13. Понятие о генетическом коде. Свойства генетического кода.

Ген - структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК.

Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

В ДНК используется четыре нуклеотида — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменён похожим нуклеотидом — урацилом, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.

Свойства генетического кода

• Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

• Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

• Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

• Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (однако, кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин)

• Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

• Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии, однако есть ряд исключений.

• Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

14. Транскрипция

Для того чтобы хранящаяся в ДНК информация могла быть использована, ее необходимо переписать (транскрибировать) в последовательность РНК. При этом ДНК служит только матрицей, т. е. она не меняется в процессе транскрипции. Транскрибируемые последовательности ДНК, т. е. участки ДНК, которые кодируют определенные белки, называются генами.

Транскрипция осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами. Они действуют подобно ДНК-полимеразам, за исключением того, что включают во вновь синтезируемую цепь РНК (RNA) рибонуклеотиды вместо дезоксирибонуклеотидов и не нуждаются в праймерах. Эукариотические клетки обычно содержат по крайней мере три различных типа РНК-полимераз.

РНК-полимераза связывается с 3'-концом промоторного участка. Последовательность, обеспечивающая это связывание, так называемый ТАТА-бокс, короткий А- и Т-обогащенный участок. Типичная последовательность (каноническая) — ...ТАТААА... . Для взаимодействия полимеразы с этим участком необходимы несколько белков, основных факторов транскрипции. Дополнительные факторы могут либо стимулировать, либо ингибировать этот процесс.

После инициации синтеза, РНК-полимераза движется в направлении 3'→5' матричной цепи. В процессе инициации фермент разделяет короткий участок двойной спирали ДНК на две отдельные цепочки. Нуклеозидтрифосфаты связываются комплементарно на кодирующей цепочке ДНК водородными связями и шаг за шагом присоединяются к растущей молекуле РНК. Вскоре после начала элонгации 5'-конец транскрипта защищается «кэпом». Как только транскрипция доходит до сайта полиаденилирования (обычно это последовательность ...ААТААА...), транскрипт отщепляется. После этого полимераза прекращает транскрипцию и диссоциирует от ДНК.

Полимеразная цепная реакция.

Метод основан на многократном избирательном копировании определённого участка нуклеиновой кислоты ДНК при помощи ферментов в искусственных условиях (in vitro). При этом происходит копирование только того участка, который удовлетворяет заданным условиям, и только в том случае, если он присутствует в исследуемом образце. В отличие от амплификации ДНК в живых организмах, (репликации), с помощью ПЦР амплифицируются относительно короткие участки ДНК. В обычном ПЦР-процессе длина копируемых ДНК-участков составляет не более 3000 пар оснований. С помощью смеси различных полимераз, с использованием добавок и при определённых условиях длина ПЦР-фрагмента может достигать 20—40 тысяч пар нуклеотидов. Это всё равно значительно меньше длины хромосомной ДНК эукариотической клетки. Например, геном человека состоит примерно из 3 млрд пар оснований.

Калиевые каналы.

В клеточных мембранах существуют особые каналы, осуществляющие селективный транспорт ионов калия через мембрану. В этих каналах существует одна большая полость, способная вместить в себя до 80 молекул воды - сюда попадают различные гидратированные ионы. Далее канал сужается, причём размеры полостей таковы, что в них стабилизируются ионы калия, гидратированные восемью молекулами воды. Всего таких «узких» полостей семь; после прохождения через них ион калия выходит из мембраны и расширяет свою гидратную оболочку. Направление переноса соответствует градиенту концентрации К+ (изнутри клетки наружу).