Какое свойство кода называется триплетностью

На этом уроке мы узнаем о значении биосинтеза белков для живых организмов, о двух этапах биосинтеза белков в клетке, транскрипции и трансляции, покажем, как последовательность нуклеотидов в ДНК кодирует последовательность аминокислот в полипептиде. Также дадим характеристику генетическому коду и основным его свойствам с позиций единства происхождения всех живых организмов Земли, рассмотрим особенности транскрипции у эукариот.

Генетическая информация

Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез белков. Так как белки выполняют в клетке ряд функций, то клетке необходимо синтезировать тысячи различных белков, тем более что большинство белков имеют ограниченный срок функционирования и синтез таких белков (компонентов мембран, гормонов, ферментов) не прекращается ни на минуту.

Каждый вид живых существ имеет свой собственный, строго определенный набор белков. Белки являются основой уникальности каждого вида, хотя некоторые белки, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими и даже одинаковыми. С другой стороны, все особи одного вида хоть немного, но отличаются друг от друга. На земле нет, например, двух абсолютно одинаковых людей или амеб. Индивидуальную неповторимость каждой особи определяют различия в структуре белков.

Свойства белков определяются прежде всего их первичной структурой, то есть последовательностью аминокислот в молекуле белка. Наследственная информация о первичной структуре белка закодирована в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Следовательно, информация о строении и жизнедеятельности как клетки, так и целого многоклеточного организма закодирована в виде нуклеотидной последовательности молекулы ДНК. Эта информация получила название генетической информации, а участок ДНК, в котором закодирована информация о первичной структуре какого-либо белка, называется геном.

Генетический код

Каждой аминокислоте белка соответствует комбинация из трех нуклеотидов ДНК (см. Рис. 1) – триплетов, или кодонов. Следовательно, первое свойство генетического кода – это триплетность.

Рис. 1. ДНК

Второе свойство генетического кода – это специфичность, то есть один триплет всегда кодирует только одну аминокислоту.

Как известно, в состав ДНК могут входить четыре азотистых основания: аденин (А), гуанин (G), тимин (Т) и цитозин (C) (см. Рис. 2). Число сочетаний из 4 по 3 составляет , то есть ДНК может кодировать 64 аминокислоты. Однако всего кодируется только 20 аминокислот. Оказалось, что многим аминокислотам соответствует не один, а несколько кодонов (см. Рис. 3). Предполагается, что такое свойство генетического кода – вырожденность – повышает надежность хранения и передачи генетической информации при делении клеток. Например, аминокислоте аланину соответствуют 4 кодона – ЦГА, ЦГГ, ЦГТ и ЦГЦ (см. Рис. 4). Получается, что случайная ошибка в третьем нуклеотиде кодона не сможет привести к изменениям в структуре белка – все равно это будет кодон аланина.

Рис. 2. Состав ДНК

Рис. 3. Таблица соответствия аминокислот и кодонов

Рис. 4. Таблица генетического кода

Так как в молекуле ДНК содержатся сотни различных генов, то в ее состав обязательно входят триплеты, являющиеся «знаками препинания» и обозначающие начало или конец того или иного гена.

Генетический код универсален для всех живых организмов, то есть одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у разных групп организмов, от бактерий до человека. Универсальность – это четвертое свойство генетического кода.

На рисунке 5 представлены все свойства генетического кода.

Рис. 5. Свойства генетического кода

Свойства генетического кода (непрерывность, неперекрываемость)

Детальные изучения свойств генетического кода показали, что он является триплетным, специфичным, вырожденным, универсальным, непрерывным и неперекрывающимся.

У всех живых организмов код линейный, однонаправленный и непрерывный. Между триплетами нет «знаков препинания», информация считывается непрерывно.

Код неперекрывающийся. Характер кода заключается в том, что ни один нуклеотид из одного кодона не является составной частью соседнего. Например, последовательность матричной ДНК, начинающаяся с нуклеотидов АУГ/АГЦ/ГЦА, не считывается как АУГ/УГА/ГАГ (перекрывание по двум основаниям) или АГУ/ГАГ/ГЦГ (перекрывание по одному основанию).

Транскрипция

Данные, полученные с помощью различных экспериментов, показали, что процесс биосинтеза белка проходит в два этапа: транскрипция и трансляция.

Носителем генетической информации является ДНК, которая расположена в ядре клетки у эукариот, а процесс биосинтеза белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Поэтому необходимо промежуточное звено, которое переносит информацию с ДНК на рибосомы. Этим звеном является информационная РНК (иРНК). Для того чтобы синтезировать иРНК, участок двухцепочной молекулы ДНК раскручивается. Затем на одной из цепочек ДНК по принципу комплементарности синтезируется молекула иРНК. Это происходит следующим образом: против, например, гуанина (Г) молекулы ДНК становится цитозин (Ц) молекулы РНК, против аденина (А) молекулы ДНК – урацил (У) молекулы РНК (вместо тимина РНК несет урацил), против тимина (Т) молекулы ДНК – А молекулы РНК, и против Ц молекулы ДНК – Г молекулы РНК. Таким образом, формируется цепочка иРНК. Так информация о последовательности аминокислот в белке переводится с «языка ДНК» на «язык РНК». Этот процесс получил название транскрипции (см. Рис. 6).

Рис. 6. Транскрипция (Источник)

Транскрипция – механизм, с помощью которого последовательность оснований в одной из цепей молекулы ДНК «переписывается» в комплементарную ей последовательность оснований иРНК.

Для транскрипции необходимо присутствие фермента РНК-полимеразы. Так как в одной молекуле ДНК может находиться множество генов, очень важно, чтобы РНК-полимераза начала синтез информационной РНК со строго определенного места ДНК, иначе в структуре иРНК будет записана информация о белке, которого нет в природе (не нужный клетке). Поэтому в начале каждого гена находится особая специфическая последовательность нуклеотидов, называемая промотором (см. Рис. 7). РНК-полимераза «узнает» промотор, взаимодействует с ним и, таким образом, начинает синтез цепочки иРНК с нужного места. Фермент продолжает синтезировать иРНК, присоединяя к ней новые нуклеотиды, до тех пор пока не дойдет до очередного «знака препинания» в молекуле ДНК – терминатора. Это последовательность нуклеотидов, указывающая на то, что синтез иРНК нужно прекратить.

Рис. 7. Синтез иРНК

У прокариот синтезированные молекулы иРНК сразу же могут взаимодействовать с рибосомами и участвовать в синтезе белка. У эукариот иРНК вначале взаимодействует с ядерными белками и через ядерные поры выходит в цитоплазму, где она взаимодействует с рибосомами, и осуществляется биосинтез белка.

Ингибиторы синтеза белка

Рибосомы бактерии отличаются от рибосом эукариотических клеток. Они мельче и содержат более простой набор белков. Это широко используется в клинической практике, так как существуют антибиотики, которые избирательно взаимодействуют с белками рибосом прокариот, но никак не действуют на белки эукариотических организмов. При этом бактерии либо гибнут, либо их рост и развитие останавливается.

Существуют антибиотики, которые избирательно воздействуют на один из этапов синтеза белка, например на транскрипцию. К ним относятся рифамицины, продуцентом которых являются актиномицеты рода Streptomyces. Лучшим антибиотиком из этого класса является Рифампицин.

Список литературы

Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология 10–11 класс Дрофа, 2005.
Биология. 10 класс. Общая биология. Базовый уровень / П.В. Ижевский, О.А. Корнилова, Т.Е. Лощилина и др. – 2-е изд., переработанное. – Вентана-Граф, 2010. – 224 стр.
Беляев Д.К. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 11-е изд., стереотип. – М.: Просвещение, 2012. – 304 с.
Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10–11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. – 384 с.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Bio-faq.ru (Источник).
Biouroki.ru (Источник).
Youtube.com (Источник).
Sbio.info (Источник).

Домашнее задание

Вопросы 1, 2 в конце параграфа 26 (стр. 101) Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. «Общая биология», 10–11 класс (Источник)
Какова роль фермента РНК-полимераза в процессе синтеза и-РНК?
Что такое промотор и какова его роль при синтезе иРНК?
Что такое терминатор и какова его роль при синтезе иРНК?
Какова дальнейшая судьба синтезированной иРНК в клетке прокариот и эукариот?

Источник

☰

Что такое генетический код

Генетический, или биологический, код является одним из универсальных свойств живой природы, доказывающим единство ее происхождения. Генетический код — это способ кодирования последовательности аминокислот полипептида с помощью последовательности нуклеотидов нуклеиновой кислоты (информационной РНК или комплиментарного ей участка ДНК, на котором синтезируется иРНК).

Встречаются другие определения. Генетический код — это соответствие каждой аминокислоте (входящей в состав белков живого) определенной последовательности трех нуклеотидов. Генетический код — это зависимость между основаниями нуклеиновых кислот и аминокислотами белка.

В научной литературе под генетическим кодом не понимают последовательность нуклеотидов в ДНК у какого-либо организма, определяющую его индивидуальность. Неверно считать, что у одного организма или вида код один, а у другого — другой. Генетический код — это то, как кодируются аминокислоты нуклеотидами (т. е. принцип, механизм); он универсален для всего живого, одинаков для всех организмов. Поэтому некорректно говорить, например, «Генетический код человека» или «Генетический код организма», что нередко используется в околонаучной литературе и фильмах. В данных случаях обычно имеется в виду геном человека, организма и др.

Разнообразие живых организмов и особенностей их жизнедеятельности обусловлено в первую очередь разнообразием белков. Специфическое строение белка определяется порядком и количеством различных аминокислот, входящих в его состав. Последовательность аминокислот пептида зашифрована в ДНК с помощью биологического кода. С точки зрения разнообразия набора мономеров, ДНК более примитивная молекула, чем пептид. ДНК представляет собой различные варианты чередования всего четырех нуклеотидов. Это долгое время мешало исследователям рассматривать ДНК как материал наследственности.

Как кодируются аминокислоты нуклеотидами

1) Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — это полимеры, состоящие из нуклеотидов. В каждый нуклеотид может входить одно из четырех азотистых оснований: аденин (А, еn: A), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, en: C), тимин (T, en: Т). В случае РНК тимин заменяется на урацил (У, U).

При рассмотрении генетического кода принимают во внимание только азотистые основания. Тогда цепочку ДНК можно представить в виде их линейной последовательности. Например:

…AAATGAACTTCA…

Комплиментарный данному коду участок иРНК будет таким:

…UUUACUUGAAGU…

2) Белки (полипептиды) — это полимеры, состоящие из аминокислот. В живых организмах для построения полипептидов используется 20 аминокислот (еще несколько очень редко). Для их обозначения тоже можно использовать одну букву (хотя чаще используют три — сокращение от названия аминокислоты).

Аминокислоты в полипептиде соединены между собой пептидной связью также линейно. Например, пусть имеется участок белка со следующей последовательностью аминокислот (каждая аминокислота обозначается одной буквой):

…MLFRSRWIMVPQHE…

3) Если стоит задача закодировать каждую аминокислоту с помощью нуклеотидов, то она сводится к тому, как с помощью 4 букв закодировать 20 букв. Это можно сделать, сопоставляя буквам 20-ти буквенного алфавита слова, составленные из нескольких букв 4-х буквенного алфавита.

Если одну аминокислоту кодировать одним нуклеотидом, то можно закодировать только четыре аминокислоты.

Если каждой аминокислоте сопоставлять два подряд идущих в цепи РНК нуклеотида, то можно закодировать шестнадцать аминокислот. Действительно, если имеется четыре буквы (A, U, G, C), то количество их разных парных комбинаций будет 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC). [Скобки используются для удобства восприятия.] Это значит, что таким кодом (двухбуквенным словом) можно закодировать только 16 разных аминокислот: каждой будет соответствовать свое слово (два подряд идущих нуклеотида).

Из математики формула, позволяющая определить количество комбинаций, выглядит так: ab = n. Здесь n — количество разных комбинаций, a — количество букв алфавита (или основание системы счисления), b — количество букв в слове (или разрядов в числе). Если подставить в эту формулу 4-х буквенный алфавит и слова, состоящие из двух букв, то получим 42 = 16.

Если в качестве кодового слова каждой аминокислоты использовать три подряд идущих нуклеотида, то можно закодировать 43 = 64 разных аминокислот, так как 64 разных комбинации можно составить из четырех букв, взятых по три (например, AUG, GAA, CAU, GGU и т. д.). Это уже больше, чем достаточно для кодирования 20 аминокислот.

Именно трехбуквенный код используется в генетическом коде. Три подряд идущих нуклеотида, кодирующих одну аминокислоту, называются триплетом (или кодоном).

Каждой аминокислоте сопоставляется определенный триплет нуклеотидов. Кроме того, поскольку комбинаций триплетов с избытком перекрывают количество аминокислот, то многие аминокислоты кодируются несколькими триплетами.

Три триплета не кодируют ни одну из аминокислот (UAA, UAG, UGA). Они обозначают конец трансляции и называются стоп-кодонами (или нонсенс-кодонами).

Триплет AUG кодирует не только аминокислоту метионин, но и инициирует трансляцию (играет роль старт-кодона).

Ниже приведены таблицы соответствия аминокислот триплетам нуклеоитидов. По первой таблице удобно определять по заданному триплету соответствующую ему аминокислоту. По второй — по заданной аминокислоте соответствующие ей триплеты.

Рассмотрим пример реализации генетического кода. Пусть имеется иРНК со следующим содержанием:

AUGGAUUCUACCUGGUUAUUGAAAAAUCAGUAG

Разобьем последовательность нуклеотидов на триплеты:

AUG-GAU-UCU-ACC-UGG-UUA-UUG-AAA-AAU-CAG-UAG

Сопоставим каждому триплету кодируемую им аминокислоту полипептида:

Метионин — Аспаргиновая кислота — Серин — Треонин — Триптофан — Лейцин — Лейцин — Лизин — Аспарагин — Глутамин

Последний триплет является стоп-кодоном.

Свойства генетического кода

Свойства генетического кода во многом являются следствием способа кодирования аминокислот.

Первое и очевидное свойство — это триплетность. Под ним понимают тот факт, что единицей кода является последовательность из трех нуклеотидов.

Важным свойством генетического кода является его неперекрываемость. Нуклеотид, входящий в один триплет, не может входить в другой. То есть последовательность AGUGAA можно прочитать только как AGU-GAA, но нельзя, например, так: AGU-GUG-GAA. Т. е. если пара GU входит в один триплет, она не может уже быть составной частью другого.

Под однозначностью генетического кода понимают то, что каждому триплету соответствует только одна аминокислота. Например, триплет AGU кодирует аминокислоту серин и больше никакую другую. Данному триплету однозначно соответствует только одна аминокислота.

С другой стороны, одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов. Например, тому же серину, кроме AGU, соответствует кодон AGC. Данное свойство называется вырожденностью генетического кода. Вырожденность позволяет оставлять многие мутации безвредными, так как часто замена одного нуклеотида в ДНК не приводит к изменению значения триплета. Если внимательно посмотреть на таблицу соответствия аминокислот триплетам, то можно увидеть, что, если аминокислота кодируется несколькими триплетами, то они зачастую различаются последним нуклеотидом, т. е. он может быть любым.

Также отмечают некоторые другие свойства генетического кода (непрерывность, помехоустойчивость, универсальность и др.).

Источник

Генетический код. Биосинтез белка. Вирусы.

Вариант 1

1.Какое свойство генетического кода называется триплетностью?

Три нуклеотида кодируют одну аминокислоту.
Один кодон всегда кодирует одну аминокислоту.
Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов.
Рамка считывания равна трем нуклеотидам, один нуклеотид не может входить в состав двух кодонов.
У всех организмов Земли одинаков генетический код.
Нуклеотиды выстраиваются по принципу комплементарности

2. Какое свойство генетического кода называется вырожденностью (избыточностью)?

3. Какое свойство генетического кода называется однозначностью?

4. Что такое транскрипция?

Удвоение ДНК.
Синтез иРНК на ДНК.
Синтез полипептидной цепочки на иРНК.
Синтез иРНК, затем синтез на ней полипептидной цепочки.

5. Сколько различных аминокислот закодировано на ДНК кодовыми триплетами?

6. Что является матрицей при трансляции?

ДНК.
иРНК.
тРНК
рРНК

7. Установите соответствие между процессами, происходящими во время транскрипции и трансляции.

Происходит в ядре.
Осуществляется с помощью рибосом.
Необходимы нуклеотиды.
Принимают участие тРНК.
Необходимы аминокислоты.
Образуется белок
Образуется рРНК

8. Если нуклеотидный состав ДНК – АТТ-ГЦГ-ТАТ, то каким должен быть нуклеотидный состав иРНК?

а) ТАА-ЦГЦ-УТА;

б) ТАА-ГЦГ-УТУ;

в) УАА-ЦГЦ-АУА;

г) УАА-ЦГЦ-АТА

9. Вирусы — это:

1) доклеточные формы жизни; 2) древнейшие эукариоты; 3) древнейшие прокариоты 3) примитивные бактерии.

10. Обязательными компонентами вируса являются:

1) липиды; 2) нуклеиновые кислоты; 3) полисахариды; 4) белки.

11. Вирусы, проникая в клетку хозяина,

1) питаются рибосомами; 2) отравляют её своими продуктами жизнедеятельности 3) воспроизводят свой генетический материал; 4) поселяются в митохондриях;

12. Установите последовательность жизненного цикла вируса в клетке хозяина:

1) растворение оболочки клетки в месте прикрепления вируса;

2) встраивание ДНК вируса в ДНК клетки хозяина;

3) формирование новых вирусов;

4) прикрепление вируса своими отростками к оболочке клетки;

5) проникновение ДНК вируса в клетку;

6) синтез вирусных белков.

Генетический код. Биосинтез белка. Вирусы.

Вариант 2

1). Какое свойство генетического кода называется триплетностью?

1. Три нуклеотида кодируют одну аминокислоту.

2. Один кодон всегда кодирует одну аминокислоту.

3. Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов.

4. Рамка считывания равна трем нуклеотидам, один нуклеотид не может входить в состав двух кодонов.

5. У всех организмов Земли одинаков генетический код.

6. Нуклеотиды выстраиваются по принципу комплементарности

2. Какое свойство генетического кода называется универсальностью?

3. Какое свойство генетического кода называется неперекрываемостью?

4. Что такое трансляция?

1. Удвоение ДНК.

2. Синтез иРНК на ДНК.

3. Синтез полипептидной цепочки на иРНК.

4. Синтез иРНК, затем синтез на ней полипептидной цепочки.

5. Сколько видов т-РНК в клетке?

1. 4.

2. 20.

3. 61.

4. 170.

6. Что является матрицей при транскрипции?

1. ДНК.

2. иРНК.

3. тРНК

4. рРНК

7. Установите соответствие между процессами, происходящими во время транскрипции и трансляции.

А. Происходит в ядре.

Б. Осуществляется с помощью рибосом.

В. Необходимы нуклеотиды.

Г. Принимают участие тРНК.

Д. Необходимы аминокислоты.

Е. Образуется белок

Ж. Образуется и-РНК

8. В каком направлении происходит реализация наследственной информации?

а) ДНК – иРНК – полипептид;

б) ДНК – тРНК – полипептид;

в) РНК – ДНК – полипептид;

г) ДНК – рРНК – полипептид

9. Вирусы размножаются:

1) самостоятельно вне клетки хозяина; 2) только в клетке хозяина; 3) в клетке хозяина бесполым способом; 4)1 и 2.

10. Синтез вирусного белка осуществляется:

1) на рибосомах клетки; 2) на собственных рибосомах вируса.

11. Признак организмов, характерный для неклеточной формы жизни:

1) питание; 2) выделение вредных продуктов жизнедеятельности;

3) дыхание; 4) высокая степень приспособленности к среде.

12. Установите последовательность жизненного цикла вируса в клетке хозяина:

1) растворение оболочки клетки в месте прикрепления вируса;

2) встраивание ДНК вируса в ДНК клетки хозяина;

3) формирование новых вирусов;

4) прикрепление вируса своими отростками к оболочке клетки;

5) проникновение ДНК вируса в клетку;

6) синтез вирусных белков.

Источник