Биосинтез белка и генетический код

– Первый этап синтеза белка – считывание, переписывание или т р а н с к р и п ц и я. Этот процесс происходит в ядре клетки и заключается в синтезе информационной (матричной) РНК на участке цепи ДНК с соблюдением принципа комлементарности.

– Фрагмент ДНК, с которого считывается информация, – г е н – функционально неделимая единица наследственного материала, кодирующая первичную структуру белка, транспортной или рибосомальной РНК. Как и при репликации, в случае транскрипции реализуется принцип матричного синтеза.

Второй этап биосинтеза белка – т р а н с л я ц и я, т.е. реализация генетической информации в полипептидах на рибосомах. Рибосомы в цитоплазме нанизываются на нить И-РНК и движутся по ней(в кадый момент вней только один триплет). Сюда на Т-РНК подвозятся аминокислоты. Если антикодон Т-РНК комплементарен кодону И-РНК, аминокислота отсоединяется и присоединяется к молекуле полипептида.

Генетический код

- Последовательность нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты, отражающая чередование аминокислот в белке, называется г е н е т и ч е с к и м к о д о м.

– Важнейшие свойства кода: 1) код триплетный, т.е. для кодирования одной аминокислоты всегда используется 3 нуклеотида; 2) код вырожденный (избыточный) – для кодирования одной аминокислоты (кроме метионина и триптофана) используется несколько триплетов, до : включительно; 3) КОД УНИВЕРСАЛЬНЫЙ, Т. Е. ЕДИНЫЙ ДЛЯ ВСЕХ ВИДОВ ПЛАНЕТЫ. Независимо от видовой принадлежности конкретные аминокислоты кодируются одинаковыми триплетами. Кроме того, код является неперекрывающимся, т. е. любой нуклеотид является членом только одного кодона. К о д- о н – триплет нуклеотидов И-РНК, кодирующий место одной аминокислоты в полипептиде.

Вывод по биосинтезу белка

Запомнить схему: КОДОГЕН в ДНК, КОДОН в И-РНК, АНТИКОДОН в Т-РНК

1 ЭТАП - ТРАНСКРИПЦИЯ (в ядре!)

- Информация копируется с ДНК на молекулы рибонуклеиновой кислоты (И-РНК) (переписывается).

2 этап (ТРАНСЛЯЦИЯ (в цитоплазме!)

- Молекулы И-РНК переходят из ядра клетки в цитоплазму и там участвуют в синтезе белка. Синтез белка происходит в рибосомах. Рибосомы «шажками» - по одному триплету передвигаются по молекуле И-РНК. Молекулы Т-РНК «подвозят» в рибосомы по одной аминокислоте. Если кодон И-РНК комплементарен антикодону Т-РНК, аминокислота сбрасывается в рибосоме и присоединяется к другой аминокислоте, так образуется белок. Так информация «переводится» с языка нуклеиновых кислот на язык белков.

– Разные виды молекул РНК и белков контролируют множество процессов, обеспечивающих жизнь и работу клетки.

Основные положения генетики

– Генетика – наука о законах наследственности и изменчивости. Основы генетики были заложены Г. Менделем в 1865 г.

– Наследственность – свойство всех родительских особей передавать свои признаки потомству. Это – дискретное свойство всех живых организмов.

- Изменчивость – свойство организмов изменять фенотипические и генотипические признаки.

– Фенотип – совокупность всех признаков одного организма, сформированных в процессе его индивидуального развития. Фенотип составляет видимые, а также биохимические и анатомические признаки.

– Генотип – совокупность всех генов одного организма.

Благодаря наследственной изменчивости возникло многообразие жизненных форм и стала возможной биологическая эволюция

– Доминантность – подавление одним аллелем проявления другого (рецессивного) из пары генов

– Доминантные гены – гены, проявляющиеся у гибридов и подавляющие развитие одного признака; расположены на одних и тех же участках хромосом т определяют развитие одного признака. Обозначается прописной буквой: А, Б, …

–Рецессивные гены – гены, подавляемые другим геном; не проявляющиеся у гибридов первого поколения. Обозначается строчной буквой: а, б. …

– – Аллельные гены – гены расположенные на одних и тех же участках хромосом и определяющие развитие одного признака.

– В гомологичных хромосомах аллельные гены занимают одно и то же место.

– Любому признаку соответствует не мене пары аллелей – генов, находящихся в одинаковых точках гомологичных хромосом.

– Один ген может определять один или несколько признаков; также возможно и противоположное явление, когда несколько генов определяют развитие одного признака.

– Все аллели, или аллельные гены представляют собой результат точковых (генных) мутаций.

– Рецессивные признаки – подавляемые другим признаком зеленый цвет семян гороха, голубые глаза, леворукость у человека), доминантные признаки – преобладающие над другим (желтый цвет семян гороха, карие глаза, праворукость у человека).

- Аллельные гены - гены, расположенные на одних и тех же участках хромосом и определяющие развитие одного признака.

Гены относительно стабильны, но под влиянием факторов внешней среды способны к мутациям.

–Генофонд – совокупность всех генов, имеющихся у особей группы, популяции, вида.

– Гомозиготные организмы – организмы, имеющие единообразные наследственные признаки (единообразные аллельные гены – или доминирующие, или рецессивные).

– Гетерозиготные организмы – организмы, имеющие различные наследственные признаки (различные аллельные гены – и доминантные, и рецессивные).

– Гамета – половая клетка, имеющая одинарный (гаплоидный) набор хромосом.

– В хромосомах располагается наследственный материал организма – ДНК.

– Зигота – клетки, образовавшиеся при слиянии двух гамет (муж. и жен.) и имеющая двойной (диплоидный) набор хромосом.

– В результате удвоения хромосом происходит удвоение генов.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ НАСЛЕДОВАНИЯ ПРИЗНАКОВ

В основе наследования признаков лежат молекулярные процессы по реализации информации, хранящейся в генах, в виде их конечных продуктов – белков.

Законы Менделя:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения – потомство доминантных и рецессивных гомозигот единообразно и фенотипически неотличимо от гомозиготного по доминантному гену предка. Этот закон – следствие образования гамет одного типа каждым из гомозиготных предков. // Гомозигота – клетка или организм, в наследственном наборе (генотипе) которого гомологичные хромосомы несут одну и ту же форму данного гена. У них образуются гаметы только одного сорта. У гетерозигот – 2 формы данного гена, и гаметы двух сортов. Гаметы всегда чисты, т.е. негибридны (правило чистоты гамет).

2. Закон расщепления по фенотипу во втором поколении в соотношении 3:1 в пользу особой с доминантным признаком. При полном доминировании по любому изолированному признаку возможны 3 генотипа (АА, Аа, аа) и два фенотипа (А…; аа) – желтый и зеленый горох, карие и голубые глаза. При неполном доминировании – 3 генотипа и 3 фенотипа ( красные , белые цветы у гомозигот и розовые цветы у гетерозиготных растений ночной красавицы).

3. Закон независимого (дискретного) наследования: во втором поколении потомков расщепление по одному признаку происходит независимо от расщепления по другому. Этот факт – следствие нахождения генов различных признаков в разных парах хромосом. Расщепление: 9:3:3:1 (9+3=12; 3+1=4; 12: 4 = 3 : 1…12 желтых горошин и 4 зеленых… 12 гладких и 4 морщинистых горошин – все равно 3 : 1.

Хромосомная теория определения пола

В соответствии с хромосомной теорией определения пола, мужские и женские организмы различаются между собой лишь одной парой хромосом, которая у одного пола представлена гомологичными, у другого – негомологичными хромосомами. Различающуюся пару называют половыми хромосомами; прочие, идентичные у представителей разного пола, - аутосомами.

В начале 20 века Г. Морган создал хромосомную теорию наследственности

1. Ген – участок молекулы ДНК, определяющий возможность развития одного признака или синтеза белковой молекулы.

2. Гены располагаются в хромосомах в линейном порядке в определенной последовательности; каждый ген занимает определенное место (локус) в хромосоме.

3. Число групп сцепления соответствует гаплоидному набору хромосом и постоянно для каждого вида.

4. Нарушение сцепленного наследования признаков может быть результатом кроссинговера (взаимного обмена участками парных хромосом, что приводит к рекомбинации, т. е. перераспределению сцепленных генов).

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ

Изменчивость – свойство живых организмов существовать в различных формах (вариантах) Она может реализоваться у отдельных организмов или клеток в ходе индивидуального развития или в пределах группы организмов в ряду поколений при половом или бесполом размножении

По механизмам возникновения, характеру изменений признаков различают несколько типов:

- наследственную изменчивость (генотипическую) и

- ненаследственную (фенотипическую, модификационную).

Генотипическая изменчивость включает мутационную и комбинативную изменчивость.

МУТАЦИИ

Мутации от лат «изменение» - внезапные естественные или вызванные искусственно изменения генетического материала.

Мутагенез, т. е. возникновение изменений генетического материала, – широко распространенный в природе процесс.

– Мутационная изменчивость – элементарный эволюционный фактор (материал) – необходимое условие для существования видового многообразия.

КЛАССИФИКАЦИИ МУТАЦИЙ

1. По особенностям проявления

– Мутации, действие которых проявляется при изменении одного гена из пары (тогда как второй, парный ген остается нормальным) называются д о м и н а н т н ы м и.

– Если мутация проявляется только тогда, когда присутствует в обеих копиях гена, она называется р е ц е с с и в н о й

2. По локализации в клетках

– Мутации бывают соматические (в клетках тела) и генеративные (в половых клетках). Потомству передаются только мутации, появившиеся в половых клетках.

3. По характеру изменений генетического материала

– А). Генные или точковые мутации. Изредка при копировании нуклеотидных текстов происходят ошибки, например, вместо одного нуклеотида в цепочке ДНК или РНК оказывается другой, фрагмент ДНК теряется или меняет свое положение в геноме, а иногда появляются вставки, которых не было в исходном тексте. Такие изменения могут привести к изменениям структуры белка или регуляторных участков генов, гибельным для клетки.

– Б) Хромосомные мутации – перестройки в хромосомах: делеции, инверсии, дупликации, транслокации. Это более серьезные нарушения, м.б. летальными.

В) Мутации, приводящие к увеличению числа хромосом в клетке, называются геномными. Число хромосом увеличивается в 2,3, и более раз – полиплоидия, или на 1-2 хромосомы увеличивается или уменьшается – анеуплоидия.

–

Комбинативная изменчивость не связана с изменениями генотипа, она обусловлена перекомбинацей генов. Это тоже материал для эволюции.

Три источника комбинативной изменчивости:

1. Случайное слияние гамет при оплодотворении.

2. Случайное расхождение гомологичных хромосом к полюсам клетки в анафазе первого деления мейоза.

3. Кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом в профазе первого деления мейоза.

Модификационная изменчивость (ненаследственная, фенотипическая).

Это изменения фенотипа под действием условий существования организма, но не затрагивающих генотип. Примеры: удой коров зависит от кормления. Загар у человека зависит от степени воздействия солнечных лучей. На грядке без удобрений растения хилые, а с удобрением – более мощные и т. д. Но пределы этой изменчивости (норма реакции) зависят от генотипа. Удой коров – признак с широкой нормой реакции, жирность молока – признак с узкой нормой реакции (мало варьирует). Для эволюции М. И. тоже имеет значение, т. к. от нормы реакции зависит приспособленность организма в меняющихся условиях среды.

Теория эволюции

Эволюция (от лат. – развитие, развертывание) – процесс длительных, постепенных, медленных изменений, приводящих к коренным качественно новым изменениям. (образованию других структур, форм, организмов и их видов.

В истории философии и науки идея длительного и постепенного изменения всех видов животных и растений высказывались Аристотелем, К. Линнеем, Ж. Б. Ламарком, А. Уоллесом. Заслуга Ч. Дарвина в том, что он впервые обнаружил в природе принцип естественного отбора и обобщил отдельные эволюционные идеи в одну стройную теорию эволюции. Вывод Дарвина: из множества разнообразных явлений живой природы явно выделяются 3 принципиальных фактора в эволюции живого, объединенных краткой формулой: 1) изменчивость (а.– определенная И. (ненаследственная) и б) неопределенная (наследственная) И. (; 2) наследственность; 3)борьба за существование и естественный отбор.

Новая синтетическая теория эволюции – синтез основных эволюционных идей Дарвина (и, прежде всего, естественного отбора) с новыми результатами биологических исследований в области генетики, палеонтологии, эмбриологии, морфологии, молекулярной биологии, экологии.

Основные положения современной теории эволюции:

А) Популяция – элементарная единица эволюции;

В) движущая сила эволюции – естественный отбор, который является результатом взаимодействия популяций и окружающей среды;

С) остальные факторы эволюции – мутационный процесс, популяционные волны (колебания численности популяций), обособленность (изолированность) популяции.