ADN y genes. Auto-reproducción de material hereditario. Replicación de ADN
Genética molecular – una sección de genética que estudia la herencia a nivel molecular.
Ácidos nucleicos. Replicación de ADN. Reacciones de síntesis matricial
Los ácidos nucleicos (ADN, ARN) fueron descubiertos en 1868 por el bioquímico suizo I.F. Micher Los ácidos nucleicos son biopolímeros lineales que consisten en monómeros - nucleótidos.
ADN - estructura y funciones
La estructura química del ADN fue descifrada en 1953 por el bioquímico estadounidense J. Watson y el físico inglés F. Crick.
La estructura general del ADN.Una molécula de ADN consta de 2 cadenas que se tuercen en espiral (Fig. 11), una alrededor de la otra y alrededor de un eje común. Las moléculas de ADN pueden contener de 200 a 2x10 8 pares de nucleótidos. A lo largo de la hélice de la molécula de ADN, los nucleótidos adyacentes se encuentran a una distancia de 0,34 nm entre sí. Una rotación completa de la hélice incluye 10 pares de nucleótidos. Su longitud es de 3,4 nm.
Arroz. 11 . Diagrama de estructura de ADN (doble hélice)
Molécula De ADN Polimérico.Una molécula de ADN - un biopolímero consiste en compuestos complejos - nucleótidos.
La estructura del ADN nucleotídico.Un nucleótido de ADN consta de 3 unidades: una de las bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina, timina); desoxirribosa (monosacárido); residuo de ácido fosfórico (Fig. 12).
Hay 2 grupos de bases nitrogenadas:
purina - adenina (A), guanina (G) que contiene dos anillos de benceno;
pirimidina - timina (T), citosina (C) que contiene un anillo de benceno.
La composición del ADN incluye los siguientes tipos de nucleótidos: adenina (A); guanina (G); citosina (C); timina (T).Los nombres de los nucleótidos corresponden a los nombres de las bases nitrogenadas incluidas en su composición: adenina nucleótida base nitrogenada adenina; nucleótido de guanina base nitrogenada guanina; nucleótido de citosina base nitrogenada de citosina; timina nucleótido base nitrosa timina.
La conexión de dos cadenas de ADN en una molécula
Los nucleótidos A, G, C y T de una cadena están conectados, respectivamente, con los nucleótidos T, C, G y A de otra cadena enlaces de hidrógeno. Se forman dos enlaces de hidrógeno entre A y T, y tres enlaces de hidrógeno entre A y T (A \u003d T, G≡C).
Los pares de bases (nucleótidos) A - T y G - C se denominan complementarios, es decir, mutuamente apropiados. Complementariedad - Esta es la correspondencia química y morfológica de los nucleótidos entre sí en cadenas de ADN emparejadas.
5 ’ 3 ’
1 2 3
3’ 5’
Higo. 12 Sección de doble hélice de ADN. La estructura del nucleótido (1 - el resto del ácido fosfórico; 2 - desoxirribosa; 3 - base nitrogenada). Nucleótidos compuestos usando enlaces de hidrógeno.
Cadenas en una molécula de ADN antiparalelo es decir, se dirigen en direcciones opuestas, de modo que el extremo 3 de una cadena está opuesto al extremo 5 de otra cadena. La información genética en el ADN se registra en la dirección del extremo 5 al extremo 3. Este hilo se llama ADN semántico,
porque los genes se encuentran aquí. El segundo hilo, 3 ’- 5’, sirve como punto de referencia para almacenar información genética.
E. Chargaff estableció la correlación entre el número de bases diferentes en el ADN en 1949. Chargaff reveló que la cantidad de adenina en el ADN de diferentes especies es igual a la cantidad de timina, y la cantidad de guanina es igual a la cantidad de citosina.
La regla de E. Chargaff:
en una molécula de ADN, el número de nucleótidos A (adenina) siempre es igual al número de nucleótidos T (timina) o la relación ∑ A a ∑ T \u003d 1. La suma de los nucleótidos G (guanina) es igual a la suma de los nucleótidos C (citosina) o la relación de ∑ G a ∑ Ts \u003d 1;
la suma de las bases de purina (A + G) es igual a la suma de las bases de pirimidina (T + C) o la relación de ∑ (A + G) a ∑ (T + C) \u003d 1;
Método de síntesis de ADN - replicación. La replicación es un proceso de auto duplicación de una molécula de ADN, que se lleva a cabo en el núcleo bajo el control de enzimas. Se produce la autoestima de la molécula de ADN basado en la complementariedad - correspondencia estricta de nucleótidos entre sí en cadenas de ADN emparejadas. Al comienzo del proceso de replicación, la molécula de ADN se desenrolla (despiraliza) en un área determinada (Fig. 13) y se liberan enlaces de hidrógeno. En cada una de las cadenas formadas después de la ruptura de los enlaces de hidrógeno, con la participación de la enzima. ADN polimerasa Se sintetiza una cadena de ADN hija. El material para la síntesis son los nucleótidos libres contenidos en el citoplasma de las células. Estos nucleótidos se alinean de forma complementaria a los nucleótidos de dos cadenas de ADN materno. Enzima ADN polimerasa une nucleótidos complementarios a la cadena de plantilla de ADN. Por ejemplo, a un nucleótido Y la cadena polimerasa de la matriz une el nucleótido T y, en consecuencia, al nucleótido G, nucleótido C (Fig. 14). La reticulación de nucleótidos complementarios ocurre usando una enzima ADN ligasas. Por lo tanto, a través de la auto duplicación, se sintetizan dos cadenas de ADN hijas.
Las dos moléculas de ADN resultantes de una molécula de ADN son modelo semiconservador, ya que consisten en la vieja madre y las nuevas cadenas hijas y son una copia exacta de la molécula madre (Fig. 14). El significado biológico de la replicación es transmitir con precisión la información hereditaria del padre a la molécula hija.
Arroz. 13 . Despiralización de la enzima del ADN
1
Arroz. 14 . Replicación: la formación de dos moléculas de ADN a partir de una molécula de ADN: 1 - una molécula de ADN hija; 2 - molécula de ADN materno (parental).
La enzima ADN polimerasa solo puede moverse a lo largo de la cadena de ADN en la dirección 3 '-\u003e 5'. Dado que las cadenas complementarias en la molécula de ADN se dirigen en direcciones opuestas, y la enzima ADN polimerasa puede moverse a lo largo de la cadena de ADN solo en la dirección 3 '-\u003e 5', la síntesis de nuevas cadenas es antiparalela ( antiparallelismo).
Ubicación del ADN. El ADN está contenido en el núcleo celular, en la matriz de mitocondrias y cloroplastos.
La cantidad de ADN en la célula es constante y es 6.6x10 -12 g.
Funciones de ADN:
Almacenamiento y transmisión en una serie de generaciones de información genética a moléculas y - ARN;
Estructural. El ADN es la base estructural de los cromosomas (el 40% del cromosoma consiste en ADN).
Especificidad de especies de ADN. La composición de nucleótidos del ADN sirve como criterio de especie.
Estructura y función del ARN.
Estructura general.
El ARN es un biopolímero lineal que consiste en una cadena de polinucleótidos. Distinguir entre estructuras primarias y secundarias de ARN. La estructura primaria del ARN es una molécula monocatenaria, y la estructura secundaria tiene forma de cruz y es característica del t-ARN.
Polimerización de moléculas de ARN. Una molécula de ARN puede incluir de 70 nucleótidos a 30,000 nucleótidos. Los nucleótidos que forman el ARN son los siguientes: adenilo (A), guanilo (G), citidilo (C), uracilo (U). En la composición de ARN, el nucleótido de timina se reemplaza por uracilo (Y).
La estructura del nucleótido ARN.
El nucleótido de ARN incluye 3 enlaces:
base de nitrógeno (adenina, guanina, citosina, uracilo);
monosacárido - ribosa (en la ribosa hay oxígeno en cada átomo de carbono);
residuo de ácido fosfórico
Método de síntesis de ARN - transcripción. La transcripción, como la replicación, es una reacción de síntesis matricial. La matriz es una molécula de ADN. La reacción procede según el principio de complementariedad en una de las cadenas de ADN (Fig. 15). El proceso de transcripción comienza con la desespiralización de la molécula de ADN en un área específica. En la cadena de ADN transcrita hay promotorel grupo de nucleótidos de ADN con el que comienza la síntesis de una molécula de ARN. Una enzima está unida al promotor ARN polimerasa. La enzima activa el proceso de transcripción. Los nucleótidos que provienen del citoplasma de la célula a la cadena de ADN transcrita se completan de acuerdo con el principio de complementariedad. La ARN polimerasa activa la alineación de nucleótidos en una sola cadena y la formación de una molécula de ARN.
Se distinguen cuatro etapas en el proceso de transcripción: 1) unión de la ARN polimerasa a un promotor; 2) el comienzo de la síntesis (iniciación); 3) alargamiento: el crecimiento de la cadena de ARN, es decir, hay una adición secuencial de nucleótidos entre sí; 4) terminación: finalización de la síntesis de i-RNA.
Arroz. 15 . Esquema de transcripción
1 - molécula de ADN (doble cadena); 2 - molécula de ARN; 3 - codones; 4– promotor.
En 1972, científicos estadounidenses: el virólogo H.M. Temin y el biólogo molecular D. Baltimore sobre virus en células tumorales descubrieron la transcripción inversa. Transcripción inversa - reescritura de información genética de ARN a ADN. El proceso continúa con la ayuda de una enzima. la transcriptasa inversa.
Tipos de ARN por función
El ARN informativo o mensajero (ARNm o ARNm) transfiere información genética de una molécula de ADN al sitio de síntesis de proteínas, al ribosoma. Se sintetiza en el núcleo con la participación de la enzima ARN polimerasa. Representa el 5% de todos los tipos de células de ARN. El i-RNA contiene de 300 nucleótidos a 30,000 nucleótidos (la cadena más larga entre los ARN).
El ARN de transporte (t-ARN) transporta los aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas, al ribosoma. Tiene la forma de una cruz (Fig. 16) y consta de 70 - 85 nucleótidos. Su cantidad en la célula es del 10-15% del ARN de la célula.
Higo. dieciséis. Esquema de la estructura de t-RNA: A - G - pares de nucleótidos conectados a través de enlaces de hidrógeno; D es el lugar de unión del aminoácido (sitio aceptor); E - anticodón.
3. El ARN ribosómico (ARN-r) se sintetiza en el nucleolo y forma parte de los ribosomas. Incluye aproximadamente 3.000 nucleótidos. Constituye el 85% del ARN de la célula. Este tipo de ARN está contenido en el núcleo, en los ribosomas, en el retículo endoplásmico, en los cromosomas, en la matriz mitocondrial y en los plástidos.
Los fundamentos de la citología. Resolviendo tareas típicas
Tarea 1
¿Cuántos nucleótidos de timina y adenina hay en el ADN si se encuentran 50 nucleótidos de citosina en él, que es el 10% de todos los nucleótidos?
Decisión. De acuerdo con la regla de complementariedad en una doble cadena de ADN, la citosina siempre es complementaria a la guanina. 50 nucleótidos de citosina constituyen el 10%, por lo tanto, de acuerdo con la regla de Chargaff, 50 nucleótidos de guanina también representan el 10% o (si ∑C \u003d 10%, entonces ∑Г \u003d 10%).
La suma del par de nucleótidos C + G es del 20%.
La suma del par de nucleótidos T + A \u003d 100% - 20% (C + G) \u003d 80%
Para saber cuántos nucleótidos de timina y adenina están contenidos en el ADN, debe hacer la siguiente proporción:
50 nucleótidos de citosina → 10%
X (T + A) → 80%
X \u003d 50x80: 10 \u003d 400 piezas
De acuerdo con la regla de Chargaff, ∑А \u003d ∑Т, por lo tanto, ∑А \u003d 200 y ∑Т \u003d 200.
Responder:la cantidad de timina, así como los nucleótidos de adenina en el ADN, es 200.
Tarea 2
Los nucleótidos de timina en el ADN constituyen el 18% del número total de nucleótidos. Determine el porcentaje de otros tipos de nucleótidos contenidos en el ADN.
Decisión. ∑Т \u003d 18%. De acuerdo con la regla de Chargaff, ∑Т \u003d ∑А, por lo tanto, los nucleótidos de adenina también representan el 18% (∑А \u003d 18%).
La suma del par de nucleótidos T + A es 36% (18% + 18% \u003d 36%). Un par de nucleótidos de Guy Ts representa: Г + Ц \u003d 100% –36% \u003d 64%. Como la guanina es siempre complementaria a la citosina, su contenido en ADN será igual,
es decir, ∑ Г \u003d ∑Ц \u003d 32%.
Responder: la guanina, como la citosina, es del 32%.
Tarea 3
20 nucleótidos de ADN de citosina constituyen el 10% del número total de nucleótidos. ¿Cuántos nucleótidos de adenina hay en una molécula de ADN?
Decisión. En la doble cadena de ADN, la cantidad de citosina es igual a la cantidad de guanina, por lo tanto, su suma es: C + G \u003d 40 nucleótidos. Encontramos el número total de nucleótidos:
20 nucleótidos de citosina → 10%
X (número total de nucleótidos) → 100%
X \u003d 20x100: 10 \u003d 200 piezas
A + T \u003d 200 - 40 \u003d 160 piezas
Como la adenina es complementaria a la timina, su contenido será igual,
es decir, 160 piezas: 2 \u003d 80 piezas, o ∑A \u003d ∑T \u003d 80.
Responder: La molécula de ADN contiene 80 nucleótidos de adenina.
Tarea 4
Agregue los nucleótidos de la cadena de ADN derecha si se conocen los nucleótidos de su cadena izquierda: AHA - TAT - THG - TTsT
Decisión. La construcción de la cadena derecha del ADN de acuerdo con la cadena izquierda dada se lleva a cabo de acuerdo con el principio de complementariedad: la correspondencia estricta de nucleótidos entre sí: adenonil - timina (A - T), guanina - citosina (G - C). Por lo tanto, los nucleótidos de la cadena de ADN correcta deben ser los siguientes: TCT - ATA - CAC - AHA.
Responder: nucleótidos de la cadena de ADN derecha: TTsT - ATA - CAC - AGA.
Tarea 5
Registre la transcripción si la cadena de ADN transcrita tiene el siguiente orden de nucleótidos: AHA - TAT - THT - TCT.
Decisión. La molécula de i-RNA se sintetiza de acuerdo con el principio de complementariedad en una de las cadenas de una molécula de ADN. Conocemos el orden de los nucleótidos en la cadena de ADN transcrita. Por lo tanto, es necesario construir una cadena complementaria de i-RNA. Debe recordarse que en lugar de timina, el uracilo ingresa a la molécula de ARN. Por lo tanto:
Cadena de ADN: AHA - TAT - TGT - TTsT
La cadena i-RNA: UTSU - AUA –ACA –AGA.
Responder: La secuencia de nucleótidos de i-RNA es la siguiente: UCA - AUA - ACA - AGA.
Tarea 6
Registre la transcripción inversa, es decir, construya un fragmento de molécula de ADN bicatenario a partir del fragmento de i-ARN propuesto si la cadena de i-ARN tiene la siguiente secuencia de nucleótidos:
GTG - ACA - UUU - UTG - TSGU - ASU - AHA
Decisión. La transcripción inversa es la síntesis de una molécula de ADN basada en el código genético de i-RNA. La molécula de ADN codificante de i-RNA tiene el siguiente orden de nucleótidos: GTG - ACA - UUU - UVG - TSU - AGU - AGA. Una cadena de ADN complementaria: CHC - TGT - AAA - AGC - HCA - TCA - TCT. La segunda cadena de ADN: GTC - ACA - TTT - TTG - TSGT - AGT - AGA.
Responder: como resultado de la transcripción inversa, se sintetizaron dos cadenas de la molécula de ADN: CHC - THT - AAA - AGC - HCA - TCA y GTCH - ACA - TTT - TCG - CHT - AGT - AGA.
Codigo genetico. Biosíntesis de proteínas.
Gene - Una sección de una molécula de ADN que contiene información genética sobre la estructura primaria de una proteína en particular.
Estructura del gen exón-intrón eucariota
promotor - un trozo de ADN (de hasta 100 nucleótidos de largo) al que está unida la enzima ARN polimerasanecesario para la transcripción;
2) área reguladora - una zona que afecta la actividad génica;
3) parte estructural del gen - información genética sobre la estructura primaria de la proteína.
Una secuencia de nucleótidos de ADN que transporta información genética sobre la estructura primaria de una proteína: exón. También son parte de i-RNA. Una secuencia de nucleótidos de ADN que no transporta información genética sobre la estructura primaria de la proteína. intrón. No son parte de i-RNA. Durante la transcripción con la ayuda de enzimas especiales, se cortan copias de intrones de i-RNA y se unen copias de exones para formar una molécula de i-RNA (Fig. 20). Este proceso se llama empalme.
Arroz. 20 . Esquema de empalme (formación de i-RNA maduro en eucariotas)
Codigo genetico -un sistema de secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN, o i-ARN, que corresponde a una secuencia de aminoácidos en una cadena de polipéptidos.
Propiedades del código genético:
Triplete(ACA - GTG - GTZ ...)
El código genético es trillizoya que cada uno de los 20 aminoácidos está codificado por una secuencia de tres nucleótidos ( trillizo, codón).
Hay 64 tipos de tripletes de nucleótidos (4 3 \u003d 64).
Singularidad (especificidad)
El código genético es único porque cada triplete individual de nucleótidos (codón) codifica solo un aminoácido, o un codón siempre corresponde a un aminoácido (tabla 3).
Multiplicidad (redundancia o degeneración)
El mismo aminoácido puede ser codificado por varios tripletes (de 2 a 6), ya que los aminoácidos formadores de proteínas son –20 y los tripletes –– 64.
Continuidad
Lea la información genética en una dirección, de izquierda a derecha. Si se cae un solo nucleótido, entonces al leerlo, el nucleótido más cercano del triplete vecino tomará su lugar, lo que conducirá a un cambio en la información genética.
Versatilidad
El código genético es característico de todos los organismos vivos, y los mismos tripletes codifican el mismo aminoácido en todos los organismos vivos.
Tiene tripletas de inicio y terminal. (triplete inicial - AGO, triples terminales UAA, UGA, UAG). Estos tipos de trillizos no codifican aminoácidos.
No superposición (discreción)
El código genético no se superpone, ya que el mismo nucleótido no puede incluirse simultáneamente en dos tripletes adyacentes. Los nucleótidos pueden pertenecer a un solo triplete, y si los reorganiza en otro triplete, la información genética cambiará.
Tabla 3 - Tabla de códigos genéticos
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Bases de codones |
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Nota: los nombres abreviados de aminoácidos se dan de acuerdo con la terminología internacional.
Biosíntesis de proteínas
Biosíntesis de proteínas tipo de intercambio de plástico sustancias en la célula, que ocurren en organismos vivos bajo la acción de enzimas. La biosíntesis de proteínas está precedida por una reacción de síntesis de matriz (replicación - síntesis de ADN; transcripción - síntesis de ARN; traducción - ensamblaje de moléculas de proteínas en los ribosomas). En el proceso de biosíntesis de proteínas, se distinguen 2 etapas:
transcripción
transmitir
Durante la transcripción, la información genética contenida en el ADN ubicado en los cromosomas del núcleo se transfiere a la molécula de ARN. Al finalizar el proceso de transcripción, el i-RNA ingresa al citoplasma celular a través de los poros de la membrana nuclear, se encuentra entre 2 subunidades ribosómicas y participa en la biosíntesis de proteínas.
La traducción es el proceso de traducir un código genético en una secuencia de aminoácidos.La traducción se lleva a cabo en el citoplasma de la célula en los ribosomas, que se encuentran en la superficie del EPS (retículo endoplásmico). Los ribosomas son gránulos esféricos con un diámetro de, en promedio, 20 nm, que consta de subunidades grandes y pequeñas. La molécula de i-RNA se encuentra entre las dos subunidades del ribosoma. El proceso de traducción involucra aminoácidos, ATP, i-ARN, t-ARN, la enzima amino-acil t-ARN sintetasa.
Codón - una sección de una molécula de ADN, o i-ARN, que consta de tres nucleótidos ubicados secuencialmente que codifican un aminoácido.
Anticodon- una porción de la molécula de t-RNA, que consta de tres nucleótidos consecutivos y complementarios al codón de la molécula de i-RNA. Los codones son complementarios a los anticodones correspondientes y están conectados con ellos a través de enlaces de hidrógeno (Fig. 21).
La síntesis de proteínas comienza con aUG codón de inicio. De él el ribosoma
se mueve a través de la molécula de i-RNA, triplete tras triplete. Los aminoácidos provienen del código genético. Su incorporación a la cadena polipeptídica en el ribosoma ocurre usando t-RNA. La estructura primaria de t-RNA (cadena) pasa a la estructura secundaria, que se asemeja a una forma cruzada, y al mismo tiempo, la complementariedad de nucleótidos se conserva en ella. En la parte inferior del t-ARN hay un sitio aceptor al que se une el aminoácido (Fig. 16). Activación de Aminoácidos por Enzima aminoacil t-ARN sintetasa. La esencia de este proceso es que esta enzima interactúa con el aminoácido y con el ATP. En este caso, se forma un complejo triple, representado por esta enzima, aminoácido y ATP. Un aminoácido está enriquecido con energía, activado, adquiere la capacidad de formar enlaces peptídicos con un aminoácido vecino. Sin el proceso de activación de un aminoácido, no se puede formar una cadena polipeptídica de aminoácidos.
La parte superior opuesta de la molécula de t-RNA contiene un triplete de nucleótidos. anticodónpor el cual el t-ARN se une a un codón complementario (Fig. 22).
La primera molécula de t-ARN, con un aminoácido activado unido a él, con su anticodón se une al codón de i-ARN, y aparece un aminoácido en el ribosoma. Luego, el segundo t-RNA se une con su anticodón al codón correspondiente de i-RNA. Al mismo tiempo, aparecen 2 aminoácidos en el ribosoma, entre los cuales se forma un enlace peptídico. El primer t-ARN abandona el ribosoma tan pronto como libera el aminoácido en la cadena de polipéptidos en el ribosoma. Luego, el tercer aminoácido se une al dipéptido, el tercer t-ARN lo trae, etc. La síntesis de proteínas se detiene en uno de los codones terminales: UAA, UAH, CAA (Fig. 23).
1 - codón de i-RNA; codones UCG -UTsG; CUA -TsUA; CGU -TsGU;
2– anticodon t-RNA; Anticodon GAT - GAT
Arroz. 21 . Fase de traducción: el codón de i-RNA es atraído hacia el anticodón de t-RNA por los correspondientes nucleótidos complementarios (bases)
Los enlaces de hidrógeno se forman entre el grupo amino de una base y el grupo carbonilo de otra, así como entre los átomos de amida e imina de nitrógeno. Por ejemplo, se forman dos enlaces de hidrógeno entre adenina y timina y estas bases heterocíclicas forman un par complementario. Esto significa que la base de timina de la otra cadena corresponderá a la base de adenina de una cadena. Otro par de bases complementarias son guanina y citosina, entre las cuales hay tres enlaces de hidrógeno.
Las áreas ocupadas por pares de bases complementarias son aproximadamente las mismas.
La complementariedad de los fundamentos se basa en las leyes formuladas por E. Chargaff (reglas de Chargaff):
1. - el número de bases de purina es igual al número de bases de pirimidina;
2. - la cantidad de adenina es igual a la cantidad de timina; la cantidad de guanina es igual a la cantidad de citosina;
3. - la suma de adenina y citosina es igual a la suma de guanina y timina
(A / T \u003d C / T \u003d 1)
El ADN bicatenario con cadenas de polinucleótidos complementarios ofrece la posibilidad de auto duplicarse (replicarse) de la molécula. Este complejo proceso puede representarse de la siguiente manera: antes de duplicarse, los enlaces de hidrógeno se rompen y las dos cadenas se desenrollan y divergen. Cada cadena sirve entonces como una matriz para formar una cadena complementaria en ella. Después de la replicación, se forman dos moléculas de ADN hijas, en cada una de las cuales se toma una hélice del ADN parental, y la otra (complementaria) se sintetiza nuevamente.
La doble hélice del ADN toma varias formas, dependiendo del grado de hidratación de la molécula. Las formas difieren según la ubicación del plano de los pares de bases en relación con el eje de la espiral, entre sí, de acuerdo con la variante de torsión de la espiral (derecha, izquierda) y otros signos.
Entre las cadenas hay dos "surcos": grandes y pequeños. En estos surcos, las proteínas pueden interactuar específicamente con ciertos átomos de ácido nucleico, reconocer secuencias de nucleótidos específicas sin alterar las interacciones complementarias de la doble hélice. Se estableció que debido a tales interacciones, las proteínas reguladoras pueden controlar la expresión génica.
Formas de la estructura secundaria de una molécula de ADN.
La estructura secundaria del ARN.
La molécula de ARN está construida a partir de una única cadena de polinucleótidos. El número de nucleótidos puede variar de 75 a varios miles, y el peso molecular variará de 25 mil a varios millones.
La cadena de polipéptidos de ARN no tiene una estructura estrictamente definida. Se puede plegar sobre sí mismo y formar dos secciones de cadena separadas con enlaces de hidrógeno entre las bases de purina y pirimidina. Los enlaces de hidrógeno en el ARN no están sujetos a reglas estrictas, como el ADNv.
Estudiado en detalle tRNA. La molécula de ARNt tiene una estructura secundaria, que es de cuatro secciones helicoidales, tres, cuatro bucles monocatenarios. Tal estructura se llama "hoja de trébol".
Principios para resolver problemas típicos en biología molecular.
Explicación de la solución al problema.Se sabe que dos cadenas en una molécula de ADN están conectadas por enlaces de hidrógeno entre nucleótidos complementarios (AT, G-C). El orden de los nucleótidos en una cadena de ADN conocida:
A C G T A G C T A G C G
T G C A T C G A T C G C: el orden de los nucleótidos en una cadena de ADN complementaria.
Respuesta: orden de nucleótidos en una cadena de ADN complementaria: TGTSATTSGATTSGTS
Tarea 2
Explicación de la solución del problema..
a) El polipéptido tiene la siguiente secuencia de aminoácidos: fen - tre - ala - ser - arg ... De acuerdo con la tabla de codones, encontramos uno de los tripletes que codifica los aminoácidos correspondientes. Fen - UUU, tre - ACS, ala - GTSU, ser - ASU, arg - AGA. Por lo tanto, la codificación de este polipéptido i-RNA tendrá la siguiente secuencia de nucleótidos:
UUUATSUGTSUAGUAGA ...
El orden de los nucleótidos en la cadena de codificación del ADN: AAATGATSATGATTsT ...
Cadena complementaria de ADN: TTTATSTGSTAGTAGA ...
b) De acuerdo con la tabla de codones, encontramos una de las variantes de la secuencia de nucleótidos de i-RNA (como en la versión anterior). Los anticodones de t-RNA son complementarios a los codones de i-RNA:
i-RNA UUUATSUGTSUAGUAGA ...
anticodones t-RNA AAA, UGA, TsGA, UCA, UCA
Responder: a) una de las variantes de la secuencia de nucleótidos en el gen será:
AAATGATSATGATCTT
TTTATSTGSTAGTAGA,
b) el t-RNA con anticodones participará en la síntesis de esta proteína (una de las opciones): AAA, CAA, CHA, UCA, UCA.
Tareas para el autocontrol
1. Una de las cadenas de un fragmento de una molécula de ADN tiene la siguiente secuencia de nucleótidos: AGTGATGTTGGTGTA ... ¿Cuál será la estructura de la segunda cadena de una molécula de ADN?
2. Una sección de una cadena de ADN tiene la siguiente secuencia de nucleótidos: TGAACATSTAGTTAGATATSCA ... ¿Cuál es la secuencia de aminoácidos en un polipéptido correspondiente a esta información genética?
3. Una sección de una cadena de ADN tiene la siguiente estructura: TATTTSTTTTTTGT ... Indica la estructura de la parte correspondiente de la molécula de proteína sintetizada con la participación de una cadena complementaria. ¿Cómo cambiará la estructura primaria de un fragmento de proteína si se cae un segundo nucleótido?
4. Una parte de la molécula de proteína tiene la siguiente secuencia de aminoácidos: ser - ala - tyr - lei - asp ... ¿Qué t-ARN (con qué anticodones) están involucrados en la síntesis de esta proteína? Escribe una de las posibles opciones.
5. Escriba una de las variantes de la secuencia de nucleótidos en el gen si la proteína codificada tiene la siguiente estructura primaria:
Ala - tre - arrendamiento - asn - ser - gln - glu - asp ...
En procariotas. El ADN complementario también está formado por retrovirus (VIH-1, VIH-2, virus de inmunodeficiencia de mono) y luego se integra en el ADN del huésped para formar un provirus.
A menudo, los genes eucariotas pueden expresarse en células procariotas. En el caso más simple, el método implica incrustar ADN eucariota en el genoma procariota, luego transcribir el ADN en ARNm y luego traducir el ARNm en proteínas. Las células procariotas no tienen enzimas para escindir intrones y, por lo tanto, los intrones del ADN eucariota deben extirparse antes de incrustarse en el genoma procariota. El ADN complementario al ARNm maduro se denomina ADN complementario. aDNc (ADNc). Para la expresión exitosa de proteínas codificadas en ADNc eucariota en procariotas, también se requieren elementos reguladores de genes procariotas (por ejemplo, promotores).
Uno de los métodos para obtener el gen necesario (molécula de ADN), que estará sujeto a replicación (clonación) con la liberación de un número significativo de réplicas, es la construcción de ARNm complementario a su ADN (ADNc). Este método requiere el uso de la transcriptasa inversa, una enzima que está presente en algunos virus que contienen ARN y proporciona síntesis de ADN en una matriz de ARN.
El método se usa ampliamente para obtener ADNc e implica el aislamiento de ARNm del ARNm de tejido total, que codifica la traducción de una proteína específica (por ejemplo, interferón, insulina) con síntesis adicional en este ARNm como una matriz del ADNc necesario usando transcriptasa inversa.
El gen que se obtuvo usando el procedimiento anterior (ADNc) debe introducirse en la célula bacteriana de tal manera que se integre en su genoma. Para hacer esto, se forma ADN recombinante, que consiste en ADNc y una molécula especial de ADN, que gobierna como un conductor, o un vector capaz de penetrar al receptor en la célula. Los virus o plásmidos se usan como vectores para el ADNc. Los plásmidos son pequeñas moléculas circulares de ADN que están separadas del nucleoide de la célula bacteriana, contienen varios genes importantes para la función de toda la célula (por ejemplo, genes de resistencia a los antibióticos y pueden replicarse independientemente del genoma principal (ADN) de la célula. Biológicamente importante y prácticamente Las propiedades de un plásmido que son útiles para la ingeniería genética son su capacidad de transferir de una célula a otra por el mecanismo de transformación o conjugación, así como la capacidad de integrarse en el cromosoma bacteriano y replicarse con él.
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Notas
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Extracto de ADN complementario
- Y estas "llaves", ¿nunca se repiten con los demás? - Decidí continuar mis consultas."No, pero a veces sucede algo más ..." respondió el bebé por alguna razón, sonriendo amablemente. - Al principio, me atraparon, por lo que me dieron muchas "palmaditas" ... ¡Oh, fue tan estúpido! ..
- ¿Pero como? Muy interesado, pregunté.
Stella inmediatamente respondió alegremente:
- Oh, eso fue muy divertido! - Y después de pensar un poco, agregó, - pero también es peligroso ... Busqué en todos los "pisos" la encarnación pasada de mi abuela, y en lugar de su "hilo" vino una entidad completamente diferente, que de alguna manera logró "copiar" a la abuela " una flor "(¡aparentemente también una" llave "!) y, tan pronto como logré alegrarme de haberla encontrado finalmente, esta entidad desconocida me golpeó sin piedad en el pecho. ¡Sí, tanto que mi alma casi se fue volando! ..
- ¿Pero cómo te deshiciste de ella? - Me sorprendió.
- Bueno, para ser honesto, no me deshice de ... - la chica estaba avergonzada. - Acabo de llamar a mi abuela ...
- ¿Y a qué llamas "pisos"? - Todavía no podía calmarme.
- Bueno, estos son diferentes "mundos" donde vive la esencia de los muertos ... En los más bellos y más altos viven los que eran buenos ... y, probablemente, los más fuertes también.
- ¿Gente como tú? - sonriendo, le pregunté.
"¡Oh no, por supuesto!" Probablemente llegué aquí por error. - Dijo la niña sinceramente. - ¿Sabes qué es lo más interesante? Desde este "piso" podemos caminar a todas partes, pero desde otros nadie puede llegar hasta aquí ... ¿Es realmente interesante? ..
Sí, fue muy extraño y muy emocionante para mi cerebro "hambriento", ¡y quería saber más! ... Tal vez porque hasta el día de hoy nadie realmente me explicó nada, pero a veces alguien dio (como mis "amigos estrella", por ejemplo), y por lo tanto, incluso una explicación tan simple e infantil ya me hizo inusualmente feliz y me hizo cavar aún más furiosamente en mis experimentos, conclusiones y errores ... como de costumbre, descubriendo que todo sucede aún más incomprensible. Mi problema era que podía crear o crear "inusual" muy fácilmente, pero el problema era que también quería entender cómo lo creo ... Eso es lo que realmente no he podido hacer todavía. ...
- ¿Y el resto de los "pisos"? ¿Sabes cuántos de ellos? Son completamente diferentes, a diferencia de este ... No puedo parar, bombardeé con impaciencia a Stella con preguntas.
- ¡Oh, te lo prometo, definitivamente iremos a caminar allí! Verás lo interesante que es ... Solo que allí también es peligroso, especialmente en uno. ¡Tales monstruos caminan allí! ... Y la gente tampoco es muy amable.
"Creo que ya he visto monstruos similares", dije, sin recordar algo con mucha confianza. - Mira aquí ...
Y traté de mostrarle las primeras criaturas astrales que conocí en mi vida que atacaron al padre borracho del bebé Vesta.
- Oh, es lo mismo! ¿Dónde los viste? ¡¿En el piso?!..
- Bueno, sí, vinieron cuando ayudé a una buena niña a decirle adiós a mi papá ...
"¿Entonces vienen a la vida? ..." mi novia estaba muy sorprendida.
"No sé, Stella". Todavía no sé casi nada ... Y me gustaría no ir en la oscuridad y no descubrir todo solo por "tocar" ... o por mi propia experiencia, cuando constantemente "me golpean en la cabeza" ... ¿Qué piensas? ¿tu abuela no me enseñaría algo? ..
- No lo sé ... ¿Probablemente deberías preguntarle sobre eso tú mismo?
La niña pensó profundamente en algo, luego se rió a carcajadas y dijo alegremente:
- ¡Fue muy divertido cuando comencé a "crear"! ¡Oh, sabrías lo divertido y divertido que fue! ... Al principio, cuando todo "me dejó", fue muy triste, y lloré mucho ... No sabía dónde estaban, tanto mamá como hermano. .. No sabía nada todavía. Entonces, aparentemente, mi abuela sintió pena por mí y comenzó a enseñarme poco a poco. Y ... ¡oh, qué pasó! ... Al principio, constantemente fallaba en alguna parte, creaba todo el "adentro hacia afuera" y mi abuela tenía que vigilarme casi todo el tiempo. Y luego aprendí ... Incluso es una pena, porque es menos probable que venga ahora ... y me temo que algún día podría no venir ...