خانه / بچه سالم / تشکیل دو رشته DNA کد ژنتیکی. پروتئین ها اسیدهای نوکلئیک آنزیم هایی که تکثیر DNA را خاتمه می دهند
08.01.2021

تشکیل دو رشته DNA کد ژنتیکی. پروتئین ها اسیدهای نوکلئیک آنزیم هایی که تکثیر DNA را خاتمه می دهند

در سمت راست بزرگترین مارپیچ DNA انسان است که از مردم در ساحل وارنا (بلغارستان) ساخته شده است که در 23 آوریل 2016 وارد کتاب رکوردهای گینس شد.

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک اطلاعات کلی

DNA (دئوکسی ریبونوکلئیک اسید) نوعی طرح اولیه برای زندگی است، یک کد پیچیده که حاوی داده هایی در مورد اطلاعات ارثی است. این ماکرومولکول پیچیده قادر به ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی ارثی از نسلی به نسل دیگر است. DNA ویژگی های هر موجود زنده مانند وراثت و تنوع را تعیین می کند. اطلاعات رمزگذاری شده در آن کل برنامه را برای توسعه هر موجود زنده تنظیم می کند. عوامل ژنتیکی ذاتی کل دوره زندگی هر دو شخص و هر موجود دیگر را از قبل تعیین می کند. اثرات مصنوعی یا طبیعی محیط خارجی تنها می تواند اندکی بر شدت کلی صفات ژنتیکی فردی تأثیر بگذارد یا بر توسعه فرآیندهای برنامه ریزی شده تأثیر بگذارد.

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک(DNA) یک درشت مولکول (یکی از سه مولکول اصلی، دو مورد دیگر RNA و پروتئین) است که ذخیره سازی، انتقال از نسلی به نسل دیگر و اجرای برنامه ژنتیکی برای توسعه و عملکرد موجودات زنده را فراهم می کند. DNA حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار انواع مختلف RNA و پروتئین است.

در سلول های یوکاریوتی (حیوانات، گیاهان و قارچ ها)، DNA در هسته سلول به عنوان بخشی از کروموزوم ها و همچنین در برخی از اندامک های سلولی (میتوکندری و پلاستیدها) یافت می شود. در سلول های موجودات پروکاریوتی (باکتری ها و آرکیاها)، یک مولکول DNA دایره ای یا خطی به نام نوکلوئید از داخل به غشای سلولی متصل است. آنها و یوکاریوت های پایین تر (مثلاً مخمرها) همچنین دارای مولکول های DNA کوچک، مستقل و عمدتاً دایره ای به نام پلاسمید هستند.

از نقطه نظر شیمیایی، DNA یک مولکول پلیمری طولانی است که از بلوک های تکرار شونده - نوکلئوتیدها تشکیل شده است. هر نوکلئوتید از یک پایه نیتروژن دار، یک قند (دئوکسی ریبوز) و یک گروه فسفات تشکیل شده است. پیوند بین نوکلئوتیدهای زنجیره به دلیل دئوکسی ریبوز ایجاد می شود. با) و فسفات ( اف) گروه ها (پیوندهای فسفودی استر).


برنج. 2. نوکلرتید از یک پایه نیتروژن دار، قند (دئوکسی ریبوز) و یک گروه فسفات تشکیل شده است.

در اکثریت قریب به اتفاق موارد (به جز برخی از ویروس‌های حاوی DNA تک رشته‌ای)، یک ماکرومولکول DNA از دو زنجیره تشکیل شده است که توسط بازهای نیتروژنی به یکدیگر متصل شده‌اند. این مولکول دو رشته ای در یک خط مارپیچ پیچ خورده است.

چهار نوع باز نیتروژنی در DNA وجود دارد (آدنین، گوانین، تیمین و سیتوزین). پایه های نیتروژنی یکی از زنجیره ها با پیوندهای هیدروژنی بر اساس اصل مکمل بودن به پایه های نیتروژنی زنجیره دیگر متصل می شوند: آدنین فقط با تیمین متصل می شود. AT، گوانین - فقط با سیتوزین ( G-C). این جفت ها هستند که "میله های متقاطع" "پلکان" مارپیچی DNA را تشکیل می دهند (نگاه کنید به: شکل 2، 3 و 4).


برنج. 2. بازهای نیتروژنی

توالی نوکلئوتیدها به شما امکان می دهد اطلاعات مربوط به آن را "رمزگذاری کنید". انواع متفاوت RNA ها که مهمترین آنها اطلاعاتی یا پیام رسان (mRNA)، ریبوزومی (rRNA) و انتقال (tRNA) هستند. همه این انواع RNA با کپی کردن توالی DNA در توالی RNA سنتز شده در طول فرآیند رونویسی بر روی الگوی DNA سنتز می شوند و در بیوسنتز پروتئین ها (فرایند ترجمه) شرکت می کنند. DNA سلول علاوه بر توالی‌های کدکننده، دارای توالی‌هایی است که عملکردهای تنظیمی و ساختاری را انجام می‌دهند.


برنج. 3. همانندسازی DNA

محل ترکیبات اساسی ترکیبات شیمیایی DNA و روابط کمی بین این ترکیبات کدگذاری اطلاعات ارثی را تضمین می کند.

تحصیلات DNA جدید (تکثیر)

  1. فرآیند همانند سازی: باز کردن مارپیچ دوگانه DNA - سنتز رشته های مکمل توسط DNA پلیمراز - تشکیل دو مولکول DNA از یک.
  2. هنگامی که آنزیم ها پیوند بین جفت پایه ترکیبات شیمیایی را می شکند، مارپیچ دوتایی به دو شاخه "باز می شود".
  3. هر شاخه عنصری از DNA جدید است. جفت های پایه جدید به همان ترتیبی که در شاخه والد به هم متصل می شوند.

پس از تکمیل تکثیر، دو مارپیچ مستقل تشکیل می شوند که از ترکیبات شیمیایی DNA والدین ایجاد شده و دارای کد ژنتیکی یکسانی هستند. به این ترتیب DNA قادر به هضم اطلاعات از سلولی به سلول دیگر است.

اطلاعات دقیق تر:

ساختار اسیدهای نوکلئیک


برنج. 4 . بازهای نیتروژن: آدنین، گوانین، سیتوزین، تیمین

اسید دئوکسی ریبونوکلئیک(DNA) به اسیدهای نوکلئیک اشاره دارد. اسیدهای نوکلئیکدسته ای از بیوپلیمرهای نامنظم است که مونومرهای آن نوکلئوتیدها هستند.

نوکلئوتیدهاشامل پایه نیتروژنیترکیب شده با کربوهیدرات پنج کربنه (پنتوز) - دئوکسی ریبوز(در مورد DNA) یا ریبوز(در مورد RNA)، که به باقی مانده متصل می شود اسید فسفریک(H 2 PO 3 -).

پایه های نیتروژنیدو نوع وجود دارد: بازهای پیریمیدین - اوراسیل (فقط در RNA)، سیتوزین و تیمین، بازهای پورین - آدنین و گوانین.


برنج. 5. ساختار نوکلئوتیدها (سمت چپ)، محل نوکلئوتید در DNA (پایین) و انواع بازهای نیتروژنی (سمت راست): پیریمیدین و پورین


اتم های کربن در مولکول پنتوز از 1 تا 5 شماره گذاری می شوند. فسفات با اتم های کربن سوم و پنجم ترکیب می شود. به این ترتیب نوکلئوتیدها با هم ترکیب می شوند و زنجیره اسید نوکلئیک را تشکیل می دهند. بنابراین، می‌توانیم انتهای ۳ و ۵ رشته DNA را جدا کنیم:


برنج. 6. جداسازی 3 'و 5' انتهای رشته DNA

دو رشته DNA تشکیل می شود مارپیچ دوتایی... این زنجیره ها به صورت مارپیچی در جهت مخالف هستند. در رشته‌های مختلف DNA، بازهای نیتروژنی با یکدیگر به هم متصل می‌شوند پیوند های هیدروژنی... آدنین همیشه با تیمین و سیتوزین با گوانین ترکیب می شود. نامیده می شود قانون مکمل بودن.

قانون مکمل بودن:

A-T G-C

به عنوان مثال، اگر یک رشته DNA با توالی به ما داده شود

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5'،

سپس زنجیره دوم مکمل آن خواهد بود و در جهت مخالف هدایت می شود - از انتهای 5' تا انتهای 3':

5'-TACAGGATCGACGAGC-3'.


برنج. 7. جهت زنجیره های مولکول DNA و اتصال بازهای نیتروژنی با استفاده از پیوندهای هیدروژنی

تکثیر DNA

همانندسازی DNAفرآیند دو برابر شدن یک مولکول DNA با استفاده از سنتز ماتریکس است. در بیشتر موارد همانندسازی طبیعی DNAآغازگربرای سنتز DNA است قطعه کوتاه (دوباره ایجاد شد). چنین آغازگر ریبونوکلئوتیدی توسط آنزیم پریماز (DNA primase در پروکاریوت‌ها، DNA پلیمراز در یوکاریوت‌ها) ایجاد می‌شود و متعاقباً با دئوکسی ریبونوکلئوتید پلیمراز جایگزین می‌شود که معمولاً عملکردهای ترمیمی (اصلاح آسیب شیمیایی و شکستگی‌های مولکول DNA) را انجام می‌دهد.

همانند سازی با یک مکانیسم نیمه محافظه کار اتفاق می افتد. این بدان معنی است که مارپیچ دوگانه DNA باز می شود و یک رشته جدید بر روی هر یک از رشته های آن طبق اصل مکمل بودن کامل می شود. بنابراین، مولکول DNA دختر شامل یک زنجیره از مولکول مادر و یک زنجیر تازه سنتز شده است. همانندسازی در جهت از انتهای 3 تا 5 زنجیره والد اتفاق می افتد.

برنج. 8. همانندسازی (دوبرابر شدن) مولکول DNA

سنتز DNA- این فرآیند آنقدر پیچیده نیست که در نگاه اول به نظر می رسد. اگر به آن فکر می کنید، ابتدا باید بفهمید سنتز چیست. این فرآیند گرد هم آوردن چیزی است. تحصیلات مولکول جدید DNA چندین مرحله را طی می کند:

1) توپوایزومراز DNA که در جلوی چنگال همانندسازی قرار دارد، DNA را به منظور تسهیل باز کردن و باز کردن آن برش می دهد.
2) DNA هلیکاز، به دنبال توپوایزومراز، روند "پیچش" مارپیچ DNA را تحت تاثیر قرار می دهد.
3) پروتئین های متصل به DNA اتصال رشته های DNA را انجام می دهند و همچنین تثبیت آنها را انجام می دهند و از چسبیدن آنها به یکدیگر جلوگیری می کنند.
4) DNA پلیمراز δ(دلتا) ، هماهنگ با سرعت حرکت چنگال تکراری، سنتز را انجام می دهدمنتهی شدنزنجیرشرکت فرعی DNA در جهت 5 "→ 3" روی الگومادری رشته DNA در جهت از 3 "-end to 5" - end (سرعت تا 100 جفت باز در ثانیه). این حوادث در این مادریرشته های DNA محدود هستند.



برنج. 9. نمایش شماتیک فرآیند همانندسازی DNA: (1) رشته عقب مانده (رشته عقب مانده)، (2) رشته پیشرو (رشته پیشرو)، (3) DNA پلیمراز α (Polα)، (4) لیگاز DNA، (5) RNA پرایمر، (6) پریماز، (7) قطعه اوکازاکی، (8) DNA پلیمراز δ (Polδ)، (9) هلیکاز، (10) پروتئین های تک رشته ای متصل شونده به DNA، (11) توپوایزومراز.

در زیر سنتز رشته عقب مانده DNA دختر را شرح می دهد (نگاه کنید به. طرحچنگال همانندسازی و عملکرد آنزیم همانند سازی)

برای توضیح بصری بیشتر همانندسازی DNA، نگاه کنید به

5) بلافاصله پس از باز شدن و تثبیت یک رشته دیگر از مولکول مادر،DNA پلیمراز α(آلفا)و در جهت 5 "→ 3" یک آغازگر (پرایمر RNA) - یک توالی RNA روی یک الگوی DNA به طول 10 تا 200 نوکلئوتید سنتز می کند. پس از آن، آنزیماز رشته DNA حذف می شود.

بجای DNA پلیمرازα به انتهای پرایمر 3 اینچی متصل می شود DNA پلیمرازε .

6) DNA پلیمرازε (اپسیلون) گویی به طولانی شدن پرایمر ادامه می دهد، اما به عنوان یک بستر آن را تعبیه می کنددئوکسی ریبونوکلئوتیدها(به مقدار 150-200 نوکلئوتید). در نتیجه، یک نخ جامد از دو قسمت تشکیل می شود -RNA(یعنی پرایمر) و DNA. DNA پلیمراز εتا زمانی که با پرایمر قبلی برخورد کند کار می کندقطعه ای از اوکازاکی(کمی زودتر سنتز شده است). سپس این آنزیم از زنجیره خارج می شود.

7) DNA پلیمراز β(بتا) به جای آن بلند می شودDNA پلیمراز ε،در همان جهت حرکت می کند (5 "→ 3") و ریبونوکلئوتیدهای آغازگر را حذف می کند، در حالی که دئوکسی ریبونوکلئوتیدها را در جای خود قرار می دهد. آنزیم تا حذف کامل پرایمر کار می کند، یعنی. تا زمانی که یک دئوکسی ریبونوکلئوتید (حتی قبل از آن سنتز شودDNA پلیمراز ε). آنزیم قادر به اتصال نتیجه کار خود و DNA مقابل خود نیست، بنابراین از زنجیره خارج می شود.

در نتیجه، قطعه‌ای از DNA دختر روی ماتریس نخ مادر قرار می‌گیرد. نامیده می شودقطعه ای از اوکازاکی.

8) DNA لیگاز دو مجاور را بخیه می زند تکه هایی از اوکازاکی ، یعنی 5 "-پایان بخش سنتز شدهDNA پلیمراز ε،و 3 "-انتهای مدار، داخلیDNA پلیمرازβ .

ساختار RNA

اسید ریبونوکلئیک(RNA) یکی از سه ماکرومولکول اصلی (دو ماکرومولکول دیگر DNA و پروتئین هستند) است که در سلول های همه موجودات زنده یافت می شود.

درست مانند DNA، RNA از یک زنجیره بلند تشکیل شده است که در آن هر پیوند نامیده می شود نوکلئوتید... هر نوکلئوتید از یک پایه نیتروژن دار، یک قند ریبوز و یک گروه فسفات تشکیل شده است. با این حال، برخلاف DNA، RNA معمولاً دارای دو رشته نیست، بلکه دارای یک رشته است. پنتوز در RNA با ریبوز نشان داده می شود، نه دئوکسی ریبوز (ریبوز دارای یک گروه هیدروکسیل اضافی در اتم کربوهیدرات دوم است). در نهایت، DNA در ترکیب بازهای نیتروژنی با RNA متفاوت است: به جای تیمین ( تی) اوراسیل ( U) که مکمل آدنین نیز می باشد.

توالی نوکلئوتیدها به RNA اجازه می دهد تا اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری کند. همه چيز موجودات سلولیاز RNA (mRNA) برای برنامه ریزی سنتز پروتئین استفاده کنید.

RNA های سلولی توسط فرآیندی به نام تولید می شوند رونویسی ، یعنی سنتز RNA روی ماتریکس DNA که توسط آنزیم های خاص انجام می شود - RNA پلیمرازها.

سپس RNA های پیام رسان (mRNA) در فرآیندی به نام شرکت می کنند پخش، آن ها سنتز پروتئین بر روی ماتریس mRNA با مشارکت ریبوزوم ها سایر RNA ها پس از رونویسی، دستخوش تغییرات شیمیایی می شوند و پس از تشکیل ساختارهای ثانویه و سوم، بسته به نوع RNA وظایفی را انجام می دهند.

برنج. 10. تفاوت بین DNA و RNA در پایه نیتروژنی: به جای تیمین (T)، RNA حاوی اوراسیل (U) است که مکمل آدنین نیز می باشد.

رونویسی

این فرآیند سنتز RNA روی یک الگوی DNA است. DNA در یکی از سایت ها باز می شود. یکی از رشته ها حاوی اطلاعاتی است که باید روی یک مولکول RNA کپی شود - این رشته رشته کد کننده نامیده می شود. دومین رشته DNA، مکمل رشته کد کننده، الگو نامیده می شود. در فرآیند رونویسی، یک رشته RNA مکمل بر روی رشته الگو در جهت 3 '-5' (در امتداد رشته DNA) سنتز می شود. بنابراین، یک کپی RNA از رشته کد کننده ایجاد می شود.

برنج. 11. نمایش شماتیک رونویسی

به عنوان مثال، اگر دنباله رشته کد کننده به ما داده شود

3'- ATGTCCTAGCTGCTCG - 5'،

سپس، طبق قاعده مکمل بودن، زنجیره ماتریس دنباله را حمل خواهد کرد

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'،

و RNA سنتز شده از آن توالی است

پخش

مکانیسم را در نظر بگیرید سنتز پروتئینروی ماتریس RNA و همچنین کد ژنتیکی و خواص آن. همچنین، برای وضوح، با استفاده از لینک زیر، توصیه می کنیم یک ویدیوی کوتاه در مورد فرآیندهای رونویسی و ترجمه که در یک سلول زنده انجام می شود تماشا کنید:

برنج. 12. فرآیند سنتز پروتئین: DNA RNA را کد می کند، RNA پروتئین را رمز می کند

کد ژنتیکی

کد ژنتیکی- روشی برای رمزگذاری توالی اسید آمینه پروتئین ها با استفاده از یک توالی نوکلئوتیدی. هر اسید آمینه توسط یک توالی از سه نوکلئوتید - کدون یا سه گانه - رمزگذاری می شود.

کد ژنتیکی مشترک در اکثر پرو و ​​یوکاریوت ها. جدول تمام 64 کدون را فهرست کرده و آمینو اسیدهای مربوطه را نشان می دهد. ترتیب پایه از انتهای 5 "تا 3" mRNA است.

جدول 1. کد ژنتیکی استاندارد

1
بنیاد

نه

پایه 2

3
بنیاد

نه

U

سی

آ

جی

U

U U U

(PH/F)

U C U

(Ser / S)

U A U

(Tyr / Y)

یو جی یو

(Cys / C)

U

U U C

U C C

U A C

یو جی سی

سی

U U A

(Leu / L)

U C A

U A A

کدون توقف **

U G A

کدون توقف **

آ

یو یو جی

یو سی جی

U A G

کدون توقف **

یو جی جی

(Trp / W)

جی

سی

C U U

C C U

(Pro / P)

C A U

(او / H)

C G U

(Arg / R)

U

سی یو سی

C C C

C A C

C G C

سی

سی یو آ

C C A

C A A

(Gln / Q)

C GA

آ

سی یو جی

سی سی جی

C A G

سی جی جی

جی

آ

A U U

(ایل / من)

A C U

(Thr / T)

A A U

(Asn / N)

A G U

(Ser / S)

U

A U C

A C C

A A C

A G C

سی

A U A

A C A

A A A

(Lys / K)

A G A

آ

A U G

(مت / ام)

A C G

A A G

A G G

جی

جی

G U U

(Val / V)

G C U

(علا / ع)

G A U

(Asp / D)

G G U

(Gly / G)

U

جی یو سی

جی سی سی

G A C

جی جی سی

سی

G U A

G C A

G A A

(چسب)

G G A

آ

جی یو جی

جی سی جی

دهان بستن

جی جی جی

جی

در میان سه قلوها، 4 دنباله خاص وجود دارد که به عنوان "علامت نگارشی" عمل می کنند:

  • *سه قلو اوت، همچنین متیونین را رمزگذاری می کند، نامیده می شود کدون شروع... سنتز یک مولکول پروتئین از این کدون شروع می شود. بنابراین، در طول سنتز پروتئین، اولین اسید آمینه در دنباله همیشه متیونین خواهد بود.
  • ** سه قلو UAA, UAGو UGAنامیده می شوند کدون ها را متوقف کنیدو یک اسید آمینه واحد را رمزگذاری نمی کنند. در این توالی سنتز پروتئین متوقف می شود.

ویژگی های کد ژنتیکی

1. سه قلو... هر اسید آمینه توسط یک توالی از سه نوکلئوتید - یک سه گانه یا یک کدون کدگذاری می شود.

2. تداوم... هیچ نوکلئوتید اضافی بین سه قلو وجود ندارد، اطلاعات به طور مداوم خوانده می شود.

3. عدم همپوشانی... یک نوکلئوتید نمی تواند به طور همزمان به دو سه قلو وارد شود.

4. عدم ابهام... یک کدون می تواند تنها یک اسید آمینه را رمزگذاری کند.

5. انحطاط... یک اسید آمینه می تواند توسط چندین کدون مختلف رمزگذاری شود.

6. تطبیق پذیری... کد ژنتیکی برای همه موجودات زنده یکسان است.

مثال. دنباله زنجیره کدگذاری به ما داده می شود:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

زنجیره ماتریس دنباله ای خواهد داشت:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

اکنون ما RNA اطلاعاتی را از این زنجیره "سنتز" می کنیم:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

سنتز پروتئین در جهت 5 '→ 3' پیش می رود، بنابراین، برای "خواندن" کد ژنتیکی باید دنباله را برگردانیم:

5’- AUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

حالا بیایید کدون شروع AUG را پیدا کنیم:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

بیایید دنباله را به سه قلو تقسیم کنیم:

به نظر می رسد: اطلاعات از DNA به RNA (رونویسی)، از RNA - به پروتئین (ترجمه) منتقل می شود. DNA همچنین می تواند با همانندسازی تکثیر شود، و فرآیند رونویسی معکوس نیز ممکن است، زمانی که DNA از الگوی RNA سنتز می شود، اما این فرآیند عمدتاً برای ویروس ها معمول است.


برنج. 13. جزم مرکزی زیست شناسی مولکولی

ژنوم: ژن ها و کروموزوم ها

(مفاهیم کلی)

ژنوم - مجموع تمام ژن های یک موجود زنده. مجموعه کامل کروموزومی آن

اصطلاح "ژنوم" توسط G. Winkler در سال 1920 برای توصیف مجموعه ای از ژن های موجود در یک مجموعه هاپلوئیدی از کروموزوم های موجودات زنده پیشنهاد شد. گونه های بیولوژیکی... معنای اصلی این اصطلاح نشان می دهد که مفهوم ژنوم، بر خلاف ژنوتیپ، یک ویژگی ژنتیکی یک گونه است و نه یک فرد. با توسعه ژنتیک مولکولی، معنای این اصطلاح تغییر کرده است. مشخص است که DNA که حامل اطلاعات ژنتیکی در اکثر موجودات است و بنابراین اساس ژنوم را تشکیل می دهد، نه تنها ژن ها را به معنای امروزی کلمه شامل می شود. بیشتر DNA سلول‌های یوکاریوتی با توالی‌های نوکلئوتیدی غیر کدکننده ("زائد") نشان داده می‌شود که حاوی اطلاعاتی درباره پروتئین‌ها و اسیدهای نوکلئیک نیستند. بنابراین، بخش اصلی ژنوم هر موجود زنده، کل DNA مجموعه کروموزوم هاپلوئید آن است.

ژن ها بخش هایی از مولکول های DNA هستند که پلی پپتیدها و مولکول های RNA را رمزگذاری می کنند

در طول قرن گذشته، درک ما از ژن ها به طور قابل توجهی تغییر کرده است. پیش از این، ژنوم بخشی از کروموزوم نامیده می شد که یک صفت یا صفت را رمزگذاری یا تعیین می کند. فنوتیپییک خاصیت (مشاهده) مانند رنگ چشم.

در سال 1940، جورج بیدل و ادوارد تاتم تعریف مولکولی از ژن را ارائه کردند. دانشمندان هاگ قارچ را درمان کردند نوروسپورا کراسااشعه ایکس و سایر عواملی که باعث تغییر در توالی DNA می شوند ( جهش ها) و سویه های جهش یافته قارچ را پیدا کردند که برخی از آنزیم های خاص را از دست داده بودند که در برخی موارد منجر به اختلال در کل مسیر متابولیک می شد. Beadle و Tatem به این نتیجه رسیدند که یک ژن قطعه ای از ماده ژنتیکی است که یک آنزیم واحد را تعریف یا رمزگذاری می کند. اینگونه بود که این فرضیه ظاهر شد "یک ژن - یک آنزیم"... این مفهوم بعداً برای تعریف گسترش یافت "یک ژن - یک پلی پپتید"از آنجایی که بسیاری از ژن ها پروتئین هایی را رمزگذاری می کنند که آنزیم نیستند و پلی پپتید ممکن است زیرواحد یک مجتمع پروتئینی پیچیده باشد.

در شکل 14 نموداری است از چگونگی تعیین پلی پپتید، توالی اسید آمینه پروتئین، با واسطه mRNA، سه قلو نوکلئوتید در DNA. یکی از رشته های DNA نقش الگویی را برای سنتز mRNA ایفا می کند که سه قلوهای نوکلئوتیدی (کدون) آن مکمل سه گانه های DNA هستند. در برخی از باکتری ها و بسیاری از یوکاریوت ها، توالی های کد کننده توسط مناطق غیر کد کننده قطع می شوند (به اصطلاح اینترون ها).

تعریف ژن بیوشیمیایی مدرن حتی به طور خاص تر ژن ها همه بخش هایی از DNA هستند که توالی اولیه محصولات نهایی را رمزگذاری می کنند، که شامل پلی پپتیدها یا RNA هایی است که عملکرد ساختاری یا کاتالیزوری دارند.

همراه با ژن ها، DNA شامل توالی های دیگری نیز می شود که منحصراً یک عملکرد تنظیمی را انجام می دهند. توالی های تنظیمیمی تواند آغاز یا پایان ژن ها را نشان دهد، رونویسی را تحت تأثیر قرار دهد یا محل شروع همانندسازی یا نوترکیب را نشان دهد. برخی از ژن‌ها را می‌توان به روش‌های مختلف بیان کرد، با همان قطعه DNA که به عنوان الگویی برای تشکیل محصولات مختلف عمل می‌کند.

ما می توانیم تقریبا محاسبه کنیم حداقل اندازه ژنکدگذاری برای یک پروتئین متوسط هر اسید آمینه در زنجیره پلی پپتیدی به عنوان دنباله ای از سه نوکلئوتید کدگذاری می شود. توالی این سه قلوها (کدون ها) با زنجیره اسید آمینه در پلی پپتید کدگذاری شده توسط ژن داده شده مطابقت دارد. یک زنجیره پلی پپتیدی متشکل از 350 باقیمانده اسید آمینه (زنجیره متوسط) مربوط به یک توالی 1050 جفت باز است. ( جفت پایه). با این حال، بسیاری از ژن‌های یوکاریوت‌ها و برخی از ژن‌های پروکاریوت‌ها توسط بخش‌های DNA که اطلاعات مربوط به پروتئین را حمل نمی‌کنند، قطع می‌شوند و بنابراین معلوم می‌شود که بسیار طولانی‌تر از آن چیزی است که یک محاسبه ساده نشان می‌دهد.

چند ژن در یک کروموزوم وجود دارد؟


برنج. 15. نمای کروموزوم ها در سلول های پروکاریتیک (سمت چپ) و یوکاریوتی. هیستون ها دسته وسیعی از پروتئین های هسته ای هستند که دو وظیفه اصلی را انجام می دهند: آنها در بسته بندی رشته های DNA در هسته و در تنظیم اپی ژنتیکی فرآیندهای هسته ای مانند رونویسی، تکثیر و ترمیم نقش دارند.

همانطور که می دانید، سلول های باکتریایی یک کروموزوم به شکل یک رشته DNA دارند که در یک ساختار فشرده - یک نوکلوئید بسته بندی شده است. کروموزوم یک پروکاریوت اشریشیا کلیکه ژنوم آن به طور کامل رمزگشایی شده است، یک مولکول DNA دایره‌ای است (در واقع یک دایره منظم نیست، بلکه یک حلقه بدون آغاز و پایان است)، متشکل از 4639675 جفت باز. این توالی شامل تقریباً 4300 ژن برای پروتئین ها و 157 ژن برای مولکول های RNA پایدار است. V ژنوم انسانتقریباً 3.1 میلیارد جفت باز، مربوط به نزدیک به 29000 ژن واقع در 24 کروموزوم مختلف.

پروکاریوت ها (باکتری ها).

باکتری E. coliدارای یک مولکول DNA دایره ای دو رشته ای است. از 4639675 جفت باز تشکیل شده است. و به طول حدود 1.7 میلی متر می رسد که از طول خود سلول بیشتر است E. coliتقریبا 850 بار علاوه بر کروموزوم دایره ای بزرگ در نوکلوئید، بسیاری از باکتری ها حاوی یک یا چند مولکول DNA دایره ای کوچک هستند که آزادانه در سیتوزول قرار دارند. چنین عناصر خارج کروموزومی نامیده می شوند پلاسمیدها(شکل 16).

اکثر پلاسمیدها فقط از چند هزار جفت باز تشکیل شده‌اند که برخی از آنها بیش از 10000 جفت باز هستند. آنها حامل اطلاعات ژنتیکی هستند و با تشکیل پلاسمیدهای دختر، که در طول تقسیم سلول مادر وارد سلول های دختر می شوند، همانند سازی می کنند. پلاسمیدها نه تنها در باکتری ها، بلکه در مخمرها و سایر قارچ ها نیز یافت می شوند. در بسیاری از موارد، پلاسمیدها هیچ مزیتی برای سلول های میزبان ندارند و تنها وظیفه آنها تولید مثل مستقل است. با این حال، برخی از پلاسمیدها حامل ژن های مفید برای میزبان هستند. برای مثال، ژن‌های موجود در پلاسمیدها می‌توانند مقاومت سلول‌های باکتریایی را در برابر عوامل ضد باکتریایی ایجاد کنند. پلاسمیدهای حامل ژن β-لاکتاماز به آنتی بیوتیک های بتالاکتام مانند پنی سیلین و آموکسی سیلین مقاومت می کنند. پلاسمیدها را می‌توان از سلول‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک به سلول‌های مشابه یا گونه‌های مختلف باکتری منتقل کرد و این سلول‌ها را نیز مقاوم می‌کند. استفاده فشرده از آنتی بیوتیک ها یک عامل انتخابی قدرتمند است که به گسترش پلاسمیدهای رمزکننده مقاومت آنتی بیوتیکی (و همچنین ترانسپوزون های کد کننده ژن های مشابه) در بین باکتری های بیماری زا کمک می کند و منجر به ظهور سویه های باکتریایی با مقاومت به چندین آنتی بیوتیک می شود. پزشکان شروع به درک خطرات ناشی از استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها کرده اند و فقط در صورت نیاز فوری آنها را تجویز می کنند. به دلایل مشابه، استفاده گسترده از آنتی بیوتیک ها برای درمان حیوانات مزرعه محدود است.

همچنین ببینید: راوین N.V.، Shestakov S.V. ژنوم پروکاریوت ها // مجله ژنتیک و انتخاب واویلوف، 2013. V. 17. شماره 4/2. S. 972-984.

یوکاریوت ها

جدول 2. DNA، ژن ها و کروموزوم های برخی از موجودات

DNA مشترک،

p.n.

عدد کروموزوم *

تعداد تقریبی ژن

اشریشیا کلی(باکتری)

4 639 675

4 435

ساکارومایسس سرویزیه(مخمر)

12 080 000

16**

5 860

Caenorhabditis elegans(نماتد)

90 269 800

12***

23 000

آرابیدوپسیس تالیانا(گیاه)

119 186 200

33 000

مگس سرکه ملانوگاستر(کرم میوه)

120 367 260

20 000

اوریزا ساتیوا(برنج)

480 000 000

57 000

musculus(موش)

2 634 266 500

27 000

انسان خردمند(انسان)

3 070 128 600

29 000

توجه داشته باشید.اطلاعات به طور مداوم به روز می شود. برای اطلاعات به روز بیشتر، به سایت های اختصاص داده شده به پروژه های ژنومی فردی مراجعه کنید

* برای همه یوکاریوت ها، به جز مخمر، یک مجموعه دیپلوئیدی از کروموزوم ها داده می شود. دیپلوئیدکیت کروموزوم ها (از یونانی. diploos- double و eidos- گونه ها) - مجموعه ای دوتایی از کروموزوم ها (2n)، که هر کدام یک همولوگ به خود دارند.
** مجموعه هاپلوئید. سویه های مخمر وحشی معمولا دارای هشت (اکتاپلوید) یا مجموعه های بیشترچنین کروموزوم هایی
*** برای زنان با دو کروموزوم X. مردان یک کروموزوم X دارند، اما Y ندارند، یعنی فقط 11 کروموزوم وجود دارد.

یک سلول مخمر، یکی از کوچکترین یوکاریوت ها، 2.6 برابر بیشتر از یک سلول DNA دارد. E. coli(جدول 2). سلول های مگس میوه مگس سرکهیک هدف کلاسیک تحقیقات ژنتیکی، حاوی 35 برابر DNA بیشتر و سلول های انسانی - حدود 700 برابر DNA بیشتر از سلول ها است. E. coli.بسیاری از گیاهان و دوزیستان حاوی DNA بیشتری هستند. ماده ژنتیکی سلول های یوکاریوتی به شکل کروموزوم سازماندهی شده است. مجموعه کروموزوم های دیپلوئیدی (2 n) به نوع ارگانیسم بستگی دارد (جدول 2).

به عنوان مثال، در سلول سوماتیک 46 کروموزوم انسان ( برنج. 17). هر کروموزوم یک سلول یوکاریوتی، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 17، آ، حاوی یک مولکول DNA دو رشته ای بسیار بزرگ است. 24 کروموزوم انسان (22 کروموزوم جفتی و دو کروموزوم جنسی X و Y) بیش از 25 برابر طول دارند. هر کروموزوم یوکاریوتی حاوی مجموعه خاصی از ژن ها است.


برنج. 17. کروموزوم های یوکاریوتیآ- یک جفت کروماتید خواهر متصل و متراکم از کروموزوم انسان. در این شکل، کروموزوم های یوکاریوتی پس از همانندسازی و در متافاز در طول میتوز باقی می مانند. ب- مجموعه کاملی از کروموزوم های لکوسیت یکی از نویسندگان کتاب. هر سلول سوماتیک طبیعی انسان دارای 46 کروموزوم است.

اگر مولکول های DNA ژنوم انسان (22 کروموزوم و کروموزوم X و Y یا X و X) را به هم متصل کنید، دنباله ای به طول حدود یک متر خواهید داشت. نکته: همه پستانداران و سایر موجودات با جنس نر هتروگامتیک، ماده ها دارای دو کروموزوم X (XX) و نرها دارای یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y (XY) هستند.

بنابراین، بیشتر سلول های انسانی، طول کل DNA چنین سلول هایی حدود 2 متر است. یک فرد بالغ تقریباً 10 14 سلول دارد، بنابراین طول کل مولکول های DNA 2 × 10 11 کیلومتر است. برای مقایسه، محیط زمین 4 × 10 4 کیلومتر و فاصله زمین تا خورشید 1.5 × 10 8 کیلومتر است. این چنین است که DNA به طرز شگفت انگیزی در سلول های ما فشرده شده است!

در سلول های یوکاریوتی، اندامک های دیگر حاوی DNA - میتوکندری و کلروپلاست وجود دارد. فرضیه های زیادی در مورد منشا DNA میتوکندری و کلروپلاست مطرح شده است. دیدگاه عموماً پذیرفته شده امروزه این است که آنها مقدمات کروموزوم های باکتری های باستانی هستند که وارد سیتوپلاسم سلول های میزبان شده و پیش ساز این اندامک ها شده اند. DNA میتوکندری برای tRNA و rRNA میتوکندری و همچنین چندین پروتئین میتوکندری کد می کند. بیش از 95 درصد پروتئین های میتوکندری توسط DNA هسته ای کدگذاری می شوند.

ساختار ژن ها

ساختار ژن در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها، شباهت ها و تفاوت های آنها را در نظر بگیرید. علیرغم این واقعیت که یک ژن قطعه ای از DNA است که تنها یک پروتئین یا RNA را کد می کند، علاوه بر بخش رمزکننده مستقیم، شامل عناصر تنظیمی و سایر عناصر ساختاری است که ساختار متفاوتی در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها دارند.

دنباله کدگذاری- واحد ساختاری و عملکردی اصلی ژن، در آن است که سه گانه نوکلئوتیدها رمزگذاری می کنند.توالی اسید آمینه با کدون شروع شروع می شود و با کدون توقف به پایان می رسد.

قبل و بعد از دنباله کدگذاری هستند دنباله های 5' و 3' ترجمه نشده... آنها عملکردهای تنظیمی و کمکی را انجام می دهند، به عنوان مثال، فرود ریبوزوم بر روی m-RNA را تضمین می کنند.

توالی های ترجمه نشده و کدکننده یک واحد رونویسی را تشکیل می دهند - یک بخش DNA رونویسی شده، یعنی یک بخش DNA که m-RNA از آن سنتز می شود.

نابود کننده- ناحیه DNA رونویسی نشده در انتهای ژن، جایی که سنتز RNA متوقف می شود.

در ابتدای ژن قرار دارد منطقه نظارتیشامل مروجو اپراتور.

مروج- دنباله ای که پلیمراز در هنگام شروع رونویسی به آن متصل می شود. اپراتورمنطقه ای است که پروتئین های خاصی می توانند به آن متصل شوند - سرکوبگرها، که می تواند فعالیت سنتز RNA از این ژن را کاهش دهد - به عبارت دیگر آن را کاهش دهد اصطلاح.

ساختار ژن در پروکاریوت ها

ساختار کلی ژن ها در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها تفاوتی ندارد - هر دو شامل یک ناحیه تنظیم کننده با یک پروموتر و اپراتور، یک واحد رونویسی با کدگذاری و توالی های ترجمه نشده و یک پایان دهنده هستند. با این حال، سازماندهی ژن ها در پروکاریوت ها و یوکاریوت ها متفاوت است.

برنج. 18. طرح ساختار ژن در پروکاریوت ها (باکتری ها) -تصویر بزرگ شده است

در ابتدا و انتهای اپرون، مناطق تنظیم کننده مشترکی برای چندین ژن ساختاری وجود دارد. یک مولکول mRNA از ناحیه رونویسی شده اپرون خوانده می شود که حاوی چندین توالی کد کننده است که هر کدام کدون شروع و توقف مخصوص به خود را دارند. از هر یک از این سایت ها بایک پروتئین قطع می شود. بدین ترتیب، چندین مولکول پروتئین از یک مولکول i-RNA سنتز می شوند.

برای پروکاریوت ها، ترکیب چندین ژن در یک واحد عملکردی مشخص است - اپرون... کار اپرون را می توان توسط ژن های دیگری تنظیم کرد که می توانند به طور قابل توجهی از خود اپرون فاصله داشته باشند - تنظیم کننده... پروتئین ترجمه شده از این ژن نامیده می شود سرکوب کننده... به اپراتور اپرون متصل می شود و بیان تمام ژن های موجود در آن را به یکباره تنظیم می کند.

این پدیده همچنین مشخصه پروکاریوت ها است جفت رونویسی و ترجمه.


برنج. 19 پدیده صرف رونویسی و ترجمه در پروکاریوت ها - تصویر بزرگ شده است

چنین ترکیبی در یوکاریوت ها به دلیل وجود پوشش هسته ای که سیتوپلاسم را که در آن ترجمه انجام می شود، از ماده ژنتیکی که رونویسی روی آن انجام می شود جدا می کند، رخ نمی دهد. در پروکاریوت ها، در طول سنتز RNA روی الگوی DNA، ریبوزوم می تواند بلافاصله به مولکول RNA سنتز شده متصل شود. بنابراین، ترجمه حتی قبل از تکمیل رونویسی آغاز می شود. علاوه بر این، چندین ریبوزوم می توانند به طور همزمان به یک مولکول RNA متصل شوند و چندین مولکول از یک پروتئین را همزمان سنتز کنند.

ساختار ژن در یوکاریوت ها

ژن ها و کروموزوم های یوکاریوت ها بسیار پیچیده هستند

بسیاری از گونه های باکتری فقط یک کروموزوم دارند و تقریباً در همه موارد، یک نسخه از هر ژن در هر کروموزوم وجود دارد. فقط تعداد کمی از ژن ها، مانند ژن های rRNA، در چندین نسخه وجود دارد. ژن ها و توالی های تنظیمی تقریباً کل ژنوم پروکاریوت ها را تشکیل می دهند. علاوه بر این، تقریباً هر ژن دقیقاً با توالی اسید آمینه (یا توالی RNA) که کدگذاری می کند مطابقت دارد (شکل 14).

سازماندهی ساختاری و عملکردی ژن های یوکاریوتی بسیار پیچیده تر است. مطالعه کروموزوم های یوکاریوتی و بعدها تعیین توالی توالی های کامل ژنوم های یوکاریوتی شگفتی های بسیاری را به همراه داشت. بسیاری از ژن‌های یوکاریوتی، اگر نگوییم بیشتر، دارای ژن‌های یوکاریوتی هستند ویژگی جالب: توالی نوکلئوتیدی آنها حاوی یک یا چند ناحیه DNA است که توالی اسید آمینه محصول پلی پپتیدی در آنها کدگذاری نشده است. چنین درج‌های ترجمه نشده، مطابقت مستقیم بین توالی نوکلئوتیدی ژن و توالی اسید آمینه پلی پپتید کدگذاری شده را می‌شکنند. این بخش های ترجمه نشده از ژن ها نامیده می شوند اینترون ها، یا تعبیه شده است دنباله هاو بخش های کدگذاری هستند اگزون ها... در پروکاریوت ها، تنها چند ژن حاوی اینترون هستند.

بنابراین، در یوکاریوت ها، عملا هیچ ترکیبی از ژن ها به اپرون ها وجود ندارد و توالی کد کننده ژن یوکاریوتی اغلب به مناطق ترجمه شده تقسیم می شود. - اگزون ها، و بخش های ترجمه نشده - اینترون ها

در بیشتر موارد، عملکرد اینترون ها ثابت نشده است. به طور کلی، تنها حدود 1.5٪ از DNA انسان "کد کننده" است، یعنی اطلاعاتی در مورد پروتئین ها یا RNA را حمل می کند. با این حال، با در نظر گرفتن اینترون های بزرگ، معلوم می شود که 30٪ از DNA انسان از ژن ها تشکیل شده است. از آنجایی که ژن ها بخش نسبتا کمی از ژنوم انسان را تشکیل می دهند، بخش قابل توجهی از DNA ناشناخته باقی می ماند.

برنج. 16. طرح ساختار ژن در یوکاریوت ها - تصویر بزرگ شده است

از هر ژن ابتدا RNA نابالغ یا پیش RNA ساخته می شود که هم اینترون و هم اگزون دارد.

پس از این، یک فرآیند پیرایش اتفاق می افتد، در نتیجه نواحی اینترون بریده می شوند و یک mRNA بالغ تشکیل می شود که از آن می توان پروتئین را سنتز کرد.


برنج. 20. فرآیند پیوند جایگزین - تصویر بزرگ شده است

چنین سازمان‌دهی ژن‌ها، به‌عنوان مثال، تشخیص اینکه چه زمانی می‌توان اشکال مختلف پروتئین را از یک ژن سنتز کرد، به دلیل این واقعیت که اگزون‌ها را می‌توان در توالی‌های مختلف در حین پیرایش دوخت، ممکن می‌سازد.

برنج. 21. تفاوت در ساختار ژن های پروکاریوت ها و یوکاریوت ها - تصویر بزرگ شده است

جهش و جهش زایی

جهشتغییر پایدار در ژنوتیپ، یعنی تغییر در توالی نوکلئوتیدی نامیده می شود.

فرآیندی که منجر به وقوع جهش می شود نامیده می شود جهش زاییو ارگانیسم، همهکه سلول های آن حامل همان جهش هستند - جهش یافته.

نظریه جهشاولین بار توسط Hugo de Vries در سال 1903 فرموله شد. نسخه مدرن آن شامل مقررات زیر است:

1. جهش ها به طور ناگهانی و به صورت جهشی ظاهر می شوند.

2. جهش ها از نسلی به نسل دیگر منتقل می شوند.

3. جهش ها می توانند مفید، مضر یا خنثی، غالب یا مغلوب باشند.

4. احتمال تشخیص جهش بستگی به تعداد افراد مورد بررسی دارد.

5. جهش های مشابه می تواند به طور مکرر رخ دهد.

6. جهش ها هدف قرار نمی گیرند.

جهش ممکن است به دلیل عوامل مختلفی رخ دهد. بین جهش هایی که تحت تأثیر ایجاد شده اند تمایز قائل شوید جهش زا تاثیرات: فیزیکی (مثلاً اشعه ماوراء بنفش یا تشعشع)، شیمیایی (مثلاً کلشی سین یا فرم های فعالاکسیژن) و بیولوژیکی (به عنوان مثال، ویروس ها). همچنین جهش می تواند ناشی از خطاهای تکرار.

بسته به شرایط ظاهری، جهش ها به زیر تقسیم می شوند خود جوش- یعنی جهش هایی که در شرایط عادی به وجود آمده اند و القاء شده- یعنی جهش هایی که در شرایط خاص به وجود آمده اند.

جهش می تواند نه تنها در DNA هسته ای، بلکه به عنوان مثال، در DNA میتوکندری یا پلاستیدها نیز رخ دهد. بر این اساس، می توانیم تشخیص دهیم هسته ایو سیتوپلاسمیجهش ها

در نتیجه جهش، آلل های جدید اغلب ظاهر می شوند. اگر آلل جهش یافته عمل الل طبیعی را سرکوب کند، جهش نامیده می شود غالب... اگر یک آلل نرمال یک جهش یافته را سرکوب کند، چنین جهشی نامیده می شود مغلوب... اکثر جهش هایی که منجر به ظهور آلل های جدید می شوند مغلوب هستند.

بر اساس اثر، جهش ها متمایز می شوند انطباقیمنجر به افزایش سازگاری بدن با محیط می شود، خنثیکه روی بقا تاثیری ندارد، زیان آورکه سازگاری موجودات را با شرایط محیطی کاهش می دهد و مرگبارمنجر به مرگ ارگانیسم در مراحل اولیهتوسعه.

با توجه به عواقب، جهش ها متمایز می شوند که منجر به از دست دادن عملکرد پروتئین، جهش منجر به اضطرار پروتئین عملکرد جدیدی داردو همچنین جهش هایی که دوز ژن را تغییر دهیدو بر این اساس، دوز پروتئین سنتز شده از آن.

جهش ممکن است در هر سلولی در بدن رخ دهد. اگر جهشی در سلول زایا رخ دهد، آن را می نامند ژرمینال(ژرمینال یا مولد). چنین جهش هایی در ارگانیسمی که در آن ظاهر شده اند ظاهر نمی شوند، اما منجر به ظهور جهش یافته ها در فرزندان می شوند و به ارث می رسند، بنابراین برای ژنتیک و تکامل مهم هستند. اگر جهشی در هر سلول دیگری رخ دهد، آن را می نامند جسمی... چنین جهشی می تواند به یک درجه یا دیگری در ارگانیسمی که در آن بوجود آمده است خود را نشان دهد، به عنوان مثال، منجر به تشکیل تومورهای سرطانی شود. با این حال، این جهش ارثی نیست و بر فرزندان تأثیر نمی گذارد.

جهش ها می توانند مناطقی از ژنوم با اندازه های مختلف را تحت تاثیر قرار دهند. اختصاص دهید ژن, کروموزومیو ژنومیجهش ها

جهش های ژنی

جهش هایی که در مقیاس کمتر از یک ژن رخ می دهند نامیده می شوند ژنتیکی، یا نقطه (نقطه)... چنین جهش هایی منجر به تغییر در یک یا چند نوکلئوتید در توالی می شود. در میان جهش های ژنی، وجود داردجایگزین هامنجر به جایگزینی یک نوکلئوتید با نوکلئوتید دیگر،حذف هامنجر به از دست دادن یکی از نوکلئوتیدها،درج هامنجر به اضافه شدن یک نوکلئوتید اضافی به دنباله می شود.


برنج. 23. جهش ژنی (نقطه ای).

با توجه به مکانیسم اثر بر روی پروتئین، جهش های ژنی به دو دسته تقسیم می شوند:مترادفکه (در نتیجه انحطاط کد ژنتیکی) منجر به تغییر در ترکیب اسید آمینه محصول پروتئینی نمی شود،جهش های نادرست، که منجر به جایگزینی یک اسید آمینه با اسید آمینه دیگر می شود و می تواند بر ساختار پروتئین سنتز شده تأثیر بگذارد ، اگرچه اغلب ناچیز است.جهش های بی معنیمنجر به جایگزینی کدون کد کننده با کدون توقف می شود،جهش منجر به اختلال اتصال:


برنج. 24. طرح های جهش

همچنین، با توجه به مکانیسم اثر بر روی پروتئین، جهش‌ها جدا می‌شوند که منجر به تغییر قاب بازخوانی هابه عنوان مثال، درج و حذف. چنین جهش هایی مانند جهش های بی معنی، اگرچه در یک نقطه از یک ژن اتفاق می افتند، اغلب بر کل ساختار یک پروتئین تأثیر می گذارند که می تواند منجر به تغییر کامل در ساختار آن شود.

برنج. 29. کروموزوم قبل و بعد از تکثیر

جهش های ژنومی

سرانجام، جهش های ژنومیبر کل ژنوم به عنوان یک کل تأثیر می گذارد، یعنی تعداد کروموزوم ها تغییر می کند. اختصاص دادن پلی پلوئیدی - افزایش پلوئیدی سلولی و آنیوپلوئیدی، یعنی تغییر در تعداد کروموزوم ها، به عنوان مثال، تریزومی (وجود همولوگ اضافی در یکی از کروموزوم ها) و مونوزومی (عدم وجود همولوگ در یک کروموزوم). کروموزوم).

ویدئوهای DNA

همانندسازی DNA، کدگذاری RNA، سنتز پروتئین

صفحه 3

1. طبق اصل مکمل بودن، زنجیره دوم این مولکول DNA را می سازد: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. با دانستن طول یک نوکلئوتید (0.34 نانومتر)، طول را تعیین می کنیم از این قطعه DNA (در DNA، طول یک زنجیره برابر با طول کل مولکول است): 13x0.34 = 4.42 نانومتر.

3. محاسبه درصد نوکلئوتیدها در یک رشته DNA داده شده:

13 نوکلئوتید - 100٪

5 A - x%, x = 38% (A).

2 G - x٪، x = 15.5٪ (G).

4 T - x٪، x = 31٪ (T).

2 C - x٪، x = 15.5٪ (C).

جواب: ت-ت-تس-ا-ج-ا-ت-ت-گ-تس-ا-ت-ا; 4.42 نانومتر؛ A = 38٪; T = 31%; G = 15.5٪; C = 15.5٪.

مسئله 21. روی قطعه ای از یک رشته DNA، نوکلئوتیدها به ترتیب A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-AT قرار دارند.

1. نمودار ساختار رشته دوم این مولکول DNA را رسم کنید.

2. اگر یک نوکلئوتید حدود 0.34 نانومتر باشد، طول این قطعه DNA بر حسب نانومتر چقدر است؟

3. چند نوکلئوتید (در درصد) در این قطعه از مولکول DNA وجود دارد؟

1. ساخت زنجیره دوم این قطعه از مولکول DNA را با استفاده از قانون مکملیت به پایان می رسانیم: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.

2. طول این قطعه DNA را تعیین کنید: 12x0.34 = 4.08 نانومتر. درصد نوکلئوتیدهای این قطعه DNA را محاسبه می کنیم.

24 نوکلئوتید - 100٪

8A - x%، بنابراین x = 33.3% (A);

از آنجا که طبق قانون Chargaff A = T، سپس محتوای T = 33.3٪.

24 نوکلئوتید - 100٪

4G - x٪، بنابراین x = 16.7٪ (D)؛

از آنجا که طبق قانون Chargaff G = C، سپس محتوای C = 16.6٪.

جواب: ت-ت-تس-ا-ج-ا-ت-گ-تس-ا-ت-ا; 4.08 نانومتر؛ A = T = 33.3%؛ G = C = 16.7٪

مسئله 22. اگر رشته اول حاوی 18 درصد گوانین، 30 درصد آدنین و 20 درصد تیمین باشد، ترکیب دومین رشته DNA چگونه خواهد بود؟

1. با دانستن اینکه زنجیره های مولکول DNA مکمل یکدیگر هستند، محتوای نوکلئوتیدها را (در درصد) در زنجیره دوم تعیین می کنیم:

از آنجا که در زنجیره اول، G = 18٪، بنابراین در زنجیره دوم، C = 18٪.

از آنجا که در زنجیره اول A = 30٪، بنابراین در زنجیره دوم T = 30٪.

از آنجا که در زنجیره اول T = 20٪، بنابراین در زنجیره دوم A = 20٪.

2. محتوای سیتوزین در اولین زنجیره (در درصد) را تعیین کنید.

تعیین نسبت سیتوزین در اولین رشته DNA: 100٪ - 68٪ = 32٪ (C).

اگر در زنجیره اول C = 32٪، سپس در زنجیره دوم G = 32٪.

پاسخ: C = 18%; T = 30٪; A = 20٪؛ G = 32٪

مسئله 23. مولکول DNA حاوی 23 درصد آدنیل نوکلئوتید از کلنوکلئوتیدها. مقدار تیمیدیل و سیتوزیل نوکلئوتید را تعیین کنید.

1. طبق قانون Chargaff، محتوای نوکلئوتیدهای تیمیدیل را در یک مولکول DNA مشخص می‌یابیم: A = T = 23%.

2. مجموع (بر حسب درصد) محتوای نوکلئوتیدهای آدنیل و تیمیدیل در یک مولکول DNA معین را بیابید: 23% + 23% = 46%.

3. مجموع (بر حسب درصد) محتوای نوکلئوتیدهای گوانیل و سیتوزیل در یک مولکول DNA معین را بیابید: 100% - 46% = 54%.

4. طبق قاعده چارگاف، در مولکول DNA G = C، در مجموع 54% و به طور جداگانه: 54%: 2 = 27%.

پاسخ: T = 23%; C = 27٪

مسئله 24. یک مولکول DNA با وزن مولکولی نسبی 69 هزار داده می شود که 8625 عدد آن آدنیل نوکلئوتید است. میانگین وزن مولکولی یک نوکلئوتید 345 است. در یک DNA معین چند نوکلئوتید به صورت جداگانه وجود دارد؟ طول مولکول آن چقدر است؟

1. تعداد آدنیل نوکلئوتیدها را در یک مولکول DNA مشخص کنید: 8625: 345 = 25.

2. طبق قاعده چارگاف، A = G، i.e. در یک مولکول DNA داده شده A = T = 25.

3. تعیین کنید که سهم نوکلئوتیدهای گوانیل از کل وزن مولکولی DNA معین چقدر است: 69000 - (8625x2) = 51750.

4. مقدار کل نوکلئوتیدهای گوانیل و سیتوسیل را در این DNA تعیین کنید: 51 750: 345 = 150.

5. محتوای نوکلئوتیدهای گوانیل و سیتوزیل را به طور جداگانه تعیین کنید: 150: 2 = 75;

6. طول یک مولکول DNA داده شده را تعیین کنید: (25 + 75) x 0.34 = 34 نانومتر.

پاسخ: A = T = 25; G = C = 75; 34 نانومتر

مسئله 25. طبق نظر برخی از دانشمندان طول کل مولکول های DNA در هسته یک سلول زایشی انسان حدود 102 سانتی متر است. در DNA یک سلول چند جفت نوکلئوتید وجود دارد (1 نانومتر = 10-6 میلی متر) ?

1. تبدیل سانتی متر به میلی متر و نانومتر: 102 سانتی متر = 1020 میلی متر = 1,020,000,000 نانومتر.

2. با دانستن طول یک نوکلئوتید (0.34 نانومتر)، تعداد جفت‌های نوکلئوتیدی موجود در مولکول‌های DNA گامت انسان را تعیین می‌کنیم: (102 x 107): 0.34 = 3 x 109 جفت.

جواب: جفت 3*109.

مسئله 26. فرمول دی پپتیدهای تشکیل شده توسط:

الف) تیروزین و سیستنوئین؛ ب) سرین و فنیل آلانین. ج) گلیسین و سیستئین.

مسئله 27. گلیسین را بدون استفاده از مواد کربنی دیگر از متان دریافت کنید.

ژنتیک مولکولی – شاخه ای از ژنتیک که به مطالعه وراثت در سطح مولکولی می پردازد.

اسیدهای نوکلئیک. همانندسازی DNA واکنش های سنتز ماتریس

اسیدهای نوکلئیک (DNA, RNA) در سال 1868 توسط بیوشیمیدان سوئیسی I.F. میشر. اسیدهای نوکلئیک بیوپلیمرهای خطی متشکل از مونومرها - نوکلئوتیدها هستند.

DNA - ساختار و عملکرد

ساختار شیمیایی DNA در سال 1953 توسط بیوشیمیدان آمریکایی جی واتسون و فیزیکدان انگلیسی F. Crick رمزگشایی شد.

ساختار کلی DNAمولکول DNA از 2 زنجیره تشکیل شده است که به شکل یک مارپیچ (شکل 11) یکی به دور دیگری و حول یک محور مشترک پیچ خورده است. مولکول های DNA می توانند از 200 تا 2x10 8 جفت باز داشته باشند. در امتداد مارپیچ مولکول DNA، نوکلئوتیدهای مجاور در فاصله 0.34 نانومتر از یکدیگر قرار دارند. چرخش کامل مارپیچ شامل 10 جفت پایه است. طول آن 3.4 نانومتر است.

برنج. 11 ... نمودار ساختار DNA (مارپیچ دوگانه)

پلیمری مولکول DNAمولکول DNA - بیوپلویمر از ترکیبات پیچیده - نوکلئوتیدها تشکیل شده است.

ساختار نوکلئوتیدی DNAنوکلئوتید DNA از 3 واحد تشکیل شده است: یکی از بازهای نیتروژنی (آدنین، گوانین، سیتوزین، تیمین). دئوکسی ریبوز (مونوساکارید)؛ باقیمانده اسید فسفریک (شکل 12).

2 گروه از بازهای نیتروژنی وجود دارد:

    پورین - آدنین (A)، گوانین (G)، حاوی دو حلقه بنزن.

    پیریمیدین - تیمین (T)، سیتوزین (C)، حاوی یک حلقه بنزن.

DNA حاوی انواع نوکلئوتیدهای زیر است: آدنین (A)؛ گوانین (G)؛ سیتوزین (C)؛ تیمین (T).نام نوکلئوتیدها با نام بازهای نیتروژنی که ترکیب آنها را تشکیل می دهند مطابقت دارد: آدنین نوکلئوتید باز نیتروژن آدنین. گوانین نوکلئوتید پایه نیتروژنی گوانین; سیتوزین نوکلئوتید نیتروژن پایه سیتوزین; تیمین نوکلئوتید پایه نیتروژنی تیمین.

اتصال دو رشته DNA به یک مولکول

نوکلئوتیدهای A، G، C و T یک زنجیره به ترتیب با نوکلئوتیدهای T، C، G و A زنجیره دیگر متصل هستند. پیوند های هیدروژنی... دو پیوند هیدروژنی بین A و T و سه پیوند هیدروژنی بین G و C تشکیل می شود (A = T, G≡C).

جفت بازها (نوکلئوتیدها) A - T و G - C مکمل نامیده می شوند ، یعنی با یکدیگر مطابقت دارند. مکمل بودنمطابقت شیمیایی و مورفولوژیکی نوکلئوتیدها با یکدیگر در زنجیره های DNA جفتی است.

5 ’ 3 ’

1 2 3

3’ 5’

برنج. 12بخش مارپیچ دوگانه DNA. ساختار نوکلئوتیدی (1 - باقیمانده اسید فسفریک؛ 2 - دئوکسی ریبوز؛ 3 - پایه نیتروژنی). اتصال نوکلئوتیدها با استفاده از پیوندهای هیدروژنی.

زنجیر در یک مولکول DNA ضد موازی،یعنی در جهات مخالف جهت داده شود، به طوری که 3'-انتهای یک رشته در مقابل 5'-انتهای رشته دیگر باشد. اطلاعات ژنتیکی در DNA از انتهای 5 تا 3 نوشته می شود. این رشته DNA معنایی نامیده می شود.

زیرا ژن ها در اینجا قرار دارند. رشته دوم - 3'-5' به عنوان استانداردی برای ذخیره اطلاعات ژنتیکی عمل می کند.

رابطه بین تعداد بازهای مختلف در DNA توسط E. Chargaff در سال 1949 ایجاد شد. Chargaff نشان داد که در DNA گونه های مختلف مقدار آدنین برابر با مقدار تیمین و مقدار گوانین برابر با مقدار است. سیتوزین

E. قانون چارگاف:

    در یک مولکول DNA، تعداد نوکلئوتیدهای A (آدنین) همیشه برابر با تعداد نوکلئوتیدهای T (تامین) یا نسبت ∑ A به ∑ T = 1 است. مجموع نوکلئوتیدهای G (گوانین) برابر با مجموع نوکلئوتیدهای C (سیتوزین) یا نسبت ∑ G به ∑ C = 1 است.

    مجموع بازهای پورینی (A + G) برابر است با مجموع بازهای پیریمیدین (T + C) یا نسبت ∑ (A + G) به ∑ (T + C) = 1.

روش سنتز DNA - همانند سازی... همانندسازی فرآیند خودتکثیر مولکول DNA است که در هسته تحت کنترل آنزیم ها انجام می شود. خود لذتی مولکول DNA رخ می دهد بر اساس مکمل بودن- مطابقت دقیق نوکلئوتیدها با یکدیگر در زنجیره های DNA جفتی. در ابتدای فرآیند همانند سازی، مولکول DNA در یک ناحیه خاص باز می شود (تصویر می شود) (شکل 13)، در حالی که پیوندهای هیدروژنی آزاد می شوند. روی هر یک از زنجیره‌هایی که پس از گسیختگی پیوندهای هیدروژنی با مشارکت یک آنزیم تشکیل می‌شوند. DNA پلیمیرازها،رشته دختری DNA سنتز می شود. ماده برای سنتز نوکلئوتیدهای آزاد موجود در سیتوپلاسم سلول است. این نوکلئوتیدها مکمل نوکلئوتیدهای دو رشته DNA مادری هستند. آنزیم DNA پلیمرازنوکلئوتیدهای مکمل را به رشته DNA الگو متصل می کند. به عنوان مثال، به نوکلئوتید آپلیمراز زنجیره الگو نوکلئوتید را متصل می کند تیو بر این اساس، نوکلئوتید C به نوکلئوتید G (شکل 14). اتصال عرضی نوکلئوتیدهای مکمل توسط یک آنزیم اتفاق می افتد لیگازهای DNA... بنابراین، با خود دو برابر شدن، دو رشته DNA دختر سنتز می شوند.

دو مولکول DNA حاصل از یک مولکول DNA هستند مدل نیمه محافظه کار، زیرا آنها از زنجیره های والد قدیمی و دختر جدید تشکیل شده اند و کپی دقیقی از مولکول مادر هستند (شکل 14). معنای بیولوژیکی همانندسازی، انتقال دقیق اطلاعات ارثی از مولکول والد به مولکول دختر است.

برنج. 13 ... دیسپیرالیزاسیون یک مولکول DNA با استفاده از یک آنزیم

1

برنج. 14 ... همانندسازی - تشکیل دو مولکول DNA از یک مولکول DNA: 1 - مولکول DNA دختر. 2 - مولکول DNA مادری (والد).

آنزیم DNA پلیمراز می تواند در طول رشته DNA فقط در جهت 3 '-> 5' حرکت کند. از آنجایی که رشته‌های مکمل در مولکول DNA در جهت مخالف هستند و آنزیم DNA پلیمراز می‌تواند در امتداد رشته DNA فقط در جهت 3 '-> 5' حرکت کند، سنتز رشته‌های جدید ضد موازی است. ضد موازی گرایی).

محل محلی سازی DNA... DNA در هسته سلول، در ماتریکس میتوکندری و کلروپلاست موجود است.

مقدار DNA در یک سلول ثابت است و 6.6x10 -12 گرم است.

توابع DNA:

    ذخیره و انتقال در تعدادی از نسل ها اطلاعات ژنتیکی به مولکول ها و - RNA.

    ساختاری. DNA اساس ساختاری کروموزوم ها است (یک کروموزوم 40٪ DNA است).

ویژگی های گونه ای DNA... ترکیب نوکلئوتیدی DNA به عنوان یک معیار گونه عمل می کند.

RNA، ساختار و عملکرد.

ساختار کلی.

RNA یک بیوپلیمر خطی است که از یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است. تمایز بین ساختارهای اولیه و ثانویه RNA ساختار اولیه RNA یک مولکول تک رشته ای است و ساختار ثانویه به صورت متقاطع و مشخصه t-RNA است.

پلیمری مولکول RNA... طول یک مولکول RNA می تواند از 70 نوکلئوتید تا 30000 نوکلئوتید باشد. نوکلئوتیدهایی که RNA را می سازند به شرح زیر هستند: آدنیل (A)، گوانیل (G)، سیتیدیل (C)، اوراسیل (U). در RNA، نوکلئوتید تیمین با نوکلئوتید اوراسیل (U) جایگزین می شود.

ساختار نوکلئوتیدی RNA

نوکلئوتید RNA شامل 3 پیوند است:

    پایه نیتروژنی (آدنین، گوانین، سیتوزین، اوراسیل)؛

    مونوساکارید - ریبوز (در ریبوز در هر اتم کربن اکسیژن وجود دارد).

    باقیمانده اسید فسفریک

روش سنتز RNA - رونویسی... رونویسی، مانند همانندسازی، یک واکنش سنتز ماتریسی است. ماتریکس یک مولکول DNA است. واکنش بر اساس اصل مکمل بودن روی یکی از رشته های DNA انجام می شود (شکل 15). فرآیند رونویسی با از بین بردن اسپیرال مولکول DNA در یک مکان خاص آغاز می شود. روی رشته DNA رونویسی شده وجود دارد مروج -گروهی از نوکلئوتیدهای DNA که سنتز یک مولکول RNA از آنها آغاز می شود. یک آنزیم به پروموتر متصل می شود RNA پلیمراز... آنزیم فرآیند رونویسی را فعال می کند. بر اساس اصل مکمل بودن، نوکلئوتیدها تکمیل می شوند که از سیتوپلاسم سلول به رشته DNA رونویسی شده می آیند. RNA پلیمراز همراستایی نوکلئوتیدها در یک رشته و تشکیل یک مولکول RNA را فعال می کند.

در فرآیند رونویسی، چهار مرحله متمایز می شود: 1) اتصال RNA پلیمراز با یک پروموتر. 2) آغاز سنتز (شروع)؛ 3) طویل شدن - رشد زنجیره RNA ، یعنی اتصال متوالی نوکلئوتیدها به یکدیگر وجود دارد. 4) خاتمه - تکمیل سنتز i-RNA.

برنج. 15 ... طرح رونویسی

1 - مولکول DNA (دو رشته ای); 2 - مولکول RNA; 3 - کدون ها 4 - پروموتر.

در سال 1972، دانشمندان آمریکایی - ویروس شناس H.M. Temin و زیست شناس مولکولی D. Baltimore رونویسی معکوس را با استفاده از ویروس ها در سلول های تومور کشف کردند. رونویسی معکوس- بازنویسی اطلاعات ژنتیکی از RNA به DNA. این فرآیند با کمک یک آنزیم انجام می شود ترانس کریپتاز معکوس.

انواع RNA بر اساس عملکرد

    RNA اطلاعاتی یا پیام رسان (i-RNA یا m-RNA) اطلاعات ژنتیکی را از مولکول DNA به محل سنتز پروتئین - به ریبوزوم منتقل می کند. در هسته با مشارکت آنزیم RNA پلیمراز سنتز می شود. این 5 درصد از انواع RNA در یک سلول را تشکیل می دهد. i-RNA شامل 300 نوکلئوتید تا 30000 نوکلئوتید است (طولانی ترین زنجیره در بین RNA).

    RNA حمل و نقل (t-RNA) اسیدهای آمینه را به محل سنتز پروتئین، یعنی ریبوزوم منتقل می کند. شکل صلیب دارد (شکل 16) و از 70 تا 85 نوکلئوتید تشکیل شده است. مقدار آن در سلول 10-15 درصد RNA سلول است.

برنج. 16.طرح ساختار t-RNA: А – Г - جفت نوکلئوتیدهایی که با استفاده از پیوندهای هیدروژنی متصل شده اند. د - محل اتصال اسید آمینه (محل گیرنده)؛ E - آنتی کدون.

3. RNA ریبوزومی (r-RNA) در هسته سنتز می شود و بخشی از ریبوزوم ها است. شامل حدود 3000 نوکلئوتید است. 85 درصد RNA سلول را می سازد. این نوع RNA در هسته، در ریبوزوم ها، روی شبکه آندوپلاسمی، در کروموزوم ها، در ماتریکس میتوکندری و همچنین در پلاستیدها یافت می شود.

مبانی سیتولوژی. حل وظایف معمولی

مشکل 1

چه تعداد نوکلئوتید تیمین و آدنین در DNA وجود دارد اگر 50 نوکلئوتید سیتوزین در آن یافت شود که 10٪ از کل نوکلئوتیدها است.

راه حل.طبق قانون مکمل بودن در دو رشته DNA، سیتوزین همیشه مکمل گوانین است. 50 نوکلئوتید سیتوزین 10٪ را تشکیل می دهند، بنابراین، طبق قانون Chargaff، 50 نوکلئوتید گوانین نیز 10٪ را تشکیل می دهند یا (اگر C = 10٪، ∑G = 10٪).

مجموع جفت نوکلئوتید C + G 20٪ است.

مجموع یک جفت نوکلئوتید T + A = 100% - 20% (C + G) = 80%

برای اینکه بفهمید چه تعداد نوکلئوتید تیمین و آدنین در DNA وجود دارد، باید نسبت زیر را تعیین کنید:

50 سیتوزین نوکلئوتید → 10%

X (T + A) → 80٪

X = 50x80: 10 = 400 قطعه

طبق قانون چارگاف ∑А = ∑Т، از این رو ∑А = 200 و ∑Т = 200.

پاسخ:تعداد تیمین و همچنین نوکلئوتیدهای آدنین در DNA 200 است.

وظیفه 2

نوکلئوتیدهای تیمین در DNA 18 درصد از تعداد کل نوکلئوتیدها را تشکیل می دهند. درصد انواع نوکلئوتیدهای باقیمانده موجود در DNA را تعیین کنید.

راه حل.∑T = 18%. بر اساس قانون Chargaff T = ∑A، بنابراین، سهم نوکلئوتیدهای آدنین نیز 18٪ (∑A = 18٪) را تشکیل می دهد.

مجموع جفت نوکلئوتید T + A 36٪ (18٪ + 18٪ = 36٪) است. برای چند نوکلئوتید، GiC شامل: G + C = 100٪ -36٪ = 64٪ است. از آنجایی که گوانین همیشه مکمل سیتوزین است، محتوای آنها در DNA برابر خواهد بود.

یعنی ∑ Г = ∑Ц = 32%.

پاسخ: محتوای گوانین مانند سیتوزین 32 درصد است.

مشکل 3

20 سیتوزین نوکلئوتید DNA 10 درصد از تعداد کل نوکلئوتیدها را تشکیل می دهد. چند نوکلئوتید آدنین در یک مولکول DNA وجود دارد؟

راه حل.در یک دو رشته DNA، مقدار سیتوزین برابر با مقدار گوانین است، بنابراین مجموع آنها برابر است: C + G = 40 نوکلئوتید. تعداد کل نوکلئوتیدها را بیابید:

20 نوکلئوتید سیتوزین → 10%

X (کل نوکلئوتیدها) → 100%

X = 20x100: 10 = 200 قطعه

A + T = 200 - 40 = 160 قطعه

از آنجایی که آدنین مکمل تیمین است، محتوای آنها برابر خواهد بود.

یعنی 160 قطعه: 2 = 80 قطعه، یا ∑A = ∑T = 80.

پاسخ: مولکول DNA حاوی 80 نوکلئوتید آدنین است.

مشکل 4

اگر نوکلئوتیدهای زنجیره سمت چپ آن مشخص است، نوکلئوتیدهای زنجیره DNA سمت راست را اضافه کنید: AGA - TAT - GTG - TCT

راه حل.ساخت زنجیره DNA سمت راست با توجه به یک زنجیره سمت چپ داده شده طبق اصل مکمل بودن - مطابقت دقیق نوکلئوتیدها با یکدیگر انجام می شود: آدنونیک - تیمین (AT)، گوانین - سیتوزین (G - C). بنابراین نوکلئوتیدهای رشته DNA سمت راست باید به صورت زیر باشد: TCT - ATA - TsAC - AGA.

پاسخ: نوکلئوتیدهای زنجیره DNA سمت راست: TCT - ATA - TsAC - AGA.

مشکل 5

اگر رشته DNA رونویسی شده دارای ترتیب نوکلئوتیدی زیر است، رونویسی را بنویسید: AGA - TAT - THT - TCT.

راه حل... مولکول i-RNA بر اساس اصل مکمل بودن روی یکی از رشته های مولکول DNA سنتز می شود. ما ترتیب نوکلئوتیدها را در رشته DNA رونویسی شده می دانیم. بنابراین، ساخت یک رشته مکمل از i-RNA ضروری است. لازم به یادآوری است که به جای تیمین، اوراسیل در مولکول RNA گنجانده شده است. از این رو:

زنجیره DNA: AGA - TAT - THT - TCT

زنجیره i-RNA: UCU - AUA -ACA -AGA.

پاسخ: توالی نوکلئوتیدهای m-RNA به شرح زیر است: UCU - AUA - ACA -AGA.

مشکل 6

رونویسی معکوس را بنویسید، به عنوان مثال، بر اساس قطعه پیشنهادی i-RNA، قطعه ای از یک مولکول DNA دو رشته ای بسازید، اگر زنجیره i-RNA دارای توالی نوکلئوتیدی زیر باشد:

ГЦГ - АТС - UUU - UCG - CGU - AGU - ATA

راه حل.رونویسی معکوس سنتز یک مولکول DNA بر اساس کد ژنتیکی m-RNA است. m-RNA کد کننده یک مولکول DNA دارای ترتیب نوکلئوتیدی زیر است: GCG - ACA - UUU - UCH - CSU - AGU - AGA. زنجیره DNA مکمل آن: CHC - THT - AAA - AGC - HCA - TCA - TCT. رشته DNA دوم: GCG – ACA – TTT – TCG – CGT – AGT – AGA.

پاسخ: در نتیجه رونویسی معکوس، دو زنجیره از مولکول DNA سنتز شد: CGC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA و GCG - ACA - TTT - TCG - CGT - AGT - AGA.

کد ژنتیکی. بیوسنتز پروتئین.

ژن- بخشی از یک مولکول DNA حاوی اطلاعات ژنتیکی در مورد ساختار اولیه یک پروتئین خاص.

ساختار اگزون-اینترون ژنیوکاریوت ها

    مروج- یک قطعه DNA (تا 100 نوکلئوتید طول) که آنزیم به آن متصل می شود. RNA پلیمرازمورد نیاز برای رونویسی؛

2) منطقه نظارتی- منطقه موثر بر فعالیت ژن؛

3) بخش ساختاری یک ژن- اطلاعات ژنتیکی در مورد ساختار اولیه پروتئین.

یک توالی نوکلئوتیدی DNA که حامل اطلاعات ژنتیکی در مورد ساختار اولیه پروتئین است - اگزون... آنها همچنین بخشی از i-RNA هستند. یک توالی نوکلئوتیدی DNA که حاوی اطلاعات ژنتیکی در مورد ساختار اولیه پروتئین نیست - اینترون... آنها بخشی از i-RNA نیستند. در جریان رونویسی با کمک آنزیم‌های خاص، نسخه‌های اینترون از i-RNA جدا می‌شوند و نسخه‌های اگزون در طول تشکیل مولکول i-RNA به هم بخیه می‌شوند (شکل 20). این فرآیند نامیده می شود پیوند دادن.

برنج. 20 ... طرح پیرایش (تشکیل i-RNA بالغ در یوکاریوت ها)

کد ژنتیکی -سیستم توالی نوکلئوتیدی در مولکول DNA یا m-RNA که مربوط به توالی اسیدهای آمینه در زنجیره پلی پپتیدی است.

خواص کد ژنتیکی:

    سه گانه بودن(ACA - GTG - GTsG ...)

کد ژنتیکی است سه قلو،از آنجایی که هر یک از 20 اسید آمینه توسط یک دنباله از سه نوکلئوتید رمزگذاری شده است. سه قلو, کدون).

64 نوع سه قلو نوکلئوتیدی وجود دارد (4 3 = 64).

    عدم ابهام (خاصیت)

کد ژنتیکی بدون ابهام است، زیرا هر سه گانه مجزا از نوکلئوتیدها (کدون) تنها یک اسید آمینه را رمزگذاری می کند، یا یک کدون همیشه با یک اسید آمینه مطابقت دارد (جدول 3).

    کثرت (زیاد بودن، یا انحطاط)

یک اسید آمینه یکسان را می توان توسط چندین سه قلو (از 2 تا 6) رمزگذاری کرد، زیرا 20 اسید آمینه پروتئین ساز و 64 سه قلو وجود دارد.

    تداوم

خواندن اطلاعات ژنتیکی در یک جهت از چپ به راست انجام می شود. اگر یک نوکلئوتید از بین برود، در حین خواندن، نزدیکترین نوکلئوتید از سه قلو همسایه جای آن را می گیرد، که منجر به تغییر اطلاعات ژنتیکی می شود.

    تطبیق پذیری

کد ژنتیکی برای همه موجودات زنده معمول است و سه قلوهای یکسان اسید آمینه یکسانی را در همه موجودات زنده رمزگذاری می کنند.

    دارای سه قلو استارت و پایانه(سه قلو شروع - AUG، سه قلوهای ترمینال UAA، UGA، UAG). این نوع سه قلوها برای اسیدهای آمینه کد نمی کنند.

    عدم همپوشانی (گسستگی)

کد ژنتیکی غیر همپوشانی است، زیرا یک نوکلئوتید نمی تواند به طور همزمان در دو سه قلو مجاور گنجانده شود. نوکلئوتیدها می توانند فقط به یک سه قلو تعلق داشته باشند و اگر آنها را به سه گانه دیگر مرتب کنید، در اطلاعات ژنتیکی تغییر ایجاد می شود.

جدول 3 - جدول کد ژنتیکی

پایه های کدونی

توجه: اسامی اختصاری آمینو اسیدها مطابق با اصطلاحات بین المللی ذکر شده است.

بیوسنتز پروتئین

بیوسنتز پروتئین - نوع تعویض پلاستیکموادی در سلول که در موجودات زنده تحت تأثیر آنزیم ها وجود دارند. بیوسنتز پروتئین قبل از واکنش های سنتز ماتریکس (تکثیر - سنتز DNA؛ رونویسی - سنتز RNA؛ ترجمه - مونتاژ مولکول های پروتئین روی ریبوزوم ها) انجام می شود. در فرآیند بیوسنتز پروتئین، 2 مرحله متمایز می شود:

    رونویسی

    پخش

در طول رونویسی، اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA موجود در کروموزوم های هسته به مولکول RNA منتقل می شود. پس از اتمام فرآیند رونویسی، m-RNA از طریق منافذ موجود در غشای هسته وارد سیتوپلاسم سلول می شود، بین 2 زیر واحد ریبوزوم قرار می گیرد و در بیوسنتز پروتئین شرکت می کند.

ترجمه فرآیند ترجمه کد ژنتیکی به دنباله ای از اسیدهای آمینه است.ترجمه در سیتوپلاسم سلول روی ریبوزوم ها که در سطح EPS (شبکه آندوپلاسمی) قرار دارند انجام می شود. ریبوزوم ها دانه های کروی با قطر متوسط ​​20 نانومتر هستند که از زیر واحدهای بزرگ و کوچک تشکیل شده اند. مولکول i-RNA بین دو زیر واحد ریبوزوم قرار دارد. فرآیند ترجمه شامل اسیدهای آمینه، ATP، i-RNA، t-RNA، آنزیم آمینو آسیل t-RNA سنتتاز است.

کدون- بخشی از یک مولکول DNA یا m-RNA، متشکل از سه نوکلئوتید متوالی که یک اسید آمینه را کد می کنند.

آنتی کدون- ناحیه ای از مولکول t-RNA، متشکل از سه نوکلئوتید متوالی و مکمل کدون مولکول i-RNA. کدون ها مکمل آنتی کدون های مربوطه هستند و با استفاده از پیوندهای هیدروژنی به آنها متصل می شوند (شکل 21).

سنتز پروتئین با شروع کدون شروع AUG... از او ریبوزوم

حرکت در طول مولکول i-RNA، سه تا سه. اسیدهای آمینه از یک کد ژنتیکی به دست می آیند. قرار دادن آنها در زنجیره پلی پپتیدی روی ریبوزوم با کمک t-RNA اتفاق می افتد. ساختار اولیه t-RNA (رشته) به یک ساختار ثانویه شبیه به شکل متقاطع تبدیل می شود و در عین حال مکمل بودن نوکلئوتیدها در آن حفظ می شود. در قسمت پایین t-RNA، یک مکان پذیرنده وجود دارد که یک اسید آمینه به آن متصل است (شکل 16). اسیدهای آمینه توسط یک آنزیم فعال می شوند آمینواسیل t-RNA سنتتاز... ماهیت این فرآیند این است که این آنزیم با یک اسید آمینه و با ATP تعامل دارد. در این مورد، یک کمپلکس سه گانه تشکیل می شود که توسط این آنزیم، اسید آمینه و ATP نشان داده می شود. اسید آمینه با انرژی غنی می شود، فعال می شود و توانایی ایجاد پیوند پپتیدی با اسید آمینه همسایه را به دست می آورد. بدون فرآیند فعال سازی اسید آمینه، زنجیره پلی پپتیدی نمی تواند از اسیدهای آمینه تشکیل شود.

در مقابل، قسمت بالایی مولکول t-RNA شامل سه دسته نوکلئوتید است آنتی کدون، که با کمک آن t-RNA به کدون مکمل خود متصل می شود (شکل 22).

اولین مولکول t-RNA با یک اسید آمینه فعال متصل به آن، آنتی کدون خود را به کدون m-RNA متصل می کند و یک اسید آمینه در ریبوزوم ظاهر می شود. سپس t-RNA دوم با آنتی کدون خود به کدون مربوطه m-RNA متصل می شود. در این مورد، در حال حاضر 2 اسید آمینه در ریبوزوم وجود دارد که بین آنها یک پیوند پپتیدی تشکیل می شود. اولین t-RNA به محض اهدای اسید آمینه به زنجیره پلی پپتیدی روی ریبوزوم، ریبوزوم را ترک می کند. سپس سومین اسید آمینه به دی پپتید اضافه می شود، آن را با t-RNA سوم آورده می شود و غیره. سنتز پروتئین در یکی از کدون های پایانی متوقف می شود - UAA، UAH، UGA (شکل 23).

1 - کدون i-RNA; کدون هاUCG -UCH; CUA -CUA; CGU -CSU;

2 - آنتی کدون t-RNA; آنتی کدون GAT - GAT

برنج. 21 ... فاز ترجمه: کدون m-RNA توسط نوکلئوتیدهای مکمل (پایه) مربوطه به آنتی کدون t-RNA جذب می شود.

سخنرانی شماره 2. همانندسازی DNA

طبق فرضیه J. Watson و F. Crick، هر یک از رشته های مارپیچ دوگانه DNA به عنوان الگویی برای تکثیر رشته های دختر مکمل عمل می کند. در این حالت، دو مولکول DNA دو رشته ای دختر، مشابه مولکول والدین تشکیل می شود و هر یک از این مولکول ها حاوی یک رشته DNA والدینی بدون تغییر است. این مکانیسم تکثیر DNA، که نیمه محافظه کار نامیده می شود، در آزمایشات روی سلول های E. coli در سال 1957 توسط M. Meselson و F. Stahl تایید شد. روش محافظه کارانه همانند سازی، که در آن یک DNA دختر باید شامل هر دو رشته اولیه باشد، و دومی باید از دو زنجیره تازه سنتز شده تشکیل شده باشد، و مکانیسم تکثیر پراکنده، که در آن هر رشته DNA دختر شامل بخش هایی از DNA مادر و DNA تازه تشکیل شده است. ، حذف می شوند (شکل 1، اسلاید 1) ...

DIV_ADBLOCK489 ">


3. فرآیند متقارن است: هر دو رشته DNA والدین به عنوان الگو عمل می کنند. همچنین می توان آن را نیمه محافظه کار نامید.

4. گسترش رشته DNA (یا قطعه منفرد آن) همیشه در جهت از انتهای 5 به انتهای 3 رخ می دهد. این بدان معنی است که نوکلئوتید جدید دیگری به انتهای 3 رشته در حال رشد متصل است. علاوه بر این، از آنجایی که در هر مولکول DNA رشته های مکمل ضد موازی هستند، رشته در حال رشد نیز ضد موازی با رشته الگو است. بنابراین، دومی در جهت 3 '→ 5' خوانده می شود (اسلاید 2 و 3).

5. یک رشته DNA جفت نشده، که به عنوان یک الگو عمل می کند، و یک رشته آغازگر، که نوکلئوتیدهای جدید به آن متصل می شوند.

فرآیند تکثیر توسط یک کمپلکس آنزیمی پیچیده انجام می شود. در طول تکثیر DNA در یوکاریوت ها، نه یک، بلکه تعداد زیادی از این کمپلکس ها روی هر کروموزوم کار می کنند. که منشا تکثیر DNA زیادی روی کروموزوم وجود دارد. و تکثیر DNA به صورت متوالی از یک سر به سر دیگر انجام نمی شود، بلکه به طور همزمان در بسیاری از مکان ها به طور همزمان انجام می شود که به طور قابل توجهی مدت زمان فرآیند را کاهش می دهد (اسلاید 5). همانندسازی در هر دو طرف هر مبدأ همانند سازی منتشر می شود و چنگال های همانند سازی ایجاد می کند. یک "برآمدگی" یا "چشم" در حال گسترش تدریجی بین چنگال ها ظاهر می شود - اینها بخش هایی از DNA هستند که قبلاً تکرار شده اند. "برآمدگی"های مجاور در نهایت با هم ادغام می شوند و DNA دو برابر می شود.

کمپلکس آنزیمی به گونه ای عمل می کند که یکی از دو زنجیره ای که سنتز می کند در مقایسه با زنجیره دیگر با مقداری پیشرفت رشد می کند. بر این اساس، زنجیره اول پیشرو نامیده می شود و زنجیره دوم عقب مانده است. زنجیره رهبر توسط کمپلکس آنزیمی به شکل یک قطعه پیوسته و بسیار طولانی تشکیل می شود. طول آن (به عنوان مثال، برای اسپرماتوگونی) 1600000 زنجیره عقب مانده نوکلئوتیدی به شکل یک سری قطعات کوتاه تشکیل شده است - حدود 1500 نوکلئوتید. این به اصطلاح است. تکه هایی از اوکازاکی

تشکیل هر قطعه DNA با سنتز یک توالی کوتاه (10-15 نوکلئوتید) از پرایمر RNA انجام می شود. واقعیت این است که DNA پلیمراز (آنزیم اصلی سنتز DNA) نمی تواند فرآیند را "از ابتدا" آغاز کند، یعنی در غیاب یک توالی الیگونوکلئوتیدی. اما آنزیم سنتز RNA (RNA پلیمراز) چنین توانایی دارد. و این آنزیم شروع به تشکیل هر قطعه جدید DNA می کند.

آنزیم ها و پروتئین های دخیل در سنتز DNA: DNA پلیمراز، توپوایزومراز (گیراز)، هلیکاز و لیگاز، پریماز، پروتئین های ssb. کل مجموعه، متشکل از بیش از 20 آنزیم و فاکتور تکثیر کننده، سیستم DNA replicase یا replicasome نامیده می شود.

DNA پلیمرازهای وابسته به DNA آنزیم های کلیدی فرآیند همانندسازی هستند که از اصل مکمل بودن برای ساخت زنجیره های پلی نوکلئوتیدی استفاده می کنند. پروکاریوت ها دارای سه DNA پلیمراز هستند: Pol I، Pol II و Pol III. Pol I و Pol III در همانندسازی DNA نقش دارند. DNA پلیمراز I دارای فعالیت پلیمراز و (3 '→ 5'، 5 '→ 3') - اگزونوکلئاز است، در حذف پرایمر، ایجاد شکاف ایجاد شده در محل پرایمر، تصحیح خطاهای همانندسازی، و همچنین در تعمیر DNA شرکت می کند. در سلول های E.coli حدود 400 مولکول از این آنزیم وجود دارد. Pol III سنتز DNA ترمیمی را انجام می دهد.

آنزیم اصلی که بیوسنتز DNA تازه تشکیل شده در پروکاریوت ها را کاتالیز می کند، DNA پلیمراز III (Pol III) است. دارای پلیمراز و فعالیت اگزونوکلئاز 3 '→ 5' است. رشته های DNA پیشرو و عقب مانده را سنتز می کند، عملکرد اصلاحی دارد. سلول حاوی 10-20 مولکول Pol III است، میل ترکیبی بیشتری برای ماتریکس دارد و راندمان کپی بالایی را فراهم می کند.


فعال سازی "href =" / text / kategori / aktivatciya / "rel =" bookmark "> فعال سازی DNA پلیمراز.

این سوال مطرح می شود که چرا DNA پلیمراز III به 2 نوع فعالیت نیاز دارد: پلیمراز و 3 ¢ → 5 ¢ اگزونوکلئاز؟ واقعیت این است که دقت کپی در حین تکثیر DNA بسیار بالا است - تقریباً یک خطا در هر میلیارد جفت باز وجود دارد. با این حال، در DNA نرمال، اشکال نادر توتومر از هر چهار باز برای مدت کوتاهی ظاهر می شوند. این اشکال جفت های نامنظم را تشکیل می دهند. به عنوان مثال، شکل توتومری سیتوزین به جای گوانین با آدنین جفت می شود و در نتیجه یک جهش (اسلاید) ایجاد می شود. این بدان معنی است که دقت بالای تکرار توسط مکانیزمی که اصلاح را انجام می دهد، یعنی حذف چنین خطاهایی تعیین می شود. این جایی است که از فعالیت 3 ¢ → 5-اگزونوکلئاز DNA پلیمراز III استفاده می شود. پس از تماس با یک مولکول DNA که دارای سیتوزین جفت نشده با آدنین است، DNA پلیمراز III هر نوکلئوتید جفت نشده را (با هیدرولیز) می شکافد.

شواهدی وجود دارد که DNA پلیمراز III سنتز مزدوج رشته های DNA پیشرو (پیشرو) و عقب مانده را در طول همانندسازی کاتالیز می کند. DNA پلیمرازها به پرایمر نیاز دارند زیرا آنها فقط می توانند دئوکسی ریبونوکلئوتیدها را به گروه 3'-OH متصل کنند. 1 پرایمر روی زنجیره پیشرو و بیش از یک پرایمر روی زنجیره عقب مانده وجود دارد. DNA پلیمراز روی یک رشته عقب مانده، یک قطعه کوتاه را در 4 ثانیه سنتز می کند و سپس به سنتز قطعه (بعدی) دیگری در ناحیه ای از زنجیره الگو که در فاصله ای از اولین (اسلاید) قرار دارد، سوئیچ می کند.

برای هر قطعه کوتاه از DNA پلیمراز، یک آغازگر با انتهای 3 'جفت مورد نیاز است. پرایمرها توسط آنزیم DNA پریماز سنتز می شوند که آغازگرهای RNA کوتاه (پرایمرها) را از ریبونوکلئوزید تری فسفات ها تشکیل می دهند که در یوکاریوت ها تقریباً 10 نوکلئوتید طول دارند (اسلاید). آغازگرها در فواصل معینی بر روی ماتریس رشته عقب‌افتاده سنتز می‌شوند، سپس DNA پلیمراز آنها را می‌سازد و هر بار یک قطعه جدید اوکازاکی را شروع می‌کند. مولکول DNA پلیمراز تا رسیدن به پرایمر به رشد خود ادامه می دهد. برای اطمینان از تداوم زنجیره DNA از بسیاری از این قطعات، یک سیستم ترمیم DNA وارد عمل می شود که پرایمر RNA را حذف کرده و DNA را جایگزین آن می کند. این فرآیند با لیگاز پایان می یابد که انتهای 3 قطعه جدید را با انتهای 5 قطعه قبلی متصل می کند.

با حرکت چنگال همانندسازی، رشته دوگانه DNA باید باز شود، به طوری که تری فسفات های دئوکسی ریبونوکلئوزیدی ورودی می توانند با رشته الگوی اصلی جفت شوند. با این حال، در شرایط عادی، مارپیچ دوگانه DNA پایدار است. بازهای جفت شده آنقدر محکم به هم متصل هستند که جداسازی دو رشته DNA در یک لوله آزمایش به دمای نزدیک به نقطه جوش آب (90 درجه سانتیگراد) نیاز دارد. برای باز شدن مارپیچ دوگانه، دو نوع پروتئین مورد نیاز است: هلیکازها و پروتئین های SSB.

پروتئین هایی که DNA والدین را برای همانندسازی آماده می کنند

الف) نقاط مبدأ همانندسازی روی مولکول DNA دارای یک توالی پایه خاص، غنی از جفت AT هستند.

این فرآیند با اتصال چندین مولکول از پروتئین های شناسایی ویژه به هر یک از این توالی آغاز می شود. در مورد باکتری ها، چنین پروتئین هایی DnaA نامیده می شوند (به عنوان اولین پروتئین هایی که شروع به تکثیر کردند). (بنابراین، در شکل، پروتئین تشخیص با حرف A نشان داده شده است.)

دلایل مختلفی را می توان برای برهمکنش پروتئین های شناسایی با نقاط شروع همانندسازی تصور کرد. از جمله این دلایل:

- ظاهر شناسایی پروتئین ها در هسته یا تغییر خاص آنها.

- آزاد کردن نقاط شروع تکرار از برخی عناصر مسدود کننده؛

- ظهور برخی از عوامل سوم ضروری برای تعامل در نظر گرفته شده در هسته. و غیره.

داده های موجود گزینه اول را پشتیبانی می کند. اما در هر صورت واضح است که اینجا یکی از لینک های کلیدی است که شروع تکرار را کنترل می کند.

شناسایی پروتئین ها، با اطمینان از اتصال کمپلکس تکثیر کننده DNA، ظاهراً همراه با آن در طول DNA حرکت نمی کند.

ب) یکی از "پیشروها" آنزیم هلیکاز است (در شکل با حرف D مشخص شده است). در ناحیه چنگال همانندسازی مارپیچ دوتایی DNA والدینی ایجاد می شود: دومی به مناطق تک رشته ای جدا می شود.

این به انرژی هیدرولیز ATP نیاز دارد - 2 مولکول ATP برای جداسازی 1 جفت نوکلئوتید.

ظاهراً جابجایی این ناحیه DNA از ارتباط با هیستون ها و سایر پروتئین های کروموزومی نیز در همان زمان رخ می دهد.

ج) با این حال، بافته شدن مارپیچ در یک منطقه خاص، ابرپیچ در مقابل این ناحیه ایجاد می کند.

واقعیت این است که هر مولکول DNA در تعدادی مکان روی ماتریکس هسته ثابت است. بنابراین، هنگام باز کردن برخی از بخش های خود نمی تواند آزادانه بچرخد. این باعث ایجاد ابرپیچ و همراه با آن ایجاد کشش ساختاری می شود که مانع از باز شدن بیشتر مارپیچ دوگانه می شود.

مشکل با کمک آنزیم های توپوایزومراز حل شده است (و در شکل). بدیهی است که آنها در ناحیه DNA هنوز باز نشده عمل می کنند، یعنی جایی که ابرپیچ در آن رخ می دهد. توپوایزومرازدر فرآیند باز کردن مارپیچ دوگانه در چنگال تکراری شرکت کنید. این آنزیم ها درجه ابرپیچ شدن را تغییر می دهند و منجر به تشکیل "لولا" می شوند که شرایط را برای حرکت مداوم چنگال تکراری ایجاد می کند. دو نوع توپوایزومراز شناسایی شده است: توپوایزومرازهای نوع I یکی از دو رشته DNA را قطع می کنند، در نتیجه انتهای مارپیچ دوتایی می تواند به دور رشته دست نخورده بچرخد و سپس انتهای رشته بریده شده را دوباره به هم بپیوندد. توپوایزومرازهای نوع II شکستگی های موقتی را در هر دو رشته مکمل ایجاد می کنند، درجه ابرپیچ را تغییر می دهند و سپس انتهای شکسته را به هم وصل می کنند. توپوایزومرازها به هلیکاز کمک می کنند تا DNA را برای همانندسازی باز کند. توپوایزومراز II نیز وجود دارد (توپوایزومراز باکتریایی II گیراز نامیده می شود). این آنزیم بلافاصله رشته DNA را می شکند و دوباره انتهای مربوطه را به خود منتقل می کند. این باعث می‌شود که حل مشکل ابرکویل‌ها در حین باز کردن DNA مؤثرتر باشد.

توپوایزومراز I یکی از رشته های DNA را می شکند و انتهای نزدیک آن را به خود منتقل می کند (شکل). این اجازه می دهد تا ناحیه دیستال DNA (از نقطه باز شدن تا نقطه شکست) به دور پیوند مربوطه کل زنجیره بچرخد که از تشکیل ابرکویل ها جلوگیری می کند. پس از آن، انتهای زنجیره شکسته دوباره بسته می شود: یکی از آنها از آنزیم به انتهای دیگر منتقل می شود. بنابراین فرآیند قطع زنجیره توسط توپوایزومراز به راحتی قابل برگشت است.

هلیکازها(از لات مارپیچ- مارپیچ، پروتئین dnaB), تشکیل و پیشروی را در امتداد مارپیچ DNA چنگال همانندسازی انجام دهید - بخشی از مولکول با زنجیرهای غیرپیچیده. این آنزیم ها از انرژی آزاد شده در طول هیدرولیز ATP برای باز کردن زنجیره ها استفاده می کنند. هلیکازها در ارتباط با ssbپروتئین هایی که به نواحی تک رشته ای مولکول متصل می شوند و در نتیجه دوبلکس پیچ خورده را تثبیت می کنند.

د) بنابراین، آنزیم هلیکاز با "حمایت" توپوایزومرازها، مارپیچ دوگانه DNA را به دو رشته مجزا تبدیل می کند.

پروتئین های ویژه SSB بلافاصله به هر یک از این رشته ها متصل می شوند. دومی تمایل بیشتری به نواحی DNA تک رشته ای دارد و آنها را در این حالت تثبیت می کند.

توجه: بنابراین، این پروتئین ها با هیستون ها که عمدتاً به مناطق DNA دو رشته ای متصل می شوند، متفاوت هستند.

آنزیم های پلیمریزاسیون

الف) یک پروتئین خاص به عنوان یک فعال کننده پریماز عمل می کند (AP در شکل). پس از آن، پریماز (P)، با استفاده از ناحیه مربوط به DNA تک رشته ای به عنوان یک الگو، یک آغازگر RNA کوتاه یا آغازگر سنتز می کند.

ب) سپس DNA پلیمرازها وارد عمل می شوند. در یوکاریوت ها، 5 DNA پلیمراز مختلف شناخته شده است. از این میان، β- و ε-پلیمرازها در ترمیم DNA، γ-پلیمراز - در همانندسازی DNA میتوکندری، و α- و δ-پلیمراز - در همانندسازی DNA هسته ای نقش دارند.

در این مورد، طبق برخی فرضیات، α-پلیمراز با پریماز و δ-پلیمراز و دومی به نوبه خود با پروتئین PCNA (P در شکل) مرتبط است.

این پروتئین به‌عنوان «کلاسپینی» عمل می‌کند که کمپلکس پلیمراز را به رشته DNA تکثیر شده متصل می‌کند. اعتقاد بر این است که در حالت "دکمه دار" مانند یک حلقه به دور زنجیره DNA می پیچد (شکل). این امر از جدا شدن زودرس پلیمرازها از این زنجیره جلوگیری می کند.

واضح است که DNA پلیمرازها ترکیب متوالی دئوکسی ریبونوکلئوتیدها را در رشته DNA ساختمان، مکمل نوکلئوتیدهای رشته اصلی، انجام می دهند.

اما، علاوه بر این، به نظر می رسد که این آنزیم ها تعدادی فعالیت مهم دیگر نیز دارند. درست است، برای DNA پلیمرازهای یوکاریوتی، توزیع این فعالیت ها هنوز کاملاً مشخص نیست. بنابراین، ما اطلاعاتی در مورد آنزیم های باکتریایی مشابه ارائه می دهیم.

در باکتری ها، "کار" اصلی همانندسازی DNA توسط DNA پلیمراز III انجام می شود که دارای ساختار دایمر است. با آن است که "گیره" از نوع پروتئین PCNA مرتبط است.

بنابراین، علاوه بر فعالیت DNA پلیمراز، DNA پلیمراز III یک اگزونوکلئاز دیگر - 3 "→ 5" دارد. زمانی که اشتباهی مرتکب می‌شود و نوکلئوتید «اشتباه» در زنجیره ساخته شده قرار می‌گیرد، دومی ایجاد می‌شود. سپس، آنزیم با تشخیص نقص جفت باز، آخرین نوکلئوتید را از انتهای در حال رشد (3 "-) جدا می کند و پس از آن دوباره به عنوان یک DNA پلیمراز شروع به کار می کند.

بنابراین، سیستم به طور مداوم بر نتیجه فعالیت های خود نظارت می کند.

ج) همانطور که می دانیم، زنجیره های DNA جدید در ابتدا به صورت قطعات - نسبتا کوتاه (قطعات اوکازاکی) و بسیار طولانی تشکیل می شوند. و هر کدام با یک RNA آغازگر شروع می شود.

هنگامی که کمپلکس آنزیمی که در امتداد رشته والدین حرکت می کند به پرایم RNA قطعه قبلی می رسد، "گیره" که DNA پلیمراز III را به رشته DNA والدین متصل می کند باز می شود و این آنزیم از کار می ایستد. DNA پلیمراز I وارد بازی می شود (ما هنوز در مورد آنزیم های باکتریایی صحبت می کنیم). به انتهای 3 اینچ قطعه در حال رشد متصل می شود (شکل 1.14). در این حالت، آنزیم دیگر پیوند پایداری با این قطعه و با زنجیره مادر ندارد، اما حتی نه دو، بلکه سه فعالیت دارد.

اولین آنها فعالیت اگزونوکلئاز "جلو" یا 5 "→ 3" است: برش متوالی نوکلئوتیدها از انتهای 5 اینچی پرایمر RNA قطعه قبلی.

انتهای قطعه "خود" (فعالیت DNA پلیمراز).

و در نهایت، مانند DNA پلیمراز III، او "فراموش نمی کند" بررسی کند و در صورت لزوم فعالیت خود را اصلاح کند - با کمک "پشت" یا 3 "→ 5" -اگزونوکلئاز، فعالیتی که به سمت قطعه کشیده شده است.

عملکرد DNA پلیمراز I زمانی که قطعه در حال رشد به دئوکسی ریبونوکلئوتیدهای قطعه قبلی نزدیک می شود، تمام می شود.

همانطور که برای یوکاریوت ها، در اینجا آنالوگ عملکردی DNA پلیمراز باکتریایی III، ظاهراً مجموعه ای از پلیمرازهای α- و δ-DNA است. در حالی که تصحیح 3 "5" - اگزونوکلئاز فعالیت ذاتی در δ-DNA پلیمراز است.

عملکردهای DNA پلیمراز I نیز بین دو آنزیم توزیع می شود: فعالیت اگزونوکلئاز 5 "→ 3" (حذف پرایمر RNA) احتمالاً توسط یک نوکلئاز خاص (H در شکل 1.11) انجام می شود، در حالی که فعالیت DNA پلیمراز (پر کردن داخل) "شکاف") - DNA پلیمراز β (آنزی که در ترمیم نیز نقش دارد).

د) صحبت از آنزیم های پلیمریزاسیون، نمی توان سخت ترین مشکل مرتبط با آنها را ذکر کرد. ما در مورد سنتز یک رشته DNA تاخیری صحبت می کنیم: همانطور که می دانیم، جهت این سنتز برخلاف جهت کلی انتشار چنگال همانندسازی است.

حداقل دو فرضیه برای توضیح این تناقض وجود دارد.

طبق یکی از آنها (شکل 1.15، A)، کمپلکس آنزیمی به طور دوره ای تشکیل زنجیره اصلی را متوقف می کند، به زنجیره والد دوم می رود و قطعه Okazaki بعدی زنجیره تاخیری را سنتز می کند. سپس به اولین رشته والدین باز می گردد و به طولانی شدن رشته پیشرو DNA در حال ساخت ادامه می دهد.

بر اساس نسخه دیگری (شکل 1.15، B)، یک حلقه بر روی رشته دوم DNA والدین (الگوی رشته عقب مانده) در طول همانندسازی تشکیل می شود. بنابراین، جهت تشکیل قطعه اوکازاکی در قسمت داخلی حلقه شروع به منطبق با جهت حرکت کمپلکس پلیمراز می کند. سپس دومی عملاً می تواند همزمان هر دو زنجیره DNA را تشکیل دهد - هم زنجیره اصلی و هم عقب مانده.

شاید این به این واقعیت مربوط می شود که DNA پلیمراز III باکتری یک دایمر است و در یوکاریوت ها، پلیمرازهای α- و δ-DNA یک کمپلکس واحد را تشکیل می دهند. اما حتی با چنین مکانیزمی، زنجیره عقب مانده، همانطور که به راحتی قابل مشاهده است، نمی تواند به طور مداوم تشکیل شود، بلکه فقط به شکل قطعات است.

آنزیم های خاتمه تکثیر DNA

در نتیجه عمل تمام آنزیم های قبلی، هر زنجیره یوسنتز شده از قطعات نزدیک به یکدیگر تشکیل شده است.

"دوخت" قطعات مجاور توسط DNA لیگاز انجام می شود (A در شکل 1.11). مانند DNA پلیمراز، این آنزیم یک پیوند بین نوکلئوتیدی (فسفودی استر) ایجاد می کند.

اما اگر در واکنش پلیمراز یکی از شرکت کنندگان dNTP آزاد (دئوکسی ریبونوکلئوزید تری فسفات) باشد، در واکنش DNA لیگاز هر دو شرکت کننده dNMP پایانی (مونوفسفات های دئوکسی ریبونوکلئوزید) به عنوان بخشی از قطعات "دوخته شده" هستند.

به همین دلیل، انرژی واکنش متفاوت است و هیدرولیز مزدوج مولکول ATP مورد نیاز است.

همچنین توجه داشته باشید که DNA لیگاز تنها قطعات تک رشته‌ای را که بخشی از DNA دو رشته‌ای هستند، بخیه می‌زند.

اما این همه ماجرا نیست. یک مولکول DNA به طور کامل تکثیر نخواهد شد، مگر اینکه فرآیند خاصی برای همانندسازی انتهای آن، یا مناطق تلومری رخ دهد.

آنزیم تلومراز نقش کلیدی در این فرآیند ایفا می کند.

پریمازی. همانندسازی DNA به پرایمرهای RNA نیاز دارد. آغازگرهای RNA توسط پریماز (شکل 29.3) کدگذاری شده توسط ژن dnaG سنتز می شوند.

شکل 29.3 نشان می دهد که پریماز از سه حوزه تشکیل شده است:

■ - دامنه N ترمینال (110 اسید آمینه)، حاوی یک موتیف اتصال به DNA - انگشت روی است.

■ - هسته (مرکزی) دامنه (322 اسید آمینه) شامل یک مرکز کاتالیزوری است.

■ - دامنه C ترمینال (151 اسید آمینه) در تعامل با dnaB.

آغازگرهای سنتز شده توسط پریماز E. coli با توالی pppAG در انتهای 5 شروع می شوند و تقریباً 10-12 نوکلئوتید طول دارند. اولیه ها هم در ساختار و هم در ویژگی عمل متفاوت هستند.

لیگازهای DNAفرآیندهای اتحاد مجدد قطعات رشته DNA را کاتالیز می کند و در تشکیل پیوندهای کووالانسی بین گروه های 5_-P - و 3_-OH از دئوکسی ریبونوکلئوتیدهای همسایه شرکت می کند. این آنزیم ها همچنین از انرژی پیوندهای پرانرژی تشکیل شده در طول هیدرولیز ATP استفاده می کنند.

تکثیر DNA در سه مرحله انجام می شود: شروع، ازدیاد طول و خاتمه.

در باکتری ها، شروع تکثیر DNA در یک مکان منحصر به فرد در کروموزوم، نقطه همانندسازی، oriC، آغاز می شود که از آنجا همانندسازی به صورت دو طرفه به سمت انتهایی انجام می شود. در نتیجه دو چنگال تکراری تشکیل می شود که در جهت مخالف حرکت می کنند، یعنی هر دو زنجیره به طور همزمان تکثیر می شوند.

پروتئین آغازگر dnaAمتصل به تکرار سایت های اتصال در oriCتشکیل یک ساختار نوکلئوپروتئینی تخصصی. این منجر به واگرایی محلی توالی غنی از AT می شود oriCکه به عنوان یک محل اتصال برای هلیکاز تکراری عمل می کند (dnaB)، و سنجاب DNAسی/

به علاوه dnaBبا حذف فعال می شود dnaC، فاصله معینی را در جهت 5_ → 3_ حرکت می دهد و با پریماز تعامل می کند dnaG... پریماز پرایمرهای RNA کوتاه را برای هولوآنزیم DNA پلیمراز III سنتز می کند. یک کمپلکس میانی متشکل از حداقل پنج پروتئین در محل شروع تشکیل می شود. یکی از آنها پروتئین است dnaB- می تواند با استفاده از انرژی هیدرولیز ATP در امتداد DNA حرکت کند و همچنین به عنوان یک سیگنال برای فعال شدن پریماز عمل می کند (شکل 29.5).

پریماز جزء پریموزوم است که از چندین زیر واحد مختلف تشکیل شده است. پریموزوم همچنین حاوی مجموعه ای از پروتئین ها است DnaBو DnaС، که در نزدیکی چنگال همانندسازی، به طور دوره ای در تشکیل یک ساختار DNA ثانویه خاص مناسب برای شناسایی توسط پریماز شرکت می کند.

شروع همانندسازی DNA با تشکیل یک چنگال همانندسازی و سنتز پرایمر RNA روی رشته DNA پیشرو (شکل 29.5) به دلیل تشکیل کمپلکس همانندسازی (شکل 29.6) به پایان می رسد.

در فرآیند طویل شدن، زنجیره های پلی نوکلئوتیدی دختر DNA ساخته می شوند. هر چنگال همانندسازی حاوی حداقل دو مولکول DNA پلیمراز III مرتبط با چندین پروتئین کمکی است. دومی شامل توپوایزومرازهای DNA (گیرازها) است که مارپیچ دوتایی DNA به هم پیچیده شده را باز می کند و هلیکازها که DNA دو رشته ای را به دو رشته باز می کند.

رشته سربی DNA به طور مداوم در جهتی تکثیر می شود که با حرکت چنگال همانندسازی مطابقت دارد. زنجیره عقب مانده در جهت مخالف حرکت چنگال تکراری خوانده می شود. غلبه بر ضد موازی رشته های DNA در طول همانندسازی احتمالاً از طریق تشکیل یک ساختار حلقه به دست می آید (شکل 29.7).

ابتدا، قطعات کوتاهی از یک رشته DNA جدید بر روی رشته عقب مانده، به اصطلاح قطعات اوکازاکی، که به نام کاشف آنها نامگذاری شده اند، سنتز می شوند. هر قطعه با یک آغازگر RNA کوتاه شروع می شود که برای عملکرد DNA پلیمراز لازم است. DNA پلیمراز III این پرایمر را به یک قطعه DNA با طول 1000-2000 واحد دئوکسی نوکلئوتید گسترش می دهد.

ادامه به شماره 11، 12، 13، 14، 15/2005 مراجعه کنید

درس زیست شناسی در کلاس های درس علوم

برنامه ریزی پیشرفته، پایه دهم

 3. پیوند نوکلئوتیدها به یک زنجیره

نوکلئوتیدها در طی یک واکنش تراکمی با یکدیگر ترکیب می شوند. در این مورد، یک پیوند استری بین 3 "اتم کربن باقیمانده قند یک نوکلئوتید و باقی مانده اسید فسفریک یک نوکلئوتید دیگر ایجاد می شود. در نتیجه زنجیره های پلی نوکلئوتیدی بدون انشعاب تشکیل می شوند. یک انتهای زنجیره پلی نوکلئوتیدی (به نام 5" پایان) با یک مولکول اسید فسفریک متصل به کربن 5 "-اتم، دیگری (به نام 3 "-end) - یک یون هیدروژن متصل به اتم 3" کربن به پایان می رسد. زنجیره ای از نوکلئوتیدهای متوالی واقع شده را تشکیل می دهد. ساختار اولیه DNA

بنابراین، اسکلت زنجیره پلی نوکلئوتیدی کربوهیدرات-فسفات است، زیرا نوکلئوتیدها از طریق تشکیل پیوندهای کووالانسی (پل های فسفودی استر) به یکدیگر متصل می شوند که در آن گروه فسفات پلی بین اتم C 3 یک مولکول قند و اتم C 5 مولکول بعدی تشکیل می دهد. پیوندهای کووالانسی قوی بین نوکلئوتیدها خطر تجزیه اسید نوکلئیک را کاهش می دهد.

اگر ترکیب یک پلی نوکلئوتید تشکیل شده توسط چهار نوع نوکلئوتید شامل 1000 پیوند باشد، تعداد انواع احتمالی ترکیب آن 4100 است (این رقمی با 6 هزار صفر است). بنابراین، تنها چهار نوع نوکلئوتید می توانند طیف عظیمی از اسیدهای نوکلئیک و اطلاعاتی را که در آنها وجود دارد، ارائه دهند.

 4. تشکیل یک مولکول DNA دو رشته ای

در سال 1950، موریس ویلکینز، فیزیکدان انگلیسی، یک پرتو ایکس از DNA به دست آورد. او نشان داد که مولکول DNA ساختار خاصی دارد که رمزگشایی آن به درک مکانیسم عملکرد آن کمک می کند. رادیوگرافی های به دست آمده با DNA بسیار خالص به روزالیند فرانکلین این امکان را داد که یک الگوی چلیپایی واضح را ببیند - علامت شناسایی مارپیچ دوگانه. مشخص شد که نوکلئوتیدها در فاصله 0.34 نانومتر از یکدیگر قرار دارند و 10 عدد از آنها در هر چرخش مارپیچ وجود دارد.

قطر یک مولکول DNA حدود 2 نانومتر است. با این حال، از داده‌های اشعه ایکس، مشخص نشد که این دو رشته چگونه در کنار هم قرار می‌گیرند.

این تصویر در سال 1953 به طور کامل پاک شد، زمانی که جیمز واتسون بیوشیمیدان آمریکایی و فرانسیس کریک فیزیکدان انگلیسی، با در نظر گرفتن کل داده های شناخته شده در مورد ساختار DNA، به این نتیجه رسیدند که ستون فقرات قند-فسفات در حاشیه قرار دارد. از مولکول DNA و بازهای پورین و پیریمیدین در وسط قرار دارند.

D. Watson و F. Crick دریافتند که دو زنجیره DNA پلی نوکلئوتیدی به دور یکدیگر و حول یک محور مشترک پیچیده شده اند. زنجیره های DNA ضد موازی (چند جهتی) هستند، یعنی. در مقابل 3 "انتهای یک زنجیره" 5" انتهای زنجیره دیگر است (دو مار را تصور کنید که به صورت مارپیچی پیچ خورده اند، سر یکی به دم دیگری می رسد). مارپیچ معمولاً به سمت راست می پیچد، اما مواردی از مارپیچ چپ نیز وجود دارد.

 5. قوانین چارگاف. جوهر اصل مکمل بودن

حتی قبل از کشف واتسون و کریک، در سال 1950 بیوشیمیدان استرالیایی ادوین چارگاف ثابت کرد که در DNA هر موجود زنده، تعداد آدنیل نوکلئوتیدها برابر با تعداد نوکلئوتیدهای تیمیدیل و مقدار نوکلئوتیدهای گوانیل برابر با تعداد سیتوزیل نوکلئوتیدها (A = T, G = C) یا مقدار کل است. بازهای نیتروژنی پورین برابر با کل بازهای نیتروژنی پیریمیدین (A + G = C + T) ... به این الگوها «قوانین چارگاف» می گویند.

واقعیت این است که در طول تشکیل یک مارپیچ دوگانه، پایه نیتروژنی تیمین در زنجیره دیگر همیشه در مقابل پایه آدنین نیتروژنی در یک زنجیره قرار می گیرد و سیتوزین در مقابل گوانین ایجاد می شود، یعنی به نظر می رسد زنجیره های DNA مکمل یکدیگر. و این نوکلئوتیدهای جفت شده مکملبه یکدیگر (از لات. مکمل- اضافه). ما قبلاً چندین بار با تظاهرات مکمل روبرو شده ایم (مرکز فعال آنزیم و مولکول سوبسترا مکمل یکدیگر هستند؛ آنتی ژن و آنتی بادی مکمل یکدیگر هستند).

چرا این اصل رعایت می شود؟ برای پاسخ به این سوال، باید به یاد داشته باشید طبیعت شیمیاییبازهای هتروسیکلیک نیتروژن دار آدنین و گوانین پورین هستند و سیتوزین و تیمین پیریمیدین هستند، یعنی هیچ پیوندی بین بازهای نیتروژنی با طبیعت یکسان برقرار نمی شود. علاوه بر این، پایه های مکمل از نظر هندسی با یکدیگر مطابقت دارند، یعنی. در اندازه و شکل

بدین ترتیب، مکمل بودن نوکلئوتیدها مطابقت شیمیایی و هندسی ساختار مولکولهای آنها با یکدیگر است..

در بازهای نیتروژنی، اتم های اکسیژن و نیتروژن به شدت الکترونگاتیو وجود دارد که حامل بار منفی جزئی هستند، و همچنین اتم های هیدروژن که یک بار مثبت جزئی بر روی آنها ایجاد می شود. به دلیل این بارهای جزئی، پیوندهای هیدروژنی بین بازهای نیتروژنی توالی های ضد موازی مولکول DNA ایجاد می شود.

تشکیل پیوندهای هیدروژنی بین بازهای نیتروژنی مکمل

دو پیوند هیدروژنی (A = T) بین آدنین و تیمین و سه (G = C) بین گوانین و سیتوزین ایجاد می شود. چنین ترکیبی از نوکلئوتیدها اولاً تشکیل حداکثر تعداد پیوندهای هیدروژنی و ثانیاً فاصله یکسان بین رشته ها را در طول کل مارپیچ تضمین می کند.

از مجموع موارد فوق چنین نتیجه می شود که با دانستن توالی نوکلئوتیدها در یک مارپیچ می توان به دنباله نوکلئوتیدهای مارپیچ دیگر پی برد.

دو رشته مکمل ساختار ثانویه DNA را تشکیل می دهد. شکل مارپیچی DNA ساختار سوم آن است.

 III. تثبیت دانش

تعمیم مکالمه در حین مطالعه مطالب جدید؛ حل مسایل.

مسئله 1. بخشی از یکی از زنجیره های مولکول DNA در آزمایشگاه بررسی شد. معلوم شد که از 20 مونومر تشکیل شده است که در ترتیب زیر قرار دارند: G-T-G-T-A-A-Ts-G-A-Ts-Ts-G-A-T-A-Ts-T-G -T-A.
در مورد ساختار بخش مربوط به رشته دوم همان مولکول DNA چه می توان گفت؟

با علم به اینکه زنجیره های مولکول DNA مکمل یکدیگر هستند، توالی نوکلئوتیدی زنجیره دوم همان مولکول DNA را تعیین می کنیم: Ts-A-Ts-A-T-T-G-Ts-T-G-G-Ts-T-A-T- G-A-C-A-T.

وظیفه 2. در قطعه ای از یک رشته DNA، نوکلئوتیدها در توالی قرار دارند: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T ...

1. نمودار ساختار رشته دوم این مولکول DNA را رسم کنید.
2. اگر یک نوکلئوتید حدود 0.34 نانومتر باشد، طول این قطعه DNA بر حسب نانومتر چقدر است؟
3. چند نوکلئوتید (در درصد) در این قطعه از مولکول DNA وجود دارد؟

1. ساخت زنجیره دوم این قطعه از مولکول DNA را با استفاده از قانون مکملیت به پایان می رسانیم: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. طول این قطعه DNA را تعیین کنید: 12x0.34 = 4.08 نانومتر.
3. درصد نوکلئوتیدهای این قطعه DNA را محاسبه کنید.

24 نوکلئوتید - 100٪
8A - x%، بنابراین x = 33.3% (A);
از آنجا که طبق قانون Chargaff A = T، سپس محتوای T = 33.3٪.
24 نوکلئوتید - 100٪
4G - x٪، بنابراین x = 16.7٪ (D)؛
از آنجا که طبق قانون Chargaff G = C، سپس محتوای C = 16.6٪.

جواب: ت-ت-تس-ا-ج-ا-ت-گ-تس-ا-ت-ا; 4.08 نانومتر؛ A = T = 33.3%؛ G = C = 16.7٪

مسئله 3. اگر رشته اول حاوی 18% گوانین، 30% آدنین و 20% تیمین باشد، ترکیب دومین رشته DNA چگونه خواهد بود؟

1. با دانستن اینکه زنجیره های مولکول DNA مکمل یکدیگر هستند، محتوای نوکلئوتیدها را (در درصد) در زنجیره دوم تعیین می کنیم:

از آنجا که در زنجیره اول، G = 18٪، بنابراین در زنجیره دوم، C = 18٪.
از آنجا که در زنجیره اول A = 30٪، بنابراین در زنجیره دوم T = 30٪.
از آنجا که در زنجیره اول T = 20٪، بنابراین در زنجیره دوم A = 20٪.

2. محتوای سیتوزین در اولین زنجیره (در درصد) را تعیین کنید.

    تعیین نسبت سیتوزین در اولین رشته DNA: 100٪ - 68٪ = 32٪ (C).

    اگر در زنجیره اول C = 32٪، سپس در زنجیره دوم G = 32٪.

پاسخ: C = 18%; T = 30٪; A = 20٪؛ G = 32٪

مسئله 4. مولکول DNA حاوی 23 درصد آدنیل نوکلئوتید از تعداد کل نوکلئوتیدها است. مقدار تیمیدیل و سیتوزیل نوکلئوتید را تعیین کنید.

1. طبق قانون Chargaff، محتوای نوکلئوتیدهای تیمیدیل را در یک مولکول DNA مشخص می‌یابیم: A = T = 23%.
2. مجموع (بر حسب درصد) محتوای نوکلئوتیدهای آدنیل و تیمیدیل در یک مولکول DNA معین را بیابید: 23% + 23% = 46%.
3. مجموع (بر حسب درصد) محتوای نوکلئوتیدهای گوانیل و سیتوزیل در یک مولکول DNA معین را بیابید: 100% - 46% = 54%.
4. طبق قاعده چارگاف، در مولکول DNA G = C، در مجموع 54% و به طور جداگانه: 54%: 2 = 27%.

پاسخ: T = 23%; C = 27٪

مسئله 5. یک مولکول DNA با وزن مولکولی نسبی 69 هزار داده می شود که 8625 عدد آن آدنیل نوکلئوتید است. میانگین وزن مولکولی یک نوکلئوتید 345 است. در یک DNA معین چند نوکلئوتید به صورت جداگانه وجود دارد؟ طول مولکول آن چقدر است؟

1. تعداد آدنیل نوکلئوتیدها را در یک مولکول DNA مشخص کنید: 8625: 345 = 25.
2. طبق قاعده چارگاف، A = G، i.e. در یک مولکول DNA داده شده A = T = 25.
3. تعیین کنید که سهم نوکلئوتیدهای گوانیل از کل وزن مولکولی DNA معین چقدر است: 69000 - (8625x2) = 51750.
4. مقدار کل نوکلئوتیدهای گوانیل و سیتوسیل را در این DNA تعیین کنید: 51 750: 345 = 150.
5. محتوای نوکلئوتیدهای گوانیل و سیتوزیل را به طور جداگانه تعیین کنید: 150: 2 = 75;
6. طول یک مولکول DNA داده شده را تعیین کنید: (25 + 75) x 0.34 = 34 نانومتر.

پاسخ: A = T = 25; G = C = 75; 34 نانومتر

مسئله 6. طبق نظر برخی از دانشمندان طول کل مولکول های DNA در هسته یک سلول زایشی یک فرد حدود 102 سانتی متر است. چند جفت نوکلئوتید در DNA یک سلول وجود دارد (1 نانومتر = 10-6 میلی متر) ?

1. تبدیل سانتی متر به میلی متر و نانومتر: 102 سانتی متر = 1020 میلی متر = 1,020,000,000 نانومتر.
2. با دانستن طول یک نوکلئوتید (0.34 نانومتر)، تعداد جفت‌های نوکلئوتیدی موجود در مولکول‌های DNA گامت انسان را تعیین می‌کنیم: (10 2 x 10 7): 0.34 = 3 x 109 جفت.

جواب: جفت 3*109.

 IV. مشق شب

مطالعه پاراگراف کتاب درسی و نکات مطرح شده در کلاس (مطالب، وزن مولکولی اسیدهای نوکلئیک، ساختار نوکلئوتیدی، قانون شارگاف، اصل مکمل بودن، تشکیل مولکول DNA دو رشته ای)، حل مسائل بعد از متن پاراگراف.

درس 16-17. طبقات RNA سلولی و عملکرد آنها تفاوت بین DNA و RNA همانندسازی DNA سنتز MRNA

تجهیزات: جداول برای زیست شناسی عمومی. نمودار ساختار نوکلئوتیدی؛ مدل ساختار DNA; نمودارها و شکل هایی که ساختار RNA، فرآیندهای همانندسازی و رونویسی را نشان می دهند.

 I. آزمون دانش

روی کارت کار کنید

کارت 1. تفاوت های اساسی در ساختار مولکول DNA را از مولکول های دیگر پلیمرهای زیستی (پروتئین ها، کربوهیدرات ها) نشان دهید.

کارت 2. ظرفیت عظیم اطلاعاتی DNA بر چه اساس است؟ به عنوان مثال، DNA پستانداران حاوی 4-6 میلیارد بیت اطلاعات است که مربوط به یک کتابخانه 1.5-2 هزار جلدی است. چگونه این تابع در ساختار منعکس می شود؟

کارت 3. هنگامی که گرم می شود، DNA مانند پروتئین ها دناتوره می شود. فکر می کنید برای مارپیچ دوگانه چه اتفاقی می افتد؟

کارت 4. جاهای خالی متن را پر کنید: «دو زنجیره از مولکول DNA روبروی هم هستند .... زنجیرها به هم متصل هستند ... و در برابر نوکلئوتید حاوی آدنین همیشه یک نوکلئوتید حاوی ... و در برابر سیتوزین حاوی ... وجود دارد. به این اصل اصل می گویند .... ترتیب چینش ... در یک مولکول ... برای هر موجود زنده ... و ترتیب ... را در .... بنابراین DNA .... DNA عمدتاً در سلول های ... در یوکاریوت ها و در ... سلول های پروکاریوت ها قرار دارد.

 تست دانش شفاهی در مورد مسائل

1. اسیدهای نوکلئیک، محتوای آنها در ماده زنده، وزن مولکولی.
2. NC - پلیمرهای غیر دوره ای. ساختار نوکلئوتیدی، انواع نوکلئوتیدها.
3. پیوند نوکلئوتیدها به یک زنجیره.
4. تشکیل یک مولکول DNA دو رشته ای.
5. قوانین چارگاف. جوهر اصل مکمل بودن.

بررسی صحت راه حل مشکلات ارائه شده در آموزش.

 II. یادگیری مطالب جدید

1. RNA و معنای آن

پروتئین ها اساس زندگی را تشکیل می دهند. عملکرد آنها در سلول بسیار متنوع است. با این حال، پروتئین ها "نمی دانند چگونه" تولید مثل کنند. و تمام اطلاعات در مورد ساختار پروتئین ها در ژن ها (DNA) موجود است.

در موجودات بالاتر، پروتئین ها در سیتوپلاسم سلول سنتز می شوند و DNA در پشت غشای هسته پنهان می شود. بنابراین، DNA نمی تواند به طور مستقیم به عنوان یک الگو برای سنتز پروتئین عمل کند. این نقش توسط یک اسید نوکلئیک دیگر - RNA ایفا می شود.

یک مولکول RNA یک پلی نوکلئوتید بدون شاخه با ساختار سوم است. این توسط یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است و اگرچه نوکلئوتیدهای مکمل تشکیل دهنده آن نیز قادر به ایجاد پیوندهای هیدروژنی با یکدیگر هستند، این پیوندها بین نوکلئوتیدهای همان زنجیره ایجاد می شوند. رشته های RNA بسیار کوتاهتر از رشته های DNA هستند. اگر محتوای DNA در یک سلول نسبتاً ثابت باشد، محتوای RNA به شدت در نوسان است. بیشترین مقدار RNA در سلول ها در طول سنتز پروتئین مشاهده می شود.

RNA نقش عمده ای در انتقال و اجرای اطلاعات ارثی دارد. مطابق با عملکرد و ویژگی های ساختاری، چندین کلاس از RNA سلولی متمایز می شوند.

 2. طبقات RNA سلولی و عملکرد آنها

سه دسته اصلی از RNA های سلولی وجود دارد.

1. اطلاعاتی (mRNA) یا ماتریکسی (mRNA).مولکول های آن از نظر اندازه، وزن مولکولی (از 0.05x10 6 تا 4x106) و پایداری متنوع ترین هستند. حدود 2 درصد از کل مقدار RNA در سلول را تشکیل می دهد. همه mRNA ها حامل اطلاعات ژنتیکی از هسته تا سیتوپلاسم تا محل سنتز پروتئین هستند. آنها به عنوان یک ماتریس (نقاشی کاری) برای سنتز یک مولکول پروتئین عمل می کنند، زیرا توالی اسید آمینه (ساختار اولیه) یک مولکول پروتئین را تعیین می کنند.

2. RNA ریبوزومی (rRNA). 80 تا 85 درصد از کل محتوای RNA در سلول را تشکیل می دهد. RNA ریبوزومی از 3-5 هزار نوکلئوتید تشکیل شده است. در هسته های هسته سنتز می شود. در ترکیب با پروتئین های ریبوزومی، rRNA ریبوزوم ها را تشکیل می دهد - اندامک هایی که مولکول های پروتئین روی آنها جمع می شوند. اهمیت اصلی rRNA این است که اتصال اولیه mRNA و ریبوزوم را فراهم می کند و مرکز فعال ریبوزوم را تشکیل می دهد که در آن تشکیل پیوندهای پپتیدی بین اسیدهای آمینه در طول سنتز زنجیره پلی پپتیدی رخ می دهد.

3. RNA های حمل و نقل(تی RNA). مولکول های TRNA معمولا حاوی 75-86 نوکلئوتید هستند. جرم مولکولیمولکول های tRNA حدود 25 هزار مولکول tRNA نقش واسطه ها را در بیوسنتز پروتئین ایفا می کنند - آنها اسیدهای آمینه را به محل سنتز پروتئین، یعنی به ریبوزوم ها می رسانند. این سلول حاوی بیش از 30 نوع tRNA است. هر نوع tRNA یک توالی نوکلئوتیدی دارد که فقط برای آن مشخص است. با این حال، همه مولکول‌ها دارای چندین ناحیه مکمل درون مولکولی هستند که به دلیل وجود آن‌ها، همه tRNA‌ها ساختار سومی دارند که از نظر شکل شبیه یک برگ شبدر است.

 3. تفاوت بین مولکول های DNA و RNA

دانش آموزان جدول را با تأیید بعدی پر می کنند.

معیارهای مقایسه

موقعیت در قفس

هسته، میتوکندری، کلروپلاست

هسته، ریبوزوم، سانتریول، سیتوپلاسم، میتوکندری و کلروپلاست

ساختار ماکرومولکول

پلیمر خطی دو شاخه بدون انشعاب، کویل دار

زنجیره پلی نوکلئوتیدی منفرد

مونومرها

دئوکسی ریبونوکلئوتیدها

ریبونوکلئوتیدها

ترکیب نوکلئوتیدی

بازهای نیتروژنی پورین (آدنین، گوانین) و پیریمیدین (تامین، سیتوزین). دئوکسی ریبوز (C5)؛ باقی مانده اسید فسفریک

بازهای نیتروژنی پورین (آدنین، گوانین) و پیریمیدین (اوراسیل، سیتوزین). ریبوز (C5)؛ باقی مانده اسید فسفریک

حافظ اطلاعات ارثی

میانجی در پیاده سازی اطلاعات ژنتیکی

4. همانندسازی DNA

یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد مولکول DNA توانایی آن در تکثیر خود - برای بازتولید نسخه‌های دقیق مولکول اصلی است. با تشکر از این، اطلاعات ارثی در طول تقسیم از سلول مادر به دختر منتقل می شود. فرآیند خود دو برابر شدن یک مولکول DNA نامیده می شود همانندسازی (تکثیر).

همانند سازی فرآیند پیچیده ای است که شامل آنزیم ها می شود (DNA پلیمرازها).برای تکثیر، ابتدا باید مارپیچ دوگانه DNA را باز کنید. این نیز توسط آنزیم های خاص انجام می شود - هلیکازهاشکستن پیوندهای هیدروژنی بین بازها اما نواحی بافته نشده به عوامل آسیب رسان بسیار حساس هستند. برای اینکه آنها تا حد امکان در حالت محافظت نشده باقی بمانند، سنتز روی هر دو زنجیره به طور همزمان انجام می شود.

اما در DNA مادر، دو رشته از مارپیچ دوتایی ضد موازی هستند - در مقابل انتهای 3' یک رشته، انتهای 5' رشته دیگر قرار دارد و آنزیم DNA پلیمراز تنها در یک جهت می تواند حرکت کند - از 3 "-end to the 5" -انتهای زنجیره الگو ... بنابراین، همانندسازی نیمی از مولکول مادر، که با یک نوکلئوتید 3' شروع می‌شود، پس از باز کردن مارپیچ دوگانه روشن می‌شود و اعتقاد بر این است که به طور مداوم ادامه می‌یابد. همانندسازی نیمه دوم مولکول کمی دیرتر و نه از ابتدا (جایی که 5'-نوکلئوتید مانع از واکنش قرار دارد) بلکه در فاصله ای از آن شروع می شود. در این حالت، DNA پلیمراز در جهت مخالف حرکت می کند و قطعه نسبتا کوتاهی را سنتز می کند. ساختاری که در این لحظه بوجود می آید نامیده می شود چنگال تکراری... همانطور که مارپیچ دوتایی باز می شود، چنگال تکراری جابجا می شود - در زنجیره دوم، سنتز بخش بعدی شروع می شود و به سمت ابتدای قطعه قبلی که قبلاً سنتز شده است می رود. سپس این قطعات منفرد در زنجیره ماتریس دوم (نامیده می شوند تکه هایی از اوکازاکی) توسط آنزیم DNA لیگاز به یک زنجیره واحد دوخته می شوند.

نمودار ساختار چنگال تکثیر DNA

در حین همانند سازی، انرژی مولکول های ATP مصرف نمی شود، زیرا برای سنتز زنجیره های دختر در طول همانند سازی، از دئوکسی ریبونوکلئوتیدها استفاده نمی شود (آنها حاوی یک باقی مانده اسید فسفریک هستند)، اما تری فسفات های دئوکسی ریبونوکلئوزید(حاوی سه باقی مانده اسید فسفریک). هنگامی که تری فسفات های دئوکسی ریبونوکلئوزیدی در زنجیره پلی نوکلئوتید قرار می گیرند، دو فسفات انتهایی جدا می شوند و انرژی آزاد شده برای تشکیل یک پیوند استری بین نوکلئوتیدها استفاده می شود.

در نتیجه همانند سازی، دو مارپیچ دوگانه "دختری" تشکیل می شود که هر کدام یکی از نیمه های DNA "مادر" اصلی را بدون تغییر حفظ می کنند. زنجیره دوم مولکول های "دختری" دوباره از نوکلئوتیدها سنتز می شوند. این نام را گرفت DNA نیمه محافظه کار

 5. سنتز RNA در سلول

خواندن RNA از یک الگوی DNA نامیده می شود رونویسی(از لات رونویسی- بازنویسی). این توسط یک آنزیم خاص - RNA پلیمراز انجام می شود. در سلول های یوکاریوتی، سه RNA پلیمراز مختلف یافت شده است که کلاس های مختلفی از RNA را سنتز می کنند.

رونویسی نیز نمونه ای از واکنش سنتز الگو است. زنجیره RNA بسیار شبیه به زنجیره DNA است: همچنین از نوکلئوتیدها (ریبونوکلئوتیدها، بسیار شبیه به دئوکسی ریبونوکلئوتیدها) تشکیل شده است. RNA از ناحیه DNA که در آن کدگذاری شده است، مطابق با اصل مکملیت خوانده می شود: RNA اوراسیل مخالف DNA آدنین است، سیتوزین در مقابل گوانین، آدنین مخالف تیمین و گوانین مخالف سیتوزین است.

در یک ژن معین، تنها یک رشته از دو رشته مکمل DNA به عنوان الگویی برای سنتز RNA عمل می کند. به این زنجیره، زنجیره کار می گویند.

مطابق با قراردادهای پذیرفته شده، ابتدای ژن در نمودارهای سمت چپ نشان داده شده است. در زنجیره غیرکار (غیر کد کننده) مولکول DNA، "سمت چپ" در این حالت دارای انتهای 5" است، در کار (کدگذاری) - برعکس. آنزیم RNA پلیمراز به آن متصل است. مروج(توالی خاصی از نوکلئوتیدهای DNA، که آنزیم به دلیل میل ترکیبی شیمیایی آن را "تشخیص" می کند و در انتهای ناحیه مربوطه زنجیره DNA الگو قرار دارد. تنها با اتصال به یک پروموتر، RNA پلیمراز می تواند شروع سنتز RNA از ریبونوکلئوزید تری فسفات های آزاد موجود در سلول سنتز RNA در پیوندهای ماکرو انرژی تری فسفات های ریبونوکلئوزیدی موجود است.

 III. تثبیت دانش

تعمیم مکالمه در حین مطالعه مطالب جدید. راه حل مشکل.

وظیفه. مولکول DNA از دو زنجیره تشکیل شده است - زنجیره اصلی که mRNA روی آن سنتز می شود و زنجیره مکمل. ترتیب نوکلئوتیدها را در mRNA سنتز شده بنویسید، اگر توالی نوکلئوتیدها در رشته DNA اصلی (در حال کار) به شرح زیر است: C-G-C-T-G-A-T-A-G.

با استفاده از اصل مکمل بودن، ترتیب آرایش نوکلئوتیدها را در mRNA سنتز شده در امتداد زنجیره DNA کار تعیین می کنیم: G-Ts-G-A-Ts-U-A-U-Ts.

جواب: ج-ج-ج-ا-ج-و-آ-یو-ج

 IV. مشق شب

یک پاراگراف از کتاب درسی (RNA، طبقات و عملکردهای اصلی آن، تفاوت بین DNA و RNA، همانندسازی و رونویسی) را مطالعه کنید.

درس 18. تعمیم دانش در مورد "DNA و RNA"

تجهیزات: جداول زیست شناسی عمومی، نمودار ساختار یک نوکلئوتید، مدلی از ساختار DNA، نمودارها و شکل هایی که ساختار RNA، فرآیندهای همانندسازی و رونویسی را نشان می دهند.

 I. آزمون دانش

آزمون شفاهی دانش در مورد مسائل.

1. RNA و اهمیت آن در سلول.
2. طبقات RNA سلولی و عملکرد آنها ( سه دانش آموز).
3. همانند سازی، مکانیسم و ​​اهمیت آن.
4. رونویسی، مکانیسم و ​​معنای آن.

 دیکته بیولوژیکی "مقایسه DNA و RNA"

معلم پایان نامه ها را زیر اعداد می خواند، دانش آموزان اعداد پایان نامه هایی را که با محتوای نسخه آنها مطابقت دارد در دفتر یادداشت می نویسند.

گزینه 1 - DNA; گزینه 2 - RNA.

1. مولکول تک رشته ای.
2. مولکول دو رشته ای.
3. حاوی آدنین، اوراسیل، گوانین، سیتوزین است.
4. حاوی آدنین، تیمین، گوانین، سیتوزین است.
5. نوکلئوتیدها شامل ریبوز هستند.
6. نوکلئوتیدها شامل دئوکسی ریبوز هستند.
7. موجود در هسته، کلروپلاست، میتوکندری، سانتریول، ریبوزوم، سیتوپلاسم.
8. موجود در هسته، کلروپلاست، میتوکندری.
9. در ذخیره سازی، تولید مثل و انتقال اطلاعات ارثی شرکت می کند.
10. در انتقال اطلاعات ارثی شرکت می کند.

گزینه 1 - 2; 4 6 هشت نه؛

گزینه 2 - 1; 3; 5 7; ده

حل مسایل

مشکل 1. تجزیه و تحلیل شیمیایی نشان داد که 28٪ از تعداد کل نوکلئوتیدهای این mRNA توسط آدنین، 6٪ توسط گوانین، 40٪ توسط اوراسیل تشکیل شده است. ترکیب نوکلئوتیدی بخش مربوط به DNA دو رشته ای که اطلاعاتی از آن برای این mRNA "بازنویسی" می شود، چگونه باید باشد؟

1. با دانستن اینکه زنجیره مولکول RNA و زنجیره کاری مولکول DNA مکمل یکدیگر هستند، محتوای نوکلئوتیدها (در درصد) را در زنجیره DNA کار تعیین می کنیم:

    در زنجیره mRNA G = 6٪، یعنی در زنجیره DNA کار C = 6٪.

    در زنجیره mRNA A = 28٪، یعنی در زنجیره DNA فعال T = 28٪.

    در زنجیره mRNA Y = 40٪، یعنی در زنجیره DNA فعال A = 40٪.

2. محتوای سیتوزین در زنجیره mRNA (در درصد) را تعیین کنید.

    تعیین نسبت سیتوزین در زنجیره mRNA: 100٪ - 74٪ = 26٪ (C).

    اگر در زنجیره mRNA C = 26٪، سپس در زنجیره DNA فعال G = 26٪.

پاسخ: C = 6%; T = 28٪; A = 40٪؛ G = 26٪

مسئله 2. روی قطعه ای از یک رشته DNA، نوکلئوتیدها به ترتیب قرار می گیرند: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. نموداری از ساختار یک مولکول DNA دو رشته ای رسم کنید. طول این قطعه DNA چقدر است؟ چند نوکلئوتید (در درصد) در این زنجیره DNA وجود دارد؟

1. طبق اصل مکمل بودن، زنجیره دوم این مولکول DNA را می سازد: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. با دانستن طول یک نوکلئوتید (0.34 نانومتر)، طول این قطعه DNA را تعیین می کنیم (در DNA طول یک زنجیره برابر است با طول کل مولکول): 13x0.34 = 4.42 نانومتر.

3. محاسبه درصد نوکلئوتیدها در یک رشته DNA داده شده:

13 نوکلئوتید - 100٪
5 A - x%, x = 38% (A).
2 G - x٪، x = 15.5٪ (G).
4 T - x٪، x = 31٪ (T).
2 C - x٪، x = 15.5٪ (C).

جواب: ت-ت-تس-ا-ج-ا-ت-ت-گ-تس-ا-ت-ا; 4.42 نانومتر؛ A = 38; T = 31%; G = 15.5٪; C = 15.5٪.

 خودخوان

انتخاب 1

1. قطعات یک رشته از مولکول DNA داده می شود: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. مقدار (در درصد) هر نوع نوکلئوتید و طول یک قطعه معین از مولکول DNA را تعیین کنید.

2. آیا 880 نوکلئوتید گوانیل در مولکول DNA یافت می شود که 22 درصد از تعداد کل نوکلئوتیدهای این DNA را تشکیل می دهد؟ تعیین کنید که چه تعداد نوکلئوتید دیگر (به صورت جداگانه) در این مولکول DNA وجود دارد. طول این DNA چقدر است؟

گزینه 2

1. قطعات یک رشته از مولکول DNA داده می شود: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. مقدار (در درصد) هر نوع نوکلئوتید و طول یک قطعه معین از مولکول DNA را تعیین کنید.

2. مولکول DNA حاوی 250 نوکلئوتید تیمیدیل است که 22.5 درصد از تعداد کل نوکلئوتیدهای این DNA را تشکیل می دهد. تعیین کنید که چه تعداد نوکلئوتید دیگر (به صورت جداگانه) در این مولکول DNA وجود دارد. طول این DNA چقدر است؟

 IV. مشق شب

مطالب مربوط به کلاس های اصلی را مرور کنید مواد آلیدر ماده زنده یافت می شود.

ادامه دارد

محبوب
دسته بندی ها

2021
polyester.ru - مجله دخترانه و زنانه