Свойства генетического кода:
Триплетность – три нуклеотида формируют кодон, кодирующий аминокислоту. Всего насчитывают 61 смысловых кодонов.
Специфичность (или однозначность) – каждому кодону соответствует только одна аминокислота.
Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
Универсальность – биологический код одинаков для всех видов организмов на Земле (однако в митохондриях млекопитающих есть исключения).
Колинеарность (линейность) – последовательность кодонов соответствует последовательности аминокислот в кодируемом белке.
Неперекрываемость – триплеты не накладываются друг на друга, располагаясь рядом.
Отсутствие знаков препинания – между триплетами нет дополнительных нуклеотидов или каких-либо иных сигналов.
Однонаправленность – при синтезе белка считывание кодонов идет последовательно, без пропусков или возвратов назад.
Химический состав и биологическая роль РНК: Строение РНК – полимер, мономерами которого служат нуклеотиды. Три азотистых основания те же, что в составе ДНК (аденин, гуанин, цитозин); четвертое - урацил - присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК содержат вместо дизоксирибозы рибозу. В цепочке РНК нуклеотиды соединяются ковалентными связями между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого. Рибоза в отличие от дезоксирибозы имеет дополнительную -ОН-группу (гидроксильную). Это обстоятельство позволяет РНК легче вступать в химические реакции.
Биологическая роль РНК- участие в биосинтезе белка. 1. м-РНК выполняют функции матриц белкового синтеза, определяют аминокислотную последовательность белка. (считывает генетическую информацию о первичной структуре белка с ДНК)
2. р-РНК выполняют функцию структурных компонентов рибосом, обеспечивает их правильное связывание с иРНК.
3. т-РНК - адапторные молекулы, участвуют в трансляции информации м-РНК в последовательность аминокислот в белках. (переносит аминокислоты к рибосомам в процессе биосинтеза белка)
Виды РНК: РНК может быть 3 типов: рибосомальная, информационная (или матричная), транспортная.
мРНК составляет 3—5% всей РНК клетки. Это одноцепочечная молекула, образующаяся на одной из цепей ДНК в процессе, называемом транскрипцией. При синтезе мРНК копируется только одна цепь молекулы ДНК. Последовательность оснований в мРНК представляет собой комплементарную копию соответствующей цепи ДНК; длина ее варьирует в зависимости от длины полипептидной цепи, которую она кодирует. Большая часть мРНК находится в клетке лишь короткое время. У бактерий это может быть всего несколько минут, тогда как в развивающихся эритроцитах мРНК может служить матрицей для синтеза гемоглобина в течение нескольких дней.
Рибосомная РНК составляет примерно 80% всей РНК клетки. образует рибосому, составляя до 65% их массы. Число рибосом в клетке до 1 000 000. Она кодируется генами, находящимися в ДНК нескольких хромосом, расположенных в участке ядрышка. Последовательность оснований в рРНК сходна у всех организмов — от бактерий до высших растений и животных. рРНК содержится в цитоплазме, где она связана с белковыми молекулами, образуя вместе с ними клеточные органеллы, называемые рибосомами.
Транспортная РНК - тРНК - самые мелкие молекулы РНК с молекулярной массой до 30000, составляют 20% от всех РНК клетки. Функция заключается в транспортировке аминокислот на рибосому, каждой из 20 аминокислот соответствует своя тРНК. Молекула тРНК представляет одиночную цепь закрученную в сложную пространственную структуру - "клеверный лист". Аминокислота присоединяется к акцептирующему стеблю. Антикодоновая петля содержит антикодон из трех нуклеотидов, комплиментарных кодону данной аминокислоте в мРНК (мРНК содержит-ГЦЦ, то тРНК - ЦГГ) он обеспечивает специфичность взаимодействия тРНК и мРНК.
На 5'-конце молекулы тРНК всегда находится гуанин, а на З'-конце — последовательность оснований ЦЦА. Последовательность нуклеотидов в остальной части молекулы варьирует и может содержать «необычные» основания, такие как инозин и псевдоурацил. Последовательность оснований в триплете антикодона строго соответствует той аминокислоте, которую переносит данная молекула тРНК. Каждая аминокислота присоединяется к одной из своих специфичных тРНК при участии фермента амино-ацил-тРНК-синтетазы. В результате образуется комплекс аминокислота-тРНК, известный как аминоацил-тРНК, в котором энергия связи между концевым нуклеотидом А в триплете ЦЦА и аминокислотой достаточна, чтобы в дальнейшем могла образоваться связь с соседней аминокислотой. Таким образом синтезируется полипептидная цепь.
Псевдоуридиновая петля -при помощи нее взаимодействует тРНК с рибосомой. Петля лигидроуридиновая - она участвует во взаимодействии со специфичным активирующим ферментом.
Регуляции работы генов:
Регуляторными элементами являются следующие:
— промотор — Промотор – посадочная площадка для РНК-полимеразы
- оператор - особый участок ДНК, с которого начинается операция – синтез иРНК.
- терминатор - участок в конце оперона, сигнализирующий о прекращении транскрипции.
Регуляция экспрессии генов у прокариот.
У прокариот пока молекула РНК синтезируется на участке ДНК, она тут же может транслироваться (начиная с уже синтезированного конца). Поэтому у них регуляция экспрессии (активности) генов осуществляется почти исключительно на уровне ДНК, так как в РНК часто невозможно внести какие-нибудь изменения до ее трансляции.
В свою очередь активность белка-репрессора может блокироваться определенным для него низкомолекулярным соединением — индуктором (тем или иным питательным веществом бактерий). В результате взаимодействия с индуктором белок-репрессор видоизменяется и уже не может присоединиться к оператору своего оперона. В этом случае гены оперона экспрессируются (т. е. на них идет синтез).
Бывает обратная ситуация, когда индуктор активирует белок-репрессор.
Таким образом, в зависимости от того, какие индукторы находятся в цитоплазме, у прокариот экспрессируются те или иные генные группы.
Вышеописанный механизм экспрессии генов относится к негативной регуляции, так как гены транскрибируются, если они не выключены репрессором. И наоборот: не транскрибируются, если выключены.
Кроме негативной регуляции у бактерий существует также позитивная. В этом случае вместо белка-репрессора действие оказывает белок-активатор. На эти белки также действуют индукторы, активируя или инактивируя их.
Также у прокариот были выявлены опероны, которые актируются двумя регуляторными белками, соединенными друг с другом.