Что такое генетический код? Причины его единства у живых организмов. Известные исключения.

Генетический код - способ записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности образующих эти кислоты нуклеотидов. Определённой последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК соответствует определённая последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков. Код принято записывать с помощью заглавных букв русского или латинского алфавита. Каждый нуклеотид обозначается буквой, с которой начинается название входящего в состав его молекулы азотистого основания: А (А) – аденин, Г (G) – гуанин, Ц (С) – цитозин, Т (Т) – тимин; в РНК вместо тимина урацил – У (U).

Аминокислоту кодирует – триплет

 

Основная парадигма молекулярной биологии:

В особых случаях информация может переноситься от РНК к ДНК, но никогда не переносится от белка к генам.

Два этапа реализации генетической информации:

1. В клеточном ядре на ДНК синтезируется информационная, или матричная, РНК (транскрипция). При этом нуклеотидная последовательность ДНК «переписывается» (перекодируется) в нуклеотидную последовательность мРНК.

2. мРНК переходит в цитоплазму, прикрепляется к рибосоме, и на ней, как на матрице, синтезируется полипептидная цепь белка (трансляция). Аминокислоты с помощью транспортной РНК присоединяются к строящейся цепи в последовательности, определяемой порядком нуклеотидов в мРНК.

 

Из четырёх «букв» можно составить 64 различных трёхбуквенных «слова» (кодона). Из 64 кодонов 61 кодирует определённые аминокислоты, а три отвечают за окончание синтеза полипептидной цепи. Так как на 20 аминокислот, входящих в состав белков, приходится 61 кодон, некоторые аминокислоты кодируются более чем одним кодоном (т. н. вырождённость кода). Такая избыточность повышает надёжность кода и всего механизма биосинтеза белка. Другое свойство кода – его специфичность (однозначность): один кодон кодирует только одну аминокислоту.

Кроме того, код не перекрывается – информация считывается в одном направлении последовательно, триплет за триплетом. Наиболее удивительное свойство кода – его универсальность: он одинаков у всех живых существ – от бактерий до человека (исключение составляет генетический код митохондрий). Учёные видят в этом подтверждение концепции о происхождении всех организмов от одного общего предка.

 

Свойства генетического кода:

· Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

· Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

· Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

· Специфичность — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (однако, кодон UGA у инфузории Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин (21-я АК))

· Избыточность (вырожденность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

· Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; но есть ряд исключений - митохондрии).

· Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов, не всегда приводят к смене кодируемой АК

 

Стоп-кодоны при считывании генетического кода: UAA (Ochre), UAG (Amber)

Расшифровка генетического кода, т. е. определение «смысла» каждого кодона и тех правил, по которым считывается генетическая информация, осуществлена в 1961–1965 гг. и считается одним из наиболее ярких достижений молекулярной биологии.

 

Проект «Геном Человека»

В 1990 г. при поддержке министерства энергетики США, а также Великобритании, Франции, Японии, Китая и Германии, был запущен трехмиллиардный проект (по доллару на пару нуклеотидов). Возглавил его д-р Фрэнсис Коллинз, глава International Human Genome Sequencing Consortium. Целями проекта являлись:

· идентификация 20 000–25 000 генов ДНК;

· определение последовательности 3 млрд. пар химических оснований, составляющих ДНК человека, и сохранение этой информации в базе данных;

· усовершенствование приборов для анализа данных;

· внедрение новейших технологий в область частного использования;

· исследование этических, правовых и социальных вопросов, возникающих при расшифровке генома.

 

Исключение во всеобщем единстве генома живых организмов - инфузория Euplotes.

У неё вместо привычных 20 аминокислот кодируется 21. Но генетический код вмещает только 20, поэтому эволюция нашла выход в кодировании двух аминокислот одним кодоном – UGA – стоп-кодон у человека, который у инфузории кодирует цистеин и селеноцистеин одновременно. Считывание триплета тРНК происходит посредством считывания предыдущего и последующего порядка расположения кодонов.

 

15. Клонирование организмов. Варианты, цели и проблемы искусственного клонирования.

Клонирование – бесполое (вегетативное) размножение организма-предка дающего потомков, являющихся его генетической копией

Клонирование может быть естественным (у бактерий, растений) или искусственным (клонирование человеком нужных ему организмов)

 

1. Молекулярное клонирование - репликация ДНК или РНК в клетке (пример искусственного – ПЦР)

2. Клеточное клонирование – деление клеток, в том числе в ходе митоза

 

Выделяют также: полное (репродуктивное) и частичное клонирование организмов.

 

Основные задачи клонирования:

· Умножение числа организмов с заданными свойствами

· Восстановление или восполнение дефектных тканей органов из т.н. стволовых клеток

· Воссоздание вымерших или исчезающих видов,

· Помощь при бесплодии (каждая седьмая пара)

· Спасти от генетических заболеваний

· Воссоздание наиболее ценных людей,

· Создание организмов для освоения агрессивной для нас среды

 

 

Механизм клонирования сводится к технологии переноса ядра. Сначала изымается яйцеклетка (ооцит), у которой удаляется “родное” ядро (вся генетическая информация) и заменяется ядром или ДНК будущего клона. Через 5-6 суток из этой клетки образуется бластоциста (первая стадия эмбриона), которая несет в себе эмбриональные стволовые клетки. Преимущество последних заключается в том, что такие клетки тотипотентны, то есть могут путем деления превращатся в любые типы клеток организма.

«Метод перенесения ядра» - внедрение в яйцеклетку чужого ядра, ее деление и образование клона из примерно 100 бластоцитов, которые являются эмбриональными стволовыми клетками, еще недифференцировавшимися в специальные клетки (у человека их 220 видов).

В ряде стран репродуктивное клонирование людей запрещено законом: Германия, Франция, Япония, Бразилия, Великобритания, Испания, Колумбия, Мексика, Молдова, Румыния, Сальвадор, Словения, Словакия и Эстония. В России с 2002 г. действует закон «О временном запрете на клонирование человека» (репродуктивном). Воспроизведение иных организмов, в том числе любых клеток, включая человеческие, в исследовательских целях разрешается.

Цитатка, чтоб оценка была сладка!: «Клонирование человека встречается с множеством юридических,этических и религиозных проблем, которые на сегодняшний деньеще не имеют очевидного разрешения». (из закона РФ о клонировании, 2007)

 

Стволовые клетки (автор термина Александр Максимов, 1908) – еще не дифференцированные клетки многоклеточных организмов, которые могут превратиться в дальнейшем в специальные клетки органов и тканей. Они могут быть эмбриональными (бластула) (1 на 10 тыс. клеток) и сохраняются у взрослого организма (у стариков 1 на 5-8 млн клеток).

Уникальные свойства стволовых клеток:

1. Стволовые клетки способны к ассиметричному делению;

2. Не отторгают чужую ДНК или ядро;

3. Способны дифференцироваться в любую из специальных клеток организма (их сотни видов) и развиться в целый организм.

Способны находить в организме зону повреждения и чинить её, превращаясь в специальные клетки. Факторы развития стволовых клеток содержатся в цитоплазме в виде множества мРНК всех генов. Стволовые клетки делятся и дают себе подобных или клетки-предшественники, а они уже превращаются в дифференцированные клетки. Из зиготы или бластомера можно вырастить целый организм. Такие клетки называются тотипотентными стволовыми клетками (до 11 дней). Далее по мере деления возникают группы все более специализированных стволовых клеток (плюрипотентных и т.д.)

Опыты Джона Гердона (1962) впервые показали, что возможен не только прямой, но и обратный переход: