Генетическая информация
Генетическая информация — то, что позволяет клеткам создавать подобные себе копии для продолжения рода и осуществлять жизненно важные процессы. Без этого невозможно существование живых организмов.
Генетическая информация у прокариот хранится в одной кольцевой молекуле ДНК, а у эукариот — в виде хромосом в ядре. В основном у эукариот всего одно ядро, но иногда ядер может быть больше: например, клетка печени человека (гепатоцит) может иметь от одного до нескольких ядер.
У разных видов разное количество хромосом: у мухи-дрозофилы — 4 пары, у растения ужовник — 1440 пар, у людей — 23 пары.
У эукариот, как правило, 2 копии хромосом, которые нужны для размножения половым путём. Такой набор называется диплоидным и содержит два гомологичных набора, один из которых передаётся от одного родителя, а другой — от второго. Также эукариоты могут иметь гаплоидный (одинарный) набор — по одной хромосоме одного типа. Такой набор часто находится в клетках для размножения. Так, в сперматозоиде и яйцеклетке человека по 23 хромосомы (гаплоидный набор), это половые клетки, потому что они обеспечивают размножение.
Нуклеотиды и ДНК
В своём составе ДНК и РНК имеют нуклеотиды, которые состоят из азотистого основания, углеводного остатка и фосфорной кислоты. Последовательность нуклеотидов является информацией о структуре белков, заложенных в генах.
Существует 5 типов нуклеотидов:
-
Пуриновые нуклеотиды:
-
аденин,
-
гуанин.
-
-
Пиримидиновые нуклеотиды:
-
тимин,
-
цитозин,
-
урацил.
-
В ДНК используются 4 типа нуклеотидов: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц).
При получении РНК из ДНК тимин замещается на урацил, поэтому в РНК также 4 типа нуклеотидов: аденин (А), гуанин (Г), урацил (У), цитозин (Ц).
Структура ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) была открыта Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году. Она имеет вид двухцепочечной спирали: 2 цепочки ДНК соединены друг с другом и скручены в виде спирали.
Одна из функций ДНК — сохранить наследственную информацию и передать её потомству. Без неё геном вида не мог бы жить и развиваться на протяжении длительного периода времени. Те организмы, которые претерпели серьёзные мутации генов, в большинстве случаев не выживают или не могут размножаться. Так вид защищается природой от вырождения. Другая функция ДНК — реализовать хранимую информацию.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подготовься к ОГЭ на пятёрку.
-
Подготовься к ЕГЭ на высокие баллы.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Решай задания в бесплатном тренажёре ЕГЭ.
Гены и генетический код
В ДНК при помощи генетического кода закодирована информация о структуре белка. Последовательность нуклеотидов отвечает за синтез определённого белка.
Генетический код — способ кодирования последовательности аминокислот в белке при помощи последовательности нуклеотидов ДНК и РНК. Каждый вид живых организмов имеет свой собственный набор белков.
Ген — участок молекулы ДНК, в котором закодирована одна полипептидная цепь или одна молекула РНК. Именно гены являются основой уникальности каждого организма. Хотя некоторые белки, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими, даже одинаковыми, все особи одного вида всё же немного отличаются друг от друга, поэтому нет двух абсолютно одинаковых людей (исключение: однояйцевые близнецы). Индивидуальную неповторимость каждой особи определяют различия в структуре белков.
Свойства генетического кода:
-
Триплетность — кодирование одной аминокислоты тремя нуклеотидами (триплетом) в ДНК и РНК. Из 4 нуклеотидов можно создать 64 комбинации, кодирующие 20 аминокислот. Каждая аминокислота может быть закодирована более чем одним триплетом.
-
Вырожденность — одна аминокислота шифруется более чем одним кодоном (от двух до шести).
-
Однозначность — один кодон шифрует только одну аминокислоту.
-
Непрерывность и неперекрываемость — в процессе считывания невозможно перекрывание кодонов триплетов.
-
Универсальность — генетический код един для всех живущих на нашей планете существ.
Генетический код содержит знаки препинания — стоп-кодоны. Начавшись на определённом кодоне, считывание идёт непрерывно, триплет за триплетом, вплоть до стоп-сигналов терминирующих кодонов.
Всего различают 3 уровня организации наследственной информации:
-
Генный: вся информация, необходимая для синтеза нового белка, содержится на определённом участке цепи ДНК — гене.
-
Хромосомный: гены собраны в хромосомы. В виде хромосом наследственный материал передаётся от одной клетки к другой, от одного поколения к другому. Гены в хромосоме располагаются в линейном порядке.
-
Геномный: геном — вся совокупность нуклеотидных последовательностей в клетке организма. Геном характеризует целый вид, а не одну конкретную особь.
Реализация наследственной информации
Молекула ДНК — это основа хромосомы. Кроме неё, в хромосоме присутствуют белки, которые обеспечивают укладку молекулы ДНК. Одна хромосома содержит одну молекулу ДНК, состоящую из 2 цепей.
Редупликация ДНК — удвоение молекулы путем самокопирования. Цепи в молекуле ДНК закручены относительно друг друга. В начале процесса редупликации ДНК цепи деспирализуются, затем расходятся в стороны. На каждой синтезируется новая копия. В результате получаются две идентичные молекулы. В каждой из них присутствуют материнская и дочерняя цепи. Такой принцип редупликации называется полуконсервативным. Молекулы ДНК отодвигаются, оставаясь при этом соединёнными в области центромеры.
В ядре клетки происходят важные процессы. Информация, которая записана в хромосомах, используется для построения белков из аминокислот. При этом цепочка ДНК не покидает ядро. Здесь приходит на помощь другое важное соединение — иРНК, которое представляет собой копию нужного гена. Процесс синтеза иРНК по матрице ДНК называется транскрипцией.
Спираль разворачивается, чтобы иРНК могла скопировать необходимую часть цепи. К одной из цепей, кодирующей, подбираются комплементарные ей нуклеотиды РНК и сшиваются ферментом РНК — полимеразой. В конце процесса структура ДНК восстанавливается. иРНК, как менее крупная молекула, способна проникать через мембрану ядра и доставлять наследственную информацию к рибосомам, где синтезируется белок. Процесс синтеза белка из рибосом называется трансляцией.
В трансляции принимают участие 3 вида РНК:
-
Информационная, или матричная, РНК (иРНК, мРНК) несёт копию информации о структуре белка.
-
Транспортная РНК (тРНК) — небольшая молекула, напоминающая по структуре лист клевера, на среднем листочке которой имеется триплет антикодонов, определяющий вид аминокислоты, с которым связывается данная тРНК. Задача тРНК — доставить в рибосому необходимые аминокислоты.
-
Рибосомная РНК (рРНК) входит в состав рибосомы, обеспечивая ей структуру, необходимую для синтеза белка. В рибосомах проходит основная часть процесса трансляции.
Помимо рибосом, для синтеза белка необходим строительный материал — аминокислоты. Часть из них вырабатывается организмом, другие можно получить только с пищей (их называют незаменимыми). Чтобы принести аминокислоту к рибосоме, нужная транспортная РНК. Матрицей для синтеза ДНК служит иРНК. Также необходимы ферменты, энергия АТФ.
Молекулы иРНК, поступающие в рибосому, соединяются с ней. Отрезок, находящийся в рибосоме, состоит из 2 триплетов кодонов. Каждый кодон взаимодействует с подходящим ему по строению антикодоном в транспортной РНК, которая принесла в рибосому аминокислота. Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит к определённому кодону иРНК и соединяется с ним. К следующему соседнему участку иРНК присоединяется другая тРНК с другой аминокислотой. Между аминокислотами образуется пептидная связь. Затем рибосома перемещается на один триплет. Первая тРНК освобождается от своей аминокислоты и выходит из рибосомы. На освободившееся место приходит следующая тРНК. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет считана вся последовательность иРНК до стоп-кодона.
