Que entiendan qué propiedad del código genético es universal. Biosíntesis de proteínas y ácidos nucleicos.

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Codigo genetico es un método característico de todos los organismos vivos para codificar la secuencia de aminoácidos de proteínas utilizando la secuencia de nucleótidos en una molécula de ADN.

La implementación de la información genética en las células vivas (es decir, la síntesis de una proteína codificada en el ADN) se lleva a cabo mediante dos procesos matriciales: la transcripción (es decir, la síntesis de un ARNm en una matriz de ADN) y la traducción (la síntesis de un cadena polipeptídica en una matriz de ARNm).

El ADN utiliza cuatro nucleótidos: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T). Estas “letras” forman el alfabeto del código genético. El ARN utiliza los mismos nucleótidos, excepto la timina, que se reemplaza por uracilo (U). En las moléculas de ADN y ARN, los nucleótidos se disponen en cadenas y, así, se obtienen secuencias de “letras”.

La secuencia de nucleótidos del ADN contiene "palabras" de código para cada aminoácido de la futura molécula de proteína: el código genético. Consiste en una determinada secuencia de disposición de nucleótidos en una molécula de ADN.

Tres nucleótidos consecutivos codifican el "nombre" de un aminoácido, es decir, cada uno de los 20 aminoácidos está cifrado por una unidad de código significativa: una combinación de tres nucleótidos llamada triplete o codón.

Actualmente, el código del ADN ha sido completamente descifrado y podemos hablar de ciertas propiedades características de este sistema biológico único, que asegura la traducción de información del “lenguaje” del ADN al “lenguaje” de las proteínas.

El portador de información genética es el ADN, pero dado que el ARNm, una copia de una de las cadenas de ADN, participa directamente en la síntesis de proteínas, el código genético suele escribirse en el "lenguaje del ARN".

Aminoácidos	Tripletes codificantes de ARN
alanina	GCU GCC GCA GCH
arginina	TsGU TsGTs TsGA TsGG AGA AGG
asparagina	AAU AAC
Ácido aspártico	GAU GAC
Valin	GUU TRIPAS GUA GUG
histidina	TsAU TsAT
glicina	GGU GGC GGA AAAA
glutamina	CAA CAG
Ácido glutamico	GAA MORDAZA
isoleucina	AUU AUC AUA
leucina	TSUU TSUTS TSUA TSUG UUA UUG
lisina	AAA AAG
metionina	AGO
Prolina	TsTsU TsTs TsTsTsG
Canario	UCU UCC UCA UCG ASU AGC
tirosina	UAU UAC
treonina	ACU ACC ACA ACG
triptófano	UGG
fenilalanina	UUUUUUC
cisteína	UGU UGC
DETENER	UGA UAG UAA

Propiedades del código genético.

Tres nucleótidos consecutivos (bases nitrogenadas) codifican el "nombre" de un aminoácido, es decir, cada uno de los 20 aminoácidos está cifrado con una unidad de código significativa: una combinación de tres nucleótidos llamada trillizo o codón.

Triplete (codón)- una secuencia de tres nucleótidos (bases nitrogenadas) en una molécula de ADN o ARN que determina la inclusión de un determinado aminoácido en la molécula de proteína durante su síntesis.

• Unicidad (discreción)

Un triplete no puede codificar dos aminoácidos diferentes; cifra sólo un aminoácido. Un codón específico corresponde a un solo aminoácido.

Cada aminoácido puede estar definido por más de un triplete. Excepción - metionina Y triptófano. Es decir, varios codones pueden corresponder a un mismo aminoácido.

• No superpuestos

La misma base no puede aparecer en dos codones adyacentes al mismo tiempo.

Algunos tripletes no codifican aminoácidos, sino que son una especie de "señales de tráfico" que determinan el principio y el final de genes individuales (UAA, UAG, UGA), cada uno de los cuales significa el cese de la síntesis y se encuentra al final de cada uno. gen, por lo que podemos hablar de la polaridad del código genético.

En animales y plantas, hongos, bacterias y virus, un mismo triplete codifica el mismo tipo de aminoácido, es decir, el código genético es el mismo para todos los seres vivos. En otras palabras, la universalidad es la capacidad del código genético de funcionar igual en organismos de diferentes niveles de complejidad, desde virus hasta humanos. La universalidad del código del ADN confirma la unidad de origen de toda la vida en nuestro planeta. Los métodos de ingeniería genética se basan en el uso de la propiedad de universalidad del código genético.

De la historia del descubrimiento del código genético.

Por primera vez la idea de existencia. codigo genetico formulado por A. Down y G. Gamow en 1952 - 1954. Los científicos han demostrado que la secuencia de nucleótidos que determina de forma única la síntesis de un aminoácido en particular debe contener al menos tres unidades. Posteriormente se demostró que dicha secuencia consta de tres nucleótidos llamados codón o trillizo.

Las cuestiones de qué nucleótidos son responsables de la inclusión de un aminoácido particular en una molécula de proteína y cuántos nucleótidos determinan esta inclusión permanecieron sin resolver hasta 1961. El análisis teórico mostró que el código no puede consistir en un nucleótido, ya que en este caso solo se pueden codificar 4 aminoácidos. Sin embargo, el código no puede ser un doblete, es decir, una combinación de dos nucleótidos de un "alfabeto" de cuatro letras no puede cubrir todos los aminoácidos, ya que teóricamente sólo 16 de esas combinaciones son posibles (4 2 = 16).

Para codificar 20 aminoácidos, además de una señal de parada que indica el final de la secuencia de la proteína, son suficientes tres nucleótidos consecutivos, cuando el número de combinaciones posibles es 64 (4·3 = 64).

La información hereditaria es información sobre la estructura de una proteína (información sobre qué aminoácidos en qué orden combinarse durante la síntesis de la estructura proteica primaria).

La información sobre la estructura de las proteínas está codificada en el ADN, que en los eucariotas forma parte de los cromosomas y se encuentra en el núcleo. La sección de ADN (cromosoma) en la que se codifica información sobre una proteína se llama gene.

Transcripción- Esta es la reescritura de información del ADN al ARNm (ARN de información). El ARNm transporta información desde el núcleo al citoplasma, al sitio de síntesis de proteínas (al ribosoma).

Transmisión es el proceso de biosíntesis de proteínas. Dentro del ribosoma, los anticodones de ARNt están unidos a los codones de ARNm según el principio de complementariedad. El ribosoma conecta los aminoácidos aportados por el ARNt con un enlace peptídico para formar una proteína.

Las reacciones de transcripción, traducción y replicación (duplicación del ADN) son reacciones síntesis de matriz. El ADN sirve como plantilla para la síntesis de ARNm y el ARNm sirve como plantilla para la síntesis de proteínas.

Codigo genetico es la forma en que la información sobre la estructura de una proteína se escribe en el ADN.

Propiedades del código genético

1) triplete: Un aminoácido está codificado por tres nucleótidos. Estos 3 nucleótidos en el ADN se llaman triplete, en el ARNm, un codón, en el ARNt, un anticodón (pero en el Examen Estatal Unificado también puede haber un "triplete de código", etc.)

2) Redundancia(degeneración): solo hay 20 aminoácidos y hay 61 tripletes que codifican aminoácidos, por lo que cada aminoácido está codificado por varios tripletes.

3) Sin ambigüedad: Cada triplete (codón) codifica solo un aminoácido.

4) Versatilidad: El código genético es el mismo para todos los organismos vivos de la Tierra.

Tareas

Problemas con el número de nucleótidos/aminoácidos
3 nucleótidos = 1 triplete = 1 aminoácido = 1 ARNt

Tareas en ATGC
ADN ARNm ARNt
A U A
T A U
G C G
Ts G Ts

Elija una, la opción más correcta. El ARNm es una copia.
1) un gen o grupo de genes
2) cadenas de moléculas de proteínas
3) una molécula de proteína
4) partes de la membrana plasmática

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. En el proceso se forma la estructura primaria de una molécula de proteína, especificada por la secuencia de nucleótidos del ARNm.
1) transmisiones
2) transcripciones
3) reduplicación
4) desnaturalización

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. ¿Qué secuencia refleja correctamente el camino de implementación de la información genética?
1) gen --> ARNm --> proteína --> rasgo
2) rasgo --> proteína --> ARNm --> gen --> ADN
3) ARNm --> gen --> proteína --> rasgo
4) gen --> ADN --> rasgo --> proteína

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. Seleccionar la secuencia correcta de transferencia de información en el proceso de síntesis de proteínas en la célula.
1) ADN -> ARN mensajero -> proteína
2) ADN -> ARN de transferencia -> proteína
3) ARN ribosómico -> ARN de transferencia -> proteína
4) ARN ribosómico -> ADN -> ARN de transferencia -> proteína

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. El mismo aminoácido corresponde al anticodón CAA en el ARN de transferencia y al triplete en el ADN.
1) CAA
2) Tsuu
3) GTT
4) GAA

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. El anticodón AAU en el ARN de transferencia corresponde a un triplete en el ADN.
1) ATT
2) TAA
3) AAA
4) TTT

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. Cada aminoácido en una célula está codificado para
1) una molécula de ADN
2) varios trillizos
3) varios genes
4) un nucleótido

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. Unidad funcional del código genético.
1) nucleótido
2) triplete
3) aminoácido
4) ARNt

Respuesta

Elija tres opciones. Como resultado de reacciones de tipo matricial, se sintetizan moléculas.
1) polisacáridos
2) ADN
3) monosacáridos
4) ARNm
5) lípidos
6) ardilla

Respuesta

1. Determinar la secuencia de procesos que aseguran la biosíntesis de proteínas. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1) formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos
2) unión del anticodón del ARNt al codón complementario del ARNm
3) síntesis de moléculas de ARNm en ADN
4) movimiento del ARNm en el citoplasma y su ubicación en el ribosoma
5) entrega de aminoácidos al ribosoma mediante ARNt

Respuesta

2. Establecer la secuencia de los procesos de biosíntesis de proteínas en la célula. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1) formación de un enlace peptídico entre aminoácidos
2) interacción entre el codón del ARNm y el anticodón del ARNt
3) liberación de ARNt del ribosoma
4) conexión del ARNm con el ribosoma
5) liberación de ARNm desde el núcleo al citoplasma
6) síntesis de ARNm

Respuesta

3. Establecer la secuencia de procesos en la biosíntesis de proteínas. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1) síntesis de ARNm en ADN
2) entrega de aminoácidos al ribosoma
3) formación de un enlace peptídico entre aminoácidos
4) adición de un aminoácido al ARNt
5) conexión de ARNm con dos subunidades ribosómicas

Respuesta

4. Establecer la secuencia de etapas de la biosíntesis de proteínas. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1) separación de una molécula de proteína de un ribosoma
2) unión del ARNt al codón de inicio
3) transcripción
4) alargamiento de la cadena polipeptídica
5) liberación de ARNm desde el núcleo al citoplasma

Respuesta

5. Establecer la secuencia correcta de los procesos de biosíntesis de proteínas. Escribe la secuencia de números correspondiente.
1) adición de un aminoácido a un péptido
2) síntesis de ARNm en ADN
3) reconocimiento por codón de anticodón
4) combinar ARNm con un ribosoma
5) liberación de ARNm al citoplasma

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. ¿Qué anticodón de ARN de transferencia corresponde al triplete TGA en la molécula de ADN?
1) ACU
2) tsug
3) UGA
4) AJÁ

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. El código genético es universal porque
1) cada aminoácido está codificado por un triple de nucleótidos
2) el lugar de un aminoácido en una molécula de proteína está determinado por diferentes tripletes
3) es igual para todas las criaturas que viven en la Tierra
4) varios tripletes codifican un aminoácido

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. Una sección de ADN que contiene información sobre una cadena polipeptídica se llama
1) cromosoma
2) triplete
3) genoma
4) código

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. La traducción es el proceso por el cual
1) el número de cadenas de ADN se duplica
2) el ARNm se sintetiza en la matriz de ADN
3) las proteínas se sintetizan en la matriz de ARNm del ribosoma
4) los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de ADN se rompen

Respuesta

Elija tres opciones. La biosíntesis de proteínas, a diferencia de la fotosíntesis, ocurre
1) en cloroplastos
2) en las mitocondrias
3) en reacciones de intercambio plástico
4) en reacciones de tipo matriz
5) en lisosomas
6) en leucoplastos

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. La matriz para la traducción es una molécula.
1) ARNt
2) ADN
3) ARNr
4) ARNm

Respuesta

Todas menos dos de las siguientes características se pueden utilizar para describir las funciones de los ácidos nucleicos en una célula. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla.
1) llevar a cabo la homeostasis
2) transferir información hereditaria del núcleo al ribosoma
3) participar en la biosíntesis de proteínas
4) son parte de la membrana celular
5) transportar aminoácidos

Respuesta

AMINOÁCIDOS - CODONES DE ARNm
¿Cuántos codones de ARNm codifican información sobre 20 aminoácidos? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

AMINOÁCIDOS - NUCLEOTIDOS ARNm
1. Una sección de un polipéptido consta de 28 residuos de aminoácidos. Determine la cantidad de nucleótidos en la sección de ARNm que contiene información sobre la estructura primaria de la proteína.

Respuesta

2. ¿Cuántos nucleótidos contiene el ARNm si la proteína sintetizada a partir de él consta de 180 residuos de aminoácidos? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

AMINOÁCIDOS - NUCLEÓTIDOS DE ADN
1. La proteína consta de 140 residuos de aminoácidos. ¿Cuántos nucleótidos hay en la región del gen que codifica la estructura primaria de esta proteína?

Respuesta

2. La proteína consta de 180 residuos de aminoácidos. Cuántos nucleótidos hay en el gen que codifica la secuencia de aminoácidos de esta proteína. Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

3. Un fragmento de una molécula de ADN codifica 36 aminoácidos. ¿Cuántos nucleótidos contiene este fragmento de una molécula de ADN? Escribe el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

4. El polipéptido consta de 20 unidades de aminoácidos. Determine la cantidad de nucleótidos en la región del gen que codifica estos aminoácidos en el polipéptido. Escribe tu respuesta como un número.

Respuesta

5. ¿Cuántos nucleótidos en una sección de gen codifican un fragmento de proteína de 25 residuos de aminoácidos? En tu respuesta, escribe solo el número correspondiente.

Respuesta

6. ¿Cuántos nucleótidos en un fragmento de la cadena plantilla de ADN codifican 55 aminoácidos en un fragmento de polipéptido? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

AMINOÁCIDOS - ARNt
1. ¿Cuántos ARNt participaron en la síntesis de una proteína que incluye 130 aminoácidos? Escribe el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

2. Un fragmento de una molécula de proteína consta de 25 aminoácidos. ¿Cuántas moléculas de ARNt participaron en su creación? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

AMINOÁCIDOS - TRIPLES
1. ¿Cuántos tripletes contiene un fragmento de molécula de ADN que codifica 36 aminoácidos? Escribe el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

2. ¿Cuántos tripletes codifican 32 aminoácidos? En tu respuesta, escribe solo el número correspondiente.

Respuesta

NUCLEÓTIDOS - AMINOÁCIDOS
1. ¿Qué cantidad de aminoácidos está encriptada en una sección de un gen que contiene 129 residuos de nucleótidos?

Respuesta

2. ¿Cuántos aminoácidos codifican 900 nucleótidos? En tu respuesta, escribe solo el número correspondiente.

Respuesta

3. ¿Cuál es la cantidad de aminoácidos en una proteína si su gen codificante consta de 600 nucleótidos? En tu respuesta, escribe solo el número correspondiente.

Respuesta

4. ¿Cuántos aminoácidos codifican 1203 nucleótidos? En tu respuesta, escribe solo la cantidad de aminoácidos.

Respuesta

5. ¿Cuántos aminoácidos se necesitan para la síntesis de un polipéptido si la parte codificante del ARNm contiene 108 nucleótidos? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

NUCLEÓTIDOS DE ARNm - NUCLEÓTIDOS DE ADN
En la síntesis de proteínas participa una molécula de ARNm, cuyo fragmento contiene 33 residuos de nucleótidos. Determine el número de residuos de nucleótidos en una sección de la cadena plantilla de ADN.

Respuesta

NUCLEÓTIDOS - ARNt
¿Qué cantidad de moléculas de ARN de transporte estuvieron involucradas en la traducción si la región del gen contiene 930 residuos de nucleótidos?

Respuesta

TRIZOS - NUCLEÓTIDOS DE ARNm
¿Cuántos nucleótidos hay en un fragmento de una molécula de ARNm si un fragmento de la cadena codificante de ADN contiene 130 tripletes? Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

ARNt - AMINOÁCIDOS
Determine la cantidad de aminoácidos en la proteína si 150 moléculas de ARNt estuvieran involucradas en el proceso de traducción. Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

JUSTO
¿Cuántos nucleótidos forman un codón de ARNm?

Respuesta

¿Cuántos nucleótidos forman un codón de parada de ARNm?

Respuesta

¿Cuántos nucleótidos forman el anticodón del ARNt?

Respuesta

DIFÍCIL
La proteína tiene un peso molecular relativo de 6000. Determina el número de aminoácidos en una molécula de proteína si el peso molecular relativo de un residuo de aminoácido es 120. Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

Hay 3000 nucleótidos en dos hebras de una molécula de ADN. La información sobre la estructura de la proteína está codificada en una de las cadenas. Cuente cuántos aminoácidos están codificados en una cadena de ADN. En tu respuesta, escribe solo el número correspondiente a la cantidad de aminoácidos.

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. El mismo aminoácido corresponde al anticodón UCA en el ARN de transferencia y a un triplete en el gen del ADN.
1) GTA
2) ACA
3) TGT
4) ACT

Respuesta

Elija una, la opción más correcta. La síntesis de hemoglobina en una célula está controlada por un determinado segmento de la molécula de ADN, que se llama
1) codón
2) triplete
3) código genético
4) genoma

Respuesta

¿En cuál de los orgánulos celulares enumerados ocurren reacciones de síntesis de matrices? Identifique tres afirmaciones verdaderas de la lista general y escriba los números bajo los cuales se indican.
1) centríolos
2) lisosomas
3) aparato de Golgi
4) ribosomas
5) mitocondrias
6) cloroplastos

Respuesta

Mire la imagen que representa los procesos que ocurren en una celda e indique A) el nombre del proceso indicado por la letra A, B) el nombre del proceso indicado por la letra B, C) el nombre del tipo de reacción química. Para cada letra, seleccione el término correspondiente de la lista proporcionada.
1) replicación
2) transcripción
3) transmisión
4) desnaturalización
5) reacciones exotérmicas
6) reacciones de sustitución
7) reacciones de síntesis de matrices
8) reacciones de división

Respuesta

Mire la imagen e indique (A) el nombre del proceso 1, (B) el nombre del proceso 2, (c) el producto final del proceso 2. Para cada letra, seleccione el término o concepto correspondiente de la lista proporcionada.
1) ARNt
2) polipéptido
3) ribosoma
4) replicación
5) transmisión
6) conjugación
7) ATP
8) transcripción

Respuesta

Establecer una correspondencia entre los procesos y etapas de la síntesis de proteínas: 1) transcripción, 2) traducción. Escribe los números 1 y 2 en el orden correcto.
A) transferencia de aminoácidos por ARNt
B) El ADN está involucrado
B) síntesis de ARNm
D) formación de una cadena polipeptídica
D) ocurre en el ribosoma

Respuesta

Todos los signos enumerados a continuación, excepto dos, se utilizan para describir el proceso que se muestra en la figura. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) según el principio de complementariedad, la secuencia de nucleótidos de una molécula de ADN se traduce en la secuencia de nucleótidos de moléculas de varios tipos de ARN.
2) el proceso de convertir una secuencia de nucleótidos en una secuencia de aminoácidos
3) el proceso de transferir información genética desde el núcleo al sitio de síntesis de proteínas
4) el proceso ocurre en los ribosomas
5) el resultado del proceso es la síntesis de ARN

Respuesta

El peso molecular del polipéptido es 30.000 c.u. Determine la longitud del gen que lo codifica si el peso molecular de un aminoácido es en promedio 100 y la distancia entre los nucleótidos en el ADN es de 0,34 nm. Escribe solo el número correspondiente en tu respuesta.

Respuesta

Seleccione dos de las reacciones enumeradas a continuación que estén relacionadas con reacciones de síntesis de matrices. Anota los números bajo los cuales se indican.
1) síntesis de celulosa
2) síntesis de ATP
3) biosíntesis de proteínas
4) oxidación de la glucosa
5) replicación del ADN

Respuesta

Elija tres respuestas correctas de seis y anote los números bajo los cuales se indican en la tabla. Las reacciones matriciales en las células incluyen
1) replicación del ADN
2) fotólisis del agua
3) síntesis de ARN
4) quimiosíntesis
5) biosíntesis de proteínas
6) síntesis de ATP

Respuesta

Todas las características siguientes, excepto dos, se pueden utilizar para describir el proceso de biosíntesis de proteínas en una célula. Identifique dos características que “salen” de la lista general y escriba los números bajo los cuales se indican en su respuesta.
1) El proceso ocurre en presencia de enzimas.
2) El papel central en el proceso pertenece a las moléculas de ARN.
3) El proceso va acompañado de la síntesis de ATP.
4) Los aminoácidos sirven como monómeros para formar moléculas.
5) El ensamblaje de moléculas de proteínas se realiza en los lisosomas.

Respuesta

Encuentra tres errores en el texto dado. Indique los números de las propuestas en las que se realizan.(1) Durante la biosíntesis de proteínas, se producen reacciones de síntesis de matrices. (2) Las reacciones de síntesis de plantillas incluyen únicamente reacciones de replicación y transcripción. (3) Como resultado de la transcripción, se sintetiza ARNm, cuya plantilla es la molécula de ADN completa. (4) Después de atravesar los poros del núcleo, el ARNm ingresa al citoplasma. (5) El ARN mensajero participa en la síntesis de ARNt. (6) El ARN de transferencia suministra aminoácidos para el ensamblaje de proteínas. (7) La energía de las moléculas de ATP se gasta en unir cada aminoácido con el ARNt.

Respuesta

Todos menos dos de los siguientes conceptos se utilizan para describir la traducción. Identifique dos características que “salen” de la lista general y anote los números bajo los cuales se indican.
1) síntesis de matriz
2) huso mitótico
3) polisoma
4) enlace peptídico
5) ácidos grasos superiores

Respuesta

© D.V. Pozdnyakov, 2009-2019

La serie de artículos que describen los orígenes del Código Civil puede considerarse como una investigación sobre hechos de los que nos quedan muchas huellas. Sin embargo, comprender estos artículos requiere cierto esfuerzo para comprender los mecanismos moleculares de la síntesis de proteínas. Este artículo es la introducción a una serie de autopublicaciones dedicadas al origen del código genético y es el mejor lugar para empezar a familiarizarse con este tema.
Generalmente codigo genetico(GC) se define como un método (regla) para codificar una proteína en la estructura primaria del ADN o ARN. En la literatura, se escribe con mayor frecuencia que se trata de una correspondencia única de una secuencia de tres nucleótidos en un gen con un aminoácido en una proteína sintetizada o el punto final de la síntesis de proteínas. Sin embargo, hay dos errores en esta definición. Se trata de 20 de los llamados aminoácidos canónicos, que forman parte de las proteínas de todos los organismos vivos sin excepción. Estos aminoácidos son monómeros de proteínas. Los errores son los siguientes:

1) No hay 20 aminoácidos canónicos, sino solo 19. Podemos llamar aminoácido a una sustancia que contiene simultáneamente un grupo amino -NH 2 y un grupo carboxilo - COOH. El hecho es que el monómero de proteína, la prolina, no es un aminoácido, ya que contiene un grupo imino en lugar de un grupo amino, por lo que es más correcto llamar a la prolina un iminoácido. Sin embargo, en el futuro, en todos los artículos dedicados a HA, por conveniencia, escribiré alrededor de 20 aminoácidos, lo que implica el matiz indicado. Las estructuras de aminoácidos se muestran en la Fig. 1.

Arroz. 1. Estructuras de aminoácidos canónicos. Los aminoácidos tienen partes constantes, indicadas en negro en la figura, y partes variables (o radicales), indicadas en rojo.

2) La correspondencia de los aminoácidos con los codones no siempre es inequívoca. Para la violación de casos de inequívoco, ver más abajo.

La aparición de GC significa la aparición de la síntesis de proteínas codificadas. Este evento es uno de los eventos clave para la formación evolutiva de los primeros organismos vivos.

La estructura de HA se presenta en forma circular en la Fig. 2.

Arroz. 2. Codigo genetico en forma circular. El círculo interior es la primera letra del codón, la segunda círculo - segunda letra del codón, tercer círculo - tercera letra del codón, cuarto círculo - designaciones de aminoácidos en una abreviatura de tres letras; P - aminoácidos polares, NP - aminoácidos no polares. Para mayor claridad de simetría, el orden elegido de los símbolos es importante. U-C-A-G.

Entonces, comencemos a describir las principales propiedades del HA.

1. Tripletidad. Cada aminoácido está codificado por una secuencia de tres nucleótidos.

2. Presencia de signos de puntuación intergénicos. Los signos de puntuación intergénicos incluyen secuencias de ácidos nucleicos en las que comienza o termina la traducción.

La traducción no puede comenzar a partir de ningún codón, sino sólo de uno estrictamente definido: a partir de. El codón de inicio incluye el triplete AUG, a partir del cual comienza la traducción. En este caso, este triplete codifica metionina u otro aminoácido: la formilmetionina (en procariotas), que solo puede incluirse al comienzo de la síntesis de proteínas. Al final de cada gen que codifica un polipéptido hay al menos uno de 3 codones de parada, o luces de freno: UAA, UAG, UGA. Terminan la traducción (la llamada síntesis de proteínas en el ribosoma).

3. Compacidad o ausencia de signos de puntuación intragénicos. Dentro de un gen, cada nucleótido es parte de un codón significativo.

4. No superpuestos. Los codones no se superponen entre sí; cada uno tiene su propio conjunto ordenado de nucleótidos, que no se superpone con conjuntos similares de codones vecinos.

5. Degeneración. La correspondencia inversa en la dirección aminoácido-codón es ambigua. Esta propiedad se llama degeneración. Serie es un conjunto de codones que codifican para un aminoácido, en otras palabras, es un grupo codones equivalentes. Pensemos en un codón como XYZ. Si XY especifica el "sentido" (es decir, un aminoácido), entonces el codón se llama fuerte. Si para determinar el significado de un codón se necesita un cierto Z, entonces dicho codón se llama débil.

La degeneración del código está estrechamente relacionada con la ambigüedad del emparejamiento codón-anticodón (un anticodón significa una secuencia de tres nucleótidos en el ARNt, que puede emparejarse complementariamente con un codón en el ARN mensajero (consulte dos artículos para obtener más detalles sobre esto: Mecanismos moleculares para garantizar la degeneración del código. Y La regla de Lagerquist. Justificación físico-química de las simetrías y relaciones de Rumer.). Un anticodón en un ARNt puede reconocer de uno a tres codones en un ARNm.

6.Sin ambigüedad. Cada triplete codifica sólo un aminoácido o es un terminador de traducción.

Hay tres excepciones conocidas.

Primero. En procariotas, en la primera posición (letra mayúscula), codifica formilmetionina, y en cualquier otra posición, metionina. Al comienzo del gen, la formilmetionina está codificada tanto por el codón habitual de metionina AUG como también por el codón de valina GUG o leucina UUG. , que dentro del gen codifican valina y leucina, respectivamente.

En muchas proteínas, la formilmetionina se escinde o se elimina el grupo formilo, lo que da como resultado que la formilmetionina se convierta en metionina regular.

Segundo. En 1986, varios grupos de investigadores descubrieron que el codón de parada UGA en el ARNm puede codificar selenocisteína (ver Fig. 3), siempre que vaya seguido de una secuencia de nucleótidos especial.

Arroz. 3. Estructura del aminoácido 21: selenocisteína.

Ud. E. coli(este es el nombre latino de Escherichia coli) El selenocisteil-ARNt durante la traducción reconoce el codón UGA en el ARNm, pero solo en un contexto determinado: para que el codón UGA sea reconocido como significativo, se necesita una secuencia de 45 nucleótidos de longitud ubicada después de UGA El codón es importante.

El ejemplo considerado muestra que, si es necesario, un organismo vivo puede cambiar el significado del código genético estándar. En este caso, la información genética contenida en los genes está codificada de forma más compleja. El significado de un codón se determina en el contexto de una secuencia de nucleótidos extendida específica y con la participación de varios factores proteicos altamente específicos. Es importante que se haya encontrado ARNt de selenocisteína en representantes de las tres ramas de la vida (arqueas, eubacterias y eucariotas), lo que indica el origen antiguo de la síntesis de selenocisteína y su posible presencia en el último ancestro común universal (que se discutirá en otros artículos). Lo más probable es que la selenocisteína se encuentre en todos los organismos vivos sin excepción. Pero en cualquier organismo, la selenocisteína se encuentra en no más de docenas de proteínas. Es parte de los centros activos de las enzimas, en varios homólogos de los cuales la cisteína ordinaria puede funcionar en una posición similar.

Hasta hace poco se creía que el codón UGA podía leerse como selenocisteína o terminal, pero recientemente se ha demostrado que en los ciliados Euplotes El codón UGA codifica cisteína o selenocisteína. Cm. " Codigo genetico permite discrepancias"

Tercera excepción. Algunos procariotas (5 especies de arqueas y una eubacteria; la información en Wikipedia está muy desactualizada) contienen un ácido especial: la pirrolisina (Fig. 4). Está codificado por el triplete UAG, que en el código canónico sirve como terminador de traducción. Se supone que en este caso, al igual que en el caso de la codificación de selenocisteína, la lectura de UAG como codón de pirrolisina se produce debido a una estructura especial del ARNm. El ARNt de pirrolisina contiene el anticodón CTA y está aminoacilado por las ARSasas de clase 2 (para la clasificación de las ARSasas, consulte el artículo “Las codasas ayudan a comprender cómo funcionan las ARSasas”). codigo genetico ").

UAG rara vez se utiliza como codón de parada y, cuando se utiliza, suele ir seguido de otro codón de parada.

Arroz. 4. Estructura del aminoácido 22 de la pirrolisina.

7. Versatilidad. Después de que se completó el descifrado del Código Civil a mediados de los años 60 del siglo pasado, durante mucho tiempo se creyó que el código era el mismo en todos los organismos, lo que indica la unidad del origen de toda la vida en la Tierra.

Intentemos entender por qué el Código Civil es universal. El hecho es que si al menos una regla de codificación cambiara en el cuerpo, esto conduciría a un cambio en la estructura de una parte importante de las proteínas. Un cambio así sería demasiado drástico y, por tanto, casi siempre letal, ya que un cambio en el significado de un solo codón puede afectar en promedio a 1/64 de todas las secuencias de aminoácidos.

Esto lleva a una idea muy importante: el GC se ha mantenido casi sin cambios desde su formación hace más de 3.500 millones de años. Esto significa que su estructura lleva una huella de su origen, y el análisis de esta estructura puede ayudar a comprender exactamente cómo pudo haber surgido el GC.

De hecho, el HA puede diferir algo en las bacterias, las mitocondrias, el código nuclear de algunos ciliados y las levaduras. Actualmente, existen al menos 17 códigos genéticos que se diferencian del canónico en 1-5 codones. En total, en todas las variantes conocidas de desviaciones del GK universal, se utilizan 18 sustituciones diferentes del significado de un codón. La mayoría de las desviaciones del código estándar se conocen en las mitocondrias: 10. Es de destacar que las mitocondrias de los vertebrados, los platelmintos y los equinodermos están codificados por códigos diferentes, y los mohos, los protozoos y los celentéreos están codificados por uno.

La proximidad evolutiva de las especies no garantiza en absoluto que tengan GC similares. Los códigos genéticos pueden variar incluso entre diferentes especies de micoplasmas (algunas especies tienen un código canónico, mientras que otras tienen códigos divergentes). Una situación similar se observa con la levadura.

Es importante señalar que las mitocondrias descienden de organismos simbióticos que se han adaptado para vivir dentro de las células. Tienen un genoma muy reducido; algunos genes se han trasladado al núcleo celular. Por tanto, los cambios en la HA en ellos ya no son tan dramáticos.

Las excepciones descubiertas más tarde son de particular interés desde un punto de vista evolutivo, ya que pueden ayudar a arrojar luz sobre los mecanismos de evolución del código.

Tabla 1.

Códigos mitocondriales en varios organismos.

codón	código universal	Códigos mitocondriales
		Vertebrados	Invertebrados	Levadura	Plantas
U.G.A.	DETENER	Trp	Trp	Trp	DETENER
AUA	isla	Reunió	Reunió	Reunió	isla
CUA	leu	leu	leu	tr	leu
A.G.A.	Arg	DETENER	ser	Arg	Arg
AGG	Arg	DETENER	ser	Arg	Arg

Tres mecanismos para cambiar el aminoácido codificado por el código.

La primera es cuando algún organismo no utiliza (o casi no utiliza) un determinado codón debido a la aparición desigual de algunos nucleótidos (composición de GC) o combinaciones de nucleótidos. Como resultado, dicho codón puede desaparecer por completo de su uso (por ejemplo, debido a la pérdida del ARNt correspondiente) y luego puede usarse para codificar otro aminoácido sin causar un daño significativo al cuerpo. Este mecanismo puede ser responsable de la aparición de algunos dialectos codificados en las mitocondrias.

El segundo es la transformación del codón de parada en el sentido de los óvulos. En este caso, algunas de las proteínas traducidas pueden tener adiciones. Sin embargo, la situación se salva parcialmente por el hecho de que muchos genes a menudo terminan no con uno, sino con dos codones de parada, ya que son posibles errores de traducción, en los que los codones de parada se leen como aminoácidos.

La tercera es la posible lectura ambigua de determinados codones, como ocurre en algunos hongos.

8 . Conectividad. Los grupos de codones equivalentes (es decir, codones que codifican para el mismo aminoácido) se denominan en series. GC contiene 21 series, incluidos codones de parada. En adelante, para mayor precisión, cualquier grupo de codones se denominará enlace, si de cada codón de este grupo se puede pasar a todos los demás codones del mismo grupo mediante sucesivas sustituciones de nucleótidos. De las 21 series, 18 están conectadas, 2 series contienen un codón cada una y sólo 1 serie del aminoácido serina está desconectada y se divide en dos subseries conectadas.

Arroz. 5. Gráficos de conectividad para algunas series de códigos. a - serie conectada de valina; b - serie conectada de leucina; La serie de serinas es incoherente y se divide en dos subseries conectadas. La cifra está extraída del artículo de V.A. Ratner" Codigo genetico como un sistema."

La propiedad de conectividad puede explicarse por el hecho de que durante el período de formación el GC capturó nuevos codones que eran mínimamente diferentes de los ya utilizados.

9. Regularidad Propiedades de los aminoácidos basados ​​en las raíces de los trillizos. Todos los aminoácidos codificados por tripletes de la raíz U no son polares, no tienen propiedades ni tamaños extremos y tienen radicales alifáticos. Todos los tripletes con raíz C tienen bases fuertes y los aminoácidos que codifican son de tamaño relativamente pequeño. Todos los tripletes con raíz A tienen bases débiles y codifican aminoácidos polares de tamaño no pequeño. Los codones con raíz G se caracterizan por variantes extremas y anómalas de aminoácidos y series. Codifican el aminoácido más pequeño (glicina), el más largo y plano (triptófano), el más largo y retorcido (arginina), el más reactivo (cisteína) y forman una subserie anómala para la serina.

10. Bloqueo. El Código Civil Universal es un código “en bloque”. Esto significa que los aminoácidos con propiedades fisicoquímicas similares están codificados por codones que se diferencian entre sí en una base. La naturaleza de bloque del código es claramente visible en la siguiente figura.

Arroz. 6. Estructura de bloques del Código Civil. Los aminoácidos con un grupo alquilo se indican en blanco.

Arroz. 7. Representación en color de las propiedades fisicoquímicas de los aminoácidos, basada en los valores descritos en el libro.Styers "Bioquímica". A la izquierda está la hidrofobicidad. A la derecha está la capacidad de formar una hélice alfa en una proteína. Los colores rojo, amarillo y azul indican aminoácidos con hidrofobicidad alta, media y baja (izquierda) o el grado correspondiente de capacidad para formar una hélice alfa (derecha).

La propiedad de bloqueo y regularidad también puede explicarse por el hecho de que durante el período de formación el GC capturó nuevos codones que eran mínimamente diferentes de los ya utilizados.

Los codones con las mismas primeras bases (prefijos de codones) codifican aminoácidos con vías biosintéticas similares. Los codones de aminoácidos pertenecientes a las familias shikimato, piruvato, aspartato y glutamato tienen como prefijos U, G, A y C, respectivamente. Sobre las vías de la antigua biosíntesis de aminoácidos y su conexión con las propiedades del código moderno, consulte "Antiguo doblete codigo genetico estaba predeterminado por las vías de síntesis de aminoácidos". Con base en estos datos, algunos investigadores concluyen que la formación del código estuvo muy influenciada por las relaciones biosintéticas entre los aminoácidos. Sin embargo, la similitud de las vías biosintéticas no significa en absoluto la similitud de propiedades fisicoquímicas.

11. Inmunidad al ruido. En la forma más general, la inmunidad al ruido de HA significa que con mutaciones puntuales aleatorias y errores de traducción, las propiedades fisicoquímicas de los aminoácidos no cambian mucho.

El reemplazo de un nucleótido en un triplete en la mayoría de los casos no conduce a un cambio en el aminoácido codificado o conduce a un cambio a un aminoácido con la misma polaridad.

Uno de los mecanismos que asegura la inmunidad al ruido de un GC es su degeneración. La degeneración promedio es igual al número de señales codificadas/número total de codones, donde las señales codificadas incluyen 20 aminoácidos y el signo de terminación de la traducción. La degeneración promedio de todos los aminoácidos y el signo de terminación es de tres codones por señal codificada.

Para cuantificar la inmunidad al ruido, introducimos dos conceptos. Las mutaciones de sustituciones de nucleótidos que no conducen a un cambio en la clase del aminoácido codificado se denominan conservador. Las mutaciones de sustituciones de nucleótidos que conducen a un cambio en la clase del aminoácido codificado se denominan radical .

Cada triplete permite 9 sustituciones simples. Hay 61 tripletes que codifican aminoácidos en total. Por lo tanto, el número de posibles sustituciones de nucleótidos para todos los codones es.

61 x 9 = 549. De estos:

23 sustituciones de nucleótidos dan como resultado codones de parada.

134 sustituciones no cambian el aminoácido codificado.
230 sustituciones no cambian la clase del aminoácido codificado.
162 sustituciones conducen a un cambio en la clase de aminoácidos, es decir son radicales.
De las 183 sustituciones del tercer nucleótido, 7 conducen a la aparición de terminadores de traducción y 176 son conservadoras.
De las 183 sustituciones del primer nucleótido, 9 dan lugar a la aparición de terminadores, 114 son conservadoras y 60 radicales.
De las 183 sustituciones del segundo nucleótido, 7 conducen a la aparición de terminadores, 74 son conservadoras y 102 son radicales.

Con base en estos cálculos, obtenemos una evaluación cuantitativa de la inmunidad al ruido del código como la relación entre el número de reemplazos conservadores y el número de reemplazos radicales. Es igual a 364/162=2,25

Al evaluar de manera realista la contribución de la degeneración a la inmunidad al ruido, es necesario tener en cuenta la frecuencia de aparición de aminoácidos en las proteínas, que varía en diferentes especies.

¿Cuál es el motivo de la inmunidad al ruido del código? La mayoría de los investigadores creen que esta propiedad es consecuencia de la selección de GC alternativos.

Stephen Freeland y Lawrence Hurst generaron códigos aleatorios y descubrieron que sólo uno entre cien códigos alternativos no era menos resistente al ruido que el código universal.
Un hecho aún más interesante surgió cuando estos investigadores introdujeron una restricción adicional para tener en cuenta las tendencias reales en los patrones de mutación del ADN y los errores de traducción. En tales condiciones, SÓLO UN CÓDIGO ENTRE UN MILLÓN POSIBLE resultó ser mejor que el código canónico.
Esta vitalidad sin precedentes del código genético puede explicarse más fácilmente por el hecho de que se formó como resultado de la selección natural. Quizás alguna vez hubo muchos códigos en el mundo biológico, cada uno con su propia sensibilidad a los errores. El organismo que mejor se las arregló con ellos tenía más posibilidades de sobrevivir, y el código canónico simplemente ganó la lucha por la existencia. Esta suposición parece bastante realista; después de todo, sabemos que realmente existen códigos alternativos. Para obtener más información sobre la inmunidad al ruido, consulte Evolución codificada (S. Freeland, L. Hirst “Evolución codificada”. // En el mundo de la ciencia. - 2004, No. 7).

En conclusión, propongo contar el número de posibles códigos genéticos que se pueden generar para los 20 aminoácidos canónicos. Por alguna razón no encontré este número en ninguna parte. Entonces, necesitamos que los GC generados contengan 20 aminoácidos y una señal de parada, codificada por AL MENOS UN CODÓN.

Numeremos mentalmente los codones en algún orden. Razonaremos de la siguiente manera. Si tenemos exactamente 21 codones, entonces cada aminoácido y señal de parada ocupará exactamente un codón. ¡En este caso, habrá 21 posibles grupos principales!

Si hay 22 codones, entonces aparece un codón extra, que puede tener uno de los 21 sentidos, y este codón puede ubicarse en cualquiera de los 22 lugares, mientras que los codones restantes tienen exactamente un sentido diferente, como en el caso de 21. codones. Luego obtenemos el número de combinaciones 21!x(21x22).

Si hay 23 codones, entonces, razonando de manera similar, obtenemos que 21 codones tienen exactamente un significado diferente cada uno (21! opciones), y dos codones tienen 21 significados diferentes cada uno (21 2 significados con una posición FIJA de estos codones). El número de posiciones diferentes para estos dos codones será 23x22. El número total de variantes de GC para 23 codones es 21!x21 2 x23x22

Si hay 24 codones, entonces el número de GC será 21!x21 3 x24x23x22,...

....................................................................................................................

Si hay 64 codones, entonces el número de GC posibles será 21!x21 43 x64!/21! = 21 43x64! ~ 9.1x10 145

En cualquier célula y organismo, todas las características anatómicas, morfológicas y funcionales están determinadas por la estructura de las proteínas que las componen. Una propiedad hereditaria del organismo es la capacidad de sintetizar determinadas proteínas. Los aminoácidos se encuentran en una cadena polipeptídica, de la que dependen las características biológicas.
Cada célula tiene su propia secuencia de nucleótidos en la cadena polinucleotídica del ADN. Este es el código genético del ADN. A través de él se registra información sobre la síntesis de determinadas proteínas. Este artículo describe qué es el código genético, sus propiedades e información genética.

Una pequeña historia

La idea de que podría existir un código genético fue formulada por J. Gamow y A. Down a mediados del siglo XX. Describieron que la secuencia de nucleótidos responsable de la síntesis de un aminoácido particular contiene al menos tres unidades. Posteriormente demostraron el número exacto de tres nucleótidos (esta es una unidad de código genético), que se llamó triplete o codón. Hay sesenta y cuatro nucleótidos en total, porque la molécula de ácido donde se produce el ARN está formada por cuatro residuos de nucleótidos diferentes.

¿Qué es el código genético?

El método de codificación de la secuencia de proteínas de aminoácidos debido a la secuencia de nucleótidos es característico de todas las células y organismos vivos. Esto es lo que es el código genético.
Hay cuatro nucleótidos en el ADN:

• adenina - A;
• guanina - G;
• citosina - C;
• timina - T.

Se indican con letras latinas mayúsculas o (en la literatura en idioma ruso) rusas.
El ARN también contiene cuatro nucleótidos, pero uno de ellos es diferente del ADN:

• adenina - A;
• guanina - G;
• citosina - C;
• uracilo - U.

Todos los nucleótidos están dispuestos en cadenas, teniendo el ADN una doble hélice y el ARN una única hélice.
Las proteínas se basan en veinte aminoácidos, donde, ubicados en una secuencia determinada, determinan sus propiedades biológicas.

Propiedades del código genético.

Tripletidad. Una unidad de código genético consta de tres letras, es un triplete. Esto quiere decir que los veinte aminoácidos que existen están codificados por tres nucleótidos específicos llamados codones o trilpetos. Hay sesenta y cuatro combinaciones que se pueden crear a partir de cuatro nucleótidos. Esta cantidad es más que suficiente para codificar veinte aminoácidos.
Degeneración. Cada aminoácido corresponde a más de un codón, a excepción de la metionina y el triptófano.
Sin ambigüedad. Un codón codifica un aminoácido. Por ejemplo, en el gen de una persona sana con información sobre el objetivo beta de la hemoglobina, un triplete de GAG ​​y GAA codifica A. En todas las personas que padecen anemia falciforme, se cambia un nucleótido.
Colinealidad. La secuencia de aminoácidos siempre corresponde a la secuencia de nucleótidos que contiene el gen.
El código genético es continuo y compacto, lo que significa que no tiene signos de puntuación. Es decir, a partir de un determinado codón se produce una lectura continua. Por ejemplo, AUGGGUGTSUAAUUGUG se leerá como: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Pero no AUG, UGG y demás ni nada más.
Versatilidad. Lo mismo ocurre con absolutamente todos los organismos terrestres, desde el hombre hasta los peces, pasando por los hongos y las bacterias.

Mesa

No todos los aminoácidos disponibles están incluidos en la tabla presentada. Hidroxiprolina, hidroxilisina, fosfoserina, derivados yodados de tirosina, cistina y algunos otros están ausentes, ya que son derivados de otros aminoácidos codificados por ARNm y formados después de la modificación de proteínas como resultado de la traducción.
Por las propiedades del código genético se sabe que un codón es capaz de codificar un aminoácido. La excepción es el código genético que realiza funciones adicionales y codifica valina y metionina. El ARNm, que se encuentra al comienzo del codón, se une al ARNt, que transporta formilmetiona. Una vez completada la síntesis, se escinde y se lleva consigo el residuo de formilo, transformándose en un residuo de metionina. Por tanto, los codones anteriores son los iniciadores de la síntesis de la cadena polipeptídica. Si no están al principio, entonces no son diferentes de los demás.

Información genética

Este concepto significa un programa de propiedades que se transmite de los antepasados. Está integrado en la herencia como código genético.
El código genético se realiza durante la síntesis de proteínas:

• ARN mensajero;
• ARNr ribosómico.

La información se transmite mediante comunicación directa (ADN-ARN-proteína) y comunicación inversa (medio-proteína-ADN).
Los organismos pueden recibirlo, almacenarlo, transmitirlo y utilizarlo de forma más eficaz.
La información, transmitida por herencia, determina el desarrollo de un organismo en particular. Pero debido a la interacción con el medio ambiente, la reacción de este último se distorsiona, por lo que se produce la evolución y el desarrollo. De esta forma se introduce nueva información en el organismo.

El cálculo de las leyes de la biología molecular y el descubrimiento del código genético ilustraron la necesidad de combinar la genética con la teoría de Darwin, a partir de la cual surgió una teoría sintética de la evolución: la biología no clásica.
La herencia, la variación y la selección natural de Darwin se complementan con la selección genéticamente determinada. La evolución se realiza a nivel genético mediante mutaciones aleatorias y la herencia de los rasgos más valiosos y mejor adaptados al medio ambiente.

Decodificando el código humano

En los años noventa se puso en marcha el Proyecto Genoma Humano, como resultado del cual se descubrieron en dos milésimas fragmentos del genoma que contienen el 99,99% de los genes humanos. Se desconocen los fragmentos que no participan en la síntesis de proteínas y que no están codificados. Su papel sigue siendo desconocido por ahora.

Descubierto por última vez en 2006, el cromosoma 1 es el más largo del genoma. Más de trescientas cincuenta enfermedades, incluido el cáncer, aparecen como consecuencia de trastornos y mutaciones en el mismo.

Difícilmente se puede sobrestimar el papel de tales estudios. Cuando descubrieron qué es el código genético, se supo según qué patrones se produce el desarrollo, cómo se forma la estructura morfológica, la psique, la predisposición a determinadas enfermedades, el metabolismo y los defectos de los individuos.

El código genético es un sistema de registro de información hereditaria en moléculas de ácido nucleico, basado en una determinada alternancia de secuencias de nucleótidos en el ADN o ARN, formando codones correspondientes a los aminoácidos de una proteína.

Propiedades del código genético.

El código genético tiene varias propiedades.

Tripletidad.

Degeneración o redundancia.

Sin ambigüedad.

Polaridad.

No superpuestos.

Compacidad.

Versatilidad.

Cabe señalar que algunos autores también proponen otras propiedades del código relacionadas con las características químicas de los nucleótidos incluidos en el código o la frecuencia de aparición de aminoácidos individuales en las proteínas del cuerpo, etc. Sin embargo, estas propiedades se derivan de las enumeradas anteriormente, por lo que las consideraremos allí.

A. Tripletidad. El código genético, como muchos sistemas organizados de manera compleja, tiene la unidad estructural y funcional más pequeña. Un triplete es la unidad estructural más pequeña del código genético. Consta de tres nucleótidos. Un codón es la unidad funcional más pequeña del código genético. Normalmente, los tripletes de ARNm se denominan codones. En el código genético, un codón realiza varias funciones. En primer lugar, su función principal es codificar un único aminoácido. En segundo lugar, es posible que el codón no codifique un aminoácido, pero, en este caso, realiza otra función (ver más abajo). Como puede verse en la definición, un triplete es un concepto que caracteriza elemental unidad estructural Código genético (tres nucleótidos). Codón – caracteriza unidad semántica elemental genoma: tres nucleótidos determinan la unión de un aminoácido a la cadena polipeptídica.

La unidad estructural elemental se descifró primero teóricamente y luego se confirmó experimentalmente su existencia. De hecho, 20 aminoácidos no pueden codificarse con uno o dos nucleótidos porque de estos últimos sólo hay 4. Tres de cada cuatro nucleótidos dan 4 3 = 64 variantes, lo que cubre con creces el número de aminoácidos disponibles en los organismos vivos (ver Tabla 1).

Las 64 combinaciones de nucleótidos presentadas en la tabla tienen dos características. En primer lugar, de las 64 variantes tripletes, solo 61 son codones y codifican algún aminoácido, se denominan codones de sentido. Tres trillizos no codifican.

Los aminoácidos a son señales de parada que indican el final de la traducción. Hay tres de esos trillizos: UAA, UAG, UGA, también se les llama “sin sentido” (codones sin sentido). Como resultado de una mutación asociada con la sustitución de un nucleótido en un triplete por otro, puede surgir un codón sin sentido a partir de un codón con sentido. Este tipo de mutación se llama mutación sin sentido. Si dicha señal de parada se forma dentro del gen (en su parte de información), durante la síntesis de proteínas en este lugar el proceso se interrumpirá constantemente: solo se sintetizará la primera parte (antes de la señal de parada) de la proteína. Una persona con esta patología experimentará falta de proteínas y experimentará síntomas asociados a esta deficiencia. Por ejemplo, este tipo de mutación se identificó en el gen que codifica la cadena beta de la hemoglobina. Se sintetiza una cadena de hemoglobina inactiva acortada, que se destruye rápidamente. Como resultado, se forma una molécula de hemoglobina desprovista de cadena beta. Está claro que es poco probable que una molécula así cumpla plenamente sus funciones. Se produce una enfermedad grave que se desarrolla como anemia hemolítica (talasemia beta-cero, de la palabra griega "Thalas", mar Mediterráneo, donde se descubrió esta enfermedad por primera vez).

El mecanismo de acción de los codones de terminación difiere del mecanismo de acción de los codones sensoriales. Esto se debe al hecho de que para todos los codones que codifican aminoácidos se han encontrado los ARNt correspondientes. No se encontraron ARNt para codones sin sentido. En consecuencia, el ARNt no participa en el proceso de detener la síntesis de proteínas.

codónAGO (a veces GUG en bacterias) no sólo codifican los aminoácidos metionina y valina, sino que tambiéniniciador de transmisión .

b. Degeneración o redundancia.

61 de los 64 tripletes codifican 20 aminoácidos. Este exceso de tres veces el número de tripletes sobre el número de aminoácidos sugiere que se pueden utilizar dos opciones de codificación en la transferencia de información. En primer lugar, no todos los 64 codones pueden participar en la codificación de 20 aminoácidos, sino sólo 20 y, en segundo lugar, los aminoácidos pueden estar codificados por varios codones. Las investigaciones han demostrado que la naturaleza utilizó la última opción.

Su preferencia es obvia. Si de 64 tripletes variantes solo 20 estuvieran involucrados en la codificación de aminoácidos, entonces 44 tripletes (de 64) permanecerían no codificantes, es decir, sin sentido (codones sin sentido). Anteriormente, señalamos lo peligroso que es para la vida de una célula transformar un triplete codificante como resultado de una mutación en un codón sin sentido; esto altera significativamente el funcionamiento normal de la ARN polimerasa y, en última instancia, conduce al desarrollo de enfermedades. Actualmente, tres codones de nuestro genoma no tienen sentido, pero imaginemos ahora lo que pasaría si el número de codones sin sentido aumentara unas 15 veces. Está claro que en tal situación la transición de codones normales a codones sin sentido será inmensamente mayor.

Un código en el que un aminoácido está codificado por varios tripletes se denomina degenerado o redundante. Casi todos los aminoácidos tienen varios codones. Por tanto, el aminoácido leucina puede estar codificado por seis tripletes: UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. La valina está codificada por cuatro tripletes, la fenilalanina por dos y sólo triptófano y metionina codificado por un codón. La propiedad que se asocia con registrar la misma información con diferentes símbolos se llama degeneración.

El número de codones designados para un aminoácido se correlaciona bien con la frecuencia de aparición del aminoácido en las proteínas.

Y lo más probable es que esto no sea accidental. Cuanto mayor sea la frecuencia de aparición de un aminoácido en una proteína, cuanto más a menudo esté representado el codón de este aminoácido en el genoma, mayor será la probabilidad de que sea dañado por factores mutagénicos. Por tanto, está claro que un codón mutado tiene mayores posibilidades de codificar el mismo aminoácido si está muy degenerado. Desde estas posiciones, la degeneración del código genético es un mecanismo que protege al genoma humano de daños.

Cabe señalar que el término degeneración se utiliza en genética molecular en otro sentido. Por tanto, la mayor parte de la información de un codón está contenida en los dos primeros nucleótidos; la base en la tercera posición del codón resulta de poca importancia. Este fenómeno se llama “degeneración de la tercera base”. Esta última característica minimiza el efecto de las mutaciones. Por ejemplo, se sabe que la función principal de los glóbulos rojos es transportar oxígeno desde los pulmones a los tejidos y dióxido de carbono desde los tejidos a los pulmones. Esta función la realiza el pigmento respiratorio, la hemoglobina, que llena todo el citoplasma del eritrocito. Consiste en una parte proteica, la globina, que está codificada por el gen correspondiente. Además de proteínas, la molécula de hemoglobina contiene hemo, que contiene hierro. Las mutaciones en los genes de la globina dan lugar a la aparición de diferentes variantes de hemoglobina. Muy a menudo, las mutaciones están asociadas con sustitución de un nucleótido por otro y aparición de un nuevo codón en el gen, que puede codificar un nuevo aminoácido en la cadena polipeptídica de la hemoglobina. En un triplete, como resultado de una mutación, se puede reemplazar cualquier nucleótido: el primero, el segundo o el tercero. Se conocen varios cientos de mutaciones que afectan la integridad de los genes de la globina. Cerca 400 de los cuales están asociados con el reemplazo de nucleótidos individuales en un gen y el reemplazo de aminoácidos correspondiente en un polipéptido. De estos solo 100 Los reemplazos provocan inestabilidad de la hemoglobina y diversos tipos de enfermedades, desde leves hasta muy graves. 300 (aproximadamente 64%) mutaciones de sustitución no afectan la función de la hemoglobina y no conducen a patología. Una de las razones de esto es la mencionada "degeneración de la tercera base", cuando la sustitución del tercer nucleótido en un triplete que codifica serina, leucina, prolina, arginina y algunos otros aminoácidos conduce a la aparición de un codón sinónimo. codificando el mismo aminoácido. Tal mutación no se manifestará fenotípicamente. Por el contrario, cualquier sustitución del primer o segundo nucleótido en un triplete conduce en el 100% de los casos a la aparición de una nueva variante de hemoglobina. Pero incluso en este caso, es posible que no haya trastornos fenotípicos graves. La razón de esto es la sustitución de un aminoácido en la hemoglobina por otro similar al primero en propiedades fisicoquímicas. Por ejemplo, si un aminoácido con propiedades hidrófilas se sustituye por otro aminoácido, pero con las mismas propiedades.

La hemoglobina consta del grupo hemo de porfirina de hierro (se le unen moléculas de oxígeno y dióxido de carbono) y proteína: globina. La hemoglobina adulta (HbA) contiene dos idénticos -cadenas y dos -cadenas. Molécula -la cadena contiene 141 residuos de aminoácidos, -cadena - 146, - Y -Las cadenas se diferencian en muchos residuos de aminoácidos. La secuencia de aminoácidos de cada cadena de globina está codificada por su propio gen. Codificación genética -la cadena se encuentra en el brazo corto del cromosoma 16, -gen - en el brazo corto del cromosoma 11. Sustitución en el gen que codifica. -la cadena de hemoglobina del primer o segundo nucleótido casi siempre provoca la aparición de nuevos aminoácidos en la proteína, alteración de las funciones de la hemoglobina y graves consecuencias para el paciente. Por ejemplo, reemplazar "C" en uno de los tripletes CAU (histidina) por "Y" dará lugar a la aparición de un nuevo triplete UAU, que codifica otro aminoácido: la tirosina. Fenotípicamente, esto se manifestará en una enfermedad grave. sustitución similar en la posición 63 -La cadena del polipéptido histidina a tirosina conducirá a la desestabilización de la hemoglobina. Se desarrolla la enfermedad metahemoglobinemia. Reemplazo, como resultado de mutación, del ácido glutámico por valina en la posición 6 -La cadena es la causa de la enfermedad más grave: la anemia falciforme. No sigamos con la triste lista. Solo tengamos en cuenta que al sustituir los dos primeros nucleótidos puede aparecer un aminoácido con propiedades fisicoquímicas similares al anterior. Por tanto, la sustitución del segundo nucleótido en uno de los tripletes que codifican el ácido glutámico (GAA) en La cadena con “U” conduce a la aparición de un nuevo triplete (GUA), que codifica la valina, y reemplazando el primer nucleótido con “A” se forma el triplete AAA, que codifica el aminoácido lisina. El ácido glutámico y la lisina tienen propiedades fisicoquímicas similares: ambos son hidrófilos. La valina es un aminoácido hidrofóbico. Por lo tanto, reemplazar el ácido glutámico hidrofílico con valina hidrofóbica cambia significativamente las propiedades de la hemoglobina, lo que en última instancia conduce al desarrollo de anemia de células falciformes, mientras que reemplazar el ácido glutámico hidrofílico con lisina hidrofílica cambia la función de la hemoglobina en menor medida: los pacientes desarrollan una forma leve. de anemia. Como resultado de la sustitución de la tercera base, el nuevo triplete puede codificar los mismos aminoácidos que el anterior. Por ejemplo, si en el triplete CAC el uracilo fue reemplazado por citosina y apareció un triplete CAC, prácticamente no se detectarán cambios fenotípicos en humanos. Esto es comprensible, porque Ambos tripletes codifican el mismo aminoácido: la histidina.

En conclusión, conviene enfatizar que la degeneración del código genético y la degeneración de la tercera base desde un punto de vista biológico general son mecanismos protectores inherentes a la evolución en la estructura única del ADN y el ARN.

v. Sin ambigüedad.

Cada triplete (salvo tonterías) codifica sólo un aminoácido. Así, en la dirección codón - aminoácido el código genético es inequívoco, en la dirección aminoácido - codón es ambiguo (degenerado).

inequívoco

Codón de aminoácido

Degenerar

Y en este caso, la necesidad de que el código genético sea inequívoco es obvia. En otra opción, al traducir un mismo codón se insertarían distintos aminoácidos en la cadena proteica y, como resultado, se formarían proteínas con distintas estructuras primarias y distintas funciones. El metabolismo celular cambiaría al modo de funcionamiento de “un gen, varios polipéptidos”. Está claro que en tal situación la función reguladora de los genes se perdería por completo.

polaridad

La lectura de información del ADN y el ARNm se produce solo en una dirección. La polaridad es importante para definir estructuras de orden superior (secundaria, terciaria, etc.). Anteriormente hablamos de cómo las estructuras de orden inferior determinan las estructuras de orden superior. La estructura terciaria y las estructuras de orden superior en las proteínas se forman tan pronto como la cadena de ARN sintetizada abandona la molécula de ADN o la cadena polipeptídica abandona el ribosoma. Mientras que el extremo libre de un ARN o polipéptido adquiere una estructura terciaria, el otro extremo de la cadena continúa sintetizándose en el ADN (si se transcribe el ARN) o en un ribosoma (si se transcribe un polipéptido).

Por tanto, el proceso unidireccional de lectura de información (durante la síntesis de ARN y proteínas) es fundamental no sólo para determinar la secuencia de nucleótidos o aminoácidos en la sustancia sintetizada, sino para la determinación estricta de los secundarios, terciarios, etc. estructuras.

d. No superpuestos.

El código puede superponerse o no superponerse. La mayoría de los organismos tienen un código que no se superpone. En algunos fagos se encuentra código superpuesto.

La esencia de un código que no se superpone es que un nucleótido de un codón no puede ser simultáneamente un nucleótido de otro codón. Si el código se superpusiera, entonces la secuencia de siete nucleótidos (GCUGCUG) podría codificar no dos aminoácidos (alanina-alanina) (Fig.33, A) como en el caso de un código que no se superpone, sino tres (si hay un nucleótido en común) (Fig. 33, B) o cinco (si dos nucleótidos son comunes) (ver Fig. 33, C). En los dos últimos casos, una mutación de cualquier nucleótido provocaría una alteración en la secuencia de dos, tres, etc. aminoácidos.

Sin embargo, se ha establecido que una mutación de un nucleótido siempre altera la inclusión de un aminoácido en un polipéptido. Este es un argumento importante de que el código no se superpone.

Expliquemos esto en la Figura 34. Las líneas en negrita muestran tripletes que codifican aminoácidos en el caso de código superpuesto y no superpuesto. Los experimentos han demostrado claramente que el código genético no se superpone. Sin entrar en detalles del experimento, observamos que si reemplaza el tercer nucleótido en la secuencia de nucleótidos (ver Fig. 34)Ud. (marcado con un asterisco) a alguna otra cosa:

1. Con un código que no se superponga, la proteína controlada por esta secuencia tendría una sustitución de un (primer) aminoácido (marcado con asteriscos).

2. Con un código superpuesto en la opción A, se produciría una sustitución en dos (primero y segundo) aminoácidos (marcados con asteriscos). Según la opción B, el reemplazo afectaría a tres aminoácidos (marcados con asteriscos).

Sin embargo, numerosos experimentos han demostrado que cuando se altera un nucleótido en el ADN, la alteración en la proteína siempre afecta solo a un aminoácido, lo cual es típico de un código que no se superpone.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU

*** *** *** *** *** ***

Alanina - Alanina Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley

A B C

Código no superpuesto Código superpuesto

Arroz. 34. Un diagrama que explica la presencia de un código no superpuesto en el genoma (explicación en el texto).

La no superposición del código genético está asociada con otra propiedad: la lectura de información comienza desde un punto determinado: la señal de iniciación. Una señal de iniciación de este tipo en el ARNm es el codón que codifica la metionina AUG.

Cabe señalar que una persona todavía tiene una pequeña cantidad de genes que se desvían de la regla general y se superponen.

e. Compacidad.

No hay puntuación entre codones. En otras palabras, los tripletes no están separados entre sí, por ejemplo, por un nucleótido sin sentido. La ausencia de "signos de puntuación" en el código genético se ha demostrado mediante experimentos.

y. Versatilidad.

El código es el mismo para todos los organismos que viven en la Tierra. Se obtuvo evidencia directa de la universalidad del código genético comparando secuencias de ADN con las secuencias de proteínas correspondientes. Resultó que todos los genomas bacterianos y eucariotas utilizan los mismos conjuntos de valores de código. Hay excepciones, pero no muchas.

Las primeras excepciones a la universalidad del código genético se encontraron en las mitocondrias de algunas especies animales. Se trataba del codón terminador UGA, que se lee igual que el codón UGG, que codifica el aminoácido triptófano. También se encontraron otras desviaciones más raras de la universalidad.

Sistema de código de ADN.

El código genético del ADN consta de 64 tripletes de nucleótidos. Estos tripletes se llaman codones. Cada codón codifica uno de los 20 aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas. Esto da cierta redundancia en el código: la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón.
Un codón realiza dos funciones interrelacionadas: señala el comienzo de la traducción y codifica la inclusión del aminoácido metionina (Met) en la cadena polipeptídica en crecimiento. El sistema de codificación de ADN está diseñado para que el código genético pueda expresarse como codones de ARN o codones de ADN. Los codones de ARN se encuentran en el ARN (ARNm) y estos codones pueden leer información durante la síntesis de polipéptidos (un proceso llamado traducción). Pero cada molécula de ARNm adquiere una secuencia de nucleótidos en la transcripción del gen correspondiente.

Todos los aminoácidos menos dos (Met y Trp) pueden codificarse mediante de 2 a 6 codones diferentes. Sin embargo, el genoma de la mayoría de los organismos muestra que ciertos codones se ven favorecidos sobre otros. En humanos, por ejemplo, la alanina es codificada por GCC cuatro veces más que por GCG. Esto probablemente indica una mayor eficiencia de traducción del aparato de traducción (por ejemplo, el ribosoma) para algunos codones.

El código genético es casi universal. Los mismos codones se asignan a la misma sección de aminoácidos y las mismas señales de inicio y parada son abrumadoramente las mismas en animales, plantas y microorganismos. Sin embargo, se han encontrado algunas excepciones. La mayoría implica asignar uno o dos de los tres codones de parada a un aminoácido.