Определение предмета молекулярная биология




НазваниеОпределение предмета молекулярная биология
страница2/11
Дата05.09.2012
Размер1.82 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Полипетид - понятие химическое. Белок - понятие биологическое.

Например, иммуноглобулин состоит из четырех полипептидных цепей, которые по отдельности не являются белками, белок - только их функциональный агрегат.


Функции белков

1. Структурная функция.

Белки входят в состав всех клеточных органелл: мембранных - плазмалемма, ядерная оболочка, эндоплазматическая или ретикулярная сеть (ЭР), комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы, вакуоль, митохондрии, пластиды - и немембранных - хромосомы, рибосомы, клеточный центр (центриоли), реснички и жгутики, микрофиламенты.

2. Каталитическая функция.

Все ферменты - белки. Эта функция в 1982 году перестала считаться уникальной. Выяснилось, что некоторые РНК тоже обладают каталитической активностью. Их называют РНКзимами.

3. Защитная функция (пока уникальна).

Антитела - это белки. Иммуноглобулины "склеивают" антигены и образуется преципитат

4. Регуляторная функция.

На клеточном уровне: белки - репрессоры и белки - активаторы транскрипции.
На организменном уровне: некоторые гормоны - белки.
Например, инсулин - гормон поджелудочной железы. Регулирует переход глюкозы через плазмалемму. При недостаточной секреции инсулина развивается тяжелое заболевание – сахарный диабет.
Соматотропин - гормон роста. Образуется в передней доле гипофиза.
Там же образуется и адренокортикотропный гормон (АКТГ). Он действует на кору надпочечников, регулируя синтез стероидных гормонов.

5. Трансформация энергии.

Белки сечатки глаза родопсин и ретинен трансформируют световую энергию в электрическую. Актино-миозиновые комплексы в мышцах преобразуют энергию химических связей в механическую.

6. Транспортная функция.

Гемоглобин осуществляет транспорт О2, СО2.
Трансферрин
- транспорт железа.
Системы
пермеаз - это мембранные белки, которые переносят полярные соединения через мембрану как по, так и против градиента концентрации.

7. Энергетическая функция.

11 из 20 аминокислот, входящих в состав белков, в организме человека "сгорают" с выделением энергии. Это - заменимые аминокислоты. Они могут быть синтезированы в клетке из продуктов расщепления углеводов и липидов

8. Питательная функция.

а) Поставка незаменимых аминокислот. У человека 9 из 20 аминокислот не могут быть синтезированы в организме. Они должны поступать извне.

Понятие "заменимые и незаменимые аминокислоты" - видоспецифическое и касается только животных и грибов.

б) Запасные белки для развития зародыша и вскармливания младенца. Например, казеин - белок молока, овальбумин - яичный белок, глиадин - белок зерен пшеницы.

9. Буферная функция.

Любой белок - амфотерный полиэлектролит. Белки способствуют поддержанию определенных значений рН в разных отсеках клетки, обеспечивая этим компартментализацию.


Определение: Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК.


Поскольку ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимает, то код записывается на языке РНК. В РНК вместо тимина входит урацил.


Свойства генетического кода

1. Триплетность

Каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов.

Определение: триплет или кодон - последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.




Код не может быть моноплетным, поскольку 4 (число разных нуклеотидов в ДНК) меньше 20. Код не может быть дуплетным, т.к. 16 (число сочетаний и перестановок из 4-х нуклеотидов по 2) меньше 20. Код может быть триплетным, т.к. 64 (число сочетаний и перестановок из 4-х по 3) больше 20.

2. Вырожденность.

Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом:

2 АК по 1 триплету = 2
9 АК по 2 триплета = 18
1 АК 3 триплета = 3
5 АК по 4 триплета = 20
3 АК по 6 триплетов = 18
Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот.

3. Наличие межгенных знаков препинания.

Определение: ген- это участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь или одну молекулу tРНК, rРНК или sРНК.

Гены tРНК, rРНК, sРНК белки не кодируют.

В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию.

Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. (См. лекцию 8) Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот).

4. Однозначность.

Каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту или является терминатором трансляции.

Исключение составляет кодон AUG. У прокариот в первой позиции (заглавная буква) он кодирует формилметионин, а в любой другой - метионин.

5. Компактность, или отсутствие внутригенных знаков препинания.

Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона.

В 1961г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода и его компактость.

Суть эксперимента: "+" мутация - вставка одного нуклеотида. "-" мутация - выпадение одного нуклеотида.
Одиночная
"+" или "-" мутация в начале гена портит весь ген.
Двойная
"+" или "-" мутация тоже портит весь ген.
Тройная
"+" или "-" мутация в начале гена портит лишь его часть.
Четверная
"+" или "-" мутация опять портит весь ген.

Эксперимент доказывает, что
код триплетен и внутри гена нет знаков препинания. Эксперимент был проведен на двух рядом расположенных фаговых генах и показал, кроме того,
наличие знаков препинания между генами.


6. Универсальность.

Генетический код един для всех живущих на Земле существ.

Это является сильнейшим свидетельством в пользу единства происхождения и эволюции.

В 1979г. Беррел открыл идеальный код митохондрий человека.

Определение: идеальным называется генетический код, в котором выполняется правило вырожденности квазидублетного кода:
Если
в двух триплетах совпадают первые два нуклеотида, а третьи нуклеотиды относятся к одному классу (оба - пурины или оба - пиримидины), то эти триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту.


Из этого правила в универсальном коде есть два исключения. Оба отклонения от идеального кода в универсальном касаются принципиальных моментов: начала и конца синтеза белка:

Кодон

Универсальный код

Митохондриальные коды

Позвоночные

Беспозвоночные

Дрожжи

Растения

UGA

STOP

Trp

Trp

Trp

STOP

AUA

Ile

Met

Met

Met

Ile

CUA

Leu

Leu

Leu

Thr

Leu

AGA

Arg

STOP

Ser

Arg

Arg

AGG

Arg

STOP

Ser

Arg

Arg

7. Помехоустойчивость.

Определение: Мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными. Мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.


В каждом триплете можно провести 9 однократных замен. Общее количество возможных замен нуклеотидов - 61 по 9 = 549. Из них:

23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов - терминаторов трансляции.


134 замены не меняют кодируемую аминокислоту.
230 замен не меняют класс кодируемой аминокислоты.
162 замены приводят к смене класса аминокислоты, т.е. являются радикальными.
Из 183 замен 3-его нуклеотида, 7 приводят к появлению терминаторов трансляции, а 176 - консервативны.
Из 183 замен 1-ого нуклеотида, 9 приводят к появлению терминаторов, 114 - консервативны и 60 - радикальны.
Из 183 замен 2-го нуклеотида, 7 приводят к появлению терминаторов, 74 - консервативны, 102 - радикальны.

Итак: 364/162=2.25 (отношение числа консервативных замен к числу радикальных замен) - показатель помехоустойчивости генетического кода.

8. Неперекрываемость.

В 1956г. Георгий Гамов предложил вариант перекрываемого кода. Согласно Гамовскому коду, каждый нуклеотид, начиная с третьего в гене, входит в состав 3-х кодонов. Когда генетический код был расшифрован, оказалось, что он неперекрываем, т.е. каждый нуклеотид входит в состав лишь одного кодона.

Достоинства перекрываемого генетического кода:
компактность,
меньшая зависимость структуры белка от вставки или делеции нуклеотида.

Недостаток:
большая зависимость структуры белка от замены нуклеотида и ограничение на соседей.

В 1976г. была секвенирована ДНК фага φХ174. У него одноцепочечная кольцевая ДНК, состоящая из 5375 нуклеотидов. Было известно, что фаг кодирует 9 белков. Для 6 из них были определены гены, располагающиеся друг за другом.

Выяснилось, что есть перекрывание. Ген Е полностью находится внутри гена D. Его инициирующий кодон появляется в результате сдвига считывания на один нуклеотид. Ген J начинается там, где кончается ген D. Инициирующий кодон гена J перекрывается с терминирующим кодоном гена D в результате сдвига на два нуклеотида. Конструкция называется "сдвиг рамки считывания" на число нуклеотидов, некратное трем. На сегодняшний день перекрывание показано только для нескольких фагов.

Информационная емкость ДНК

На Земле живет 6 миллиардов человек. Наследственная информация о них заключена в 6х109 сперматозоидах. По разным оценкам у человека от 30 до 50 тысяч генов. У всех людей ~ 30х1013 генов или 30х1016 пар нуклеотидов, которые составляют 1017 кодонов. Средняя книжная страница содержит 25х102 знаков. ДНК 6х109 сперматозоидов содержит информацию, равную по объему примерно 4х1013 книжных страниц. Эти страницы заняли бы объем 6-и зданий НГУ. 6х109 сперматозоидов занимают половину наперстка. Их ДНК занимает менее четверти наперстка.

Определение:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Определение предмета молекулярная биология iconМетодические указания к самостоятельной работе студентов По дисциплине: Молекулярная биология для специальностей 020201. 65 «Биология»
Методические указания предназначены для студентов биологического факультета очной формы обучения для изучения дисциплины «Молекулярная...
Определение предмета молекулярная биология iconП о биологии рассчитана на учащихся 10-11 классов
Биологические знания становятся с каждым годом более востребованными в нашем обществе. Открытия последних лет, совершенные в таких...
Определение предмета молекулярная биология iconПрограмма итогового государственного экзамена по специальности 010700/06 18 "Молекулярная биофизика"
Структурная организация биологических макромолекул. Курсы лекций: Биохимия. Молекулярная биология.(Воробьев), Молекулярная биофизика....
Определение предмета молекулярная биология iconКарманный формат для биологов в издательстве «Дрофа» вышел в свет очередной словарь терминов по биологическим наукам – «Биохимия и молекулярная биология»
Коничев А. С. Биохимия и молекулярная биология: словарь терминов / А. С. Коничев, Г. А. Севастьянова. – М.: Дрофа, 2008. – 359, [9...
Определение предмета молекулярная биология iconРабочая программа по курсу «биохимия и молекулярная биология»
Требования Государственного стандарта высшего обрвзования по специальности «Биология»
Определение предмета молекулярная биология iconПояснительная записка рабочая программа учебного предмета «Биология»
«Биология» для 9 -го класса. Рабочая программа составлена на основе примерной программы основного общего образования по биологии...
Определение предмета молекулярная биология iconРешение генетических задач
Ы «Генетика» и «Молекулярная биология» являются одними из самых сложных для понимания в школьном курсе общая биология. Облегчению...
Определение предмета молекулярная биология iconРешение генетических задач в старших классах
Ы: «Генетика» «Молекулярная биология» являются одними из самых сложных для понимания в школьном курсе общая биология. Облегчению...
Определение предмета молекулярная биология iconРешение генетических задач в старших классах
Ы: «Генетика» «Молекулярная биология» являются одними из самых сложных для понимания в школьном курсе общая биология. Облегчению...
Определение предмета молекулярная биология iconЛитература для подготовки к олимпиаде
Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж и др. Молекулярная биология клетки. Т. 1 М.: Мир, 1994
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница