5. Материалы для самоподготовки:

5.1. Вспомогательный учебный материал

Генетический код

Генетический код - свойственная живым организмам единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Каждый нуклеотид обозначается заглавной буквой, с которой начинается название азотистого основания, входящего в его состав: - А (A) аденин; - Г (G) гуанин; - Ц (C) цитозин; - Т (T) тимин (в ДНК) или У (U) урацил (в мРНК).

Свойства генетического кода

1. Триплетность

Каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов.

Триплет или кодон - последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.

Код не может быть моноплетным, поскольку 4 (число разных нуклеотидов в ДНК) меньше 20. Код не может быть дуплетным, т.к. 16 (число сочетаний и перестановок из 4-х нуклеотидов по 2) меньше 20. Код может быть триплетным, т.к. 64 (число сочетаний и перестановок из 4-х по 3) больше 20.

2. Вырожденность.

Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом:

2 аминокислоты по 1 триплету = 2

9 аминокислот по 2 триплета = 18

1 аминокислота 3 триплета = 3

5 аминокислот по 4 триплета = 20

3 аминокислоты по 6 триплетов = 18

Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот.

3. Наличие межгенных знаков препинания.

Ген- это участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь или одну молекулу tРНК, rРНК или sРНК.

Гены tРНК, rРНК, sРНК белки не кодируют.

В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию.

Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. Он выполняет функцию заглавной буквы.

4. Однозначность.

Каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту или является терминатором трансляции.

Исключение составляет кодон AUG. У прокариот в первой позиции (заглавная буква) он кодирует формилметионин, а в любой другой - метионин.

5. Отсутствие внутригенных знаков препинания.

Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона.

6.Универсальность - это полное соответствие генетического кода у различных видов живых организмов. Такая универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения всего многообразия живых форм на Земле в процессе биологической эволюции.

7. Неперекрываемость кодонов при считывании. Это означает, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков, при этом соседние триплеты не перекрывают друг друга, т.е. каждый отдельный нуклеотид входит в состав только одного триплета при заданной рамке считывания

Классификация генов. Организация структурных генов у прокариот и эукариот.

Существует несколько подходов к классификации генов, каждый из которых отражает особенности их функционирования в процессе онтогенеза. Гены, как единицы функции наследственного материала, разделяются на структурные, регуляторные и гены-модуляторы. Структурные гены содержат информацию о структуре белка (полипептидов) и рибонуклеиновых кислот (рибосомальной и транспортной), при этом генетическая информация реализуется в процессе транскрипции и трансляции. У человека насчитывается около 30 000 структурных генов, но только часть из них экспрессирована. Регуляторные гены (например, ген - регулятор лактозного оперона) координируют активность структурных генов на уровне клетки, а также дерепрессию и репрессию генов на уровне организма. Наряду с регуляторными генами, имеются регуляторные последовательности (промотор, оператор, терминатор, энхансеры, сайленсеры, элемент перед промотором), функция которых выявляется во взаимодействии со специфическими белками.

Гены-модуляторы усиливают или ослабляют действие структурных генов, изменяя их функциональную активность.

Структурные гены различным образом организованы у прокариот и эукариот.  У прокариот структурные гены организованы в виде независимых генов, транскрипционных единиц и оперонов.

Независимые гены состоят из непрерывной последовательности кодонов, они постоянно экспрессированы и не регулируются на уровне транскрипции (ген-регулятор лактозного оперона). Транскрипционные единицы - группы разных генов, которые связаны функционально и транскрибируются одновременно, что обеспечивает в последующем одинаковое количество синтезируемых продуктов. Оперон - это группа структурных генов, следующих друг за другом, находящихся под контролем оператора - определённого участка ДНК.  У эукариот структурные гены, функция которых связана с регуляторными, организованы в виде независимых генов, повторяющихся генов и кластеров генов. Независимые гены, как правило, располагаются индивидуально, их транскрипция не связана с транскрипцией других генов. Активность некоторых из них регулируется гормонами. Повторяющиеся гены присутствуют в хромосоме в виде повторов (копий) одного гена - гены гистонов, тРНК, рРНК. Причина повторяемости гистоновых генов определяется необходимостью синтезировать большое количество гистонов, которые являются основными структурными белками ядра (суммарная масса гистонов равна массе ДНК). Кластер генов - это группа различных генов с родственными функциями, локализованных в определённых участках хромосом.

Тесты:

1.Некоторые триплеты иРНК (УАА, УАГ, УГА) не кодируют аминокислоты, а являются терминаторами в процессе считывания информации, то есть кодоны прекращающие транскрипцию. Эти триплеты имеют название...

А. Операторы

Б. Стоп-кодоны

В. Антикодоны

Г. Экзоны

Д. Интроны

2.При всех формах размножения (половом и неполовом) элементарными дискретными единицами наследственности является:

А. Одна цепь молекулы ДНК

Б. Одна пара нуклеотидов

В. Один ген

Г. Один нуклеотид

Д. Две цепи молекулы ДНК

3. Под действием мутагена в гене изменился состав нескольких триплетов, но клетка продолжала синтезировать тот же белок. С каким свойством генетического кода это может быть связано

А. Неперекрываемостью

Б. Универсальностью

В. Триплетностью

Г. Вырожденностью

Д. Коллинеарностью

4. Ген, который кодирует цепь полипептида, содержит 4 экзон и 3 интрона. После окончания процессинга в зрелой и-РНК участка будут комплементарен:

А. 1 экзону и 1 интрону.

Б. 2 экзонам и 1 интрону.

В. 4 экзонам

Г. интронам.

Д. 4 экзонам и 3 интронам.

5. Большинство структурных генов эукариот (фрагмент ДНК) являются функционально неодинаковыми. Они содержат экзоны (информативные участки) и интроны (неинформативные фрагменты). Как называется молекула РНК синтезируемая на такой ДНК

А. про-иРНК

Б. иРНК

В. тРНК

Г. рРНК

Д. мРНК

6. Установлено, что последовательность триплетов нуклеотидов точно соответствует последовательности аминокислотных остатков в полипептидной цепи. Как называется такая особенность генетического кода:

А. Колинеарность

Б. Триплетность

В. Неперекрываемость

Г. Выродженность

Д. Универсальность

7. Что такое мутон? А. способность гена изменяться Б. наименьший участок ДНК, изменение которого ведет к мутации В. участие гена в мутации Г. единица считывания генетической информации, участвующая в трансляции

Д. единица транскрипци

8. В чем заключается свойство дискретности гена? А. в том, что он представляет собой отдельную структурную единицу наследственного материала Б. в том, что ген определяет присутствие и отсутствие отдельной биохимической реакции

В. в том, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков

Г. в том, что каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту

Д. в том, что практически все аминокислоты, кодируются более чем одним триплетом

9. Какое свойство гена обеспечивает изменчивость как свойство живых организмов? А. специфичность действия Б. стабильность структуры

В. триплетность генетического кода

Г. способность мутировать

Д. вырожденность генетического кода

10. В чем выражается специфичность действия гена? А. в определении морфологии, локализации и спепени изменчивости, обусловленного им определенного признака Б. в определении возможности развития одновременно нескольких признаков

В. в том, что каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту

Г. в том, что последовательность нуклеотидов считывается триплет за триплетом без пропусков

Д. в том, что практически все аминокислоты, кодируются более чем одним триплетом

Задачи для контроля знаний:

Задача 1. Значащая цепочка ДНК содержит такую последовательность нуклеотидов: ЦГГАТЦААГТТТЦГЦЦЦАТ. Постройте соответствующую ей и-РНК.

Задача 2. Известно, что в молекуле РНК урациловых нуклеотидов 10%, адениловых 25%, гуаниловых-45%, цитидиловых-20%. Определите соотношение между нуклеотидами ДНК, служащей матрицей для данной РНК.

Задача 3. Какую последовательность аминокислот кодирует молекула и-РНК: АГЦАУГУЦАУГААЦЦГАУ?

Задача 4. Отрезок молекулы ДНК, определяющий первичную структуру белка, содержит следующую последовательность нуклеотидов:

- ТТЦЦГТАТАГГА- определите последовательность нуклеотидов на иРНК, число тРНК, которые участвуют в биосинтезе белка и нуклеотидный состав антикодонов тРНК.