Генетический код, его свойства

Последовательность аминокислот в белке определяется последова­тельностью нуклеотидов в молекуле ДНК, его генетическим кодом. Т. о., наследственная информация на ДНК записана с помощью генетического кода.

Код имеет следую­щие основные свойства:

 1. Триплетность— одну аминокислоту кодируют три нуклеотида.   

2. Вырожденность (избыточность) — одну аминокислоту ко­дируют от двух до четырех триплетов. Всего имеется 64 триплета: 61 триплет несет информацию об аминокислотах, а 3 стоп-кодона обозначают окончание синтеза полипептидной цепи.

3. Неперекрываемость— нуклеотид одного триплета не может входить в состав соседнего триплета. 

4. Универсальность— код един для всех живых организмов (синтез белка).

Основные этапы биосинтеза белка в клетке.

1. Транскрипция (переписывание информации с ДНК на иРНК). В определенном участке ДНК разрываются водородные связи, получается две одинарных цепочки. На одной из них по принципу комплементарности строится иРНК. Затем она отсоединяется и уходит в цитоплазму, а цепочки ДНК снова соединяются между собой.

2. Процессинг (только у эукариот) – созревание иРНК: удаление из нее участков, не кодирующих белок, а так же присоединение управляющих участков.

3. Экспорт иРНК из ядра в цитоплазму (только у эукариот). Происходит через ядерные поры; всего экспортируется примерно 5% от общего количества иРНК в ядре.

4. Синтез аминоацил-тРНК. В цитоплазме имеется 61 фермент аминоацил-тРНК-синтетаза. Он комплементарно узнает аминокислоту и тРНК, которая должна ее переносить, и соединяет их между собой, при этом затрачивается 1 АТФ.

5. Трансляция (синтез белка).Внутри рибосомы к кодонам иРНК по принципу комплементарности присоединяются антикодоны тРНК. Рибосома соединяет между собой аминокислоты, принесенные тРНК, получается белок.

6. Созревание белка. Вырезание из белка ненужных фрагментов, присоединение небелковых компонентов (например, гема), соединение нескольких полипептидов в четвертичную структуру.

Особенности реализации генетической информации у эукариот. Экзонно-интронная организация генов у эукариот, процессинг, сплайсинг.

Участок ДНК, кодирующий последовательность аминокислот в белковой молекуле, называется ге́ном. Сумма всех нуклеотидных последовательностей (количество ДНК) содержащихся в гаплоидном наборе хромосом данного вида называется гено́мом.

Большинство генов эукариот имеют мозаичное (прерывистое) строение — в них чередуютсякодирующие (экзоны) и некодирующие области (интроны).

Ген человека — это участок ДНК, который слева имеет начало гена (5' — конец), справа конецгена (3'— конец), и в середине расположенные экзоны и интроны (рис. 2). В процессе транскрипции снимается копия всего гена (про- и-РНК), затем при помощи специальных ферментов интроны вырезаются (рестрикция), а экзоны «склеиваются» (сплайсинг) между собой.

Такие преобразования РНК называются процессингом.

СПЛАЙСИНГ - удаление из молекулы РНК нитронов (участков РНК, к-рые практически не несут генетич. информации) и соединение оставшихся участков, несущих генетич. информацию (экзонов), в одну молекулу.

Сплайсинг-один из этапов образования функциональноактивных молекул РНК (процессинг РНК) из ихпредшественников, к-рый осуществляется после завершения транскрипции (синтез РНК на ДНК-матрице). В результате удаления каждого интрона происходит разрыв двух фосфодиэфирных связей с последующим образованием одной новой (см. Нуклеиновые кислоты).

Сплайсингу подвергаются предшественники подавляющего большинства матричных РНК (пре-мРНК), а также нек-рых транспортных и рибосомных РНК (соотв. пре-т РНК и пре-рРНК). Сплайсинг характерен для РНКэукариот.

Временная организация клетки. Клеточный цикл, его возможные направления и периодизация.

Время существования клетки от ее образования до следующего деления или смерти называют жизненным циклом клетки (ЖЦК). В ЖЦК эукариотических клеток многоклеточного организма можно выделить несколько периодов (фаз), каждый из которых характеризуется определенными морфологическими и функциональными особенностями:

- фаза размножения и роста

- фаза дифференцировки

- фаза нормальной активности

- фаза старения и смерти клетки.

В жизненном цикле клетки можно также выделить митотический цикл, включающий подготовку клетки к делению и само деление.

Митоз – способ деления генетически и морфологически неизмененных клеток.

1. Постмитотический (пресинтетический) период характеризуется ростом клетки, увеличением ее объема. В этой стадии следует выделить два взаимосвязанных явления:

- усиление процессов обмена веществ

- увеличение количества органоидов клетки

Варианты перехода в следующие стадии клеточного цикла:
1. Клетка вступает в митотический цикл, обязательным условием которого является репликация ДНК. Начинается синтетический период интерфазы.
2. Клетка прекращает рост и переходит в фазу дифференцировки и нормальной активности.

Синтетический период (S-период)

Основной особенностью периода является репликация ДНК. Процесс репликации требует совместного действия многих белков:

1) ДНК-геликаза

2) дестабилизирующие белки (SSB – белки)

3) ДНК-полимераза

4) ДНК-лигазы

5) ДНК-топоизомеразы

Основное значение репликации ДНК – удвоение наследственной информации, которая в последующем митозе будет равномерно распределена между дочерними клетками.

Механизмы контроля репликации стабильности ДНК.

1. Ферментативный контроль осуществляет ДНК-полимераза.

2. Репаративный контроль осуществляется особыми ферментативными системами на всех стадиях ЖЦК.

После полного завершения репликации и проверки правильности удвоения ДНК клетка переходит в следующий период – постсинтетический (премитотический, G2)

Особенности постсинтетического периода:

- накопление АТФ

- образование белков веретена деления

- синтез в клетке М-стимулирующего фактора.

Митоз – непрямое деление эукариотической клетки, в результате которого образуются клетки идентичные по кариотипу и генотипу.

Кариотип – набор хромосом клетки. Генотип – совокупность генов диплоидной клетки.

Термин «Соматические мутации» - мутации связанные с нарушением наследственного аппарата диплоидных клеток. При этом уровень нарушения может быть различным: генный, хромосомный, геномный.

Регуляция митотического цикла.

Изучение механизмов регуляции митозов является одной из важнейших проблем современной биологии, поскольку митозы лежат в основе роста организмов, регенерации тканей, нарушение митотической активности – основной механизм возникновения опухолей.

В регуляции митотического цикла участвуют различные факторы, их сбалансированное взаимодействие приводит к нормальному протеканию клеточного цикла.

Старение и гибель клеток. После определенного периода нормального функционирования у клетки начинается период старения, который морфологически проявляется:

- уменьшением объема клетки

- увеличением содержания крупных лизосом

- накоплением пигментных и жировых включений

появлением вакуолей в цитоплазме и ядре

Гибель клетки – завершающий этап клеточного цикла

При гибели клетки можно выделить два различных механизма ее развития: некроз и апоптоз.