Генетический код

Геном человека

Геном человека — это полный набор генетической информации. Он закодирован в ДНК клеток организма. Эта ДНК содержит инструкции, необходимые для создания и поддержания человеческого существа.

Геном — это вся наследственная инфо организма. Он состоит из всех генов (основных единиц наследственной информации) в организме. Геном человека содержит примерно 20 000-25 000 тысяч пар нуклеотидов и разбит на 46 пар молекул ДНК.

ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота. Это сложная молекула, которая содержит инструкции, необходимые для создания и поддержания организма. ДНК находится в ядре в клетке и передается из поколения в поколение.

Геном человека состоит из двух наборов хромосом: один набор от матери и один набор от отца. Каждая содержит множество генов. Ген является основной единицей наследственности. Это последовательность ДНК, которая содержит инструкции, необходимые для построения определенного белка.

Белки — это молекулы, которые выполняют множество важных функций в организме. Они необходимы для структуры и функционирования всех клеток и тканей. Белки также играют определенную роль в химических реакциях, коммуникации и защите от болезней.

Набор инструкций ДНК — это как рецепт жизни. В нем содержатся инструкции по созданию белков, из которых состоит человеческое тело. Эти белки определяют все — от цвета наших глаз до формы ногтей.

Интересно:

Ген — это определенная последовательность ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, которая кодирует белок. Геном — это весь генетический материал организма. Геном человека содержит около 20 000 генов

Генетическая информация

Население Земли составляет более 7,6 млрд.человек, но найти одинаковых людей просто невозможно. Каждый человек обладает уникальными особенностями, которые сформировались в процессе его развития. У любого организма есть свой генотип, состоящий из определенного набора генов, которые определяют свойства организма или признаки.Все эти факторы являются решающими при формировании и развитии живых существ.

Носителем генетической информации считаются нуклеиновые кислоты. Подробно мы с ними знакомились в 5 уроке «Химический состав клетки».

На молекуле ДНК осуществляется хранение генетической информации, которая записана на ней в виде последовательности нуклеотидов.

Определенный участок ДНК, который выполняет функцию хранения генетической информации,получил название ген.

Информация о синтезе определенного вида белков записана на ДНК в виде сообщений, закодированных последовательностью нуклеотидов. Такие зашифрованные сообщения получили название генетического кода организма.

Генетический код разных организмов обладает рядом общих свойств. Остановимся подробнее на каждом из них.

1. Триплетность – каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех расположенных нуклеотидов, получивших название кодон или триплет. Соответственно, единицей генетического кода будет триплет.

Мы уже знаем, что генетическая информация организма записана на молекуле ДНК посредством сочетания четырех нуклеотидов – аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Нетрудно посчитать, что число возможных комбинаций из четырех нуклеотидов по три составит 64, этого сочетания вполне достаточно для кодирования 20 аминокислот, входящих в состав белка. Вспомнить строение белка вам поможет урок 5 «Химический состав клетки». В настоящее время установлены кодоны для всех известных аминокислот и составлена таблица генетического кода. В следующем пункте остановимся подробнее на правилах пользования данной таблицы и решении задач по расшифровке генетического кода.

2. Код является множественным, или «вырожденным», в таком случае одна и та же аминокислота способна шифроваться несколькими триплетами. Избыточность генетического кода имеет значение для повышения надежности передачи генетической информации.

Специфичность генетического кода заключается в том, что каждый триплет шифрует только одну аминокислоту.

4. Код считается неперекрывающимся, при этом один и тот же нуклеотид не способен содержаться в составе двух рядом расположенных триплетов.

5. В генетическом коде отсутствуют запятые, то есть если произойдет выпадение одного нуклеотида, его место займет ближайший нуклеотид из соседнего кодона, благодаря чему изменится весь порядок считывания. Данный сбой приводит к появлению различных мутаций на генном уровне. Однако, молекула ДНК весьма длинная и складывается из миллионов нуклеотидных пар, поэтому генетическая информация о структуре белка должна быть разграничена. И действительно, существуют триплеты-инициаторы синтеза белковой молекулы и триплеты, которые прекращают синтез белка. Данные кодоны служат своеобразными знаками препинания генетического кода.

6. Нуклеотидный код является единым для всех живых организмов, в этом проявляется его универсальность. Это свойство кода считается убедительным доказательством общности происхождения живой природы.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что такое генетической информации.

Генетической информации присущи определенные свойства:

«Гены. Генетический код»

Раздел ЕГЭ: 2.6. Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства. Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

На Земле живет уже более 6 млрд людей. Если не считать 25-30 млн пар однояйцевых близнецов, то генетически все люди разные. Это означает, что каждый из них уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом и многими другими качествами. Чем же определяются такие различия между людьми? Конечно различиями в их генотипах, т.е. наборах генов данного организма. У каждого человека он уникален, так же как уникален генотип отдельного животного или растения. Но генетические признаки данного человека воплощаются в белках, синтезированных в его организме. Следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека. Вот почему возникает проблема пересадки органов, вот почему возникают аллергические реакции на продукты, укусы насекомых, пыльцу растений и т.д. Сказанное не означает, что у людей не встречается совершенно одинаковых белков. Белки, выполняющие одни и те же функции, могут быть одинаковыми или совсем незначительно отличаться одной-двумя аминокислотами друг от друга. Но не существует на Земле людей (за исключением однояйцевых близнецов), у которых все белки были бы одинаковы.

Информация о первичной структуре белка закодирована в виде последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК — гене. Ген — это единица наследственной информации организма. Каждая молекула ДНК содержит множество генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип.

Кодирование наследственной информации происходит с помощью генетического кода. Код подобен всем известной азбуке Морзе, которая точками и тире кодирует информацию. Азбука Морзе универсальна для всех радистов, и различия состоят только в переводе сигналов на разные языки. Генетический код также универсален для всех организмов и отличается лишь чередованием нуклеотидов, образующих гены и кодирующих белки конкретных организмов.

Свойства генетического кода: триплетность, специфичность, универсальность, избыточность и неперекрываемость.

Итак, что же собой представляет генетический код? Изначально он состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности. Например, ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д. Каждый триплет нуклеотидов кодирует определенную аминокислоту, которая будет встроена в полипептидную цепь. Так, например, триплет ЦГТ кодирует аминокислоту аланин, а триплет ААГ — аминокислоту фенилаланин. Аминокислот 20, а возможностей для комбинаций четырех нуклеотидов в группы по три — 64. Следовательно, четырех нуклеотидов вполне достаточно, чтобы кодировать 20 аминокислот. Вот почему одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Часть триплетов вовсе не кодирует аминокислоты, а запускает или останавливает биосинтез белка.

Собственно генетическим кодом считается последовательность нуклеотидов в молекуле иРНК, ибо она снимает информацию с ДНК (процесс транскрипции) и переводит ее в последовательность аминокислот в молекулах синтезируемых белков (процесс трансляции). В состав иРНК входят нуклеотиды АЦГУ. Триплеты нуклеотидов иРНК называются кодонами. Уже приведенные примеры триплетов ДНК на иРНК будут выглядеть следующим образом — триплет ЦГТ на иРНК станет триплетом ГЦА, а триплет ДНК — ААГ — станет триплетом УУЦ. Именно кодонами иРНК отражается генетический код в записи. Итак, генетический код триплетен, универсален для всех организмов на земле, вырожден (каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном). Между генами имеются знаки препинания — это триплеты, которые называются стоп-кодонами. Они сигнализируют об окончании синтеза одной полипептидной цепи. Существуют таблицы генетического кода, которыми нужно уметь пользоваться, для расшифровки кодонов иРНК и построения цепочек белковых молекул (в скобках — комплементарные ДНК).

Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот.
Вернуться в Кодификатор ЕГЭ.

Клетки

Клетки — это основная единица жизни. Они маленькие, но невероятно важные. Из них состоит все в нашем теле, от кожи до органов. Клетки бывают разных форм и размеров, но всех их объединяет одно: они являются строительными блоками жизни. Без них мы не были бы живыми.

Клетки настолько важны, что у нас есть специализированные органы, например, печень, которые занимаются их производством. Наше тело постоянно производит новые клетки, чтобы заменить старые. Так мы растем и заживаем после травм.

Клетки удивительны. Они могут менять форму, делиться и перемещаться. Наши клетки постоянно общаются друг с другом, чтобы поддерживать нормальное функционирование организма.

Существует два типа: эукариотические и прокариотические. Эукариотические клетки — это тип, из которых состоит человек и другие сложные организмы. Прокариотические клетки — это тип, из которых состоят бактерии и другие одноклеточные организмы.

Эукариотические клетки намного больше и сложнее прокариотических. У них есть ядро, окруженное мембраной, в котором содержится дезоксирибонуклеиновая кислота клетки. Эукариотические клетки также имеют другие органеллы, такие как митохондрии и хлоропласты.

Прокариотические клетки не имеют мембранного ядра. Их дезоксирибонуклеиновая кислота находится в области, называемой нуклеоидом. Прокариотические клетки также имеют другие органеллы, такие как рибосомы.

Заключение

Ученые говорят, что мы только поцарапали поверхность, когда речь идет о понимании нашего мира. Они надеются, что будущие поколения смогут разгадать тайны, которые все еще остаются. Только время покажет, какие еще секреты хранит этот мир.

Bizmedia.kz — в Телеграм, Инстаграм, Фейсбук и Твитере. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.

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). 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.

Основы криптоанализа

Как информация, записанная на четырехбуквенном языке (четыре нуклеотида или азотистые основания ДНК), может быть преобразована в двадцатибуквенный язык, является фундаментальной проблемой такого генетического кода (двадцать аминокислот белков).
Кодовое слово или кодон — это набор нуклеотидов, определяющий одну аминокислоту. Генетический код относится к набору последовательностей оснований (кодонов), которые соответствуют каждой аминокислоте и сигналам трансляции.
Что касается возможного размера кодона, мы можем рассмотреть традиционное, но рациональное объяснение Джорджа Гамова (1954).
Простейший из мыслимых кодов — это синглетный код (код из одной буквы), который определяет один нуклеотид аминокислоты.
Двойной код (состоящий из двух букв) также недостаточен, так как он может определять только шестнадцать (4×4) аминокислот, а триплетный код (состоящий из трех букв) может определять шестьдесят четыре (4x4x4) аминокислоты.
Следовательно, вероятно, что для 64 аминокислот существует 20 триплетных кода. Возможные синглетные, дуплетные и триплетные коды, которые условно описываются в терминах «языка мРНК» (мРНК — комплементарная молекула, копирующая генетическую информацию (криптограмму ДНК) при ее транскрипции), изображены в табл.
В 1961 году Крик и его коллеги представили первые экспериментальные данные, подтверждающие гипотезу триплетного кодирования.
В ходе своего эксперимента, когда они вставляли или удаляли одиночные или двойные пары оснований в определенной области ДНК бактериофагов E.coli T4, они обнаружили, что эти бактериофаги перестали выполнять свои обычные задачи.
Тем не менее бактериофаги с добавлением или делецией трех пар оснований в молекуле ДНК имели нормальную функциональность.
В этом эксперименте добавление одного или двух нуклеотидов вызывало неправильное прочтение сообщения, однако добавление третьего нуклеотида приводило к тому, что сообщение снова читалось правильно.

Возможные синглетные, дублетные и триплетные коды мРНК

Генетический код триплетный[править]

У всех живых организмов генетический код триплетный. Это означает. что одна аминокислота кодируется тремя следующими друг за другом нуклеотидами ДНК — триплетом. Три нуклеотида иРНК, кодирующие одну аминокислоту или представляющие собой сигнал остановки синтеза, называются кодоном.
Трёхбуквенные «слова» нуклеотидного языка, в котором есть всего четыре буквы — самые короткие, с помощью которых можно закодировать все 20 основных аминокислот. Если составлять нуклеотидные слова из двух букв, то их будет всего 16 — не хватает! Трёхбуквенных слов хватает уже с избытком — их 64. Почти все триплеты (кроме трех, а в некоторых случаях — кроме одного) значащие, поэтому код вырожденный (см. ниже).

Что такое ДНК в человеке?

По научному

ДНК — это генетический материал человека и всех других организмов. Это длинная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы (остатка фосфорной кислоты). Очерёдность нуклеотидов определяет характеристики организма. Она содержится почти во всех клетках организма, за исключением зрелых эритроцитов. Она организована в структуры, называемые хромосомами. У человека 23 пары хромосом, а всего их 46. Хромосомы содержат ДНК, многократно свернутую вокруг белков, называемых гистонами, которые поддерживают ее структуру.

Вся цифровая информация в мире могла бы уместиться в двух граммах ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты. Это происходит потому, что ДНК обладает способностью хранить большое количество информации в небольшом пространстве.

По-простому

ДНК — это то, что находится внутри нашего тела и говорит нам, как быть теми, кто мы есть. Она состоит из нуклеотидов, которые называются нуклеотидами и состоят из длинных цепочек. Порядок нуклеотидов определяет, как мы выглядим и как мы работаем, и все они организованы в структуры, называемые хромосомами. У нас есть 23 пары хромосом, всего их 46. Хромосомы содержат ДНК, многократно свернутую вокруг белков, называемых гистонами, которые помогают удерживать ее вместе.

ДНК есть в каждой клетке нашего тела, за исключением зрелых эритроцитов. Именно она определяет цвет наших волос, глаз и рост. Если вы когда-нибудь задумывались, почему люди внешне отличаются друг от друга, то это связано с их ДНК. У каждого из нас есть уникальная ДНК, которая делает нас такими, какие мы есть.

Двойная спираль

Двойная спираль удерживается вместе за счет водородных связей между азотистыми основаниями. Каждое основание соединяется с другим: аденин соединяется с гуанином, а цитозин с тимином. Сейчас известно, что урацил может превращаться в тимин при определенных условиях.

Структура двойной цепи очень важна для функционирования ДНК. Двойная спираль позволяет молекуле ДНК хранить большое количество инфо в небольшом пространстве. Она также позволяет ей очень точно воспроизводить себя.

Структура двойной спирали ДНК была впервые описана Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Они использовали рентгеновскую кристаллографию для изучения структуры ДНК. Их работа показала, что двойная спираль является очень стабильной структурой.

Образование связей между основаниями

Фосфодиэфирные связи между нуклеотидами в цепи ДНК образуются в результате взаимодействия между 3′-гидроксильной группой одного нуклеотида и 5′-фосфатной группой другого. В результате образуется асимметричный конец цепи ДНК, причем 3′ конец свободен и может присоединять новые нуклеотиды. Этот процесс называется синтезом ДНК, и он необходим для разработки тест-систем и проведения различных исследований.

Полярность цепи ДНК играет важную роль в репликации ДНК. Направленность 5′ — 3′ цепи ДНК гарантирует, что вновь синтезированные цепи всегда комплементарны нити-шаблону, из которой они получены. Эта комплементарность необходима для функционирования ДНК как генетического материала.

Когда две нити ДНК удерживаются вместе водородными связями, говорят, что они находятся в конфигурации «двойной спирали». Комплементарность между парами оснований гарантирует, что каждая нить может служить шаблоном для синтеза своего комплементарного партнера. Это означает, что при разделении двухсотерциновых спиралей ДНК на две части всегда одна из частей служит шаблоном для синтеза второй. Это обеспечивает стабильность генетической информации.