Генетический код и принцип матричного синтеза (реакции матричного синтеза, иРНК, триплетность)

7 терминов · 4 задания

Реакции матричного синтеза — синтез новой молекулы по программе, записанной в молекуле-матрице: репликация (ДНК → ДНК), транскрипция (ДНК → РНК), трансляция (иРНК → белок), обратная транскрипция у ретровирусов (РНК → ДНК). Все они идут по принципу комплементарности: А–Т (А–У в РНК), Г–Ц.

Ген — участок ДНК, кодирующий один полипептид или молекулу РНК. Реализация наследственной информации: ДНК → иРНК → белок → признак (центральная догма молекулярной биологии).

Свойство генетического кода	Суть
Триплетность	Одну аминокислоту кодируют три нуклеотида (кодон, триплет)
Однозначность (специфичность)	Каждый кодон кодирует только одну аминокислоту
Вырожденность (избыточность)	Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов; всего 64 кодона, 61 смысловой
Неперекрываемость	Один нуклеотид входит только в один кодон
Непрерывность	Между кодонами нет «знаков препинания»
Универсальность	Код одинаков у всех организмов (немногие отличия — в митохондриях)
Старт- и стоп-кодоны	АУГ — старт (метионин); УАА, УАГ, УГА — стоп (не кодируют аминокислоты)

Решение задач. Цепи ДНК антипараллельны: матричная (транскрибируемая) цепь читается 3′→5′, иРНК растёт 5′→3′ и совпадает по последовательности со смысловой цепью ДНК (с заменой Т на У). Антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК. Число аминокислот = число смысловых кодонов; нуклеотидов в кодирующей части гена в 3 раза больше, чем аминокислот. Таблица генетического кода в КИМ дана по иРНК от 5′ к 3′ концу.

Свойство кода	Что означает	Следствие
Триплетность	Одну аминокислоту кодируют три подряд идущих нуклеотида	Число нуклеотидов в кодирующем участке втрое больше числа аминокислот
Вырожденность (избыточность)	Большинство аминокислот кодируются несколькими триплетами (61 смысловой триплет на 20 аминокислот)	Замена третьего нуклеотида часто не меняет белок
Однозначность	Один триплет кодирует только одну аминокислоту	По иРНК белок восстанавливается однозначно, а по белку ген — нет
Неперекрываемость	Триплеты читаются подряд, не накладываясь друг на друга	Вставка или выпадение нуклеотида сдвигает рамку считывания
Непрерывность	Между триплетами нет «знаков препинания»	Начало отсчёта задаёт стартовый кодон АУГ
Универсальность	Код одинаков у бактерий, растений, животных	Возможна генная инженерия: ген человека работает в клетке бактерии

Кодирование аминокислот. Почему кодон состоит из трёх нуклеотидов: четыре «буквы» (А, У, Г, Ц) поодиночке дают 4 варианта, парами — \(4^2=16\), тройками — \(4^3=64\); этого с запасом хватает на 20 аминокислот, отсюда и вырожденность. В таблице генетического кода первый нуклеотид кодона иРНК находят в левом столбце, второй — в верхней строке, третий — в правом столбце; на пересечении стоит аминокислота. Синонимичные кодоны обычно различаются третьим нуклеотидом: ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА и ГЦГ кодируют аланин.

Принцип матричного синтеза един для репликации, транскрипции и трансляции: новая цепь строится не случайно, а по образцу (матрице), и порядок мономеров задаётся комплементарностью. Именно поэтому наследственная информация копируется точно.

Процесс	Матрица	Продукт	Фермент
Репликация	Обе цепи ДНК	Две дочерние молекулы ДНК	ДНК-полимераза
Транскрипция	Одна (кодогенная) цепь ДНК	иРНК, тРНК, рРНК	РНК-полимераза
Трансляция	иРНК	Полипептидная цепь	Рибосома, ферменты цитоплазмы

Как решать задачи по коду. Порядок действий: по цепи ДНК достроить комплементарную иРНК (А→У, Т→А, Г→Ц, Ц→Г) → разбить её на триплеты → по таблице генетического кода найти аминокислоты → при необходимости определить антикодоны тРНК (они комплементарны кодонам иРНК). Длина гена и число нуклеотидов связаны с числом аминокислот соотношением: нуклеотидов в кодирующей цепи втрое больше, чем аминокислот; в двухцепочечном участке — вшестеро.

Задачи с тРНК. Все виды РНК, в том числе тРНК, синтезируются на ДНК. Если дан участок ДНК, на котором синтезируется тРНК, сначала по матричной цепи строят саму тРНК, затем берут триплет, который по условию служит антикодоном, переводят его в кодон иРНК (комплементарный и антипараллельный) и только кодон ищут в таблице. По антикодону или триплету ДНК аминокислоту напрямую не определяют: таблица составлена для кодонов иРНК.

Маркеры ЕГЭ. «Три нуклеотида — одна аминокислота» → триплетность; «несколько триплетов на одну аминокислоту» → вырожденность; «один триплет — одна аминокислота» → однозначность; «выпадение нуклеотида изменило весь белок» → сдвиг рамки при неперекрываемости; «ген человека работает в бактерии» → универсальность; «4³ = 64 сочетания» → почему код триплетный; «триплет тРНК служит антикодоном» → сначала найти кодон иРНК, затем аминокислоту.

Нюансы. Вырожденность и однозначность не противоречат друг другу: одна аминокислота может иметь несколько «имён», но каждое «имя» принадлежит только ей. Стоп-кодоны не кодируют аминокислот, поэтому при расчётах их триплеты не переводятся в аминокислотные остатки. Антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК, а не триплету ДНК. Кроме репликации, транскрипции, трансляции и обратной транскрипции, у многих РНК-вирусов (грипп, коронавирус) есть ещё один матричный процесс — копирование РНК по матрице РНК вирусным ферментом.

Свойство генетического кода	Суть
Вырожденность (избыточность)	Одну аминокислоту могут кодировать до 6 кодонов; всего 64 кодона, 61 смысловой
Неперекрываемость	Один нуклеотид входит только в один кодон
Непрерывность	Между кодонами нет «знаков препинания»

Свойство кода	Что означает	Следствие
Вырожденность (избыточность)	Большинство аминокислот кодируются несколькими триплетами (61 смысловой триплет на 20 аминокислот)	Замена третьего нуклеотида часто не меняет белок
Неперекрываемость	Триплеты читаются подряд, не накладываясь друг на друга	Вставка или выпадение нуклеотида сдвигает рамку считывания
Непрерывность	Между триплетами нет «знаков препинания»	Начало отсчёта задаёт стартовый кодон АУГ

Закрепите теорию: 7 терминов и 4 задания с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Пройти урок arrow_forward