М.А. Волошина СУНЦ НГУ 2009 Молекулярная биология. Лекция 2
ДНК РНК белок транскрипция трансляция Передача информации в поколениях делящихся клеток репликация Реализация информации в одной клетке
ДНК РНК белок транскрипция трансляция Принцип копирования репликация Компле-ментраность Генетический код
Генетический код
Способ записи информации о первичной структуре белков через последовательность нуклеотидов ДНК и РНК. « Словарь » перевода с языка нуклеиновых кислот на язык белков. Полностью расшифрован к 1966
Текст и словарь – не одно и то же! Нет «кода человека» и «кода свиньи» – есть один универсальный генетический код. А в заметках речь идет о секвенировании генома – совсем другом понятии.
Физик-теоретик 1954 Сформулировал проблему кода и предположил его триплетность. Георгий Антонович Гамов (1904-1968) История открытия генетического кода
Алфавит белков 20 а.к. Алфавит ДНК и РНК 4 нуклеотида
Моноплетный 1 → 1 4 Сколько а.к. можно закодировать Дуплетный 2 → 1 16 Триплетный 3 → 1 64 н. а.к.
Маршалл Ниренберг Гобинд Корана Роберт Холли Нобелевская премия 1968
Har Gobind Khorana Robert W. Holley
Симпозиум в Колд-Спринг-Харборе. Фрэнсис Крик представил результат коллективного труда нескольких лабораторий – таблицу генетического кода. 1966
Триплет = кодон – тройка нуклеотидов, кодирующая одну а.к. 5 ' ЦУГ 3 ‘ Направление чтения Число триплетов – 64 Записываются в символах РНК и ДНК
Неперекрывающийся код Перекрывающийся код А Г У У А Ц Г Ц А А Г У У А Ц Г Ц А А Г У У А Ц Г Ц А Ограничения: следующая а.к. может быть не любой, а только с кодоном, начинающимся на У Свойства кода 2. Неперекрываемость
Текст считывается подряд по 3 буквы Его можно прочесть тремя рамками считывания А Г У У А Ц Г Ц А Ц А А Г У У А Ц Г Ц А Ц А А Г У У А Ц Г Ц А Ц А Сер Тир Ала Вал Тре Гис Лей Арг Тре Рамка считывания 2 Рамка считывания 3 Свойства кода 3. Отсутствие межкодонных знаков препинания
К чему приведут вставки / выпадения нуклеотидов? Если число нуклеотидов не кратно 3 → сдвиг рамки считывания. Такие мутации портят весь белок после места вставки / выпадения Следствие отсутствия знаков препинания между кодонами – мутации сдвига рамки считывания вот лес вяз дуб бук ивы вот лес авя зду ббу кив а ↓
Сэймур Бензер и Фрэнсис Крик Эксперимент по доказательству триплетности и отсутствия знаков препинания между кодонами 1961
С кодона АУГ начинается синтез любого белка. В начале гена он кодирует особую а.к. формил-метионин. Поскольку АУГ может встречаться и в середине генов, то для начала синтеза требуется еще стоящая перед ним лидерная последовательность ~ 10 нуклеотидов Свойства кода 4. Наличие межгенных знаков препинания Знак начала гена – лидерная посл-ть + СТАРТ-кодон АУГ АУГ Лидерная посл-ть Кодирующая часть гена
Знак окончания гена – три СТОП-кодона СТОП-кодоны не кодируют никакую а.к. и синтез белка на них прекращается. Свойства кода 4. Наличие межгенных знаков препинания УГА УАА УАГ
Рассмотрите самостоятельно, к каким последствиям для структуры белка приведет превращение кодона аминокислоты в СТОП-кодон превращение СТОП-кодона в кодон аминокислоты
1 кодон 1 а.к. кодон 1 кодон 2 кодон 3 1 а.к. Кодонов – 61 Аминокислот – 20 5. Однозначность 6. Избыточность (вырожденность)
Рассмотрим мутацию замены одного нуклеотида на другой. Если это замена по третьей букве, то очень часто новый кодон кодирует ту же а.к., а значит – состав белка не меняется. Такие мутации называют синонимическими или нейтральными
X Y ٭ 1 2 3 Третья позиция – или «что угодно», или замены в ней не меняют класса а.к. Фактически код – между дуплетным и триплетным Это значит, что не все мутации в ДНК приведут к изменению аминокислот в белке – синонимические (нейтральные) замены нуклеотидов. Свойства кода 7. Помехоустойчивость
Генетический код един у всех живущих на Земле организмов. Это самое мощное свидетельство единства происхождения всего живого. Свойства кода 8. Универсальность
Некоторые отклонения были обнаружены в митохондриях. Поскольку отклонения – разные, то они произошли после становления универсального кода и связаны с тем, что геном митохондрий – очень маленький. Свойства кода 8. Универсальность
Инфузория тетрахимена Tetrahymena thermophila http://elementy.ru/news/430314 Из трех СТОП-кодонов используется только один, УГА Два другие, УАА и УАГ – глутамин Даже УГА иногда используется как СТОП, иногда кодирует 21-ю аминокислоту селеноцистеин
Триплетность Неперекрываемость Отсутствие межкодонных знаков препинания Наличие межгенных знаков препинания Однозначность Вырожденность (избыточность) Помехоустойчивость Универсальность
Дата расшифровки кода. Триплет, кодон СТАРТ и СТОП-кодоны – знаки препинания для трансляции. Свойства кода. Рамка считывания Последствия мутаций: сдвиг рамки считывания, превращение кодона а.к. в СТОП-кодон и наоборот, нейтральные замены.
Сколько нуклеотидов кодируют полипептид из 51 аминокислоты? 153 Какой триплет в молекуле иРНК соответствует кодовому триплету АТГ в молекуле ДНК? УАЦ Какой триплет ДНК матричной цепи соответствует кодону АСА иРНК? ТГТ Транскрипция
Транскрипция
Каким кодоном кодируется аминокислота триптофан на иРНК? Какой триплет ДНК несет информацию об этой аминокислоте? Кодон иРНК: 5 ’ – УГГ – 3 ’ Кодон ДНК: 3’ – A ЦЦ – 5’ Транскрипция
Антикодон тРНК ААУ. Определите аминокислоту, которую транспортирует данная тРНК. Какими кодовыми триплетами на иРНК и матричной ДНК закодирована данная аминокислота? Антикодон тРНК ААУ Кодон иРНК УУА, аминокислота – лейцин, на ДНК – ААТ
Триплетность генетического кода. Поясните это свойство. Каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов – кодоном. Однозначность генетического кода. Поясните это свойство. Кодовый триплет, кодон, соответствует только одной аминокислоте. Вырожденность генетического кода. Поясните это свойство. Одну аминокислоту могут кодировать несколько (до шести) кодонов. Универсальность генетического кода. Поясните это свойство. Генетический код одинаков, одинаковые аминокислоты кодируются одними и теми же триплетами нуклеотидов у всех организмов Земли. Неперекрываемость генетического кода. Поясните это свойство. Последовательность нуклеотидов имеет рамку считывания по 3 нуклеотида, один и тот же нуклеотид не может быть в составе двух триплетов. На ДНК могут быть закодированы: Полипептиды, рРНК, тРНК. Подведем итоги:
Краткий исторический обзор
Транскрибируется не вся ДНК, а лишь отдельные ее участки – гены. ДНК одной хромосомы РНК Некодирующая ДНК между генами
1865 Грегор Мендель и классическая генетика 1 ген → 1 признак наследственность – из дискретных единиц 1909 Вильгельм Иоганнсен Термин « ген » 1908 А.Гэррод (A.Garrod) Наследственные заболевания – ошибки метаболизма 1941 Бидл и Тэтум ( G. Beadle, E. Tatum ) 1 ген → 1 фермент Развитие представлений о гене
1 ген → 1 фермент 1 ген → 1 белок 1 ген → 1 полипептидная цепочка 1 ген → 1 признак признаки произвольны не все белки - ферменты Недостатки формулировки есть белки с IV структурой – из нескольких субъединиц есть гены для молекул РНК – т-РНК, р-РНК и регуляторных
Ген – участок молекулы ДНК, кодирующий одну полипептидную цепочку или молекулу РНК с прилегающими регуляторными последовательностями 1 ген → 1 функциональная молекула белок или РНК
1865 Грегор Мендель Гены – где-то в клетке Конец XIX – нач. XX Гены – в ядре 1927 Томас Морган Ген – участок хромосомы 1950-е О. Эвери Дж. Уотсон Ф. Крик Ген – участок молекулы ДНК Развитие представлений о материальной природе гена
Каждый ген содержит знаки начала и конца транскрипции. Знак начала – промотор. Знак окончания – терминатор Это не кодоны, а более длинные последователь-ности – до 100 н.п. Перед промотором располагается регуляторная часть гена, которая не считывается на РНК. Знаки транскрипции и трансляции – разные
Кодирующая часть АТГ STOP ДНК РНК-транскрипт Промотор Терминатор Точка начала транскрипции Окончание транскрипции 5 ' 3 ' Регуляторная часть
