Šta je genetski kod. Univerzalni genetski kod

U tjelesnom metabolizmu vodeća uloga pripada proteinima i nukleinskim kiselinama.
Proteinske supstance čine osnovu svih vitalnih ćelijskih struktura, imaju neobično visoku reaktivnost i obdarene su katalitičkim funkcijama.
Nukleinske kiseline su dio najvažnijeg organa ćelije - jezgra, kao i citoplazme, ribozoma, mitohondrija itd. Nukleinske kiseline imaju važnu, primarnu ulogu u naslijeđu, varijabilnosti tijela i sintezi proteina.

Plan sinteza protein se pohranjuje u ćelijskom jezgru, a direktna sinteza se odvija izvan jezgra, pa je neophodno usluga dostave kodiran plan od jezgra do mesta sinteze. Ovu uslugu dostave vrše molekule RNK.

Proces počinje u jezgro ćelije: deo DNK "merdevina" se odmotava i otvara. Zahvaljujući tome, RNA slova formiraju veze sa otvorena pisma DNK jednog od lanaca DNK. Enzim prenosi slova RNK da ih poveže u nit. Dakle, slova DNK su "prepisana" u slova RNK. Novoformirani RNK lanac se odvaja, a DNK "merdevine" se ponovo uvijaju. Proces čitanja informacija iz DNK i sintetiziranja njenog RNA šablona naziva se transkripcija , a sintetizirana RNK se naziva informacijska ili i-RNA .

Nakon daljih modifikacija, ova vrsta kodirane mRNA je spremna. i-RNA izlazi iz jezgra i odlazi na mjesto sinteze proteina, gdje se dešifruju slova i-RNA. Svaki set od tri slova i-RNA formira "slovo" koje označava jednu specifičnu aminokiselinu.

Druga vrsta RNK traži ovu aminokiselinu, hvata je uz pomoć enzima i dostavlja je na mjesto sinteze proteina. Ova RNK se naziva transferna RNK ili tRNA. Kako se mRNA poruka čita i prevodi, lanac aminokiselina raste. Ovaj lanac se uvija i savija u jedinstven oblik, stvarajući jednu vrstu proteina. Čak je i proces savijanja proteina izvanredan: koristiti kompjuter za sve izračunavanje opcije bilo bi potrebno 1027 (!) godina da se savije protein srednje veličine koji se sastoji od 100 aminokiselina. A za formiranje lanca od 20 aminokiselina u tijelu nije potrebno više od jedne sekunde, a taj se proces odvija kontinuirano u svim stanicama tijela.

Geni, genetski kod i njegova svojstva.

Na Zemlji živi oko 7 milijardi ljudi. Osim 25-30 miliona parova jednojajčanih blizanaca, tada genetski svi ljudi su različiti : svaki je jedinstven, ima jedinstvene nasljedne karakteristike, karakterne osobine, sposobnosti, temperament.

Takve razlike su objašnjene razlike u genotipovima- skupovi gena organizma; svaka je jedinstvena. Genetske osobine određenog organizma su utjelovljene u proteinima - shodno tome, struktura proteina jedne osobe razlikuje se, iako dosta, od proteina druge osobe.

To ne znači da ljudi nemaju potpuno iste proteine. Proteini koji obavljaju iste funkcije mogu biti isti ili se vrlo malo razlikovati za jednu ili dvije aminokiseline jedan od drugog. Ali ne postoji na Zemlji ljudi (sa izuzetkom jednojajčanih blizanaca), u kojoj bi bili svi proteini su isti .

Informacije o primarnoj strukturi proteina kodiran kao niz nukleotida u dijelu molekule DNK, gen - jedinica nasljedne informacije organizma. Svaki molekul DNK sadrži mnogo gena. Ukupnost svih gena jednog organizma čini njegovu genotip . Na ovaj način,

Gen je jedinica nasljedne informacije organizma, koja odgovara posebnom dijelu DNK

Nasljedne informacije se kodiraju korištenjem genetski kod , koji je univerzalan za sve organizme i razlikuje se samo po izmjeni nukleotida koji formiraju gene i kodiraju proteine određenih organizama.

Genetski kod sastoji se od tripleta (trojki) DNK nukleotida, kombinovanih u različitim sekvencama (AAT, HCA, ACG, THC, itd.), od kojih svaki kodira određenu aminokiselinu (koja će biti ugrađena u polipeptidni lanac).

Zapravo kod broji sekvence nukleotida u i-RNA molekulu , jer uklanja informacije iz DNK (proces transkripcije ) i prevodi ga u niz aminokiselina u molekulima sintetiziranih proteina (proces emisije ).
i-RNA se sastoji od nukleotidi A-C-G-U, čije se trojke zovu kodoni : CHT DNK triplet na mRNA će postati HCA triplet, a AAG DNK triplet će postati UUC triplet. Upravo i-RNA kodoni odražava genetski kod u zapisu.

Na ovaj način, genetski kod - jedinstveni sistem za snimanje nasljednih informacija u molekule nukleinske kiseline kao niz nukleotida . Genetski kod se zasniva na upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri nukleotidna slova koja se razlikuju po dušičnim bazama: A, T, G, C.

Glavna svojstva genetskog koda:

1. Genetski kod trojka. Triplet (kodon) je sekvenca od tri nukleotida koja kodira jednu aminokiselinu. Budući da proteini sadrže 20 aminokiselina, očigledno je da svaka od njih ne može biti kodirana jednim nukleotidom ( pošto postoje samo četiri tipa nukleotida u DNK, u ovom slučaju 16 aminokiselina ostaje nekodirano). Dva nukleotida za kodiranje aminokiselina također nisu dovoljna, jer se u ovom slučaju može kodirati samo 16 aminokiselina. znači, najmanji broj moraju postojati najmanje tri nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu. U ovom slučaju, broj mogućih nukleotidnih tripleta je 43 = 64.

2. redundantnost (degeneracija) Kod je posljedica njegove tripletne prirode i znači da jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko tripleta (pošto ima 20 aminokiselina, a ima 64 tripleta), s izuzetkom metionina i triptofana, koje kodira samo jedan trojka. Osim toga, neki tripleti obavljaju specifične funkcije: u molekuli mRNA, tripleti UAA, UAG, UGA su terminacijski kodoni, tj. stani-signali koji zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca. Triplet koji odgovara metioninu (AUG), koji stoji na početku lanca DNK, ne kodira aminokiselinu, već obavlja funkciju iniciranja (uzbudljivog) čitanja.

3. Nedvosmislenost kod - uz redundantnost, kod ima svojstvo jedinstvenost : svaki kodon odgovara samo jedan specifične aminokiseline.

4. Kolinearnost kod, tj. sekvence nukleotida u genu upravo odgovara redoslijedu aminokiselina u proteinu.

5. Genetski kod ne preklapaju se i kompaktni , tj. ne sadrži "znakove interpunkcije". To znači da proces čitanja ne dopušta mogućnost preklapanja kolona (trojki), i, počevši od određenog kodona, očitavanje ide kontinuirano triplet po triplet sve dok stani-signali ( terminacioni kodoni).

6. Genetski kod univerzalni Nuklearni geni svih organizama kodiraju informacije o proteinima na isti način, bez obzira na nivo organizacije i sistematski položaj ovih organizama.

Postoji tablice genetskih kodova za dešifrovanje kodoni i-RNA i građevni lanci proteinskih molekula.

Reakcije sinteze matrice.

U živim sistemima postoje reakcije koje su nepoznate u nežive prirode - reakcije sinteze matrice.

Termin "matrica" u tehnologiji označavaju formu koja se koristi za livenje kovanica, medalja, tipografski tip: očvrsnuti metal tačno reproducira sve detalje forme koja se koristi za livenje. Matrična sinteza nalikuje livenju na matrici: novi molekuli se sintetiziraju u strogom skladu sa planom postavljenim u strukturi već postojećih molekula.

Matrični princip leži u srži najvažnije sintetičke reakcije ćelije, kao što je sinteza nukleinskih kiselina i proteina. U ovim reakcijama se daje tačan, strogo specifičan niz monomernih jedinica u sintetiziranim polimerima.

Ovo je mjesto gdje je usmjereno povlačenje monomera na određenu lokacijućelije - u molekule koji služe kao matrica u kojoj se odvija reakcija. Ako bi se takve reakcije dogodile kao rezultat slučajnog sudara molekula, one bi se odvijale beskonačno sporo. Sinteza složenih molekula po principu matrice se izvodi brzo i precizno. Uloga matrice Makromolekule nukleinskih kiselina igraju u matričnim reakcijama DNK ili RNK .

monomernih molekula, iz kojih se sintetiše polimer - nukleotidi ili aminokiseline - u skladu sa principom komplementarnosti se raspoređuju i fiksiraju na matrici u strogo definisanom, unapred određenom redosledu.

Onda dolazi "poprečno povezivanje" monomernih jedinica u polimerni lanac, a gotov polimer se ispušta iz kalupa.

Poslije toga matrica spremna do sklapanja nove molekule polimera. Jasno je da kao što se samo jedan novčić, jedno slovo može izliti na datu kalupu, tako se samo jedan polimer može "sastaviti" na datu matričnu molekulu.

Matrični tip reakcija- specifičnost hemije živih sistema. Oni su osnova temeljnog svojstva svih živih bića - njegove sposobnosti da reprodukuje svoju vrstu.

Reakcije sinteze matrice

1. DNK replikacija - replikacija (od lat. replicatio - obnavljanje) - proces sinteze kćerke molekule dezoksiribonukleinske kiseline na matrici roditeljskog molekula DNK. Tokom naknadne podjele matične ćelije, svaka ćelija kćerka prima jednu kopiju molekula DNK koja je identična DNK originalne matične ćelije. Ovaj proces osigurava tačan prijenos genetskih informacija s generacije na generaciju. Replikaciju DNK vrši složen enzimski kompleks, koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, tzv. replisome . Materijal za sintezu su slobodni nukleotidi prisutni u citoplazmi ćelija. Biološko značenje replikacije leži u tačnom prenosu naslednih informacija sa roditeljskog molekula na ćerke, što se inače dešava tokom deobe somatskih ćelija.

Molekul DNK se sastoji od dva komplementarna lanca. Ovi lanci se drže zajedno slabim vodoničnim vezama koje se mogu razbiti enzimima. Molekul DNK je sposoban da se samo-udvostručuje (replikacija), a nova polovina se sintetizira na svakoj staroj polovini molekula.
Osim toga, molekul mRNA može se sintetizirati na molekulu DNK, koji zatim prenosi informacije primljene od DNK do mjesta sinteze proteina.

Prijenos informacija i sinteza proteina slijede matrični princip, uporediv s radom štamparije u štampariji. Informacije iz DNK se kopiraju iznova i iznova. Ukoliko dođe do grešaka tokom kopiranja, one će se ponoviti u svim narednim kopijama.

Istina, neke greške u kopiranju informacija molekulom DNK mogu se ispraviti - proces eliminacije grešaka se naziva reparacije. Prva od reakcija u procesu prijenosa informacija je replikacija molekule DNK i sinteza novih lanaca DNK.

2. Transkripcija (od latinskog transcriptio - prepisivanje) - proces sinteze RNK koristeći DNK kao šablon, koji se odvija u svim živim ćelijama. Drugim riječima, to je prijenos genetske informacije sa DNK na RNK.

Transkripciju katalizira enzim DNK-ovisna RNA polimeraza. RNK polimeraza se kreće duž molekule DNK u smjeru 3 " → 5". Transkripcija se sastoji od koraka inicijacija, elongacija i završetak . Jedinica transkripcije je operon, fragment molekule DNK koji se sastoji od promoter, transkribovani deo i terminator . i-RNA se sastoji od jednog lanca i sintetizira se na DNK u skladu s pravilom komplementarnosti uz sudjelovanje enzima koji aktivira početak i kraj sinteze i-RNA molekula.

Gotov molekul mRNA ulazi u citoplazmu na ribosomima, gdje se odvija sinteza polipeptidnih lanaca.

3. Broadcast (od lat. prevod- prijenos, kretanje) - proces sinteze proteina iz aminokiselina na matrici informacijske (matriks) RNK (mRNA, mRNA) koju provodi ribosom. Drugim riječima, ovo je proces prevođenja informacija sadržanih u nukleotidnoj sekvenci i-RNA u sekvencu aminokiselina u polipeptidu.

4. reverzna transkripcija je proces formiranja dvolančane DNK na osnovu informacija iz jednolančane RNK. Ovaj proces se naziva reverzna transkripcija, jer se prijenos genetske informacije odvija u "obrnutom" smjeru u odnosu na transkripciju. Ideja o reverznoj transkripciji u početku je bila vrlo nepopularna, jer je bila protiv centralne dogme molekularne biologije, koja je pretpostavljala da se DNK transkribuje u RNK, a zatim prevodi u proteine.

Međutim, 1970. Temin i Baltimore su nezavisno otkrili enzim tzv reverzna transkriptaza (revertaza) , te je konačno potvrđena mogućnost reverzne transkripcije. Godine 1975. nagrađeni su Temin i Baltimore nobelova nagrada iz oblasti fiziologije i medicine. Neki virusi (kao što je virus ljudske imunodeficijencije koji uzrokuje HIV infekciju) imaju sposobnost transkripcije RNK u DNK. HIV ima RNA genom koji se integriše u DNK. Kao rezultat, DNK virusa se može kombinovati sa genomom ćelije domaćina. Glavni enzim odgovoran za sintezu DNK iz RNK tzv revertase. Jedna od funkcija reverseasea je stvaranje komplementarnu DNK (cDNK) iz virusnog genoma. Povezani enzim ribonukleaza cijepa RNK, a reverznataza sintetizira cDNK iz dvostruke spirale DNK. cDNK je integrisana u genom ćelije domaćina pomoću integraze. Rezultat je sinteza virusnih proteina od strane ćelije domaćina koji formiraju nove viruse. U slučaju HIV-a takođe se programira apoptoza (ćelijska smrt) T-limfocita. U drugim slučajevima, ćelija može ostati distributer virusa.

Redoslijed matriksnih reakcija u biosintezi proteina može se predstaviti kao dijagram.

Na ovaj način, biosinteza proteina- ovo je jedna od vrsta plastične razmjene, tokom koje se nasljedne informacije kodirane u DNK genima realizuju u određenom nizu aminokiselina u proteinskim molekulima.

Proteinski molekuli su u suštini polipeptidnih lanaca sastoje se od pojedinačnih aminokiselina. Ali aminokiseline nisu dovoljno aktivne da se same povežu jedna s drugom. Stoga, prije nego što se spoje jedna s drugom i formiraju proteinski molekul, aminokiseline moraju aktivirati . Ova aktivacija se događa pod djelovanjem posebnih enzima.

Kao rezultat aktivacije, aminokiselina postaje labilnija i pod djelovanjem istog enzima se vezuje za t- RNA. Svaka aminokiselina odgovara striktno specifičnom t- RNA, koji pronalazi "svoju" aminokiselinu i izdrži u ribozom.

Stoga ribosom prima različite aktivirane aminokiseline povezane s njima t- RNA. Ribozom je sličan konvejer da sastavi proteinski lanac od dolaznog razne aminokiseline.

Istovremeno sa t-RNA, na kojoj "sjedi" vlastita aminokiselina, " signal» iz DNK koja se nalazi u jezgru. U skladu s ovim signalom, u ribosomu se sintetizira jedan ili drugi protein.

Usmjeravajući utjecaj DNK na sintezu proteina ne vrši se direktno, već uz pomoć posebnog posrednika - matrica ili glasnička RNK (mRNA ili i-RNA), koji sintetizirana u jezgru Na njega ne utiče DNK, tako da njegov sastav odražava sastav DNK. Molekul RNK je, takoreći, odljevak oblika DNK. Sintetizirana mRNA ulazi u ribozom i, takoreći, prenosi je u ovu strukturu plan- kojim redosledom aktivirane aminokiseline koje ulaze u ribozom treba da se kombinuju jedna sa drugom da bi se sintetizovao određeni protein. inače, genetske informacije kodirane u DNK prenose se na mRNA, a zatim na protein.

Molekul mRNA ulazi u ribozom i treperi ona. Segment koji je u ovog trenutka u ribozomu kodon (trojka), stupa u interakciju na potpuno specifičan način sa strukturom koja mu odgovara triplet (antikodon) u prijenosnoj RNK koja je dovela aminokiselinu u ribosom.

Transfer RNA sa svojom aminokiselinom približava se određenom kodonu mRNA i povezuje s njim; do sljedećeg, susjednog mjesta i-RNA spaja drugu tRNA sa drugom amino kiselinom i tako sve dok se čitav i-RNA lanac ne pročita, dok se sve aminokiseline ne nanižu odgovarajućim redom, formirajući proteinski molekul. I t-RNA, koja je isporučila aminokiselinu na određeno mjesto polipeptidnog lanca, oslobođen od svoje aminokiseline i izlazi iz ribozoma.

Zatim ponovo u citoplazmi, željena amino kiselina može joj se pridružiti, a ona će je ponovo prenijeti na ribozom. U procesu sinteze proteina istovremeno je uključen ne jedan, već nekoliko ribozoma, poliribozoma.

Glavne faze prijenosa genetskih informacija:

1. Sinteza na DNK kao na mRNA šablonu (transkripcija)
2. Sinteza polipeptidnog lanca u ribosomima prema programu sadržanom u i-RNA (prevod) .

Faze su univerzalne za sva živa bića, ali se vremenski i prostorni odnosi ovih procesa razlikuju kod pro- i eukariota.

At prokarioti transkripcija i translacija se mogu odvijati istovremeno jer se DNK nalazi u citoplazmi. At eukariota transkripcija i translacija su striktno odvojeni u prostoru i vremenu: u jezgri se odvija sinteza različitih RNK, nakon čega molekule RNK moraju napustiti jezgro, prolazeći kroz nuklearnu membranu. RNK se zatim transportuje u citoplazmi do mesta sinteze proteina.

1. Kod je triplet.

2. Kod je degenerisan.

3. Kod je nedvosmislen.

4. Kod je kolinearan.

5. Kod se ne preklapa.

6. Šifra je univerzalna.

1) trojni kod. 3 susjedna nukleotida nose informacije o jednom proteinu. Takvih trojki može biti 64 (ovo pokazuje redundantnost genetskog koda), ali samo 61 od njih nosi informaciju o proteinu (kodonima). 3 tripleta se nazivaju antikodoni, oni su stop signali na kojima se zaustavlja sinteza proteina.

2) Kod je degenerisan. Jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko kodona.

3) Kod je nedvosmislen. Svaki kodon kodira samo jednu aminokiselinu.

4) Kod je kolinearan. Redoslijed nukleotida u genu odgovara slijedu aminokiselina u proteinu.

5) Kod se ne preklapa. isti nukleotid ne može biti dio dva različita kodona, očitavanje ide kontinuirano, u nizu, sve do stop kodona. U kodu nema "znakova interpunkcije".

6) Šifra je univerzalna. Isto je za sva živa bića, tj. isti triplet kodovi za istu aminokiselinu.

61. U kojim slučajevima promjena nukleotidne sekvence u genu ne utiče na strukturu i funkcije kodirajućeg proteina?

1) ako se kao rezultat nukleotidne supstitucije pojavi drugi kodon koji kodira istu aminokiselinu;

2) ako kodon nastao kao rezultat nukleotidne supstitucije kodira drugu aminokiselinu, ali sa sličnim hemijska svojstva, koji ne mijenja strukturu proteina;

3) ako dođe do nukleotidnih promjena u intergenetskim ili nefunkcionalnim DNK regijama.

№62. DNK replikacija.

Kratka recenzija:

replikacija- proces sinteze kćerke molekule dezoksiribonukleinske kiseline na matrici roditeljskog molekula DNK. Tokom naknadne podjele matične ćelije, svaka ćelija kćerka prima jednu kopiju molekula DNK koja je identična DNK originalne matične ćelije. Ovaj proces osigurava tačan prijenos genetskih informacija s generacije na generaciju. Replikaciju DNK provodi složeni enzimski kompleks, koji se sastoji od 15-20 različitih proteina, nazvanih replizom.

Do trenutka podjele, DNK se mora replicirati u potpunosti i samo jednom. Replikacija se odvija u tri faze:

1. Pokretanje replikacije (DNK polimeraza započinje replikaciju DNK vezivanjem za segment lanca nukleotida. Na određenom mjestu (početna tačka replikacije) dolazi do lokalne denaturacije DNK, lanci se divergiraju i formiraju se dvije replikacijske vilice koje se kreću u suprotnim smjerovima.).

2. Elongacija (etapa u biosintezi molekula nukleinske kiseline, koja se sastoji u sekvencijalnom dodavanju monomera (nukleotida) rastućem DNK lancu).

3. Završetak replikacije (završna faza se javlja u trenutku kada se prazna područja pune nukleotidima između Okazaki fragmenata).

Glavni dio:

Budući da je DNK molekul naslijeđa, da bi ostvario ovu kvalitetu, mora se tačno kopirati i tako sačuvati sve informacije dostupne u originalnom molekulu DNK u obliku specifične sekvence nukleotida. To se osigurava posebnim procesom koji prethodi diobi bilo koje ćelije u tijelu, a koji se naziva DNK replikacija - proces sinteze kćerke molekule dezoksiribonukleinske kiseline na šablonu roditeljskog molekula DNK.

Replikacija DNK se odvija u tri koraka:

1. Iniciranje. Sastoji se u tome što posebni enzimi - DNK helikaze, koje odmotavaju dvolančanu spiralu DNK, razbijaju slabe vodikove veze koje povezuju nukleotide dva lanca. Kao rezultat toga, lanci DNK se odvajaju, a slobodne dušične baze „štrče“ iz svakog lanca (pojava tzv. replikacijske viljuške).

2. Izduženje(faza u biosintezi molekula nukleinske kiseline, koja se sastoji u sekvencijalnom vezivanju monomera (nukleotida) na rastući lanac DNK). Svaki od dva lanca DNK služi kao šablon za sintezu novog lanca. Budući da su roditeljski lanci antiparalelni, kontinuirana replikacija DNK događa se samo na jednom lancu, koji se naziva vodeći (vodeći). Poseban enzim, DNK polimeraza, počinje da se kreće duž slobodnog DNK lanca od kraja 5 "do 3", pomažući da se slobodni nukleotidi koji se konstantno sintetiziraju u ćeliji vežu na 3" kraj novosintetiziranog DNK lanca. Sinteza novog lanca na zaostalom lancu zahtijeva stalno formiranje novih sjemenki (tzv. prajmeri - kratki fragmenti nukleinske kiseline koje koristi DNK - polimeraze za iniciranje sinteze DNK) za početak replikacije i izvodi se u malim segmentima od 1000-2000 nukleotida svaki (Okazaki fragmenti). Sjeme se razgrađuje nakon završetka sinteze sljedećeg Okazaki fragmenta. Rezultirajući susjedni fragmenti DNK povezani su DNK ligazom. Topoizomeraza uklanja superzavojnice heliksa, helikaza odmotava dvostruku spiralu, a SSB protein osigurava stabilnost jednolančane DNK.

3. Završetak (završetak) replikacije nastaje kada se praznine između Okazaki fragmenata popune nukleotidima (uz učešće DNK ligaze) da bi se formirala dva kontinuirana dvostruka lanca DNK i kada se sretnu dvije viljuške replikacije. Zatim se sintetizovana DNK uvija da formira superkolute.

63. Opišite slijed procesa koji se dešavaju tokom replikacije DNK kod eukariota

Mehanizmi replikacije DNK prokariota i eukariota značajno se razlikuju po tome što se u drugom slučaju sintezu vodećeg i zaostalog DNK lanca obavljaju različitim DNK polimerazama (alfa i delta, respektivno), dok su u E. coli oba lanca DNK sintetiziran dimerom DNK polimeraze III. DNK polimeraza alfa inicira sintezu vodećeg lanca u tačkama porekla replikacije, a DNK polimeraza delta vrši ciklično ponovno pokretanje sinteze Okazaki fragmenata, očigledno prepoznajući prisustvo 5'-terminalnog nukleotida sledećeg prajmera, nakon čega sledi disocijacija od šablonske DNK i vezivanja za nju za ponovno pokretanje sinteze sljedećeg Okazakijevog fragmenta.

Sazrijevanje fragmenata Okazaki kod eukariota zahtijeva uklanjanje RNA prajmera uz pomoć 5'->3'-egzonukleaze (proteinski faktori FEN-1 ili MF-1) i RNaze H1, kao i kovalentnu vezu fragmenata sa međusobno pod dejstvom DNK ligaze I.

Trenutno nije poznato šta tačno služi kao početni signal za početak replikacije DNK u S fazi. Početni događaj, nakon kojeg počinje sinteza DNK, događa se na specifičnim mjestima zvanim "replikacijske viljuške". Tokom S faze, klasteri replikacionih viljuški se aktiviraju istovremeno na svim hromozomima.

Položaj porijekla replikacije u genima može biti važan biološki značaj. Činjenica da određeni broj životinjskih virusa počinje replikaciju na specifičnim mjestima genoma sugerira da su porijeklo replikacije specijalizirane sekvence u hromozomskoj DNK. Prosječna udaljenost između početaka replikacije je uporediva sa prosječnom udaljenosti između susjednih kromatinskih petlji. Stoga je moguće da postoji samo jedno porijeklo replikacije u svakoj petlji.

Kada se dvije vilice replikacije odvoje od jedne početne točke replikacije na suprotnim stranama ove točke, roditeljski nukleosomi će pasti u različite dječje DNK spirale. U ovom slučaju, distribucija već postojećih roditeljskih histona između dva gena kćeri zavisiće od tačne lokacije porekla replikacije u jedinici transkripcije. Nisu svi nukleosomi potpuno isti - u različitim područjima genetskog materijala, struktura hromatina je različita. Precizan položaj porijekla replikacije u genu bi stoga mogao biti od velike biološke važnosti, jer bi odredio kromatinsku strukturu tog gena u sljedećoj generaciji stanica.

Okidač replikacije DNK jasno radi na principu sve ili ništa, budući da se replikacija DNK, koja je započela u S fazi, nastavlja sve dok se ovaj proces ne završi. Kontrolu procesa replikacije po principu "sve ili ništa" mogu izvršiti najmanje dvoje Različiti putevi:

1) neki opšti sistem može specifično prepoznati svaku traku hromozoma, dekondenzirati je i na taj način učiniti sve izvore replikacije istovremeno dostupnim za proteine odgovorne za formiranje mehurića replikacije;

2) replikativni proteini mogu prepoznati samo nekoliko izvora replikacije iz datog skupa, nakon čega će započeta lokalna replikacija promijeniti strukturu ostatka kromatina jedinice replikacije na takav način da replikacija na svim ostalim izvorima postaje moguće.

Moguće je da je kritični trenutak u lancu događaja koji iniciraju replikaciju DNK postizanje određene faze u procesu udvostručavanja centriola, koji djeluje i kao dio važnog organizacionog centra mikrotubula usko povezanog s interfaznim jezgrom i kao komponenta svakog od polova vretena tokom mitoze. Očigledno, centriol se udvostručuje matričnim procesom jednom po ćelijskom ciklusu (Slika 11-19).

Također još nije poznato šta određuje fiksnu sekvencu replikacije hromozomskih traka. Predložene su dvije hipoteze za objašnjenje ovog niza. Prema jednom od njih, različiti replikativni proteini, od kojih je svaki specifičan za određenu vrstu hromozomskih traka, sintetiziraju se u S fazi u drugačije vrijeme. Prema drugoj hipotezi, koja se sada čini vjerodostojnijom, replikativni proteini jednostavno djeluju na one dijelove DNK koji su im pristupačniji; na primjer, tokom S faze može doći do kontinuirane dekondenzacije hromozoma, a hromozomske trake jedna po jedna postaju dostupne replikativnim proteinima.

Nakon što ste proradili kroz ove teme, trebali biste biti u mogućnosti:

Opišite sljedeće koncepte i objasnite odnos između njih:
- polimer, monomer;
- ugljikohidrati, monosaharidi, disaharidi, polisaharidi;
- lipid, masna kiselina, glicerol;
- aminokiselina, peptidna veza, protein;
- katalizator, enzim, aktivno mjesto;
- nukleinska kiselina, nukleotid.
Navedite 5-6 razloga zašto je voda tako važna komponenta živih sistema.
Navedite četiri glavne klase organskih jedinjenja koja se nalaze u živim organizmima; opisati ulogu svakog od njih.
Objasnite zašto enzimski kontrolirane reakcije zavise od temperature, pH i prisutnosti koenzima.
Opišite ulogu ATP-a u energetskoj ekonomiji ćelije.
Navedite početne materijale, glavne korake i krajnje proizvode svjetlosnih reakcija i reakcija fiksacije ugljika.
Dati Kratki opis opća shema ćelijskog disanja, iz koje bi bilo jasno koje mjesto zauzimaju reakcije glikolize, G. Krebsov ciklus (ciklus limunske kiseline) i lanac transporta elektrona.
Uporedite disanje i fermentaciju.
Opišite strukturu molekule DNK i objasnite zašto je broj ostataka adenina jednak broju ostataka timina, a broj ostataka gvanina jednak broju ostataka citozina.
Napravite kratku shemu za sintezu RNK u DNK (transkripciju) kod prokariota.
Opišite svojstva genetskog koda i objasnite zašto bi on trebao biti triplet.
Na osnovu ovog DNK lanca i tabele kodona odredite komplementarnu sekvencu glasničke RNK, navedite kodone transferne RNK i sekvencu aminokiselina koja nastaje kao rezultat translacije.
Navedite faze sinteze proteina na nivou ribozoma.

Algoritam za rješavanje problema.

Tip 1. Samokopiranje DNK.

Jedan od lanaca DNK ima sljedeću sekvencu nukleotida:
AGTACCGATACCGATTTCG...
Koju sekvencu nukleotida ima drugi lanac istog molekula?

Za pisanje nukleotidne sekvence drugog lanca molekule DNK, kada je poznat niz prvog lanca, dovoljno je zamijeniti timin adeninom, adenin timinom, gvanin citozinom i citozin guaninom. Izvršavajući ovu zamjenu, dobijamo slijed:
TACTGGCTATGAGCTAAATG...

Tip 2. Kodiranje proteina.

Lanac aminokiselina proteina ribonukleaze ima sljedeći početak: lizin-glutamin-treonin-alanin-alanin-alanin-lizin...
Koja sekvenca nukleotida pokreće gen koji odgovara ovom proteinu?

Da biste to učinili, koristite tabelu genetskog koda. Za svaku aminokiselinu nalazimo njenu kodnu oznaku u obliku odgovarajućeg tria nukleotida i ispisujemo je. Raspoređujući ove trojke jedan za drugim istim redosledom kojim idu odgovarajuće aminokiseline, dobijamo formulu za strukturu sekcije glasničke RNK. U pravilu postoji nekoliko takvih trojki, izbor se vrši prema vašoj odluci (ali se uzima samo jedna od trojki). Može postojati nekoliko rješenja.
AAACAAAATSUGTSGGTSUGTSGAAG

S kojom sekvencom aminokiselina počinje protein ako je kodiran takvim nizom nukleotida:
ACGCCATGGCCGGT...

Prema principu komplementarnosti, nalazimo strukturu informacijske RNK sekcije formirane na datom segmentu molekule DNK:
UGCGGGUACCCGCCCA...

Zatim se okrećemo tablici genetskog koda i za svaki trio nukleotida, počevši od prvog, pronađemo i ispišemo odgovarajuću aminokiselinu:
Cistein-glicin-tirozin-arginin-prolin-...

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Mjagkova A.N. " Opća biologija". Moskva, "Prosvjeta", 2000

Tema 4." Hemijski sastavćelije." §2-§7 str. 7-21
Tema 5. "Fotosinteza." §16-17 str. 44-48
Tema 6. "Ćelijsko disanje." §12-13 str. 34-38
Tema 7. "Genetske informacije." §14-15, str. 39-44

Ministarstvo prosvjete i nauke Ruska Federacija savezna agencija obrazovanja

Država obrazovne ustanove viši stručno obrazovanje„Altajska država Technical University njima. I.I. Polzunov"

Odjeljenje za prirodne nauke i sistemsku analizu

Esej na temu "Genetski kod"

1. Koncept genetskog koda

3. Genetske informacije

Bibliografija

1. Koncept genetskog koda

Genetski kod je jedinstven sistem za snimanje nasljednih informacija u molekulima nukleinske kiseline u obliku niza nukleotida, karakterističnih za žive organizme. Svaki nukleotid je označen velikim slovom, koje počinje naziv azotne baze koja je njegov dio: - A (A) adenin; - G (G) gvanin; - C (C) citozin; - T (T) timin (u DNK) ili U (U) uracil (u mRNA).

Implementacija genetskog koda u ćeliji odvija se u dvije faze: transkripcija i translacija.

Prvi od njih se dešava u jezgru; sastoji se u sintezi mRNA molekula na odgovarajućim dijelovima DNK. U ovom slučaju, sekvenca nukleotida DNK se "prepisuje" u RNA nukleotidnu sekvencu. Druga faza se odvija u citoplazmi, na ribosomima; u ovom slučaju, nukleotidna sekvenca i-RNA se prevodi u sekvencu aminokiselina u proteinu: ova faza se odvija uz učešće transferne RNK (t-RNA) i odgovarajućih enzima.

2. Osobine genetskog koda

1. Trojstvo

Svaka aminokiselina je kodirana nizom od 3 nukleotida.

Triplet ili kodon je sekvenca od tri nukleotida koja kodira jednu aminokiselinu.

Kod ne može biti monoplet, jer je 4 (broj različitih nukleotida u DNK) manji od 20. Kod se ne može duplirati, jer 16 (broj kombinacija i permutacija 4 nukleotida za 2) je manji od 20. Kod može biti trostruk, jer 64 (broj kombinacija i permutacija od 4 do 3) je veći od 20.

2. Degeneracija.

Sve aminokiseline osim metionina i triptofana su kodirane sa više od jednog tripleta: 2 aminokiseline 1 triplet = 2 9 aminokiselina po 2 tripleta = 18 1 aminokiselina 3 tripleta = 3 5 aminokiselina po 4 tripleta = 20 3 aminokiseline 6 tripleta svaki = 18 Ukupno 61 triplet kod za 20 aminokiselina.

3. Prisustvo intergenskih znakova interpunkcije.

Gen je dio DNK koji kodira jedan polipeptidni lanac ili jedan molekul tRNA, rRNA ili sRNA.

Geni tRNA, rRNA i sRNA ne kodiraju proteine.

Na kraju svakog gena koji kodira polipeptid, nalazi se najmanje jedan od 3 terminaciona kodona, ili stop signala: UAA, UAG, UGA. Prekidaju emitovanje.

Konvencionalno, AUG kodon također pripada znacima interpunkcije - prvi nakon vodeće sekvence. Obavlja funkciju velikog slova. U ovoj poziciji kodira formilmetionin (kod prokariota).

4. Jedinstvenost.

Svaki triplet kodira samo jednu aminokiselinu ili je terminator translacije.

Izuzetak je kodon AUG. Kod prokariota, na prvoj poziciji (veliko slovo) kodira formilmetionin, a na bilo kojoj drugoj poziciji kodira metionin.

5. Kompaktnost, odnosno odsustvo intragenskih znakova interpunkcije.

Unutar gena, svaki nukleotid je dio značajnog kodona.

Godine 1961 Seymour Benzer i Francis Crick su eksperimentalno dokazali da je kod trostruki i kompaktan.

Suština eksperimenta: "+" mutacija - umetanje jednog nukleotida. "-" mutacija - gubitak jednog nukleotida. Jedna mutacija "+" ili "-" na početku gena kvari cijeli gen. Dvostruka mutacija "+" ili "-" također kvari cijeli gen. Trostruka mutacija "+" ili "-" na početku gena kvari samo dio gena. Četvorostruka mutacija "+" ili "-" opet kvari cijeli gen.

Eksperiment dokazuje da je kod trostruki i da unutar gena nema znakova interpunkcije. Eksperiment je izveden na dva susedna gena faga i pokazao je, pored toga, prisustvo znakova interpunkcije između gena.

3. Genetske informacije

Genetička informacija je program svojstava organizma, dobijen od predaka i ugrađen u nasljedne strukture u obliku genetskog koda.

Pretpostavlja se da se formiranje genetičke informacije odvijalo prema shemi: geohemijski procesi - formiranje minerala - evolucijska kataliza (autokataliza).

Moguće je da su prvi primitivni geni bili mikrokristalni kristali gline, a svaki novi sloj gline se postavlja u skladu sa strukturnim karakteristikama prethodnog, kao da od njega prima informacije o strukturi.

Realizacija genetske informacije se dešava u procesu sinteze proteinskih molekula uz pomoć tri RNK: informacione (mRNA), transportne (tRNA) i ribosomalne (rRNA). Proces prenosa informacija ide: - kroz kanal direktne komunikacije: DNK - RNK - protein; i - po kanalu povratne informacije: medij - protein - DNK.

Živi organizmi su u stanju da primaju, pohranjuju i prenose informacije. Štoviše, živi organizmi imaju tendenciju da što efikasnije koriste primljene informacije o sebi i svijetu oko sebe. Nasljedne informacije ugrađene u gene i neophodne živom organizmu za postojanje, razvoj i reprodukciju prenose se sa svakog pojedinca na njegove potomke. Ove informacije određuju smjer razvoja organizma, a u procesu njegove interakcije s okolinom, reakcija na pojedinca može biti iskrivljena, čime se osigurava evolucija razvoja potomaka. U procesu evolucije živog organizma nastaju nove informacije koje se pamte, uključujući i vrijednost informacija za njih.

U toku implementacije naslednih informacija u određenim uslovima sredine formira se fenotip organizama date biološke vrste.

Genetske informacije određuju morfološku strukturu, rast, razvoj, metabolizam, mentalni sklad, predispoziciju za bolesti i genetske defekte organizma.

Mnogi znanstvenici, s pravom ističući ulogu informacija u formiranju i evoluciji živih bića, zabilježili su ovu okolnost kao jedan od glavnih kriterija života. Dakle, V.I. Karagodin smatra: „Živo je takav oblik postojanja informacija i njome kodiranih struktura, koji osigurava reprodukciju tih informacija u odgovarajućim ambijentalnim uslovima“. Povezanost informacija sa životom bilježi i A.A. Ljapunov: "Život je visoko uređeno stanje materije koje koristi informacije kodirane stanjima pojedinačnih molekula za razvoj trajnih reakcija." Naš poznati astrofizičar N.S. Kardašev takođe naglašava informacionu komponentu života: „Život nastaje zbog mogućnosti sintetizacije posebne vrste molekula sposobnih da upamte i isprva koriste najjednostavnije informacije o okruženje i vlastitu strukturu koju koriste za samoodržanje, za reprodukciju i, što je za nas posebno važno, za dobijanje još više informacija.” Ekolog F. Tipler skreće pažnju na ovu sposobnost živih organizama da pohranjuju i prenose informacije u svojoj knjizi Fizika besmrtnosti: “Ja definišem život kao neku vrstu šifrirane informacije koju čuva prirodna selekcija.” Štaviše, on vjeruje, ako je to slučaj, onda je životno-informacioni sistem vječan, beskonačan i besmrtan.

Otkriće genetskog koda i uspostavljanje zakona molekularne biologije pokazalo je potrebu kombiniranja moderne genetike i darvinističke teorije evolucije. Tako je rođena nova biološka paradigma - sintetička teorija evolucije (STE), koja se već može smatrati neklasičnom biologijom.

Glavne ideje Darwinove evolucije sa njegovom trijadom - nasljednost, varijabilnost, prirodna selekcija - u modernom pogledu na evoluciju živog svijeta dopunjene su idejama ne samo prirodna selekcija, ali takva selekcija, koja je genetski određena. Početak razvoja sintetičke ili opšte evolucije može se smatrati radom S.S. Četverikova o populacionoj genetici, u kojoj je pokazano da selekciji nisu podvrgnute pojedinačne osobine i jedinke, već genotip cijele populacije, ali se ona provodi kroz fenotipske osobine pojedinačni pojedinci. To dovodi do širenja korisnih promjena u cijeloj populaciji. Dakle, mehanizam evolucije se implementira kako kroz slučajne mutacije na genetskom nivou, tako i kroz nasljeđivanje najvrednijih osobina (vrijednost informacija!), koje određuju prilagođavanje mutacijskih osobina na okolinu, dajući najizdržljivije potomstvo .

Sezonske klimatske promjene, razne prirodne ili katastrofe koje je napravio čovjek s jedne strane, dovode do promjene u učestalosti ponavljanja gena u populacijama i, kao rezultat, do smanjenja nasljedne varijabilnosti. Ovaj proces se ponekad naziva genetski drift. A s druge strane, do promjena u koncentraciji različitih mutacija i smanjenja raznolikosti genotipova sadržanih u populaciji, što može dovesti do promjena u smjeru i intenzitetu selekcijskog djelovanja.

4. Dešifriranje ljudskog genetskog koda

U maju 2006, naučnici koji rade na dešifrovanju ljudskog genoma objavili su kompletnu genetsku mapu hromozoma 1, koji je bio poslednji nepotpuno sekvencionirani ljudski hromozom.

Preliminarna ljudska genetska mapa objavljena je 2003. godine, označavajući formalni završetak projekta Ljudski genom. U njegovom okviru sekvencirani su fragmenti genoma koji sadrže 99% ljudskih gena. Preciznost identifikacije gena bila je 99,99%. Međutim, na kraju projekta, samo četiri od 24 hromozoma bila su u potpunosti sekvencionirana. Činjenica je da osim gena, kromosomi sadrže fragmente koji ne kodiraju nikakve osobine i nisu uključeni u sintezu proteina. Uloga koju ovi fragmenti igraju u životu organizma još uvijek je nepoznata, ali je sve više istraživača sklono vjerovanju da njihovo proučavanje zahtijeva najveću pažnju.

Gene- strukturna i funkcionalna jedinica nasljeđa koja kontrolira razvoj određene osobine ili svojstva. Roditelji prenose set gena na svoje potomstvo tokom reprodukcije. Veliki doprinos proučavanju gena dali su ruski naučnici: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

Trenutno je u molekularnoj biologiji utvrđeno da su geni dijelovi DNK koji nose bilo koju integralnu informaciju - o strukturi jednog proteinskog molekula ili jednog molekula RNK. Ove i druge funkcionalne molekule određuju razvoj, rast i funkcioniranje organizma.

Istovremeno, svaki gen karakterizira niz specifičnih regulatornih DNK sekvenci, kao što su promotori, koji su direktno uključeni u regulaciju ekspresije gena. Regulatorne sekvence mogu biti locirane ili u neposrednoj blizini otvorenog okvira za čitanje koji kodira protein, ili na početku RNA sekvence, kao što je slučaj sa promotorima (tzv. cis cis-regulatorni elementi), i na udaljenosti od mnogo miliona baznih parova (nukleotida), kao u slučaju pojačivača, izolatora i supresora (ponekad klasifikovanih kao trans-regulatorni elementi transregulatorni elementi). Dakle, koncept gena nije ograničen na kodirajuću regiju DNK, već je širi koncept koji uključuje regulatorne sekvence.

Izvorno termin gen pojavio se kao teorijska jedinica za prijenos diskretnih nasljednih informacija. Istorija biologije pamti sporove oko toga koji molekuli mogu biti nosioci nasljednih informacija. Većina istraživača vjeruje da samo proteini mogu biti takvi nosači, jer njihova struktura (20 aminokiselina) omogućava stvaranje više opcija nego struktura DNK, koja se sastoji od samo četiri tipa nukleotida. Kasnije je eksperimentalno dokazano da uključuje DNK nasljedne informaciješto je izraženo kao centralna dogma molekularne biologije.

Geni mogu biti podvrgnuti mutacijama - nasumičnim ili namjernim promjenama u slijedu nukleotida u lancu DNK. Mutacije mogu dovesti do promjene u sekvenci, a samim tim i do promjene bioloških karakteristika proteina ili RNK, što zauzvrat može rezultirati općim ili lokalnim izmijenjenim ili abnormalnim funkcioniranjem organizma. Takve su mutacije u nekim slučajevima patogene, jer su rezultat bolesti ili smrtonosne na embrionalnom nivou. Međutim, ne dovode sve promjene u nukleotidnoj sekvenci do promjene strukture proteina (zbog efekta degeneracije genetskog koda) ili do značajne promjene sekvence i nisu patogene. Posebno, ljudski genom karakteriziraju polimorfizmi jednog nukleotida i varijacije broja kopija. varijacije broja kopija), kao što su delecije i duplikacije, koje čine oko 1% cjelokupne ljudske nukleotidne sekvence. Pojedinačni nukleotidni polimorfizmi, posebno, definiraju različite alele istog gena.

Monomeri koji čine svaki lanac DNK su složeni organska jedinjenja, uključujući azotne baze: adenin (A) ili timin (T) ili citozin (C) ili gvanin (G), pet-atomski šećer-pentoza-deoksiriboza, po kojoj je i sama DNK dobila ime, kao i ostatak fosforne kiseline. Ova jedinjenja se nazivaju nukleotidi.

Gene Properties

diskretnost - nemešljivost gena;
stabilnost - sposobnost održavanja strukture;
labilnost - sposobnost višekratne mutacije;
multipli alelizam - mnogi geni postoje u populaciji u različitim molekularnim oblicima;
alelizam - u genotipu diploidnih organizama samo dva oblika gena;
specifičnost - svaki gen kodira svoju vlastitu osobinu;
pleiotropija - višestruki efekat gena;
ekspresivnost - stepen ekspresije gena u osobini;
penetrantnost - učestalost ispoljavanja gena u fenotipu;
amplifikacija - povećanje broja kopija gena.

Klasifikacija

Strukturni geni su jedinstvene komponente genoma, koje predstavljaju jednu sekvencu koja kodira određeni protein ili neke vrste RNK. (Vidi i članak geni za održavanje kućanstva).
Funkcionalni geni – regulišu rad strukturnih gena.

Genetski kod- metoda svojstvena svim živim organizmima za kodiranje sekvence aminokiselina proteina koristeći sekvencu nukleotida.

U DNK se koriste četiri nukleotida - adenin (A), gvanin (G), citozin (C), timin (T), koji se u literaturi na ruskom jeziku označavaju slovima A, G, C i T. Ova slova čine abeceda genetskog koda. U RNK se koriste isti nukleotidi, osim timina, koji je zamijenjen sličnim nukleotidom - uracil, koji je označen slovom U (U u literaturi na ruskom jeziku). U molekulima DNK i RNK nukleotidi se nižu u lance i tako se dobijaju sekvence genetskih slova.

Genetski kod

U prirodi se koristi 20 različitih aminokiselina za izgradnju proteina. Svaki protein je lanac ili nekoliko lanaca aminokiselina u strogo definiranom nizu. Ova sekvenca određuje strukturu proteina, a samim tim i sve njegove biološka svojstva. Skup aminokiselina je također univerzalan za gotovo sve žive organizme.

Implementacija genetskih informacija u živim stanicama (odnosno, sinteza proteina kodiranog genom) provodi se pomoću dva matrična procesa: transkripcije (odnosno, sinteze mRNA na DNK šablonu) i translacije genetskog koda. u sekvencu aminokiselina (sinteza polipeptidnog lanca na mRNA). Tri uzastopna nukleotida su dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina, kao i stop signal, koji označava kraj proteinske sekvence. Skup od tri nukleotida naziva se triplet. Prihvaćene skraćenice koje odgovaraju aminokiselinama i kodonima prikazane su na slici.

Svojstva

Trojstvo- značajna jedinica koda je kombinacija tri nukleotida (triplet, ili kodon).
Kontinuitet- između trojki nema znakova interpunkcije, odnosno informacije se čitaju neprekidno.
nepreklapanje- isti nukleotid ne može biti dio dva ili više tripleta u isto vrijeme (nije uočeno za neke preklapajuće gene virusa, mitohondrija i bakterija koji kodiraju nekoliko proteina pomaka okvira).
Nedvosmislenost (specifičnost)- određeni kodon odgovara samo jednoj aminokiselini (međutim, UGA kodon u Euplotes crassus kodovi za dvije aminokiseline - cistein i selenocistein)
degeneracija (višak) Nekoliko kodona može odgovarati istoj aminokiselini.
Svestranost- genetski kod djeluje na isti način u organizmima različitog nivoa složenosti - od virusa do ljudi (metode genetskog inženjeringa se temelje na tome; postoji niz izuzetaka, prikazanih u tabeli u "Varijacijama standardnog genetskog koda" " odjeljak ispod).
Otpornost na buku- mutacije nukleotidnih supstitucija koje ne dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se konzervativan; nukleotidne supstitucijske mutacije koje dovode do promjene u klasi kodirane aminokiseline nazivaju se radikalan.

Biosinteza proteina i njeni koraci

Biosinteza proteina- složeni višestepeni proces sinteze polipeptidnog lanca iz aminokiselinskih ostataka, koji se odvija na ribosomima ćelija živih organizama uz učešće mRNA i tRNA molekula.

Biosinteza proteina može se podijeliti na faze transkripcije, procesiranja i translacije. Tokom transkripcije, genetske informacije šifrirane u molekulima DNK se čitaju i ta informacija se upisuje u mRNA molekule. Tokom niza uzastopnih faza procesiranja, neki fragmenti koji su nepotrebni u narednim fazama uklanjaju se iz mRNA, a nukleotidne sekvence se uređuju. Nakon što se kod transportuje od jezgre do ribozoma, dolazi do stvarne sinteze proteinskih molekula vezivanjem pojedinačnih aminokiselinskih ostataka na rastući polipeptidni lanac.

Između transkripcije i translacije, molekul mRNA prolazi kroz niz uzastopnih promjena koje osiguravaju sazrijevanje funkcionalnog šablona za sintezu polipeptidnog lanca. Kapica je pričvršćena na 5' kraj, a poli-A rep je pričvršćen na 3' kraj, što produžava životni vijek mRNA. Pojavom obrade u eukariotskoj ćeliji, postalo je moguće kombinirati egzone gena kako bi se dobio veći izbor proteina kodiranih jednom sekvencom nukleotida DNK - alternativno spajanje.

Translacija se sastoji u sintezi polipeptidnog lanca u skladu sa informacijama kodiranim u RNK glasniku. Aminokiselinska sekvenca je uređena pomoću transport RNK (tRNA), koje formiraju komplekse sa aminokiselinama - aminoacil-tRNA. Svaka aminokiselina ima svoju tRNA, koja ima odgovarajući antikodon koji se "poklapa" sa kodonom mRNA. Tokom translacije, ribosom se kreće duž mRNA, dok se polipeptidni lanac gradi. Energiju za sintezu proteina osigurava ATP.

Gotovi proteinski molekul se zatim odvaja od ribozoma i transportuje do Pravo mestoćelije. Neki proteini zahtijevaju dodatnu posttranslacijsku modifikaciju da bi postigli svoje aktivno stanje.