3. Репликация днк, генетический код, реализация генетической информации.
3.1. Репликация ДНК. Поскольку ДНК является молекулой наследственности, то для реализации этого свойства она должна точно копировать саму себя и таким образом сохранять имеющуюся в исходной молекуле ДНК информацию в виде определённой последовательности нуклеотидов. Это обеспечивается за счёт особого процесса, который называется репликацией или редупликацией.
Репликация - это удвоение молекулы ДНК. В основе репликации лежат правила Эдвина Чаргаффа (А+Г=Т+Ц) т.е. сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых оснований. Строгое соответствие нуклеотидов друг другу в парных цепочках ДНК называется комплементарностью (взаимодополняемостью).
Этапы репликации:
№ |
Этапы репликации. |
1 |
Специальные ферменты раскручивают двойную спираль молекулы ДНК и разрывают водородные связи между цепочками. |
2 |
Фермент ДНК-полимераза движется вдоль одной цепочки ДНК от 3 атома углерода к 5 атому и по правилу комплементарности (А-Т, Г-Ц) присоединяет соответствующие нуклеотиды. Эта цепочка называется лидирующей, её удвоение идет непрерывно. |
3 |
Вторая цепочка отстающая расположена антипаралельно первой, а ДНК-полимераза 1 может двигаться только в одном направлении от З атома углерода к 5 атому, следовательно, она копируется отдельными фрагментами по мере раскручивания молекулы ДНК. Фрагменты сшиваются специальными ферментами - лигазами по принципу антипараллельности. |
4 |
После репликации каждая молекула ДНК содержит одну «материнскую» цепочку и вторую вновь синтезированную «дочернюю». Такой принцип синтеза называется полуконсервативным, т.е. одна цепочка в новой молекуле ДНК «старая», а вторая «новая». |
3.2.Генетический код.
Для молекулы наследственности, которой является ДНК, свойственно не только самоудвоение (репликация), но и кодирование информации с помощь определённой последовательности нуклеотидов. Известно, что ДНК состоит из четырёх видов нуклеотидов, то есть информация в ДНК записывается 4 буквами (А, Т, Г, Ц). Математические расчёты показывают, что
Если использовать 1 нуклеотид, то получим 4 разных сочетания, 4<20.
Если использовать 2 нуклеотида, то получим 16 разных сочетаний (42=16), 16<20.
Если использовать 3 нуклеотида, то получим 64 разных сочетания (43=64), 64>20.
Таким образом, комбинации из 3 нуклеотидов будет достаточно, чтобы закодировать 20 аминокислот. Из 64 возможных триплетов 61 триплет кодирует 20 незаменимых аминокислот, обнаруженных в составе клеточных белков, а 3 триплета являются стоп- сигналами или терминаторами, которые прекращают считывание информации.
Сочетания из трёх нуклеотидов, кодирующие определённые аминокислоты, называются кодом ДНК, или генетическим кодом. В настоящее время генетический код полностью расшифрован, то есть известно, какие триплетные сочетания нуклеотидов кодируют 20 аминокислот. Пользуясь комбинацией, состоящей из трёх нуклеотидов, можно закодировать больше аминокислот, чем необходимо для кодирования 20 аминокислот. Оказалось, что каждая аминокислота может кодироваться несколькими триплетами, кроме метионина и триптофана. Аминокислоты входящие в состав природных белков могут относится к разным группам, заменимые кислоты (З), незаменимые (НЗ).
Генетический код - это система записи генетической информации в ДНК в виде определённой последовательности нуклеотидов (или способ записи последовательности аминокислот в белке с помощью нуклеотидов).
Генетический код обладает несколькими свойствами (7 свойств).
Свойства генетического кода.
№ |
Свойства |
Характеристика |
1 |
Триплетность |
Одну аминокислоту кодирует последовательность из трёх нуклеотидов (триплет или кодон). Например, аминокислоту метионин кодирует триплет АУГ, а аминокислоту триптофан триплет УГГ. |
2 |
Универсальность |
Одинаковые триплеты (кодоны) кодируют одни и те же аминокислоты у всех живых организмов. Например, триплет АУГ кодирует метионин у всех клеток от бактерий до человека (бактерии, грибы, растения, животные, человек). |
3 |
Однозначность или специфичность. |
Один триплет кодирует только одну аминокислоту. Например, триплет ГЦУ кодирует только аланин. |
4 |
Избыточность или вырожденность |
Все аминокислоты, кроме метионина и триптофана могут кодироваться несколькими разными триплетами (кодонами). Например, аминокислоту аланин кодируют 4 триплета (ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ). Это повышает надёжность хранения и передачи информации при делении клеток. |
5 |
Неперекрываемость |
Один нуклеотид одновременно не может входить в состав нескольких триплетов (кодонов), т.е. какой-либо нуклеотид не является одновременно частью другого триплета. Например, последовательность нуклеотидов в м-РНК следующая АУГАГЦ, считывается как АУГ, АГЦ, а не АУГ, ГАГ. |
6 |
Однонаправленность или линейность |
Считывание информации с кодирующей цепочки ДНК идёт в одном направлении, т.е. триплеты прочитываются последовательно в направлении закодированной записи от 5 атома углерода к 3 атому (или от 5 конца к 3 концу). Начало считывания определяется инициирующим (или стартовым, начальным) триплетом АУГ, который кодирует аминокислоту метионин, а конец терминирующими триплетами или стоп - кодоны УАА, УАГ, У ГА, которые не кодируют аминокислоты. |
7 |
Непрерывность |
Триплеты в молекуле ДНК следуют один за другим без перерывов, т.е. без разделительных знаков внутри гена, но с разделительными знаками между генами. |