Ген и генетический код, биология

Генетика (греч. γενητως — порождающий, происходящий от кого-то) – наука о наследственности и изменчивости. Это определение отлично соответствует афоризму А.П. Чехова “Краткость – сестра таланта”. В словах наследственность и изменчивость скрыта вся сущность генетики, к изучению которой мы приступаем.

Ген и генетический код, Биология

Наследственность подразумевает возможность передачи из поколения в поколение различных признаков и свойств, общих особенностей развития. Это происходит благодаря способности ДНК к самоудвоению (репликации) и дальнейшему равномерному распределению генетического материала.

Изменчивость подразумевает способность организмов приобретать новые признаки, которые отличают их от родительских особей. Вследствие этого формируется материал для главного направленного фактора эволюции – естественного отбора, который отбирает наиболее приспособленных особей.

Мы с вами – истинное чудо генетики 🙂 Очевидно, что в чем-то мы схожи с собственными родителями, в чем-то отличаемся от них. Гены, которые собраны в нас, уже миллионы лет передаются из поколения в поколение, в каждом поколении совершая чудо вновь и вновь.

Ген и генетический код, Биология

Ген и генетический код

Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий последовательность аминокислот для синтеза одного белка. Генетическая информация в ДНК реализуется с помощью процессов транскрипции и трансляции, изученных нами ранее.

Ген и генетический код, Биология

В одной молекуле ДНК зашифрованы сотни тысяч различных белков. Все наши соматические клетки имеют одну и ту же молекулу ДНК. Задумайтесь: почему же в таком случае клетки кожи отличаются от клеток печени, миоцитов, клеток эпителия рта – ведь ДНК везде одинакова!

Это происходит потому, что в разных клетках одни гены “выключены”, а другие “активны”: транскрипция идет только с активных генов. Именно из-за этого наши клетки отличаются по строению, функции и форме.

Ген и генетический код, Биология

Способ кодирования последовательности аминокислот в белке с помощью генов – универсальный способ для всех живых организмов, доказывающий единство их происхождения. Выделяют следующие свойства генетического кода:

  • Триплетность
  • Каждой аминокислоте соответствует 3 нуклеотида (триплет ДНК, кодон иРНК). Существует 64 кодона, из которых 3 являются нонсенс кодонами (стоп-кодонами)

  • Непрерывность (компактность)
  • Информация считывается непрерывно – внутри гена нет знаков препинания: так как ген кодирует один белок, то было бы нецелесообразно разделять его на части. Стоп-кодоны – “знаки препинания” – есть между генами, которые кодируют разные белки.

  • Неперекрываемость
  • Один и тот же нуклеотид не может принадлежать 2,3 и более триплетам ДНК/кодонам иРНК. Он входит в состав только одного триплета.

  • Специфичность (однозначность)
  • Один кодон соответствует строго одной аминокислоте и никакой другой более соответствовать не может.

  • Избыточность (вырожденность)
  • Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (при этом одну а/к кодируют 3 нуклеотида.) Ген и генетический код, Биология

  • Коллинеарность (лат. con — вместе и linea — линия)
  • Соответствие линейной последовательности кодонов иРНК последовательности аминокислот в молекуле белка.

  • Однонаправленность
  • Кодоны считываются строго в одном направлении от первого к последующим. Считывание происходит в процессе трансляции. Ген и генетический код, Биология

  • Универсальность
  • Генетический код един для всех живых организмов, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого.

Аллельные гены

Аллельные гены (греч. allélon — взаимно) – гены, занимающие одинаковое положение в локусах гомологичных хромосом и отвечающие за развитие одного и того же признака. Такими признаками могут являться: цвет глаз (карий и голубой), владение рукой (праворукость и леворукость), тип волос (вьющиеся и прямые волосы).

Локусом (лат. locus — место) – в генетике обозначают положение определенного гена в хромосоме.

Ген и генетический код, Биология

Обратите внимание, что гены всегда парные, по этой причине генотип должен быть записан двумя генами – AA, Aa, aa. Писать только один ген было бы ошибкой.

Признаки бывают доминантными (от лат. dominus – господствующий), которые проявляются у гибридов первого поколения, и рецессивными (лат. recessus – отступающий) – не проявляющимися.

У человека доминантный признак – карий цвет глаз (ген – А), рецессивный признак – голубой цвет глаз (ген – а).

Именно поэтому у человека с генотипом Aa будет карий цвет глаз: А – доминантный аллель подавляет a – рецессивный аллель.

Ген и генетический код, Биология

Генотип организма (совокупность генов – AA, Aa, aa) может быть описан терминами:

  • Гомозиготный (в случае, когда оба гена либо доминантны, либо рецессивны) – AA, aa
  • Гетерозиготный (в случае, когда один ген доминантный, а другой – рецессивный) – Аа

Понять, какой признак является подавляемым – рецессивным, а какой подавляющим – доминантным, можно в результате основного метода генетики – гибридологического, то есть путем скрещивания особей и изучения их потомства.

Гаметы

Гамета (греч. gamos – женщина в браке) – половая клетка, образующаяся в результате гаметогенеза (путем мейоза) и обеспечивающая половое размножение организмов. Гамета (сперматозоид/яйцеклетка) имеет гаплоидный набор хромосом – n, при слиянии двух гамет набор восстанавливается до диплоидного – 2n.

Часто в генетических задачах требуется написать гаметы для особей с различным генотипом. Для правильного решения задачи необходимо знать и понимать следующие правила:

  • В гаметах представлены все гены, составляющие гаплоидный набор хромосом – n
  • В каждую гамету попадает только одна хромосома из гомологичной пары
  • Число возможных вариантов гамет можно рассчитать по формуле 2i = n, где i – число генов в гетерозиготном состоянии в генотипе
  • К примеру для особи AABbCCDDEeFfGg количество гамет будет рассчитываться исходя из количества генов в гетерозиготном состоянии, которых в генотипе 4: Bb, Ee, Ff, Gg. Формула будет записана 24 = 16 гамет.

  • Одну гомологичную хромосому ребенок всегда получает от отца, другую – от матери
  • Организмы, у которых проявляется рецессивный признак – гомозиготны (аа). У гетерозигот (при полном доминировании) всегда проявляется доминантный ген (гетерозигота – Aa).

Осознайте изученные правила и посмотрите на картинку ниже. Здесь мы образуем гаметы для различных особей: AA, Aa, aa. При решении генетических задач гаметы принято обводить в кружок, не следует повторяться при написании гамет – это ошибка.

К примеру, у особи “AA” мы напишем только одну гамету “А” и не будем повторяться, а у особи “Aa” напишем два типа гамет “A” и “a”, так как они различаются между собой.

Ген и генетический код, Биология

Гибридологический метод

Мы приступаем к изучению методологии генетики, то есть тех методов, которые использует генетика. Один из первых методов генетики, предложенный самим Грегором Менделем – гибридологический.

Этот метод основан на скрещивании организмов между собой и дальнейшем анализе полученного потомства от данного скрещивания. С помощью гибридологического метода возможно изучение наследственных свойств организмов, определение рецессивных и доминантных генов.

Ген и генетический код, Биология

Цитогенетический метод

С помощью данного метода становится возможным изучение наследственного материала клетки. Врач-генетик может построить карту хромосом пациента (кариотип) и на основании этого сделать вывод о наличии или отсутствии наследственных заболеваний.

Если быть более точным, кариотипом называют совокупность признаков хромосом: строения, формы, размера и числа. При наследственных заболеваниях может быть нарушена структура хромосом (часто летальный исход), иногда нарушено их количество (синдром Дауна, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера).

Генеалогический метод (греч. γενεαλογία — родословная)

Генеалогический метод является универсальным методом медицинской генетики и основан на составлении родословных. Человек, с которого начинают составление родословной – пробанд. В результате изучения родословной врач-генетик может предположить вероятность возникновения тех или иных заболеваний.

По мере изучения законов Менделя, хромосомной теории, я непременно буду обращать ваше внимание на родословные. Вы научитесь видеть детали, по которым можно будет сказать об изучаемом признаке: “рецессивный он или доминантный?”, “сцеплен с полом или не сцеплен?”

На предложенной родословной в поколениях семьи хорошо прослеживается наследование не сцепленного с полом (аутосомного) рецессивного признака (например, альбинизма). Это можно определить по ряду признаков, которые я в следующих статьях научу вас видеть. Аутосомно-рецессивный тип наследования можно заподозрить, если:

  • Заболевание проявляется только у гомозигот
  • Родители клинически здоровы
  • Если больны оба родителя, то все их дети будут больны
  • В браке больного со здоровым рождаются здоровые дети (если здоровый не гетерозиготен)
  • Оба пола поражаются одинаково

Сейчас это может показаться сложным, но не волнуйтесь – решая генетические задачи вы сами “дойдете” до этих правил, и через некоторое время они будут казаться вам очевидными.

Близнецовый метод

Применение близнецового метода в генетике – вопрос удачи. Ведь для этого нужны организмы, чьи генотипы похожи “один в один”: такими являются однояйцевые близнецы, их появление подчинено случайности.

Близнецовый метод изучает влияние наследственных факторов и внешней среды на формирование фенотипа – совокупности внешних и внутренних признаков организма. К фенотипу относят физические черты: размеры частей тела, цвет кожи, форму и особенности строения внутренних органов и т.д.

Часто изучению подвергают склонность к различным заболеваниям. Интересный факт: если психическое расстройство – шизофрения – развивается у первого из однояйцевых близнецов, то у второго она возникает с вероятностью 90%. Таким образом, удается сделать вывод о значительной доле наследственного фактора в развитии данного заболевания.

Презентация по биологии "Генетический код"

Ген и генетический код, Биология

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Генетический код Биология. 10 класс

2 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Наследственная информация записана в молекулах НК в виде последовательности нуклеотидов. Определенные участки молекулы ДНК и РНК (у вирусов и фагов) содержат информацию о первичной структуре одного белка и называются генами. 1 ген = 1 молекула белка Поэтому наследственную информацию, которую содержат ДНК называют генетической.

3 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Генетический код свойственная живым организмам единая система «записи» наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Система записи информации о последовательности расположения АК в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в иРНК

4 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Для краткости каждый нуклеотид обозначается русской или латинской заглавной буквой, с которой начинается название азотистого основания, входящего в его состав: -А (A) — аденин, -Г (G) — гуанин, -Ц (C) — цитозин, в ДНК Т (T) — тимин, в РНК У (U) — урацил.

5 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Расшифровка кода генетического, т. е. нахождение соответствия между кодонами и аминокислотами, осуществлена американскими биохимиками М. У. Ниренбергом, С. Очоа и др. в 1961-65.

6 слайд Ген и генетический код, Биология
7 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Свойства генетического кода

8 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Одна аминокислота закодирована тремя нуклеотидами (один кодон или триплет). Пример: АК триптофан закодирована в РНК УГГ, в ДНК – АЦЦ. АЦТ АГЦ ГАТ Триплет, кодон ген АК1 АК2 АК3 белок Триплетность

9 слайд Ген и генетический код, Биология Описание слайда:

Имеется 64 кодона: 61 кодон кодирует 20 (21) аминокислот, три кодона являются знаками препинания: кодоны-терминаторы УАА, УАГ, УГА (в РНК). А Т Ц Г 43

10 слайд Описание слайда:

Избыточность кода Каждая АК шифруется более, чем одним кодоном (от двух до шести). Аргинину соответствуют триплеты: ГЦА, ГЦТ, ГЦЦ. Случайная замена третьего нуклеотида не отразится на структуре синтезируемого белка.

11 слайд Описание слайда:

Специфичность Каждый кодон шифрует только одну АК эритроциты – двояковогнутые диски, содержат гемоглобин. Норма: 6-е место – глу Патология – вал Гемоглобин – белок 1 молекула = 4 полимера 1 полимер = 574 АК При изменении молекулы белка изменяется свойство гемоглобина, возникает наследственное заболевание: серповидно-клеточная анемия.

12 слайд Описание слайда:

«Знаки препинания» между генами УАА, УАГ, УГА – окончание синтеза молекулы белка

13 слайд Описание слайда:

Внутри генов знаков препинания нет Жил был пёс тих был сер мил мне тот пёс Илб ылп ёст ихб ылс ерм илм нет отп ёс

14 слайд Описание слайда:

Универсальность Генетический код един для всех живущих на Земле существ У бактерий и грибов, пшеницы и хлопка, рыб и червей, лягушки и человека…

15 слайд Описание слайда:

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ

16 слайд Описание слайда:

Задача 1. К имеющейся цепи триплетов азотистых оснований ДНК достройте: – – недостающую цепь, – к полученному фрагменту цепь иРНК, – определите последовательность АК ААТ – ТТА – ААЦ – АГА – ГГА – ТТЦ – ГЦА – АЦГ – ГГА – ААА

17 слайд Описание слайда:

Решение ДНК1: ААТ–ТТА–ААЦ–АГА–ГГА–ТТЦ–ГЦА–АЦГ–ГГА–ААА ДНК2: ТТА–ААТ–ТТГ–ТЦТ–ЦЦТ–ААГ–ЦГТ–ТГЦ–ЦЦТ-ТТТ иРНК: ААУ–УУА–ААЦ–АГА–ГГА–УУЦ–ГЦА–АЦГ–ГГА–ААА АК: асн– лей– асн– арг– гли– фен– ала– тре– гли– лиз

18 слайд Описание слайда:

Задача 2. Фрагмент молекулы миоглобина имеет следующие АК: вал-ала-глу-тир-сер-глн. Определите один из возможных вариантов строения молекулы ДНК, кодирующей эту последовательность АК.

19 слайд Описание слайда:

Решение Один из возможных вариантов молекулы ДНК следующий: ЦАА ЦГА ЦТТ АТА АГА ГТТ

20 слайд Описание слайда:

ЗАДАЧА 3. Участок одной цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГГААЦАЦТАГТТААААТАЦГТ… Какова последовательность АК в белке, соответствующем этой генетической информации? ЗАДАЧА 4.

Участок одной нити ДНК имеет такую структуру: Укажите структуру соответствующей молекулы белка, синтезированного при участии комплементарной цепи. Как изменится первичная структура фрагмента белка, если выпадет второй от начала нуклеотид? ЗАДАЧА 5.

Напишите один из возможных вариантов последовательности нуклеотидов в обеих цепях фрагмента молекулы ДНК, если кодируемый белок имеет следующую первичную структуру: ала-тре-лиз-асн-сер-глн-глу-асп…

21 слайд Описание слайда:

Домашнее задание С. 110-111, записи в тетради (прочитать, проработать) Решить задачи: 1. К имеющемуся фрагменту молекулы ДНК достройте вторую цепь, а затем напишите последовательность аминокислот, закодированных триплетами на основе данных второй цепи, предполагая, что каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту.

ГАГ – ГГА – ТАТ – ТТГ – ТТТ – ГГТ – АТЦ – ЦЦТ – ЦАЦ – ГАЦ – ЦГА 2. К имеющейся последовательности аминокислот постройте фрагмент молекулы информационной РНК, которая могла бы кодировать данные аминокислоты, предполагая, что каждая аминокислота закодирована лишь одним триплетом азотистых оснований.

три – фен – про – мет – лей – лиз – иле – глу – глн – гли – арг – асп – асн

  • Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал. Пожаловаться на материал

Общая информация

Что такое гены, геном и генетический код?

В любом организме главное вещество – белок. В нашем теле примерно 50 000 разных (!) белков. Их набором особи одного вида отличаются друг от друга и о-о-очень отличаются от других видов.
Ген и генетический код, Биология

Ни одно существо не получает белки готовыми, все строят их из того, что поступают с пищей. Но откуда организм знает, какие белки надо строить именно ему? К примеру, рабочий получает чертёж детали, которую ему поручено выточить. Ген – это и есть подобный «чертёж».

Каждый ген занимает часть очень длинной молекулы особого вещества. У него и название длинное: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Гены – это участки молекулы ДНК, в которых закодирована информация о строении белков. Ген может нести сведения и о строении необходимых для жизни рибонуклеиновых кислот (РНК).

Кроме того, в нём есть особые отрезки, которые могут его «включать» и «выключать». Есть и участки, роль которых неизвестна.

Большинство генов спрятано в клеточном ядре (если оно есть). Генов обычно много, поэтому молекула ДНК для экономии места свёрнута в компактную петляющую спираль. Если же вытянуть в одну линию все ДНК одной клетки человека, то они растянутся на пару метров. Можете себе представить плотность упаковки!

У большинства генов есть стабильное место на молекуле ДНК. Но некоторые могут «странствовать» – вырезают сами себя и перебираются на другое место.

Ген – самая маленькая единица наследственности. Подобно тому, как, например, копейка – самая мелкая денежная единица в России. Монетку можно распилить, но кусочки перестают быть деньгами. Так и ген: отрезок ДНК нетрудно разделить на составляющие его химические структуры, но они уже не будут обладать свойством наследственности.

Откуда берутся гены? Мужская и женская половые клетки несут по половине нужного набора генов, а когда сливаются, будущий организм получает весь комплект. И такая эстафета передаётся из поколения в поколение, тысячелетиями. А как родились самые первые гены? Этого не знает никто. Похоже, что их появление навсегда останется загадкой, такой же как происхождение самой жизни.

Что такое геном?

У большинства организмов в каждой клетке множество генов. Они работают не каждый сам по себе, а взаимодействуя друг с другом. Скажем, у львиного зева есть один ген, который определяет белую окраску лепестков, а другой – их красный цвет. Если оба эти гена оказались у одного растения, его цветы будут розовыми.

Гены могут подавлять или усиливать действие друг друга. Так, есть группа генов, которая определяет насыщенность кожи людей пигментом меланином. Чем больше у конкретного человека таких генов, тем темнее у него кожа.
Ген и генетический код, Биология
В общем, есть смысл говорить о геноме – совокупности генов одного организма (часто вместо этого используют термин «генотип»). Размеры генома очень различаются. Есть вирусы, у которых всего 2–3 гена; у человека же 20–25 тысяч пар активных генов.

Что такое генетический код?

На каком «языке» в ДНК зашифровано строение белков? Белки живых существ сложены из 20–22 «кирпичиков» – аминокислот. Повторяясь и комбинируясь, они и образуют миллиарды вариантов.

Значит, в ДНК должны быть некие «значки», которые будут соответствовать каждой из этих аминокислот. Такие «значки» есть. Это особые вещества – азотистые основания. В молекулу ДНК входит четыре их вида: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц).

Комбинации этих «букв» и образуют генетический код – систему записи в ДНК информации о порядке аминокислот в молекуле белка.

  • У генетического кода несколько важных свойств:
  • – «трёхбуквенность»;
  • – непрерывность;
  • – неперекрываемость;
  • – однозначность;
  • – универсальность.

Почему код «трёхбуквенный»? Потому что если брать только две «буквы», то из них можно составить лишь 16 «слов» (АТ, ТА, ГА, АГ и т.д.). А аминокислот-то 20! Из троек же можно построить 64 сочетания.

Каждой аминокислоте соответствует своя тройка. Например, ААЦ – аминокислоте лейцину, ЦАТ – валину, АТА – тирозину. Вдоль нити ДНК выстроена запись из коротких «слов». Например: ААЦЦАТАТААТАААЦ.

Эта «абракадабра» значит, что в каком-то белке аминокислоты должны стоять так: лейцин–валин–тирозин–тирозин–лейцин.

Есть ещё и тройки «букв», которые показывают, с какого места начать и где закончить «чтение».

«Слова» записаны непрерывно, без пробелов. Это позволяет втиснуть больше информации, не увеличивая размер гена. Да и считывать сплошную строку не так трудно. Вам ведь понятна надпись: ДЫМШЁЛТРИДНЯ? (Кстати, ещё лет четыреста назад на Руси так и писали – не разделяя слов).

Универсальность кода означает, что он един для всех существ Земли. У ромашки, тигра, человека и вируса гриппа тройка ААЦ означает лейцин, ЦАТ – валин и т. д. Исключения единичны. Это даёт зелёный свет генетической инженерии: гены одних организмов вполне могут работать, попав в другие.
Ген и генетический код, Биология
Кстати, о зелёном свете. У одной из медуз есть белок, который излучает его во мраке океанских глубин. Южнокорейские биологи пересадили ген этого белка… кошкам. На новом месте он прижился, передался котятам по наследству, а главное – заработал! Интересно, труднее ли стало светящимся кошкам ловить мышей?

Биология. 11 класс

Как вы знаете, признаки и свойства каждого организма определяются прежде всего белками, которые синтезируются в его клетках. Белки выполняют самые разнообразные функции (вспомните какие), обеспечивая тем самым протекание процессов жизнедеятельности.

Можно сказать, что именно от этих биополимеров в первую очередь и зависит существование организма. Однако время функционирования белков, как и многих других биомолекул, весьма ограничено. Поэтому синтез белков в организме должен осуществляться непрерывно.

Этот процесс протекает во всех клетках одноклеточных и многоклеточных организмов.

Вам также известно, что хранителем наследственной (генетической) информации, т. е. информации о первичной структуре белков, является ДНК. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного белка, получил название ген. Кроме того, генами называют участки ДНК, хранящие информацию о строении молекул рРНК и тРНК.

В биосинтезе белков, который осуществляется в рибосомах, ДНК прямого участия не принимает. Передача генетической информации, содержащейся в ДНК, к месту синтеза белка происходит с помощью посредника. Этим посредником является матричная (информационная) РНК (мРНК, иРНК), которая синтезируется на одной из цепей молекулы ДНК по принципу комплементарности.

В молекулах ДНК и мРНК информация о первичной структуре белков «записана» в виде последовательности нуклеотидов. Сами же белки синтезируются из аминокислот.

Значит, в природе существует особая система кодирования, на основании которой последовательность нуклеотидов расшифровывается в виде последовательности аминокислот молекул белков. Этот «шифр» называется генетическим кодом.

Таким образом, генетический код — это система записи информации о первичной структуре белков в виде последовательности нуклеотидов ДНК (мРНК).

Генетический код обладает следующими свойствами.

1. Код является триплетным. Это значит, что каждая аминокислота кодируется триплетом (кодоном) — сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов. В состав молекул ДНК и РНК входит по 4 типа нуклеотидов.

Если бы за определенную аминокислоту «отвечал» один нуклеотид, можно было бы закодировать только 4 из 20 белокобразующих аминокислот. Дублетов (по два нуклеотида) хватило бы лишь на 42 = 16 аминокислот. Количество возможных триплетов (сочетаний трех нуклеотидов) составляет 43 = 64.

Этого с избытком хватает для кодирования всех 20 видов аминокислот  (табл. 23.1).

Таблица 23.1. Генетический код, указаны нуклеотиды мРНК (иРНК)(первый нуклеотид триплета берут из левого вертикального ряда, второй — из горизонтального ряда, третий — из правого вертикального)

Ген и генетический код, Биология

Обратите внимание, что 3 из 64 кодонов (в молекулах мРНК — УАА, УАГ и УГА) не кодируют аминокислоты. Это так называемые стоп-кодоны *или нонсенс-кодоны (от англ. nonsense — бессмыслица)*, они служат сигналом окончания синтеза белка. *Остальные триплеты называются смысловыми.*

*Генетический код расшифровали американские биохимики Р. Холли, Х. Г. Корана и М. Ниренберг в середине прошлого века. Работа стартовала в 1961 г. В бесклеточные системы, содержащие все необходимые компоненты для синтеза белка (рибосомы, аминокислоты, тРНК и др.

), ученые сначала вводили искусственно синтезированные мРНК, состоящие только из одного типа нуклеотидов. Было выяснено, что в присутствии, например, полицитидиловой мРНК (ЦЦЦЦЦЦ…) синтезируется полипептид, состоящий только из остатков аминокислоты пролина, в присутствии полиуридиловой (УУУУУУ…

) — из фенилаланина. Стало понятно, что кодону ЦЦЦ соответствует пролин, а триплет УУУ кодирует фенилаланин. К 1965 г., благодаря использованию искусственно синтезированных молекул мРНК с известными повторяющимися последовательностями нуклеотидов, удалось расшифровать все остальные триплеты. В 1968 г.

это открытие было удостоено Нобелевской премии.*

2. Код однозначен — каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

3. Как уже отмечалось, число триплетов превышает количество кодируемых аминокислот. Поэтому генетический код является избыточным (вырожденным) — одна и та же аминокислота может кодироваться разными триплетами.

Например, в мРНК цистеин (Цис) может быть закодирован триплетом УГУ или УГЦ, треонин (Тре) — АЦУ, АЦЦ, АЦА или АЦГ.

Некоторые аминокислоты, например лейцин (Лей), кодируются шестью различными триплетами, в то же время метионину (Мет) и триптофану (Трп) соответствует только по одному кодону (проверьте по таблице генетического кода).

4. Код не перекрывается — один и тот же нуклеотид не может одновременно входить в состав двух соседних триплетов.

5. Код непрерывен. В полинуклеотидной цепи нуклеотиды располагаются непрерывно и соседние триплеты ничем не отделены друг от друга.

Это значит, что фактически деление на триплеты условно — все зависит от того, с какого именно нуклеотида начинается их считывание.

Поэтому в клетках считывание информации, содержащейся в генах, всегда начинается со строго определенного нуклеотида.

Если в составе гена происходит изменение количества нуклеотидов (их выпадение или вставка) на число, не кратное трем, наблюдается так называемый сдвиг рамки считывания (рис. 23.1).

Это приводит к существенному изменению последовательности аминокислот в белке, который кодируется измененным геном.

В некоторых случаях сдвиг рамки считывания приводит к возникновению стоп-кодонов, из-за чего синтез белка обрывается. 

Ген и генетический код, Биология

*Суть происходящего при сдвиге рамки считывания можно понять на следующем примере. Прочитайте предложение, составленное из трехбуквенных слов (аналогично триплетам):

ЖИЛ БЫЛ КОТ ТИХ БЫЛ СЕР МИЛ МНЕ ТОТ КОТ.

В этом предложении заключен определенный смысл, понять который можно и без знаков препинания. Выпадение одной буквы аналогично выпадению одного нуклеотида. Оно приводит к изменению порядка считывания и потере смысла:

ЖЛБ ЫЛК ОТТ ИХБ ЫЛС ЕРМ ИЛМ НЕТ ОТК ОТ — выпадение второй буквы.

То же самое произошло бы и после вставки лишней буквы. В случае замены одной буквы либо при изменении их количества на три смысл предложения меняется не столь значительно. Например:

  • ЖИВ БЫЛ КОТ ТИХ БЫЛ СЕР МИЛ МНЕ ТОТ КОТ — замена третьей буквы;
  • БЫЛ КОТ ТИХ БЫЛ СЕР МИЛ МНЕ ТОТ КОТ — выпадение первых трех букв.
  • Однако смысл предложения (в нашей аналогии — первичная структура белка) во многом зависит от положения измененных букв (нуклеотидов). Так, смысл может существенно исказиться:
  • ЖИЛ БОТ ТИХ БЫЛ СЕР МИЛ МНЕ ТОТ КОТ — выпадение пятой, шестой и седьмой букв.

Аналогичная ситуация наблюдается и с белками. В зависимости от расположения замененной (утраченной, добавленной) аминокислоты молекула белка может сохранить пространственную конфигурацию и функции, частично изменить их или же полностью утратить свои исходные характеристики.*

Как уже отмечалось, правильное считывание генетической информации обеспечивается только тогда, когда оно начинается со строго определенной позиции. У эукариот стартовым кодоном молекулы мРНК является триплет АУГ. Именно с него и начинается считывание.

6. Кодуниверсален — у всех живых организмов одним и тем же триплетам соответствуют одни и те же аминокислоты. Иными словами, у всех организмов генетический код расшифровывается одинаково (за редким исключением). Это свидетельствует о единстве происхождения живых организмов.

*Некоторые вариации генетического кода обнаружены у бактерий, инфузорий, дрожжей, в коде митохондриальной ДНК и т. д. Например, у бактерий триплет мРНК ГУГ может играть роль стартового кодона, а у эукариот он предназначен только для кодирования аминокислоты валин.

В митохондриях млекопитающих триплет УГА кодирует триптофан, в то время как в матричной РНК, синтезированной в ядре клетки, он служит стоп-кодоном.

И наоборот, в коде митохондрий триплеты АГА и АГГ являются сигналами окончания синтеза белка, а в «основной версии» генетического кода им соответствует аминокислота аргинин.*

Урок 7. генетическая информация её реализация в клетке. ген. геном. реакции матричного синтеза – Биология – 10 класс – Российская электронная школа

Биология, 10 класс

Урок 7. «Генетическая информация её реализация в клетке. Ген. Геном. Реакции матричного синтеза.»

  • 3. Перечень вопросов, рассматриваемых в теме;
  • На уроке мы узнаем как происходит передача и хранение наследственной информации в клетке, узнаем свойства генетического кода, а так рассмотрим процессы транскрипции и трансляции.
  • 4.  Глоссарий по теме (перечень терминов и понятий, введенных на данном уроке);
  • Ген; генетическая информация; геном; репликация ДНК; транскрипция; генетический код; кодон; трансляция; полисома
  • 5.   Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц);

Учебник «Биология.10-11класс», созданный под редакцией академика Д.К.Беляева и профессора Г.М.Дымшица / авт.-сост. Г.М. Дымшиц и О.В.Саблина.- М.: Просвещение, 2018г., с 247-256

Дополнительные источники:

1. А. Ю. Ионцева. «Весь школьный курс в схемах и таблицах» – М.: Эксмо, 2014.: С. 304- 309

2. Е. Н. Демьянков, А. Н. Соболев «Сборник задач и упражнений. Биология 10-11» – М.: ВАКО. С 140-151 учебное пособие для общеобразовательных организации

3. А. А. Кириленко, С. И. Колесников., «Биология тематические тесты. (подготовка к ЕГЭ)» Учебно- методическое пособие.- Ростов н/Д: Легион, 2009г. С 103-107.

4..Г. И. Лернер «БИОЛОГИЯ : Полный справочник для подготовки к ЕГЭ »: АСТ, Астрель; Москва; 2010г (раздел VII)

:

6. открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

  • Российский общеобразовательный Портал www.school.edu.ru
  • Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.school-collection.edu.ru
  • Открытый колледж Биология http://college.ru/biology/
  • Каталог образовательных ресурсов по биологии http://www.mec.tgl.ru/index.php?module=subjects&func=viewpage&pageid=133

7. Теоретический материал для самостоятельного изучения;

1. ДНК матрица для синтеза белков. Каким же образом в эритроцитах здорового человека образуются миллионы идентичных молекул гемоглобина, как правило, без единой ошибки в расположении аминокислот? Почему в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией все молекулы гемоглобина имеют од­ну и ту же ошибку в одном и том же месте?

Для ответа на эти вопросы обратимся к примеру, с книго­печатанием. Учебник, который вы держите в руках, издан ти­ражом п экземпляров. Все п книг отпечатаны с одного шаб­лона — типографской матрицы, поэтому они совершенно оди­наковы.

Если бы в матрицу вкралась ошибка, то она была бы воспроизведена во всех экземплярах. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют молекулы ДНК.

ДНК каждой клетки несет информацию не только о структурных белках, определяющих форму клетки (вспомните эритроцит), но и обо всех белках-ферментах, белках-гормонах и других белках.

Углеводы и липиды образуются в клетке в результате сложных химических реакций, каждая из которых катализируется своим белком-ферментом. Владея информацией о ферментах, ДНК программирует структуру и других органических соединений, а также управляет процессами их синтеза и расщепления.

Поскольку молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков, в ДНК заключена информация о структуре и деятельности клеток, о всех признаках каждой клетки и организма в целом.

Каждый белок представлен одной или несколькими полимерными цепями. Уча­сток молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одной полипептидной цепи, т. е. в большинстве случаев одного белка, называют геном. Каждая молекула ДНК содержит множество разных генов.

Всю информацию, заключенную в молекулах ДНК, называют генетической. Идея о том, что генетическая информация записана на молекулярном уровне и что синтез белков идет по матричному принципу, впервые была сформулирована еще в 20-х годах выдающимся отечественным биологом Н. К.

Кольцовым.

2. Удвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают поразительным свойством, не присущим ни одной другой из известных молекул, — способностью к удвоению. Что представляет собой процесс удвоения? Вы помните, что двойная спираль ДНК построена по принципу комплементарности. Этот же принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК.

С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разрываются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды.

Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными — они задают по­рядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи. В результате действия сложного набора ферментов происходит соединение нуклеотидов друг с другом. При этом образуются новые нити ДНК, комплементарные каждой из ра­зошедшихся цепей.

Таким образом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, синтезированную вновь.

Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской молекулы. При делении клетки дочерние молекулы ДНК расходятся по двум образующимся клеткам, каждая из которых вследствие этого будет иметь ту же информацию, которая содержалась в материнской клетке. Так как гены — это участки молекул ДНК, то две дочерние клетки, образующиеся при делении, имеют одинаковые гены.

Каждая клетка многоклеточного организма возникает из одной зародышевой клетки в результате многократных делений, поэтому все клетки организма имеют одинаковый набор генов. Случайно возникшая ошибка в гене зародышевой клетки будет воспроизведена в генах миллионов ее потомков.

Вот почему все эритроциты больного серповидноклеточной анемией имеют одинаково «испорченный» гемоглобин. Дети, больные анемией, по­лучают «испорченный» ген от родителей через их половые клет­ки. Информация, заключенная в ДНК клеток (генетическая информация), передается не только из клетки в клетку, но и от родителей к детям.

Ген является единицей генетической, или наследственной, информации.

Трудно, глядя на типографскую матрицу, судить о том, хорошая или плохая книга будет по ней напечатана. Невозможно судить и о качестве генетической информации по тому, «хороший» или «плохой» ген получили потомки по наследству, до тех пор, пока на основе этой информации не будут построены белки и не разовьется целый организм.

Ход образования и-РНК. К рибосомам, местам синтеза бел­ков, из ядра поступает несущий информацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является информационная РНК (и-РНК). Это одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити молекулы ДНК.

Специальный фермент — полимераза, двигаясь по ДНК, подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и соединяет их в единую цепочку (рис. 21). Процесс образования и-РНК называется транскрип­цией (от лат. «транскрипцио» — переписывание).

Если в нити ДНК стоит тимин, то полимераза включает в цепь и-РНК аденин, если стоит гуанин — включает цитозин, если аденин — то урацил (в состав РНК не входит тимин).

По длине каждая из молекул и-РНК в сотни раз короче ДНК. Ин­формационная РНК — копия не всей молекулы ДНК, а только части ее, одного гена или группы рядом лежащих генов, несущих ин­формацию о структуре белков, не­обходимых для выполнения од­ной функции.

У прокариот такая группа генов называется опероном. В начале каждой группы генов находится своего рода посадочная площадка для полимеразы, называемая промотором. Это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК, которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству.

Только присоединившись к промотору, полимераза способна начать синтез и-РНК. В конце группы генов фермент встречает сигнал (в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания.

Готовая и-РНК отходит от ДНК, покидает ядро и направляется к месту синтеза белков — рибосоме, расположенной в цитоплазме клетки.

В клетке генетическая информация передается благодаря транскрипции от ДНК к белку:

ДНК—и-РНК—белок.

3. Генетический код — определенные сочетания нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК.

  1. Ген — участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одной молекулы белка.
  2. Свойства генетического кода:
  3. — триплетность — одна аминокислота кодируется тремя рядом расположенными нуклеотидами — триплетом, или кодоном;
  4. универсальность — код един для всего живущего на Земле (у мха, сосны, амебы, человека, страуса и пр. одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты);
  5. вырожденность — одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов (от двух до шести). Исключение составляют аминокислоты метионин и триптофан, каждая из которых кодируется только одним трип­летом (метионин кодируется триплетом АУГ);
  6. специфичность — каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.
  7. Триплеты ГАА или ГАГ, занимающие шестое место в гене здоровых людей, несут информацию о цепи гемо­глобина, кодируя глутаминовую кислоту. У больных серповидноклеточной анемией второй нуклеотид заменен на У, а триплеты ГУА и ГУГ кодируют валин;
  8. неперекрываемость — кодоны одного гена не мо­гут одновременно входить в соседний;
  9. — непрерывность — в пределах одного гена считывание генетической информации происходит в од­ном направлении.

4. Трансляция – механизм, с помощью которого последовательность триплетов оснований иРНК переводится в специфическую последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Подготовительным этапом трансляции является рекогниция – активирование иприсоединение аминокислоты к тРНК (фермент аминоацил-тРНК-синтетаза (кодаза)).

Затем иРНК соединяется с рибосомой (у прокариот начинается синтез с кодона АУГ, с которым взаимодействует антикодон особой тРНК (с формилметионином)), затем первая тРНК доставляет сюда первую аминокислоту (для каждой аминокислоты есть своя тРНК) и связывается с определенным участком иРНК по принципу комплементарности (антикодон тРНК соответствует кодону иРНК).

Происходит связывание с иРНК и с рибосомой второй тРНК, несущей вторую аминокислоту. Первая и вторая аминокислоты соединяются пептидной связью (фермент пептидил-трансфераза). Затем рибосома перемещается на один триплет вперед, первая тРНК освобождается, приходит третья тРНК.

Рибосома перемещается по молекуле иРНК прерывисто, триплет за триплетом, делая каждый из них доступным для контакта с тРНК. Сущность трансляции в подборе по принципу комплементарности антикодона тРНК к кодону иРНК.

Если антикодон тРНК соответствует кодону иРНК, то аминокислота, доставляемая такой тРНК, включается в полипептидную цепь, и рибосома перемещается на следующий триплет (фермент транслоказа).

  • Как только рибосома дойдет до стоп-кодона иРНК, происходит распад комплекса, полипептид отделяется от матрицы-иРНК и приобретает свою конформацию.
  • Для трансляции необходимы ферменты (кодаза, пептидил-трансфераза, транслоказа), энергия АТФ, ионы Mg2+.
  • Таким образом, главными этапами трансляции являются:
  • 1) присоединение иРНК к рибосоме;
  • 2) рекогниция (активация аминокислоты и ее присоединение к тРНК);
  • 3) инициация (начало синтеза) полипептидной цепи;
  • 4) элонгация (удлинение) цепи;
  • 5) терминация (окончание синтеза) цепи;
  • 6) дальнейшее использование иРНК (или ее разрушение).

8. примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий).

Задание 1.

Найдите и выделите цветом по вертикали и горизонтали названия химических элементов:

  1. самый распространённый элемент в земной коре и живых организмов;
  2. элемент – основа строения органических соединений, атомы которого способны соединяться друг с

Ген и генетический код, Биология

  1. Тип вариантов ответов: Текстовые, Графические, Комбинированные.
  2. Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):
  3. Подсказка: при необходимости обратитесь к дополнительным материалам
  • Задание 2.
  • Текст задания:
  • Установите соответствие между термином и его определением.
  • Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).
  • Варианты ответов:
Определение Термин
Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК Транскрипция
Процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы Фотосинтез
Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов Репликация
Основоположники клеточной теории Трансляция

Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов):

процесс Термин
Процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК Репликация
Процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы Транскрипция
Процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов Фотосинтез
Процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой Трансляция

Подсказка:

Ссылка на основную публикацию