Modalități de înregistrare a informațiilor biologice. Codul genetic (biologic)
Modalități de înregistrare a informațiilor biologice. Codul genetic (biologic)
Trecerea de la perioada de viață prealabilă la viața de pe Pământ este asociată cu proiectarea fluxului de informații (a se vedea 1.4.6, Figura 2.22). Orice informație,
inclusiv biologic, pentru conservarea sau manipularea cu acesta necesită un sistem de înregistrare sau codificare. În lumea vieții se realizează printr-un macromoleculelor informaționale (ADN, ARN, proteine), ceea ce reprezintă un texte biomoleculare (conținut vzaimosootvetstviya DNKovye, RNKovye și proteine) generat folosind codul biologic (genetic). Utilizarea în bioinformatica a polimerilor menționați mai sus dă dreptul de a numi viața vieții un acid proteic-nucleic.
Problema naturii chimice a purtătorului de informații biologice din celulă a fost de mult subiect de discuții. Argumentul decisiv în favoarea acizilor nucleici (ADN) a fost rezultatul experimentelor lui F. Griffith (1928), reproduse la noul nivel metodologic de O. Avery (1944). Aceste rezultate au indicat faptul că dobândirea tulpinii non-patogene pneumococice cu proprietăți patogene se datorează penetrării ADN-ului pneumococic al tulpinii patogene în acești pneumococi. Alte dovezi ale bioinformației - funcția genetică a ADN:
• consistența conținutului de ADN în celulele somatice ale corpului;
• corespondența conținutului de ADN al ploidiei celulare (în celulele somatice este de două ori mai mare decât în celulele sexuale);
• fenomenul recombinării genetice în prokaryotes în timpul conjugării lor, în timpul căruia fragmentele ADN dintr-o celulă bacteriană pătrund în alta cu modificarea corespunzătoare a proprietăților fenotipice;
• fenomenul de transducție - o schimbare a proprietăților moștenite ale celulelor bacteriene prin transferarea ADN-ului de la o tulpină la alta cu ajutorul unui bacteriofag;
• capacitatea de infectare a virusurilor este determinată de acidul lor nucleic.
stabilitate metabolică (informații de siguranță), dimensiunea moleculară mare (capacitate date) organizarea supramoleculară a ADN-ului, sub forma unui dublu helix macromolecule complementare formate (mecanism de copiere matrice sau „îndepărtare“ a informațiilor) pentru a îndeplini cerințele materialului care acționează ca stocarea informației genetice și replicare. Situația este diferită odată cu utilizarea informațiilor în procesele de dezvoltare și de viață. Printre polinucleotide ARN naturale (dar nu și ADN) pot prezenta activitate enzimatică (ribozomi), dar într-o măsură foarte limitată. Proteinele sunt caracterizate de o astfel de activitate în întregime. Formată în evoluția mecanismului de "
peptide autocataliză sredovannogo „(vezi p.. 1.4.4) sau, cu alte cuvinte, procesul sintezei proteinelor într-o celulă, combină potențialul ambelor tipuri de biopolimeri și sistem informatic structură predestinată (flux de informații), a formelor vii. Principalii participanți ai acestui sistem sunt ADN, ARN și proteine.
În lumea vieții există două tipuri de texte: asociate cu acizi nucleici, scrise cu ajutorul nucleotidelor și asociate cu proteine, înregistrate cu ajutorul aminoacizilor.
Calculele arată că pentru codificarea unui aminoacid în proteină sunt suficiente trei nucleotide în ADN și / sau ARN. Numărul de combinații posibile de 4 nucleotide din 4, localizate diferit în molecula ADN, este măsurat prin cifre astronomice. Deci, în fragmentul de ADN de numai 100 bp. teoretic, secvențele de aminoacizi ale 4100 de proteine de dimensiune medie pot fi codificate. Numărul de combinații 4 la 2 (16) cu numărul de aminoacizi din setul "standard" pentru sinteza proteinelor 20 nu este suficient, în timp ce numărul de combinații de la 4 la 3 (64) satisface criteriul de suficiență.
In vitro, s-au sintetizat fragmente scurte de ARN conținând unul din cele patru nucleotide. Aceste fragmente au fost apoi utilizate în sistemele artificiale de sinteză a proteinelor. Folosind un fragment poli-Y (un polimer de lyuridil), s-a obținut o peptidă constând exclusiv din aminoacidul fenilalanina. Sa concluzionat că trei nucleotide uridilice în ARN (trei nucleotide adenilice în ADN) codifică fenilalanina în proteine. Datorită tehnicii descrise în anii '60. Secolul XX, codul genetic a fost descifrat complet (Tabelul 2.2). Tripletele nucleotidelor care corespund aminoacizilor individuali se numesc tripleți sau codoni.
Tabelul 2.2. Codul genetic (biologic): aminoacizii și tripletele ADN care le codifică
Datele prezentate în tabelul. 2,2 tripleți sunt localizați în molecula codogenică a ADN-ului dublu helix. și (m) ARN, care asigură sinteza proteinei cu o anumită secvență de aminoacizi, se formează pe molecula de matrice pereche a bispiralului. În tripleți și (m) ARN, în comparație cu tripletele ADN, nucleotidul timidil (T) este înlocuit cu uridil (Y). Codul genetic sub formă de tripleți și (m) ARN este prezentat în Tabelul. 2.3.
Tabelul 2.3. Codul genetic (biologic): aminoacizii și tripletele care le codifică și (m) ARN
Secvențele nucleotidice ale genelor unui cromozom sunt de obicei plasate în aceeași moleculă de ADN ADN, dar există și excepții. Astfel, din cele cinci gene histone ale muștei de fructe pentru cele două gene, informația este înregistrată într-un lanț polinucleotidic și pentru celelalte trei gene, în lanțul ADN al perechii bipyrale ADN. Astfel, oricare din lanțurile unei helix-uri duble poate juca rolul unei molecule de codificare (precum și a unei matrice).
Unitatea de informații din moleculele ADN este un triplet de nucleotide sau tripleți, adică codul genetic este triplet. Aici, 4 nucleotida construirea formei ADN 64 tripleți, dintre care 61 codifică 20 de aminoacizi (tripleti sensurilor) și 3 nu sunt codificate de aminoacizi și sunt folosite pentru a desemna puncte de terminare a transcripției (complet) (codonii fără sens sau nonsens, codoni stop) . Codul genetic este care nu se suprapun (singur aminoacid corespunde unui t independent) continuu (triplete pentru o secvență de aminoacizi într-o anumită proteină urmați reciproc, fără „decalaj“, dar cm. Introns, p. 2.4.5.5), universale (aceleași triplete folosite pentru a codifica același aminoacid în toate grupele de creaturi vii - de la virusuri si procariote la mamifere, inclusiv la oameni, sunt cunoscute excepții - vezi mai jos), degenerată (pentru a codifica un singur aminoacid, cu excepția. metionină și triptofan, folosind de la două la șase tripleți), specific (triplet corespunde unui amino unic specific de acid).
Dacă există aminoacizii între doi și patru triplete (alanină, valină, glicină, prolină, treonină), diferențele dintre tripleții se referă exclusiv la acestea din urmă, a treia nucleotida (codonii nonsens nu fac obiectul acestei reguli). În acest caz, schimbarea mutaționale în a treia nucleotide a unui triplet este de aproximativ 64% da-t sinonim care servește pentru a spori siguranța informațiilor în nivelurile de ADN. Asemenea în structura și / sau proprietățile chimice, aminoacizii au tripleți cu aceeași nucleotidă centrală (a doua). De exemplu, triplete de aminoacizi hidrofobi (fenilalanină, leucină, izoleucină, metionină, valină) au un al doilea ADN nucleotidelor A, și și (m) ARN - W. Această caracteristică a codului genetic creează un „tampon bio-informație“ care reduce impactul multora mutații genetice asupra caracteristicilor funcționale ale proteinelor corespunzătoare (aminoacizii hidrofobi se transformă în hidrofobi).
Există exemple care nu respectă principiul universalității codului genetic. Astfel, în celulele patogenului comun al micozelor din Candida albicans umană, codonul TSUH corespunde serinei aminoacide și nu leucinei, ca în celulele aproape tuturor celorlalte forme vii. În sistemul autonom de albire a mitocondriilor celulelor de mamifere, ARN-ul triplet și (m) AUCA corespunde cu metionina aminoacidului, în timp ce în citoplasma acestor celule, izoleucina. Tripletele TTG și TTST ale ADN-ului mitocondrial al unor specii de organisme nu codifică aminoacizii, fiind codoni de nonsens. În exemplele de mai sus, caracteristicile funcționale și genetice ale codonilor numiți sunt reproduse în mod continuu, ceea ce oferă motive pentru a considera aceste trăsături ca o consecință a naturii specifice a procesului evolutiv.
În toate sistemele de coduri, literele sunt alocate litere (alfabet) și cuvinte (dicționar) ale textului. Sistemul de cod de acizi nucleici (ADN, ARN) - litere este nucleotide (4 litere ale alfabetului) și cuvintele - sau triplete de nucleotide triple, care corespund aminoacizilor individuali (de dicționar 61-cuvânt, inclusiv sinonime).
activitatea beta-citokinelor; proteina mutantă nu are secvența de aminoacizi necesară penetrării virusului în celule).
Trimiteți-le prietenilor: