Гипермаркет знаний>>Естествознание>>Естествознание 11 класс>> Принцип кодирования аминокислотных последовательностей

                                         5.5.3. Принцип кодирования аминокислотных последовательностей

Для  развития  организма  и  стабильности  его  клеток  в  первую  очередь необходим  непрерывный  синтез  белков,  то  есть  определенной  последовательности  аминокислот.  Какой  способ  нашла  природа  для  кодирования,  то есть для информационно  значимой  записи порядка следования аминокислот в  белках?  Путем  тонких  биохимических  экспериментов  на  молекулярном уровне за последние есятилетия удалось выяснить, что последовательность синтеза белков зафиксирована в цепях ДНК (в
некоторых  случаях  и  РНК)  в  виде  кодонов. Кодоном  является  тройка  последовательно расположенных азотистых оснований.

Каждый  отдельный  белок  кодируется своим  геном -  вполне  определенной  последовательностью кодонов. Сколько аминокислот в данном белке - столько и кодонов. Между собой  гены  разделены  интронами -  участками цепи  ДНК,  в  которой  нуклеотиды  располагаются на первый взгляд беспорядочно, так, что кодонов не выделяется.



По современным представлениям интроны выполняют  служебную  роль меток  и  участвуют  в  процессах «выбора»  тех  конкретных участков-генов, которые должны в тот или иной момент транскрибироваться. Дело  в  том, что, хотя почти  все клетки организма  содержат  в  своих хромосомах одну и ту же генетическую информацию, в разных клетках синтезируется только ограниченный, определенный специализацией клетки, набор белков.  

Как ни  удивительно, но  к подобному же принципу  расположения информационных  файлов  или  музыкальных  программ  пришли  в  технологии компакт-дисков. Выбором определенной команды на управление Вы можете активировать (считывать,  прослушивать)  интересующий  Вас  в  данный  момент фрагмент записи.

Таким  образом,  генетическая  информация,  содержащаяся  в  ДНК  и РНК, заключена в последовательности расположения нуклеотидов в этих молекулах. Каким же образом ДНК кодирует (шифрует) первичную структуру белков? Суть кода заключается в том, что последовательность расположения нуклеотидов  в  ДНК  определяет  последовательность  расположения  аминокислот в белках. Этот код называется генетическим, его расшифровка - одно из величайших достижений современного естествознания [8].  

В  состав ДНК  входят  по 4  нуклеотида. Если  в  алфавите жизни  всего  4 буквы, то как из них строятся слова? Этот вопрос одним из первых поставил  Г.А.  Гамов. Двухбуквенный  код  позволил  бы  зашифровать  всего  лишь  16 аминокислот, так как из 4-х нуклеотидов можно составить только 16 различных  комбинаций,  в  каждую  из  которых  входит  по 2  нуклеотида.  Этого мало  для 20  аминокислот, используемых  в природе  для  синтеза  белков. Гамов  сделал  предположение,  что  в  каждом  слове  должно  быть  три  буквы. С помощью триплетного кода можно создать из 4-х нуклеотидов 64 различные комбинации: 4 в степени 3 равно 64. Это уже заметно больше числа аминокислот.
 
Как быть? Считать, что слова не обязательно состоят из трех букв? Или среди 64  слов  есть  синонимы?  Гамов  остановился  на  второй  возможности: некоторые  слова (кодоны)  могут  обозначать  одну  и  ту  же  аминокислоту. Экспериментальные исследования подтвердили  гипотезу Гамова - почти каждая  аминокислота шифруется  более  чем  одним  кодоном. Например,  аргинин, серин и лейцин могут кодироваться шестью вариантами кодонов. Тем не менее,  генетический  код  однозначен.  Каждый  триплет -  кодон -  шифрует только  одну  из  аминокислот.  В  генетическом  коде  существуют  три  специальные триплета УГА, УАГ и УАА, каждый из которых обозначает прекращение синтеза цепи белка. Внутри гена не должно быть знаков препинания. Это очень важно. Например, мы можем легко прочитать и понять фразу, составленную триплетами обычных букв алфавита: «жил был кот тих был сер мил мне тот кот». Если убрать фиксированное начало, одну букву (или один нуклеотид в гене), то новые тройки букв (мы должны читать по тройным сочетаниям -  кодонам)  станут  такими:  «илб ылк  отт  ихо ылс  ерм  илм  нет отк». У всех здоровых людей в гене, несущем информацию об одной из цепей гемоглобина, триплет ГАА или ГАГ, стоящий на шестом месте, кодирует глутаминовую кислоту. Если второй нуклеотид в этих триплетах будет заменен на У, то в этом случае вместо глутаминовой кислоты будет встраиваться валин. Последствия будут тяжелыми - все эритроциты у такого человека будут иметь «испорченный» гемоглобин, что вызовет болезнь - серповидноклеточную анемию.

Одна их форм шизофрении - кататония - связана с заменой всего одной аминокислоты на другую в белке WKL1. Его код содержится в одном из генов  хромосомы 22  человека. Единственная «опечатка»  в  генетическом  коде приводит к развитию тяжелого психического заболевания.  

Концепции современного естествознания. Стародубцев В.А., 2-е изд., доп. — Томск.: Том. политех. ун-т, 2002. — 184 с.

Содержание урока
 конспект урока
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.