Глава 23 Динамичното състояние на телесните протеини Значението на аминокиселините за организма се състои преди всичко във факта, че те се използват за синтеза на протеини, чийто метаболизъм заема специално място в процесите на метаболизма между тялото и

усвояване на аминокиселини. Възниква чрез активен транспорт с участието на превозвачи. Максималната концентрация на аминокиселини в кръвта се достига 30-50 минути след приема на протеинова храна. Прехвърлянето през границата на храстите се извършва от различни транспортьори, много

Наследствени нарушения на транспорта на аминокиселини Болестта на Hartnup е нарушение на абсорбцията на триптофан в червата и неговата реабсорбция в бъбречните тубули. Тъй като триптофанът служи като изходен продукт за синтеза на витамин РР, основните прояви на болестта на Hartnup са

Пътища на метаболизма на аминокиселините в тъканите Аминокиселините са бифункционални съединения, съдържащи аминни и карбоксилни групи. Реакциите за тези групи са общи за различни аминокиселини. Те включват: 1. върху аминогрупата - реакции на дезаминиране и

Трансаминиране на аминокиселини Трансаминирането е прехвърлянето на a-амино група от аминокиселина към a-кетокиселина, което води до образуването на нова кетокиселина и нова аминокиселина. Реакциите се катализират от аминотрансферазни ензими. Това са сложни ензими, коензим

Дезаминиране на аминокиселини Дезаминирането на аминокиселини е реакция на отцепване на a-аминогрупа от аминокиселина с освобождаване на амоняк. Има два вида реакции на дезаминиране: директни и индиректни.Директното дезаминиране е директно елиминиране на аминогрупата от

Индиректно дезаминиране на аминокиселини Повечето аминокиселини не могат да бъдат дезаминирани в една стъпка като глутамат. Аминогрупите на такива аминокиселини се прехвърлят към β-кетоглутарат, за да се образува глутаминова киселина, която след това се подлага на директен

Декарбоксилиране на аминокиселини Някои аминокиселини и техните производни могат да претърпят декарбоксилиране. Реакциите на декарбоксилиране са необратими и се катализират от декарбоксилазни ензими, които изискват пиридоксал фосфат като коензим.

Глава 25. Метаболизъм на отделни аминокиселини Метаболизъм на метионин Метионинът е незаменима аминокиселина. Метиловата група на метионина е подвижен едновъглероден фрагмент, използван за синтеза на редица съединения. Прехвърляне на метиловата група на метионина към съответната

Ако е необходимо да се синтезират протеини, пред клетката възниква един сериозен проблем - информацията в ДНК се съхранява под формата на последователност, кодирана 4 знака(нуклеотиди) и протеините са изградени от 20 различни героя(аминокиселини). Ако се опитате да използвате всичките четири символа наведнъж, за да кодирате аминокиселини, ще получите само 16 комбинации, докато протеиногенните аминокиселини са 20. Не е достатъчно ...

Има пример за гениално мислене в това отношение:

"Вземете например тесте карти за игра, в което обръщаме внимание само на цвета на картата. Колко триплета от един и същи вид могат да се получат? Четири разбира се: тройка купа, тройка каро, тройка пика и тройка купа. Колко тройки с две карти от една боя и една от другата? Да кажем, че имаме четири възможности за избор за третата карта. Така че имаме 4x3 = 12 възможности. Освен това имаме четири тройки с трите различни карти. И така, 4 + 12 + 4 = 20 и това е точният брой аминокиселини, които искахме да получим "(Джордж Гамов, английски Джордж Гамов, 1904-1968, съветски и американски теоретичен физик, астрофизик и популяризатор на науката).

Наистина, експериментите показват, че за всяка аминокиселина има два задължителни нуклеотида и трета променлива, по-малко специфична (" люлеещ ефект"). Ако вземете три знака от четири, получавате 64 комбинации, което значително припокрива броя на аминокиселините. По този начин беше установено, че всяка аминокиселина е кодирана от три нуклеотида. Това трио се нарича кодон. Те, както вече споменахме, има 64 опции. Три от тях не кодират никаква аминокиселина, това са т.нар. безсмислени кодони"(Френски. безсмислици- глупости) или "стоп кодони".

Генетичен код

Генетичният (биологичен) код е начин за кодиране на информация за структурата на протеините под формата на нуклеотидна последователност. Той е предназначен да превежда четирицифрения език на нуклеотидите (A, G, U, C) в двадесетцифрен език на аминокиселините. Има характерни черти:

• ТройностТри нуклеотида образуват кодон, който кодира аминокиселина. Има общо 61 сетивни кодона.
• Специфичност(или уникалност) - всеки кодон отговаря само на една аминокиселина.
• изражданеЕдна аминокиселина може да има множество кодони.
• Универсалност- биологичният код е еднакъв за всички видове организми на Земята (има обаче изключения в митохондриите на бозайниците).
• Колинеарност- последователността на кодоните съответства на последователността на аминокиселините в кодирания протеин.
• не препокриващи се- тройки не се припокриват, разположени един до друг.
• Липсваща пунктуация– няма допълнителни нуклеотиди или други сигнали между триплетите.
• Еднопосочен- по време на протеиновия синтез, четенето на кодона протича последователно, без пропуски или обратно проследяване.

Ясно е обаче, че биологичният код не може да се прояви без допълнителни молекули, които изпълняват преходна функция или функция на адаптера.

Адаптерната роля на трансферните РНК

Трансферните РНК са единственият медиатор между 4-буквена последователност на нуклеинова киселина и 20-буквена протеинова последователност.

Всяка трансферна РНК има специфична триплетна последователност в антикодоновата верига ( антикодон) и може да прикрепи само аминокиселина, която съответства на този антикодон. Именно наличието на един или друг антикодон в тРНК определя коя аминокиселина ще бъде включена в протеиновата молекула, т.к. нито рибозомата, нито иРНК разпознават аминокиселината.

По този начин, адапторна роля на тРНКе:

1. при специфично свързване с аминокиселини,
2. по-специално, според взаимодействието кодон-антикодон, свързване с иРНК,
3. и в резултат на това във включването на аминокиселини в протеиновата верига в съответствие с информацията за иРНК.

Прикрепването на аминокиселина към тРНК се осъществява от ензим аминоацил-тРНК синтетаза, който има специфичност за две съединения едновременно: всяка аминокиселина и съответната й тРНК. Реакцията изисква две макроергични връзки на АТФ. Аминокиселината се прикрепя към 3' края на акцепторната верига на тРНК чрез нейната а-карбоксилна група и връзката между аминокиселината и тРНК става макроергичен. α-аминогрупата остава свободна.

Генетичният код, който също се нарича аминокиселинен код, е система за запис на информация за последователността на аминокиселините в протеин, използвайки последователността от нуклеотидни остатъци в ДНК, които съдържат една от 4-те азотни бази: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Въпреки това, тъй като двойноверижната спирала на ДНК не участва пряко в синтеза на протеина, който е кодиран от една от тези вериги (т.е. РНК), кодът е написан на езика на РНК, в който урацил (U) е включен вместо тимин. По същата причина е обичайно да се казва, че кодът е последователност от нуклеотиди, а не базови двойки.

Генетичният код се представя от определени кодови думи - кодони.

Първата кодова дума е дешифрирана от Nirenberg и Mattei през 1961 г. Те получават екстракт от E. coli, съдържащ рибозоми и други фактори, необходими за синтеза на протеини. Резултатът беше безклетъчна система за протеинов синтез, която можеше да сглоби протеин от аминокиселини, ако необходимата иРНК беше добавена към средата. Чрез добавяне на синтетична РНК, състояща се само от урацили, към средата, те откриха, че се образува протеин, състоящ се само от фенилаланин (полифенилаланин). Така беше установено, че триплетът от UUU нуклеотиди (кодон) съответства на фенилаланин. През следващите 5-6 години бяха определени всички кодони на генетичния код.

Генетичният код е вид речник, който превежда текст, написан с четири нуклеотида, в протеинов текст, написан с 20 аминокиселини. Останалите аминокиселини в протеина са модификации на една от 20-те аминокиселини.

Свойства на генетичния код

Генетичният код има следните свойства.

1. ТройностВсяка аминокиселина съответства на тройка нуклеотиди. Лесно е да се изчисли, че има 4 3 = 64 кодона. От тях 61 са семантични и 3 са безсмислени (терминиращи, стоп кодони).
2. Приемственост(няма разделителни знаци между нуклеотидите) - липсата на интрагенни препинателни знаци;

   В рамките на един ген всеки нуклеотид е част от значим кодон. През 1961г Сиймор Бензер и Франсис Крик експериментално доказаха триплетния код и неговата непрекъснатост (компактност) [покажи]

   

   Същността на експеримента: "+" мутация - вмъкване на един нуклеотид. "-" мутация - загуба на един нуклеотид.

   Единична мутация ("+" или "-") в началото на гена или двойна мутация ("+" или "-") разваля целия ген.

   Тройна мутация ("+" или "-") в началото на гена разваля само част от гена.

   Четворна мутация "+" или "-" отново разваля целия ген.

   Експериментът беше проведен върху два съседни фагови гена и показа, че

   1. кодът е триплет и няма препинателни знаци вътре в гена
   2. между гените има препинателни знаци
3. Наличие на междугенни препинателни знаци- наличието сред триплетите на иницииращи кодони (те започват биосинтеза на протеини), кодони - терминатори (показват края на биосинтезата на протеини);

   Условно кодонът AUG също принадлежи към препинателните знаци - първият след водещата последователност. Изпълнява функцията на главна буква. В тази позиция той кодира формилметионин (в прокариотите).

   В края на всеки ген, кодиращ полипептид, има поне един от 3 терминиращи кодона или стоп сигнали: UAA, UAG, UGA. Прекратяват предаването.

4. Колинеарност- съответствие на линейната последователност на иРНК кодони и аминокиселини в протеина.
5. Специфичност- всяка аминокиселина отговаря само на определени кодони, които не могат да се използват за друга аминокиселина.
6. Еднопосочен- кодоните се четат в една посока - от първия нуклеотид към следващия
7. Дегенерация или излишък, - една аминокиселина може да бъде кодирана от няколко триплета (аминокиселини - 20, възможни триплети - 64, 61 от тях са семантични, т.е. средно всяка аминокиселина съответства на около 3 кодона); изключение правят метионин (Met) и триптофан (Trp).

   Причината за израждането на кода е, че основното семантично натоварване се носи от първите два нуклеотида в триплета, а третият не е толкова важен. Оттук правило за израждане на кода : ако два кодона имат два идентични първи нуклеотида и техните трети нуклеотиди принадлежат към един и същи клас (пуринов или пиримидинов), тогава те кодират една и съща аминокиселина.

   Има обаче две изключения от това идеално правило. Това са кодонът AUA, който трябва да съответства не на изолевцин, а на метионин, и кодонът UGA, който е терминаторът, докато трябва да съответства на триптофан. Израждането на кода очевидно има адаптивна стойност.

8. Универсалност- всички свойства на генетичния код, изброени по-горе, са характерни за всички живи организми.

   кодон	Универсален код	Митохондриални кодове
   		Гръбначни	Безгръбначни	мая	растения
   UGA	СПРИ СЕ	trp	trp	trp	СПРИ СЕ
   БЗНС	ile	Мет	Мет	Мет	ile
   CUA	лев	лев	лев	Thr	лев
   AGA	Арг	СПРИ СЕ	сер	Арг	Арг
   AGG	Арг	СПРИ СЕ	сер	Арг	Арг

   Напоследък принципът на универсалността на кода беше разклатен във връзка с откритието от Берел през 1979 г. на идеалния код на човешките митохондрии, в който е изпълнено правилото за дегенерация на кода. В митохондриалния код кодонът UGA съответства на триптофан и AUA на метионин, както се изисква от правилото за дегенерация на кода.

   Може би в началото на еволюцията всички най-прости организми са имали същия код като митохондриите, а след това са претърпели леки отклонения.

9. не препокриващи се- всеки от триплетите на генетичния текст е независим един от друг, един нуклеотид е част само от един триплет; На фиг. показва разликата между припокриващ се и неприпокриващ се код.

   През 1976г φX174 фагова ДНК беше секвенирана. Има едноверижна кръгова ДНК от 5375 нуклеотида. Известно е, че фагът кодира 9 протеина. За 6 от тях са идентифицирани гени, разположени един след друг.

   Оказа се, че има припокриване. Генът E е изцяло в рамките на гена D. Неговият начален кодон се появява в резултат на едно нуклеотидно изместване в разчитането. Генът J започва там, където свършва генът D. Стартовият кодон на гена J се припокрива със стоп кодона на гена D чрез изместване от два нуклеотида. Дизайнът се нарича "изместване на рамката за четене" с брой нуклеотиди, който не е кратен на три. Към днешна дата припокриването е показано само за няколко фаги.

10. Устойчивост на шум- отношението на броя на консервативните замествания към броя на радикалните замествания.

    Мутации на нуклеотидни замествания, които не водят до промяна в класа на кодираната аминокиселина, се наричат ​​консервативни. Мутации на нуклеотидни замествания, които водят до промяна в класа на кодираната аминокиселина, се наричат ​​радикални.

    Тъй като една и съща аминокиселина може да бъде кодирана от различни триплети, някои замествания в триплетите не водят до промяна в кодираната аминокиселина (например UUU -> UUC оставя фенилаланин). Някои замествания променят една аминокиселина с друга от същия клас (неполярни, полярни, основни, киселинни), други замествания също променят класа на аминокиселината.

    Във всеки триплет могат да се направят 9 единични замествания, т.е. можете да изберете коя от позициите да промените - по три начина (1-ва или 2-ра или 3-та), като избраната буква (нуклеотид) може да бъде сменена на 4-1 = 3 други букви (нуклеотиди). Общият брой възможни нуклеотидни замествания е 61 на 9 = 549.

    Чрез директно преброяване на таблицата на генетичния код може да се провери, че от тези: 23 нуклеотидни замествания водят до появата на кодони - терминатори на транслацията. 134 замествания не променят кодираната аминокиселина. 230 замествания не променят класа на кодираната аминокиселина. 162 замествания водят до промяна в класа на аминокиселините, т.е. са радикални. От 183 замествания на 3-ти нуклеотид 7 водят до появата на терминатори на транслацията, а 176 са консервативни. От 183 замествания на 1-ви нуклеотид 9 водят до появата на терминатори, 114 са консервативни и 60 са радикални. От 183 замествания на 2-ри нуклеотид 7 водят до появата на терминатори, 74 са консервативни и 102 са радикални.

Това е начинът, по който информацията за последователността от двадесет аминокиселини се кодира с помощта на последователност от четири нуклеотида.

Генекодови свойства

1) Тройност
Една аминокиселина е кодирана от три нуклеотида. В ДНК те се наричат ​​триплет, в иРНК се наричат ​​кодони, в тРНК се наричат ​​антикодони. Общо има 64 триплета, 61 от тях кодират аминокиселини, а 3 са стоп сигнали - показват на рибозомата мястото, където трябва да спре протеиновият синтез.

2) Дегенерация (излишък)
Има 61 кодона, които кодират аминокиселини, но само 20 за аминокиселини, така че повечето аминокиселини са кодирани от повече от един кодон. Например аминокиселината аланин е кодирана от четири кодона - HCC, HCC, HCA, HCH. Изключение прави метионинът, той е кодиран от един AUG кодон - при еукариотите това е началният кодон по време на транслацията.

3) Уникалност
Всеки кодон кодира само една аминокиселина. Например GCC кодонът кодира само една аминокиселина, аланин.

4) Приемственост
Няма разделители ("препинателни знаци") между отделните тройки. Поради това, когато един нуклеотид бъде изпуснат или вмъкнат, се получава „изместване на рамката за четене“: започвайки от мястото на мутацията, четенето на триплетния код се нарушава и се синтезира напълно различен протеин.

5) Универсалност
Генетичният код е еднакъв за всички живи организми на Земята.

Във всяка клетка и организъм всички характеристики на анатомичното, морфологичното и функционалното естество се определят от структурата на протеините, които са включени в тях. Наследственото свойство на организма е способността да синтезира определени протеини. Аминокиселините са разположени в полипептидна верига, от която зависят биологичните характеристики.
Всяка клетка има своя собствена последователност от нуклеотиди в полинуклеотидната верига на ДНК. Това е генетичният код на ДНК. Чрез него се записва информация за синтеза на определени протеини. За това какво е генетичният код, за неговите свойства и генетична информация е описано в тази статия.

Малко история

Идеята, че може би съществува генетичен код, е формулирана от J. Gamow и A. Down в средата на ХХ век. Те описват, че нуклеотидната последователност, отговорна за синтеза на определена аминокиселина, съдържа най-малко три връзки. По-късно доказват точния брой от три нуклеотида (това е единица от генетичния код), който се нарича триплет или кодон. Има общо шестдесет и четири нуклеотида, тъй като киселинната молекула, където се намира РНК, се състои от остатъци от четири различни нуклеотида.

Какво представлява генетичният код

Методът за кодиране на протеиновата последователност на аминокиселините, дължащ се на последователността на нуклеотидите, е характерен за всички живи клетки и организми. Това е генетичният код.
В ДНК има четири нуклеотида:

• аденин - А;
• гуанин - G;
• цитозин - С;
• тимин - Т.

Те се обозначават с главни букви на латински или (в рускоезичната литература) руски.
РНК също има четири нуклеотида, но един от тях е различен от ДНК:

• аденин - А;
• гуанин - G;
• цитозин - С;
• урацил - U.

Всички нуклеотиди се подреждат във вериги, като в ДНК се получава двойна спирала, а в РНК е единична.
Белтъчините се изграждат там, където те, разположени в определена последователност, определят нейните биологични свойства.

Свойства на генетичния код

Тройност. Единицата на генетичния код се състои от три букви, тя е триплет. Това означава, че съществуващите двадесет аминокиселини са кодирани от три специфични нуклеотида, наречени кодони или трипети. Има шестдесет и четири комбинации, които могат да бъдат създадени от четири нуклеотида. Това количество е повече от достатъчно за кодиране на двадесет аминокиселини.
Дегенерация. Всяка аминокиселина съответства на повече от един кодон, с изключение на метионин и триптофан.
Еднозначност. Един кодон кодира една аминокиселина. Например, в гена на здрав човек с информация за бета целта на хемоглобина, триплетът от GAG и GAA кодира А при всеки, който има сърповидноклетъчна анемия, един нуклеотид е променен.
Колинеарност. Аминокиселинната последователност винаги съответства на нуклеотидната последователност, която генът съдържа.
Генетичният код е непрекъснат и компактен, което означава, че няма "препинателни знаци". Тоест, започвайки от определен кодон, има непрекъснато четене. Например AUGGUGTSUUAAAUGUG ще се чете като: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG. Но не AUG, UGG и т.н. или по друг начин.
Универсалност. Такава е за абсолютно всички земни организми, от хората до рибите, гъбите и бактериите.

Таблица

Не всички налични аминокиселини присъстват в представената таблица. Хидроксипролин, хидроксилизин, фосфосерин, йодопроизводни на тирозин, цистин и някои други отсъстват, тъй като те са производни на други аминокиселини, кодирани от иРНК и образувани след протеинова модификация в резултат на транслация.
От свойствата на генетичния код е известно, че един кодон може да кодира една аминокиселина. Изключение прави генетичният код, който изпълнява допълнителни функции и кодира валин и метионин. РНК, която е в началото с кодон, прикрепя t-РНК, която носи формил метион. След завършване на синтеза, той се отделя и взема формилния остатък със себе си, превръщайки се в метионинов остатък. По този начин горните кодони са инициаторите на синтеза на верига от полипептиди. Ако не са в началото, значи не са по-различни от другите.

генетична информация

Това понятие означава програма от свойства, която се предава от предците. Тя е заложена в наследствеността като генетичен код.
Реализиран по време на протеиновия синтез генетичен код:

• информация и РНК;
• рибозомна рРНК.

Информацията се предава чрез директна комуникация (ДНК-РНК-протеин) и обратна (среда-протеин-ДНК).
Организмите могат да го приемат, съхраняват, пренасят и използват най-ефективно.
Предавайки се по наследство, информацията определя развитието на организма. Но поради взаимодействието с околната среда реакцията на последната е изкривена, поради което се извършва еволюция и развитие. Така в тялото се полага нова информация.

Дешифриране на човешкия код

През 90-те години стартира проектът за човешкия геном, в резултат на който през 2000-те години бяха открити фрагменти от генома, съдържащи 99,99% от човешките гени. Фрагменти, които не участват в протеиновия синтез и не са кодирани, остават неизвестни. Ролята им все още е неизвестна.

Хромозома 1, открита за последно през 2006 г., е най-дългата в генома. Повече от триста и петдесет заболявания, включително рак, възникват в резултат на нарушения и мутации в него.

Ролята на подобни изследвания трудно може да бъде надценена. Когато откриха какъв е генетичният код, стана известно какви модели се развиват, как се формират морфологичната структура, психиката, предразположението към определени заболявания, метаболизма и пороците на индивидите.