Генетический код. Биохимические основы хранение наследственных признаков и механизмы их передачи. Репликация ДНК.

Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательностинуклеотидов.

В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц иТ. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением нуклеотида, содержащего тимин, который заменён похожим нуклеотидом, содержащим урацил, который обозначается буквой U (У в русскоязычной литературе). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности генетических букв.

Генетический код

Белки практически всех живых организмов построены из аминокислот всего 20 видов. Эти аминокислоты называют каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка, а следовательно все его биологические свойства.

Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (то есть синтеза мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность (синтез полипептидной цепи на мРНК). Для кодирования 20 аминокислот, а также сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называетсятриплетом. Принятые сокращения, соответствующие аминокислотам и кодонам, изображены на рисунке

Репликация ДНК осуществляется на основе:

ü матричного синтеза,

ü принципов: комплементарности и антипараллельности,

ü при участии ферментов:эндонуклеазы, ДНК – полимеразы, геликазы, ДНК - лигазы, топоизомеразы, РНК-проймазы.

В процессе репликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплиментарная ей цепь. В итоге из одной двойной спирали образуется две

идентичные двойные спирали, в которых одна полинуклеотидная цепь материнская, а вторая дочерняя, вновь синтезированная. Такой способ репликации называется полуконсервативным. Для осуществления репликации биспирали материнской ДНК, её цепи должны быть отделены друг от друга, чтобы стать матрицами. На которых будут синтезироваться комплиментарные и антипараллельные цепи дочерних полинуклеотидных цепей.

С помощью фермента г е л и к а з ы двойная спираль ДНК в отдельных зонах расплетается.. Образующиеся одноцепочные участки ДНК связываются специальными дестабилизирующими белками, растягивающими цепи и делая доступными азотистые основания для связывания с их с комплиментарными нуклеотидами.

Область расхождения полинуклеотидных цепей в зонах репликации называются

р е п л к а ц и о н н ы м и в и л к а м и. Образование репликационной вилки начинается с репликационного глаза, где две цепи материнской ДНК начинают отделяться друг от друга. Область репликационного глаза называют точкой начала репликации. Фрагмент ДНК от точки начала репликации до точки её окончания образует единицу репликации – репликон. Эукариотические хромосомы содержат большое число репликонов. В каждой такой области при участии фермента ДНК – п о л и м е р а з ы синтезируются новые дочерние цепи ДНК.

При расхождении 10 пар нуклеотидов, образующих один виток спирали, материнская ДНК должна совершить один полный оборот вокруг своей оси. Следовательно, для продвижения репликационной вилки вся молекула ДНК перед ней должна была бы быстро вращаться. В действительности этого не происходит благодаря ферментам т о п о и з о м е р а з а м. Топоизомераза разрывает фосфорнодиэфирную связь одной из цепей ДНК, что даёт ей возможность вращаться только вокруг второй цепи, что ослабляет накопившееся напряжение в двойной спирали ДНК.

ДНК – полимераза может присоединять очередной нуклеотид только!!! к ОН – группе дезоксирибозы в 3^/ предшествующего нуклеотида, поэтому необходим 3^/ - ОН – конец какой либо полинуклеотидной цепи, спаренной с матричной цепью ДНК, к которой ДНК – полимераза может лишь добавлять новые нуклеотиды. Такую полинуклеотидную цепь называют затравкой или праймером.Роль затравки для синтеза полинуклеотидных цепей ДНК в ходе репликации выполняют короткие последовательности РНК, образуемые при участии фермента РНК – праймазы. Такая особенность ДНК – полимеразы означает, что матрицей может служить лишь цепь ДНК, имеющая 3^\----5^\конец. На ней происходит сборка новой дочерней цепи ДНК непрерывно от 5^/ -----» 3^/ концу.

Вторая дочерняя цепь ДНК также синтезируется с 3^/ конца. Но вторая цепь материнской ДНК имеет 5^/ ---» 3^/ конец, поэтому синтез второй дочерней цепи ДНК осуществляется короткими фрагментами - фрагменты ОКАЗАКИ, также в направлении от5^/ -----» 3^/ концу по типу шитья «назад иголкой», т.е. фермент ДНК – полимераза направлена противоположно относительно первой цепи, начинает работу с 3^/ конца фрагмента Оказаки. У эукариот фрагменты Оказаки содержат от 100 до 200 нуклеотидов, а у прокариот значительно больше. Т.о. вилка репликации является асимметричной.

Из двух синтезируемых дочерних цепей та, что строится непрерывно, называется - лидирующей, синтез другой цепи идёт медленнее, т.к. она собирается фрагментами, её называют запаздывающей или отстающей.