Генетикалық код. Генетикалық код туралы түсінік, қасиеті. Ақуыз биосинтезі

Пән: Медицина
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 7 бет
Таңдаулыға:

Дәріс

Тақырыбы 5: Генетикалық код. Генетикалық код туралы түсінік, қасиеті. Ақуыз биосинтезі.

Дәріс құрылымы

Тақырыбы: «Генетикалық код. Генетикалық код туралы түсінік, қасиеті. Ақуыз биосинтезі».

Мақсаты: Генетикалық кодтың негізгі қасиеттерін, митохондриялық ДНҚ коды құрылысының ерекшеліктерін оқып білу, прокариотты және эукариотты жасушалар геномын, генетикалы ақпараттың экспрессиялы ерекшеліктерін, транскрипция сатыларын оқып білу.

Дәрістің жоспары:

1. Г. Гамовтың код триплеттігі туралы көзқарасы.

2. Кодтың көптігі.

3. Кодтың ерекшелігі.

4. Генетикалық кодтың универсальдығы.

5. Кодтың үздіксіздігі.

6. Код бірін-бірі жаппайды.

7. Транскрипцияға сипаттама.

8. Трансляцияға сипаттама.

9. Жакоб және Моно оперонының моделі.

10. Негативті реттелу, оның бір ізділіктігі.

11. Позитивті реттелу, оның ерекшеліктері.

Дәріс тезистері

Тіршіліктің барлық әралуандығын, клеткадағы әртүрлі биологиялық қызметтерді атқаратын түрлі ақуыз молекулалары қамтамасыз етеді.

Ақуыздардың құрылысы пептидтік тізбектегі аминқышқылдарының жиынтығы және бір ізділікті орналасуымен анықталынады.

Нақ осы аминқышқылдар бір ізділігі биологиялық немесе генетикалық кодтың көмегімен ДНҚ молекуласының тізбегінде шифрланған.

1955 жылы Г. Гамов, яғни ДНҚ молекуласындағы ақпараттың кодталуын бірнеше нуклеотидтер үйлесіп қамтамасыз етеді деп болжау айтты.

Өйткені, табиғатта әртүрлі 20 аминқышқылы бар, әралуандылықты ақуыздардан тұрады және оларды шифрлау үшін үш нуклеотид, немесе триплетті код қажет. Бұл жағдайда төрт нуклеотидтерден 4 ³ = 64 триплет пайда болады. (Егер код екі нуклеотидтен тұратын болса, онда тек 16 аминқышқылын шифлаған болар еді, 4 ² = 16) .

Генетикалық кодты толық шифрлау 20 ғасырдың 1960 жылдары іске асырылды. ДНҚ-ның 64 триплеті бар. Оның ішінде 61 триплет әртүрлі аминқыщқылдарын кодтайды, ал қалған үш триплет - мәнсіз немесе «нонсенс-триплеттер» деп аталады. Үшеуі аминқышқылдарын шифрламайды, олар ешбір аминқышқылына сәйкес келмейді (АТТ, АЦТ, АТЦ) .

Кодтың қызметі .

Код триплетті, яғни генетикалық кодтың бірлігі триплет немесе кодон болып табылады.

2. Кодтың көптігі - көптеген аминқышқылдары бірнеше триплеттермен шифланады. (Бұл өте маңызды, себебі ДНҚ тізбегіндегі бір нуклеотидтің орнына екіншісінің қойылуы триплет мағынасын немесе ақпаратын өзгертпейді), яғни жаңа кодон сол аминқышқылын кодтауы мүмкін.

3. Өзгешелігі, ерекшелігі - әрбір триплет тек бір аминқышқылын кодтайды.

4. Генетикалық кодтың универсалдығы - Бұл тірі ағзалардың әр түрлі түрлерінің коды толық сәйкес, жер бетіндегі барлық тірі формалардың шығу тегі бірлікті екенін дәлелдейді.

5. Үздіксіздік - нуклеотидтердің бір ізділігін триплет соңында триплеп санайды, кодта үтір болмайды, яғни бір кодонды екіншісімен бөлетін белгі жоқ.

6. Бірін-бірі жаппайды - Көршілес триплеттер немесе кодондар бірін-бірі жаппайды, ал әрбір жеке нуклеотид беоілген бағдарлама кезінде тек бір триплеттің құрамына кіреді.

Гендегі ақуыздар туралы ақпараттар (интрондардан басқасы), яғни триплеттердің бір ізділік ұзындығы, осы ақуыздағы амин қышқылдардың алғашқы құрылымындағы бір ізділікті кодтайтын ұзындықтан тұрады.

Осы алғашқы құрылым ақуыз молекуласының кеңістіктегі конфигурациясын, оның биологиялық және физико-химиялық қасиеттерін анықтайды. Пептидті тізбектегі аминқышқылдардың және гендер экзондарындағы триплеттер бір ізділігінің аралығында ұзындықтың сәйкестігі генетикалық кодтың коллинеарлығы деп белгіленеді.

Ақуыздың биосинтезі.

Даярлық кезеңдер. Трансляция кезінде амино-ацил-т-РНҚ қатысады, ал бос аминқышқылдар қатыспайды. Осы комплекстің пайда болуы аминқышқылдардың реакциялық қабылетін жоғарылатады және аминқышқылдар өзінің антикодонымен кездеседі.

Әрбір т-РНҚ молекуласы аминқышқылдарды бірнеше рет қолданушы ретінде ұстайды.

Рибосоманың функциональдық орталықтары.

Трансляция процессі белсенді рибосомаларды құрастырудан, яғни трансляция инициациясынан басталады. Рибосома суббірліктерінің түрлері және олардың үстірттерінің қосылуы күрделі. Жинақталған рибосоманың формасы жүрекке ұқсас болып келеді. Үлкен және кіші суббірліктер аралығында, байланысқан үстірттерде шұңқыр (қуыс) болады, пептидті байланыстың пайда болуын және м-РНҚ туралы рибосомалардың ауысушылығын катализдейтін орталықтар бар.

Прокариот және эукариот клеткаларының рибосомалары, құрылысы және қызметі жағынан ұқсас. Рибосомада екі өзекше (бороздки) бар. Бір өзекше өсуші полипептидті тізбекті ұстап тұрады, екіншісі -м-РНҚ. Рибосомада 2 орталық немесе бөлік бар.

Амино-ацильді(А-бөлік) бөлікте- аминқышқылын алып жүретін, амино-ацилді т-РНҚ орналасады.
Пептидильді (П-бөлік) бөлікте- пептидті байланыспен қосылған аминқышқылды тізбегімен т-РНҚ орналасады.

Рибосомада әрқашан 30 нуклеотидтер болады, бірақ тек қана екі т-РНҚ, м-РНҚ-ның жақын орналасқан екі кодонымен әрекеттеседі. Ақпаратты аминқышқылдар тіліне трансляциялау, м-РНҚ-да жасалған ақпараттарға сәйкес пептидті тізбектердің біртіндеп өсуінен тұрады.

Трансляциялау кезеңі 3 фазадан тұрады:

Инициация
Элонгация
Синтездің терминациясы

Инициация фазасы

Бұл пептид синтезінің басталуы. Осы жерде рибосомалардың неі суббірліктерінің бірлесуі және алғашқы амино-ацил т-РНҚ-ң қосылуы жүреді. Инициирлеуші, бастаушы кодон АУГ метионин аминқышқылын шифрлайды, сондықтан пептидиальді бөлікте метионинді алып жүруші т-РНҚ алғашқы орынды алады.

Трансляцияның инициация процесстері инициация факторлары -ақуыздармен катализденеді.

Элонгация фазасы

Бұл, алғашқы пептидті байланыстың пайда болу кезеңінен басталып, соңғы аминқышқылдардың қосылуына дейінгі пептидтің ұзаруы болып табылады.

Мұнда, оқиғалар циклді қайталанбайды, - А бөлікте болатын кезекті кодонды, амино-ацил т-РНҚ-ң тануы және антикодон мен кодон аралығында бір-бірімен комплементарлы әрекеттестігі жүреді.

т-РНҚ- құрылысының ерекшелігі арқасында, антикодон кодонмен қосылған кезде, П-бөлікте орналасқан аминқышқылдарына жақын, м-РНҚ-аминқышқылы А-бөлікте орналасады.

Екі аминқышқылдары аралығында пептидті байланыс пайда болады, нәтижесінде жоғарыда айтылған аминқышқылы өзінің т-РНҚ-дағы байланысын жоғалтады және А-бөлікте орналасқан амино-ацил-т-РНҚ-на қосылады, ал т-РНҚ П-бөліктен кетіп цитоплазмаға өтеді.

Пептидті тізбектен тұратын т-РНҚ-ның А-бөліктен, П-бөлікке ауыстырылуы рибосомалардың м-РНҚ бойымен қадамға, бір кодонға сәйкес жылжуымен қоса жүреді. Келесі кодон А-бөлікпен түйісіп, онда ол сәйкес амино-ацил-т-РНҚ-мен танылады. Осында өз аминқышқылын орналастырады және А-бөлікке кодон-терминатор келіп түспейінше (ол үшін т-РНҚ жоқ), қайталана береді.

Пептидті тізбекті құрастыру үлкен жылдамдықпен жүреді (прокариоттарда 12-ден 17 аминқышқылдан жоғары секундына, ал эукариоттарда бірнеше аминқышқылдар 1 секундта) .

Полипептидтің синтезделуінің аяқталуы -терминация фазасы, терминирлеуші кодондағы (УАА, УАГ немесе УГА) ерекше рибосомальді ақуызбен танылу жүреді. Сонымен, соңғы аминқышқылға су (Н ₂ О) - қосылады, рибосомамен байланыс үзіледі және екі суббірлікке бөлінеді.

ДНҚ-да барлық ақуыздардың құрылысы және ағзаның РНҚ-сы туралы ақпарат, және де онтогенез процессінде әртүрлі клеткаларда осы ақпараттың жүзеге асырылу тәртібі болады.

Ағзаның барлық сомалық клеткаларында 46 хромосома жиынтығы болады және клеткалар аралығында айырмашылық болғанымен, олардың барлығының ДНҚ бір ақпараттан тұрады.

Репликация процессінде генетикалық ақпарат түгелдей көшірмесін алады және жаңа ұрпаққа береді.

Ссы ақпарат клеткада, барлық тіршілік әрекеті процесстерімен қамтамасыз етіле отырып, экспрессирленеді (жүзеге асырылады) .

Бірақ, ядрода барлық ақпарат экспрессирленбейді, тек оның азғантай бөлігі ғана. Белгілі ақуыздардың құрылымы туралы ақпараттың экспрессиясы 2 -этаптан тұрады:

Транскрипция: клетка ядросында, белгілі генде матрицалы РНҚ (м-РНҚ) пайда болады. (Бұл ақуыз құрылымы туралы ақпаратты ДНҚ-дан м-РНҚ-ға көшіріп жазу) .

Транскрипцияның өнімін дұрысырақ, м-РНҚ-ң негізін құрушы деп атайды, яғни ол ядрода пісіп жетілуге немесе процессингке ұшырайды, бұл кезде ол модифицирленеді. Тек процессингтен кейін, толған м-РНҚ ядродан цитоплазмаға келіп түседі.

Геннің экспрессиясының 2-ші этапы - трансляция - рибосомалардағы м-РНҚ-ң бағдарламасы бойынша ақуыздың синтезі.

Бұл бағдарламаның мағынасы - аминқышқылдардың пептидті тізбекті түзіп, белгілі бір ізділікті қосылуы.

Бір геннің транскрипциясы тұрақты жүрмейді, уақытқа байланысты жүреді, яғни гендер қосылып және ажырап отырады немесе гендер белсенді немесе белсенсіз халде болады.

Прокариоттарда гендерді қосатын өнімдерді индуктор, ал ажырататын өнімдер-репрессор деп аталынады.

Индуктор-бұл спецификалық реттелуші сигнал немесе бір реакцияның соңғы өнімі.

Репрессор - бұл белок. Ген, экспрессия индуктордың әсеріне деген жауапты күшейтеді. Бұл процесс индуцибельді ген деп аталады. Эукариот гендерінде индуктордың орнына реттеуші термині қолданылады. Реттеуші болып: белок, белсенді оттегі, металл саналады.

Геннің экспрессиялы реттелуі - бұл ДНҚ-ның әртүрлі бөлігіне немесе нүкте аймағына (сайттарға) белгілі өнімдер, мысалы белоктың спецификалы өзіндік қосылуын, транскрипцияның басталуы деп атаймыз. Сонымен гендердің экспрессиялы реттелуі дегеніміз қоршаған орта өзгерістеріне организмнің бейімделуі.

Прокариот гендерінің экспрессиялы реттелуі.

1961 жылы Жакоб және Моно оперон моделін ұсынған болатын. Олар ішек таяқшасындағы лактоза метаболизмін зерттеген болатын. Ол үш ферментпен іске асады және ұш құрылымды гендермен кодталынады. Құрылымды гендердің тізбектелініп орналасқан және физикалы өзара байланысқан.

Гендердің тізбектелініп орналасуы бір ғана реттеуші орталықтың көмегімен, барлық үш құрылымды гендерді экспрессиялы реттеуге көмектеседі, үш құрылымды гендер туралы хабар РНҚ-ның бір молекуласында жазылынған. Бұл процесс полицистронды м-РНҚ деп аталынады. Полицистронды м-РНҚ тек прокариоттарға ғана тән.

Реттеуші орталықтың құрылысы. Реттеуші орталық құрамына ген кіреді және әруақытта жұмыс халінде болады және экспрессия спецификалық реттелуге ұшырамайды, сондықтан конститутивті деп аталынады. Бұл геннің өнімі - ақуыз - репрессор. Ақуыз - репрессор 4 субьбірлікті молекула.

Конститутивті геном және құрылымды гендер арасында оперативті локус немесе оператор және промотор болады.

Оператор - бұл ДНҚ бөлігі, ұзындығы 27 жұп негізді. Промотор, оператор және құрылымды гендер қосындысы оперон деп аталады.

Прокариоттарда гендердің реттелуінің 2-і типі белгілі : позитивті және негативті.

Негативті бір ізділікті реттелу : конститутивті ген әруақытта белок - репрессорды түзіп отырады. Бұл репрессор лактоза жоқ кещде операторға отырып РНҚ-а полимеразаның промоторға қосылуына кедергі жасайды. Бұл кезде полицистронды м-РНҚ- ның синтезі жүрмейді.

Егер клеткаға индуктор (лактоза ) енсе, ол репрессормен қосылып, оның конформациясын өзгертіп, операторды босатады.

Бос оператор - бұл сигнал, яғни РНҚ полимеразаның промоторға қосылуына көмектеседі, және полицистронды м-РНҚ транскрипциясы басталады. РНҚ полимеразаның промотормен қосылуының міндетті жағдайын қолдаушы, циклді АМФ және катаболитті гендердің белсенді ақуыздарының болуы. Прокариоттарда м-РНҚ- синтезі аяқталынбай жатып, ақуыз синтезі басталынады, және лактоза өзіндік ыдырайды. Лактоза концентрациясы төмендегенде репрессор босаңсып, оператормен қосылып м-РНҚ синтезіне бөгет жасайды. Мұндай оперон типі индуцибельді деп аталады.

Оперонның басқа варианты - соңғы өнімдер реакциясының реттелуі (эффектор) болып табылады. Бұл кезде реттеуші-ген белсенсіз ақуыз-репрессор синтезін анықтайды.

Соңғы өнімдер реакциясы белсенсіз репрессормен байланысып, оларды белсенді халге алып келеді. Репрессор оператормен байланысып құрылымдық гендердің транскрипциясын бөгейді және бұл процесс эффектор концентрациясы төмендегенге дейін жүреді. Содан кейін эффектор репрессордан ажырап, репрессор төмендеп оперон жұмысы жаңарады. Оперонның мұндей типі репрессивті деп аталынады, мысалы: триптофан метаболизмінің реттелуі осылай жүреді. Прокариоттарда гендердің экспрессиялы реттелуі транскрипция деңгейінде өтеді.

Эукариот генінің құрылысы.

Эукариоттарда екі аймақ белгілі : құрылымды және реттелуші.

Олар транскрипция басында сайтпен бөлінген. Құрылымды аймақ құрылымдық гендермен қамтылған. Ген кодталынған бір ізділікті экзоннан және кодталынбаған бір ізділікті интрондардан тұрады. Интрондар ұзындығы 80-1000 және оданда көп нуклеотидтерден тұрады. Интрон консенсусті аймақпен шектелінген және консервативті, оларға нақты бір ізділік міндетті емес. Бұл процесс интрондардың үзілу механизмдерімен байланысты. Интрондар саны 2-50 көлемінде.

Реттеуші аймақ 2- элементтерден тұрады: 1-ші элемент базалы экспрессияның реттелу деңгейін қамтыйды /промотор/.

2-ші -қосымша экспрессиялы реттелу деңгейі.

Промотор транскрипцияның басталуындағы нүкте /сайт/ алдында орналасады.

Базалы экспрессиялы реттелу деңгейі 2-і элементтен тұрады : ТАТА - бокс және ЦААТ - бокс. ТАТА - бокс РНҚ полимеразаны транскрипция инициациясының сайтына бағыттайды және м-РНҚ синтезінің басталу нақтылығын анықтайды. ЦААТ - бокс транскрипция жиілігін бақылайды. РНҚ полимераза промоторды тану үшін ТАТА -фактор - үлкен ақуызды комплекс қажет. ТАТА - бокс және ТАТА - фактор бірнеше рет қолданатын транскрипциялы комплекс түзеді.

Базалы реттелу элементтерінің жалпы қасиеті: олар ақуызды факторлар немесе реттеуші белоктармен қосылғанда жұмыс халінде болады. Реттеуші ақуыздар промотор алдындағы аймақпен қосылады. Бұл ДНҚ- бөлігінде 100 жұп нуклеотидтер болады. Промотор алдындағы аймақта реттелуші ақуыздар сайттармен байланысқан.

Реттеуші ақуыздар гендермен кодталынған бір хромосомада немесе көрші хромосомада орналасқан. Бірінші жағдайда реттеуші цис-типке, ал екінші -транс типке жатады.

Реттелудің қосымша деңгейі ДНҚ бір ізділігінің 2-і кластары кіреді. Бірінші класс -энхансерлер , ал екіншісі - сайленсерлер.

Энхансерлер және сайленсерлер әсерлері спецификалық өнімдер немесе эффекторларға тәуелді емес, олар базалы элементтердің реттелуіне әсер етеді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.