

Laten we beginnen met te kijken waar het DNA zich bevindt. In de menselijke cel zijn er veel organellen die verschillende functies vervullen. DNA bevindt zich in de kern. De kern is een klein organel dat is omgeven door een speciaal membraan dat al het genetische materiaal - DNA - opslaat.

Wat is de structuur van een DNA-molecuul?

Laten we eerst eens kijken naar wat DNA is. DNA is een heel lang molecuul dat bestaat uit bouwstenen - nucleotiden. Er zijn 4 soorten nucleotiden - adenine (A), thymine (T), guanine (G) en cytosine (C). De nucleotideketen ziet er schematisch als volgt uit: GGAATCTAAG ... Dit is de volgorde van nucleotiden die de DNA-keten is.

De structuur van DNA werd voor het eerst ontcijferd in 1953 door James Watson en Francis Crick.

In één DNA-molecuul zijn er twee ketens van nucleotiden, die spiraalsgewijs om elkaar heen zijn gedraaid. Hoe plakken deze nucleotideketens aan elkaar en draaien ze in een spiraal? Dit fenomeen is te wijten aan de eigenschap van complementariteit. Complementariteit betekent dat alleen bepaalde nucleotiden (complementair) in twee strengen tegenover elkaar kunnen liggen. Dus tegenover adenine is er altijd thymine, en tegenover guanine is er altijd alleen cytosine. Zo is guanine complementair aan cytosine en adenine is complementair aan thymine Dergelijke paren van nucleotiden tegenover elkaar in verschillende strengen worden ook complementair genoemd.

Het kan schematisch als volgt worden weergegeven:

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

Deze complementaire paren A - T en G - C vormen een chemische binding tussen de nucleotiden van het paar, en de binding tussen G en C is sterker dan tussen A en T. De binding wordt strikt gevormd tussen complementaire basen, dat wil zeggen de vorming van een binding tussen niet-complementaire G en A is onmogelijk.

DNA "verpakking", hoe wordt een DNA-streng een chromosoom?

Waarom draaien deze DNA-nucleotideketens ook om elkaar heen? Waarom is dit nodig? Feit is dat het aantal nucleotiden enorm is en er veel ruimte nodig is om zulke lange ketens te accommoderen. Om deze reden is er een spiraalvormige verdraaiing van twee DNA-strengen om elkaar heen. Dit fenomeen wordt spiralisatie genoemd. Als gevolg van spiralisatie worden DNA-strengen 5-6 keer ingekort.

Sommige DNA-moleculen worden actief door het lichaam gebruikt, terwijl andere zelden worden gebruikt. Dergelijke zelden gebruikte DNA-moleculen ondergaan naast spiralisatie een nog compactere "verpakking". Dit compacte pakket wordt supercoiling genoemd en verkort de DNA-streng 25-30 keer!

Hoe vindt de pakking van de DNA-streng plaats?

Voor supercoiling worden histon-eiwitten gebruikt, die het uiterlijk en de structuur hebben van een staaf- of draadspoel. Gespiraliseerde DNA-strengen worden op deze "spoelen" gewikkeld - histon-eiwitten. Zo wordt de lange draad zeer compact verpakt en neemt zeer weinig ruimte in beslag.

Als het nodig is om dit of dat DNA-molecuul te gebruiken, vindt het proces van "afwikkelen" plaats, dat wil zeggen, de DNA-streng wordt "afgewikkeld" van de "spoel" - een histon-eiwit (als het erop was gewikkeld) en afgewikkeld van een spiraal in twee parallelle ketens. En als het DNA-molecuul in zo'n ongetwiste staat is, dan kan er de nodige genetische informatie uit worden afgelezen. Bovendien gebeurt het uitlezen van genetische informatie alleen van niet-gedraaide DNA-strengen!

De set supercoiled chromosomen heet heterochromatine, en chromosomen beschikbaar voor het lezen van informatie - euchromatine.

Wat zijn genen, wat is hun relatie tot DNA?

Laten we nu eens kijken naar wat genen zijn. Het is bekend dat er genen zijn die de bloedgroep, de kleur van de ogen, het haar, de huid en vele andere eigenschappen van ons lichaam bepalen. Een gen is een strikt gedefinieerd stuk DNA, bestaande uit een bepaald aantal nucleotiden die zich in een strikt gedefinieerde combinatie bevinden. Locatie in een strikt afgebakend DNA-gebied betekent dat een specifiek gen zijn plaats heeft gekregen en het is onmogelijk om deze plaats te veranderen. Het is passend om zo'n vergelijking te maken: een persoon woont in een bepaalde straat, in een bepaald huis en appartement, en een persoon kan niet willekeurig naar een ander huis, appartement of naar een andere straat verhuizen. Een bepaald aantal nucleotiden in een gen betekent dat elk gen een specifiek aantal nucleotiden heeft en niet meer of minder kan worden. Het gen voor insulineproductie is bijvoorbeeld 60 basenparen lang; het gen dat codeert voor de productie van het hormoon oxytocine - van 370 basenparen.

De strikte sequentie van nucleotiden is uniek voor elk gen en is strikt gedefinieerd. De AATTAATA-sequentie is bijvoorbeeld een fragment van een gen dat codeert voor insulineproductie. Om insuline te verkrijgen, wordt precies zo'n sequentie gebruikt; om bijvoorbeeld adrenaline te verkrijgen, wordt een andere combinatie van nucleotiden gebruikt. Het is belangrijk om te begrijpen dat alleen een bepaalde combinatie van nucleotiden codeert voor een bepaald "product" (adrenaline, insuline, enz.). Dat is de unieke combinatie van een bepaald aantal nucleotiden, die op "zijn plaats" staan ​​- dit is gen.

Naast genen bevinden zich in de DNA-keten de zogenaamde "niet-coderende sequenties". Dergelijke niet-coderende nucleotidesequenties reguleren het werk van genen, helpen de spiralisering van chromosomen en markeren het begin en einde van een gen. Tot op heden blijft de rol van de meeste niet-coderende sequenties echter onduidelijk.

Wat is een chromosoom? Geslachtschromosomen

De verzameling van de genen van een individu wordt een genoom genoemd. Het is natuurlijk onmogelijk om het hele genoom in één DNA te passen. Het genoom wordt opgesplitst in 46 paar DNA-moleculen. Een paar DNA-moleculen wordt een chromosoom genoemd. Het zijn dus deze chromosomen die een persoon 46 stukjes heeft. Elk chromosoom draagt ​​een strikt gedefinieerde reeks genen, bijvoorbeeld chromosoom 18 bevat genen die coderen voor oogkleur, enz. Chromosomen verschillen van elkaar in lengte en vorm. De meest voorkomende vormen zijn X of Y, maar er zijn ook andere. Een persoon heeft twee chromosomen van dezelfde vorm, die gepaard (paren) worden genoemd. Vanwege dergelijke verschillen zijn alle gepaarde chromosomen genummerd - er zijn 23 paren. Dit betekent dat er een paar chromosomen #1 is, paar #2, #3, etc. Elk gen dat verantwoordelijk is voor een bepaalde eigenschap bevindt zich op hetzelfde chromosoom. In moderne richtlijnen voor specialisten kan de lokalisatie van het gen bijvoorbeeld als volgt worden aangegeven: 22 chromosoom, lange arm.

Wat zijn de verschillen tussen chromosomen?

Hoe anders zijn chromosomen anders? Wat betekent de term lange schouder? Neem chromosomen van vorm X. De kruising van DNA-strengen kan strikt in het midden voorkomen (X), of het kan ook niet centraal voorkomen. Wanneer een dergelijke kruising van DNA-strengen niet centraal plaatsvindt, dan zijn ten opzichte van het kruispunt sommige uiteinden langer, andere respectievelijk korter. Dergelijke lange uiteinden worden meestal de lange arm van het chromosoom genoemd, en de korte respectievelijk de korte arm. In chromosomen van de Y-vorm nemen lange schouders de meeste van hen in beslag, en korte zijn erg klein (ze worden zelfs niet aangegeven in de schematische afbeelding).

De grootte van chromosomen varieert: de grootste zijn chromosomen van paren # 1 en #3, de kleinste zijn chromosomen van paren # 17, # 19.

Naast de vorm en grootte, verschillen chromosomen in hun functies. Van de 23 stellen zijn er 22 somatisch en 1 seksueel. Wat betekent het? Somatische chromosomen bepalen alle uiterlijke kenmerken van een individu, kenmerken van zijn gedragsreacties, erfelijk psychotype, dat wil zeggen alle eigenschappen en kenmerken van elke individuele persoon. Een paar geslachtschromosomen bepaalt het geslacht van een persoon: man of vrouw. Er zijn twee soorten menselijke geslachtschromosomen - X (X) en Y (Y). Als ze worden gecombineerd zoals XX (X - X) - dit is een vrouw, en als XY (X - Y) - hebben we een man voor ons.

Erfelijke ziekten en chromosoombeschadiging

Er treden echter wel "uitvallen" van het genoom op en dan worden genetische ziekten bij mensen gedetecteerd. Als er bijvoorbeeld drie chromosomen zijn op 21 paar chromosomen in plaats van twee, wordt een persoon geboren met het syndroom van Down.

Er zijn veel kleinere "storingen" van het genetisch materiaal die niet leiden tot het ontstaan ​​van ziekte, maar juist goede eigenschappen verlenen. Alle "storingen" van genetisch materiaal worden mutaties genoemd. Mutaties die leiden tot ziekte of verslechtering van de eigenschappen van het lichaam worden als negatief beschouwd, en mutaties die leiden tot de vorming van nieuwe gunstige eigenschappen worden als positief beschouwd.

Met betrekking tot de meeste ziekten waaraan mensen tegenwoordig lijden, is het echter geen erfelijke ziekte, maar slechts een aanleg. Suiker wordt bijvoorbeeld langzaam opgenomen door de vader van een kind. Dit betekent niet dat het kind met diabetes wordt geboren, maar het kind zal een aanleg hebben. Dit betekent dat als een kind snoep en meelproducten misbruikt, het diabetes mellitus krijgt.

Tegenwoordig is de zogenaamde predicatief medicijn. In het kader van deze medische praktijk worden predisposities bij een persoon geïdentificeerd (op basis van de identificatie van de overeenkomstige genen), en vervolgens worden aanbevelingen aan hem gegeven - welk dieet te volgen, hoe de manier van werken en rusten correct af te wisselen, zodat niet ziek worden.

Hoe lees je informatie die in DNA is gecodeerd?

Hoe kun je de informatie in DNA lezen? Hoe gebruikt haar eigen lichaam het? DNA zelf is een soort matrix, maar niet eenvoudig, maar gecodeerd. Om informatie uit een DNA-matrix te lezen, wordt deze eerst overgebracht naar een speciale drager - RNA. RNA is chemisch ribonucleïnezuur. Het verschilt van DNA doordat het door het kernmembraan in de cel kan gaan, en DNA is van dit vermogen beroofd (het kan alleen in de kern zijn). De gecodeerde informatie wordt in de cel zelf gebruikt. Dus RNA is de drager van gecodeerde informatie van de kern naar de cel.

Hoe wordt RNA gesynthetiseerd, hoe wordt eiwit gesynthetiseerd met behulp van RNA?

De DNA-strengen, waarvan het nodig is om informatie te "lezen", ontspannen, een speciaal enzym - "builder" benadert ze en synthetiseert een complementaire RNA-streng parallel aan de DNA-streng. Het RNA-molecuul bestaat ook uit 4 soorten nucleotiden - adenine (A), uracil (U), guanine (G) en cytosine (C). In dit geval zijn de volgende paren complementair: adenine - uracil, guanine - cytosine. Zoals je kunt zien, gebruikt RNA, in tegenstelling tot DNA, uracil in plaats van thymine. Dat wil zeggen, het "builder" -enzym werkt als volgt: als het A in de DNA-streng ziet, dan hecht het Y aan de RNA-streng, als G, dan hecht het C, enz. Zo wordt van elk actief gen tijdens transcriptie een sjabloon gevormd - een kopie van RNA die door het kernmembraan kan gaan.

Hoe verloopt de synthese van een eiwit dat door een specifiek gen wordt gecodeerd?

Na het verlaten van de kern komt RNA het cytoplasma binnen. Reeds in het cytoplasma kan RNA als matrix ingebed zijn in speciale enzymsystemen (ribosomen), die, geleid door RNA-informatie, de overeenkomstige eiwit-aminozuursequentie kunnen synthetiseren. Zoals u weet, is een eiwitmolecuul samengesteld uit aminozuren. Hoe weet het ribosoom erachter te komen welk aminozuur aan de groeiende eiwitketen moet worden gehecht? Dit gebeurt op basis van een tripletcode. Triplet-code betekent dat de volgorde van drie nucleotiden van de RNA-keten ( drieling, bijvoorbeeld HGH) coderen voor één aminozuur (in dit geval glycine). Elk aminozuur wordt gecodeerd door een specifiek triplet. En dus, het ribosoom "leest" het triplet, bepaalt welk aminozuur vervolgens moet worden gehecht terwijl het informatie in RNA leest. Wanneer een keten van aminozuren wordt gevormd, neemt het een bepaalde ruimtelijke vorm aan en wordt het een eiwit dat in staat is de enzymatische, opbouwende, hormonale en andere functies uit te voeren die eraan zijn toegewezen.

Eiwit voor elk levend organisme is een product van een gen. Het zijn eiwitten die alle verschillende eigenschappen, kwaliteiten en uiterlijke manifestaties van genen bepalen.