|
|
Скачати 2.37 Mb.
|
|
Таблиця 2.1. Основні амінокислоти, що входять до складу білка. На даний час відомо сотні тисяч білкових амінокислотних послідовностей. Для зберігання амінокислотних послідовностей створені спеціальні банки даних, наприклад, такий як SwissProt, а для зберігання просторових структур білків створено банк білкових структур. Найбільш повні відомості у даний час існують про водорозчинні глобулярні білки, тому що водорозчинні білки легше виділяти у вигляді окремих молекул, а їх структуру легко вивчати у кристалах за допомогою рентгену, а у розчинах за допомогою ЯМР спектроскопії (ядерного магнітного резонансу). Для мембранних і фібрилярних білків розшифровані лише деякі просторові структури і окремі фрагменти. Ген, генетичний код, геном. Як було зазначено раніше, ланцюг ДНК являє собою нуклеотидну послідовність. Таку послідовність можна розділити на певну кількість ділянок, які кодують, або не кодують інформацію, яка використовується при синтезі білків. Такі ділянки ДНК і називаються генами. Перше визначення гену звучало наступним чином «ген – це одиниця спадковості, один ген відповідає одній властивості», але це визначення, у певній мірі можна віднести до таких властивостей як забарвлення квітки, або форми насінини. Однак, у живих організмах існують властивості, які обумовлені декількома або навіть декількома десятками генів, наприклад, ріст організму. Для більшості випадків, один ген відповідає одному білку у організмі, але існують і такі гени, які взагалі не кодують білок, або такі, які кодують одразу два, або більше білків. Гени кодують не лише білки, але і РНК, тому у повній мірі ген можна визначити як безперервну ділянку ДНК, що містить інформацію, необхідну для побудови білка або молекули РНК. Ген – це фізична одиниця спадковості (або спадковий фактор за Менделем), упорядкована послідовність нуклеотидів ДНК, в якій закодовано інформацію про один або декілька продуктів гену. Продуктами гену можуть бути: іРНК(а потім білок), рРНК, тРНК і білки. Один і той самий ген може мати різні форми, алель – це одна з форм одного гена. Різні алелі виникають у результаті мутацій або внутрішньої перебудови генів. Варто зазначити, що ДНК еукаріот є переривчастими, вони складаються з кодуючих ділянок — екзонів, розділених некодуючими — інтронами. Кількість таких ділянок різна для різних генів, наприклад ген овальбуміну курей включає 7 інтронів, а ген проколагену ссавців – 50 інтронів. Ділянки ДНК, які відповідають екзонам, на відміну від інтронів, повністю представлені в молекулі інформаційної РНК, що кодує первинну структуру білка. ДНК прокаріот інтронів не мають. Окрім екзонів та інтронів ген також містить регуляторні райони, які контролюють його експресію. Кожний ген розташовується у визначеному (певному) місці – локусі хромосоми. Довжини генів мають різні значення від 190 до 16000 п. н. У клітині існують певні механізми, які здатні точно розпізнавати в послідовності ДНК положення початку й кінця кожного гена. Так як білок являє собою ланцюг амінокислотних залишків, для його синтезу необхідно ідентифікувати кожну амінокислоту, що входить у його склад. Саме цю операцію й виконує молекула ДНК, використовуючи триплети нуклеотидів для кодування всіх амінокислот. Нуклеотидний триплет називають кодоном. У таблиці (2.2) наведено відповідності всіх можливих триплетів амінокислотам. Така відповідність називається генетичним кодом. У таблиці триплети нуклеотидів наведені з урахуванням складу послідовності РНК. Це пов'язано з тим, що саме молекули РНК забезпечують зв'язок між ДНК і безпосереднім синтезом білка.
Таблиця 2.2 Універсальний генетичний код Як видно з таблиці 2.2 існує 64 можливих триплети нуклеотидів і 20 амінокислот, які кодуються за допомогою цих триплетів. Одній і тій же амінокислоті може відповідати кілька триплетів. Наприклад, кодони AAG і ААА кодують лізин. Навпаки, три кодони в таблиці не кодують ніяку амінокислоту, а служать сигналом закінчення гена. Ці спеціальні кодони позначені в таблиці 2.2 словом «Стоп». Наведений у таблиці генетичний код, називається універсальним, тому що використовується переважною більшістю живих організмів, однак деякі організми використовують трохи видозмінений код. Таким чином, генетичний код має характерні особливості:
Фундаментальний набір генетичної інформації називається геномом і складається з однієї або декількох молекул ДНК (у деяких вірусів РНК), які організовані у вигляді хромосом. У бактерій розміри генома не бувають менше ніж 0,5 мільйонів пар нуклеотидів (п.н.), а максимальний розмір геному бактерій біля 10 мільйонів п.н., у дріжджів – порядку 12 мільйонів п.н., у черв’я нематоди – 97 мільйонів п.н., а у людини – 3 мільярда п.н.. Число хромосом у геномі організму характеризує його приналежність до певного виду. Наприклад, кожна клітина людини містить 46 хромосом, у той час у миші це число рівне 40. У таблиці 2.3. наведені набори хромосом і розміри геному деяких характерних видів.
Табл.иця 2.3. Розмір геному певного виду У прокаріот аналогом хромосоми виступає єдина у клітині молекула ДНК. Окремо від хромосомної ДНК існують молекули ДНК, що називаються плазмідами, вони зазвичай круглі і дволанцюжкові. Плазміди частіше за все зустрічаються у бактерій. У деяких еукаріот також можна зустріти плазміди, наприклад у дріжджів Saccharomyces cerevisiae. У одній клітині може бути від одної копії (особливо для великих плазмід) до кількох сотень або навіть тисяч копій тієї ж плазміди (особливо для певних штучних плазмід). У клітинах еукаріотів хромосоми можуть бути присутні як у одиничному, так і у парному вигляді. Клітини, що містять парні хромосоми, називають диплоїдними. Наприклад, геном людини складається з 23 пар хромосом. Дві хромосоми, що формують пару називаються гомологічними, а гени у одному члені пари відповідають генам у другому члені. Деякі гени абсолютно ідентичні у батьківській і материнській частині пари – наприклад, ген, що кодує гемоглобін (білок, що здійснює перенесення кисню у крові). Інші гени можуть бути присутніми у альтернативних формах, які отримали назву алелі. Клітини, що містять лише по одному елементу з кожної пари хромосом, називають гаплоїдними. Ці клітини беруть участь у статевому розмноженні організмів. Коли гаплоїдна клітина матері зливається з галоїдною клітиною батька, утворюється яйцеклітина, яка знову буде диплоїдною. Гаплоїдні клітини формуються у процесі мейозу, при якому клітина ділиться на дві, і кожна клітина отримує по одному елементу з кожної пари хромосом. Незважаючи на те, що в усіх клітинах організму присутній повний набір генів, лише мала частина геному, зазвичай, використовується або експресується будь-якою окремою клітиною. Наприклад, клітина печінки експресує набір генів, який відрізняється від того, який експресується клітиною шкіри. Після того, як послідовність розшифрована, з’ясовані усі нуклеотиди та їх порядок, необхідно із цих даних отримати значущу інформацію. Існують комп’ютерні програми, за допомогою яких можна визначити ділянки, що кодують білки. У послідовності можна виділити такі ділянки, що відповідають послідовностям уже відомих білків, та спрогнозувати їх функції. Але, нажаль, за даними, отриманими порівняльними методами, не завжди можливо визначити коли, за яких обставин, у яких тканинах і окремих клітинах організму цей білок утворюється. Як дія певного білка вписується у діяльність інших білків, можливо, змінюючи її? Що станеться, якщо цього білка не виявиться у потрібному місці у потрібний час? На усі ці питання можна відповісти за допомогою лабораторних дослідів. Важко переоцінити значимість розшифровки геному, вона надала величезне поле діяльності для біоінформатики. За допомогою методів біоінформатики стало можливим порівняти окремі ділянки хромосом між собою або з геномом інших тварин, результати цих порівнянь незамінні при вивченні еволюції та інших тривалих у часі процесів, при узагальненні і пошуку подібних послідовностей. Біоінформатика дозволяє зберегти багато сил і часу науковців, наприклад, знаючи функцію білка не обов’язково розшифровувати його послідовність цілком, оскільки кожен білок унікальний, за допомогою частини його послідовності можна легко знайти повну послідовності білка і його «родичів» за допомогою біоінформаційних баз даних. Синтез білка Розглянемо детальніше процес, за допомогою якого генетична інформація, зашифрована в молекулі ДНК реалізується в білках. У організмі еукаріот, такий процес відбувається у декілька етапів: 1. Транскрипція – це зчитування генетичної інформації, зашифрованої у молекулах ДНК, і запис цієї інформації у молекули іРНК. Клітинний механізм розпізнає початок окремого гена або цілої групи генів завдяки промотору. Промотор — це ділянка ДНК, розташована перед кожним геном, яка вказує на те місце в гені, з якого треба починати синтез РНК. Кодон AUG, який кодує метіонин, сигналізує про початок кодуючої області РНК. Основний фермент транскрипції РНК-полімераза приєднується до промотору. По мірі просування РНК-полімерази по кодуючому ланцюгу ДНК, рибонуклеїди по принципу компліментарності приєднуються до ланцюга ДНК, в результаті утворюється незріла іРНК, що містить як кодуючи, так і не кодуючи нуклеотидні ділянки. У результаті утвориться іРНК, що має точно таку ж послідовність нуклеотидів, як одна з ниток ділянки ДНК, що містить ген, який копіюється (але із заміною основи Т на U). Ця нитка комплементарна другій нитці ДНК. 2. Процесинг – дозрівання молекули РНК. Гени еукаріотів мають велику довжину і складну будову. Як уже зазначалося раніше, вони включають у себе окрім кодуючих послідовностей – екзонів, багаточисельні ділянки – інтрони. Продукти транскрипції модифікуються перед тим, як з них утворюються зрілі матричні РНК (мРНК, синонім — інформаційна РНК або іРНК). Процесинг включає у себе модифікацію 5-го та 3-го кінців і сплайсинг. Модифікація 5-го кінця відбувається після полімеризації її перших 20-30 нуклеотидів. До цього кінця приєднується гуанозиндифосфат, що складається з пірофосфату, цукру пентози і рибози та азотистої основи гуаніну. Потім гуанін метилується. Таке приєднання забезпечує ініціацію трансляції, оскільки лише за цієї умови рибосома розпізнає кодони-ініціатори AUG та GUG, захист мРНК від нуклеаз клітини, тим самим подовжуючи час її життя, роботу ферментативної системи, що проводить сплайсинг. У більшості транскриптів 3-й кінець також модифікується. За допомогою ферменту нарощується «хвіст», що складається з 100-200 залишків аденілової кислоти, що полегшує вихід мРНК з ядра і уповільнює її гідроліз у цитоплазмі. Важлива частина процесингу – сплайсинг. У процесі сплайсингу приймають участь малі ядерні РНК (мяРНК), які формують сплайсому. ЇЇ каталітична активність обумовлена РНК-складовими (такі РНК називаються рибозимами). На кінцях інтронів знаходяться специфічні послідовності нуклеотидів – сайти сплайсингу, що забезпечують видалення інтронів. Формування сплайсоми відбувається шляхом з'єднання мяРНК та сайтів сплайсингу. При цьому кінці екзонів зближуються і з'єднуються, а інтрони видаляються. Транскрипція і процесінг відбуваються у ядрі клітини. Потім зріла іРНК, яка складається тільки з екзонів, крізь пори у мембрані ядра виходить у цитоплазму, а потім починається трансляція. 3. Трансляція – процес синтезу поліпептидного ланцюга у відповідності з інформацією, яка закодована у рибосомній РНК. Процес синтезу білка відбувається в клітинних структурах – рибосомах. Рибосоми побудовані з білків, прикріплених до каркаса з рибосомної РНК, або рРНК. На «вхід» рибосоми подається молекула іРНК, а також молекули тРНК, а з «виходу» знімається готовий поліпептидний ланцюг. Молекули тРНК забезпечують зв'язок між кодоном і певною амінокислотою, яка ним кодується. На одній стороні кожної молекули тРНК перебуває структура, що має високий ступінь спорідненості з певним кодоном, а на іншій стороні — структура, що легко зв'язується з відповідною амінокислотою. Коли іРНК просувається через внутрішню частину рибосоми, тРНК розпізнає поточний кодон — кодон у іРНК, що перебуває тепер усередині рибосоми, — комплементарно зв'язується з ним, приносячи з собою відповідну амінокислоту («поблизу» активної рибосоми завжди є великий запас амінокислот). У цей момент тривимірне положення всіх цих молекул таке, що, як тільки тРНК зв'язується зі своїм кодоном, прикріплена до неї амінокислота виявляється в безпосередній близькості з попередньою амінокислотою у формованому поліпептидному ланцюзі. Тоді спеціальний фермент каталізує приєднання нової амінокислоти до білкового ланцюга й звільняє її від тРНК. У ході даного процесу поліпептидний ланцюг послідовно нарощується залишок за залишком. Коли з'являється стоп-кодон, йому не відповідає ніяка тРНК і синтез припиняється. ІРНК звільняється й розщеплюється клітинними механізмами до рибонуклеотидів, які у свій час будуть повторно використані для синтезу нової молекули РНК. На перший погляд може здатися, що існує стільки ж видів молекул тРНК, скільки кодонів, але це не вірно. Фактичне число молекул тРНК варіює в різних видів організмів. Наприклад, мітохондрія має 22 вида тРНК, а бактерія Е. coli – приблизно 40 видів. Деякі кодони не представлені молекулами тРНК, а деякі види тРНК можуть зв'язувати більше одного кодона. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Гриби – це одна з найбільших у природі груп організмів. Їх вивченням... Гриби – це одна з найбільших у природі груп організмів. Їх вивченням займається спеціальна наука – мікологія ( від грец. «мікос»... |
*Кроманьйонець Наука про минуле, що займається вивченням матеріальних предметів (артефактів) діяльності людини |
|
Тема Гриби Загальна характеристика грибів. Різноманітність грибів Гриби – це одна з найбільших у природі груп організмів. Їх вивченням займається спеціальна наука – мікологія ( від грец. «мікос»... |
1 Значення і теоретичні основи фінансового аналізу Дана спеціальність передбачає вивчення процесів формування і виконання бюджетів різного рівня, механізму управління державним боргом,... |
|
Оповідь, переказ про відоме, досліджене минуле наука, яка займається... Рід — доісторична і ранньоісторична суспільно-організаційна спільнота, стадія еволюції Етносу, до якої належали кровно пов'язані... |
Цієї презентації – Електродинаміка Медико біологічних систем. Створював... Я, Лесюк Анастасія Юріївна приймала активну участь у класному і позакласному житті Українського медичного ліцею 11-В класу. Писала... |
|
ОБҐРУНТУВАННЯ Україні проводиться модернізація організації документообігу, зважаючи на функціонування документів у традиційній та електронній формах.... |
ОБҐРУНТУВАННЯ Україні проводиться модернізація організації документообігу, зважаючи на функціонування документів у традиційній та електронній формах.... |
|
ПРОГРАМА З МАТЕМАТИКИ для 10 11 класів загальноосвітніх навчальних... Програма призначена для організації навчання математики в класах з поглибленим вивченням математики. Вона розроблена на основі Державного... |
1 Менеджмент при процесному підході – це Досягнення високого рівня ефективності організації на основі використання знань та навичок підлеглих |