اصول کدگذاری و پیاده سازی اطلاعات ژنتیکی در یک سلول. پایه های مولکولی وراثت کدگذاری و تحقق اطلاعات بیولوژیکی در یک سلول. سیستم کد DNA کد ژنتیکی کد چیست

سه تفاوت اصلی بین مولکول های DNA و RNA وجود دارد.

    DNA حاوی قند دئوکسی ریبوز و RNA حاوی ریبوز است.

    در مولکول DNA، نوکلئوتید مکمل (مطابق) با آدنین تیمین و در مولکول RNA اوراسیل است.

    DNA یک مارپیچ دوگانه است، RNA یک مارپیچ منفرد است. RNA معمولا کوتاهتر است.

6. کد ژنتیکی کد چیست

کد قانونی است که ترکیبی کاملاً مشخص از کاراکترها را به هر پیام خاص اختصاص می دهد.

ساده ترین راه برای نشان دادن این با یک کلمه است. به عنوان مثال، مفهوم مسکن برای یک فرد یا گروهی از افراد با کلمه ای متشکل از سه حرف - "خانه" رمزگذاری می شود.

اطلاعات رمزگذاری شده ذخیره، پردازش، کپی، انتقال آسان است.

کد ژنتیکی

اطلاعات مربوط به توالی اسیدهای آمینه در پروتئین با استفاده از زبان نوکلئوتیدها رمزگذاری می شود. این زبان دارای چهار حرف - چهار پایه نیتروژنی - آدنین، تیمین، گوانین و سیتوزین است. با کمک آنها، شما باید 20 اسید آمینه را نام ببرید. اگر از کلماتی استفاده کنیم که فقط از یک حرف تشکیل شده باشد، تنها چهار کلمه می تواند تشکیل شود - A، T، G و C. 4 \u003d 4 1. این البته کافی نیست. اگر کلمات ما از دو حرف تشکیل شده باشد، می توانیم 16 کلمه تشکیل دهیم: AT، AG، GC و غیره. 16 = 4 2 . این حرف ها هم کافی نیست. اما اگر از کلمات سه حرفی استفاده کنید، 4 3 \u003d 64 کلمه دریافت می کنید. آنها برای نام بردن 20 اسید آمینه کاملاً کافی خواهند بود. حتی معلوم می شود که می توان دو یا چند نام به آنها داد. به عنوان مثال، همان حیوان دو نام دارد - "بهموت" و "کرگدن".

گئورگی آنتونوویچ گاموف، نویسنده نظریه بیگ بنگ، این واقعیت را که 20 اسید آمینه را می توان توسط نوکلئوتیدهای ترکیب شده به سه گانه رمزگذاری کرد، حدس زد.

هر سه تایی از نوکلئوتیدها که یک اسید آمینه را کد می کنند، کدون یا سه گانه نامیده می شوند.

کدون (سه گانه) سه گانه نوکلئوتید است که یک اسید آمینه را کد می کند.

"فرهنگ" برای ترجمه از زبان نوکلئوتیدها به زبان اسیدهای آمینه کد ژنتیکی نامیده می شود.

کد ژنتیکی جدول مطابقت کدون ها با اسیدهای آمینه است.

در دهه 60 قرن بیستم گردآوری شد.

برخی از خواص کد ژنتیکی

1. هر اسید آمینه توسط بیش از یک کدون (از 2 تا 6 کدون در هر اسید آمینه) کدگذاری می شود.

2. هر کدون تنها مربوط به یک اسید آمینه است.

نحوه کدگذاری اطلاعات در مولکول DNA

در یک مولکول DNA، هر رشته دنباله ای از نوکلئوتیدها است. تصور اینکه این یک توالی مشخص از بازهای نیتروژنی است - میله های متقاطع بین زنجیره های DNA آسان تر است. اما پس از همه، این نیز یک دنباله مشخص از میله های متقاطع است که به سه قلو تقسیم می شود، یعنی. کدون ها علاوه بر این، اگر بازهای نیتروژنی یک رشته DNA، که توسط پیوندهای هیدروژنی با بازهای نیتروژنی رشته دیگر متصل هستند، مکمل یکدیگر باشند - آنها با یکدیگر مطابقت دارند، آنگاه بازهای نیتروژنی تقسیم شده به سه تایی مکمل یکسان خواهند بود، یعنی. کدون ها کدونی که مکمل کدون دیگری باشد آنتی کدون نامیده می شود. به عنوان مثال، AHA مکمل TCT است.

بنابراین، در هر زنجیره از مولکول DNA یک توالی مشخص از کدون وجود دارد. اما هر کدون تنها مربوط به یک اسید آمینه است. بنابراین، توالی کدون ها در یکی از زنجیره های DNA به طور منحصر به فرد توالی اسیدهای آمینه را تعیین می کند. بنابراین با استفاده از توالی کدون های واقع در زنجیره DNA می توان دنباله اسیدهای آمینه موجود در یک مولکول پروتئین و به عبارت دیگر ساختار آن را رمزگذاری کرد. این توالی کدون ژن است.

ژن بخشی از یک مولکول DNA است که به عنوان الگویی برای سنتز یک پروتئین عمل می کند.

در سمت راست بزرگترین مارپیچ DNA انسان ساخته شده از مردم در ساحل وارنا (بلغارستان) است که در 23 آوریل 2016 در کتاب رکوردهای گینس ثبت شد.

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک اطلاعات کلی

DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) نوعی طرح اولیه زندگی است، یک کد پیچیده که حاوی داده هایی در مورد اطلاعات ارثی است. این ماکرومولکول پیچیده قادر به ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی ارثی از نسلی به نسل دیگر است. DNA ویژگی های هر موجود زنده مانند وراثت و تنوع را تعیین می کند. اطلاعات رمزگذاری شده در آن کل برنامه توسعه هر موجود زنده را تعیین می کند. عوامل ژنتیکی تعبیه شده کل دوره زندگی هر فرد و هر ارگانیسم دیگری را از پیش تعیین می کند. تأثیر مصنوعی یا طبیعی محیط خارجی تنها می تواند اندکی بر شدت کلی صفات ژنتیکی فردی تأثیر بگذارد یا بر توسعه فرآیندهای برنامه ریزی شده تأثیر بگذارد.

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک(DNA) یک ماکرومولکول است (یکی از سه مولکول اصلی، دو مورد دیگر RNA و پروتئین) است که ذخیره سازی، انتقال از نسلی به نسل دیگر و اجرای برنامه ژنتیکی برای توسعه و عملکرد موجودات زنده را فراهم می کند. DNA حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار است انواع مختلف RNA و پروتئین ها

در سلول های یوکاریوتی (حیوانات، گیاهان و قارچ ها)، DNA در هسته سلول به عنوان بخشی از کروموزوم ها و همچنین در برخی از اندامک های سلولی (میتوکندری و پلاستیدها) یافت می شود. در سلول های موجودات پروکاریوتی (باکتری ها و آرکیاها)، یک مولکول DNA دایره ای یا خطی به نام نوکلوئید از داخل به غشای سلولی متصل است. آن‌ها و یوکاریوت‌های پایین‌تر (مثلاً مخمرها) دارای مولکول‌های کوچک مستقل و عمدتاً دایره‌ای DNA به نام پلاسمید هستند.

از نقطه نظر شیمیایی، DNA یک مولکول پلیمری طولانی است که از بلوک های تکراری - نوکلئوتیدها تشکیل شده است. هر نوکلئوتید از یک پایه نیتروژن دار، یک قند (دئوکسی ریبوز) و یک گروه فسفات تشکیل شده است. پیوند بین نوکلئوتیدها در یک زنجیره توسط دئوکسی ریبوز تشکیل می شود. از جانب) و فسفات ( اف) گروه ها (پیوندهای فسفودی استر).


برنج. 2. نوکلرتید از یک پایه نیتروژن دار، قند (دئوکسی ریبوز) و یک گروه فسفات تشکیل شده است.

در اکثریت قریب به اتفاق موارد (به استثنای برخی از ویروس‌های حاوی DNA تک رشته‌ای)، ماکرومولکول DNA از دو زنجیره تشکیل شده است که توسط بازهای نیتروژنی به یکدیگر متصل شده‌اند. این مولکول دو رشته ای در یک مارپیچ پیچ خورده است.

چهار نوع باز نیتروژنی در DNA یافت می شود (آدنین، گوانین، تیمین و سیتوزین). پایه های نیتروژنی یکی از زنجیره ها با پیوندهای هیدروژنی بر اساس اصل مکمل بودن به پایه های نیتروژنی زنجیره دیگر متصل می شوند: آدنین فقط با تیمین ترکیب می شود. A-T، گوانین - فقط با سیتوزین ( G-C). این جفت ها هستند که "پله های" "نردبان" مارپیچ DNA را تشکیل می دهند (نگاه کنید به: شکل 2، 3 و 4).


برنج. 2. بازهای نیتروژنی

توالی نوکلئوتیدها به شما امکان می دهد اطلاعات مربوط به انواع مختلف RNA را "رمزگذاری" کنید، که مهمترین آنها اطلاعات یا الگو (mRNA)، ریبوزومی (rRNA) و انتقال (tRNA) هستند. همه این انواع RNA با کپی کردن توالی DNA در توالی RNA سنتز شده در طول رونویسی بر روی الگوی DNA سنتز می شوند و در بیوسنتز پروتئین (فرایند ترجمه) شرکت می کنند. DNA سلول علاوه بر توالی‌های کدکننده، دارای توالی‌هایی است که عملکردهای تنظیمی و ساختاری را انجام می‌دهند.


برنج. 3. همانندسازی DNA

محل ترکیبات اساسی ترکیبات شیمیایی DNA و نسبت های کمی بین این ترکیبات کدگذاری اطلاعات ارثی را فراهم می کند.

تحصیلات DNA جدید (تکثیر)

  1. فرآیند همانند سازی: باز شدن مارپیچ دوگانه DNA - سنتز رشته های مکمل توسط DNA پلیمراز - تشکیل دو مولکول DNA از یک.
  2. هنگامی که آنزیم ها پیوند بین جفت پایه ترکیبات شیمیایی را می شکند، مارپیچ دوتایی به دو شاخه باز می شود.
  3. هر شاخه یک عنصر DNA جدید است. جفت های پایه جدید به همان ترتیبی که در شاخه والد به هم متصل می شوند.

پس از تکمیل تکثیر، دو مارپیچ مستقل تشکیل می شود که از ترکیبات شیمیایی DNA مادر ایجاد شده و دارای کد ژنتیکی یکسانی است. به این ترتیب DNA قادر است اطلاعات را از سلولی به سلول دیگر کند.

اطلاعات دقیق تر:

ساختار اسیدهای نوکلئیک


برنج. چهار . بازهای نیتروژنی: آدنین، گوانین، سیتوزین، تیمین

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک(DNA) به اسیدهای نوکلئیک اشاره دارد. اسیدهای نوکلئیکدسته ای از بیوپلیمرهای نامنظم است که مونومرهای آن نوکلئوتید هستند.

نوکلئوتیدهاشامل پایه نیتروژنی، متصل به یک کربوهیدرات پنج کربنه (پنتوز) - دئوکسی ریبوز(در مورد DNA) یا ریبوز(در مورد RNA)، که با یک باقیمانده اسید فسفریک (H 2 PO 3 -) ترکیب می شود.

پایه های نیتروژنیدو نوع وجود دارد: بازهای پیریمیدین - اوراسیل (فقط در RNA)، سیتوزین و تیمین، بازهای پورین - آدنین و گوانین.


برنج. شکل 5. ساختار نوکلئوتیدها (سمت چپ)، محل نوکلئوتید در DNA (پایین) و انواع بازهای نیتروژنی (سمت راست): پیریمیدین و پورین


اتم های کربن در یک مولکول پنتوز از 1 تا 5 شماره گذاری می شوند. فسفات با اتم های سوم و پنجم کربن ترکیب می شود. اینگونه است که اسیدهای نوکلئیک به یکدیگر متصل می شوند و زنجیره ای از اسیدهای نوکلئیک را تشکیل می دهند. بنابراین، می‌توانیم انتهای 3' و 5' رشته DNA را جدا کنیم:


برنج. 6. جداسازی انتهای 3' و 5' رشته DNA

دو رشته DNA تشکیل می شود مارپیچ دوتایی. این زنجیره ها به صورت مارپیچی در جهت مخالف قرار دارند. در رشته های مختلف DNA، بازهای نیتروژن دار به وسیله پیوند های هیدروژنی. آدنین همیشه با تیمین ترکیب می شود و سیتوزین همیشه با گوانین ترکیب می شود. نامیده می شود قانون مکملیت.

قانون مکمل بودن:

A-T G-C

به عنوان مثال، اگر یک رشته DNA به ما داده شود که دارای توالی است

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5'،

سپس زنجیره دوم مکمل آن خواهد بود و در جهت مخالف هدایت می شود - از انتهای 5' تا انتهای 3':

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.


برنج. 7. جهت زنجیره های مولکول DNA و اتصال بازهای نیتروژنی با استفاده از پیوندهای هیدروژنی

تکثیر DNA

همانندسازی DNAفرآیند دو برابر شدن یک مولکول DNA با سنتز الگو است. در بیشتر موارد همانندسازی طبیعی DNAآغازگربرای سنتز DNA است قطعه کوتاه (دوباره ایجاد شد). چنین آغازگر ریبونوکلئوتیدی توسط آنزیم پریماز (DNA primase در پروکاریوت‌ها، DNA پلیمراز در یوکاریوت‌ها) ایجاد می‌شود و متعاقباً با دئوکسی ریبونوکلئوتید پلیمراز جایگزین می‌شود که معمولاً عملکردهای ترمیمی را انجام می‌دهد (اصلاح آسیب شیمیایی و شکستگی در مولکول DNA).

همانند سازی به روشی نیمه محافظه کارانه رخ می دهد. این بدان معنی است که مارپیچ دوگانه DNA باز می شود و یک زنجیره جدید بر روی هر یک از زنجیره های آن طبق اصل مکمل بودن تکمیل می شود. بنابراین، مولکول DNA دختر شامل یک رشته از مولکول مادر و یک رشته جدید است. همانندسازی در جهت 3' تا 5' رشته مادر اتفاق می افتد.

برنج. 8. همانندسازی (دوبرابر شدن) مولکول DNA

سنتز DNA- این فرآیند آنقدر پیچیده نیست که در نگاه اول به نظر می رسد. اگر به آن فکر می کنید، ابتدا باید بفهمید سنتز چیست. این فرآیند گرد هم آوردن چیزی است. تشکیل یک مولکول DNA جدید در چند مرحله انجام می شود:

1) توپوایزومراز DNA که در جلوی چنگال همانندسازی قرار دارد، DNA را به منظور تسهیل باز کردن و باز کردن آن برش می دهد.
2) DNA هلیکاز، به دنبال توپوایزومراز، روند "باز کردن" مارپیچ DNA را تحت تاثیر قرار می دهد.
3) پروتئین های متصل به DNA اتصال رشته های DNA را انجام می دهند و همچنین تثبیت آنها را انجام می دهند و از چسبیدن آنها به یکدیگر جلوگیری می کنند.
4) DNA پلیمراز δ(دلتا) هماهنگ شده با سرعت حرکت چنگال تکرار، سنتز را انجام می دهدمنتهی شدنزنجیرشرکت فرعی DNA در جهت 5" → 3" روی ماتریسمادری رشته های DNA در جهت از انتهای 3 اینچی تا انتهای 5 اینچی (سرعت تا 100 جفت باز در ثانیه). این رویدادها در این مورد مادریرشته های DNA محدود است.



برنج. 9. نمایش شماتیک فرآیند تکثیر DNA: (1) رشته تاخیری (رشته تاخیر)، (2) رشته پیشرو (رشته پیشرو)، (3) DNA پلیمراز α (Polα)، (4) لیگاز DNA، (5) RNA پرایمر، (6) پریماز، (7) قطعه اوکازاکی، (8) DNA پلیمراز δ (Polδ)، (9) هلیکاز، (10) پروتئین های تک رشته ای متصل شونده به DNA، (11) توپوایزومراز.

سنتز رشته DNA دختر عقب مانده در زیر توضیح داده شده است (به زیر مراجعه کنید). طرحچنگال همانند سازی و عملکرد آنزیم های همانند سازی)

برای اطلاعات بیشتر در مورد همانند سازی DNA، رجوع کنید به

5) بلافاصله پس از باز شدن و تثبیت رشته دیگری از مولکول مادر، به آن می پیوندد.DNA پلیمراز α(آلفا)و در جهت 5 "→ 3" یک آغازگر (RNA پرایمر) - یک توالی RNA روی یک الگوی DNA با طول 10 تا 200 نوکلئوتید سنتز می کند. پس از آن، آنزیماز رشته DNA حذف می شود.

بجای DNA پلیمرازα به انتهای 3 اینچی پرایمر متصل شده است DNA پلیمرازε .

6) DNA پلیمرازε (اپسیلون) به عنوان اگر به طولانی شدن پرایمر ادامه می دهد، اما به عنوان یک بستر تعبیه شده استدئوکسی ریبونوکلئوتیدها(به مقدار 150-200 نوکلئوتید). در نتیجه، یک نخ جامد از دو قسمت تشکیل می شود -RNA(یعنی پرایمر) و DNA. DNA پلیمراز εکار می کند تا زمانی که با آغازگر قبلی روبرو شودقطعه اوکازاکی(کمی زودتر سنتز شده است). سپس این آنزیم از زنجیره خارج می شود.

7) DNA پلیمراز β(بتا) به جای می ایستدDNA پلیمرازها ε،در همان جهت حرکت می کند (5" → 3") و ریبونوکلئوتیدهای آغازگر را حذف می کند در حالی که دئوکسی ریبونوکلئوتیدها را در جای خود قرار می دهد. آنزیم تا حذف کامل پرایمر کار می کند، یعنی. تا زمانی که یک دئوکسی ریبونوکلئوتید (حتی بیشتر از قبل سنتز شودDNA پلیمراز ε). آنزیم قادر نیست نتیجه کار خود و DNA جلویی را به هم پیوند دهد، بنابراین زنجیره را ترک می کند.

در نتیجه، قطعه‌ای از DNA دختر روی ماتریس نخ مادر قرار می‌گیرد. نامیده می شودقطعه ای از اوکازاکی.

8) DNA لیگاز دو مجاور را پیوند می دهد قطعات اوکازاکی ، یعنی 5 "-پایان بخش، سنتز شده استDNA پلیمراز ε،و انتهای زنجیره ای 3 اینچی داخلیDNA پلیمرازβ .

ساختار RNA

اسید ریبونوکلئیک(RNA) یکی از سه ماکرومولکول اصلی (دو ماکرومولکول دیگر DNA و پروتئین هستند) است که در سلول های همه موجودات زنده یافت می شود.

درست مانند DNA، RNA از یک زنجیره بلند تشکیل شده است که در آن هر پیوند نامیده می شود نوکلئوتید. هر نوکلئوتید از یک پایه نیتروژن دار، یک قند ریبوز و یک گروه فسفات تشکیل شده است. با این حال، بر خلاف DNA، RNA معمولا دارای یک رشته به جای دو رشته است. پنتوز در RNA با ریبوز نشان داده می شود، نه دئوکسی ریبوز (ریبوز دارای یک گروه هیدروکسیل اضافی در اتم کربوهیدرات دوم است). در نهایت، DNA در ترکیب بازهای نیتروژنی با RNA متفاوت است: به جای تیمین ( تیاوراسیل در RNA وجود دارد ( U) که مکمل آدنین نیز می باشد.

توالی نوکلئوتیدها به RNA اجازه می دهد تا اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری کند. همه موجودات سلولی از RNA (mRNA) برای برنامه ریزی سنتز پروتئین استفاده می کنند.

RNA های سلولی در فرآیندی به نام تشکیل می شوند رونویسی ، یعنی سنتز RNA روی یک الگوی DNA که توسط آنزیم های خاص انجام می شود - RNA پلیمرازها.

سپس RNA های پیام رسان (mRNA) در فرآیندی به نام شرکت می کنند پخش، آن ها سنتز پروتئین در قالب mRNA با مشارکت ریبوزوم ها سایر RNA ها پس از رونویسی دچار تغییرات شیمیایی می شوند و پس از تشکیل ساختارهای ثانویه و ثالثی، عملکردهایی را انجام می دهند که به نوع RNA بستگی دارد.

برنج. 10. تفاوت DNA و RNA از نظر پایه نیتروژنی: به جای تیمین (T)، RNA حاوی اوراسیل (U) است که مکمل آدنین نیز می باشد.

رونویسی

این فرآیند سنتز RNA روی یک الگوی DNA است. DNA در یکی از سایت ها باز می شود. یکی از زنجیره ها حاوی اطلاعاتی است که باید روی مولکول RNA کپی شود - این زنجیره کدگذاری نامیده می شود. رشته دوم DNA که مکمل رشته کد کننده است، رشته الگو نامیده می شود. در فرآیند رونویسی روی زنجیره الگو در جهت 3'-5' (در امتداد زنجیره DNA)، یک زنجیره RNA مکمل آن سنتز می شود. بنابراین، یک کپی RNA از رشته کد کننده ایجاد می شود.

برنج. 11. نمایش شماتیک رونویسی

به عنوان مثال، اگر دنباله رشته کد کننده به ما داده شود

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5'،

سپس طبق قاعده مکمل بودن، زنجیره ماتریس دنباله را حمل خواهد کرد

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'،

و RNA سنتز شده از آن توالی است

پخش

مکانیسم را در نظر بگیرید سنتز پروتئینبر روی ماتریس RNA و همچنین کد ژنتیکی و خواص آن. همچنین، برای وضوح، در لینک زیر، توصیه می کنیم یک ویدیوی کوتاه در مورد فرآیندهای رونویسی و ترجمه که در یک سلول زنده رخ می دهد تماشا کنید:

برنج. 12. فرآیند سنتز پروتئین: کدهای DNA برای RNA، کدهای RNA برای پروتئین

کد ژنتیکی

کد ژنتیکی- روشی برای رمزگذاری توالی اسید آمینه پروتئین ها با استفاده از دنباله ای از نوکلئوتیدها. هر اسید آمینه توسط یک توالی از سه نوکلئوتید - کدون یا سه گانه - رمزگذاری می شود.

کد ژنتیکی مشترک برای اکثر پرو و ​​یوکاریوت ها. جدول تمام 64 کدون و آمینو اسیدهای مربوطه را فهرست می کند. ترتیب پایه از انتهای 5 تا 3 اینچ mRNA است.

جدول 1. کد ژنتیکی استاندارد

1
بنیاد

نه

پایه 2

3
بنیاد

نه

U

سی

آ

جی

U

U U U

(Phe/F)

U C U

(Ser/S)

U A U

(Tyr/Y)

U G U

(Cys/C)

U

U U C

U C C

U A C

یو جی سی

سی

U U A

(Leu/L)

U C A

U A A

کدون توقف **

U G A

کدون توقف **

آ

یو یو جی

یو سی جی

U A G

کدون توقف **

یو جی جی

(Trp/W)

جی

سی

C U U

C C U

(Pro/P)

C A U

(او/ح)

C G U

(Arg/R)

U

سی یو سی

C C C

C A C

C G C

سی

سی یو آ

C C A

C A A

(Gln/Q)

CGA

آ

سی یو جی

سی سی جی

C A G

سی جی جی

جی

آ

A U U

(Ile/I)

A C U

(Thr/T)

A A U

(Asn/N)

A G U

(Ser/S)

U

A U C

A C C

A A C

A G C

سی

A U A

A C A

A A A

(Lys/K)

A G A

آ

A U G

(مت/ام)

A C G

A A G

A G G

جی

جی

G U U

(Val/V)

G C U

(علا/ع)

G A U

(Asp/D)

G G U

(Gly/G)

U

G U C

جی سی سی

G A C

جی جی سی

سی

G U A

G C A

G A A

(چسب)

G G A

آ

جی یو جی

جی سی جی

دهان بستن

جی جی جی

جی

در میان سه قلوها، 4 سکانس ویژه وجود دارد که به عنوان "علامت نگارشی" عمل می کنند:

  • *سه قلو اوت، همچنین متیونین را رمزگذاری می کند، نامیده می شود کدون شروع. این کدون سنتز یک مولکول پروتئین را آغاز می کند. بنابراین، در طول سنتز پروتئین، اولین اسید آمینه در دنباله همیشه متیونین خواهد بود.
  • ** سه قلو UAA, UAGو UGAتماس گرفت کدون ها را متوقف کنیدو هیچ اسید آمینه ای را کد نمی کند. در این توالی سنتز پروتئین متوقف می شود.

خواص کد ژنتیکی

1. سه گانه. هر اسید آمینه توسط یک توالی از سه نوکلئوتید - یک سه تایی یا کدون - رمزگذاری می شود.

2. تداوم. هیچ نوکلئوتید اضافی بین سه قلو وجود ندارد، اطلاعات به طور مداوم خوانده می شود.

3. عدم همپوشانی. یک نوکلئوتید نمی تواند همزمان بخشی از دو سه قلو باشد.

4. منحصر به فرد بودن. یک کدون می تواند تنها برای یک اسید آمینه کد کند.

5. انحطاط. یک اسید آمینه می تواند توسط چندین کدون مختلف رمزگذاری شود.

6. تطبیق پذیری. کد ژنتیکی برای همه موجودات زنده یکسان است.

مثال. دنباله رشته کدگذاری به ما داده می شود:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

زنجیره ماتریس دنباله ای خواهد داشت:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

اکنون ما RNA اطلاعاتی را از این زنجیره "سنتز" می کنیم:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

سنتز پروتئین در جهت 5' → 3' پیش می رود، بنابراین، برای "خواندن" کد ژنتیکی باید دنباله را برگردانیم:

5’- AUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

اکنون کدون شروع AUG را پیدا کنید:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

دنباله را به سه قلو تقسیم کنید:

به نظر می رسد: اطلاعات از DNA به RNA (رونویسی)، از RNA به پروتئین (ترجمه) منتقل می شود. DNA همچنین می تواند با همانندسازی تکثیر شود، و فرآیند رونویسی معکوس نیز ممکن است، زمانی که DNA از یک الگوی RNA سنتز می شود، اما چنین فرآیندی عمدتاً مشخصه ویروس ها است.


برنج. 13. جزم مرکزی زیست شناسی مولکولی

ژنوم: ژن ها و کروموزوم ها

(مفاهیم کلی)

ژنوم - مجموع تمام ژن های یک موجود زنده؛ مجموعه کامل کروموزوم آن

اصطلاح "ژنوم" توسط G. Winkler در سال 1920 برای توصیف کل ژن های موجود در مجموعه هاپلوئید کروموزوم های موجودات از همان گونه های بیولوژیکی پیشنهاد شد. معنای اصلی این اصطلاح نشان می دهد که مفهوم ژنوم، بر خلاف ژنوتیپ، یک ویژگی ژنتیکی کل گونه است و نه یک فرد. با توسعه ژنتیک مولکولی، معنای این اصطلاح تغییر کرده است. مشخص است که DNA که حامل اطلاعات ژنتیکی در اکثر موجودات است و بنابراین اساس ژنوم را تشکیل می دهد، نه تنها ژن ها را به معنای امروزی کلمه شامل می شود. بیشتر DNA سلول‌های یوکاریوتی با توالی‌های نوکلئوتیدی غیر کدکننده ("زائد") نشان داده می‌شود که حاوی اطلاعاتی درباره پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک نیستند. بنابراین، بخش اصلی ژنوم هر موجود زنده، کل DNA مجموعه کروموزوم هاپلوئید آن است.

ژن ها بخش هایی از مولکول های DNA هستند که برای پلی پپتیدها و مولکول های RNA کد می کنند.

در طول قرن گذشته، درک ما از ژن ها به طور قابل توجهی تغییر کرده است. پیش از این، ژنوم ناحیه ای از کروموزوم بود که یک صفت یا صفت را رمزگذاری یا تعیین می کند. فنوتیپیخاصیت (مشاهده) مانند رنگ چشم.

در سال 1940، جورج بیدل و ادوارد تاتهام یک تعریف مولکولی از ژن ارائه کردند. دانشمندان هاگ های قارچ را پردازش کردند نوروسپورا کراسااشعه ایکس و سایر عواملی که باعث تغییر در توالی DNA می شوند ( جهش ها) و سویه های جهش یافته قارچ را پیدا کردند که برخی از آنزیم های خاص را از دست دادند که در برخی موارد منجر به اختلال در کل مسیر متابولیک شد. Beadle و Tatham به این نتیجه رسیدند که یک ژن بخشی از ماده ژنتیکی است که یک آنزیم واحد را تعریف یا کد می کند. اینگونه فرضیه است "یک ژن، یک آنزیم". این مفهوم بعداً به تعریف تعمیم یافت "یک ژن - یک پلی پپتید"از آنجایی که بسیاری از ژن ها پروتئین هایی را رمزگذاری می کنند که آنزیم نیستند و یک پلی پپتید می تواند زیرواحد یک مجتمع پروتئینی پیچیده باشد.

روی انجیر 14 نموداری را نشان می دهد که چگونه سه گانه های DNA یک پلی پپتید، توالی اسید آمینه یک پروتئین، با واسطه mRNA را تعیین می کنند. یکی از رشته‌های DNA نقش الگوی سنتز mRNA را ایفا می‌کند که سه‌قلوهای نوکلئوتیدی (کدون‌های) آن مکمل سه‌قلوهای DNA هستند. در برخی از باکتری ها و بسیاری از یوکاریوت ها، توالی های کد کننده توسط مناطق غیر کد کننده قطع می شوند (به نام اینترون ها).

تعریف بیوشیمیایی مدرن از یک ژن حتی به طور خاص تر ژن ها همه بخش هایی از DNA هستند که توالی اولیه محصولات نهایی را رمزگذاری می کنند که شامل پلی پپتیدها یا RNA هستند که عملکرد ساختاری یا کاتالیزوری دارند.

علاوه بر ژن‌ها، DNA شامل توالی‌های دیگری نیز می‌شود که منحصراً یک عملکرد تنظیمی را انجام می‌دهند. توالی های تنظیمیممکن است شروع یا پایان ژن ها را مشخص کند، رونویسی را تحت تأثیر قرار دهد یا محل شروع همانندسازی یا نوترکیب را نشان دهد. برخی از ژن‌ها را می‌توان به روش‌های مختلف بیان کرد، با یک قطعه DNA که به عنوان الگویی برای تشکیل محصولات مختلف عمل می‌کند.

تقریباً می توانیم محاسبه کنیم حداقل اندازهژنکد گذاری برای پروتئین میانی هر اسید آمینه در یک زنجیره پلی پپتیدی توسط یک دنباله از سه نوکلئوتید کدگذاری می شود. توالی این سه قلوها (کدون ها) مربوط به زنجیره اسیدهای آمینه در پلی پپتید کدگذاری شده توسط ژن داده شده است. یک زنجیره پلی پپتیدی متشکل از 350 باقیمانده اسید آمینه (زنجیره با طول متوسط) مربوط به دنباله ای از 1050 جفت باز است. ( bp). با این حال، بسیاری از ژن‌های یوکاریوتی و برخی از ژن‌های پروکاریوتی توسط بخش‌های DNA که هیچ اطلاعاتی در مورد پروتئین ندارند، قطع می‌شوند و بنابراین معلوم می‌شود که بسیار طولانی‌تر از آن چیزی است که یک محاسبه ساده نشان می‌دهد.

چند ژن در یک کروموزوم وجود دارد؟


برنج. 15. نمای کروموزوم ها در سلول های پروکاریوتی (سمت چپ) و یوکاریوتی. هیستون ها دسته وسیعی از پروتئین های هسته ای هستند که دو عملکرد اصلی را انجام می دهند: آنها در بسته بندی رشته های DNA در هسته و در تنظیم اپی ژنتیکی فرآیندهای هسته ای مانند رونویسی، تکثیر و ترمیم نقش دارند.

همانطور که مشخص است، سلول های باکتریایییک کروموزوم به شکل رشته ای از DNA دارند که در یک ساختار فشرده - یک نوکلوئید بسته بندی شده است. کروموزوم پروکاریوتی اشرشیاکلیکه ژنوم آن کاملاً رمزگشایی شده است، یک مولکول DNA دایره‌ای است (در واقع این یک دایره منظم نیست، بلکه یک حلقه بدون آغاز و پایان است)، متشکل از 4639675 جفت باز. این توالی شامل تقریباً 4300 ژن پروتئین و 157 ژن دیگر برای مولکول های RNA پایدار است. AT ژنوم انسانتقریباً 3.1 میلیارد جفت باز مربوط به تقریباً 29000 ژن واقع در 24 کروموزوم مختلف.

پروکاریوت ها (باکتری ها).

باکتری E. coliدارای یک مولکول DNA دایره ای دو رشته ای است. شامل 4,639,675 b.p. و به طول تقریبی 1.7 میلی متر می رسد که از طول خود سلول بیشتر است E. coliحدود 850 بار علاوه بر کروموزوم دایره ای بزرگ به عنوان بخشی از نوکلوئید، بسیاری از باکتری ها حاوی یک یا چند مولکول DNA دایره ای کوچک هستند که آزادانه در سیتوزول قرار دارند. این عناصر خارج کروموزومی نامیده می شوند پلاسمیدها(شکل 16).

اکثر پلاسمیدها فقط از چند هزار جفت باز تشکیل شده‌اند که برخی از آنها بیش از 10000 جفت باز هستند. آنها اطلاعات ژنتیکی را حمل می کنند و برای تشکیل پلاسمیدهای دختر تکثیر می شوند که در طول تقسیم سلول مادر وارد سلول های دختر می شوند. پلاسمیدها نه تنها در باکتری ها، بلکه در مخمرها و سایر قارچ ها نیز یافت می شوند. در بسیاری از موارد، پلاسمیدها هیچ مزیتی برای سلول های میزبان ندارند و تنها کار آنها تولید مثل مستقل است. با این حال، برخی از پلاسمیدها حامل ژن های مفید برای میزبان هستند. برای مثال، ژن‌های موجود در پلاسمیدها می‌توانند به عوامل ضد باکتریایی در سلول‌های باکتریایی مقاومت کنند. پلاسمیدهای حامل ژن β-لاکتاماز به آنتی بیوتیک های بتالاکتام مانند پنی سیلین و آموکسی سیلین مقاومت می کنند. پلاسمیدها می‌توانند از سلول‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک به سلول‌های دیگر گونه‌های باکتریایی مشابه یا متفاوت منتقل شوند و باعث می‌شوند که آن سلول‌ها نیز مقاوم شوند. استفاده فشرده از آنتی بیوتیک ها یک عامل انتخابی قدرتمند است که باعث گسترش پلاسمیدهای رمزکننده مقاومت آنتی بیوتیکی (و همچنین ترانسپوزون هایی که ژن های مشابه را رمزگذاری می کنند) در بین باکتری های بیماری زا می شود و منجر به پیدایش سویه های باکتریایی با مقاومت به چندین آنتی بیوتیک می شود. پزشکان در حال درک خطرات ناشی از استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها هستند و آنها را فقط در صورت لزوم تجویز می کنند. به دلایل مشابه، استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها برای درمان حیوانات مزرعه محدود است.

همچنین ببینید: راوین N.V.، Shestakov S.V. ژنوم پروکاریوت ها // مجله ژنتیک و اصلاح نژاد واویلوف، 2013. V. 17. شماره 4/2. ص 972-984.

یوکاریوت ها

جدول 2. DNA، ژن ها و کروموزوم های برخی از موجودات

DNA مشترک،

لیسانس.

تعداد کروموزوم*

تعداد تقریبی ژن

اشرشیاکلی(باکتری)

4 639 675

4 435

ساکارومایسس سرویزیه(مخمر)

12 080 000

16**

5 860

Caenorhabditis elegans(نماتد)

90 269 800

12***

23 000

آرابیدوپسیس تالیانا(گیاه)

119 186 200

33 000

مگس سرکه ملانوگاستر(کرم میوه)

120 367 260

20 000

اوریزا ساتیوا(برنج)

480 000 000

57 000

عضله Mus(موش)

2 634 266 500

27 000

انسان خردمند(انسان)

3 070 128 600

29 000

توجه داشته باشید.اطلاعات به طور مداوم به روز می شود. برای اطلاعات به روز بیشتر، به وب سایت های پروژه های ژنومیک فردی مراجعه کنید.

* برای همه یوکاریوت ها، به جز مخمر، مجموعه دیپلوئید کروموزوم ها داده می شود. دیپلوئیدکیت کروموزوم ها (از یونانی diploos - double و eidos - view) - مجموعه ای دوگانه از کروموزوم ها (2n) که هر کدام یک همولوگ دارند.
**ست هاپلوئید. گونه‌های وحشی مخمر معمولاً دارای هشت مجموعه (اکتاپلوید) یا بیشتر از این کروموزوم‌ها هستند.
***برای زنان با دو کروموزوم X. مردان یک کروموزوم X دارند، اما Y ندارند، یعنی فقط 11 کروموزوم.

یک سلول مخمر، یکی از کوچکترین یوکاریوت ها، 2.6 برابر بیشتر از یک سلول DNA دارد. E. coli(جدول 2). سلول های مگس میوه مگس سرکهیک شی کلاسیک تحقیقات ژنتیکی، حاوی 35 برابر DNA بیشتر است و سلول های انسانی حدود 700 برابر بیشتر از سلول ها DNA دارند. E. coli.بسیاری از گیاهان و دوزیستان حاوی DNA بیشتری هستند. ماده ژنتیکی سلول های یوکاریوتی به شکل کروموزوم سازماندهی شده است. مجموعه کروموزوم های دیپلوئید (2 n) به نوع ارگانیسم بستگی دارد (جدول 2).

به عنوان مثال، در یک سلول سوماتیک انسان 46 کروموزوم وجود دارد. برنج. 17). هر کروموزوم در یک سلول یوکاریوتی، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 17، آ، حاوی یک مولکول DNA دو رشته ای بسیار بزرگ است. 24 کروموزوم انسان (22 کروموزوم جفتی و دو کروموزوم جنسی X و Y) بیش از 25 برابر طول دارند. هر کروموزوم یوکاریوتی حاوی مجموعه خاصی از ژن ها است.


برنج. 17. کروموزوم های یوکاریوتیآ- یک جفت کروماتید خواهر متصل و متراکم از کروموزوم انسان. در این شکل، کروموزوم های یوکاریوتی پس از همانندسازی و در متافاز در طول میتوز باقی می مانند. ب- مجموعه کامل کروموزوم از لکوسیت یکی از نویسندگان کتاب. هر سلول سوماتیک طبیعی انسان دارای 46 کروموزوم است.

اگر مولکول های DNA ژنوم انسان (22 کروموزوم و کروموزوم X و Y یا X و X) را به یکدیگر متصل کنید، دنباله ای به طول حدود یک متر خواهید داشت. نکته: در همه پستانداران و سایر موجودات نر هتروگامتیک، ماده ها دارای دو کروموزوم X (XX) و نرها دارای یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y (XY) هستند.

اکثر سلول های انسانی، بنابراین طول کل DNA چنین سلول هایی حدود 2 متر است. یک انسان بالغ حدود 10 14 سلول دارد، بنابراین طول کل مولکول های DNA 2 تا 10 11 کیلومتر است. برای مقایسه، محیط زمین 4 × 10 4 کیلومتر و فاصله زمین تا خورشید 1.5 × 10 8 کیلومتر است. DNA به طرز شگفت انگیزی در سلول های ما بسته بندی شده است!

در سلول های یوکاریوتی، اندامک های دیگری حاوی DNA وجود دارد - اینها میتوکندری و کلروپلاست هستند. فرضیه های زیادی در مورد منشا DNA میتوکندری و کلروپلاست مطرح شده است. دیدگاهی که امروزه به طور کلی پذیرفته شده است این است که آنها ابتدائی از کروموزوم های باکتری های باستانی هستند که به سیتوپلاسم سلول های میزبان نفوذ کرده و پیش ساز این اندامک ها شده اند. DNA میتوکندری برای tRNA و rRNA میتوکندری و همچنین چندین پروتئین میتوکندری کد می کند. بیش از 95 درصد پروتئین های میتوکندری توسط DNA هسته ای کدگذاری می شوند.

ساختار ژن ها

ساختار ژن در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها، شباهت ها و تفاوت های آنها را در نظر بگیرید. علیرغم این واقعیت که یک ژن بخشی از DNA است که تنها یک پروتئین یا RNA را رمزگذاری می کند، علاوه بر بخش رمزگذاری مستقیم، شامل عناصر تنظیمی و سایر عناصر ساختاری است که ساختار متفاوتی در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها دارند.

دنباله کدگذاری- واحد ساختاری و عملکردی اصلی ژن، در آن است که سه گانه نوکلئوتیدها رمزگذاری می کنند.توالی اسید آمینه با کدون شروع شروع می شود و با کدون توقف به پایان می رسد.

قبل و بعد از دنباله کدگذاری هستند دنباله های 5 و 3 ترجمه نشده. آنها عملکردهای تنظیمی و کمکی را انجام می دهند، به عنوان مثال، فرود ریبوزوم بر روی mRNA را تضمین می کنند.

توالی های ترجمه نشده و کدکننده یک واحد رونویسی را تشکیل می دهند - یک ناحیه DNA رونویسی شده، یعنی یک منطقه DNA که mRNA از آن سنتز می شود.

نابود کنندهناحیه ای از DNA رونویسی نشده در انتهای ژن که در آن سنتز RNA متوقف می شود.

در ابتدای ژن قرار دارد منطقه نظارتی، که شامل مروجو اپراتور.

مروج- دنباله ای که پلیمراز در طول شروع رونویسی با آن متصل می شود. اپراتور- این ناحیه ای است که پروتئین های خاصی می توانند به آن متصل شوند - سرکوبگرهاکه می تواند فعالیت سنتز RNA از این ژن را کاهش دهد - به عبارت دیگر آن را کاهش دهد اصطلاح.

ساختار ژن ها در پروکاریوت ها

طرح کلی برای ساختار ژن ها در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها متفاوت نیست - هر دوی آنها دارای یک منطقه تنظیم کننده با یک پروموتر و اپراتور، یک واحد رونویسی با توالی های کدگذاری و ترجمه نشده و یک پایان دهنده هستند. با این حال، سازماندهی ژن ها در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها متفاوت است.

برنج. 18. طرح ساختار ژن در پروکاریوت ها (باکتری ها) -تصویر بزرگ شده است

در ابتدا و انتهای اپرون، مناطق تنظیم کننده مشترکی برای چندین ژن ساختاری وجود دارد. از ناحیه رونویسی شده اپرون، یک مولکول mRNA خوانده می شود که حاوی چندین توالی کدکننده است که هر کدام کدون شروع و توقف مخصوص به خود را دارند. از هر یک از این مناطقیک پروتئین سنتز می شود. به این ترتیب، چندین مولکول پروتئین از یک مولکول i-RNA سنتز می شوند.

پروکاریوت ها با ترکیب چندین ژن در یک واحد عملکردی مشخص می شوند - اپرون. کار اپرون را می توان توسط ژن های دیگر تنظیم کرد که می توانند به طور قابل توجهی از خود اپرون حذف شوند - تنظیم کننده. پروتئین ترجمه شده از این ژن نامیده می شود سرکوبگر. به اپراتور اپرون متصل می شود و بیان تمام ژن های موجود در آن را به یکباره تنظیم می کند.

پروکاریوت ها نیز با این پدیده مشخص می شوند رونویسی و صرف ترجمه.


برنج. 19 پدیده صرف رونویسی و ترجمه در پروکاریوت ها - تصویر بزرگ شده است

این جفت شدن در یوکاریوت ها به دلیل وجود یک پوشش هسته ای که سیتوپلاسم را که در آن ترجمه اتفاق می افتد، از ماده ژنتیکی که رونویسی روی آن رخ می دهد جدا می کند، رخ نمی دهد. در پروکاریوت ها، در طول سنتز RNA روی یک الگوی DNA، یک ریبوزوم می تواند بلافاصله به مولکول RNA سنتز شده متصل شود. بنابراین، ترجمه حتی قبل از تکمیل رونویسی آغاز می شود. علاوه بر این، چندین ریبوزوم می توانند به طور همزمان به یک مولکول RNA متصل شوند و چندین مولکول از یک پروتئین را به طور همزمان سنتز کنند.

ساختار ژن ها در یوکاریوت ها

ژن ها و کروموزوم های یوکاریوت ها بسیار پیچیده هستند.

باکتری های بسیاری از گونه ها فقط یک کروموزوم دارند و تقریباً در همه موارد یک نسخه از هر ژن در هر کروموزوم وجود دارد. فقط تعداد کمی از ژن ها، مانند ژن های rRNA، در چندین نسخه وجود دارد. ژن ها و توالی های تنظیمی تقریباً کل ژنوم پروکاریوت ها را تشکیل می دهند. علاوه بر این، تقریباً هر ژن دقیقاً با توالی اسید آمینه (یا توالی RNA) که کدگذاری می کند مطابقت دارد (شکل 14).

سازماندهی ساختاری و عملکردی ژن های یوکاریوتی بسیار پیچیده تر است. مطالعه کروموزوم های یوکاریوتی و بعدها تعیین توالی توالی های کامل ژنوم یوکاریوتی شگفتی های بسیاری را به همراه داشته است. بسیاری از ژن‌های یوکاریوتی، اگر نگوییم بیشتر، دارای این هستند ویژگی جالب: توالی نوکلئوتیدی آنها حاوی یک یا چند ناحیه DNA است که توالی اسید آمینه محصول پلی پپتیدی را کد نمی کند. چنین درج‌های ترجمه نشده، مطابقت مستقیم بین توالی نوکلئوتیدی ژن و توالی اسید آمینه پلی پپتید کدگذاری شده را مختل می‌کنند. این بخش های ترجمه نشده در ژن ها نامیده می شوند اینترون ها، یا ساخته شده است دنباله ها، و بخش های کدگذاری هستند اگزون ها. در پروکاریوت ها، تنها چند ژن حاوی اینترون هستند.

بنابراین، در یوکاریوت ها، عملاً ترکیبی از ژن ها به اپرون ها وجود ندارد و توالی کد کننده یک ژن یوکاریوتی اغلب به مناطق ترجمه شده تقسیم می شود. - اگزون ها، و بخش های ترجمه نشده - اینترون ها

در بیشتر موارد، عملکرد اینترون ها ثابت نشده است. به طور کلی، تنها حدود 1.5٪ از DNA انسان "کد کننده" است، یعنی حامل اطلاعاتی در مورد پروتئین ها یا RNA است. با این حال، با در نظر گرفتن اینترون های بزرگ، معلوم می شود که 30٪ از DNA انسان از ژن ها تشکیل شده است. از آنجایی که ژن ها بخش نسبتا کمی از ژنوم انسان را تشکیل می دهند، مقدار قابل توجهی از DNA ناشناخته باقی می ماند.

برنج. 16. طرح ساختار ژن در یوکاریوت ها - تصویر بزرگ شده است

از هر ژن، ابتدا یک پیش RNA نابالغ ساخته می شود که هم اینترون و هم اگزون دارد.

پس از آن، فرآیند پیرایش انجام می شود، در نتیجه مناطق اینترون بریده می شوند و یک mRNA بالغ تشکیل می شود که می توان از آن پروتئین سنتز کرد.


برنج. 20. فرآیند پیوند جایگزین - تصویر بزرگ شده است

چنین سازماندهی ژن‌ها اجازه می‌دهد، برای مثال، زمانی که اشکال مختلف یک پروتئین را می‌توان از یک ژن سنتز کرد، به دلیل این واقعیت که اگزون‌ها می‌توانند در توالی‌های مختلف در حین پیوند با یکدیگر ترکیب شوند.

برنج. 21. تفاوت در ساختار ژن های پروکاریوت ها و یوکاریوت ها - تصویر بزرگ شده است

جهش و جهش زایی

جهشتغییر مداوم در ژنوتیپ، یعنی تغییر در توالی نوکلئوتیدی نامیده می شود.

فرآیندی که منجر به جهش می شود نامیده می شود جهش زاییو ارگانیسم همهکه سلول های آن حامل همان جهش هستند جهش یافته.

نظریه جهشاولین بار توسط هیو دی وریز در سال 1903 فرموله شد. نسخه مدرن آن شامل مقررات زیر است:

1. جهش ها به طور ناگهانی و ناگهانی رخ می دهند.

2. جهش ها از نسلی به نسل دیگر منتقل می شوند.

3. جهش ها می توانند مفید، مضر یا خنثی، غالب یا مغلوب باشند.

4. احتمال تشخیص جهش بستگی به تعداد افراد مورد مطالعه دارد.

5. جهش های مشابه می تواند به طور مکرر رخ دهد.

6. جهش ها جهت دار نیستند.

جهش می تواند تحت تأثیر عوامل مختلف رخ دهد. بین جهش های ناشی از جهش زا تاثیرات: فیزیکی (مانند اشعه ماوراء بنفش یا تشعشع)، شیمیایی (مثلاً کلشی سین یا گونه های فعال اکسیژن) و بیولوژیکی (مثلاً ویروس ها). جهش نیز می تواند ایجاد شود خطاهای تکرار.

بسته به شرایط برای ظهور جهش به تقسیم می شوند خود جوش- یعنی جهش هایی که در آن به وجود آمده اند شرایط عادی، و القاء شده- یعنی جهش هایی که در شرایط خاص به وجود آمدند.

جهش می تواند نه تنها در DNA هسته ای، بلکه به عنوان مثال، در DNA میتوکندری یا پلاستیدها نیز رخ دهد. بر این اساس، می توانیم تشخیص دهیم هسته ایو سیتوپلاسمیجهش ها

در نتیجه وقوع جهش، آلل های جدید اغلب ظاهر می شوند. اگر آلل جهش یافته بر آلل طبیعی غلبه کند، جهش نامیده می شود غالب. اگر آلل طبیعی الل جهش یافته را سرکوب کند، جهش نامیده می شود مغلوب. اکثر جهش هایی که باعث ایجاد آلل های جدید می شوند مغلوب هستند.

جهش ها بر اساس اثر متمایز می شوند انطباقیکه منجر به افزایش سازگاری ارگانیسم با محیط می شود، خنثیکه تاثیری بر بقا ندارند زیان آورکه سازگاری موجودات را با شرایط محیطی کاهش می دهد و مرگبارمنجر به مرگ ارگانیسم می شود مراحل اولیهتوسعه.

با توجه به عواقب، جهش ها متمایز می شوند که منجر به از دست دادن عملکرد پروتئین، جهش منجر به خروج، اورژانس پروتئین عملکرد جدیدی دارد، و همچنین جهش هایی که تغییر دوز یک ژنو بر این اساس، دوز پروتئین سنتز شده از آن.

یک جهش می تواند در هر سلولی از بدن رخ دهد. اگر یک جهش در یک سلول زاینده رخ دهد، آن را می نامند ژرمینال(ژرمینال یا مولد). چنین جهش هایی در ارگانیسمی که در آن ظاهر شده اند ظاهر نمی شوند، بلکه منجر به ظهور جهش یافته ها در فرزندان می شوند و به ارث می رسند، بنابراین برای ژنتیک و تکامل مهم هستند. اگر جهش در هر سلول دیگری رخ دهد، نامیده می شود جسمی. چنین جهشی می تواند تا حدودی در ارگانیسمی که در آن ایجاد شده است ظاهر شود، به عنوان مثال منجر به تشکیل تومورهای سرطانی شود. با این حال، چنین جهشی ارثی نیست و بر فرزندان تأثیر نمی گذارد.

جهش ها می توانند بر بخش هایی از ژنوم با اندازه های مختلف تأثیر بگذارند. اختصاص دهید ژنتیکی, کروموزومیو ژنومیجهش ها

جهش های ژنی

جهش هایی که در مقیاس کوچکتر از یک ژن رخ می دهند نامیده می شوند ژنتیکی، یا نقطه چین (نقطه دار). چنین جهش هایی منجر به تغییر در یک یا چند نوکلئوتید در توالی می شود. جهش های ژنی شاملتعویض هاکه منجر به جایگزینی یک نوکلئوتید با نوکلئوتید دیگر می شود،حذف هامنجر به از دست دادن یکی از نوکلئوتیدها،درج ها، منجر به اضافه شدن یک نوکلئوتید اضافی به دنباله می شود.


برنج. 23. جهش ژنی (نقطه ای).

با توجه به مکانیسم اثر بر روی پروتئین، جهش های ژنی به دو دسته تقسیم می شوند:مترادفکه (در نتیجه انحطاط کد ژنتیکی) منجر به تغییر در ترکیب اسید آمینه محصول پروتئینی نمی شود،جهش های نادرستکه منجر به جایگزینی یک اسید آمینه با دیگری می شود و می تواند ساختار پروتئین سنتز شده را تحت تأثیر قرار دهد، اگرچه اغلب آنها ناچیز هستند.جهش های بی معنی، منجر به جایگزینی کدون کد کننده با کدون توقف می شود،جهش منجر به اختلال اتصال:


برنج. 24. طرح های جهش

همچنین با توجه به مکانیسم اثر بر روی پروتئین، جهش ها جدا می شوند که منجر به تغییر قاب قرائتمانند درج و حذف. چنین جهش هایی مانند جهش های مزخرف، اگرچه در یک نقطه از ژن رخ می دهند، اما اغلب بر کل ساختار پروتئین تأثیر می گذارند که می تواند منجر به تغییر کامل در ساختار آن شود.

برنج. 29. کروموزوم قبل و بعد از تکثیر

جهش های ژنومی

سرانجام، جهش های ژنومیبر کل ژنوم تأثیر می گذارد، یعنی تعداد کروموزوم ها تغییر می کند. پلی پلوئیدی متمایز می شود - افزایش پلوئیدی سلول، و آنیوپلوئیدی، یعنی تغییر در تعداد کروموزوم ها، به عنوان مثال، تریزومی (وجود همولوگ اضافی در یکی از کروموزوم ها) و مونوزومی (عدم وجود کروموزوم). همولوگ در کروموزوم).

ویدئوی مرتبط با DNA

همانندسازی DNA، کدگذاری RNA، سنتز پروتئین

نیکیتین A.V.

مشکلات درک سیستم کدگذاری DNA


بله، باید اعتراف کنم که اشتباه کردم. زیست شناسان نگران رمزگذاری اطلاعات DNA هستند. حتی بیشتر. و یک رویکرد تکنوکراتیک برای این مشکل وجود دارد. شاید نه آنطور که من می خواستم، اما ... علاقه به یافتن حقیقت وجود دارد. و این نکته اصلی است.

پتر پتروویچ گارایف آخرین تک نگاری خود را برای مطالعه و درک برای من فرستاد که من به ویژه از او سپاسگزارم.

اما، همراه با اطلاعات جدید، سؤالات جدیدی نیز مطرح شد. من سعی خواهم کرد در این مقاله در مورد برخی از آنها صحبت کنم.

ما دو، یک - در ذهن می نویسیم ...

ما قبلاً به دنبال فازی سه قلوها در طول ترجمه پروتئین اشاره کرده ایم. همین سوال توسط P.P. Garyaev بررسی شده است. در اینجا یک تناقض آشکار وجود دارد:

دقت رمزگذاری توالی اسیدهای آمینه پروتئین در این مدل به طور عجیبی با انحطاط مضاعف "کد" پیشنهادی در امتداد خطوط انتقال اضافی RNA (tRNA) در مقایسه با تعداد اسیدهای آمینه و متناظر کدون-آنتیکودون مبهم همراه است. فقط دو (نه سه) نوکلئوتید از سه گانه mRNA جفت شدن دقیق با جفت آنتی کدون نوکلئوتیدهای tRNA ضروری است، و برای نوکلئوتید سوم، طبیعت اجازه جفت شدن نادرست را می دهد، به اصطلاح "تلو تلو خوردن" (از کلمه انگلیسی "wobble" - swing. ) طبق فرضیه F. Crick. این بدان معنی است که برخی از آنتی کدون ها می توانند بیش از یک کدون را "تشخیص دهند"، بسته به اینکه کدام باز در موقعیت 1 آنتی کدون مربوط به موقعیت سوم نوکلئوتید است، با توجه به برهمکنش مکمل ضد موازی آنها. "تشخیص" از این نوع "اشتباه" است، اگر از پارادایم کد ژنتیکی پیروی کنیم، زیرا جفت های پایه غیر متعارف "آدنین-گوانین"، "اوراسیل-سیتوزین" و دیگران با پیوندهای هیدروژنی نامطلوب به وجود می آیند. «کد»، به‌ویژه رمز میتوکندری، آنقدر منحط می‌شود و خودسری بودن آمینو اسیدها در زنجیره پپتیدی که منطقاً از این نتیجه می‌گیرد، آنقدر زیاد است که به نظر می‌رسد مفهوم رمزگذاری ژنتیکی ناپدید شده است.


سوال مطرح می شود:

دقت سنتز پروتئین از نظر تکاملی محافظه‌کارانه و بالا است، اما آیا می‌توان با این نوع «رمزنویسی» به آن دست یافت، زمانی که «علامت» (کدون) و «تعیین شده» (اسید آمینه) همیشه هم‌شکل و بدون ابهام نیستند؟ اگر کسی به عقیده قدیمی کد ژنتیکی پایبند باشد، منطقی است فکر کنیم که دو آمینو اسید مختلف که توسط دو نوکلئوتید کدون mRNA یکسان (سومی مهم نیست) کد شده اند، با احتمال مساوی در زنجیره پپتیدی گنجانده می شوند. اتفاقی. و شش ابهام جفتی از این دست حتی در کد غیر میتوکندریایی وجود دارد، به جز دو مورد دیگر برای کدونهای توقف (آنها نیز "بی معنی" یا بی معنی هستند). بنابراین، آیا برای جایگزینی اسیدهای آمینه مکرر و تصادفی در سنتز پروتئین "افراط و تفریط" وجود دارد؟ با این حال، مشخص است که چنین تعویض های تصادفی در بیشتر موارد بیشترین پیامدهای منفی را برای بدن به همراه دارد (کم خونی داسی شکل، تالاسمی و غیره). یک تناقض آشکار وجود دارد: صحت (بی ابهام) روابط "تعیین شده با علامت" (کدون-اسید آمینه) مورد نیاز است، اما کد اختراع شده توسط مردم آن را ارائه نمی دهد.

توضیح ماهیت تضادها و راه حل پیشنهادی:

مشاهده می‌شود که جفت‌های آمینو اسیدهای مختلف توسط دوتایی قابل‌توجهی از نوکلئوتیدهای کدون رمزگذاری شده‌اند (نوکلئوتیدهای «تلوانی» که به گفته کریک اهمیت کمی دارند و طبق گفته لاگرکوئیست، نوکلئوتیدها به طور کلی غیرقابل خواندن هستند، به این شاخص منتقل می‌شوند). از نظر زبانشناسی، این پدیده را همنامی می نامند، زمانی که کلمات مشابه معانی متفاوتی داشته باشند (به عنوان مثال، کلمات روسی "کمان"، "بافته" یا انگلیسی "جعبه"، "حلقه" و غیره). از سوی دیگر، کدون‌های مختلف اضافی که اسیدهای آمینه یکسانی را نشان می‌دهند، مدت‌ها مترادف در نظر گرفته می‌شوند.

برای توضیح بیشتر، جدولی از کد ژنتیکی ارائه شده توسط لاگرکوئیست و بازآرایی آن بر اساس خانواده‌های کدون، با تمرکز بر دو نوکلئوتید اول ارائه می‌کنیم:

از جدول 1. می توان دید که همان اسید آمینه را می توان توسط چهار خانواده کدون کدگذاری کرد. به عنوان مثال، کدهای چهارگانه خانواده CU برای لوسین. چهار کد خانواده GU برای والین، UC برای سرین، CC برای پرولین، AC برای تریپتوفان، GC برای آلانین، CG برای آرژنین و GG برای گلیسین. این یک واقعیت سطحی و بلافاصله متوجه انحطاط است، یعنی. افزونگی اطلاعاتی کد اگر مفاهیم و اصطلاحات زبانشناسی را برای کد پروتئینی که مدتهاست به طور گسترده و به راحتی پذیرفته شده است به عاریت بگیریم، آنگاه انحطاط رمز را می توان به عنوان مترادف درک کرد. این نیز به اتفاق آرا پذیرفته شد. به عبارت دیگر، همان جسم، به عنوان مثال، یک اسید آمینه، چندین رمز دارد - کدون. مترادف هیچ خطری برای دقت بیوسنتز پروتئین ایجاد نمی کند. در مقابل، چنین افزونگی خوب است، زیرا قابلیت اطمینان "ماشین ریبوزومی" ترجمه ای را افزایش می دهد.

من کمی کمک کردم تنوع رنگدر یک جدول تا بتوانید ببینید در مورد چه چیزی صحبت می کنیم. چهارگانه های مترادف با رنگ زرد مشخص شده اند. در مجموع 8 عدد از این قبیل وجود دارد که چهارتای همنام با توجه به درجه تنوع باید به سه دسته تقسیم می شدند. به علاوه:

«... با این حال، جدول 1 پدیده‌ای دیگر، بنیادی و ژن‌زبانی را نیز نشان می‌دهد که گویی مورد توجه یا نادیده گرفته نشده است. این پدیده در این واقعیت یافت می شود که در برخی از خانواده های کدون، چهار کدون، به طور دقیق تر، دو نوکلئوتید یکسان معنی دار آنها نه یک، بلکه دو اسید آمینه مختلف و همچنین کدون های توقف را رمزگذاری می کنند. بنابراین، خانواده UU دوتایی فنیل آلانین و لوسین، AU - ایزولوسین و متیونین، UA - تیروزین، کدون های توقف Och و Amb، CA - هیستیدین و گلیسین، AA - آسپاراژین و لیزین، GA - آسپارتیک و گلوتامین، UG - را کد می کند. تریپتوفان و کدون توقف Umb، AG - سرین و آرژنین. در ادامه قیاس زبانی، اجازه دهید این پدیده را همسانی دو نوکلئوتید کد کننده اول در برخی از خانواده های کدون بنامیم.

بر خلاف مترادف، همنامی بالقوه خطرناک است، که لاگرکویست به آن اشاره کرد، اگرچه او اصطلاح-مفهوم "همنامی" را در رابطه با کد پروتئین معرفی نکرد. به نظر می‌رسد چنین وضعیتی واقعاً باید به ابهام در رمزگذاری اسیدهای آمینه و سیگنال‌های توقف منجر شود: همان دوتایی کدون، در برخی از خانواده‌های شناسایی‌شده توسط لاگرکوئیست، دو اسید آمینه متفاوت را رمزگذاری می‌کند یا «ایستگاه متفاوت» است.

درک این نکته اساساً مهم است: اگر مترادف کد یک موهبت است (اطلاعات اضافی) پس همنامی یک شر بالقوه است (عدم اطمینان، ابهام اطلاعات). اما این یک شر خیالی است، زیرا دستگاه سنتز پروتئین به راحتی این مشکل را دور می زند، که در زیر مورد بحث قرار خواهد گرفت. با این حال، اگر جدول (مدل) کد ژنتیکی به طور خودکار دنبال شود، شر نه خیالی، بلکه واقعی می شود. و سپس بدیهی است که بردار کد همنام منجر به خطا در سنتز پروتئین می شود، زیرا دستگاه سنتز پروتئین ریبوزومی، هر بار که با یک دوتایی همنام روبرو می شود و توسط قانون خواندن "دو از سه" هدایت می شود، باید یک و تنها را انتخاب کند. یک آمینو اسید از دو اسید آمینه متفاوت، اما کدگذاری شده توسط دوتایی های همنام مبهم یکسان.

در نتیجه، 3'-نوکلئوتیدها در کدون ها و 5'-نوکلئوتیدهای موجود در آنتی کدون ها که با آنها جفت می شوند، ویژگی علامت ژنی ندارند و نقش "عصاهای فضایی" را ایفا می کنند که "مکان های خالی" را در جفت های کدون-آنتیکودون پر می کنند. به طور خلاصه، 5'-نوکلئوتیدها در آنتی کدون ها تصادفی هستند، "تلو تلو خوردن" - از انگلیسی "تلو تلو خوردن" (swinging, swinging, wobbling). این جوهر فرضیه Wobble است."

ماهیت کاملاً واضح بیان شده است. ترجمه لازم نیست مشکل روشن است.

کدون‌ها را متوقف کنید و کدون‌های شروع، آن‌ها با پررنگ در جدول مشخص شده‌اند، همچنین همیشه بدون ابهام کار نمی‌کنند، اما بسته به چیزی ...، همانطور که زیست‌شناسان معتقدند، در زمینه کار می‌کنند.

اجازه دهید به تحلیل خود از کار اصلی کریک و نیرنبرگ که مفهوم کد ژنتیکی را فرض می‌کنند ادامه دهیم.

P.142-143: «... تا کنون، تمام داده های تجربی با این فرض کلی که اطلاعات در سه قلو از پایه خوانده می شود، از یک انتهای ژن، مطابقت خوبی داشتند. با این حال، اگر اطلاعات در گروه‌های چهار یا حتی بیشتر خوانده شوند، نتایج یکسانی به دست می‌آوریم. این گزاره تقریباً فراموش شده یا درک نشده است، اما اینجاست که می توان این شک را دید که آیا کد لزوماً سه گانه است یا خیر. و پیش‌بینی درک آینده از متون DNA و RNA به عنوان تشکیلات فراکتال معنایی، مشابه زبان‌های طبیعی، کم اهمیت نیست، که در تحقیقات ما نشان داده شده است.»

با 4 پایه مختلف از سیستم کد DNA، گروه های خواندن فقط می توانند هر کدام 3 یا 4 پایه باشند. 4 پایه در خواندن زوجی تنها 16 ترکیب ممکن را ارائه می دهد. کمبود دارد. اما تعداد: 3 یا 4 پایه در گروه خواندن، از نظر ریاضی غیرممکن است. زیرا به هر طریقی، از تمام ترکیبات ممکن استفاده خواهد شد. یا 64 برای سه قلو، یا 256 برای چهار قلو.

با افزایش منطقه خواندن کد توسط "گروه های حاوی مضربی از سه پایه"، تعداد ترکیب های کد ممکن به طور نامحدود افزایش می یابد. فقط چه چیزی به ما می دهد؟ اگر روی رمزگذاری اسیدهای آمینه تمرکز کنید، پس ... هیچی. و با رویکرد دوگانه زیست شناسان، این به طور کلی به هیچ وجه سازگار نیست.

اما مهمتر از همه، در این نقل قول برای اولین بار، هرچند به طور ضمنی، یک "منطقه خواندن" از اطلاعات ظاهر شد که با یک سه گانه مطابقت ندارد. سه قلو یک چیز است و منطقه خواندن چیز دیگری است. و ممکن است یکی با دیگری مطابقت نداشته باشد. یک نکته بسیار مهم

در واقع، نظریه "تکان دادن" پیشنهاد می کند که تنها دو پایه اول را به عنوان منطقه خواندن کدون در نظر بگیریم. آن ها در این مورد، پیشنهاد می شود تشخیص دهیم که ناحیه خواندن کوچکتر از ناحیه کدگذاری است.

اکنون رویکرد معکوس را در نظر بگیرید:

برخی از mRNA ها حاوی سیگنال هایی برای تغییر چارچوب خواندن هستند. برخی از mRNA ها حاوی کدون های پایانی در ناحیه ترجمه شده هستند، اما این کدون ها با تغییر قاب خواندن قبل یا مستقیماً روی آنها با موفقیت دور می شوند. فریم می تواند به میزان -1، +1 و +2 جابجا شود. سیگنال های خاصی در mRNA وجود دارد که فریم خواندن را تغییر می دهد. بنابراین، تغییر چارچوب ترجمه ای -1 در RNA رتروویروس در یک توالی هپتانوکلئوتیدی خاص قبل از ساختار سنجاق سر در mRNA رخ می دهد (شکل 5c). برای تغییر قاب با 1+ بر روی mRNA فاکتور پایانی باکتریایی RF-2، توالی نوکلئوتیدی در محل جابجایی (کدون UGA)، کدون بعدی و توالی قبل از آنها مکمل توالی 3'-پایانی RNA ریبوزومی هستند. آنالوگ دنباله Shine-Dalgarno) مهم هستند (شکل 5، د)".

این نقل قول قبلاً ذکر شده است، اما اکنون بیایید با دقت بیشتری به محتوای آن نگاه کنیم. منظور از اصطلاح "قاب خواندن" چیست؟ این مفهومی از دوران باستان فناوری رایانه است، زمانی که منطقه برای خواندن اطلاعات از یک نوار پانچ یا کارت پانچ به یک قاب مات محدود می شد تا خطر خطا هنگام خواندن اطلاعات با شار نور به یک آشکارساز نوری کاهش یابد. سوراخ هایی در کارت یا نوار، در مکان های مناسب علامت گذاری خطوط سوراخ شده است. اصل خواندن مدت هاست که از بین رفته است، اما این اصطلاح باقی مانده است. از آنجایی که مفهوم چارچوب خواندن برای همه زیست شناسان روشن است، ظاهراً به معنای منطقه خواندن تنها یک پایه از یک سه قلو است. و با "خواندن جابجایی فریم" باید فهمید که در +1، پایه پس از آخرین عنصر سه گانه خوانده می شود و -1، که پایه قبل از عنصر اول همان سه گانه خوانده می شود. کدام جفت پایه در سه گانه خوانده شده به عنوان پایه باقی می ماند؟ این مشخص نیست ...

اما به نظر می رسد که همه چارچوب خواندن را مانند این مورد درک نمی کنند. اگر مفهوم قاب خواندن به عنوان یک قاب محدود کننده 3 پایه درک شود، با یک جابجایی 2+ از سه گانه قابل خواندن، 1 عنصر و دو عنصر از همسایه باقی می ماند.

بنابراین در مورد چه نوع چارچوب خواندن صحبت می کنیم؟ خب، بله، فعلاً بگذارید ابهام باقی بماند ...

اما در هر صورت، این پایه‌ها که قبلاً توسط فریم خوانده شده است، زمانی که فریم به جای خود بازگردد و ریبوزوم به خواندن سه‌گانه بعدی ادامه دهد، دوباره خوانده می‌شوند... اما در مورد عدم همپوشانی کد چطور؟

در این مورد، رویکرد مکانیکی زیست‌شناسان برای تخمین تغییر در موقعیت‌های خواندن سه‌گانه، اندازه واقعی آنچه را که درباره آن صحبت می‌کنند، در نظر نمی‌گیرد. اصطلاحات به وضوح گمراه کننده است. آنها چگونه این را درک می کنند، مشخص نیست. بدیهی است که هیچ "قابی" به جایی نمی رسد ...

انتخاب موقعیت های مورد نیاز در منطقه خواندن حرکت می کند. و اگر حداکثر جابه‌جایی «چارچوب» خواندن داده‌شده در بالا را با طول کدون خوانده شده اضافه کنیم، به دست می‌آییم: 2 + 3 + 2 = 7. بنابراین، عرض کل منطقه خواندن ریبوزوم از قبل 7 پایه است. ریبوزوم یک سه گانه را از 7 پایه ممکن انتخاب می کند. چگونه؟ اینم یه سوال دیگه...

اما چیز دیگری برای ما مهمتر است. اکنون می توان به طور واقع بینانه تخمین زد که منطقه خواندن اطلاعات از RNA می تواند بزرگتر از یک سه گانه و 7 یا بیشتر باشد، در حالی که تنها سه پایه به عنوان موقعیت های خواندن ضروری ثابت هستند. موقعیت های دیگر چیست؟ شاید همان "زمینه" که گزینه های خواندن سه گانه را تغییر می دهد. همونمیک، طبق اصطلاحات P.P. Garyaev.

البته این تنها یکی از موارد خاص درک مفهوم چندجانبه زمینه است. اما ... حداقل به شما امکان می دهد چیزی را بدون توسل به تعمیمات فلسفی بالاتر بفهمید. در یک سطح بسیار واقعی از درک مکانیکی.

بر روی الفبای متون سلولی.

سوال حتما جالبه...

درباره درک پایه های DNA، به عنوان حروف نوعی الفبای سلولی، برای مدت طولانی توسط زیست شناسان پذیرفته شده است. از این رو، پیدایش مفهوم بافت معنایی در ارزیابی کدگذاری سه گانه، و جستجوی رویکردی معنادار سلول به این کدگذاری، و گذار تدریجی به دلیل عالی، که این کتاب زندگی را نوشت...

فقط در حال حاضر، با نشان دادن دقیق حروف این الفبا، اختلاف نظرها همیشه به وجود می آید. برای نامه ها چه باید گرفت؟ بازها (A، T، C، G)، کدون های ساخته شده از آنها، یا اسیدهای آمینه در ترکیب پروتئین به دست آمده در طول ترجمه؟

بازها - 4 ، اسیدهای آمینه - 20 ، کدون ها - 64 ، چه چیزی باید به عنوان پایه در نظر گرفته شود؟

همه بدون توجه به درک حروف الفبای سلولی در مورد نیاز به ارزیابی زبانی مولکول های DNA، RNA و پروتئین صحبت می کنند. زیست‌شناسان برای نگرش به اطلاعات DNA به‌عنوان یک متن معنایی با درک زمینه‌ای که برای ارزیابی ادبی قابل استفاده است، اینگونه است. بنابراین، فرض بر این است که زبان مورد مطالعه تمام ویژگی های یک زبان توسعه یافته را دارد. زبان ادبیو ما به یک رویکرد مناسب برای ارزیابی اطلاعات چندمعنی آن نیاز داریم.

فوق العاده است. و با این حال، حروف کجا هستند؟ این متن ادبی که نیازمند توجه دقیق زبان شناسان است، چگونه نوشته شده است؟ تاکنون در چارچوب همان رویکرد مکانیکی ...

بازها یا نوکلئوتیدها؟ به نظر می رسد نه. اکثر زیست شناسان با این موضوع موافق هستند. 4 زمینه کافی برای ایجاد یک متن ادبی وجود ندارد. علاوه بر این، در حضور تداوم توالی در سراسر DNA.

با کدون، به عنوان حرف این الفبا، مشکلات بلافاصله به وجود می آیند. کجاست، این کدون، روی DNA و RNA، چگونه آن را پیدا کنیم؟ این کار فقط توسط ریبوزوم و سپس فقط با تماس مستقیم قابل انجام است. و این حروف مرکب از سه قلو چه نوع حروفی هستند؟ فهمیدنش مشکل است. با این وجود، این درک از کدون ها، به عنوان حروف الفبای سلولی، حامیان کافی دارد.

اسیدهای آمینه را برای حروف الفبا در نظر بگیرید؟ بله، اکثرا با این موافق هستند. اما پروتئین به کتاب زندگی تبدیل می شود نه DNA. یک بافت معنایی در یک پروتئین وجود دارد، اما در DNA، به نظر می رسد، ممکن است اینطور نباشد؟ یا خواهد بود، اما متفاوت، متفاوت از پروتئین ...

و بنابراین، نیاز به ارزیابی DNA و پروتئین از دیدگاه بافت معنایی وجود دارد، اما هیچ توضیحی در مورد اینکه چه چیزی و چگونه باید ارزیابی شود وجود ندارد.

در این وضعیت، P.P. Garyaev پیشنهاد کرد، از جمله از نظر زبانی، نه DNA و پروتئین، بلکه "پرتره" حجمی هولوگرافیک آنها را ارزیابی کند. باید اعتراف کنم که موضع بسیار قوی است. و بسیار سازنده...

اما با الفبای سلول، با رویکردی مکانیکی و از قبل آشنا، آنگاه کاملاً نامفهوم است. آیا او هست یا اصلا نیست و آیا این مفهوم فقط یک تمثیل است؟

زیست شناسان توضیحی نمی دهند. اما سرسختانه به استفاده از این مفهوم ادامه دهید. همه - در درک خود ...

در مورد سیستم کدگذاری اصلی.

در مورد اصل است که شاید در مرحله تقسیم سلولی به پروکاریوت ها و یوکاریوت ها بود. اکنون با همپوشانی ها و انحرافات متعدد از هر دو پنهان شده است. میلیون ها سال از تکامل بدون هیچ ردی سپری نشده است.

اما هنوز…

DNA همیشه مخزن اطلاعات نبود، پیش از این، RNA می توانست این نقش را ایفا کند. او در مرحله ای پروتئین را به طور کامل جایگزین کرد. مطالعات متعدد در این مورد صحبت می کنند. و بازهای DNA و RNA همیشه 4 نبودند، اما اکنون در مورد آن صحبت نمی کنیم ...

اما در مرحله ای از توسعه، یک سیستم کدگذاری اطلاعات ظاهر شد که در آن زمان به طور کامل تمام الزامات ساختار اطلاعاتی و منطقی برای کنترل فرآیندهای سلولی را برآورده می کرد.

همان کلاسیکی که همه به آن اشاره می کنند و بلافاصله شروع به رد می کنند ...

آرایه اطلاعات - DNA، RNA. توالی متشکل از ترکیبی از 4 نوکلئوتید: A,T(U),C,G.

مرحله خواندن اطلاعات 1 نوکلئوتید است.

روش خواندن اطلاعات به صورت ترتیبی است.

حجم یک خواندن یک سه گانه است.

هیچ سیستم منطقی نمی تواند حساب شود. اما، در اینجا او می تواند تا یک بشمارد. این در حال حاضر بیشتر است - بسیار. و متمایز کند مختلفواحدها در دو جفت مجاور - بیش از حد. و اگر محور تقارن واقعی باشد، کاملاً قادر به تعیین حالات منطقی موقعیت های همسایه نسبت به چنین محوری است. اما، ظاهراً افزایش بیشتر منطقه خواندن بدون شمارش در آن مرحله بسیار دشوار بود.

و بنابراین، در آن مرحله - سه گانه حداکثر شکل ممکن واحد اطلاعات سیستم است. یک تخلیه در محور تقارن، یک تخلیه در سمت راست و یک تخلیه در سمت چپ.

سه واحد حساب متفاوت... حتی برای گام خوانی... خیلی زیاد است.

سیستم کدگذاری اطلاعات DNA و RNA از 4 حالت منطقی ممکن، خواندن سه گانه استفاده می کند. پیچیدگی سلول بسیار زیاد است.

چگونه کد سه گانه را اثبات کنیم؟ من این را بارها و بارها نشان داده ام. بیایید دوباره بنویسیم: بازها - 4، اسیدهای آمینه - 20، کدون ها یا سه قلوها - 64.

ریاضی ساده است: 64/3 = 21

چنین تعدادی از سه قلوهای غیر همپوشانی را می توان با یک مرحله تثبیت از طریق یک پایه به دست آورد. 20 سه قلو اسید آمینه و یک کدون STOP وجود دارد.

از طرف دیگر: 4 3 \u003d 64 ، اینها همان 21x3 \u003d 63 هستند ، اینها 60 ترکیب سه گانه ، 3 کدون توقف و یک کدون شروع هستند که مجموعه تغییرات را می بندد. این فقط ریاضی است، اما... نشان می دهد که در اصل، سه پایه پشت سر هم در واقع خوانده شده اند - یک کدون در مرحله 1 پایه. این مقدار اسیدهای آمینه مورد استفاده را تعیین کرد - 20. بنابراین، با این وجود - یک سه قلو.

در این مورد، انحطاط کد اسید آمینه در سه گانه قابل درک است. از همپوشانی کد ناشی شد.

ما ظهور دژنراسیون کدون را اشتباه درک می کنیم. این گسترش قابلیت های سیستم در رمزگذاری اطلاعات نیست، بلکه «اشتباهات گذشته آن» است. این بازتابی از سیستم کدگذاری اصلی است…

اطلاعات در مورد موضوع:

«С.153: «... یک اسید آمینه توسط چندین کدون رمزگذاری شده است. به چنین کدی دژنراته می گویند ... این نوع انحطاط نشان دهنده عدم قطعیت در ساخت مولکول پروتئین نیست ... فقط به این معنی است که می توان با کمک یک اسید آمینه خاص را به مکان مناسب در زنجیره پروتئین هدایت کرد. از چند کلمه رمز

البته برای رمزگذاری هر اسید آمینه در بازهای DNA، یک سه گانه کد کننده کافی است. به خصوص با کدگذاری غیر همپوشانی. هر چند بار که دوست دارید یک کدون را تکرار کنید و هر تعداد مولکول اسید آمینه مورد نظر را در پروتئین دریافت کنید. آسان، ساده، قابل فهم و مصرف انرژی حداقل است.

انحطاط کد سه گانه یک اقدام اجباری است که مستقیماً با روش اصلی خواندن کد مرتبط است. این چیزی است که در سیر تکامل اتفاق افتاد.

مکانیسم ظهور انحطاط کد به شکل زیر است:

با یک مرحله خواندن سه قلوهای 1 پایه، تنها یک علامت از سه گانه برای هر مرحله تغییر می کند و دو علامت سه گانه ثابت می ماند. فقط به طور همزمان موقعیت آنها را تغییر می دهد. با دو مرحله، اطلاعات تنها یک کاراکتر از سه گانه بدون تغییر باقی می ماند، اما به طور متوالی از تمام موقعیت های نمایش عبور می کند.

چرا ما به این نیاز داریم؟

با 3 کاراکتر کدگذاری، 2 کاراکتر در هر مرحله تکرار می شود. و تنها یکی تغییر می کند. در مرحله بعد علامت دوم نیز تغییر می کند. و یک علامت در مسیر طی شده بدون تغییر باقی می ماند. تغییر کامل علائم تنها پس از مرحله سوم اتفاق می افتد. فقط حالا ترکیب جدید سه قلو تاثیر ترکیب های قبلی را نخواهد داشت.

با یک گام سه گانه، هر سه گانه جدید در شکل گیری به مرحله قبلی بستگی ندارد، اما ... چنین مرحله ای برای چنین سیستم خواندن در آن زمان غیرممکن بود.

و معلوم شد که سه قلوهای DNA تشکیل شده در حین خواندن به یکدیگر وابسته هستند.

چنین جریان روانی از یک سه گانه به سه گانه دیگر منجر به محدودیت توانایی استفاده سریع از همه جایگشت ها در سه گانه می شود. برای استفاده احتمالی از تمام 64 نوع سه گانه، 64 * 3 = 192 مرحله تکی خواندن سه قلوهای DNA مورد نیاز است. و بالعکس، از 64 مرحله خواندن ترکیب های ممکن با گام خوانی متوالی همه کدون ها، از اول تا 64، 42 تکرار خواهد بود و بیش از 1/3 = 21 ترکیب منحصر به فرد وجود نخواهد داشت. و 1/3 دیگر….

در اینجا پاسخ این است که چرا فقط 20 اسید آمینه وجود دارد، ممکن است بیشتر باشد، اما سیستم رمزگذاری و خواندن اطلاعات اجازه نمی دهد.

بنابراین سلول شروع به استفاده از کدهای اضافی از 42 تکرار موجود کرد. در غیر این صورت، او نمی تواند، زیرا فاصله در ترجمه مجاز نیست. یک کد وجود دارد - هر کدام، و ریبوزوم باید عملیات ترجمه را انجام دهد. انواع انتقالی از یک کد سه گانه مستقل به کد دیگر به سرعت شروع به اشغال همان 20 اسید آمینه کردند، اما در حال حاضر بسته به تعداد دفعات استفاده. برای یکی -6 کد، و دیگری و یکی کافی است. ما این را به عنوان انحطاط کد ثبت می کنیم.

واضح است که استفاده از کدون های وابسته باید پایه tRNA های انتقال را گسترش دهد. و همینطور هم شد. در یک سیستم مقیاس کامل، تعداد کدون‌های mRNA باید با تعداد آنتی‌کدون‌های هر tRNA مطابقت داشته باشد. بنابراین، تعداد زیادی از tRNA ها فقط نشان می دهد که سیستم در ابتدا به این ترتیب شکل گرفته است.

همانطور که می بینیم، سیستم کدگذاری اولیه یا اصلی در مرحله ظهور 4 نوکلئوتید در DNA به وضوح قابل مشاهده است. طبقه بندی های بیشتر فرآیندهای تکاملی متأخر قبلاً از بین رفته اند. و امروز داریم... آنچه داریم.

کدهای اولیه اولیه اسیدهای آمینه

از طرف دیگر، اگر این مسیر را دنبال کنید، از بین 64 ترکیب ممکن، می توانید 21 ترکیب را انتخاب کنید و آنها را به عنوان ترکیب اصلی اعمال کنید. اما چی؟

چگونه یک سلول می تواند انتخاب کند؟ ساده ترین پاسخ با توجه به حداکثر تقارن سه گانه است.

بیایید اصل تقارن را در جستجوی ترکیبات مناسب اعمال کنیم و بررسی کنیم که چگونه رمزگذاری طبیعی اسیدهای آمینه در DNA را به درستی درک می کنیم. برای انجام این کار، ما تمام انواع کدهای متقارن را در جدول 2 جمع آوری می کنیم. نتیجه عالی ...، 15 مورد از 16 اسید آمینه ممکن کدهای متقارن دریافت کردند.

اما، هنوز 5 اسید آمینه و STOP وجود دارد.

ظاهراً طبیعت هم همین راه را می‌رفت، ... و در همان مکان تصادف می‌کرد. تمام گزینه های متقارن استفاده شده است، هیچ حاشیه ای برای گسترش سیستم وجود ندارد و کدهای کافی وجود ندارد. گزینه بعدی که او برای ادامه جستجوی کدها استفاده کرد چه بود؟

اکنون تکرارها و یک عنصر اضافی ...

وجود دارد. CAA، AAC، UGG، و در اینجا کدون توقف اصلی - UAA است.

فقط دو کدون دیگر برای یافتن باقی مانده است...

GAC و AUG. دومی تبدیل به کدون شروع شد...

و تعداد کل ترکیبات پایه مورد استفاده در DNA و RNA 21 شد. جدول 2 مسیر جستجوی کدهای اصلی را نشان می دهد.

اما در اینجا نیز منطق تکاملی توسعه مثال جالبی را نشان می دهد. فقط از تقارن های کامل تا انتها و بلافاصله استفاده شد. گزینه های باقی مانده بلافاصله و نه به طور کامل استفاده نشدند. به عنوان مثال، برای اسید آمینه Gly، از کدون اصلی GGG استفاده می شود و سپس GGU از یک ذخیره استفاده نشده اضافه می شود.

ذخایر کدگذاری ایجاد شده تا آخرین بار کار کرد. امروزه، تمام ذخایر مدت زیادی است که مصرف شده است و زمان آن فرا رسیده است که در صورت امکان، عملکردها را ترکیب کنیم. به عنوان مثال، برای کدون شروع. جستجو برای راه های جدید برای گسترش امکانات کدگذاری سه گانه آغاز شد. اسیدهای آمینه در RNA چیزی شبیه به این، شاید انتخاب کدهای اصلی بود. با تقارن و جایگشت های ساده...

جدول 2

منطق اعمال روشن است. شاید ما در توالی اقدامات اشتباه کردیم، اما این هنوز چندان مهم نیست. البته، اینها فقط تغییرات من در موضوع است، احتمالاً حرفه ای ها بهتر می دانند، به هر حال، همه چیز در واقعیت بود، اما هنوز ... جالب بود.

هزینه های زندگی را تامین نکنید...

عجیب ... کدهای متقارن را فقط می توان با خواندن سه گانه استفاده کرد، بدون همپوشانی. این نکته باعث می شود که دوباره به ریاضی بالا نگاه کنیم تا 20 اسید آمینه را برای استفاده در کدگذاری سه گانه بدست آوریم. واضح است که یکی با دیگری مطابقت ندارد.

ریاضیات واقعیت عینی حرکت عنصر به عنصر ریبوزوم در امتداد RNA را نشان می دهد. اما چنین استفاده گسترده ای از تقارن در رمزگذاری اسیدهای آمینه نیز نمی تواند تصادفی باشد و به سه گانه خواندن مستقل اشاره دارد.

این امکان وجود دارد که خواندن عنصر به عنصر اطلاعات RNA قبل از کدگذاری سه گانه و برای مدتی همراه با ظهور سه قلوها وجود داشته باشد. مقدار اسیدهای آمینه مصرفی را تعیین می کرد.

اما در مرحله ای جهشی در توسعه وجود داشت. سیستم کدگذاری به طور کامل بازنگری شده است. قرائت مستقل سه گانه، رمزگذاری مجدد اسیدهای آمینه استفاده شده را با توجه به علائم تقارن ضروری کرد. اما تکامل نمی داند چگونه گزینه های قدیمی را کنار بگذارد ...

کدهای اضافی در حال حاضر وجود دارد، ما مجبور شدیم بسته به دفعات استفاده آنها را توسط اسیدهای آمینه بازتوزیع کنیم.

و یک تصویر متناقض ظاهر شد. به نظر می رسد که قرائت همپوشانی ندارد و یک کدون برای رمزگذاری یک اسید آمینه کافی است و تمام 64 نوع مورد استفاده قرار گرفت. افزونگی بالقوه کدگذاری توسط انحطاط کدها پوشیده شده است. ذخیره تخمینی است، اما در واقع - نه. چگونه این اتفاق افتاد، ما قبلاً دیده ایم.

به احتمال زیاد، عاملی در بازنگری سیستم بوده است توسعه سریعریبوزوم های سلولی در نهایت، آنها کل سیستم کدگذاری و کاربرد آن را در ارگانیسم سلولی تعیین می کنند.

می توان فرض کرد که منطقه خواندن اطلاعات ریبوزوم مدت هاست که از سه علامت فراتر رفته و بسیار فراتر از این محدودیت ها رفته است. اکنون امکان انتخاب و حفظ اطلاعات کدون مورد نظر در یک منطقه بزرگ خواندن اطلاعات وجود دارد. این امر امکان خروج از ریبوزوم را با مرحله عنصر به عنصر فراهم کرد، اما امکان خواندن سه گانه در حالت مستقل نیز محقق شد. ریبوزوم در جایی حافظه فعال دارد.

منطقه خواندن اطلاعات برای ریبوزوم، حتی در پروکاریوت ها، همانطور که می بینیم، به 7 نوکلئوتید رسیده است. و این حد نیست. اگر به عنوان مبنا در نظر بگیریم که ریبوزوم ها دارای دو مرکز ترجمه یا خواندن اطلاعات هستند، کل منطقه خواندن اطلاعات آنها توسط یک ریبوزوم قبلاً به 14 نوکلئوتید رسیده است. برخی از بخش‌های کدها به‌صورت سه‌قلو در نظر گرفته می‌شوند و مابقی متنی هستند.

و حالا…

و اکنون همه چیز کاملاً گیج شده است. به گفته زیست شناسان، این امتیاز در سه قلو است، اگرچه هیچ کس توضیح نمی دهد که چگونه این اتفاق می افتد. نزدیکترین زمینه نادیده گرفته می شود. مقایسه توالی کد RNA و پروتئین مشتق شده از آن کار بسیار دشواری است و ظاهراً نمی توان به وضوح درک کرد که سیستم چگونه تغییر کرده است و در طول ترجمه چه مواردی در نظر گرفته می شود.

علاوه بر این، زیست‌شناسان بر نظام‌بندی تمرکز ندارند، بلکه بر روی یافتن انحرافات از سیستم تمرکز می‌کنند، در نتیجه تنوع گسترده‌ای از حقایق را افزایش می‌دهند و برای خود یک پازل گیج‌کننده ایجاد می‌کنند. این سردرگمی با مخلوط کردن کامل انحرافات مختلف در مکانیسم های خواندن سه قلوهای پروکاریوت ها و یوکاریوت ها در یک جدول کلمات متقاطع بزرگ تکمیل می شود ... جایی که به نظر می رسد خود آنها گیج شده اند.

چرا؟ آنها وظایف دیگری دارند. آنها با اشیاء بیولوژیکی کار می کنند، همانطور که در علم آنها مرسوم است. بنابراین، نتیجه گیری در مورد مسائل رمزگذاری RNA در نظریه "نوسان" منعکس شده است، نه در سیستم اصول خواندن اطلاعات و نظریه کدگذاری. آنها را می توان درک کرد، اما باید راهی برای خروج پیدا کرد ...

رویکرد تکنوکراتیک ارائه شده توسط خود زیست شناسان برای مشکل درک رمزگذاری DNA هنوز امکانات آن را تمام نکرده است. در واقع، تاکنون واقعاً از آن استفاده نشده است. فقط از اصطلاح استفاده شد، نه رویکرد.

شاید زمان اعمال تجزیه و تحلیل ماشینی توالی های DNA، با در نظر گرفتن منطقه بازخوانی اطلاعات گسترده در رابطه با سه گانه کدگذاری فرا رسیده باشد. سپس مکانیسم عمل زمینه کدگذاری نزدیک‌ترین به سه‌گانه خواندن و احتمالاً عناصر برنامه‌نویسی فرآیند ترجمه پروتئین که توسط ریبوزوم حفظ شده‌اند، مشخص می‌شود. چنین تحلیلی به ویژه برای مطالعه مناطق ترجمه نشده RNA و DNA مهم است. از آنجایی که قبلاً واضح است که اینها عناصر نرم افزاری سیستم کدگذاری هستند. همه فرآیندها از جمله ترجمه پروتئین به آنها بستگی دارد. نام "زباله" بدیهی است که به هیچ وجه شبیه آنها نیست ...

بله، و از نظر استراتژیک هیچ "زباله" در آرایه ها وجود ندارد اطلاعات مهمذخیره شده در DNA هیچ سیستم اطلاعاتی قادر به پرداخت این هزینه نیست.

سطح فعلی توسعه فناوری رایانه، حل این مشکلات را ممکن می سازد. ایجاد یک سیستم مدیریت اطلاعات در ساختار سلولی، شفاف سازی کانال های ارتباطی، ایجاد کنترل های کلیدی و یک سیستم سیگنال. سپس حداقل یک سطح تقریبی از پیچیدگی فنی این سیستم کنترل مشخص خواهد شد. تا اینجا، تنها یک چیز مشخص است که ریبوزوم نقش کلیدی در آن دارد، اما این اتومات سلولی جهانی چقدر از نظر فنی پیچیده است؟ پیچیدگی فنی سایر مکانیسم های اجرایی سلول در پس زمینه آن چگونه به نظر می رسد؟

من هنوز هیچ جوابی پیدا نکردم...

ادبیات:

  1. گارایف P.P. ترتیشنی جی.جی. Leonova E.A. مولوگین A.V. توابع بیوکمپیوتری موجی DNA http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1157645&s
  2. Nikitin A.V.، خواندن و پردازش اطلاعات DNA // "Academy of Trinitarianism", M., El No. 77-6567, Pul. 16147, 08.11.2010

Nikitin A.V.، مشکلات درک سیستم کدگذاری DNA // "آکادمی تثلیثگرایی"، M.، شماره 77-6567، انتشارات 16181، 2010/11/27


هر موجود زنده دارای مجموعه خاصی از پروتئین ها است. ترکیبات خاصی از نوکلئوتیدها و توالی آنها در مولکول DNA کد ژنتیکی را تشکیل می دهند. این اطلاعات در مورد ساختار پروتئین را منتقل می کند. در ژنتیک، مفهوم خاصی اتخاذ شده است. به گفته او، یک ژن با یک آنزیم (پلی پپتید) مطابقت دارد. باید گفت که تحقیقات روی اسیدهای نوکلئیک و پروتئین ها برای یک دوره نسبتا طولانی انجام شده است. در ادامه مقاله نگاهی دقیق تر به کد ژنتیکی و خواص آن خواهیم داشت. همچنین گاهشماری مختصری از تحقیقات ارائه خواهد شد.

واژه شناسی

کد ژنتیکی روشی برای رمزگذاری توالی پروتئین اسید آمینه با استفاده از توالی نوکلئوتیدی است. این روش تشکیل اطلاعات مشخصه همه موجودات زنده است. پروتئین ها مواد آلی طبیعی با وزن مولکولی بالا هستند. این ترکیبات در موجودات زنده نیز وجود دارد. آنها از 20 نوع اسید آمینه تشکیل شده اند که به آنها متعارف می گویند. اسیدهای آمینه در یک زنجیره مرتب شده و در یک توالی مشخص به هم متصل می شوند. ساختار پروتئین و خواص بیولوژیکی آن را تعیین می کند. همچنین چندین زنجیره اسید آمینه در پروتئین وجود دارد.

DNA و RNA

دئوکسی ریبونوکلئیک اسید یک ماکرومولکول است. او مسئول انتقال، ذخیره و اجرای اطلاعات ارثی است. DNA از چهار باز نیتروژنی استفاده می کند. اینها عبارتند از آدنین، گوانین، سیتوزین، تیمین. RNA از همان نوکلئوتیدها تشکیل شده است، به جز نوکلئوتیدی که حاوی تیمین است. در عوض، یک نوکلئوتید حاوی اوراسیل (U) وجود دارد. مولکول های RNA و DNA زنجیره های نوکلئوتیدی هستند. به لطف این ساختار، توالی ها شکل می گیرند - "الفبای ژنتیک".

پیاده سازی اطلاعات

سنتز یک پروتئین رمزگذاری شده توسط یک ژن با ترکیب mRNA روی یک الگوی DNA (رونویسی) محقق می شود. همچنین انتقال کد ژنتیکی به دنباله ای از اسیدهای آمینه وجود دارد. یعنی سنتز زنجیره پلی پپتیدی روی mRNA صورت می گیرد. برای رمزگذاری تمام آمینو اسیدها و علامت دادن به پایان توالی پروتئین، 3 نوکلئوتید کافی است. به این زنجیره سه گانه می گویند.

تاریخچه تحقیق

مطالعه پروتئین و اسیدهای نوکلئیک انجام شد مدت زمان طولانی. در اواسط قرن بیستم، سرانجام اولین ایده ها در مورد ماهیت کد ژنتیکی ظاهر شد. در سال 1953 مشخص شد که برخی از پروتئین ها از توالی اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. درست است، در آن زمان آنها هنوز نمی توانستند تعداد دقیق آنها را تعیین کنند و اختلافات زیادی در این مورد وجود داشت. در سال 1953، واتسون و کریک دو مقاله منتشر کردند. اولی ساختار ثانویه DNA را اعلام کرد، دومی از کپی برداری مجاز آن با استفاده از سنتز ماتریس صحبت کرد. علاوه بر این، بر این واقعیت تأکید شد که یک توالی خاص از پایگاه ها کدی است که اطلاعات ارثی را حمل می کند. آمریکایی و فیزیکدان شورویگئورگی گاموف فرضیه کدگذاری را پذیرفت و روشی برای آزمایش آن پیدا کرد. در سال 1954، کار او منتشر شد، که طی آن او پیشنهادی را برای ایجاد مکاتبات بین زنجیره های جانبی اسید آمینه و "سوراخ های" الماس شکل و استفاده از آن به عنوان مکانیزم کدگذاری ارائه کرد. سپس آن را لوزی نامیدند. گامو در توضیح کار خود اعتراف کرد که کد ژنتیکی می تواند سه گانه باشد. کار یک فیزیکدان یکی از اولین کارهایی بود که به حقیقت نزدیک بود.

طبقه بندی

پس از چندین سال، مدل‌های مختلفی از کدهای ژنتیکی ارائه شد که نشان‌دهنده دو نوع هستند: همپوشانی و غیرهمپوشانی. اولین مورد بر اساس وجود یک نوکلئوتید در ترکیب چندین کدون بود. کد ژنتیکی مثلثی، ترتیبی و ماژور مینور متعلق به آن است. مدل دوم دو نوع را در نظر می گیرد. غیر همپوشانی شامل ترکیبی و "کد بدون کاما" است. نوع اول مبتنی بر رمزگذاری یک اسید آمینه توسط سه قلوهای نوکلئوتیدی است و ترکیب اصلی آن است. با توجه به "کد بدون کاما"، سه قلوهای خاصی با اسیدهای آمینه مطابقت دارند، در حالی که بقیه نه. در این مورد، اعتقاد بر این بود که اگر سه قلوهای قابل توجهی به صورت سری چیده شوند، دیگران در یک چارچوب خواندن متفاوت غیر ضروری خواهند بود. دانشمندان بر این باور بودند که می توان یک توالی نوکلئوتیدی را انتخاب کرد که این نیازها را برآورده کند و دقیقاً 20 سه قلو وجود دارد.

اگرچه Gamow و همکاران این مدل را زیر سوال بردند، اما در طول پنج سال آینده صحیح ترین مدل در نظر گرفته شد. در آغاز نیمه دوم قرن بیستم، داده های جدیدی ظاهر شد که امکان تشخیص برخی کاستی ها در "کد بدون کاما" را فراهم کرد. کشف شده است که کدون ها قادر به القای سنتز پروتئین در شرایط آزمایشگاهی هستند. نزدیک به سال 1965، آنها اصل هر 64 سه قلو را درک کردند. در نتیجه، افزونگی برخی از کدون ها پیدا شد. به عبارت دیگر، توالی اسیدهای آمینه توسط چندین سه قلو کدگذاری می شود.

ویژگی های متمایز کننده

ویژگی های کد ژنتیکی عبارتند از:

تغییرات

برای اولین بار، انحراف کد ژنتیکی از استاندارد در سال 1979 در جریان مطالعه ژن های میتوکندری در بدن انسان کشف شد. انواع مشابه بیشتر، از جمله بسیاری از کدهای میتوکندری جایگزین، شناسایی شدند. اینها شامل رمزگشایی کدون توقف UGA است که به عنوان تعریف تریپتوفان در مایکوپلاسماها استفاده می شود. GUG و UUG در باستان‌ها و باکتری‌ها اغلب به‌عنوان انواع اولیه استفاده می‌شوند. گاهی اوقات ژن‌ها برای پروتئینی از یک کدون شروع کد می‌کنند که با پروتئینی که معمولاً توسط آن گونه استفاده می‌شود متفاوت است. همچنین در برخی از پروتئین ها سلنوسیستئین و پیرولیزین که اسیدهای آمینه غیر استاندارد هستند توسط ریبوزوم وارد می شود. او کدون توقف را می خواند. بستگی به توالی های یافت شده در mRNA دارد. در حال حاضر سلنوسیستئین به عنوان بیست و یکمین، پیرولیزان - بیست و دومین اسید آمینه موجود در پروتئین ها در نظر گرفته می شود.

ویژگی های کلی کد ژنتیکی

با این حال، همه استثناها نادر هستند. در موجودات زنده، به طور کلی، کد ژنتیکی دارای تعدادی ویژگی مشترک است. اینها شامل ترکیب کدون است که شامل سه نوکلئوتید است (دو مورد اول متعلق به تعیین کننده هستند)، انتقال کدون ها توسط tRNA و ریبوزوم ها به یک توالی اسید آمینه.

علائم بدن مرتبط با پروتئین های خاص. پروتئین ها از اسیدهای آمینه ساخته شده اند. اطلاعات ارثی در مورد پروتئین ها در DNA که از نوکلئوتیدها تشکیل شده است ذخیره می شود. سؤالاتی مطرح شد: 1) چگونه اطلاعات ارثی در مورد پروتئین ها در DNA رمزگذاری می شود. در سال 1961، یک اصل کد ژنی برای ثبت اطلاعات وراثتی در مورد آخرین amin-t در پروتئین از طریق آخرین نوکلئوتید DNA ایجاد شد. ژن کد St-va: 1) سه گانه موقعیت یک amii است - شما توسط ترکیبی از 3 نوکلئوتید (ترکیبی از 3 نوکلئوتید-سه گانه، کدون) کدگذاری می شوید. 64 ثلاث احتمالی شناخته شده است که 3 مورد از آنها بار معنایی ندارند و هستند کدون های توقف: UAA، UAG، UGA. 2) DEGENERITY-موقعیت 1 آمین-شما را می توان توسط چندین سه گانه یا کدون کدگذاری کرد. 3) کد ژن در 1 ژن همپوشانی ندارد. یعنی 1 نوکلئوتید نمی تواند به طور همزمان با 2 سه قلو مطابقت داشته باشد. 4) کد ژنتیکی بدون کاما، یعنی هیچ نوکلئوتید آزاد بین سه قلو وجود ندارد. 5) کد ژنتیک جهانی است یعنی برای سازمان های مختلف یکسان است 6) پایدار است یعنی در چند نسل تغییر نمی کند. هنگام مشخص کردن کد ژن، از مفهوم مکمل بودن استفاده کنید، به عنوان مثال، مطابقت کامل توالی amii-t در پروتئین، توالی نوکلئوتید DNA. پیاده سازی به دنبال inf در سلول خواهد بود. در سلول های یوکاریوتی، تقریباً تمام DNA در هسته است. سنتز پروتئین از سیتوپلاسم منشا گرفته است، به این معنی که باید یک واسطه وجود داشته باشد که ژن inf را از هسته به سیتوپلاسم منتقل کند. مولکول واسطه i-RNA. اجرای inf وراثت شامل 2 فرآیند است 1) رونویسی - سنتز مولکول های RNA روی DNA، مانند یک ماتریس. 2) ترجمه-ترجمه آخرین نوکلئوتیدها به یک توالی اسید آمینه.

29) پیاده سازی اطلاعات بیولوژیکی در سلول رونویسی فرآیندهای پس از رونویسی. پدیده اسپلایسینگ انتقال اطلاعات بیولوژیکی به پروتئین (ترجمه). در یک سلول یوکاریوتی، تقریبا تمام DNA در هسته قرار دارد، سنتز پروتئین در سیتوپلاسم روی ریبوزوم ها اتفاق می افتد. این بدان معناست که واسطه ای وجود دارد که اطلاعات ارثی را از هسته به سیتوپلاسم منتقل می کند، آن مولکول mRNA است. بنابراین، مکانیسم های اجرای اطلاعات ارثی در یک سلول از فرآیندهای رونویسی و ترجمه تشکیل شده است که در طول کار فعال ژن ها نیز انجام می شود. رونویسی- این سنتز یک مولکول RNA روی DNA است، مانند یک ماتریس،یک فرآیند آنزیمی پیچیده که نیاز به مصرف انرژی ATP دارد. بخش 1 زنجیره DNA یک الگو برای سنتز مولکول های RNA است. سنتز از نوکلئوتیدهای آزاد می آید و بر اساس اصل مکمل بودن است. آنزیم سنتز اصلی RNA پلیمراز است. در یک سلول پروکاریوتی، نوعی از این آنزیم وجود دارد. 3 نوع از این آنزیم در سلول یوکاریوتی وجود دارد: 1) RNA پلیمراز 1 - مسئول سنتز rRNA است 2) RNA پلیمراز 2 - برای سنتز i-RNA 3) RNA پلیمراز 3 مسئول تمام مولکول های RNA کوچک، به ویژه برای t-RNA و برخی از انواع rRNA با وزن مولکولی کم. فرآیند رونویسی شامل 3 مرحله است: شروع (شروع)؛ طویل شدن (طولانی شدن)؛ خاتمه (پایان). در مرحله اول، آنزیم RNA پلیمراز توالی خاصی از نوکلئوتیدها را قبل از ژن تشخیص می دهد. این آخرین نوکلئوتید نامیده می شود pronator . پس از شناسایی پروناتور، RNA پلیمراز روی آن ثابت می شود. این مارپیچ دوگانه DNA را باز می کند. ناحیه مربوط به ژن داده شده آزاد می شود. بخش 1 مدار DNAتبدیل به ماتریسی برای سنتز mol-ly RNA شد. در مرحله دوم، RNA پلیمراز در امتداد بخش DNA حرکت می کند و RNA mol-lu را در جهت 5 "-3" سنتز می کند. در مرحله 3: سنتز RNA تا زمانی ادامه می یابد که RNA پلیمراز به آخرین نوکلئوتید مشخصی در انتهای ژن برسد. این توالی از نوکلئوتیدها سیگنال پایان رونویسی یا سیگنال توقف نامیده می شوند. اینجا جایی است که رونویسی به پایان می رسد. نتیجه گیری: در طول رونویسی، رونوشت اولیه mRNA، r-RNA، t-RNA سنتز می شود.



رونوشت اولیه i-RNA. در یک سلول پروکاریوتی، یک مولکول RNA بالغ بلافاصله سنتز می شود که به الگویی برای سنتز یک مولکول پروتئین تبدیل می شود. در یک سلول یوکاریوتی، یک مولکول mRNA نابالغ سنتز می شود که به آن pro-i-RNA می گویند. سپس، در هسته، در پایان رونویسی، بلوغ در هسته رخ می دهد - پردازش. شامل 3 مرحله است: 1) دربندی. یک نوکلئوتید اصلاح شده شیمیایی، متیل گوانوسیل، به انتهای 5 مولکول pro-mRNA متصل است. ساختار کلاهکی تشکیل می شود. این ساختار اتصال mRNA به ریبوزوم را تسهیل می کند. 2) پلی آدنیلاسیون. 100-200 آدنیل نوکلئوتید به انتهای 3 پرو-i-RNA متصل است. یک سایت پلی آدنیله تشکیل می شود، مولکول mRNA را تثبیت می کند و باعث آزاد شدن آن از هسته به داخل سیتوپلاسم می شود.

3) اتصال.در mol-le، i-RNA حاوی اگزون و اینترون است. پیرایش حذف اینترون از یک مولکول pro-mRNA و اتصال اگزون ها با کمک لیگازها است. در نتیجه پردازش، یک -RNA بالغ تشکیل می شود که طول آن با 1/10 رونوشت اولیه مطابقت دارد. سپس این RNA وارد سیتوپلاسم می شود، سپس تنها 3-5٪ از هسته خارج می شود و بقیه در آن از بین می روند. پخش . اجزای لازم برای بیوسنتز پروتئین: آمیوم، t-RNA، RNA، ریبوزوم ها، ATP، آنزیم ها. انبار پخش 3 مرحله: شروع، ازدیاد طول، خاتمه. شروع : مجموعه ای از i-RNA و ریبوزوم ها تشکیل می شود. این توسط بخش capu i-RNA تسهیل می شود. اولین آغازگر t-RNA به این مجموعه نزدیک می شود. با آنتی کدون خود، t-RIK کدون شروع را در i-RNA-AUG (میتونین) تشخیص می دهد. در یک سلول یوکاریوتی، اولین اسید آمینه زنجیره پلی پپتیدی متیونین است. در پایان بیوسنتز پروتئین، این اسید آمینه را می توان از زنجیره پلی پپتیدی حذف کرد. ازدیاد طول : در ریبوزوم، یک مرکز عملکردی از 2 مکان: بخش a (محل اتصال اسیدآمینه-t-RNA، t-RNA با یک اسید آمینه به این محل می آید، یعنی آمینواسیل-t-RNA)، ب) سایت ( پپتید t-RNA به h-to متصل است. در این ناحیه یک t-RNA مرتبط با پپتید - pepidyl-t-RNA وجود دارد. طویل شدن زنجیره پروتئین با عملکرد این مکان ها مرتبط است. فرض کنید یک زنجیره پپتیدی مشخص قبلاً سنتز شده است، کمپلکس پپتیدیل-t-RNA در محل P ریبوزوم قرار دارد. tRNA با اسید آمینه به محل A ریبوزوم می رسد. اگر آنتی کدون tRNA مکمل کدون mRNA باشد، این tRNA با اسید آمینه در محل A باقی می ماند. آنزیم های ریبوزوم پیوند بین t-RNA و پپتید واقع در P-site را می شکنند، t-RNA آزاد از P-site خارج می شود. سایر آنزیم های ریبوزوم - ترانسفرازها یک پیوند پپتیدی بین پپتید و اسید آمینه واقع در محل A ریبوزوم ایجاد می کنند. به این ترتیب زنجیره پپتیدی توسط یک اسید آمینه گسترش می یابد. ریبوزوم یک مرحله برابر با 3 نوکلئوتید در طول مولکول mRNA طی می کند، کمپلکس tRNA-پپتید از محل A به محل P حرکت می کند، در حالی که سایت A آزاد است و آماده پذیرش t-RNA جدید با یک اسید آمینه است. خاتمه دادن - طویل شدن زنجیره پلی پپتیدی تا زمانی ادامه می یابد که جایگاه A ریبوزوم به یکی از کدون های توقف برسد. حتی یک اسید آمینه با آنها مطابقت ندارد و این پایان بیوسنتز Bekle است، زنجیره پلی پپتیدی، مولکول i-RNA آزاد می شود و ریبوزوم به زیر واحدها تجزیه می شود. اگر یک سلول به مقدار زیادی از این پروتئین نیاز داشته باشد، مجموعه ای از چندین ریبوزوم و mRNA تشکیل می شود - پلی زومی.