"Биология. Общая биология (базовый уровень)", Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т.
Реализация наследственной информации — это путь от последовательности нуклеотидов гена к белку, который выполняет работу в клетке. Сначала по матрице ДНК синтезируется иРНК — этот этап называется транскрипцией. Затем рибосома считывает иРНК триплетами, а тРНК доставляют соответствующие аминокислоты; так происходит трансляция. Порядок нуклеотидов задаёт порядок аминокислот, поэтому изменения в гене могут менять строение и свойства белка.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Транскрипция — синтез молекулы РНК на матрице ДНК. У эукариот она происходит в ядре, у прокариот — в цитоплазме. Фермент считывает порядок нуклеотидов ДНК и по нему строит РНК, поэтому ген передаёт свою информацию молекуле-посреднику.
Трансляция — синтез белка на рибосоме по информации, записанной в иРНК, то есть информационной РНК. тРНК приносит аминокислоты, а соответствие кодонов иРНК аминокислотам определяет их порядок в белке. Благодаря этому запись из нуклеотидов превращается в цепь из аминокислот.
Генетический код — система соответствия между триплетами нуклеотидов и аминокислотами. Он триплетный: кодовое слово состоит из трёх нуклеотидов; однозначный: конкретный кодон задаёт одну аминокислоту или сигнал; вырожденный: одна аминокислота может кодироваться разными кодонами. Код почти универсален, то есть у большинства организмов значения кодонов совпадают.
Кодон — три последовательных нуклеотида иРНК, задающих аминокислоту или сигнал окончания трансляции. Старт-кодон обычно AUG: он задаёт начало считывания и аминокислоту метионин. Стоп-кодоны UAA, UAG и UGA обозначают завершение синтеза, а не аминокислоту.
Информация о белке хранится в последовательности нуклеотидов ДНК, но сама ДНК обычно не участвует в сборке белка на рибосоме. Поэтому клетка использует иРНК как переносимую копию участка гена. Такая передача позволяет сохранить ДНК и доставить инструкцию туда, где синтезируется белок.
Во время транскрипции фермент РНК-полимераза связывается с участком ДНК и считывает матричную цепь. К каждому её нуклеотиду присоединяется комплементарный нуклеотид РНК: напротив A в ДНК встаёт U, напротив T — A, напротив G — C, напротив C — G. В РНК используется урацил вместо тимина, поэтому молекула иРНК не является точной копией матричной цепи, хотя несёт ту же генетическую информацию.
После образования иРНК связывается с рибосомой, которая считывает её в направлении от начала к концу. Считывание начинается со старт-кодона, потому что именно он задаёт точку отсчёта и рамку группировки нуклеотидов по три. Рибосома продолжает читать триплет за триплетом, пока не встретит стоп-кодон и не получит сигнал закончить синтез.
Во время трансляции к каждому кодону иРНК подходит тРНК с комплементарным антикодоном. Антикодон — три нуклеотида тРНК, которые распознают соответствующий кодон; сама тРНК приносит аминокислоту, подходящую этому кодону. Рибосома соединяет принесённые аминокислоты пептидными связями, и так постепенно образуется полипептидная цепь.
Порядок кодонов определяет порядок аминокислот, а последовательность аминокислот влияет на сворачивание, строение и свойства белка. Если замена нуклеотида создаёт другой кодон для той же аминокислоты, белковая цепь может не измениться. Если же новый кодон задаёт другую аминокислоту или стоп-сигнал, структура белка может измениться, хотя последствия зависят от места и характера замены.
| Участник | Откуда берётся или где образуется | Функция |
|---|---|---|
| ДНК | Хранится в клетке; ген — её участок | Содержит наследственную информацию и служит матрицей при транскрипции |
| иРНК | Образуется при транскрипции на матрице ДНК | Переносит последовательность кодонов к рибосоме |
| тРНК | Синтезируется в клетке | Доставляет аминокислоту и распознаёт кодон антикодоном |
| рРНК и рибосома | рРНК входит в состав рибосомы, собираемой в клетке | Рибосома считывает иРНК и соединяет аминокислоты |
Таблица помогает проследить путь информации: от ДНК через иРНК к белку. При решении задачи сначала определите, с какой молекулой работаете, а затем — её функцию. Не путайте перенос инструкции иРНК с доставкой аминокислот тРНК.
Задача 1. Дана кодирующая цепь ДНК: 5′-ATG GAA TTT TAA-3′. Запишите последовательность иРНК.
Ответ: 5′-AUG GAA UUU UAA-3′.
Задача 2. Для иРНК 5′-AUG GAA UUU UAA-3′ определите последовательность аминокислот.
Ответ: метионин — глутаминовая кислота — фенилаланин.
Задача 3. В кодирующей цепи ДНК триплет GAA заменился на GAG. Определите, изменится ли аминокислотная последовательность белка.
Ответ: аминокислотная последовательность белка не изменится: GAA и GAG кодируют глутаминовую кислоту.
Путают матричную и кодирующую цепи ДНК: иРНК комплементарна матричной цепи, а не копирует её. Ошибка возникает из-за того, что обе цепи относятся к одному гену, но выполняют разные роли. Проверка: выясните, какая цепь дана; для матричной подберите комплементарные основания, а кодирующую перепишите с заменой T на U.
Записывают тимин в составе иРНК, перенося правило для ДНК на РНК. Это происходит, если забыть, что в РНК вместо тимина используется урацил. Проверка простая: в последовательности РНК не должно быть T; пары оснований при её синтезе — A—U и G—C.
Считывают последовательность не триплетами или начинают не со старт-кодона. Тогда смещается рамка считывания, и кодоны будут сгруппированы неверно. Проверяйте направление и начало последовательности, разделяйте её на тройки от AUG и прекращайте перевод на стоп-кодоне.
Считают, что всякая замена нуклеотида обязательно меняет белок или что одному кодону соответствуют разные аминокислоты. Эти ошибки возникают при смешении однозначности кода с его вырожденностью. Проверяйте новый кодон по генетическому коду: он задаёт одну аминокислоту, но разные кодоны могут задавать одну и ту же аминокислоту.
Для понимания реализации наследственной информации нужно знать строение ДНК и РНК, принцип комплементарности и роль генов. Эти знания помогают проследить, как последовательность оснований становится последовательностью кодонов, а затем аминокислотной цепью. Если вы уверенно находите комплементарные основания, проще различать транскрипцию и трансляцию.
Тема пригодится при изучении мутаций: замена, выпадение или добавление нуклеотидов может менять кодоны и влиять на белок. Это связано с наследственными заболеваниями, если изменение затрагивает важный ген. Понимание биосинтеза белка также необходимо для изучения биотехнологии, где клетки используют для получения нужных белков.
Чем иРНК отличается от матричной цепи ДНК?
При транскрипции иРНК собирается по матричной цепи ДНК и комплементарна ей. В иРНК вместо тимина содержится урацил, а последовательность её нуклеотидов почти совпадает с кодирующей цепью ДНК, если T заменить на U.
Почему в РНК вместо тимина находится урацил?
Урацил — азотистое основание, которое в РНК занимает место тимина. Поэтому при записи РНК используют пары A—U и G—C, а не A—T и G—C.
Что такое кодон и сколько нуклеотидов в него входит?
Кодон — это последовательность из трёх нуклеотидов иРНК. Он задаёт аминокислоту или сигнал начала либо окончания трансляции.
Как рибосома узнаёт, где остановить синтез белка?
Рибосома последовательно считывает кодоны иРНК и прекращает трансляцию, когда встречает стоп-кодон. Стоп-кодоны не задают аминокислоту, поэтому соответствующая тРНК к ним не присоединяется.
Может ли замена нуклеотида не изменить белок?
Да. Из-за вырожденности генетического кода разные кодоны могут задавать одну аминокислоту, поэтому замена иногда не меняет последовательность белка.
2.10. Реализация наследственной информации в клетке
