Informații ereditare: stocare și transfer. Codul genetic. Lanțul ADN-ului

După descoperirea principiului organizării moleculare a unei astfel de substanțe ca ADN-ul în 1953, biologia moleculară a început să se dezvolte. În continuare în procesul de cercetare oamenii de știință

În fiecare zi, la nivel molecular, apar cele mai complexe procese. Cum se compune molecula ADN, din ce constă? Și ce rol joacă moleculele ADN în celulă? Vom detalia toate procesele care apar în interiorul lanțului dublu.

Ce este informația ereditară?

Deci, de unde a început totul? Eîn în 1868 au găsit acizi nucleici în nucleele bacteriilor. Și în 1928 N. Koltsov a susținut teoria că în ADN se criptează toate informațiile genetice despre un organism viu. Apoi, J. Watson și F. Crick au găsit un model pentru helixul ADN-ului acum celebru în 1953, pentru care meritau recunoașterea și premiul - Premiul Nobel.

Ce este ADN-ul în general? Această substanță constă din 2 unit fire, mai precis spirale. O secțiune a unui astfel de lanț cu specific informația se numește o genă.

ADN-ul stochează toate informațiile despre ce proteine ​​se vor forma și în ce ordine. Macromolecul ADN-ului este un purtător de materiale incredibil volum informație, care este înregistrată printr-o secvență strictă de cărămizi individuale - nucleotide. Un total de 4 nucleotide, ele completează chimic și geometrica reciproc. Acest principiu al complementării sau al complementarității în știință va fi descris mai târziu. Această regulă joacă un rol cheie în codificarea și decodificarea informațiilor genetice.

Deoarece componenta ADN este incredibil de lungă, nu există repetări în această secvență. Fiecare creatură vii are propriul său lanț unic de ADN.

Funcțiile ADN-ului

Pentru a funcționa deoxiribonucleic - stocarea informațiilor ereditare și - ei transferul la descendenți. Fără această funcție, genomul speciei nu ar fi putut fi păstrat și dezvoltat de mii de ani. Organismele care au fost supuse serios mutațiile de gene, mai des nu supraviețuiesc sau pierd capacitatea de a produce descendenți. Acesta este modul în care apare protecția naturală împotriva degenerării speciei.

mai mult o funcție esențială este implementarea informațiilor stocate. Celula nu poate crea nici o proteină vitală fără instrucțiunile stocate în lanțul dublu.

Compoziția acizilor nucleici

Acum știm cu certitudine care sunt nucleotidele în sine - cărămizi ADN. Acestea constau în 3 substanțe:

• Acid ortofosforic.
• Bază de azot. Bazele de pirimidină - care au doar un singur inel. Acestea includ timina și citozina. Baze purinice, în care sunt 2 inele. Aceasta este guanina și adenina.
• Zaharoza. În ADN - deoxiriboză, în ARN - riboză.

Numărul de nucleotide este întotdeauna egal cu numărul de baze azotate. În laboratoarele speciale, nucleotida este scindată și se extrage o bază azotată. Deci, studiați proprietățile individuale ale acestor nucleotide și posibile mutații în ele.

Nivelurile de organizare a informațiilor ereditare

Separați 3 nivele de organizare: gena, cromozomul și genomul. Toate informațiile necesare pentru sinteza unei noi proteine ​​sunt conținute într-o mică secțiune a lanțului de gene. Adică, gena este considerată a fi nivelul cel mai scăzut și cel mai simplu de codificare a informațiilor.

Genele, la rândul lor, sunt asamblate în cromozomi. Datorită unei astfel de organizări a purtătorului de material ereditar al grupului de caracteristici prin specific legile se alternează și sunt transferate de la o generație la alta. Trebuie remarcat faptul că genele din organism sunt incredibile, dar informațiile nu se pierd, chiar și atunci când sunt recombinate de multe ori.

Separați mai multe tipuri de gene:

• în scopuri funcționale, există două tipuri: secvențe structurale și de reglementare;
• asupra influenței asupra proceselor care au loc în celulă, disting: genele supernital, letală, letal condițional, precum și mutații genelor și antimutatori.

Genele de-a lungul cromozomului sunt aranjate într-o ordine liniară. În cromozomi, informațiile nu sunt focalizate la întâmplare, există o anumită ordine. Există chiar și o hartă în care sunt afișate pozițiile sau locurile de gene. De exemplu, se știe că numărul 18 al cromozomului codifică datele privind culoarea ochilor copil.

Și ce este un genom? Acesta este numele întregului set de secvențe de nucleotide din celula organismului. Genomul caracterizează întreaga specie, nu specia individuală.

Care este codul genetic al unei persoane?

Faptul este că întregul potențial enorm al dezvoltării umane a fost pus deja în perioada de concepție. Toate informațiile ereditare care sunt necesare pentru dezvoltarea zigotului și a creșterii copil deja după naștere, este codificată în gene. Loturile ADN sunt cei mai importanți operatori de informații ereditare.

O persoană are 46 de cromozomi sau 22 de perechi somatice plus un cromozom determinant de sex de la fiecare părinte. Acest set diploid de cromozomi codifică întregul aspect fizic al unei persoane, abilitățile sale mentale și fizice și predispoziția la boli. Cromozomii cromati sunt indistructibili spre exterior, dar au diferite informatii, deoarece unul dintre ele este de la tatal, celalalt este de la mama.

Codul masculin diferă de cel feminin de ultima pereche de cromozomi - HU. Setul diploid feminin este ultima pereche, XX. bărbați merge la un cromozom X de la mama biologică și apoi ea transmisă fiice. Genitalul cromozom U transmisă fii.

Cromozomii umani variază foarte mult în funcție de dimensiune. De exemplu, cea mai mică pereche de cromozomi este numărul 17. Și cea mai mare pereche este 1 și 3.

Diametrul helixului dublu la oameni este de numai 2 nm. ADN-ul este atât de strâns încât se potrivește într-un nucleu de celule mici, deși ei Lungimea va fi de 2 metri, dacă ei untwist. Lungimea spiralei este de sute de milioane de nucleotide.

Cum se transmite codul genetic?

Deci, ce rol joacă moleculele ADN în celulă în timpul divizării? Genele - purtători de informații ereditare - se află în interiorul fiecărei celule a corpului. Pentru a transmite codul dvs. unui organism copil, multe creaturi se împart lui ADN pe 2 spirale identice. Aceasta se numește replicare. În procesul de replicare ADN, "mașini" speciale sunt completate de fiecare lanț. După bifurcatele spirală genetică, nucleul și toate organele încep să se împartă și apoi întreaga celulă.

Dar la oameni, un alt proces de transfer al genelor este sexual. Semnele tatălui și ale mamei sunt amestecate, noul cod genetic conține informații de la ambii părinți.

Depozitarea și transferul informațiilor ereditare sunt posibile datorită organizării complicate a helixului ADN. La urma urmei, după cum am spus, structura proteinelor este criptată în gene. Odată creat în timpul concepției, acest cod de-a lungul vieții se va copia. Cariotipul (un set personal de cromozomi) nu se modifică în timpul reînnoirii celulelor organelor. Transferul de informații se efectuează cu ajutorul gameților de sex masculin și feminin.

Transmit informațiile lor posteritatii capabil nu numai virusurile care conțin un singur lant de ARN. Prin urmare, pentru a se reproduce, au nevoie de celule umane sau animale.

Realizarea informațiilor ereditare

Procesele importante sunt în mod constant în nucleul celulei. Toate informațiile înregistrate în cromozomi sunt folosite pentru a construi proteine ​​din aminoacizi. Dar lanțul ADN nu părăsește niciodată nucleul, deci aici este nevoie de ajutorul unui alt compus important = ARN. Doar ARN este capabil să penetreze membrana nucleului și să interacționeze cu lanțul ADN.

Prin interacțiunea dintre ADN și 3 tipuri de ARN, toate informațiile codificate sunt realizate. La ce nivel este implementarea informațiilor ereditare? Toate interacțiunile apar la nivelul nucleotidelor. ARN-ul de informații copiază porțiunea lanțului ADN și aduce această copie ribozomului. Aici începe sinteza nucleotidelor moleculei noi.

Pentru ca mRNA să copieze partea necesară a lanțului, spirala se desfășoară și, după terminarea procesului de conversie, se restabilește din nou. și acest proces poate să apară simultan pe 2 laturi ale cromozomului 1.

Principiul complementarității

Spiralele ADN constau din 4 nucleotide - adenină (A), guanină (G), citozină (C), timină (T). Ele sunt legate prin legături de hidrogen în conformitate cu regula complementarității. Lucrarea lui E. Chargaff a contribuit la stabilirea acestei reguli, de atunci om de știință a observat unele reguli în comportamentul acestor substanțe. E. Chargaff a descoperit că raportul molar dintre adenină și timină este unul. Și exact același raport dintre guanină și citozină este întotdeauna egal cu unul.

Pe baza muncii sale, genetica a format o regulă pentru interacțiunea nucleotidelor. Regula complementarității este că adenina se leagă numai la timină și guanină la citozină. Pe parcursul decodificării spiralei și a sintezei unei noi proteine ​​în ribozom, această regulă de intercalare ajută la găsirea rapidă a aminoacidului dorit atașat la ARN-ul de transport.

ARN și tipurile acestuia

Ce este informația ereditară? Această secvență nucleotide din dublul fir de ADN. Și ce este ARN-ul? În decât este ei locul de muncă? ARN, sau acid ribonucleic, ajută la extragerea informațiilor din ADN, decodare ei și pe baza principiului complementarității creează celulele necesare celulelor.

Alocați 3 tipuri de ARN. Fiecare dintre ele își îndeplinește strict funcția.

1. Informații (mRNA), sau mai multei numita matrice. Se duce chiar în centrul coliviei, în nucleu. Găsește într-unul din cromozomi materialul genetic necesar pentru construirea unei proteine ​​și copiază o parte a lanțului dublu. Copierea se bazează din nou pe principiul complementarității.
2. transport Este o moleculă mică care are decodoare-nucleotide pe o parte și aminoacizi pe cealaltă parte. Sarcina tARN este să o ducă la "magazin", adică la ribozom, unde sintetizează aminoacizii necesari.
3. ARNm este ribozomal. Controlează cantitatea de proteină produsă. Se compune din 2 părți - secțiune de aminoacizi și peptide.

Singura diferență în decodare este aceea că ARN nu are timină. În locul timinei, există uracil. Dar apoi, în procesul de sinteză a proteinelor, cu TRNK, acesta instalează în continuare toți aminoacizii corect. Dacă există defecțiuni la decodificarea informațiilor, apare o mutație.

Repararea unei molecule de ADN deteriorate

Procesul de recuperare deteriorat lanțul dublu se numește reparație. În procesul de reparare deteriorat genele sunt eliminate.

Apoi, secvența necesară de elemente este reprodusă exact și tăiată în același loc pe lanțul din care a fost extras. Toate acestea se datorează substanțelor chimice speciale - enzimelor.

De ce apar mutații?

De ce unele gene încep să se transforme și să înceteze să-și îndeplinească funcția - stocarea informațiilor ereditare vitale? Acest lucru se datorează unei erori în timpul decodificării. De exemplu, dacă adenina este accidentală înlocuit pe timină.

Există, de asemenea, mutații cromozomiale și genomice. Creează mutații cromozomiale dacă parcelele de informații ereditare scad, sunt dublate sau chiar transferate și integrate într-un alt cromozom.

Genomice mutații sunt cele mai multe serios. Motivul lor este schimbarea numărului de cromozomi. Adică, atunci când în loc de o pereche - un set diploid - există un set triploid în cariotip.

Cel mai cunoscut exemplu al unei mutații triploide este sindromul Down, în care un set personal de cromozomi 47. Acești copii formează 3 cromozomi în locul celei de-a 21-a perechi.

Există, de asemenea, o mutație, cum ar fi poliploidia. Dar poliploidia apare numai în plante.