Розв’язування елементарних вправ та типових задач з молекулярної біології

ТЕМА: Розв’язування елементарних вправ та типових задач з молекулярної біології

МЕТА: Закріпити знання про нуклеїнові кислоти, їх роль у передачі спадкової інформації. Формувати практичні вміння і навички розв’язування вправ та типових задач з молекулярної біології.

 

Одним із найважливіших розділів біології є молекулярна біологія. Вона вивчає закономірності спадковості організмів на молекулярному рівні. Вивчення цих закономірностей дає можливість зрозуміти, яким чином реалізується взаємодія в системі «ген – фермент – ознака».

Результати досліджень з молекулярної генетики свідчать про те, що ген – це ділянка молекули ДНК або РНК, яка кодує і передає генетичну інформацію. Ген визначає лише первинну структуру білка. Від специфіки первинної структури залежить конформація білка (вторинна, третинна, четвертинна структури). Білки-ферменти, каталізуючи певні реакції, забезпечують вияв ознаки.

Згідно з тривимірною моделлю структури ДНК Уотсона – Кріка, молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, які утворюють спіраль відносно однієї і тієї ж осі. Полінуклеотидні ланцюги – це полімерні молекули, мономерами яких є нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається із трьох частин: нітрогеновмісної основи, моносахариди пентози і залишку ортофосфатної кислоти. Якщо до складу нуклеотиду входить рибоза, то це РНК, якщо дезоксирибоза – це ДНК. Нітрогеновмісні основи у НК бувають двох типів: пуринові – аденін (А) і гуанін (Г) та піримідинові – цитозин (Ц), тимін (Т), урацил (У). ДНК містить А, Т, Г, Ц, а РНК – А, Г, Ц, У. Напрям ланцюгів взаємно протилежний. У полінуклеотидному ланцюзі нуклеотиди сполучені між собою фосфодіестерними зв’язками: ортофосфат-йон – пентоза.

Важлива ознака ДНК – здатність до самовідтворення, в основі якого лежить комплементарність. Комплементарність – відповідність основ у протилежних ланцюгах ДНК. Наприклад, якщо в першому ланцюзі на певному місці стоїть нуклеотид А, то в другому, тобто протилежному, на тому ж місці нуклеотид Т, і навпаки. За такої умови між основами утворюються два водневі зв’язки. Аналогічно нуклеотид Г комплементарний нуклеотиду Ц, і між ними утворюється три водневі зв’язки.

Американський біохімік Е. Чаргафф (родом із Чернівців) у 1950 році встановив, що в молекулі ДНК кількість аденіну рівна кількості тиміну, а кількість гуаніну – кількості цитозину. Ця відповідність отримала назву правило Чаргаффа:

А = Т і Г = Ц, тобто А + Г = Ц + Т, а (А+Т) + (Г+Ц) =100%.

Розрізняють три типи РНК: інформаційна або матрична, рибосомальна і транспортна.

і-РНК – копія (транскрипт) відповідної ділянки ДНК. Вона служить матрицею для синтезу білкової молекули. Кожні три послідовні основи нуклеотидів і-РНК називають кодоном (триплетом). Він кодує одну амінокислоту. Кодон і-РНК комплементарний кодогену (кодону) ДНК.

т-РНК транспортує «свою» АМК до зростаючого ланцюга поліпептиду і розпізнає відповідний кодон в і-РНК. Оскільки для кожної АМК існує відповідна т-РНК, то розпізнавання кодонів і-РНК відбувається за допомогою антикодонів т-РНК.

Антикодон – це три послідовних основи на антикодоновій петлі т-РНК, які комплементарні основам кодона і-РНК. Наприклад,

і-РНК: – У – А – Ц – Г -

т-РНК: – А – У – Г – Ц -

р-РНК утворюють каркас, до якого приєднуються молекули білків рибосом. Вона специфічно повязується з комплементарними ділянками і-РНК та т-РНК і бере участь в процесі зчитування інформації.

Послідовність розміщення нуклеотидів у ДНК та РНК визначає послідовність включення АМК у поліпептидний ланцюг. Ця відповідність лінійної будови обох хімічних систем (ДНК та і-РНК) називається генетичним кодом.

Генетичний код має такі характеристики:

а) триплетність – одну АМК кодують три нуклеотиди, розміщені поруч;

б) виродженість – кожну АМК крім триптофану та метіоніну кодує більше, ніж один триплет;

в) коленіарність – послідовність триплетів нуклеотидів точно відповідає послідовності залишків АМК у поліпептиді;

г) неперехресність – два розміщені поруч триплети кодують дві АМК;

д) універсальність – код єдиний для всіх клітинних і неклітинних форм життя.

Триплет АУГ в і-РНК є стартовим кодоном, а триплети УАГ, УАА та УГА – кодонами-термінаторами, які означають кінець синтезу поліпептидного ланцюга.

Догма молекулярної біології стверджує, що існує прямий та зворотній зв'язок:

ДНК ↔ і-РНК ↔ білок

Загалом схема послідовної передачі інформації з ДНК на білок наступна (наприклад) :

ДНК, І ланцюг (некодуючий) : – ТТТ – ТГЦ – ТАЦ – ЦЦЦ – АЦЦ -

| | | | | | | | | | | | | | |

ДНК, ІІ ланцюг (кодуючий) : – ААА – АГЦ – АТГ – ГГГ – ТГЦ -

і-РНК: – УУУ – УЦГ – УАЦ – ЦЦЦ – АЦЦ -

Білок: – фен – сер – тир – прол – трип -

Щоб визначити АМК, кодовану тим чи іншим триплетом і-РНК, слід скористатися таблицею «Генетичний код». Перша основа триплета обирається в першому стовпчику, друга – в горизонтальному ряду, третя – в останньому стовпчику. На перетині ліній знаходимо шукану АМК.

 Якщо кислота кодується більше, ніж одним триплетом, то код вироджений. Це потрібно для «підстраховки» генетичної інформації: якщо не буде зчитано один триплет, можливо, зчитається інший з тих, що