Синонимы транскрибируемой цепи днк

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
«генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик»
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ — метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального,
третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК»

Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы?

Биосинтез белка.

Синтез большого числа одинаковых белковых молекул возможен, так
как в молекулах ДНК записана информация обо всех белках клетки и организма в
целом.

Схема № 2

Белок синтезирующая система.

ДНК; и РНК, т РНК; р РНК ; рибосомы и ферменты.

Этапы синтеза белка:

1. Транскрипция.

Носителем генетической информации является ДНК, расположенная в
клеточном ядре. Сам же синтез белка происходит в цитоплазме на рибосомах. Из
ядра в цитоплазму информация о структуре белка поступает в виде информационной
РНК (иРНК). Для того чтобы синтезировать иРНК, участок двухцепочечной
ДНК раскручивается, а затем на одной из цепочек ДНК по принципу комплементарности
синтезируется и РНК.

В начале каждого гена находится особая специфическая
последовательность нуклеотидов, называемая промотором (АУГ). 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.( УАА,
УАГ, УГА) Это последовательность нуклеотидов,
указывающая на то, что синтез иРНК нужно прекратить.
В цитоплазме обязательно должен иметься полный набор аминокислот, необходимых
для синтеза белков. Эти аминокислоты образуются в результате расщепления
белков, получаемых организмом с пищей, а некоторые могут синтезироваться в
самом организме.

2.Трансляция.

В цитоплазме происходит завершающий процесс синтеза белка – трансляция. Это
перевод последовательности нуклеотидов молекулы иРНК в последовательность
аминокислот молекулы белка. Важную роль здесь играют тРНК. Каждая тРНК
присоединяет определённую аминокислоту и транспортирует её к месту сборки
полипептида в рибосоме. В молекуле тРНК есть два активных участка: триплет-антикодон на
одном конце и акцепторный конец на другом. Антикодон считывает
информацию с иРНК, акцепторный конец является посадочной площадкой для
аминокислоты. Синтез полипептидной цепи белковой молекулы начинается с
активации аминокислот, которую осуществляют специальные ферменты. Каждой
аминокислоте соответствует как минимум один фермент. Фермент обеспечивает
присоединение аминокислоты к акцепторному участку тРНК с затратой энергии АТФ.

Этапы трансляции

1.    
СТАДИЯ
ИНИЦИАЦИЯ (Начало синтеза цепи)

С тем концом  и-РНК, с которого должен начаться синтез белка,
взаимодействует рибосома. При этом начало будущего белка обозначается
триплетом АУГ, который является знаком
начала трансляции— это точка промотор. Так как этот кодон кодирует
аминокислоту метионин, то все белки (за исключением специальных случаев)
начинаются с метионина.

2. СТАДИЯ ЭЛОНГАЦИЯ – удлинение

После связывания рибосома начинает двигаться по иРНК, задерживаясь
на каждом ее участке, который включает в себя два кодона (т. е. 3 + 3 = 6
нуклеотидов). Время задержки составляет всего 0,2 с. За это время молекула
тРНК, антикодон которой комплементарен кодону,
находящемуся в рибосоме, успевает распознать его. Та аминокислота, которая была
связана с этой т-РНК, отделяется от «черешка» и присоединяется с образованием
пептидной связи к растущей цепочке белка. В тот же самый момент к рибосоме
подходит следующая т-РНК, антикодон которой комплементарен следующему триплету
в иРНК, и следующая аминокислота, принесенная этой тРНК, включается в растущую
цепочку. После этого рибосома сдвигается по и-РНК, задерживается на следующих
нуклеотидах, и все повторяется

3. СТАДИЯ ТЕРМИНАЦИЯ

Завершение синтеза белка в участке-терминаторе, который узнается
РНК-полимеразой при участии особых белковых факторов терминации.
Рибосома доходит до одного из так называемых стоп-кодонов (УАА,
УАГ или УГА). 

 ДНК и РНК (3^/  и5^/)

Так как в задаче указывается концы ДНК иРНК  (3^/ И 5^/),
необходимо обязательно применить

Следующие принципы
факты о строении нуклеиновых кислот.

Принципы строения
ДНК: нерегулярность, антипараллельность, комплементарность, наличие регулярной
вторичной структуры.

5^/ А  Ц  Т  Г 3^/  

3^/  Т  Г  А  Ц  5^/

Матрицей для синтеза всех видов РНК (иРНК, тРНК, рРНК,
регуляторной РНК) служит матричная, транскрибируемая цепь ДНК.

5^/ А  Ц Ц Г Г А Т  Г 3^/  

3^/  Т  Г Г Ц Ц Т А  Ц  5^/

Первая цепочка ДНК является смысловой, кодирующей,
нетранскрибируемой. Вторая цепочка является антисмысловой, матричной,
транскрибируемой цепочкой ДНК.

При транскрибции РНК  строится по матричной (транскрибируемой)
цепи ДНК.

РНК-полимераза движется по молекуле ДНК в направлении от 3^/
— 5^/  концу.

 Правила решения задач, следующие из этих принципов.

^1.       
Ход
решения задачи должен соответствовать последовательности процессов, протекающих
при реализации наследственной информации.

^2.       
ДНК
записывается в виде двух цепей: ВЕРХНЯЯ- смысловая,

кадирующая, нетранскрибируемая  5^{/ ________}3^/
 .

^3.       
Нижняя-
антисмысловая, матричная, транскрибируемая 3^/ _______5^/

^4.       
и- РНК
записывается в направлении 5^{/ ________}3^/  .
В таблице генетического кода кодоны и РНК читаются в направлении 5^/
________3^/  .

^5.       
 Антикодоны
т-РНК, которые участвуют в трансляции записываются в направлении 3^/ —
5^/  -концы не указываются. Антикодоны  отделяются запятой, так как
они пренадлежат разным малекулам тРНК.

^6.       
Отдельные
короткие последовательности ДНК и РНК ( отдельные триплеты ДНК, кадоны иРНК, и
антикодоны т-РНК) записываются в ответах     всегда в направлении 5^/
________3^/  .

^7.       
 ДНК—————-РНК———-
белок

·       
Транскрибция          
трансляция

ДНК смысловая             5/-Г Т Г А Г Г А Ц Ц Т Ц Г —3^/

ДНК транкрибируемая 3^/-Ц А Ц Т Ц Ц Т Г Г А Г Ц-5/

иРНК                            5^{/ —} Г У Г А  Г Г  А Ц
Ц У Ц Г-3^/  

тРНК                           5^{/ —}  Ц АЦ Ц Ц У Г Г У 
Ц Г А-3^/  

Назовите второй триплет смысловой  цепи ДНК

                                   ДНК     5/- А Г  Г —3^/
                                                                                   

Назовите второй триплет матричной цепи ДНК

ДНК     5/- ц ц т —3^/                                                                                    

Назовите второй кодон иРНК; 5/- А Г  Г —3^/
                                                                                   

Назовите второй антикодон
тРНК: ответ   5/- У Ц Ц —3^/                                                                                    

Правила
решения задач, следующие из этих принципов.

Если
в задачи даны антикодоны тРНК, то они по умолчанию записаны в направлении от 5^/   до3^/  и, чтобы получить по ним
правильную иРНК, необходимо их перевернуть в направлении от 3^/   к  5^/
  и тогда получится антипараллельная комплементарная иРНК       от
5^/   до 3^/   

Например:

Даны антикадоны тРНК:   ГУА ЦЦУ АЦГ (по умолчанию от
5^/   до 3^/) 

Переворачиваем их:  5^/ АУГ
УЦЦ ГЦА 3^/   теперь они от   3^/   к  5^/
  

Кодоны иРНК      5^/ УАЦ АГГ ЦГУ 3^/                      

Назовите
второй  антикодон тРНК:   5^/ -УЦЦ  -3^/ 
                            

Общие
правила решения задач 

1. Внимательно прочитать текст задачи,  
выделить все условия.

2. Каждое действие обосновать, теоретически
(кратко и полно).

3.Аккуратно оформить запись решения: цепи ДНК, иРНК , тРНК, белка- прямые, подписанные символы нуклеотидов чётко
расположенные на одной линии по горизонтали цепи ДНК, иРНК, тРНК, белка-прямые
подписанные.

-символы нуклеотидов чёткие,
расположены на одной линии по горизонтали;

-цепи ДНК, иРНК , тРНК размещать на одной строке без переноса;

-аминокислоты белка записывать
через дэфис.

4.Ответы дать на все вопросы и
выписать их в конце решения.

Задача№1 Даны антикадоны тРНК
Молекулы тРНК, несущие соответствующие антикадоны, входят в рибосому в
следующем порядке:

УАЦ; ГУА; УГЦ; ГЦА,

Определите последовательность
нуклеотидов смысловой  транскрибируемой цепей ДНК, иРНК и аминокислот в
молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода. При выполнении задания учитывайте, что антикодоны
тРНК антипараллельны кодонам иРНК.

тРНК 5’-УАЦ-3’
5’-ГУА-3’ 5’-УГЦ-3’
5’-ГЦА-3’   5’-УАЦ-3’

                         
3’-ЦАУ-5’   3’-АУГ-5’ 3’-АУГ-5’ 
3’-АЦГ-5’3’-УАЦ-5’

иРНК        5’Г У А У А
Ц Г Ц А У Г Ц3’

ДНКсмыс 5’Г Т А Т А Ц Г
Ц А Т Г Ц3’

ДНКтр     3’Ц А Т А Т Г
Ц Г Т А Ц Г5’

Аминокислоты
тир-вал-ала-цис.

Задача 2

 Декодирующая и
кодирующая область гена. Открытая  рамка считывания. Транскрибируемая цепь
известна. иРНК содержит более одного стоп-кодона.

Ген  имеет кодирующую 
и декодирующую области. Кодирующая область гена  называется открытой
рамкой считывания. Фрагмент конца гена имеет следующую
последовательность нуклеотидов, (нижняя цепь       транскрибируемая.

5’т г ц г ц г т АА
ц т г ц г А т г т г А г ц т А
т А ц ц3’

3’А Ц Г Ц Г Ц А Т т
Г А Ц  Г Ц Т А  Ц  А Ц  Т Ц  Г А Т  А Т Г  Г 5’

1.   Определите
верную открытую рамку считывания.

2.    Найдите
последовательность аминокислот во фрагменте конца полипептидной цепи.

3.   Известно
что, конечная часть полипептида, кодируемая этим геном, имеет длину более
четырёх аминокислот.

4.   Объясните
последовательность решения задачи.

Принцип решения задачи.

1.    
Строим иРНК (комплементарность и антипаралельность).

2.    
 Выписываем стоп-кодоны (по таблице генетического кода)

3.    
Начиная с конца иРНК ищем все возможные антикадоны и выделяем их.

4.    
Определяем тот антикодон, расположение которого удовлетворяет условиям
задачи.

5.    
Определяем открытую рамку считывания.

6.    
Записываем иРНК с    учётом найденной открытой рамки
считывания     

7.    
Учитываем, что   стоп-кадон не
входит в открытую рамку считывания.  Определяем аминокислотную
последовательность по таблице генетического кода.

8.    
Записываем последовательность аминокислот.

Решение.

    5’т г
ц г ц г т АА ц т г ц г А т г т
г А г ц т А т А
ц ц3’

3’А Ц Г Ц Г Ц А Т т
Г А Ц  Г Ц Т А  Ц  А Ц  Т Ц  Г А Т  А Т Г  Г 5’

ДНК транскрибируемая

5’У Г Ц Г Ц Г У А А Ц
У Г Ц Г А У Г У Ц Г А У Г У Ц А Г ЦУАУАЦЦ3’

3’А Ц Г Ц Г Ц А Т Т Г А Ц Г Ц Т А Ц А Г Ц
Т А Ц А Г Т Ц Г А Т А Т Г Г5’

ДНК транскрибируемая

5’У Г Ц Г Ц Г У А А Ц
У Г Ц Г А У Г У Ц Г А У Г У Ц А Г ЦУАУАЦЦ3’

иРНК

стоп кодоны: 5’УАА3’,    5’УГА3’     5’УАГ3’

1 случай Стоп кодон УГА. В этом случае кодонов
в цепи иРНК более 4-х, что удовлетворяет условию задачи.

2случай. Стоп-кодон УАА.В этом случае
кодонов в цепи иРНК только 2, что не удовлетворяет условию задачи.

 Запишем иРНК, учитывая обнаруженную
открытую рамку считывания.

5’ЦГЦГУААЦУГЦГАУГ3’

Найдём
последовательность аминокислот.

арг-вал- тре- ала-мет  

Задача 3

Декодирующая и
кодирующая область гена. Транскрибируемая область гена. Транскрибируемая цепь
ДНК не определена.

Ген имеет          кодирующую
и некодирующую области.

 Фрагмент
начала гена имеет следующую
последовательность нуклеотидов:

5’-ЦТТААЦГЦТААТЦАТЦАТАГ
3’

 3’-ГААТТГЦГАТТАГТА ГТАТЦ5’   

1.Определите
последовательность аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. 

2. Объясните
последовательность решения задачи.

3. При ответе
учитывайте, что полипептидная цепь начинается с аминокислоты Мет.

 Принцип решения
задачи.

1.Кодон информационной
иРНК, соответствующий аминокислоте Мет-5’АУГ3’
(который можно определить по таблице генетического кода.

2. Найдём триплет в ДНК
транскрибируемой комплементарной и антипараллельной этому кодону -3’-ТАЦ-5’

3.Найдём этот триплет в
одной или другой цепи ДНК. Это будет начало гена.

4. Построим  иРНК,
начиная с кодона АУГ.

5.Определим
последовательность  аминокислоты по таблице генетического кода.

                                  
Решение   

1.Предположим, что
нижняя цепь-транскрибируемая. В ней нет триплета ТАЦ.

2.Предположим, что
верхняя цеть — транскрибируемая. Перепишем её, начиная с  3’-конца.

3.Найдём триплет ТАЦ.
Начало гена-третий нуклеотид:

3’ЦАТАЦТААТААТЦГЦААТТЦ5’

ДНК транскрибируемая.

4.Запишем иРНК,
соответствующую открытой рамке считывания.

5’АУГАУУАУУАГЦГУУААГ3’
иРНК

 Определим
последовательность аминокислоты по таблице генетического кода.

Мет-иле-иле- сер-вал-
лиз

Задача4

Задача Некоторые
вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив
клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку
проникла вирусная РНК следующей последовательности:

5’ −
ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.

Определите, какова
будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит
цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двуцепочечного
фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

 Г

1.  По принципу комплементарности находим
нуклеотидную последовательность участка ДНК:

5’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’

3’  — ЦГЦЦТТТТЦГЦГ − 5’.

2.  По принципу комплементарности находим
нуклеотидную последовательность иРНК:

5’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.

3.  По таблице Генетического кода
определяем последовательность вирусного белка: АЛА-ГЛУ-ЛИЗ-АРГ.

Примечание. Алгоритм выполнения задания.

1.  По принципу комплементарности на
основе вирусной РНК находим нуклеотидную последовательность транскрибируемого
участка ДНК:

вирусная РНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’

транскрибируемая ДНК 3’− ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’.

Нуклеотидную последовательность
транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу
комплементарности (на основе данной РНК по принципу комплементарности строим
транскрибируемую ДНК, затем на её основе находим смысловую. В молекулярной
генетике принято смысловую ДНК писать сверху, транскрибируемую — снизу):

5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’

3’  — ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’.

2.  По принципу комплементарности на
основе транскрибируемой ДНК находим нуклеотидную последовательность иРНК:

ДНК: 3’  — ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ −
5’

иРНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’.

3.  По таблице Генетического кода на
основе иРНК определяем последовательность вирусного белка:

иРНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’

белок: АЛА-ГЛУ-ЛИЗ-АРГ

Задача5

Фрагмент
молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь  —
смысловая, нижняя  — транскрибируемая):

5’ −
ГЦГГГЦТАТГАТЦТГ − 3’

3’ −
ЦГЦЦЦГАТАЦТАГАЦ − 5’

В результате замены
одного нуклеотида в ДНК третья аминокислота во фрагменте
полипептида заменилась на аминокислоту Гис. Определите
аминокислоту, которая кодировалась до мутации. Какие изменения произошли в ДНК,
иРНК в результате замены одного нуклеотида? Благодаря какому свойству
генетического кода одна и та же аминокислота у разных организмов кодируется
одним и тем же триплетом? Ответ поясните. Для выполнения задания используйте
таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

1.  Третий триплет исходного фрагмента
смысловой цепи ДНК  — ТАТ (транскрибируемой цепи ДНК  — АТА), определяем
триплет иРНК: УАУ, по таблице генетического кода определяем, что он кодирует
аминокислоту Тир.

2.  Во фрагменте ДНК в третьем триплете
смысловой цепи ТАТ нуклеотид Т заменился на Ц (в транскрибируемой цепи в
триплете АТА нуклеотид А заменился на Г), а в иРНК в третьем кодоне (УАУ)
нуклеотид У заменился на Ц (ЦАУ).

3.  Свойство генетического кода  —
универсальность.

Наличие в ответе множества триплетов
считается ошибкой, так как в задании указано, что произошла замена одного
нуклеотида.

Примечание. Алгоритм выполнения задания.

1.  Третий триплет исходного фрагмента
смысловой цепи ДНК: 5′-ТАТ-3′ (транскрибируемой цепи ДНК: 5′-АТА-3′), определяем
триплет иРНК: 5′-УАУ-3′, по таблице генетического кода определяем, что он
кодирует аминокислоту Тир.

!!! Триплет иРНК: 5′-УАУ-3′ нашли по принципу комплементарности на
основе триплета транскрибируемой цепи ДНК 3′-АТА-5′. Для нахождения иРНК
сначала произведем запись триплета ДНК в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим
3’-АТА- 5’

2.  По условию сказано, что «третья аминокислота
во фрагменте полипептида заменилась на аминокислоту Гис». По
таблице генетического кода находим, что аминокислота Гис кодируется
двуми нуклеотидами: ЦАУ и ЦАЦ;

НО в условии указано, что произошла
замена одного нуклеотида! т. е. в иРНК в третьем кодоне (5′-УАУ-3′)
нуклеотид У заменился на Ц (5′-ЦАУ-3′).

В ответ: В иРНК в третьем кодоне
(УАУ) нуклеотид У заменился на Ц (ЦАУ). Во фрагменте ДНК в третьем триплете
смысловой цепи 5′-ТАТ-3′ нуклеотид Т заменился на Ц (в транскрибируемой цепи в
триплете 5′-АТА-3′ нуклеотид А заменился на Г).

3.  Свойство генетического кода  —
универсальность (Код един для всех организмов живущих на Земле).

Задача
6

 Антикодоны
тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем
порядке: ГАГ, ЦЦУ, ЦЦЦ, УАУ. Используя таблицу генетического кода, определите
последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК, иРНК и аминокислот в
молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ объясните.

Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

По принципу комплементарности на основе
тРНК находим кодоны иРНК – ЦУЦАГГГГГАУА (в ориентации 5’→3′).

Примечание

тРНК присоединяется к иРНК антипараллельно, т. е. иРНК расположена
в ориентации от 5`-конца к 3`-концу, а тРНК ориентирована наоборот, в
направлении от 3`-конца к 5`-концу. Сначала записываем антикодоны в обратном
направлении (3’→5′), а потом по принципу комплементарности определяем кодон
иРНК (5’→3′).

2)  Нуклеотидную последовательность
транскрибируемой и смысловой цепей ДНК определяем по полученной иРНК также по
принципу комплементарности:

5’ − ЦТЦАГГГГГАТА − 3′

3’ − ГАГТЦЦЦЦЦТАТ − 5′.

3)  По таблице генетического кода на
основе иРНК определяем последовательность аминокислот: Лей-Арг-Гли-Иле.

Задача 7

Фрагмент начала гена
имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь  — смысловая,
нижняя  — транскрибируемая):

5’ − ААТГТЦЦАААТАЦ − 3′

3’ − ТТАЦАГГТТТАТГ − 5′

Ген содержит
информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена
начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого
нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность
аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения
задания используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

1)  По принципу комплементарности на
основе транскрибируемой цепи ДНК находим последовательность и-РНК:
5’ − ААУГУЦЦАААУАЦ − 3′;

2)  Информативная часть гена начинается со
второго нуклеотида Т (на транскрибируемой цепи, и второй нуклеотид А − на
смысловой цепи), так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет;

Пояснение:

В цепи иРНК ищем последовательность АУГ: ААУГУЦЦАААУАЦ.
Кодон, кодирующий Мет, начинается со второго нуклеотида.

3)  Находим последовательность полипептида
по таблице генетического кода: Мет-Сер-Лиз-Тир.

Задача8

Задача Некоторые
вирусы в качестве генетического материала несут РНК. Такие вирусы, заразив
клетку, встраивают ДНК-копию своего генома в геном хозяйской клетки. В клетку
проникла вирусная РНК следующей последовательности:

5’ −
ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.

Определите, какова
будет последовательность вирусного белка, если матрицей для синтеза иРНК служит
цепь, комплементарная вирусной РНК. Напишите последовательность двуцепочечного
фрагмента ДНК, укажите 5’ и 3’ концы цепей. Ответ поясните. Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

 Г

ой РНК по принципу комплементарности
строим транскрибируемую ДНК, затем на её основе находим смысловую. В
молекулярной генетике принято смысловую ДНК писать свер1.  По принципу
комплементарности находим нуклеотидную последовательность участка ДНК:

5’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’

3’  — ЦГЦЦТТТТЦГЦГ − 5’.

2.  По принципу комплементарности находим
нуклеотидную последовательность иРНК:

5’ − ГЦГГААААГЦГЦ − 3’.

3.  По таблице Генетического кода
определяем последовательность вирусного белка: АЛА-ГЛУ-ЛИЗ-АРГ.

Примечание. Алгоритм выполнения задания.

1.  По принципу комплементарности на
основе вирусной РНК находим нуклеотидную последовательность транскрибируемого
участка ДНК:

вирусная РНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’

транскрибируемая ДНК 3’− ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’.

Нуклеотидную последовательность
транскрибируемой и смысловой цепей ДНК также определяем по принципу
комплементарности (на основе данн ху, транскрибируемую — снизу):

5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’

3’  — ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ − 5’.

2.  По принципу комплементарности на
основе транскрибируемой ДНК находим нуклеотидную последовательность иРНК:

ДНК: 3’  — ЦГЦ-ЦТТ-ТТЦ-ГЦГ −
5’

иРНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’.

3.  По таблице Генетического кода на
основе иРНК определяем последовательность вирусного белка:

иРНК: 5’ − ГЦГ-ГАА-ААГ-ЦГЦ − 3’

белок: АЛА-ГЛУ-ЛИЗ-АРГ

Задача
9

Фрагмент
молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь  —
смысловая, нижняя  — транскрибируемая):

5’ −
ГЦГГГЦТАТГАТЦТГ − 3’

3’ −
ЦГЦЦЦГАТАЦТАГАЦ − 5’

В результате замены
одного нуклеотида в ДНК третья аминокислота во фрагменте
полипептида заменилась на аминокислоту Гис. Определите
аминокислоту, которая кодировалась до мутации. Какие изменения произошли в ДНК,
иРНК в результате замены одного нуклеотида? Благодаря какому свойству
генетического кода одна и та же аминокислота у разных организмов кодируется
одним и тем же триплетом? Ответ поясните. Для выполнения задания используйте
таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

1.  Третий триплет исходного фрагмента
смысловой цепи ДНК  — ТАТ (транскрибируемой цепи ДНК  — АТА), определяем
триплет иРНК: УАУ, по таблице генетического кода определяем, что он кодирует
аминокислоту Тир.

2.  Во фрагменте ДНК в третьем триплете
смысловой цепи ТАТ нуклеотид Т заменился на Ц (в транскрибируемой цепи в
триплете АТА нуклеотид А заменился на Г), а в иРНК в третьем кодоне (УАУ)
нуклеотид У заменился на Ц (ЦАУ).

3.  Свойство генетического кода  —
универсальность.

Наличие в ответе множества триплетов
считается ошибкой, так как в задании указано, что произошла замена одного
нуклеотида.

Примечание. Алгоритм выполнения задания.

1.  Третий триплет исходного фрагмента
смысловой цепи ДНК: 5′-ТАТ-3′ (транскрибируемой цепи ДНК: 5′-АТА-3′), определяем
триплет иРНК: 5′-УАУ-3′, по таблице генетического кода определяем, что он
кодирует аминокислоту Тир.

!!! Триплет иРНК: 5′-УАУ-3′ нашли по принципу комплементарности на
основе триплета транскрибируемой цепи ДНК 3′-АТА-5′. Для нахождения иРНК
сначала произведем запись триплета ДНК в обратном порядке от 3’ → к 5’ получим
3’-АТА- 5’

2.  По условию сказано, что «третья аминокислота
во фрагменте полипептида заменилась на аминокислоту Гис». По
таблице генетического кода находим, что аминокислота Гис кодируется
двуми нуклеотидами: ЦАУ и ЦАЦ;

НО в условии указано, что произошла
замена одного нуклеотида! т. е. в иРНК в третьем кодоне (5′-УАУ-3′)
нуклеотид У заменился на Ц (5′-ЦАУ-3′).

В ответ: В иРНК в третьем кодоне
(УАУ) нуклеотид У заменился на Ц (ЦАУ). Во фрагменте ДНК в третьем триплете
смысловой цепи 5′-ТАТ-3′ нуклеотид Т заменился на Ц (в транскрибируемой цепи в
триплете 5′-АТА-3′ нуклеотид А заменился на Г).

3.  Свойство генетического кода  —
универсальность (Код един для всех организмов живущих на Земле).

Задача10

 Антикодоны
тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем
порядке: ГАГ, ЦЦУ, ЦЦЦ, УАУ. Используя таблицу генетического кода, определите
последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК, иРНК и аминокислот в
молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ объясните.

Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

По принципу комплементарности на основе
тРНК находим кодоны иРНК – ЦУЦАГГГГГАУА (в ориентации 5’→3′).

Примечание

тРНК присоединяется к иРНК антипараллельно, т. е. иРНК расположена
в ориентации от 5`-конца к 3`-концу, а тРНК ориентирована наоборот, в
направлении от 3`-конца к 5`-концу. Сначала записываем антикодоны в обратном
направлении (3’→5′), а потом по принципу комплементарности определяем кодон
иРНК (5’→3′).

2)  Нуклеотидную последовательность
транскрибируемой и смысловой цепей ДНК определяем по полученной иРНК также по
принципу комплементарности:

5’ − ЦТЦАГГГГГАТА − 3′

3’ − ГАГТЦЦЦЦЦТАТ − 5′.

3)  По таблице генетического кода на
основе иРНК определяем последовательность аминокислот: Лей-Арг-Гли-Иле.

Задача11

Фрагмент начала гена
имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь  — смысловая,
нижняя  — транскрибируемая):

5’ − ААТГТЦЦАААТАЦ − 3′

3’ − ТТАЦАГГТТТАТГ − 5′

Ген содержит
информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена
начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого
нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность
аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения
задания используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

1)  По принципу комплементарности на
основе транскрибируемой цепи ДНК находим последовательность и-РНК:
5’ − ААУГУЦЦАААУАЦ − 3′;

2)  Информативная часть гена начинается со
второго нуклеотида Т (на транскрибируемой цепи, и второй нуклеотид А − на
смысловой цепи), так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет;

Пояснение:

В цепи иРНК ищем последовательность АУГ: ААУГУЦЦАААУАЦ.
Кодон, кодирующий Мет, начинается со второго нуклеотида.

3)  Находим последовательность полипептида
по таблице генетического кода: Мет-Сер-Лиз-Тир.

Задача 12

Известно, что
комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи
соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’
конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Ген имеет
кодирующую и некодирующую области. Кодирующая область гена называется открытой
рамкой считывания. Фрагмент конца гена имеет следующую последовательность
нуклеотидов: (нижняя цепь транскрибируемая):

5’-ТГЦГЦГТААЦТГЦГАТГТГАГЦТАТАЦЦ-3’

3’-АЦГЦГЦАТТГАЦГЦТАЦАЦТЦГАТАТГГ-5’

Определите верную
открытую рамку считывания и найдите последовательность аминокислот во фрагменте
конца полипептидной цепи. Известно, что итоговый полипептид, кодируемый этим
геном, имеет длину более четырёх аминокислот. Объясните последовательность решения
задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При
написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Генетический код (иРНК от 5′ к 3′
концу)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

 По принципу комплементарности по
транскрибируемой цепи ДНК находим последовательность иРНК:

5’-УГЦГЦГУААЦУГЦГАУГУГАГЦУАУАЦЦ-3’

2.  По таблице генетического кода
определяем возможные стоп-кодоны: 5’-УГА-3’; 5’-УАА-3’; 5’-УАГ-3’

3.  В последовательности иРНК присутствует
стоп-кодон 5’-УАА-3’ (с 7 нуклеотида), но данная рамка не соответствует
условию, что закодировано 4 аминокислоты.

4.  В последовательности иРНК присутствует
стоп-кодон 5’-УГА-3’ (с 18 нуклеотида)

5.  По стоп-кодону находим открытую рамку
считывания.

5’-УГ-ЦГЦ-ГУА-АЦУ-ГЦГ-АУГ-УГА-ГЦУАУАЦЦ-3’

6.  По таблице генетического кода
последовательность полипептида: арг-вал-тре-ала-мет.

Примечание:

Если в явном виде на иРНК указано место
окончания синтеза полипептида (подчёркнут или обведён стоп-кодон, указан
стрелкой последний нуклеотид рамки считывания и т. п.), элемент ответа
засчитывается как верный. Аналогично, если на последовательности иРНК в явном
виде отмечена рамка считывания, элемент ответа засчитывается как верный. Важно:
написание в последовательности полипептида слова «стоп» (или аналогичного)
делает ПОСЛЕДНИЙ элемент ответа неверным.

Задача 13

Известно,
что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной
цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается
с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Фрагмент
молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная
(транскрибируемая)):

5’-АТЦАТГЦТТТАЦЦГА-3’

3’-ТАГТАЦГАААТГГЦТ-5’

Установите
нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном
фрагменте ДНК. Укажите триплет, который является антикодоном, если данная тРНК
переносит аминокислоту ала. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте
таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых
кислот указывайте направление цепи.

1.  Последовательность тРНК
5′-УЦГГУАААГЦАУГАУ-3′ ИЛИ 3′-УАГУАЦГАААУГГЦУ-5′

2.  Аминокислоту ала кодирует кодон иРНК
5′-ГЦУ-3′ (3′-УЦГ-5′, ГЦУ);

3.  Ему соответствует антикодон 5′-АГЦ-3′
(АГЦ, 3′-ЦГА-5′).

Задача14

Антикодоны
тРНК, несущие соответствующие антикодоны, входят в рибосому в следующем
порядке: ГАГ, ЦЦУ, ЦЦЦ, УАУ. Используя таблицу генетического кода, определите
последовательность нуклеотидов матричной цепи ДНК, иРНК и аминокислот в
молекуле синтезируемого фрагмента белка. Ответ объясните.

Для решения задания
используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

По принципу комплементарности на основе
тРНК находим кодоны иРНК – ЦУЦАГГГГГАУА (в ориентации 5’→3′).

Примечание

тРНК присоединяется к иРНК антипараллельно, т. е. иРНК расположена
в ориентации от 5`-конца к 3`-концу, а тРНК ориентирована наоборот, в направлении
от 3`-конца к 5`-концу. Сначала записываем антикодоны в обратном направлении
(3’→5′), а потом по принципу комплементарности определяем кодон иРНК (5’→3′).

2)  Нуклеотидную последовательность
транскрибируемой и смысловой цепей ДНК определяем по полученной иРНК также по
принципу комплементарности:

5’ − ЦТЦАГГГГГАТА − 3′

3’ − ГАГТЦЦЦЦЦТАТ − 5′.

3)  По таблице генетического кода на
основе иРНК определяем последовательность аминокислот: Лей-Арг-Гли-Иле.

Задача 14

Фрагмент начала гена
имеет следующую последовательность нуклеотидов (верхняя цепь  — смысловая,
нижняя  — транскрибируемая):

5’ − ААТГТЦЦАААТАЦ − 3′

3’ − ТТАЦАГГТТТАТГ − 5′

Ген содержит
информативную и неинформативную части для трансляции. Информативная часть гена
начинается с триплета, кодирующего аминокислоту Мет. С какого
нуклеотида начинается информативная часть гена? Определите последовательность
аминокислот во фрагменте полипептидной цепи. Ответ поясните. Для выполнения
задания используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

1)  По принципу комплементарности на
основе транскрибируемой цепи ДНК находим последовательность и-РНК: 5’ − ААУГУЦЦАААУАЦ − 3′;

2)  Информативная часть гена начинается со
второго нуклеотида Т (на транскрибируемой цепи, и второй нуклеотид А − на
смысловой цепи), так как кодон АУГ кодирует аминокислоту Мет;

Пояснение:

В цепи иРНК ищем последовательность АУГ: ААУГУЦЦАААУАЦ.
Кодон, кодирующий Мет, начинается со второго нуклеотида.

3)  Находим последовательность полипептида
по таблице генетического кода: Мет-Сер-Лиз-Тир.

Задача15

Известно, что
комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной цепи
соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается с 5’
конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Ген имеет
кодирующую и некодирующую области. Кодирующая область гена называется открытой
рамкой считывания. Фрагмент конца гена имеет следующую последовательность
нуклеотидов: (нижняя цепь транскрибируемая):

5’-ТГЦГЦГТААЦТГЦГАТГТГАГЦТАТАЦЦ-3’

3’-АЦГЦГЦАТТГАЦГЦТАЦАЦТЦГАТАТГГ-5’

Определите верную
открытую рамку считывания и найдите последовательность аминокислот во фрагменте
конца полипептидной цепи. Известно, что итоговый полипептид, кодируемый этим
геном, имеет длину более четырёх аминокислот. Объясните последовательность решения
задачи. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода. При
написании последовательностей нуклеиновых кислот указывайте направление цепи.

Генетический код (иРНК от 5′ к
3′ концу)

Первое основание	Второе основание	Третье основание
	У	Ц	А	Г
У	Фен Фен Лей Лей	Сер Сер Сер Сер	Тир Тир   —   —	Цис Цис   — Три	У Ц А Г
Ц	Лей Лей Лей Лей	Про Про Про Про	Гис Гис Глн Глн	Арг Арг Арг Арг	У Ц А Г
А	Иле Иле Иле Мет	Тре Тре Тре Тре	Асн Асн Лиз Лиз	Сер Сер Арг Арг	У Ц А Г
Г	Вал Вал Вал Вал	Ала Ала Ала Ала	Асп Асп Глу Глу	Гли Гли Гли Гли	У Ц А Г

 По принципу комплементарности по
транскрибируемой цепи ДНК находим последовательность иРНК:

5’-УГЦГЦГУААЦУГЦГАУГУГАГЦУАУАЦЦ-3’

2.  По таблице генетического кода
определяем возможные стоп-кодоны: 5’-УГА-3’; 5’-УАА-3’; 5’-УАГ-3’

3.  В последовательности иРНК присутствует
стоп-кодон 5’-УАА-3’ (с 7 нуклеотида), но данная рамка не соответствует
условию, что закодировано 4 аминокислоты.

4.  В последовательности иРНК присутствует
стоп-кодон 5’-УГА-3’ (с 18 нуклеотида)

5.  По стоп-кодону находим открытую рамку
считывания.

5’-УГ-ЦГЦ-ГУА-АЦУ-ГЦГ-АУГ-УГА-ГЦУАУАЦЦ-3’

6.  По таблице генетического кода
последовательность полипептида: арг-вал-тре-ала-мет.

Примечание:

Если в явном виде на иРНК указано место
окончания синтеза полипептида (подчёркнут или обведён стоп-кодон, указан
стрелкой последний нуклеотид рамки считывания и т. п.), элемент ответа
засчитывается как верный. Аналогично, если на последовательности иРНК в явном
виде отмечена рамка считывания, элемент ответа засчитывается как верный. Важно:
написание в последовательности полипептида слова «стоп» (или аналогичного)
делает ПОСЛЕДНИЙ элемент ответа неверным.

Задача16

Известно,
что комплементарные цепи нуклеиновых кислот антипараллельны (5’ концу одной
цепи соответствует 3’ конец другой цепи). Синтез нуклеиновых кислот начинается
с 5’ конца. Рибосома движется по иРНК в направлении от 5’ к 3’ концу. Фрагмент
молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую
последовательность нуклеотидов (верхняя цепь матричная (транскрибируемая)):

5’-АТЦАТГЦТТТАЦЦГА-3’

3’-ТАГТАЦГАААТГГЦТ-5’

Установите
нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном
фрагменте ДНК. Укажите триплет, который является антикодоном, если данная тРНК
переносит аминокислоту ала. Ответ поясните. Для выполнения задания используйте
таблицу генетического кода. При написании последовательностей нуклеиновых
кислот указывайте направление цепи.

1.  Последовательность тРНК
5′-УЦГГУАААГЦАУГАУ-3′ ИЛИ 3′-УАГУАЦГАААУГГЦУ-5′

2.  Аминокислоту ала кодирует кодон иРНК
5′-ГЦУ-3′ (3′-УЦГ-5′, ГЦУ);

3.  Ему соответствует антикодон 5′-АГЦ-3′
(АГЦ, 3′-ЦГА-5′).

Указывать все кодоны, кодирующие данную аминокислоту, в ответе не
требуется, однако допускается указание множества верных кодонов, среди которых
в явном виде должен быть указан необходимый для решения задачи кодон. Простого
перечисления всех кодонов, кодирующих данную аминокислоту, недостаточно для
засчитывания второго элемента ответа. Если в явном виде на тРНК указан
антикодон (подчеркнут, обведен), третий элемент ответа засчитывается как
верный.

ДНК и гены

ДНК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ

Справа крупнейшая спираль ДНК человека, выстроенная из людей на пляже в Варне (Болгария), вошедшая в книгу рекордов Гиннесса 23 апреля 2016 года

Дезоксирибонуклеиновая кислота. Общие сведения

Содержание страницы:

• Дезоксирибонуклеиновая кислота
• Строение нуклеиновых кислот
• Репликация
• Строение РНК
• Транскрипция
• Трансляция
• Генетический код
• Геном: гены и хромосомы
• Прокариоты
• Эукариоты
• Строение генов
• Строение генов прокариот
• Строение генов эукариот
• Сравнение строения генов
• Мутации и мутагенез
• Генные мутации
• Хромосомные мутации
• Геномные мутации
• Видео по теме ДНК
• Дополнительный материал

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение. ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни как человека, так и любого др. организхма. Искусственное или естественное воздействие внешней среды способны лишь в незначительной степени повлиять на общую выраженность отдельных генетических признаков или сказаться на развитии запрограммированных процессов.

Дезоксирибонуклеи́новая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

С химической точки зрения ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы (С) и фосфатной (Ф) группы (фосфодиэфирные связи).

Рис. 2. Нуклертид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей, ориентированных азотистыми основаниями друг к другу. Эта двухцепочечная молекула закручена по винтовой линии.

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином (А-Т), гуанин — только с цитозином (Г-Ц). Именно эти пары и составляют «перекладины» винтовой «лестницы» ДНК (см.: рис. 2, 3 и 4).

Последовательность нуклеотидов позволяет «кодировать» информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счёт копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции.

Рис. 3. Репликация ДНК

Расположение базовых комбинаций химических соединений ДНК и количественные соотношения между этими комбинациями обеспечивают кодирование наследственной информации.

Образование новой ДНК (репликация)

1. Процесс репликации: раскручивание двойной спирали ДНК — синтез комплементарных цепей ДНК-полимеразой — образование двух молекул ДНК из одной.
2. Двойная спираль «расстегивается» на две ветви, когда ферменты разрушают связь между базовыми парами химических соединений.
3. Каждая ветвь является элементом новой ДНК. Новые базовые пары соединяются в той же последовательности, что и в родительской ветви.

По завершении дупликации образуются две самостоятельные спирали, созданные из химических соединений родительской ДНК и имеющие с ней одинаковый генетический код. Таким путем ДНК способна перерывать информацию от клетки к клетке.

Более подробная информация:

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Рис. 4 . Азотистые основания: аденин, гуанин, цитозин, тимин

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) относится к нуклеиновым кислотам. Нуклеиновые кислоты – это класс нерегулярных биополимеров, мономерами которых являются нуклеотиды.

НУКЛЕОТИДЫ состоят из азотистого основания, соединенного с пятиуглеродным углеводом (пентозой) – дезоксирибозой (в случае ДНК) или рибозой (в случае РНК), который соединяется с остатком фосфорной кислоты (H₂PO₃–).

Азотистые основания бывают двух типов: пиримидиновые основания – урацил (только в РНК), цитозин и тимин, пуриновые основания – аденин и гуанин.

Рис. 5. Структура нуклеотидов (слева), расположение нуклеотида в ДНК (снизу) и типы азотистых оснований (справа): пиримидиновые и пуриновые

---

Атомы углерода в молекуле пентозы нумеруются числами от 1 до 5. Фосфат соединяется с третьим и пятым атомами углерода. Так нуклеинотиды соединяются в цепь нуклеиновой кислоты. Таким образом, мы можем выделить 3’ и 5’-концы цепи ДНК:

Рис. 6. Выделение 3’ и 5’-концов цепи ДНК

Две цепи ДНК образуют двойную спираль. Эти цепи в спирали сориентированы в противоположных направлениях. В разных цепях ДНК азотистые основания соединены между собой с помощью водородных связей. Аденин всегда соединяется с тимином, а цитозин – с гуанином. Это называется правилом комплементарности (см. принцип комплементарности).

Правило комплементарности:

Например, если нам дана цепь ДНК, имеющая последовательность

3’– ATGTCCTAGCTGCTCG – 5’,

то вторая ей цепь будет комплементарна и направлена в противоположном направлении – от 5’-конца к 3’-концу:

5’– TACAGGATCGACGAGC– 3’.

Рис. 7. Направленность цепей молекулы ДНК и соединение азотистых оснований с помощью водородных связей

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК

Репликация ДНК – это процесс удвоения молекулы ДНК путем матричного синтеза. В большинстве случаев естественной репликации ДНК праймером для синтеза ДНК является короткий фрагмент РНК (создаваемый заново). Такой рибонуклеотидный праймер создается ферментом праймазой (ДНК-праймаза у прокариот, ДНК-полимераза у эукариот), и впоследствии заменяется дезоксирибонуклеотидами полимеразой, выполняющей в норме функции репарации (исправления химических повреждений и разрывов в молекле ДНК).

Репликация происходит по полуконсервативному механизму. Это значит, что двойная спираль ДНК расплетается и на каждой из ее цепей по принципу комплементарности достраивается новая цепь. Дочерняя молекула ДНК, таким образом, содержит в себе одну цепь от материнской молекулы и одну вновь синтезированную. Репликация происходит в направлении от 3’ к 5’ концу материнской цепи.

Рис. 8. Репликация (удвоение) молекулы ДНК

ДНК-синтез – это не такой сложный процесс, как может показаться на первый взгляд. Если подумать, то для начала нужно разобраться, что же такое синтез. Это процесс объединения чего-либо в одно целое. Образование новой молекулы ДНК проходит в несколько этапов:

1) ДНК-топоизомераза, располагаясь перед вилкой репликации, разрезает ДНК для того, чтобы облегчить ее расплетание и раскручивание.
2) ДНК-хеликаза вслед за топоизомеразой влияет на процесс «расплетения» спирали ДНК.
3) ДНК-связывающие белки осуществляют связывание нитей ДНК, а также проводят их стабилизацию, не допуская их прилипания друг к другу.
4) ДНК-полимераза δ (дельта), согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет синтез ведущей цепи дочерней ДНК в направлении 5’→3′ на матрице материнской нити ДНК по направлению от ее 3′-конца к 5′-концу (скорость до 100 пар нуклеотидов в секунду). Этим события на данной материнской нити ДНК ограничиваются.

Рис. 9. Схематическое изображение процесса репликации ДНК: (1) Отстающая цепь (запаздывающая нить), (2) Ведущая цепь (лидирующая нить), (3) ДНК-полимераза α (Polα), (4) ДНК-лигаза, (5) РНК-праймер, (6) Праймаза, (7) Фрагмент Оказаки, (8) ДНК-полимераза δ (Polδ), (9) Хеликаза, (10) Однонитевые ДНК-связывающие белки, (11) Топоизомераза.

---

 Далее описан синтез отстающей цепи дочерней ДНК (см. Схему репликативной вилки и функции ферментов репликации)

Нагляднее о репликации ДНК см. видео →

5) Непосредственно сразу после расплетания и стабилизации другой нити материнской молекулы к ней присоединяется ДНК-полимераза α (альфа) и в направлении 5’→3′ синтезирует праймер (РНК-затравку) – последовательность РНК на матрице ДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого фермент удаляется с нити ДНК. 

Вместо ДНК-полимеразы α к 3′-концу праймера присоединяется ДНК-полимераза ε.

6) ДНК-полимераза ε (эпсилон) как бы продолжает удлинять праймер, но в качестве субстрата встраивает дезоксирибонуклеотиды (в количестве 150-200 нуклеотидов). В результате образуется цельная нить из двух частей – РНК (т.е. праймер) и ДНК. ДНК-полимераза ε работает до тех пор, пока не встретит праймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированный чуть ранее). После этого данный фермент удаляется с цепи.

7) ДНК-полимераза β (бета) встает вместо ДНК-полимеразы ε, движется в том же направлении (5’→3′) и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, т.е. пока на его пути не встанет дезоксирибонуклеотид (еще более ранее синтезированный ДНК-полимеразой ε). Связать результат свой работы и впереди стоящую ДНК фермент не в состоянии, поэтому он сходит с цепи. 

В результате на матрице материнской нити «лежит» фрагмент дочерней ДНК. Он называется фрагмент Оказаки.

ДНК-лигаза производит сшивку двух соседних фрагментов Оказаки, т.е. 5′-конца отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой ε, и 3′-конца цепи, встроенного ДНК-полимеразой β.

СТРОЕНИЕ РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.

Так же, как ДНК, РНК состоит из длинной цепи, в которой каждое звено называется нуклеотидом. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара рибозы и фосфатной группы. Однако в отличие от ДНК, РНК обычно имеет не две цепи, а одну. Пентоза в РНК представлена рибозой, а не дезоксирибозой (у рибозы присутствует дополнительная гидроксильная группа на втором атоме углевода). Наконец, ДНК отличается от РНК по составу азотистых оснований: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

Последовательность нуклеотидов позволяет РНК кодировать генетическую информацию. Все клеточные организмы используют РНК (мРНК) для программирования синтеза белков.

Клеточные РНК образуются в ходе процесса, называемого транскрипцией, то есть синтеза РНК на матрице ДНК, осуществляемого специальными ферментами — РНК-полимеразами.

Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией, т.е. синтеза белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям, и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Рис. 10.  Отличие ДНК от РНК по азотистому основанию: вместо тимина (Т) в РНК представлен урацил (U), который также комплементарен аденину.

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция – это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. ДНК раскручивается на одном из участков. На одной из цепей содержится информация, которую необходимо скопировать на молекулу РНК – эта цепь называется кодирующей. Вторая цепь ДНК, комплементарная кодирующей, называется матричной. В процессе транскрипции на матричной цепи в направлении 3’ – 5’ (по цепи ДНК) синтезируется комплементарная ей цепь РНК. Таким образом, создается РНК-копия кодирующей цепи.

Рис. 11. Схематическое изображение транскрипции

Например, если нам дана последовательность кодирующей цепи

3’– ATGTCCTAGCTGCTCG – 5’,

то, по правилу комплементарности, матричная цепь будет нести последовательность

5’– TACAGGATCGACGAGC– 3’,

а синтезируемая с нее РНК – последовательность

3’– AUGUCCUAGCUGCUCG – 5’.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Рассмотрим механизм синтеза белка на матрице РНК, а также генетический код и его свойства. Также для наглядности по ниже приведенной ссылке рекомендуем посмотреть небольшое видео о процессах транскрипции и трансляции, происходящих в живой клетке:

В представленном видоролике (кнопка-ссылка слева) показан процесс образования белка из аминокислот. Наглядно (в анимированном варианте) продемонстрированы процессы транскрипции и трансляции. Биосинтез белка на рибосоме также кратко описан в разделе Аминокислоты белков. Более подробное видео о геноме, ДНК и ее структуре, а также процессах кодировки представленно ниже на данной странице: Видео по теме ДНК

Рис. 12. Процесс синтеза белка: ДНК кодирует РНК, РНК кодирует белок

Трансляция — это процесс, посредством которого генетическая информация преобразуется в белки, рабочие лошадки клетки. Небольшие молекулы, называемые переносными РНК («тРНК»), играют решающую роль в трансляции; они являются молекулами-адаптерами, которые соответствуют кодонам (строительным блокам генетической информации) с аминокислотами (строительными блоками белков). Организмы несут множество типов тРНК, каждая из которых кодируется одним или несколькими генами («набор генов тРНК»).

Вообще говоря, функция набора генов тРНК — переводить 61 тип кодонов в 20 различных типов аминокислот — сохраняется в разных организмах. Тем не менее, состав набора генов тРНК может значительно варьировать между организмами.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Генетический код — способ кодирования аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов — кодоном или триплетом.

Генетический код, общий для большинства про- и эукариот. В таблице приведены все 64 кодона и указаны соответствующие аминокислоты. Порядок оснований — от 5′ к 3′ концу мРНК.

Таблица 1. Стандартный генетический код

1-е основа ние	2-е основание	3-е основа ние
U	C	A	G
U	UUU	Фенилаланин (Phe/F)	UCU	Серин (Ser/S)	UAU	Тирозин (Tyr/Y)	UGU	Цистеин (Cys/C)	U
UUC	UCC	UAC	UGC	C
UUA	Лейцин (Leu/L)	UCA	UAA	Стоп-кодон**	UGA	Стоп-кодон**	A
UUG	UCG	UAG	Стоп-кодон**	UGG	Триптофан (Trp/W)	G
C	CUU	CCU	Пролин (Pro/P)	CAU	Гистидин (His/H)	CGU	Аргинин (Arg/R)	U
CUC	CCC	CAC	CGC	C
CUA	CCA	CAA	Глутамин (Gln/Q)	CGA	A
CUG	CCG	CAG	CGG	G
A	AUU	Изолейцин (Ile/I)	ACU	Треонин (Thr/T)	AAU	Аспарагин (Asn/N)	AGU	Серин (Ser/S)	U
AUC	ACC	AAC	AGC	C
AUA	ACA	AAA	Лизин (Lys/K)	AGA	Аргинин (Arg/R)	A
AUG	Метионин* (Met/M)	ACG	AAG	AGG	G
G	GUU	Валин (Val/V)	GCU	Аланин (Ala/A)	GAU	Аспарагиновая кислота (Asp/D)	GGU	Глицин (Gly/G)	U
GUC	GCC	GAC	GGC	C
GUA	GCA	GAA	Глутаминовая кислота (Glu/E)	GGA	A
GUG	GCG	GAG	GGG	G

Среди триплетов есть 4 специальных последовательности, выполняющих функции «знаков препинания»:

• *Триплет AUG, также кодирующий метионин, называется старт-кодоном. С этого кодона начинается синтез молекулы белка. Таким образом, во время синтеза белка, первой аминокислотой в последовательности всегда будет метионин.

• **Триплеты UAA, UAG и UGA называются стоп-кодонами и не кодируют ни одной аминокислоты. На этих последовательностях синтез белка прекращается.

Свойства генетического кода

1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов – триплетом или кодоном.

2. Непрерывность. Между триплетами нет никаких дополнительных нуклеотидов, информация считывается непрерывно.

3. Неперекрываемость. Один нуклеотид не может входить одновременно в два триплета.

4. Однозначность. Один кодон может кодировать только одну аминокислоту.

5. Вырожденность. Одна аминокислота может кодироваться несколькими разными кодонами.

6. Универсальность. Генетический код одинаков для всех живых организмов.

Пример. Нам дана последовательность кодирующей цепи:

3’– CCGATTGCACGTCGATCGTATA– 5’.

Матричная цепь будет иметь последовательность:

5’– GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT– 3’.

Теперь «синтезируем» с этой цепи информационную РНК:

3’– CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA– 5’.

Синтез белка идет в направлении 5’ → 3’, следовательно, нам нужно перевернуть последовательность, чтобы «прочитать» генетический код:

5’– AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC– 3’.

Теперь найдем старт-кодон AUG:

5’– AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC– 3’.

Разделим последовательность на триплеты:

Найдем стоп-кодон и согласно таблице генетического кода запишем последовательность аминокислот:

Центральная догма молекулярной биологии звучит следующим образом: информация с ДНК передается на РНК (транскрипция), с РНК – на белок (трансляция). ДНК также может удваиваться путем репликации, и также возможен процесс обратной транскрипции, когда по матрице РНК синтезируется ДНК, но такой процесс в основном характерен для вирусов.

Рис. 13. Центральная догма молекулярной биологии

ГЕНОМ: ГЕНЫ и ХРОМОСОМЫ

(общие понятия)

Геном — совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор.

Термин «геном» был предложен Г. Винклером в 1920 г. для описания совокупности генов, заключенных в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими («избыточными») последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и нуклеиновых кислотах. Таким образом, основную часть генома любого организма составляет вся ДНК его гаплоидного набора хромосом.

Гены — это участки молекул ДНК, кодирующие полипептиды и молекулы РНК

За последнее столетие наше представление о генах существенно изменилось. Ранее геном называли участок хромосомы, кодирующий или определяющий один признак или фенотипическое (видимое) свойство, например цвет глаз.

Рис. 14. Соответствие между кодирующими участками ДНК, мРНК и аминокислотной последовательностью полипептидной цепи.

В 1940 г. Джордж Бидл и Эдвард Тейтем предложили молекулярное определение гена. Ученые обрабатывали споры гриба Neurospora crassa рентгеновским излучением и другими агентами, вызывающими изменения в последовательности ДНК (мутации), и обнаружили мутантные штаммы гриба, утратившие некоторые специфические ферменты, что в некоторых случаях приводило к нарушению целого метаболического пути. Бидл и Тейтем пришли к выводу, что ген — это участок генетического материала, который определяет или кодирует один фермент. Так появилась гипотеза «один ген — один фермент». Позднее эта концепция была расширена до определения «один ген — один полипептид», поскольку многие гены кодируют белки, не являющиеся ферментами, а полипептид может оказаться субъединицей сложного белкового комплекса.

На рис. 14 показана схема того, как триплеты нуклеотидов в ДНК определяют полипептид —  аминокислотную последовательность белка при посредничестве мРНК. Одна из цепей ДНК играет роль матрицы для синтеза мРНК, нуклеотидные триплеты (кодоны) которой комплементарны триплетам ДНК. У некоторых бактерий и многих эукариот кодирующие последовательности прерываются некодирующими участками(так называемыми интронами).

Современное биохимическое определение гена еще более конкретно. Генами называются все участки ДНК, кодирующие первичную последовательность конечных продуктов, к которым относятся полипептиды или РНК, обладающие структурной или каталитической функцией.

Наряду с генами ДНК содержит и другие последовательности, выполняющие исключительно регуляторную функцию. Регуляторные последовательности могут обозначать начало или конец генов, влиять на транскрипцию или указывать место инициации репликации или рекомбинации. Некоторые гены могут экспрессироваться разными путями, при этом один и тот же участок ДНК служит матрицей для образования разных продуктов.

Мы можем приблизительно рассчитать минимальный размер гена, кодирующего средний белок. Каждая аминокислота в полипептидной цепи кодируется последовательностью из трех нуклеотидов; последовательности этих триплетов (кодонов) соответствуют цепочке аминокислот в полипептиде, который кодируется данным геном. Полипептидная цепь из 350  аминокислотных остатков (цепь средней длины) соответствует последовательности из 1050 п.н. (пар нуклеотидов). Однако многие гены эукариот и некоторые гены прокариот прерываются сегментами ДНК, не несущими информации о белке, и поэтому оказываются значительно длиннее, чем показывает простой расчет.

Сколько генов в одной хромосоме?

 ДНК прокариот устроена более просто: их клетки не имеют ядра, поэтому ДНК находится непосредственно в цитоплазме в форме нуклеоида.

Как известно, бактериальные клетки имеют хромосому в виде нити ДНК, уложенной в компактную структуру – нуклеоид. Хромосома прокариота Escherichia coli, чей геном полностью расшифрован, представляет собой кольцевую молекулу ДНК (на самом деле, это не правильный круг, а скорее петля без начала и конца), состоящую из 4 639 675 п.н. В этой последовательности содержится примерно 4300 генов белков и еще 157 генов стабильных молекул РНК. В геноме человека примерно 3,1 млрд пар нуклеотидов, соответствующих почти 29 000 генам, расположенным на 24 разных хромосомах.

Прокариоты (Бактерии).

Бактерия E. coli имеет одну двухцепочечную кольцевую молекулу ДНК. Она состоит из 4 639 675 п.н. и достигает в длину примерно 1,7 мм, что превышает длину самой клетки E. coli приблизительно в 850 раз. Помимо крупной кольцевой хромосомы в составе нуклеоида многие бактерии содержат одну или несколько маленьких кольцевых молекул ДНК, свободно располагающихся в цитозоле. Такие внехромосомные элементы называют плазмидами (рис. 16).

Большинство плазмид состоит всего из нескольких тысяч пар нуклеотидов, некоторые содержат более 10000 п. н. Они несут генетическую информацию и реплицируются с образованием дочерних плазмид, которые попадают в дочерние клетки в процессе деления родительской клетки. Плазмиды обнаружены не только в бактериях, но также в дрожжах и других грибах. Во многих случаях плазмиды не дают никаких преимуществ клеткам-хозяевам, и их единственная задача — независимое воспроизведение. Однако некоторые плазмиды несут полезные для хозяина гены. Например, содержащиеся в плазмидах гены могут придавать клеткам бактерий устойчивость к антибактериальным агентам. Плазмиды, несущие ген β-лактамазы, обеспечивают устойчивость к β-лактамным антибиотикам, таким как пенициллин и амоксициллин. Плазмиды могут переходить от клеток, устойчивых к антибиотикам, к другим клеткам того же или другого вида бактерий, в результате чего эти клетки также становятся резистентными. Интенсивное применение антибиотиков является мощным селективным фактором, способствующим распространению плазмид, кодирующих устойчивость к антибиотикам (а также транспозонов, которые кодируют аналогичные гены) среди болезнетворных бактерий, и приводит к появлению бактериальных штаммов с устойчивостью к нескольким антибиотикам. Врачи начинают понимать опасность широкого использования антибиотиков и назначают их только в случае острой необходимости. По аналогичным причинам ограничивается широкое использование антибиотиков для лечения сельскохозяйственных животных.

См. также: Равин Н.В., Шестаков С.В. Геном прокариот // Вавиловский журнал генетики и селекции, 2013. Т. 17. № 4/2. С. 972–984.

Эукариоты.

Таблица 2. ДНК, гены и хромосомы некоторых организмов

	Общая ДНК, п.н.	Число хромосом*	Примерное число генов
Escherichia coli (бактерия)	4 639 675	1	4 435
Saccharomyces cerevisiae (дрожжи)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegans (нематода)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana (растение)	119 186 200	10	33 000
Drosophila melanogaster (плодовая мушка)	120 367 260	18	20 000
Oryza sativa (рис)	480 000 000	24	57 000
Mus musculus (мышь)	2 634 266 500	40	27 000
Homo sapiens (человек)	3 070 128 600	46	29 000

Примечание. Информация постоянно обновляется; для получения более свежей информации обратитесь к сайтам, посвященным отдельным геномным проектам

*Для всех эукариот, кроме дрожжей, приводится диплоидный набор хромосом. Диплоидный набор хромосом (от греч. diploos- двойной и eidos- вид) – двойной набор хромосом (2n), каждая из которых имеет себе гомологичную.
**Гаплоидный набор. Дикие штаммы дрожжей обычно имеют восемь (октаплоидный) или больше наборов таких хромосом.
***Для самок с двумя Х хромосомами. У самцов есть Х хромосома, но нет Y, т. е. всего 11 хромосом.

---

В клетке дрожжей, одних из самых маленьких эукариот, в 2,6 раза больше ДНК, чем в клетке E. coli (табл. 2). Клетки плодовой мушки Drosophila, классического объекта генетических исследований, содержат в 35 раз больше ДНК, а клетки человека — примерно в 700 раз больше ДНК, чем клетки E. coli. Многие растения и амфибии содержат еще больше ДНК. Генетический материал клеток эукариот организован в виде хромосом. Диплоидный набор хромосом (2n) зависит от вида организма (табл. 2).

Например, в соматической клетке человека 46 хромосом (рис. 17). Каждая хромосома эукариотической клетки, как показано на рис. 17, а, содержит одну очень крупную двухспиральную молекулу ДНК. Двадцать четыре хромосомы человека (22 парные хромосомы и две половые хромосомы X и Y)  различаются по длине более чем в 25 раз. Каждая хромосома эукариот содержит определенный набор генов.

Рис. 17. Хромосомы эукариот. а — пара связанных и конденсированных сестринских хроматид из хромосомы человека. В такой форме эукариотические хромосомы пребывают после репликации и в метафазе в процессе митоза. б — полный набор хромосом из лейкоцита одного из авторов книги. В каждой нормальной соматической клетке человека содержится 46 хромосом.

---

Размер и функция ДНК как матрицы для хранения и передачи наследственного материала объясняют наличие особых структурных элементов в организации этой молекулы. У высших организмов ДНК распределена между хромосомами.

Совокупность ДНК (хромосом) организма называется геномом. Хромосомы находятся в клеточном ядре и формируют структуру, называемую хроматином. Хроматин представляет собой комплекс ДНК и основных белков (гистонов) в соотношении 1:1. Длину ДНК обычно измеряют числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Например, 3-я хромосома человека представляет собой молекулу ДНК размером 160 млн п.н.. Выделенная линеаризованная ДНК размером 3*10⁶ п.н. имеет длину примерно 1 мм, следовательно, линеаризованная молекула 3-й хромосомы человека была бы 5 мм в длину, а ДНК всех 23 хромосом (~3*10⁹ п.н., MR = 1,8*10¹²) гаплоидной клетки – яйцеклетки или сперматозоида – в линеаризованном виде составляла бы 1 м. За исключением половых клеток, все клетки организма человека (их около 1013) содержат двойной набор хромосом. При клеточном делении все 46 молекул ДНК реплицируются и снова организуются в 46 хромосом.

---

Если соединить между собой молекулы ДНК человеческого генома (22 хромосомы и хромосомы X и Y или Х и Х), получится последовательность длиной около одного метра. Прим.: У всех млекопитающих и других организмов с гетерогаметным мужским полом, у самок две X-хромосомы (XX), а у самцов — одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY).

Большинство клеток человека диплоидны, поэтому общая длина ДНК таких клеток около 2м. У взрослого человека примерно 10¹⁴ клеток, таким образом, общая длина всех молекул ДНК составляет 2・10¹¹ км. Для сравнения, окружность Земли — 4・10⁴ км, а расстояние от Земли до Солнца — 1,5・10⁸ км. Вот как удивительно компактно упакована ДНК в наших клетках!

В клетках эукариот есть и другие органеллы, содержащие ДНК, — это митохондрии и хлоропласты. Выдвигалось множество гипотез относительно происхождения ДНК митохондрий и хлоропластов. Общепризнанная сегодня точка зрения заключается в том, что они представляют собой рудименты хромосом древних бактерий, которые проникли в цитоплазму хозяйских клеток и стали предшественниками этих органелл. Митохондриальная ДНК кодирует митохондриальные тРНК и рРНК, а также несколько митохондриальных белков. Более 95% митохондриальных белков кодируется ядерной ДНК.

СТРОЕНИЕ ГЕНОВ

Рассмотрим строение гена у прокариот и эукариот, их сходства и различия. Несмотря на то, что ген — это участок ДНК, кодирующий всего один белок или РНК, кроме непосредственно кодирующей части, он также включает в себя регуляторные и иные структурные элементы, имеющие разное строение у прокариот и эукариот.

Кодирующая последовательность – основная структурно-функциональная единица гена, именно в ней находятся триплеты нуклеотидов, кодирующие аминокислотную последовательность. Она начинается со старт-кодона и заканчивается стоп-кодоном.

До и после кодирующей последовательности находятся нетранслируемые 5’- и 3’-последовательности. Они выполняют регуляторные и вспомогательные функции, например, обеспечивают посадку рибосомы на и-РНК.

Нетранслируемые и кодирующая последовательности составлют единицу транскрипции – транскрибируемый участок ДНК, то есть участок ДНК, с которого происходит синтез и-РНК.

Терминатор – нетранскрибируемый участок ДНК в конце гена, на котором останавливается синтез РНК.

В начале гена находится регуляторная область, включающая в себя промотор и оператор.

Промотор – последовательность, с которой связывается полимераза в процессе инициации транскрипции. Оператор – это область, с которой могут связываться специальные белки – репрессоры, которые могут уменьшать активность синтеза РНК с этого гена – иначе говоря, уменьшать его экспрессию.

Строение генов у прокариот

Общий план строения генов у прокариот и эукариот не отличается – и те, и другие содержат регуляторную область с промотором и оператором, единицу транскрипции с кодирующей и нетранслируемыми последовательностями и терминатор. Однако организация генов у прокариот и эукариот отличается.

Рис. 18. Схема строения гена у прокариот (бактерий) — изображение увеличивается

В начале и в конце оперона есть единые регуляторные области для нескольких структурных генов. С транскрибируемого участка оперона считывается одна молекула и-РНК, которая содержит несколько кодирующих последовательностей, в каждой из которых есть свой старт- и стоп-кодон. С каждого из таких участков синтезируется один белок. Таким образом, с одной молекулы и-РНК синтезируется несколько молекул белка.

Для прокариот характерно объединение нескольких генов в единую функциональную единицу – оперон. Работу оперона могут регулировать другие гены, которые могут быть заметно удалены от самого оперона – регуляторы. Белок, транслируемый с этого гена называется репрессор. Он связывается с оператором оперона, регулируя экспрессию сразу всех генов, в нем содержащихся.

Для прокариот также характерно явление сопряжения транскрипции и трансляции.

Рис. 19 Явление сопряжения транскрипции и трансляции у прокариот — изображение увеличивается

Такое сопряжение не встречается у эукариот из-за наличия у них ядерной оболочки, отделяющей цитоплазму, где происходит трансляция, от генетического материала, на котором происходит транскрипция. У прокариот во время синтеза РНК на матрице ДНК с синтезируемой молекулой РНК может сразу связываться рибосома. Таким образом, трансляция начинается еще до завершения транскрипции. Более того, с одной молекулой РНК может одновременно связываться несколько рибосом, синтезируя сразу несколько молекул одного белка.

Строение генов у эукариот

Гены и хромосомы эукариот очень сложно организованы

У бактерий многих видов всего одна хромосома, и почти во всех случаях в каждой хромосоме присутствует по одной копии каждого гена. Лишь  немногие гены, например гены рРНК, содержатся в нескольких копиях. Гены и регуляторные последовательности составляют практически весь геном прокариот. Более того, почти каждый ген строго соответствует аминокислотной последовательности (или последовательности РНК), которую он кодирует (рис. 14).

Структурная и функциональная организация генов эукариот гораздо сложнее. Исследование хромосом эукариот, а позднее секвенирование полных последовательностей геномов эукариот принесло много сюрпризов. Многие, если не большинство, генов эукариот обладают интересной особенностью: их нуклеотидные последовательности содержат один или несколько участков ДНК, в которых не кодируется аминокислотная последовательность полипептидного продукта. Такие нетранслируемые вставки нарушают прямое соответствие между нуклеотидной последовательностью гена и аминокислотной последовательностью кодируемого полипептида. Эти нетранслируемые сегменты в составе генов называют интронами, или встроенными последовательностями, а кодирующие сегменты — экзонами. У прокариот лишь немногие гены содержат интроны.

Итак, у эукариот практически не встречается объединение генов в опероны, и кодирующая последовательность гена эукариот чаще всего разделена на транслируемые участки – экзоны, и нетранслируемые участки – интроны.

В большинстве случаев функция интронов не установлена. В целом, лишь около 1,5% ДНК человека являются ≪кодирующими≫, т. е. несут информацию о белках или РНК. Однако с учетом крупных интронов получается, что ДНК человека на 30% состоит из генов. Поскольку гены составляют относительно небольшую долю в геноме человека, значительная часть ДНК остается неучтенной.

Рис. 16. Схема строение гена у эукариот — изображение увеличивается

С каждого гена сначала синтезируется незрелая, или пре-РНК, которая содержит в себе как интроны, так и экзоны.

После этого проходит процесс сплайсинга, в результате которого интронные участки вырезаются, и образуется зрелая иРНК, с которой может быть синтезирован белок.

Рис. 20. Процесс альтернативного сплайсинга — изображение увеличивается

Такая организация генов позволяет, например, осуществить процесс альтернативного сплайсинга, когда с одного гена могут быть синтезированы разные формы белка, за счет того, что в процессе сплайсинга экзоны могут сшиваться в разных последовательностях.

Сравнение строения генов прокариот и эукариот

Рис. 21. Отличия в строении генов прокариот и эукариот — изображение увеличивается

МУТАЦИИ И МУТАГЕНЕЗ

Мутацией называется стойкое изменение генотипа, то есть изменение нуклеотидной последовательности.

Процесс, который приводит к возникновению мутаций называется мутагенезом, а организм, все клетки которого несут одну и ту же мутацию — мутантом.

Мутационная теория была впервые сформулирована Гуго де Фризом в 1903 году. Современный ее вариант включает в себя следующие положения:

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно.

2. Мутации передаются из поколения в поколение.

3. Мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными, доминантными или рецессивными.

4. Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследованных особей.

5. Сходные мутации могут возникать повторно.

6. Мутации не направленны.

Мутации могут возникать под действием различных факторов. Различают мутации, возникшие под действием мутагенных воздействий: физических (например, ультрафиолета или радиации), химических (например, колхицина или активных форм кислорода) и биологических (например, вирусов). Также мутации могут быть вызваны ошибками репликации.

В зависимости от условий появления мутации подразделяют на спонтанные — то есть мутации, возникшие в нормальных условиях, и индуцированые — то есть мутации, которые возникли при особых условиях.

Мутации могут возникать не только в ядерной ДНК, но и, например, в ДНК митохондрий или пластид. Соответственно, мы можем выделять ядерные и цитоплазматические мутации.

В результате возникновения мутаций часто могут появляться новые аллели. Если мутантный аллель подавляет действие нормального, мутация называется доминантной. Если нормальный аллель подавляет мутантный, такая мутация называется рецессивной. Большинство мутаций, приводящих к возникновению новых аллелей являются рецессивными.

По эффекту выделяют мутации адаптивные, приводящие к повышению приспособленности организма к среде, нейтральные, не влияющие на выживаемость, вредные, понижающие приспособленность организмов к условиям среды и летальные, приводящие к смерти организма на ранних стадиях развития.

По последствиям выделяются мутации, приводящие к потери функции белка, мутации, приводящие к возникновению у белка новой функции, а также мутации, которые изменяют дозу гена, и, соответственно, дозу белка синтезируемого с него.

Мутация может возникнуть к любой клетке организма. Если мутация возникает в половой клетке, она называется герминативной (герминальной, или генеративной). Такие мутации не проявляются у того организма, у которого они появились, но приводят к появлению мутантов в потомстве и передаются по наследству, поэтому они важны для генетики и эволюции. Если мутация возникает в любой другой клетке, она называется соматической. Такая мутация может в той или иной степени проявляться у того организма, у которого она возникла, например, приводить к образованию раковых опухолей. Однако такая мутация не передается по наследству и не влияет на потомков.

Мутации могут затрагивать разные по размеру участки генома. Выделяют генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Мутации, которые возникают в масштабе меньшем, чем один ген, называются генными, или точечными (точковыми). Такие мутации приводят к изменению одного и нескольких нуклеотидов в последовательности. Среди генных мутаций выделяют замены, приводящие к замене одного нуклеотида на другой, делеции, приводящие к выпадению одного из нуклеотидов, инсерции, приводящие к добавлению лишнего нуклеотида в последовательность.

Рис. 23. Генные (точечные) мутации

По механизму воздействия на белок, генные мутации делят на: синонимичные, которые (в результате вырожденности генетического кода) не приводят к изменению аминокислотного состава белкового продукта, миссенс-мутации, которые приводят к замене одной аминокислоты на другую и могут влиять на структуру синтезируемого белка, хотя часто они оказываются незначительными, нонсенс-мутации, приводящие к замене кодирующего кодона на стоп-кодон, мутации, приводящие к нарушению сплайсинга:

Рис. 24. Схемы мутаций

Также по механизму воздействия на белок выделяют мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания, например, инсерции и делеции. Такие мутации, как и нонсенс-мутации, хоть и возникают в одной точке гена, часто воздействуют на всю структуру белка, что может привести к полному изменению его структуры.

Рис. 25. Схема мутации, приводящей к сдвигу рамки считывания

Хромосомные мутации

Рис. 26. Хромосомные абберации

Хромосомными мутациями называются мутации, которые затрагивают отдельные гены в рамках одной хромосомы. Различают делеции, когда теряется один или несколько генов, дупликации, когда удваивается тот или иной ген или несколько генов, инверсии, когда участок хромосомы поворачивается на 180 градусов, транслокации, когда гены переходят с одной хромосомы на другую. 

 

Рис. 27. Схемы хромосомных мутаций: делеции, дупликации, инверсии

Рис. 28. Транслокация	Рис. 29. Хромосома до и после дупликации

Геномные мутации

Наконец, геномные мутации затрагивают весь геном целиком, то есть меняется количество хромосом. Выделяют полиплоидии — увеличение плоидности клетки, и анеуплоидии, то есть изменение количества хромосом, например, трисомии (наличие у одной из хромосом дополнительного гомолога) и моносомии (отсутствие у хромосомы гомолога).

Видео по теме ДНК

РЕПЛИКАЦИЯ ДНК, КОДИРОВАНИЕ РНК, СИНТЕЗ БЕЛКА

(Если видео не отображается оно доступно по ссылке→)

См. дополнительно:

• Нуклеиновые кислоты (PDF)
• Общие сведения о секвенировании биополимеров
• Метагеномика и микробиом
• Бактериальный иммунитет и система CRISPR/Cas
• Трансляция белка на рисбосоме (общие сведения)
• Раскрыт секрет спиральной структуры ДНК (новое о ДНК)
• Антимутагенные свойства пробиотиков (в свете защиты ДНК)
• МикроРНК, микробиом кишечника и иммунитет
• Эпигенетика, короткоцепочечные жирные кислоты и врожденная иммунная память
• Замедление старения: роль питательных веществ и микробиоты в модуляции эпигенома (о метилировании ДНК)

Литература в помощь:

Будьте здоровы!

ССЫЛКИ К РАЗДЕЛУ О ПРЕПАРАТАХ ПРОБИОТИКАХ

1. ПРОБИОТИКИ
2. ПРОБИОТИКИ И ПРЕБИОТИКИ
3. СИНБИОТИКИ
4. ДОМАШНИЕ ЗАКВАСКИ
5. КОНЦЕНТРАТ БИФИДОБАКТЕРИЙ ЖИДКИЙ
6. ПРОПИОНИКС
7. ЙОДПРОПИОНИКС
8. СЕЛЕНПРОПИОНИКС
9. ГЕМОПРОПИОВИТ
10. БИФИКАРДИО
11. ПРОБИОТИКИ С ПНЖК
12. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ
13. БИФИДОБАКТЕРИИ
14. ПРОПИОНОВОКИСЛЫЕ БАКТЕРИИ
15. МИКРОБИОМ ЧЕЛОВЕКА
16. МИКРОФЛОРА ЖКТ
17. ДИСБИОЗ КИШЕЧНИКА
18. МИКРОБИОМ и ВЗК
19. МИКРОБИОМ И РАК
20. МИКРОБИОМ, СЕРДЦЕ И СОСУДЫ
21. МИКРОБИОМ И ПЕЧЕНЬ
22. МИКРОБИОМ И ПОЧКИ
23. МИКРОБИОМ И ЛЕГКИЕ
24. МИКРОБИОМ И ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА
25. МИКРОБИОМ И ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА
26. МИКРОБИОМ И КОЖНЫЕ БОЛЕЗНИ
27. МИКРОБИОМ И КОСТИ
28. МИКРОБИОМ И ОЖИРЕНИЕ
29. МИКРОБИОМ И САХАРНЫЙ ДИАБЕТ
30. МИКРОБИОМ И ФУНКЦИИ МОЗГА
31. АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА
32. АНТИОКСИДАНТНЫЕ ФЕРМЕНТЫ
33. АНТИМУТАГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ
34. МИКРОБИОМ и ИММУНИТЕТ
35. МИКРОБИОМ И АУТОИММУННЫЕ БОЛЕЗНИ
36. ПРОБИОТИКИ и ГРУДНЫЕ ДЕТИ
37. ПРОБИОТИКИ, БЕРЕМЕННОСТЬ, РОДЫ
38. ВИТАМИННЫЙ СИНТЕЗ
39. АМИНОКИСЛОТНЫЙ СИНТЕЗ
40. АНТИМИКРОБНЫЕ СВОЙСТВА
41. КОРОТКОЦЕПОЧЕЧНЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
42. СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ
43. АЛИМЕНТАРНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ
44. МИКРОБИОМ И ПРЕЦИЗИОННОЕ ПИТАНИЕ
45. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ
46. ПРОБИОТИКИ ДЛЯ СПОРТСМЕНОВ
47. ПРОИЗВОДСТВО ПРОБИОТИКОВ
48. ЗАКВАСКИ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
49. НОВОСТИ