ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Свойства кода	Характеристики
Код триплетен	Каждой аминокислоте соответствует сочетание из 3-х нуклеотидов.
Код однозначен	Каждый триплетный код соответствует только одной аминокислоте.
Код вырожден	Каждая аминокислота имеет более, чем 1 код. Например: для глицина существует 4 кода: ЦЦА; ЦЦГ; ЦЦТ; ЦЦЦ. В основном аминокислоты имеют 2-3 кода
Код универсален	Все живые организмы имеют одинаковый код аминокислот.
Код непрерывен	Между кодами нет промежутков. Всего 64 кода; из них 61 - смысловой, то есть соответствует аминокислотам; а 3 кода - стоп-коды, которые не соответствуют аминокислотам, а заполняют промежутки между генами.

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

ЭТАПЫ СИНТЕЗА	ХАРАКТЕРИСТИКА
I. Транскрипция	Биосинтез всех видов РНК на матрице ДНК. Протекает в ядре в синтетиче-скую фазу. Синтез идет только на одной цепи ДНК. В зависимости от генов синтезируются различные иРНК и 20 разновидностей тРНК, соответствующие 20 аминокислотам
II. Трансляция	Синтез полипептидных цепей белка, осуществляемый на рибосомах, иРНК является посредником в передаче информации о структуре белка
	1. Образование комплекса рибосома - тРНК	Происходит соединение иРНК с 2-мя субъединицами рибосомы и образование комплекса
	2. Активирование аминокислот	Каждая аминокислота соединяется со своей тРНК, антикодон которой соответствует кодону иРНК. Присоединение идет за счет энергии АТФ. тРНК переносит аминокислоты к месту синтеза на рибосомы
	3. Собственно синтез белка	тРНК с аминокислотами по принципу комплементарности соединяются с иРНК и входят в рибосому. В пептидном центре происходит освобождение аминокислоты от тРНК и образование пептидной связи между предыдущей и последующей аминокислотой, иРНК каждый раз продвигается на один триплет, внося в рибосому тРНК с аминокислотой, а вынося свободную тРНК
	4. Окончание синтеза	Синтез заканчивается, когда на иРНК начинаются бессмысленные кодоны (набор 3-х стоп-кодов). Рибосомы соскакивают с иРНК и распадаются на 2 субъединицы. Полипептидная цепь одновременно снимается с рибосомы и поступает внутрь ЭПС, где дозревает и приобретает все структуры белка

Таблица генетического кода

Аминокислота	Кодирующие триплеты — кодоны
Аланин	ГЦУ	ГЦЦ	ГЦА	ГЦГ
Аргинин	ЦГУ	ЦГЦ	ЦГА	ЦГГ	АГА	АГГ
Аспарагин	ААУ	ААЦ
Аспарагиновая кислота	ГАУ	ГАЦ
Валин	ГУУ	ГУЦ	ГУА	ГУГ
Гистидин	ЦАУ	ЦАЦ
Глицин	ГГУ	ГГЦ	ГГА	ГГГ
Глутамин			ЦАА	ЦАГ
Глутаминовая кислота			ГАА	ГАГ
Изолейцин	АУУ	АУЦ	АУА
Лейцин	ЦУУ	ЦУЦ	ЦУА	ЦУГ	УУА	УУГ
Лизин			ААА	ААГ
Метионин				АУГ
Пролин	ЦЦУ	ЦЦЦ	ЦЦА	ЦЦГ
Серин	УЦУ	УЦЦ	УЦА	УЦГ	АГУ	АГЦ
Тирозин	УАУ	УАЦ
Треонин	АЦУ	АЦЦ	АЦА	АЦГ
Триптофан				УГГ
Фенилаланин	УУУ	УУЦ
Цистеин	УГУ	УГЦ
Знаки препинания			УГА	УАГ	УАА

Алгоритм решения задач.

Тип 1. Самокопирование ДНК. Одна из цепочек ДНК имеет такую последовательность нуклеотидов:       АГТАЦЦГАТАЦТЦГАТТТАЦГ... Какую последовательность нуклеотидов имеет вторая цепочка той же молекулы? Чтобы написать последовательность нуклеотидов второй цепочки молекулы ДНК, когда известна последовательность первой цепочки, достаточно заменить тимин на аденин, аденин на тимин, гуанин- на цитозин и цитозин на гуанин. Произведя такую замену, получаем последовательность:       ТАЦТГГЦТАТГАГЦТАААТГ... Тип 2. Кодирование белков. Цепочка аминокислот белка рибонуклеазы имеет следующее начало:лизин-глутамин-треонин-аланин-аланин-аланин-лизин... С какой последовательности нуклеотидов начинается ген, соответствующий этому белку? Для этого следует воспользоваться таблицей генетического кода. Для каждой аминокислоты находим ее кодовое обозначение в виде соответствующей тройки нуклеотидов и выписываем его. Располагая эти тройки друг за другом в таком же порядке, в каком идут соответствующие им аминокислоты, получаем формулу строения участка информационной РНК. Как правило таких троек несколько, выбор делается по Вашему решению (но, берется только одна из троек). Решений соответственно может быть несколько.       АААЦАААЦУГЦГГЦУГЦГААГ Тип 3. Декодирование молекул ДНК. С какой последовательности аминокислот начинается белок, если он закодирован такой последовательностью нуклеотидов:       АЦГЦЦЦАТГГЦЦГГТ... По принципу комплементарности находим строение участка информационной РНК, образующейся на данном отрезке молекулы ДНК:       УГЦГГГУАЦЦГГЦЦА... Затем обращаемся к таблице генетического кода и для каждой тройки нуклеотидов, начиная с первой, находим и выписываем соответствующую ей аминокислоту:       Цистеин-глицин-тирозин-аргинин-пролин-...

В молекулах транспортных РНК (тРНК) триплеты образуют антикодоны

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

Решение задач по молекулярной генетике

Ген – это участок ДНК, кодирующий определенный белок. Малейшее изменение структуры ДНК ведет к изменениям белка, что в свою очередь изменяет цепь биохимических реакций с его участием, определяющих тот или иной признак или серию признаков.

Первичная структура белка, т.е. последовательность амнокислотных остатков, зашифрована в ДНК в виде последовательности азотистых оснований аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г) и цитозина (Ц). Каждая аминокислота кодируется одной или несколькими последовательностями из трех нуклеотидов – триплетами. Синтезу белка предшествует перенос его кода с ДНК на информационную РНК (иРНК) –транскрипция. При транскрипции выполняется принцип дополнения, или комплементарности: А, Т, Г и Ц в ДНК соответствуют У (урацил), А, Ц и Г в иРНК. Непосредственно синтез белка, или трансляция, происходит на рибосоме: аминокислоты, подносимые к рибосоме своими транспортными РНК (тРНК), соединяются в полипептидную цепь белка соответственно триплетам оснований иРНК.

Однозначная связь между последовательностями нуклеотидов в ДНК и аминокислот в полипептидной цепи белка позволяет по одной из них определить другую. Зная изменения в ДНК, можно сказать, как изменится первичная структура белка.

Задача 1. Фрагмент молекулы ДНК состоит из нуклеотидов, расположенных в следующей последовательности: ТАААТГГЦААЦЦ. Определите состав и последовательность аминокислот в полипептидной цепи, закодированной в этом участке гена.

Решение

Выписываем нуклеотиды ДНК и, разбивая их на триплеты, получаем кодоны цепи молекулы ДНК:  ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ. Составляем триплеты иРНК, комплементарные кодонам ДНК, и записываем их строчкой ниже: ДНК: ТАА–АТГ–ГЦА–АЦЦ  иРНК: АУУ–УАЦ–ЦГУ–УТТ. По таблице кодонов (Приложение 6) определяем, какая аминокислота закодирована каждым триплетом иРНК:  Иле–Тир–Арг–Трп.

Задача 2. Фрагмент молекулы содержит аминокислоты: аспарагиновая кислота–аланин–метионин–валин. Определите:

а) какова структура участка молекулы ДНК, кодирующего эту последовательность аминокислот;  б) количество (в %) различных видов нуклеотидов в этом участке гена (в двух цепях);  в) длину этого участка гена.

Решение

а) По таблице кодонов (Приложение 6) находим триплеты иРНК, кодирующие каждую из указанных аминокислот. Белок: Асп–Ала–Мет–Вал иРНК: ГАЦ–ГЦА–АУГ–ГУУ Если аминокислоте соответствуют несколькими кодонов, то можно выбрать любой из них. Определяем строение той цепочки ДНК, которая кодировала строение иРНК. Для этого под каждым кодоном молекулы иРНК записываем комплементарный ему кодон молекулы ДНК. 1-я цепь ДНК: ЦТГ–ЦГТ–ТАЦ–ЦАА.

б) Чтобы определить количество (%) нуклеотидов в этом гене, необходимо, используя принцип комплементарности (А–Т, Г–Ц), достроить вторую цепь ДНК: 2-я цепь ДНК: ГАЦ–ГЦА–АТГ–ГТТ Находим количество нуклеотидов (нтд): в двух цепях – 24 нтд, из них А = 6. Составляем пропорцию: 24 нтд – 100% 6 нтд – х%  х = (6x100) : 24 = 25%

По правилу Чаргаффа количество аденина в молекуле ДНК равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина. Поэтому:

Т = А = 25%  Т + А = 50%, следовательно  Ц + Г = 100% – 50% = 50%. Ц = Г = 25%.

в) Молекула ДНК всегда двухцепочечная, ее длина равна длине одной цепи. Длина каждого нуклеотида составляет 0,34 нм, следовательно:  12 нтд x 0,34 = 4,08 нм.

Задача 3. Молекулярная масса белка Х равна 50 тыс. дальтонов (50 кДа). Определите длину соответствующего гена.

Примечание. Среднюю молекулярную массу одной аминокислоты можно принять равной 100 Да, а одного нуклеотида – 345 Да.

Решение

Белок Х состоит из 50 000 : 100 = 500 аминокислот. Одна из цепей гена, кодирующего белок X, должна состоять из 500 триплетов, или 500 x 3 = 1500 нтд. Длина такой цепи ДНК равна 1500 x 0,34 нм = 510 нм. Такова же длина гена (двухцепочечного участка ДНК).