ДНК е носител на наследствена информация накратко. A1

Генетична информация в клетка. Гени, генетичен код и неговите свойства. Матричен характер на биосинтетичните реакции. Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини

Генетична информация в клетка

Възпроизвеждането на себеподобните е едно от основните свойства на живите. Поради това явление съществува сходство не само между организмите, но и между отделните клетки, както и техните органели (митохондрии и пластиди). Материалната основа на това сходство е предаването на генетична информация, криптирана в нуклеотидната последователност на ДНК, което се осъществява благодарение на процесите на репликация на ДНК (самоудвояване). Всички характеристики и свойства на клетките и организмите се реализират благодарение на протеини, чиято структура се определя основно от последователността на ДНК нуклеотидите. Следователно биосинтезата е от първостепенно значение в процесите на метаболизма. нуклеинова киселинаи катерица. Структурната единица на наследствената информация е генът.

Гени, генетичен код и неговите свойства

Наследствената информация в клетката не е монолитна, тя е разделена на отделни "думи" - гени.

гене основната единица на генетичната информация.

Работата по програмата "Човешки геном", която се проведе едновременно в няколко страни и приключи в началото на този век, ни даде да разберем, че човек има само около 25-30 хиляди гена, но информацията от повечето от нашите ДНК никога не се чете, защото съдържа голяма сумабезсмислени участъци, повторения и гени, кодиращи характеристики, които са загубили своето значение за хората (опашка, косми по тялото и т.н.). Освен това са дешифрирани редица гени, отговорни за развитието на наследствени заболявания, както и целеви гени за лекарства. въпреки това практическа употребарезултатите, получени при изпълнението на тази програма, се отлагат, докато не бъдат разкодирани геномите на повече хора и стане ясно по какво се различават.

Наричат ​​се гени, кодиращи първичната структура на протеина, рибозомна или трансферна РНК структурени гени, които осигуряват активиране или потискане на четенето на информация от структурни гени - регулаторен. Въпреки това, дори структурните гени съдържат регулаторни региони.

Наследствената информация на организмите е криптирана в ДНК под формата на определени комбинации от нуклеотиди и тяхната последователност - генетичен код. Свойствата му са: триплет, специфичност, универсалност, излишък и незастъпване. Освен това в генетичния код няма препинателни знаци.

Всяка аминокиселина е кодирана в ДНК от три нуклеотида - триплетнапример метионинът е кодиран от TAC триплета, т.е. триплетния код. От друга страна, всеки триплет кодира само една аминокиселина, което е неговата специфичност или недвусмисленост. Генетичен кодуниверсален за всички живи организми, тоест наследствената информация за човешките протеини може да бъде разчетена от бактерии и обратно. Това свидетелства за единството на произхода органичен свят. Въпреки това, само 20 аминокиселини съответстват на 64 комбинации от три нуклеотида, в резултат на което 2-6 триплета могат да кодират една аминокиселина, т.е. генетичният код е излишен или дегенериран. Три триплета нямат съответните аминокиселини, те се наричат стоп кодони, тъй като бележат края на синтеза на полипептидната верига.

Последователността на базите в ДНК триплетите и аминокиселините, които те кодират

*Стоп кодон, показващ края на синтеза на полипептидната верига.

Съкращения за имена на аминокиселини:

Ala - аланин

Arg - аргинин

Asn - аспарагин

Asp - аспарагинова киселина

Вал - валин

Неговият - хистидин

Gly - глицин

Gln - глутамин

Glu - глутаминова киселина

Ile - изолевцин

Leu - левцин

Лиз - лизин

Meth - метионин

Pro - пролин

Ser - серин

Tyr - тирозин

Tre - треонин

Три - триптофан

Фен - фенилаланин

цис - цистеин

Ако започнете да четете генетична информация не от първия нуклеотид в триплета, а от втория, тогава не само рамката на четене ще се измести - протеинът, синтезиран по този начин, ще бъде напълно различен не само в нуклеотидната последователност, но и в структурата и имоти. Между триплетите няма препинателни знаци, така че няма пречки за изместване на рамката за четене, което отваря възможност за възникване и поддържане на мутации.

Матричен характер на биосинтетичните реакции

Бактериалните клетки са способни да се дублират на всеки 20-30 минути, а еукариотните – всеки ден и дори по-често, което изисква висока скорост и точност на репликацията на ДНК. Освен това всяка клетка съдържа стотици и хиляди копия на много протеини, особено ензими, следователно за тяхното възпроизвеждане методът на "парче" за тяхното производство е неприемлив. По-прогресивен начин е щамповането, което ви позволява да получите много точни копия на продукта и също така да намалите цената му. За щамповане е необходима матрица, с която се прави отпечатък.

В клетките принципът на матричния синтез е, че новите молекули на протеини и нуклеинови киселини се синтезират в съответствие с програмата, заложена в структурата на вече съществуващи молекули на същите нуклеинови киселини (ДНК или РНК).

Биосинтеза на протеини и нуклеинови киселини

репликация на ДНК.ДНК е двуверижен биополимер, чиито мономери са нуклеотиди. Ако биосинтезата на ДНК протича по принципа на фотокопирането, тогава неизбежно ще възникнат множество изкривявания и грешки в наследствената информация, което в крайна сметка ще доведе до смъртта на нови организми. Следователно процесът на дублиране на ДНК е различен, по полуконсервативен начин: молекулата на ДНК се развива и на всяка от веригите се синтезира нова верига на принципа на комплементарността. Процесът на самовъзпроизвеждане на ДНК молекулата, който осигурява точното копиране на наследствената информация и предаването й от поколение на поколение, се нарича репликация(от лат. репликация- повторение). В резултат на репликацията се образуват две абсолютно точни копия на родителската ДНК молекула, всяко от които носи по едно копие на родителя.

Процесът на репликация всъщност е изключително сложен, тъй като в него участват редица протеини. Някои от тях развиват двойната спирала на ДНК, други разрушават водородните връзки между нуклеотидите на комплементарни вериги, трети (например ензимът ДНК полимераза) избират нови нуклеотиди според принципа на комплементарност и т.н. Две ДНК молекули, образувани в резултат на репликация се разделят на две по време на деленето.новообразувани дъщерни клетки.

Грешките в процеса на репликация са изключително редки, но ако се появят, те много бързо се елиминират както от ДНК полимерази, така и от специални ремонтни ензими, тъй като всяка грешка в нуклеотидната последователност може да доведе до необратима промяна в структурата и функциите на протеина. и в крайна сметка повлиява неблагоприятно жизнеспособността на нова клетка или дори индивид.

протеинова биосинтеза.Както образно се изразява изключителният философ от 19 век Ф. Енгелс: „Животът е форма на съществуване на белтъчни тела“. Структурата и свойствата на протеиновите молекули се определят от тяхната първична структура, т.е. последователността на аминокиселините, кодирани в ДНК. Не само съществуването на самия полипептид, но и функционирането на клетката като цяло зависи от точността на възпроизвеждане на тази информация, така че процесът на синтез на протеини е от голямо значение. Изглежда, че това е най-сложният процес на синтез в клетката, тъй като тук участват до триста различни ензими и други макромолекули. Освен това работи с висока скоросткоето изисква още по-голяма точност.

Има два основни етапа в протеиновата биосинтеза: транскрипция и транслация.

Транскрипция(от лат. транскрипция- пренаписване) е биосинтезата на иРНК молекули върху ДНК матрица.

Тъй като молекулата на ДНК съдържа две антипаралелни вериги, четенето на информация от двете вериги би довело до образуването на напълно различни иРНК, следователно тяхната биосинтеза е възможна само на една от веригите, която се нарича кодираща или кодогенна, за разлика от втората, некодиращо или некодогенно. Процесът на пренаписване се осигурява от специален ензим РНК полимераза, който избира РНК нуклеотиди според принципа на комплементарност. Този процес може да се осъществи както в ядрото, така и в органели, които имат собствена ДНК - митохондрии и пластиди.

Молекулите на иРНК, синтезирани по време на транскрипцията, преминават през сложен процес на подготовка за транслация (митохондриалните и пластидните иРНК могат да останат вътре в органелите, където се извършва вторият етап от биосинтезата на протеина). В процеса на узряване на иРНК към нея се прикрепят първите три нуклеотида (AUG) и опашка от аденилови нуклеотиди, чиято дължина определя колко протеинови копия могат да бъдат синтезирани върху дадена молекула. Едва тогава зрелите иРНК напускат ядрото през ядрените пори.

Успоредно с това в цитоплазмата протича процесът на активиране на аминокиселината, по време на който аминокиселината се прикрепя към съответната свободна тРНК. Този процес се катализира от специален ензим, който консумира АТФ.

Излъчване(от лат. излъчване- трансфер) е биосинтезата на полипептидна верига върху матрица на иРНК, при която генетичната информация се транслира в аминокиселинна последователност на полипептидна верига.

Вторият етап на синтеза на протеини най-често се случва в цитоплазмата, например в грубия ендоплазмен ретикулум. За възникването му е необходимо наличието на рибозоми, активиране на тРНК, при което те прикрепват съответните аминокиселини, наличие на Mg2+ йони, както и оптимални условия на средата (температура, pH, налягане и др.).

За да започне излъчването посвещение) малка субединица на рибозомата е прикрепена към молекулата на иРНК, готова за синтез, и след това, съгласно принципа на комплементарността, тРНК, носеща аминокиселината метионин, се избира към първия кодон (AUG). Едва тогава се присъединява голямата субединица на рибозомата. В сглобената рибозома има два иРНК кодона, първият от които вече е зает. Втора тРНК, също носеща аминокиселина, се прикрепя към съседния кодон, след което с помощта на ензими се образува пептидна връзка между аминокиселинните остатъци. Рибозомата премества един кодон на иРНК; първата от tRNA, освободена от аминокиселината, се връща в цитоплазмата за следващата аминокиселина и фрагмент от бъдещата полипептидна верига, така да се каже, виси върху останалата tRNA. Следващата тРНК се присъединява към новия кодон, който е в рибозомата, процесът се повтаря и стъпка по стъпка полипептидната верига се удължава, т.е. удължаване.

Край на протеиновия синтез прекратяване на договора) възниква веднага щом в молекулата на иРНК се срещне специфична нуклеотидна последователност, която не кодира аминокиселина (стоп кодон). След това рибозомата, иРНК и полипептидната верига се разделят, а новосинтезираният протеин придобива подходяща структура и се транспортира до частта от клетката, където ще изпълнява функциите си.

Транслацията е много енергоемък процес, тъй като енергията на една ATP молекула се изразходва за свързване на една аминокиселина към tRNA, а още няколко се използват за придвижване на рибозомата по протежение на молекулата на mRNA.

За да се ускори синтеза на определени протеинови молекули, няколко рибозоми могат да бъдат последователно прикрепени към молекулата на иРНК, които образуват една структура - полизома.

Клетката е генетичната единица на живо същество. Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции. Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и полови клетки. Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза. Митозата е деленето на соматичните клетки. Мейоза. Фази на митоза и мейоза. Развитието на зародишните клетки при растенията и животните. Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на мейозата и митозата

Клетката е генетичната единица на живота

Въпреки факта, че нуклеиновите киселини са носители на генетична информация, реализацията на тази информация е невъзможна извън клетката, което лесно се доказва от примера на вирусите. Тези организми, често съдържащи само ДНК или РНК, не могат да се възпроизвеждат сами, за това трябва да използват наследствения апарат на клетката. Те дори не могат да проникнат в клетката без помощта на самата клетка, освен чрез използването на мембранни транспортни механизми или поради увреждане на клетката. Повечето вируси са нестабилни, умират след няколко часа излагане на открито. Следователно клетката е генетичната единица на живите, притежаващи минимален наборкомпоненти за запазване, модифициране и внедряване на наследствена информация, както и предаването й на потомци.

Повечето от генетичната информация на еукариотната клетка се намира в ядрото. Характеристика на нейната организация е, че за разлика от ДНК на прокариотна клетка, еукариотните ДНК молекули не са затворени и образуват сложни комплекси с протеини - хромозоми.

Хромозоми, тяхната структура (форма и размер) и функции

Хромозома(от гръцки. хром- цвят, цвят и сом- тяло) е структурата на клетъчното ядро, което съдържа гени и носи определена наследствена информация за признаците и свойствата на тялото.

Понякога пръстенните ДНК молекули на прокариотите също се наричат ​​хромозоми. Хромозомите са способни на самодублиране, имат структурна и функционална индивидуалност и я запазват в редица поколения. Всяка клетка носи цялата наследствена информация на тялото, но само малка част от нея работи.

Основата на хромозомата е двуверижна ДНК молекула, пълна с протеини. При еукариотите хистоновите и нехистоновите протеини взаимодействат с ДНК, докато при прокариотите хистоновите протеини отсъстват.

Хромозомите се виждат най-добре под светлинен микроскоп по време на клетъчното делене, когато в резултат на уплътняването те приемат формата на пръчковидни тела, разделени от първично стесняване - центромер - на раменете. Хромозомата също може да има вторично стесняване, което в някои случаи разделя т.нар сателит. Краищата на хромозомите се наричат теломери. Теломерите предотвратяват слепването на краищата на хромозомите и осигуряват тяхното прикрепване към ядрената мембрана в неделяща се клетка. В началото на деленето хромозомите се удвояват и се състоят от две дъщерни хромозоми - хроматидиприкрепени към центромера.

Според формата се различават равнораменни, неравнораменни и пръчковидни хромозоми. Размерите на хромозомите варират значително, но средната хромозома има размер 5 $×$ 1,4 µm.

В някои случаи хромозомите, в резултат на многобройни дублирания на ДНК, съдържат стотици и хиляди хроматиди: такива гигантски хромозоми се наричат полиетилен. Те се намират в слюнчените жлези на ларвите на Drosophila, както и в храносмилателните жлези на кръглите червеи.

Броят на хромозомите и тяхното видово постоянство. Соматични и зародишни клетки

Според клетъчната теория клетката е единица на структурата, живота и развитието на организма. По този начин такива важни функции на живите същества като растеж, възпроизводство и развитие на организма се осигуряват на клетъчно ниво. клетки многоклетъчни организмимогат да бъдат разделени на соматични и сексуални.

соматични клеткиса всички клетки на тялото, които се образуват в резултат на митотично делене.

Изследването на хромозомите позволи да се установи, че соматичните клетки на организма на всеки биологичен вид се характеризират с постоянен брой хромозоми. Например, човек има 46 от тях.Нарича се набор от хромозоми на соматични клетки диплоиден(2n), или двойно.

полови клетки, или гамети, са специализирани клетки, които служат за полово размножаване.

Гаметите винаги съдържат половината от хромозомите, отколкото в соматичните клетки (при хората - 23), така че наборът от хромозоми на зародишните клетки се нарича хаплоиден(n), или единичен. Образуването му е свързано с мейотичното клетъчно делене.

Количеството на ДНК на соматичните клетки се означава с 2с, а това на половите клетки - с 1с. Генетичната формула на соматичните клетки се записва като 2n2c, а пола - 1n1c.

В ядрата на някои соматични клетки броят на хромозомите може да се различава от техния брой в соматичните клетки. Ако тази разлика е по-голяма с един, два, три и т.н. хаплоидни комплекта, тогава такива клетки се наричат полиплоиден(съответно три-, тетра-, пентаплоид). В такива клетки метаболитните процеси обикновено са много интензивни.

Броят на хромозомите сам по себе си не е видоспецифична черта, тъй като различните организми могат да имат еднакъв брой хромозоми, докато сродните могат да имат различен брой. Например маларийният плазмодий и конският кръгъл червей имат две хромозоми, докато хората и шимпанзетата имат съответно 46 и 48.

Човешките хромозоми се разделят на две групи: автозоми и полови хромозоми (хетерохромозоми). Автозомаима 22 двойки в човешките соматични клетки, те са еднакви за мъжете и жените, и полови хромозомисамо една двойка, но именно тя определя пола на индивида. Има два вида полови хромозоми - X и Y. Клетките на тялото на жената носят две X хромозоми, а мъжете - X и Y.

Кариотип- това е набор от признаци на хромозомния набор на организма (броя на хромозомите, тяхната форма и размер).

Условният запис на кариотипа включва общия брой на хромозомите, половите хромозоми и възможните отклонения в набора от хромозоми. Например кариотипът на нормален мъж се записва като 46,XY и кариотипът нормална жена- 46, XX.

Жизнен цикъл на клетката: интерфаза и митоза

Клетките не възникват всеки път отново, те се образуват само в резултат на деленето на майчините клетки. След отделянето на дъщерните клетки е необходимо известно време, за да образуват органели и да придобият подходяща структура, която да осигури изпълнението на определена функция. Този период от време се нарича зреене.

Нарича се периодът от време от появата на клетка в резултат на делене до нейното разделяне или смърт клетъчен жизнен цикъл.

В еукариотните клетки жизненият цикъл е разделен на два основни етапа: интерфаза и митоза.

Интерфаза- това е периодът от време в жизнения цикъл, в който клетката не се дели и функционира нормално. Интерфазата е разделена на три периода: G 1 -, S- и G 2 -периоди.

G 1 -период(пресинтетичен, постмитотичен) е период на клетъчен растеж и развитие, през който протича активен синтез на РНК, протеини и други вещества, необходими за пълното поддържане на живота на новообразуваната клетка. До края на този период клетката може да започне да се подготвя за дублиране на ДНК.

AT S-период(синтетичен) протича процесът на репликация на ДНК. Единствената част от хромозомата, която не претърпява репликация, е центромерът, поради което получените ДНК молекули не се разминават напълно, а остават закрепени в нея и в началото на деленето хромозомата има X-образен вид. Генетичната формула на клетката след дублиране на ДНК е 2n4c. Също така в S-периода се случва удвояване на центриолите на клетъчния център.

G 2 -период(постсинтетичен, премитотичен) се характеризира с интензивен синтез на РНК, протеини и АТФ, необходими за процеса на клетъчно делене, както и отделянето на центриоли, митохондрии и пластиди. До края на интерфазата хроматинът и ядрото остават ясно различими, целостта на ядрената мембрана не се нарушава и органелите не се променят.

Някои от клетките на тялото могат да изпълняват функциите си през целия живот на тялото (невроните на нашия мозък, мускулните клетки на сърцето), докато други съществуват за кратко време, след което умират (клетките на чревния епител , клетките на епидермиса на кожата). Следователно в тялото трябва постоянно да протичат процеси на клетъчно делене и образуване на нови клетки, които да заменят мъртвите. Клетките, способни да се делят, се наричат стъбло. В човешкото тяло те се намират в червения костен мозък, в дълбоките слоеве на епидермиса на кожата и на други места. Използвайки тези клетки, можете да отгледате нов орган, да постигнете подмладяване и също да клонирате тялото. Перспективите за използване на стволови клетки са доста ясни, но моралните и етични аспекти на този проблем все още се обсъждат, тъй като в повечето случаи се използват ембрионални стволови клетки, получени от човешки фетуси, убити по време на аборт.

Продължителността на интерфазата в растителни и животински клетки е средно 10-20 часа, докато митозата отнема около 1-2 часа.

В хода на последователните деления в многоклетъчните организми дъщерните клетки стават все по-разнообразни, тъй като те четат информация от всичко. Повече ▼гени.

Някои клетки спират да се делят с течение на времето и умират, което може да се дължи на завършването на определени функции, както в случая на епидермалните клетки на кожата и кръвните клетки, или на увреждане на тези клетки от фактори околен свят, по-специално патогени. Генетично програмираната клетъчна смърт се нарича апоптоза, докато случайна смърт - некроза.

Митозата е деленето на соматичните клетки. Фази на митоза

Митоза- метод за индиректно делене на соматични клетки.

По време на митозата клетката преминава през серия от последователни фази, в резултат на което всяка дъщерна клетка получава същия набор от хромозоми, както в майчината клетка.

Митозата е разделена на четири основни фази: профаза, метафаза, анафаза и телофаза. Профаза- най-дългият етап на митоза, по време на който настъпва кондензация на хроматин, в резултат на което стават видими X-образни хромозоми, състоящи се от две хроматиди (дъщерни хромозоми). В същото време ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и започва да се образува ахроматиново вретено (вретено на делене) от микротубули. В края на профазата ядрената мембрана се разпада на отделни везикули.

AT метафазахромозомите се подреждат по екватора на клетката със своите центромери, към които са прикрепени микротубули на напълно оформено вретено на делене. На този етап на делене хромозомите са най-плътни и имат характерна форма, което дава възможност за изследване на кариотипа.

AT анафазабързата репликация на ДНК възниква в центромерите, в резултат на което хромозомите се разделят и хроматидите се отклоняват към полюсите на клетката, опънати от микротубули. Разпределението на хроматидите трябва да бъде абсолютно равно, тъй като именно този процес поддържа постоянството на броя на хромозомите в клетките на тялото.

На сцената телофазадъщерните хромозоми се събират на полюсите, деспирализират се, около тях се образуват ядрени мембрани от везикулите и нуклеолите се появяват в новообразуваните ядра.

След разделянето на ядрото настъпва разделянето на цитоплазмата - цитокинеза,по време на който има повече или по-малко равномерно разпределение на всички органели на майчината клетка.

Така в резултат на митозата от една майчина клетка се образуват две дъщерни клетки, всяка от които е генетично копие на майчината клетка (2n2c).

При болни, увредени, стареещи клетки и специализирани тъкани на тялото може да възникне малко по-различен процес на делене - амитоза. Амитозанаречено директно делене на еукариотни клетки, при което не настъпва образуването на генетично еквивалентни клетки, тъй като клетъчните компоненти са разпределени неравномерно. Среща се в растенията в ендосперма и при животните в черния дроб, хрущяла и роговицата на окото.

Мейоза. Фази на мейозата

Мейоза- това е метод на индиректно делене на първични зародишни клетки (2n2c), в резултат на което се образуват хаплоидни клетки (1n1c), най-често зародишни клетки.

За разлика от митозата, мейозата се състои от две последователни клетъчни деления, всяко предшествано от интерфаза. Първото делене на мейозата (мейоза I) се нарича намаляване, тъй като в този случай броят на хромозомите е наполовина, а второто разделение (мейоза II) - уравнение, тъй като в неговия процес броят на хромозомите се запазва.

Интерфаза Iпротича подобно на интерфазата на митозата. Мейоза Iсе разделя на четири фази: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I. профаза Iпротичат два основни процеса - конюгация и кросингоувър. Конюгация- това е процесът на сливане на хомоложни (сдвоени) хромозоми по цялата дължина. Двойките хромозоми, образувани по време на конюгацията, се запазват до края на метафаза I.

Преминаване- взаимен обмен на хомоложни области на хомоложни хромозоми. В резултат на кръстосването хромозомите, получени от организма от двамата родители, придобиват нови комбинации от гени, което води до появата на генетично разнообразно потомство. В края на профаза I, както в профазата на митозата, ядрото изчезва, центриолите се отклоняват към полюсите на клетката и ядрената обвивка се разпада.

AT метафаза Iдвойки хромозоми се подреждат по протежение на екватора на клетката, вретеновидни микротубули са прикрепени към техните центромери.

AT анафаза Iцели хомоложни хромозоми, състоящи се от две хроматиди, се отклоняват към полюсите.

AT телофаза Iоколо клъстери от хромозоми в полюсите на клетката се образуват ядрени мембрани, образуват се нуклеоли.

Цитокинеза Iосигурява разделяне на цитоплазмите на дъщерните клетки.

Дъщерните клетки, образувани в резултат на мейоза I (1n2c), са генетично хетерогенни, тъй като техните хромозоми, произволно разпръснати до полюсите на клетката, съдържат неравномерни гени.

Сравнителна характеристика на митозата и мейозата

Интерфаза IIмного кратък, тъй като в него не се случва удвояване на ДНК, тоест няма S-период.

Мейоза IIсъщо разделен на четири фази: профаза II, метафаза II, анафаза II и телофаза II. AT профаза IIпротичат същите процеси като в профаза I, с изключение на конюгацията и кросинговъра.

AT метафаза IIХромозомите са разположени по екватора на клетката.

AT анафаза IIХромозомите се разделят в центромера и хроматидите се разтягат към полюсите.

AT телофаза IIядрените мембрани и нуклеолите се образуват около клъстери от дъщерни хромозоми.

След цитокинеза IIгенетичната формула на всичките четири дъщерни клетки е 1n1c, но всички те имат различен набор от гени, което е резултат от кръстосване и произволна комбинация от майчини и бащини хромозоми в дъщерните клетки.

Развитието на зародишните клетки при растенията и животните

Гаметогенеза(от гръцки. гамета- съпруга, гамети- съпруг и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели зародишни клетки.

Тъй като за половото размножаване най-често са необходими два индивида - женски и мъжки, произвеждащи различни полови клетки - яйцеклетки и сперматозоиди, то процесите на образуване на тези гамети трябва да са различни.

Естеството на процеса до голяма степен зависи от това дали се случва в растението или клетка за животни, тъй като при растенията по време на образуването на гамети възниква само митоза, а при животните - както митоза, така и мейоза.

Развитието на зародишните клетки в растенията.При покритосеменните образуването на мъжки и женски зародишни клетки става в различни частицвят - съответно тичинки и плодници.

Преди образуването на мъжки зародишни клетки - микрогаметогенеза(от гръцки. микрони- малък) - случва се микроспорогенеза, тоест образуването на микроспори в прашниците на тичинките. Този процес е свързан с мейотичното делене на майчината клетка, което води до четири хаплоидни микроспори. Микрогаметогенезата е свързана с митотично делене на микроспори, давайки мъжки гаметофит от две клетки - големи вегетативен(сифоногенни) и плитки генеративен. След разделянето мъжкият гаметофит е покрит с плътни черупки и образува поленово зърно. В някои случаи, дори в процеса на узряване на прашеца, а понякога и само след прехвърлянето му върху стигмата на плодника, генеративната клетка се дели митотично с образуването на две неподвижни мъжки зародишни клетки - сперма. След опрашването от вегетативната клетка се образува поленова тръба, през която сперматозоидите проникват в яйчника на плодника за оплождане.

Развитието на женските зародишни клетки в растенията се нарича мегагаметогенеза(от гръцки. мегас- голям). Възниква в яйчника на плодника, който се предхожда от мегаспорогенеза, в резултат на което се образуват четири мегаспори от майчината клетка на мегаспората, лежаща в нуцелуса чрез мейотично делене. Една от мегаспорите се дели митотично три пъти, давайки женския гаметофит, ембрионална торбичка с осем ядра. С последващото изолиране на цитоплазмите на дъщерните клетки, една от получените клетки се превръща в яйце, отстрани на което лежат така наречените синергиди, три антипода се образуват в противоположния край на ембрионалния сак, а в центъра , в резултат на сливането на две хаплоидни ядра се образува диплоидна централна клетка.

Развитието на зародишните клетки при животните.При животните се разграничават два процеса на образуване на зародишни клетки - сперматогенеза и оогенеза.

сперматогенеза(от гръцки. сперма, сперматозоиди- семена и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели мъжки зародишни клетки - сперматозоиди. При хората се среща в тестисите или тестисите и се разделя на четири периода: размножаване, растеж, съзряване и формиране.

AT размножителния периодпримордиалните зародишни клетки се делят митотично, което води до образуването на диплоид сперматогония. AT период на растежсперматогониите натрупват хранителни вещества в цитоплазмата, увеличават се по размер и се превръщат в първични сперматоцити, или сперматоцити от 1-ви ред. Едва след това влизат в мейоза ( период на зреене), което първо води до две вторичен сперматоцит, или сперматоцит от 2-ри ред, и след това - четири хаплоидни клетки с доста голямо количество цитоплазма - сперматиди. AT период на формиранете губят почти цялата цитоплазма и образуват флагелум, превръщайки се в сперматозоиди.

сперматозоиди, или дъвки, - много малки подвижни мъжки полови клетки с глава, шия и опашка.

AT глава, с изключение на ядрото, е акрозома- модифициран комплекс на Голджи, който осигурява разтварянето на мембраните на яйцето по време на оплождането. AT вратаима центриоли на клетъчния център и основата конска опашкаобразуват микротубули, които директно поддържат движението на сперматозоида. Той също така съдържа митохондрии, които осигуряват на спермата ATP енергия за движение.

Овогенеза(от гръцки. ООН- яйце и генезис- произход, поява) е процесът на образуване на зрели женски зародишни клетки - яйца. При хората се среща в яйчниците и се състои от три периода: размножаване, растеж и съзряване. Периоди на размножаване и растеж, подобни на тези при сперматогенезата, настъпват още по време на вътрематочно развитие. В същото време диплоидните клетки се образуват от първичните зародишни клетки в резултат на митоза. оогония, които след това се превръщат в диплоидни първични овоцити, или овоцити от 1-ви ред. Мейоза и последваща цитокинеза, протичаща в период на зреене, се характеризират с неравномерно делене на цитоплазмата на майчината клетка, така че в резултат на това първо се получава вторичен овоцит, или овоцит 2-ри ред, и първото полярно тяло, а след това от вторичния овоцит - яйцеклетка, която запазва целия запас хранителни вещества, и второто полярно тяло, докато първото полярно тяло е разделено на две. Полярните тела отнемат излишния генетичен материал.

При хората яйцата се произвеждат с интервал от 28-29 дни. Цикълът, свързан с узряването и освобождаването на яйцеклетките, се нарича менструален цикъл.

Яйце- голяма женска зародишна клетка, която носи не само хаплоиден набор от хромозоми, но и значителен запас от хранителни вещества за последващото развитие на ембриона.

Яйцето при бозайниците е покрито с четири мембрани, които намаляват вероятността от увреждане от различни фактори. Диаметърът на яйцето при човека достига 150–200 микрона, докато при щраус може да бъде няколко сантиметра.

Клетъчното делене е в основата на растежа, развитието и размножаването на организмите. Ролята на митозата и мейозата

Ако при едноклетъчните организми деленето на клетките води до увеличаване на броя на индивидите, т.е. размножаване, то при многоклетъчните организми този процес може да има различен смисъл. По този начин клетъчното делене на ембриона, започвайки от зиготата, е биологичната основа за взаимосвързаните процеси на растеж и развитие. Подобни промени се наблюдават при човек по време на юношеството, когато броят на клетките не само се увеличава, но и настъпва качествена промяна в тялото. Възпроизвеждането на многоклетъчни организми също се основава на клетъчно делене, например по време на асексуално възпроизвеждане, поради този процес цялото тяло се възстановява от част от тялото, а по време на сексуалното размножаване се образуват зародишни клетки по време на гаметогенезата, впоследствие давайки нов организъм. Трябва да се отбележи, че основните методи за делене на еукариотни клетки - митоза и мейоза - имат различно значение в жизнени циклиорганизми.

В резултат на митозата има равномерно разпределение на наследствения материал между дъщерните клетки - точни копиямайчина. Без митоза съществуването и растежът на многоклетъчни организми, развиващи се от една клетка - зигота, би било невъзможно, тъй като всички клетки на такива организми трябва да съдържат една и съща генетична информация.

В процеса на делене дъщерните клетки стават все по-разнообразни по структура и функции, което се свързва с активирането на нови групи гени в тях поради междуклетъчното взаимодействие. По този начин митозата е необходима за развитието на организма.

Този метод на клетъчно делене е необходим за процесите безполово размножаванеи регенерация (възстановяване) на увредени тъкани и органи.

Мейозата от своя страна осигурява постоянството на кариотипа по време на сексуалното размножаване, тъй като намалява наполовина набора от хромозоми преди сексуалното възпроизвеждане, който след това се възстановява в резултат на оплождането. В допълнение, мейозата води до появата на нови комбинации от родителски гени поради кръстосване и произволна комбинация от хромозоми в дъщерните клетки. Благодарение на това потомството е генетично разнообразно, което осигурява материал за естествен подбори е материалната основа на еволюцията. Промяната в броя, формата и размера на хромозомите, от една страна, може да доведе до появата на различни отклонения в развитието на организма и дори до неговата смърт, а от друга страна, може да доведе до появата на индивиди. по-адаптирани към околната среда.

По този начин клетката е единица за растеж, развитие и възпроизводство на организмите.

Всеки протеин е представен от една или повече полипептидни вериги. Участъкът от ДНК, който носи информация за една полипептидна верига, се нарича геном. Съвкупността от ДНК молекули в една клетка действа като носител на генетична информация. Генетичната информация се предава от майчините клетки на дъщерните клетки и от родителите на децата. Генът е единицата на генетичното, или наследствена информация.

ДНК е носител на генетична информация в клетката- не участва пряко в синтеза на протеини. В еукариотните клетки ДНК молекулите се съдържат в хромозомите на ядрото и са отделени от ядрена мембрана от цитоплазмата, където се синтезират протеини. Към рибозомите - местата за сглобяване на протеини - от ядрото се изпраща носител на информация, способен да преминава през порите на ядрената обвивка. Месинджър РНК (иРНК) е такъв посредник. Съгласно принципа на комплементарността, той се синтезира върху ДНК с участието на ензим, наречен РНК- полимераза.

1) Процесът на синтез на РНК, при който една от веригите на ДНК молекулата се използва като шаблон, се нарича транскрипция .

2) Транскрипция - това е механизмът, чрез който нуклеотидната последователност на една от веригите на ДНК се пренаписва от комплементарната последователност на молекулата на иРНК.

Messenger RNA е едноверижна молекула и транскрипцията идва от една верига на двуверижна ДНК молекула. Тя не е копие на цялата ДНК молекула, а само част от нея - един ген при еукариотите или група от съседни гени, които носят информация за структурата на протеините, необходими за изпълнение на една функция при прокариотите. Тази група гени се нарича оперон. В началото на всеки оперон има своеобразно място за кацане на РНК полимераза, наречено промоутър.това е специфична последователност от ДНК нуклеотиди, които ензимът "разпознава" поради химичен афинитет. Само чрез свързване към промотора, РНК полимеразата е в състояние да започне синтеза на РНК. След като достигне края на оперона, ензимът среща сигнал (под формата на определена последователност от нуклеотиди), показващ края на четенето. Готовата иРНК се отдалечава от ДНК и отива до мястото на протеинов синтез.

Има четири етапа в процеса на транскрипция: 1) РНК свързване- полимераза с промотор; 2) посвещение- началото на синтеза. Състои се в образуването на първата фосфодиестерна връзка между АТФ или ГТФ и втория нуклеотид на синтезираната РНК молекула; 3) удължаване– растеж на веригата на РНК; тези. последователното добавяне на нуклеотиди един към друг в реда, в който техните комплементарни нуклеотиди са в транскрибираната ДНК верига. Скоростта на удължаване е 50 нуклеотида в секунда; четири) прекратяване на договора- завършване на синтеза на РНК.

След като премине през порите на ядрената мембрана, тРНК се изпраща до рибозомите, където генетичната информация се дешифрира – превежда се от „езика“ на нуклеотидите на „езика“ на аминокиселините. Синтезът на полипептидни вериги според шаблона на иРНК, който се случва в рибозомите, се нарича излъчване(лат. превод - превод).

Аминокиселините, от които се синтезират протеините, се доставят до рибозомите с помощта на специални РНК, наречени транспортни РНК (тРНК). В една клетка има толкова различни тРНК, колкото и кодони, които кодират аминокиселини. В горната част на "листа" на всяка тРНК има последователност от три нуклеотида, които са комплементарни на нуклеотидите на кодона в иРНК. Викат я антикодон.Специален ензим - кодаза - разпознава тРНК и прикрепя към "листната петура" аминокиселина - само тази, която е кодирана от триплет, комплементарен на антикодона. Енергията на една ATP молекула се изразходва за образуването на ковалентна връзка между tRNA и нейната „собствена“ аминокиселина.

За да се включи една аминокиселина в полипептидната верига, тя трябва да се откъсне от тРНК. Това става възможно, когато тРНК навлезе в рибозомата и антикодонът разпознае своя кодон в иРНК. Рибозомата има две места за свързване на две tRNA молекули. Една от тези области, т.нар акцептор, tRNA влиза с аминокиселина и се прикрепя към нейния кодон (I). Тази аминокиселина прикрепя ли към себе си (приема ли) нарастващата верига на протеин (II)? Между тях се образува пептидна връзка. тРНК, която сега е прикрепена заедно с иРНК кодона в доноручастък от рибозомата. Нова тРНК идва на освободеното акцепторно място, свързана с аминокиселината, която е криптирана от следващия кодон (III). От донорното място отделената полипептидна верига отново се прехвърля тук и се удължава с още една връзка. Аминокиселините в нарастващата верига са свързани в последователността, в която са разположени кодоните, които ги кодират в иРНК.

Когато един от трите триплета се открие на рибозомата ( UAA, UAG, UGA), които са "препинателни знаци" между гените, никоя тРНК не може да заеме място в акцепторното място. Факт е, че няма антикодони, които да са комплементарни на нуклеотидните последователности на "препинателните знаци". Отделената верига няма за какво да се прикрепи в акцепторното място и напуска рибозомата. Протеиновият синтез е завършен.

При прокариотите протеиновият синтез започва с кодона АВГУСТ, разположен на първо място в копието от всеки ген, заема такава позиция в рибозомата, че антикодонът на специална тРНК взаимодейства с него, свързан с формилментионин. Тази модифицирана форма на аминокиселината метионин веднага влиза в донорното място и играе ролята на главна буква във фразата - синтезът на всяка полипептидна верига започва с нея в бактериалната клетка. Когато тройката АВГУСТне е на първо място, но вътре в копие от гена, той кодира аминокиселината метионин. След завършване на синтеза на полипептидната верига, формилметионинът се отцепва от нея и отсъства в готовия протеин.

За да увеличи производството на протеини, иРНК често преминава едновременно не една, а няколко рибозоми. Каква структура се нарича, обединена от една иРНК молекула полизома. На всяка рибозома се синтезират идентични протеини в тази подобна на мъниста поточна линия.

Аминокиселините непрекъснато се доставят на рибозомите от тРНК. След като дарява аминокиселината, тРНК напуска рибозомата и се свързва с помощта на кодаза. Високата кохерентност на всички "услуги на растението" за производството на протеини позволява в рамките на няколко секунди да се синтезират полипептидни вериги, състоящи се от стотици аминокиселини.

Свойства на генетичния код.Чрез процеса на транскрипция в клетката информацията се прехвърля от ДНК към протеин.

ДНК → иРНК → протеин

Генетичната информация, съдържаща се в ДНК и иРНК, се съдържа в последователността на нуклеотидите в молекулите.

Как става преводът на информацията от „езика” на нуклеотидите на „езика” на аминокиселините? Този превод се извършва с помощта на генетичния код. код или шифър, е система от символи за превод на една форма на информация в друга. Генетичен коде система за запис на информация за последователността на аминокиселините в протеините, използвайки последователността на нуклеотидите в иРНК.

Какви са свойствата на генетичния код?

1. триплетен код. РНК съдържа четири нуклеотида: A, G, C, W.Ако се опитаме да обозначим една аминокиселина с един нуклеотид, тогава 16 от 20 аминокиселини ще останат некриптирани. Двубуквен код би шифровал 16 аминокиселини. Природата е създала код от три букви или триплет. Означава, че всяка от 20-те аминокиселини е кодирана от последователност от три нуклеотида, наречена триплет или кодон.

2. Кодът е изроден.Означава, че всяка аминокиселина е кодирана от повече от един кодон.Изключения: метеонин и триптофан, всеки от които е кодиран от един триплет.

3. Кодът е недвусмислен. Всеки кодон кодира само една аминокиселина.

4. Между гените има "препинателни знаци".В печатен текст в края на всяка фраза има точка. Няколко свързани фрази съставляват абзац. На езика на генетичната информация такъв параграф е оперон и неговата комплементарна иРНК. Всеки ген в прокариотния оперон или отделен еукариотен ген кодира една полипептидна верига - фраза. Тъй като в някои случаи няколко различни полипептидни вериги се създават последователно върху матрицата на иРНК, те трябва да бъдат разделени една от друга. За това в генетичната година има три специални триплета - UAA, UAG, UGA, всеки от които показва спирането на синтеза на една полипептидна верига. Така тези тройки изпълняват функцията на препинателни знаци. Те са в края на всеки ген.

5. В рамките на гена няма "препинателни знаци".

6. Кодът е универсален.Генетичният код е един и същ за всички същества, живеещи на Земята. При бактериите и гъбичките, пшеницата и памука, рибите и червеите, жабите и хората същите триплети кодират едни и същи аминокиселини.

Принципи на репликация на ДНК. Непрекъснатостта на генетичния материал в поколенията клетки и организми се осигурява от процеса репликация - дублиране на ДНК молекули.Този сложен процес се осъществява от комплекс от няколко ензима и протеини, които нямат каталитична активност, които са необходими, за да придадат на полинуклеотидните вериги желаната конформация. В резултат на репликацията се образуват две еднакви двойни спирали на ДНК. Тези така наречени дъщерни молекули не се различават една от друга и от оригиналната родителска ДНК молекула. Репликацията се извършва в клетката преди разделянето, така че всяка дъщерна клетка получава точно същите ДНК молекули, които е имала майчината клетка. Процесът на репликация се основава на няколко принципа:

1. взаимно допълване. Всяка от двете вериги на родителската ДНК молекула служи като шаблон за синтеза на своята комплементарна, т.е. допълнителна, дъщерна верига.

2. полуконсервативен. В резултат на репликацията се образуват две дъщерни двойни вериги, всяка от които запазва (запазва) една от родителските ДНК вериги непроменена. Вторите вериги от дъщерни молекули се синтезират повторно от нуклеотиди по протежение на ремаркето на комплементарност към родителските ДНК вериги. Дъщерната ДНК не се различава една от друга и от родителската двойна спирала.

3.
антипаралелизъм. Всяка верига на ДНК има специфична ориентация. Единият край носи хидроксилна група (-ОН), прикрепена към 3'-въглерода в захарната дезоксирибоза, в другия край на веригата е остатък от фосфорна киселина на 5'-позиция на захарта. Две комплементарни вериги в молекулата на ДНК са ориентирани в противоположни посоки – антипаралелно. Ензимите, които синтезират нови ДНК вериги, наречени ДНК полимерази, могат да се движат по шаблонни вериги само в една посока, от техните 3' краища към техните 5' краища. В този случай синтезът на комплементарни вериги винаги се извършва в посока 5'→3', т.е. еднополюсен. Следователно, в процеса на репликация, едновременният синтез на нови вериги протича антипаралелно.

4. прекъсване. За да се изградят нови вериги на ДНК на принципа на комплементарността, двойната спирала трябва да е разплетена и да няма водородни връзки между родителските вериги.

Само в този случай ДНК полимеразите могат да се движат по родителските вериги и да ги използват като шаблони за безпогрешен синтез на дъщерни вериги. Но пълното размотаване на спиралите, състоящи се от много милиони базови двойки, е свързано с такъв значителен брой завъртания и такива енергийни разходи, които са невъзможни в клетъчни условия. Следователно репликацията при еукариотите започва едновременно на някои места от молекулата на ДНК. Регионът между две точки, където започва синтезът на дъщерните вериги, се нарича репликон. Той е единица за репликация.

Всяка ДНК молекула в еукариотна клетка съдържа много репликони. Във всеки репликон може да се види репликационна вилка - онази част от молекулата на ДНК, която вече се е разплела под действието на специални ензими. Всяка верига във вилицата служи като шаблон за синтеза на допълнителна дъщерна верига. По време на репликацията вилицата се движи по дължината на родителската молекула, докато новите участъци от ДНК се развиват. Тъй като ДНК полимеразите могат да се движат само в една посока по матричните вериги и нишките са ориентирани антипаралелно, два различни ензимни комплекса едновременно се синтезират във всяка вилка. Освен това във всяка вилица една дъщерна (водеща) верига расте непрекъснато, а другата (изоставаща) верига се синтезира от отделни фрагменти с дължина няколко нуклеотида. Такива ензими, кръстени на японския учен, който ги е открил фрагменти от Оказакиса свързани чрез ДНК лигаза, за да образуват непрекъсната верига. Механизмът на образуване на дъщерни вериги от ДНК фрагменти се нарича прекъснат.

5. Нуждата от праймер ДНК полимераза не е в състояние да започне синтеза на водещата верига, нито синтеза на Okazaki фрагменти на изоставащата верига. Той може само да изгради вече съществуваща полинуклеотидна верига чрез последователно прикрепване на дезоксирибонуклеотиди към нейния 3'-ОН край. Откъде идва началният 5' край на нарастващата ДНК верига? Синтезира се върху матрицата на ДНК от специална РНК полимераза, наречена примаза(Английски буквар - семе). Размерът на рибонуклеотидния праймер е малък (по-малко от 20 нуклеотида) в сравнение с размера на ДНК веригата, образувана от ДНК поимераза. Изпълни своето Функции Праймерът на РНК се отстранява от специален ензим и празнината, образувана по време на това, се затваря от ДНК полимераза, която използва 3'-OH края на съседния фрагмент на Okazaki като праймер.

Проблемът с недостатъчната репликация на краищата на линейни ДНК молекули.Отстраняването на най-външните праймери на РНК, които са комплементарни на 3'-краищата на двете вериги на линейната родителска ДНК молекула, води до това, че дъщерните вериги са по-къси от 10-20 нуклеотида. Това е проблемът с недостатъчното копиране на краищата на линейните молекули.

Проблемът с недостатъчната репликация на 3'-краищата на линейните ДНК молекули се решава от еукариотните клетки с помощта на специален ензим - теломераза.

Теломеразата е ДНК полимераза, която допълва 3'-терминалните ДНК молекули на хромозомите с къси повтарящи се последователности. Те, разположени един след друг, образуват правилна крайна структура с дължина до 10 хиляди нуклеотида. В допълнение към протеиновата част, теломераза съдържа РНК, която действа като шаблон за удължаване на ДНК с повторения.

Схема на удължаване на краищата на ДНК молекулите.Първо се получава комплементарно свързване на изпъкналия край на ДНК към шаблонното място на теломеразната РНК, след което теломеразата изгражда ДНК, използвайки своя 3'-ОН край като зародиш и РНК, която е част от ензима, като матрица. Този етап се нарича удължаване. След това настъпва транслокация, т.е. движение на ДНК, удължено с едно повторение, спрямо ензима. Това е последвано от удължаване и друга транслокация.

В резултат на това се образуват специализирани крайни структури на хромозомите. Те се състоят от многократно повтарящи се къси ДНК последователности и специфични протеини.

Кратко обобщение.

Определяне на възможността за разработване на отделна функция
клетка или организъм е ГЕН.
По време на трансфера на гени в поредица от поколения,
наследяване на черти от родители чрез потомство.
Основното СВОЙСТВО НА ГЕНА като функционална единица
материал на наследствеността и изменчивостта, е негов
химическа организация.
При формиране на знаци е необходимо
синтез на много вещества
последователност от протеини със специфични
Имоти.
Имот
протеин
молекула се определя от аминокиселината
последователност
нея
пептид
вериги,
който
е даден
последователност от ДНК нуклеотиди.

Нуклеинови киселини - ДНК и РНК

Има два вида нуклеинови киселини

Местоположение на ДНК в клетката

Функции на ДНК

Анкериране

История на откритията

Молекулите на ДНК могат да се видят с електронен микроскоп

ДНК е полимерна молекула, състояща се от 2 комплементарни полинуклеотидни вериги, свързани с водородни връзки, имат големи времена

Структурата на ДНК молекулата

Схематична структура на ДНК

ДНК структура

Схеми на структурата на азотните бази.

Връзки между нуклеотиди в една и съща ДНК верига

Връзки между вериги в ДНК молекула

Правилата на Чаргаф от 1950 г

Обяснение на правилата на Чаргаф беше дадено от Уотсън и Крик

взаимно допълване

Правилата на Чаргаф

Принципът на допълване

свойство "репликация".

репликация на ДНК

свойство "репликация".

Генетичен код

Свойства на генетичния код:

"възстановителен" имот

Библиография

Дезоксирибонуклеинова киселина(ДНК) е материален носител на генетична информация. Това е високомолекулно природно съединение, съдържащо се в ядрата на клетките на живите организми. ДНК молекулите заедно с хистоновите протеини образуват вещество хромозоми.Хистоните са част от клетъчните ядра и участват в поддържането и промяната на структурата на хромозомите на различни етапи от клетъчния цикъл, в регулацията на генната активност. Отделни участъци от ДНК молекули съответстват на определени гени. Молекулата на ДНК се състои от две полинуклеотидни вериги, усукани една около друга в спирала (фиг. 7.1). Веригите са изградени от голям брой четири вида мономери - нуклеотидичиято специфичност се определя от една от четирите азотни бази: аденин(НО), тимин(T), цитозин(C) и гуанин(G). Комбинацията от три съседни нуклеотида във формата на ДНК верига генетичен код.Нарушаването на нуклеотидната последователност в ДНК веригата води до наследствени промени в организма - мутации.ДНК се възпроизвежда точно по време на клетъчното делене, което осигурява предаването на наследствени черти и специфични форми на метаболизъм в редица поколения клетки и организми.

Ориз. 7.1. Структурата на ДНК молекулата.

Структурният модел на ДНК под формата на двойна спирала е предложен през 1953 г. от американския биохимик Дж. Уотсън (р. 1928 г.) и английския биофизик и генетик Ф. Крик (р. 1916 г.). Моделът на Watson-Crick направи възможно обяснението на много от свойствата и биологичните функции на молекулата на ДНК. За дешифрирането на генетичния код бяха наградени Дж. Уотсън, Ф. Крик и английският биофизик М. Уилкинс (р. 1916 г.), който първи получи висококачествена рентгенова снимка на ДНК молекула Нобелова награда 1962 г

ДНК е удивително естествено образувание със спирална симетрия. Дългите преплетени вериги на структурата на нишката на ДНК са изградени от захарни и фосфатни молекули. Азотните основи са прикрепени към захарните молекули, образувайки напречни връзки между две спирални нишки. Удължена ДНК молекула прилича на деформирана спирална стълба. Това наистина е макромолекула: нейната молекулна масаможе да достигне 10 9 . Въпреки сложната структура, молекулата на ДНК съдържа само четири азотни бази: A, T, C, G. Между аденин и тимин се образуват водородни връзки. Те съвпадат толкова структурно, че аденинът разпознава и се свързва с тимина и обратно. Цитозин и гуанин са друга двойка от подобен тип. В тези нуклеотидни двойки по този начин A винаги се свързва с T, а C с G (фиг. 7.2). Тази връзка е в съответствие с принципът на допълване.Броят на базовите двойки: аденин-тимин и цитозин-гуанин, например, при хората е грандиозен: някои изследователи смятат, че те са 3 милиарда, а други - повече от 3,5 милиарда.

Способността на азотните основи да разпознават своя партньор води до нагъване на захарно-фосфатните вериги под формата на двойна спирала, чиято структура се определя експериментално в резултат на рентгенови наблюдения. Взаимодействията между азотните бази са силно специфични, така че спирала може да се образува само ако базовите последователности в двете вериги са напълно идентични.

Захарна фосфатна група, заедно с една от азотните основи A, T, C или G, образуващи нуклеотид(Фигура 7.3) може да се представи като един вид градивен елемент. Тези блокове образуват ДНК молекулата. Последователност от нуклеотиди кодира информация в ДНК молекула. Той съдържа информацията, необходима например за производството на протеини, необходими на живия организъм.

Молекулата на ДНК може да бъде копирана в процес, катализиран от ензими репликация, състоящ се в неговото удвояване. Репликацията разрушава водородните връзки, за да образува единични нишки, които служат като шаблон за ензимния синтез на същите последователности на градивни блокове. Следователно процесът на репликация включва разкъсване на стари и образуване на нови водородни връзки. В началото на репликацията две противоположни вериги започват да се развиват и отделят една от друга (фиг. 7.4). В точката на размотаване ензимът прикрепя нови вериги към две стари според принципа на комплементарност: Т в новата верига е срещу А в старата и т.н., в резултат на което се образуват две еднакви двойни спирали. Поради относителната крехкост на такива връзки, репликацията се осъществява без прекъсване на по-здравите ковалентни връзки в захарно-фосфатните вериги. Кодирането на генетичната информация и репликацията на ДНК молекулата са взаимосвързани основни процеси, необходими за развитието на живия организъм.

Генетичната информация е кодирана от последователността на ДНК нуклеотидите. Фундаменталната работа по дешифрирането на генетичния код е извършена от американските биохимици М. Ниренберг (р. 1927 г.), X. Коран (р. 1922 г.) и Р. Холи (р. 1922 г.); Носителите на Нобелова награда от 1968 г. Три последователни нуклеотида съставляват единица от генетичния код, наречен кодон.Всеки кодон кодира определена аминокиселина общ бройкоето е равно на 20. Една ДНК молекула може да бъде представена като последователност от нуклеотидни букви, които образуват текст от голям брой от тях, например ACAT-TGGAG ... Този текст съдържа информация, която определя спецификата на всеки организъм: човек, делфин и т.н. Генетичният код на всички живи същества, било то растение, животно или бактерия, е един и същ. Например кодонът GGU кодира аминокиселината глицин във всички организми. Тази характеристика на генетичния код, заедно със сходството на аминокиселинния състав на всички протеини, свидетелства за биохимичното единство на живота, което, очевидно, отразява произхода на всички живи същества от един прародител.

1) i-RNA 2) t-RNA 3) ДНК 4) хромозома

A2. В дъщерните клетки на човешката кожа по време на възпроизвеждането им идва от майчината клетка:

пълна генетична информация

половината от информацията

една четвърт информация

няма правилен отговор

A3. Репликацията на ДНК е придружена от разкъсване на химични връзки:

пептид, между аминокиселините

ковалентен, между въглехидрати и фосфати

водород, между азотни основи

йонни, вътре в структурата на молекулата

A4. По време на репликацията на ДНК молекула се образуват:

нишка, която се е разпаднала на отделни фрагменти от дъщерни молекули

молекула, съставена от две нови вериги на ДНК

молекула, половината от която се състои от верига иРНК

дъщерна молекула, състояща се от една стара и една нова верига на ДНК

A5. Транскрипцията е процес:

1) ДНК репликация

2) синтез на i-RNA

3) синтез на протеини

4) прикрепване на t-RNA към аминокиселина

A6. Ако една аминокиселина е кодирана от кодона UGG, тогава в ДНК тя съответства на триплет:

TCC 2) AGG 3) UCC 4) ACC

A7. Един ДНК триплет носи информация за:

Аминокиселинни последователности в протеинова молекула

Местоположението на специфичен AA в протеинова верига

Признак на определен организъм

Аминокиселина, включена в протеиновата верига

A8. Броят на тРНК, участващи в транслацията, е равен на броя на:

i-RNA кодони, които кодират аминокиселини

Молекула i-RNA

Гените, които изграждат ДНК молекулата

Протеини, синтезирани върху рибозоми

A9. Периодът на живот на клетката от делене до делене се нарича:

Интерфаза 3) мейоза

Митоза 4) клетъчен цикъл

A10. Колко хроматиди се съдържат в 8 хромозоми, видими в метафазата на митозата:

1) 6 2) 8 3) 12 4) 16

A11. Броят на хромозомите в човешките соматични клетки след митоза е:

1) 23 2) 46 3) 92 4) 44