Как найти антикодоны т рнк

Скачать материал

Скачать материал

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице – нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
“генетическом языке”. Скоро вы все поймете – мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится – перерисуйте его себе 🙂

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) – АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать – УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись – АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК – удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio – удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) – в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А – У, Т – А, Г – Ц, Ц – Г (загляните в “генетический словарик”
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК – промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК – терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень – в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним – мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ – метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) – У (урацил), Г (гуанин) – Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно – образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка – полипептидной цепи из аминокислот – в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция – завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй – из верхнего горизонтального,
третий – из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота 🙂

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА – Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота – Ала, ААА – Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

“Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода”

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

“Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК”

Обратите свое пристальное внимание на слова “Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК “. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК – другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой – мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК – АЦГ соответствует антикодону тРНК – УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК – УГЦ в кодон иРНК – АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ – Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК – так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% – (20%+20%) = 60% – столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂

Матричные процессы — это синтез биополимеров на основе матрицы.

Приятного изучения справочника! Хочешь узнать, как прошло поступление в этом году? Мы подготовили подборку проходных баллов (тыкай и забирай в лс структурированный файл)

Репликация — удвоение молекул ДНК

Основой матрицы в данном случае является ДНК. В результате репликации, происходящей во время интерфазы (синтетический период), происходит удвоение количества молекул ДНК.

Как это происходит: ДНК-хеликаза (фермент) расшивает спираль ДНК на 2 отдельные цепи, в то время как ДНК-полимераза (фермент) достраивает новые цепи по принципу комплементарности и антипараллельности.

То есть напротив аденина всегда стоит тимин, напротив гуанина — цитозин. И наоборот. А принцип антипараллельности заключается в том, что при синтезе любой нуклеиновой цепи штрих-концы новой цепочки противоположны материнской (напротив 3′ — 5′, и наоборот).

В результате получаются 2 абсолютно одинаковые цепи ДНК и хромосомный набор клетки из 2n2c становится 2n4c. Происходит всё это дело в ядре.

Если говорить простым языком, репликация нужна для того, чтобы клетка снова могла поделиться: однохроматидная хромосома (слева) не сможет разорваться во время анафазы деления, потому что состоит лишь из одной хроматиды. После репликации образуются двухроматидные хромосомы, хроматиды которых смогут разойтись во время анафазы.

Транскрипция — синтез РНК

Матрицей для транскрипции также служит цепочка ДНК. Синтез происходит с помощью фермента РНК-полимеразы. Данный фермент присоединяется к участку гена (ген — это участок цепи ДНК), который необходимо транскрибировать, далее он раскручивает ДНК и присоединяет новые нуклеотиды. После образуется предшественник РНК (незрелая преРНК), которая дозревает в ядре. После дозревания РНК выходит из ядра.

Всего с ДНК можно синтезировать 3 вида РНК: информационную (матричную), рибосомальную и транспортную. Данные процессы происходят в ядре. О функциях каждой из РНК мы рассказали здесь.

Транскрипция происходит по принципу комплементарности и антипараллельности. Изначально ДНК состоит из двух цепей: одна из них транскрибируемая, другая — смысловая. Синтез РНК происходит по транскрибируемой цепи.

Давайте приведём пример: мы имеем ДНК, у которой часть транскрибируемой цепи состоит из таких нуклеотидов:
5′ АТТ-ГЦЦ-ААА-АГГ 3′. Нас просят синтезировать иРНК по этой цепи. По принципу комплементарности мы знаем, что напротив А всегда стоит Т (в ДНК) или У (в РНК), напротив Ц всегда стоит Г. По принципу антипараллельности мы обязаны поменять штрих-концы местами при синтезе новой нуклеиновой кислоты.

Давайте построим цепочку иРНК, комплементарную данной цепи ДНК.

ДНК: 5′-АТТ-ГЦЦ-ААА-АГГ-3′
иРНК: 3′-УАА-ЦГГ-УУУ-УЦЦ-5′

Цепь иРНК комплементарна и антипараллельна транскрибируемой ДНК.

Трансляция — синтез белка

Трансляция происходит в рибосомах. Матрицей для трансляции служит иРНК.

Очень важно: трансляция идёт с 5′ конца на 3′ конец, то есть рибосома читает иРНК с 5′ конца!!!

1) На малую субъединицу рибосомы приходит иРНК. Далее иРНК скользит по малой субъединице, пока та не обнаружит старт-кодон. Старт-кодон (обычно АУГ) — это 3 нуклеотида, с которого начинается (инициируется) процесс синтеза белка. Далее субъединицы рибосом спаиваются, и к этому кодону подходит антикодон тРНК с аминокислотой.

Кодон всегда комплементарен и антипараллелен антикодону. Что это значит? Это значит, что действует правило комплементарности — напротив аденина всегда стоит урацил, а напротив гуанина — цитозин. (А-У, Г-Ц). Поэтому для кодона 5′-ААА-3′ антикодоном будет 3′-УУУ-5′, для кодона 5′-ГГЦ-3′ антикодоном будет 3′-ЦЦГ-5′, для кодона
5′-ЦГА -3′ антикодоном будет 3′-ГЦУ-5′ и так далее…

2) Ко 2-му кодону иРНК подходит следующая тРНК с другой аминокислотой. Между аминокислотами образуется пептидная связь.

3) иРНК сдвигается на один кодон вперёд. Самая первая тРНК больше не помещается в рибосому и уходит, оставляя свою аминокислоту (она связана пептидной связью). К третьему кодону иРНК подходит тРНК с новой аминокислотой. Она связывается со 2 аминокислотой пептидной связью.

4) Такой цикл повторяется многократно до тех пор, пока в рибосому не зайдёт стоп-кодон иРНК. К нему не подходит ни одна тРНК — не подходит и аминокислота, поэтому синтезированный белок покидает рибосому.

Решение типовых задач на синтез белка

Определите: последовательность нук­лео­ти­дов на иРНК, ан­ти­ко­до­ны со­от­ветству­ю­щих тРНК и ами­но­кис­лот­ную по­сле­до­ва­тель­ность со­от­вет­ству­ю­ще­го фраг­мен­та мо­ле­ку­лы белка (используя таб­ли­цу ге­не­ти­че­ско­го кода), если фраг­мент транскрибируемой цепи ДНК имеет сле­ду­ю­щую по­сле­до­ва­тель­ность нуклеотидов:

5′ ГТГ-ТАТ-ГГА-АГТ 3′

Решение задачи:

1) Зная, что иРНК синтезируется на ДНК по принципу комплементарности и антипараллельности, построим цепь иРНК на имеющейся цепи ДНК.

5′-ГТГ-ТАТ-ГГА-АГТ-3′ — трДНК.
3′-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-5′ — кодоны иРНК.

2) Зная, что антикодоны тРНК комплементарны и антипараллельны кодонам иРНК, мы можем найти и их:

3′-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-5′ — кодоны иРНК.
5′-ГУГ-3′ ; 5′-УАУ-3′ ; 5′-ГГА-3′ ; 5′-АГУ-3′ — ан­ти­ко­до­ны тРНК (записываем через точку с запятой, так как антикодоны — не цепочка).

3) Теперь воспользуемся таблицей. Обратите внимание: белок синтезируется на основе иРНК, а не тРНК!

Первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда, второй – из верхнего горизонтального ряда и третий – из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, и находится искомая аминокислота.

3′-ЦАЦ-АУА-ЦЦУ-УЦА-5′ — кодоны иРНК. Ещё раз обращаю внимание, что рибосома считывает иРНК с 5′ конца. Поэтому читаем мы эту последовательность справа налево!!!

ТРЕ-СЕР-ИЛЕ-ГИС — аминокислотная последовательность. Задача решена: найдены иРНК, тРНК и аминокислоты.

Антикодоны тРНК по­сту­па­ют к ри­бо­со­мам в сле­ду­ю­щей последовательности нук­лео­ти­дов 3′-УЦГ-5′ , 3′-ЦГА-5′ , 3′- ААУ-5′ , 3′-ЦЦЦ-5′. Опре­де­ли­те последовательность нук­лео­ти­дов на иРНК, по­сле­до­ва­тель­ность нуклеотидов на ДНК, ко­ди­ру­ю­щих определенный белок и по­сле­до­ва­тель­ность аминокислот во фраг­мен­те молекулы син­те­зи­ру­е­мо­го белка, ис­поль­зуя таблицу ге­не­ти­че­ско­го кода:

Решение задачи:

1) Сейчас от нас требуются обратные действия: через антикодоны тРНК найти иРНК, а после по иРНК найти ДНК и белок. Всё по порядку, давайте сначала по принципу антипараллельности и комплементарности найдём кодоны иРНК.

3′-УЦГ-5′ , 3′-ЦГА-5′ , 3′-ААУ-5′ , 3′-ЦЦЦ-5′ — антикодоны тРНК
5′-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3′ — кодоны иРНК

2) Теперь, когда мы знаем кодоны иРНК, мы можем найти и ДНК по принципу комплементарности и антипараллельности.

5′-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3′ — кодоны иРНК.
3′-ТЦГ-ЦГА-ААТ-ЦЦЦ-5’— транскрибируемая цепь ДНК
5′-АГЦ-ГЦТ-ТТА-ГГГ-3′ — смысловая цепь ДНК.

3) Теперь по иРНК, пользуясь таблицей, ищем последовательность аминокислот.

5′-АГЦ-ГЦУ-УУА-ГГГ-3′ — кодоны иРНК. Читаем слева направо (от 5′ к 3′)

СЕР-АЛА-ЛЕЙ-ГЛИ — последовательность аминокислот. Задача решена.

— В чём смысл всего этого?

Существует такая штука — экспрессия генов. В ДНК закодирована информация: её нужно как-то прочитать. С помощью матричных процессов эта информация переносится, читается и «превращается» в белок. Синтез белков — вот конечная цель существования генетического кода. Экспрессия генов — это путь от ДНК к признаку. Пример: в ДНК закодирован чёрный цвет кожи. Во время экспрессии генов эта информация реализуется, и после синтеза белка и его преобразования человек получает меланин — пигмент чёрного цвета.

Хочешь узнать, как прошло поступление в этом году? Мы подготовили подборку проходных баллов медицинских вузов (тыкай и забирай полный файл ВКонтакте)

Получить тест по теме в ЛС →

Примерное время выполнения: 1 час.

Полноценный тест с автоматической проверкой. Мы используем сервис «РЕШУ ЕГЭ» как самый удобный в коммуникации между учителем и учеником. На сервисе возможна авторизация через ВК.