Функции ДНК. Информационная ёмкость генома.
Функции ДНК
1. ДНК является носителем генетической информации.
Функция обеспечивается фактом существования генетического кода.
2. Воспроизведение и передача генетической информации в поколениях клеток и организмов.
Функция обеспечивается процессом репликации.
3. Реализация генетической информации в виде белков, а также любых других соединений, образующихся с помощью белков-ферментов.
Функция обеспечивается процессами транскрипции и трансляции
Набор хромосом в соматической клетке – диплоидный.
Геном – не генотип! Генотип набор генов в соматической клетке.
У высших эукариот на долю генов приходится меньшая часть генома, у бактерий
наоборот, до 95%, у вирусов 99%. (менее 10 %)
Вирусы – одичавшие гены.
Нет корелляции между положение на эволюционной лестнице и размером генома, Нет корелляции между размером генома и числом хромосом.
Кариотип – хромосомный портрет метафазных хромосом (соматические клетки, т.к. метафаза).
На Земле живет 6 миллиардов человек. Наследственная информация о них заключена в 6х109 сперматозоидах. По разным оценкам у человека от 30 до 50 тысяч генов. У всех людей ~ 30х1013 генов или 30х1016 пар нуклеотидов, которые составляют 1017 кодонов. Средняя книжная страница содержит 25х102 знаков. ДНК 6х109 сперматозоидов содержит информацию, равную по объему примерно 4х1013 книжных страниц. Эти страницы заняли бы объем 6-и зданий НГУ. 6х109 сперматозоидов занимают половину наперстка. Их ДНК занимает менее четверти наперстка.
|
|
|
Вопрос 19
Генетический код. Его основные свойства.
Функция ДНК как носителя генетической информации обеспечивается фактом существования генетического кода.
Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК.
Поскольку ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимает, то код записывается на языке РНК. В РНК вместо тимина входит урацил.
1) Триплетность – каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3 – х нуклеотидов.
Код не может быть моноплетным (1 нуклеотид – 1 аминокислота), т.к. 4 < 20.
Код не может быть дуплетным, ибо число сочетаний и перестановок 16 < 20.
Код может быть триплетным, т.к. 64 – число сочетаний и перестановок > 20.
Но не может быть тетраплетным (256 >> 20) в этом случае слишком высоко количество ошибок.
2) Вырожденность – каждая аминокислота (за исключением метионина и триптофана) кодируется более чем 1 триплетом. (кодоном)
2 АК по 1 триплету = 2
9 АК по 2 триплета = 18
1 АК 3 триплета = 3
5 АК по 4 триплета = 20
3 АК по 6 триплетов = 18
|
|
|
Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот.
3) Наличие знаков препинания – в конце каждого гена находится, по меньшей мере, 1 знак препинания в виде стоп кодона, кодирующего никакую аминокислоту. (УАА,УАГ,УГА)
На них прекращается синтез полипептида.
Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот).
4)Однозначность – каждый триплет кодирует только 1 строго определённую аминокислоту либо является стоп – кодоном.
Исключение составляет кодон AUG. У прокариот в первой позиции (заглавная буква) он кодирует формилметионин, а в любой другой - метионин.
5. Компактность, или отсутствие внутригенных знаков препинания.
Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона.
В 1961г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода и его компактость.
6. Универсальность.
Генетический код един для всех живущих на Земле существ.
Это является сильнейшим свидетельством в пользу единства происхождения и эволюции.
В 1979г. Беррел открыл идеальный код митохондрий человека.
Идеальным называется генетический код, в котором выполняется правило вырожденности квазидублетного кода:
|
|
|
Если в двух триплетах совпадают первые два нуклеотида, а третьи нуклеотиды относятся к одному классу (оба - пурины или оба - пиримидины), то эти триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту.
Из этого правила в универсальном коде есть два исключения. Оба отклонения от идеального кода в универсальном касаются принципиальных моментов: начала и конца синтеза белка:
Помехоустойчивость
Мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными. Мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.
В каждом триплете можно провести 9 однократных замен. Общее количество возможных замен нуклеотидов - 61 по 9 = 549. Из них 23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов - терминаторов трансляции. 134 замены не меняют кодируемую аминокислоту. 230 замен не меняют класс кодируемой аминокислоты.
162 замены приводят к смене класса аминокислоты, т.е. являются радикальными.
Из 183 замен 3-его нуклеотида, 7 приводят к появлению терминаторов трансляции, а 176 - консервативны.
Из 183 замен 1-ого нуклеотида, 9 приводят к появлению терминаторов, 114 - консервативны и 60 - радикальны.
|
|
|
Из 183 замен 2-го нуклеотида, 7 приводят к появлению терминаторов, 74 - консервативны, 102 - радикальны.
Итак: 364/162=2.25 (отношение числа консервативных замен к числу радикальных замен) - показатель помехоустойчивости генетического кода.
8. Неперекрываемость.
В 1956г. Георгий Гамов предложил вариант перекрываемого кода. Согласно Гамовскому коду, каждый нуклеотид, начиная с третьего в гене, входит в состав 3-х кодонов. Когда генетический код был расшифрован, оказалось, что он неперекрываем, т.е. каждый нуклеотид входит в состав лишь одного кодона.
Достоинства перекрываемого генетического кода:
компактность, меньшая зависимость структуры белка от вставки или делеции нуклеотида.
Недостаток:
большая зависимость структуры белка от замены нуклеотида и ограничение на соседей.
В 1974г. была секвенирована ДНК фага φХ174. У него одноцепочечная кольцевая ДНК, состоящая из 5345 нуклеотидов. Было известно, что фаг кодирует 9 белков. Для 6 из них были определены гены, располагающиеся друг за другом.
Выяснилось, что есть перекрывание. Ген Е полностью находится внутри гена D. Его инициирующий кодон появляется в результате сдвига считывания на один нуклеотид. Ген J начинается там, где кончается ген D. Инициирующий кодон гена J перекрывается с терминирующим кодоном гена D в результате сдвига на два нуклеотида. Конструкция называется "сдвиг рамки считывания" на число нуклеотидов, некратное трем. На сегодняшний день перекрывание показано только для нескольких фагов.
Вопрос 20
Принципы транскрипции
1. Комплементарность.
2. Антипараллельность.
3. Униполярность.
4. Беззатравочность.
РНК синтезируется комплементарно и антипараллельно транскрибируемой цепи ДНК. Рост цепи РНК идет только в направлении 5' 3'. Для начала синтеза РНК фермент не нуждается в поли- или олигонуклеотидной затравке.
Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме трифосфата.
5. Асимметричность – в каждом опероне ранскрибируется одна из цепей ЛНК, какя именно зависит от положения промотора и терминатора
Вопрос 21
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1410; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!