6 Nukleorūgštys ir transliacija JBi

* до * Я М И

—

Genomas yra visos konkretaus organizmo chromosomų DNR sekos. Žmogaus genomo projekto vykdytojai siekia ištirti kiekvieną žmogaus geną ir atitinkamos chromosomos genolapyje pažymėti konkrečią jo vietą. Tai iš tikrųjų tarptautinis projektas, kuriame bendradarbiauja daugelio šalių mokslininkai. Jį koordinuoja Žmogaus genomo organizacija. Jos narys yra ir lietuvis - habilituotas daktaras profesorius Vaidutis Kučinskas. Tikimasi, kad bus atskleista kiekvieno geno struktūra ir baltymas, kurį jis koduoja. Tai išties reikšminga, nes bus galima suprasti, kas vyksta, kai žmonės suserga, ir imtis kuo veiksmingesnių gydymo priemonių. Gauta informacija padės kuriant naujus vaistus, tinkamus vėžio, širdies ligų, imuninių sutrikimų ir kitoms ligoms gydyti.

> Ar DNR molekulėje yra genetinė informacija Ilgą laiką mokslininkai tiksliai nežinojo, ar DNR, ar baltymo molekulėje yra genetinė informacija. 1952 m. Alfredas Dėjus Heršis ir Marta Čeizė atliko bandymą ir įrodė, kad kaip tik DNR koduoja baltymus.

Bakteriofagai (dar vadinami fagais) yra virusai, parazituojantys bakterijų ląstelėse. T2 bakteriofagas parazituoja žarnų lazdelėse (Escherichia coli). Minėtas bakteriofagas sudarytas iš baltyminio apvalkalo, gaubiančio DNR šerdį. Bakteriofagas sugeba savo DNR įšvirkšti į bakteriją. Tadajis užvaldo visus bakterijos ląstelės biocheminius procesus ir priverčia ją gaminti daugybę naujų bakteriofagų.

A. D. Heršis ir M. Čeizė bandydami nustatyti, kur - DNR ar baltyme - yra genetinė medžiaga, tyrė bakterijos ir bakteriofago kultūras. DNR yra fosforo, bet nėra sieros. Baltymuose yra sieros, bet nėra fosforo. A kultūroje buvo auginami bakteriofagai, pažymėti radioaktyviuoju fosforo izotopu (32P). B kultūroje buvo auginami bakteriofagai, pažymėti radioaktyviuoju sieros izotopu (35S). Radioaktyviąją žymę turinčiais bakteriofagais buvo užkrėstos dvi E. coli bakterijų kultūros.

Kurios bakteriofago molekulės buvo radioaktyvios A kultūroje ir kurios B kultūroje?

Praėjus tam tikram laikui likę tušti bakteriofago apvalkalai buvo atskirti nuo bakterijų ląstelių. Buvo patikrintas abiejų frakcijų* radioaktyvumas. Gauti duomenys pateikti lentelėje:

baltyminė ataugėlė

Daktaras Džonas Sulstonas, Sandžerio centro Kembridže, Didžiojoje Britanijoje, kur buvo pradėti genomo tyrimo darbai, direktorius.

bakteriofago galvutė, sudaryta iš DNR šerdies ir ją gaubiančių baltymų

spygliukai

Bakteriofago sandara

pamatinė plokštelė

ataugėlės fibrilės

T2 bakteriofagas

bakteriofago DNR įšvirškus DNR

lieka tuščias T2 bakteriofago apvalkalas

bakterijos ląstelė

Bakteriofagas E. coli bakterijų frakcija

Fagų tuščių apvalkalų frakcija

Nauji bakteriofagai

A (32P) radioaktyvi neradioaktyvi radioaktyvūs

B(35S) neradioaktyvi radioaktyvi neradioaktyvūs

Kaip manote, kodėl nauji A tipo bakteriofagai buvo radioaktyvūs? Kaip manote, kodėl nauji B tipo bakteriofagai nebuvo radioaktyvūs? Kaip šie rezultatai patvirtino hipotezę, kad genetinė informacija yra DNR molekulėje?

naujo naujo bak-bakte- teriofago riofago baltyminis

apvalkalas

Bakteriofagas užkrečia bakteriją

ΐ> Nukleorugščių struktura Nukleorūgštys yra dviejų tipų: deoksiribonukleorūgštys (DNR) ir ribonukleorūgštys (RNR). Abiejų tipų nukleorūgštys yra polimerai. Jų subvienetai vadinami nukleotidais.

Kiekvienas nukleotidas sudarytas iš trijų dalių: • fosfatinės grupės, • pentozės cukraus (ribozės arba deoksiribozės), • azotinės bazės.

Tam tikru būdu susijungus fosfatui, cukrui ir bazei susidaro nukleotidas (žr. pav.).

Deoksiribonukleorūgštyje visada yra cukraus deoksiribozės. Ribonukleorūgštyje visada yra cukraus ribozės. DNR ir RNR fosfatinės grupės nesiskiria.

Azotinės bazės yra penkių skirtingų tipų ir skirstomos į dvi grupes:

• pirimidinus - molekulėje yra tik vienas ciklas. Pirimidino bazės yra trys: citozinas, timinas ir uracilas;

• purinus - molekulėje yra du ciklai. Purino bazės yra dvi: adeninas ir guaninas.

N H 2

I XX

N I

h — c

•N V /

H

N ' 'N

H

N

O = C -

N H 2

I

, C 4

4N'

c — H Il c — H

adeninas (purino bazė)

H citozinas

(pirimidino bazė)

Vienas nukleotidas su kitu susijungia vykstant kondensacijos reakcijai*. Reakcija vyksta tarp cukraus ir fosfatinių grupių. Taip susijungus daugybei nukleotidų susidaro polinukleotidinė grandinė.

DNR molekulėse kiekvienas nukleotidas turi vieną iš keturių bazių: adeniną, guaniną, citoziną arba timiną. RNR molekulėse kiekvienas nukleotidas turi vieną iš keturių bazių: adeniną, guaniną, citoziną arba uracilą. Taigi RNR molekulėje yra ne timinas, o uracilas.

Kokie yra du svarbiausi struktūriniai DNR ir RNR molekulių skirtumai?

fosfatas

cukrus

Atskiros nukleotidas

azotinė bazė

Polinukleotidinė grandinė

> DNR struktūra 1951 m. amerikiečių chemikas Ervinas Čargafas tyrė DNR struktūrą. Pasitelkęs chromatografiją, jis vieną nuo kitos atskyrė keturias įvairių rūšių DNR molekulių bazes. Buvo apskaičiuotas kiekvienos bazės kiekis. Išnagrinėkite lentelę, kurioje pateikti E. Čargafo gauti duomenys. Ar pastebite kokių nors dėsningumų lygindami bazių kiekius?

Organizmas Bazių kiekis, %

Organizmas Adeninas Citozinas Guaninas Timinas

mielės 32 18 18 32

tuberkuliozės bakterija 16 34 36 14

skėrys 29 21 21 29

žmogus 31 19 19 31

E. Čargafas pastebėjo, kad adenino kiekis lygus timino kiekiui, o citozino kiekis guanino kiekiui. Šis atradimas padėjo kitiems mokslininkams suvokti, kad bazės DNR molekulėje visada sudaro poras. Buvo padaryta išvada, kad adeninas visada turi būti susijungęs su timinu, nes jų kiekiai visada vienodi. Panašiai buvo nustatyta, kad citozinas privalo jungtis į porą su guaninu. Šis dėsningumas buvo pavadintas Čargafo taisykle.

Bazės sudaro poras visada taip pat: ADENINAS su TIMINU, CITOZINAS su GUANINU.

DNR sudaryta iš dviejų polinukleotidinių grandinių. Tokia struktūra primena kopėtėles: kartys sudarytos iš besikaitaliojančių cukraus ir fosfatinių grupių, o skersiniai iš bazių.

Bazes laiko sujungę silpni vandeniliniai ryšiai: du jungia adeniną su timinu, o trys citoziną su guaninu.

Kopėtėlės susisukusios spirale, tad DNR struktūra iš tikrųjų yra panaši į sraigtinius laiptus su bazių laipteliais, todėl ją imta vadinta dvivijė spiralė.

Jeigu vienoje DNR molekulės grandinėje yra tokia bazių seka: TACCTGATGTCAAG, kaip manote, kokia kitos grandinės bazių seka?

Erdvinis DNR modelis

Dvivijė spiralė

citozinas guamnas

adeninas timinas

timinas adeninas fosfatas

guamnas > = ц = 0 citozinas

vandeniliniai ryšiai

cukrus, deoksiribozė

\> Dvivijės spiralės atradimas DNR molekulės struktūros išaiškinimas yra vienas nuostabiausių dvidešimtojo amžiaus mokslo atradimų. Mokslininkamsjau buvo žinoma DNR svarba gyvosioms ląstelėms ir XX a. šeštojo dešimtmečio pradžioje buvo žinomi tokie faktai:

• DNR yra labai ilga iš nukleotidų sudaryta sudėtinga molekulė. • Joje yra keturių tipų bazių - adenino, citozino, guanino ir timino. • Jos molekulėje adenino kiekis lygus timino kiekiui, o citozino kiekis

guanino kiekiui. • Galimas daiktas, kad jos molekulė susisukusi spirale, kurią palaiko

vandeniliniai ryšiai.

Bet mokslininkai dar nežinojo, kaip atrodo bendra molekulės struktūra. Kaip tokioje molekulėje gali būti saugoma visa genetinė informacija apie organizmą? Kaip ji gali nukopijuoti pati save?

Įrodymai taikant rentgeno spinduliuotės difrakciją Daugelio molekulių, iš jų ir baltymų, struktūrai nustatyti taikomas rentgeno spinduliuotės difrakcijos būdas. Jo pagrindą sudaro baltymo kristalo apšvietimas rentgeno spinduliuote. Rentgeno spinduliuote, pataikiusi į baltymo molekulės atomus, pakeičia savo sklidimo kryptį ir tada nukreipiama į fotoplokštelę. Išsklaidyta rentgeno spinduliuote sukuria savitą vaizdą. Juo remdamiesi specialistai gali nustatyti, kaip molekulėje išsidėstę atomai.

• V p ' * . * »

1953 m. Rozalinda Franklin ir Morisas Vilkinsas Londono karališkajame koledže tyrė DNR rentgeno kristalografines ypatybes. Dirbti buvo nelengva, nes DNR molekulės sunkiai virsta kristalais.

Vis dėlto jiems pavyko gauti pro DNR kristalus praėjusių rentgeno spindulių difrakcijos nuotraukų. Iš jų mokslininkai padarė išvadą, kad DNR fosfatinės grupės turi būti išsidėsčiusios molekulės išorėje.

Sis atradimas buvo itin svarbus vėlesniems dvivijės spiralės tyrimams. Rozalinda Franklin mirė nuo vėžio 1958 m. būdama 37 metų. Po ketverių metų už šiuos tyrimus buvo paskirta Nobelio premija. Ją gavo tik Morisas Vilkinsas, nes Nobelio premijos po mirties neskiriamos.

ejs-. i f * »»

W * · • · > л*' ' # » > . * · ,

• m*

% f r

Kompiuterinis DNR sandaros modelis

Φ"-*· уярМv-ą «м» «им»

ι < · « : > · · #

Pro DNR kristalą praėjusių rentgeno spindulių difuzijos nuotrauka

Rozalinda Franklin

\> DNR sandaros aiškinimai 1953 m. DNR molekulės struktūrą išaiškino Džeimsas Votsonas ir Francis Krikas, tuo metu dirbę Kavendišo laboratorijoje Kembridže. Dž. Votsonas buvo į Europą atvykęs amerikiečių biologas, o F. Krikas -biofizikas iš Didžiosios Britanijos. Juodu surinko visą to meto informaciją apie DNR, įskaitant E. Čargafo duomenis apie bazių poras bei R. Franklin ir M. Vilkinso rentgeno spindulių difrakcijos būdu gautus duomenis, ir ja remdamiesi bandė sukurti erdvinį DNR modelį.

Modelis turėjo atitikti visą tuo metu turimą informaciją ir leisti paaiškinti, kaip viena molekulė gali sukurti kitą tokią pat molekulę. Kuriant modelį reikėjo daugybės svarstymo valandų, daug pastangų ir sumanumo, kol buvo rastas teisingas sprendimas. Tiek E. Čargafo, tiek rentgeno spinduliuotės difrakcijos rezultatus galima paaiškinti, jeigu modelis susideda iš dviejų viena apie kitą apsivijusių polinukleotidinių grandinių, sudarančių dviviję spiralę.

Rentgeno spindulių difrakcija parodė, kad spiralė apsisuka kas 3,4 nm. Dž. Votsonas pareiškė, kad jeigu citozinas sudaro porą su guaninu (pirimidinas su purinu), o timinas su adeninu (ir vėl pirimidinas su purinu), tai viename spiralės sukinyje (3,4 nm) turi tilpti 10 bazių. Bazės turėtų būti palaikomos kartu vandenilinių ryšių. Dž. Votsonas ir F. Krikas pasidarė tikslius visų keturių nukleotidų modelius ir pradėjo juos taikyti vieną prie kito lyg dėlionę. Taip jiems pavyko padaryti erdvinį DNR modelį.

Žinoma, kad DNR kiekis ląstelėje prieš šiai dalijantis padvigubėja. Tai reiškia, kad turėtų būti pagaminta tiksli DNR kopija. Dž. Votsono ir F. Kriko modelis tai gali paaiškinti, jeigu bazes jungiantys vandeniliniai ryšiai yra nutraukiami. Tada abi molekulės grandinės atsiskiria ir kiekviena jų sukuria naują dviviję spiralę. Dž. Votsonui ir F. Krikui už jų didžiulį indėlį į molekulinę genetiką buvo paskirta Nobelio premija.

Žinoma, kad chromosomos sudarytos iš DNR ir histonų baltymų. DNR yra labai stipriai susisukusi, tad iki 300 milijonų nukleotidų turinti DNR molekulė telpa vienoje chromosomoje!

Dž. Votsonas ir F. Krikas prie savo sukurto DNR modelio

Erdvinis DNR molekulės modelis

ΐ> DNR replikacija Chromosomos turi sukurti tikslias savo kopijas, kad po dalijimosi susidariusiose naujose ląstelėse būtų visa genetinė informacija. Be to, chromosomos turi sukurti savo kopijas, kad genetinė informacija, esanti spermatozoide ir kiaušinėlyje, būtų perduota palikuonims. DNR kopijavimo procesas vadinamas replikacija ir vyksta prieš kiekvieną ląstelės dalijimąsi.

Pirmiausia nutrūksta bazių poras laikantys vandeniliniai ryšiai. Tada molekulės grandinės atsiskiria viena nuo kitos. Šis procesas primena užtrauktuko atitraukimą. Kiekviena molekulės grandinė yra kaip šablonas - matrica. Pagal ją sukuriama nauja DNR grandinė.

Kai abi molekulės grandinės atsiskiria, DNR bazės tampa neapsaugotos. Laisvi nukleotidai patenka į branduolį iš citoplazmos ir prie DNR matricos jungiasi pagal Čargafo taisyklę. Adeniną turintys nukleotidai jungiasi prie tų, kurie turi timiną, citoziną turintys nukleotidai - prie turinčių guaniną. Taip vyksta su abiem pradinėmis polinukleotidinėmis grandinėmis. Fermentas D N R polimerazė sujungia naujus nukleotidus vieną su kitu ir sudaro naują cukraus ir fosfato karkasą.

DNR molekulės biosintezė

T j A

C I G

pradinė DNR molekulė prieš replikaciją ląstelės interfazėje

fermentas helikazė tarp bazių porų nutraukia vandenilinius ryšius: dvivijės spiralės grandinės atsiskiria

laisvi nukleotidai jungiasi prie esančio DNR šablono taip, kad

bazės sudarytų poras

T T

susijungus nukleotidams susidaro dvi visiškai vienodos DNR

molekulės

Naujos DNR molekulės susidarymas

> DNR replikacijos įrodymas Pirmiau aprašyta replikacija buvo pavadinta pusiau konservatyvia, nes kiekvienoje naujai susidariusioje DNR spiralėje yra viena visa polinukleotidinė grandinė iš pirminės DNR molekulės.

Netrukus, kai Dž. Votsonas ir F. Krikas sukūrė savo modelį, minėtą DNR replikacijos būdą bandymais patvirtino Meselsonas ir Stalis. Jie augino E. coli bakterijas terpėje su radioaktyviojo izotopo 15N („sunkiojo azoto", kurio molekulinė masė yra ne 14, o 15) turinčiomis aminorūgštimis. Bakterijos paėmė medžiagas su izotopu, todėl jų DNR buvo 15N. Meselsonas ir Stalis išskyrė bakterijų DNR ir ją centrifugavo cezio chlorido tirpale. Priklausomai nuo molekulės masės, DNR nusistovėjo tam tikrose mėgintuvėlio vietose.

Tada izotopo 15N turinčios bakterijos buvo perkeltos į terpę su normaliu, lengvuoju azoto izotopu 14N. Jos pasidaugino ląstelei dalijantis. Iš pirmos kartos palikuonių išskirta DNR buvo mažesnio tankio, nes pusė DNR molekulės buvo sudaryta iš pradinės, 15N turinčios, grandinės, o kita molekulės pusė sudaryta iš naujos, 14N turinčios, grandinės. Kitų kartų bakterijų DNR molekulėse buvo dar mažiau izotopo 15N ir daugiau izotopo 14N. Tai įrodė, kad DNR replikacija tikrai yra pusiau konservatyvi.

pradinė kultūra, auginta terpėje su 15N

cezio chlorido gradientas

vieta, kur nusistovi lengva DNR

vieta, kur nusistovi mišri DNR

vieta, kur nusistovi sunki DNR d

1 karta, auginta terpėje su 14N

2 karta, auginta terpėje su 14N

3 karta, auginta terpėje su 14N

visa DNR sunki turi tik 15N

mišri DNR - pusė turi 15N ir pusė'4N

pusė DNR mišri, o kita pusė lengva

ketvirtadalis DNR mišri, o trys ketvirtadaliai lengva

Meseisono ir Stalio bandymas

Išnagrinėkite lentelę. Koks bus 15N žymėtos DNR kiekis procentais trečioje ir ketvirtoje kartoje?

Karta D N R, %

Karta 15N 14N 1 50 50 2 25 75 3 4

> Genetinis kodas Jūs jau žinote, kaip DNR gali nukopijuoti save. DNR taip pat yra tarsi genetinės informacijos saugykla.

Kiekviena chromosoma sudaryta iš ilgos, stipriai susivijusios DNR spiralės. Spiralę sudaro tūkstančiai trumpesnių dalių, vadinamų genais. Taigi genas yra nedidelė DNR spiralės dalis.

Tam tikrą geną sudarančioje DNR atkarpoje yra informacija, reikalinga atitinkamam baltymui susintetinti. Ta informacijos sistema vadinama genetiniu kodu.

Kiekvienoje ląstelėje vyksta tūkstančiai cheminių reakcijų. Fermentai valdo visas tas chemines reakcijas. Vtsi fermentai yra baltymai.

DNR koduoja baltymus, todėl ji lemia, kurie fermentai yra sintetinami, taigi ir kurios cheminės reakcijos vyksta ląstelėse.

Genetinio kodo informacija yra DNR bazių seka. Nuo jos priklauso baltymo aminorūgščių seka.

Kaip manote, kiek reikia bazių vienai aminorūgščiai užkoduoti?

Tripletinis kodas Kaip žinote, DNR randamos keturių skirtingų rūšių bazės: adeninas, timinas, guaninas ir citozinas. Baltymai sudaryti iš dvidešimties skirtingų tipų aminorūgščių.

Kiek aminorūgščių galima būtų užkoduoti, jeigu viena bazė koduotų vienų aminorūgštj? Aišku, tik keturias, nes tėra keturi kodai: A, T, G ir C.

O kiek aminorūgščių būtų galima užkoduoti, jeigu dvi bazės koduotų vieną aminorūgštj? Deja, visoms vis tiek nepakaktų, nors šiuo atveju gautume 16 skirtingų kodų, galinčių užkoduoti 16 skirtingų aminorūgščių: AA, AT, AC, AG, TT, TA, TC, TG, CC, CA, CT, CG, GG, GC, GA, GT.

Pabandykime kiekvieną aminorūgštj koduoti trimis bazėmis (tripletais). Gauname 64 skirtingus kodus - tai jau daugiau negu reikia 20 aminorūgščių: ATA, ACG, TAC ir 1.1.

Iš tikrųjų daugelį aminorūgščių koduoja daugiau nei vienas DNR bazių tripletas. Pavyzdžiui, TTC ir TTT koduoja aminorūgštj liziną. AGC, AGT, AGG ir AGA koduoja aminorūgštj seriną. Šioje sekoje svarbios dvi pirmosios bazės. Tačiau yra dvi aminorūgštys, kurias koduoja vienintelis tripletas. Metioniną koduoja TAC kodas, o triptofaną - ACC.

DNR bazės tripletai vadinami DNR kodonais.

Visai lengvi skaitiniai „Gyvybės paslaptis"!

2 genas

U W

> Ribonukleorūgštis (RNR) Ar prisimenate, kuo skiriasi RNR nuo DNR? Ribonukleorūgštis visada turi cukraus ribozės ir ne timino, o uracilo bazę.

Yra ir kitų RNR bei DNR skirtumų. RNR molekulės yra trumpalaikės. RNR randama ir branduolyje, ir citoplazmoje. RNR molekulės susijusios su baltymų sinteze.

RNR yra trijų skirtingų tipų.

Matricinė RNR (mRNR), arba informacinė RNR (iRNR) Matricinės, arba informacinės, RNR molekulė sudaryta ne iš dviejų, o iš vienos grandinės. Informacinė RNR dalyvauja perduodant genetinį kodą iš branduolyje esančios DNR į ribosomas citoplazmoje, kur sintetinami baltymai. Kompiuterinis pernašos RNR (t R N R) molekulės modelis

Ribosominė RNR (rRNR) Ribosominių RNR molekulės yra didelės bei sudėtingos. Ribosomos sudarytos iš rRNR ir baltymų.

Pernašos RNR (tRNR) Tai nedidelės, apie 80 nukleotidų ilgio, molekulės. Pernašos RNR molekulės į ribosomas atneša aminorūgštis. Iš šių susintetinama baltymo molekulė.

t> Pasirengimas baltymo biosintezei Kad DNR kodas būtų paverstas nauju baltymu, turi vykti du svarbūs procesai: transkripcija ir transliacija.

Kaip žinote, informacija apie baltymą sudarančias aminorūgštis yra DNR molekulėje. Tačiau DNR iš branduolio niekada neišeina. Tad kaip DNR informacija pasiekia baltymo sintezės vietą ribosomose? Reikalinga tam tikra informaciją perduodanti molekulė. Ji turi gebėti DNR bazių seką perkelti į ribosomas. Ten pagal perduotą informaciją aminorūgštys gali jungtis teisinga seka.

Ta informaciją perduodanti molekulė buvo išskirta ir paaiškėjo, kad tai RNR. Ją buvo imta vadinti informacine RNR (iRNR). Ji dar vadinama matricinė RNR (mRNR), nes ant jos, kaip ant matricos, sintetinamas baltymas. Panagrinėkite paveikslą. Ar pastebėjote, kad DNR susijusi su trimis procesais? Remdamiesi schema paaiškinkite, ką vadiname DNR replikacija, transkripcija ir transliacija.

mRNR

ribosomos

citoplazma

branduolys

Perduodant DNR kodą į ribosomas svarbiausias vaidmuo tenka mRNR.

I> Transkripcija Kaip branduolyje susidaro mRNR? mRNR yra nurašoma nuo savitos DNR srities, vadinamos cistronu. Cistronas - tai DNR atkarpa, ant kurios sintetinama mRNR molekulė. Dažnai cistronas atitinka vieną geną ir koduoja tam tikrą polipeptidą.

Pirmiausia, nutraukus vandenilinius ryšius tarp bazių porų, DNR išvyniojama. Viena iš dviejų DNR grandinių yra matrica, pagal kurią gali būti pagaminta tam tikra mRNR grandinė. DNR grandinės matricos bazės traukia komplementariąsias bazes turinčius RNR nukleotidus, pavyzdžiui, DNR citozinas pritraukia RNR guaniną. Tačiau atsiminkite, kad šiuo atveju adeninas traukia uracilo, o ne timino nukleotidą.

Fermentas RNR polimerazė juda išilgai DNR molekulės ir prie RNR vieną po kito prijungia nukleotidus. Iš paskos RNR polimerazei abi DNR grandinės vėl jungiasi ir atsikuria buvusi dvivijė spiralė.

Reikėtų prisiminti, kad kiekvieną aminorūgštį koduoja DNR kodonas, arba trijų bazių seka. mRNR molekulės yra veidrodiniai DNR bazių sekų atspindžiai (žr. pav.). Tokie veidrodiniai tripletai vadinami RNR kodonais. Kiekvienas mRNR kodonas koduoja tam tikrą aminorūgštį. Taip mRNR perneša DNR kodus iš branduolio į ribosomą, o čia jie panaudojami baltymui susintetinti.

RNR polimerazė DNR dvivijė spiralė

neaktyvi DNR grandinė

(d) U ^ ^ A U U _ G A C C i l U A A J ^ M b

mRNR

išsivyniojusi DNR

Vykstant transkripcijai komplementarioji RNR nurašoma nuo DNR matricos (a). Toje vietoje, kur prisitvirtina RNR polimerazė, DNR spiralė išsivynioja ir atsiskiria (b). Komplementarieji RNR nukleotidai sujungiami į grandinę (c). Kai RNR polimerazė nuslenka tolyn, DNR grandinė vėl susijungia, o RNR transkriptas pasidaro laisvas (d).

mRNR kodonas

DNR bazių tripletas, arba DNR kodonas

mRNR molekulės yra veidrodiniai DNR molekulių atspindžiai.

Kokia bazių seka bus mRNR molekulėje, kuri buvo nurašyta nuo TAC-CGC-CAT—TTA-ACG—ACT—AAA DNR sekos?

RNR nukleotidai

sintetinama mRNR

E> Transliacija Transliacija yra procesas, kai mRNR užkoduota informacija pakeičiama polipeptido aminorūgščių seka.

Pirmiausia iš branduolio su genetiniu kodu atnešama mRNR. Kiekvieną būsimo baltymo aminorūgštj atitinka vienas kodonas mRNR grandinėje. Ta mRNR koduota informacija perskaitoma ir tada „išsiverčiamą" (transliuojama) į polipeptido molekulės aminorūgščių seką.

DNR

mRNR

aminorūgstis metiomnas alaninas tirozinas

T A C C G A A T G G C C T A C C G A A T G G C C

•

transkripcija

A U G G C U U A C C G G A U G G C U U A C C G G

transliacija

argininas

Aminorūgštis į ribosomas atneša nedidelės RNR molekulės, vadinamos pernašos RNR (tRNR). tRNR molekulės sudarytos iš vienos susilanksčiusios grandinės. Dažnai nurodoma, kad jos sudaro „dobilo lapo" struktūras. Pažiūrėję į schemą suprasite, kodėl jos taip vadinamos.

Ar pastebėjote, kad kai kurios bazės sudaro poras? Kas jas laiko vieną prie kitos?

Patvarią struktūrą tRNR molekulėms suteikia vandeniliniai ryšiai. tRNR funkcija - atnešti aminorūgštis į ribosomas. Kad galėtų tai atlikti, jų viename molekulės gale yra aminorūgšties prisijungimo centras.

Kiekviena aminorūgštis turi tik jai savitą tRNR molekulę. Taigi kiekvienai iš 20 skirtingų aminorūgščių yra skirtingas tRNR molekulės tipas. tRNR prie savo aminorūgšties prisijungia esant ATP ir padedant savitam fermentui. Toks procesas vadinamas aminorūgšties aktyvacija.

Susidaręs tRNR ir aminorūgšties kompleksas pernešamas į ribosomą. Čia aminorūgštis prijungiama prie polipeptidinės grandinės. Viename tRNR molekulės gale yra bazių tripletas -antikodonas. Skirtingas aminorūgštis prisijungiančių tRNR antikodonai skiriasi, pavyzdžiui, prisijungiančios alaniną -CGA, seriną - AGU, liziną - UUC. Antikodonas prisijungia prie jį atitinkančio mRNR kodono. Pavyzdžiui, CGA antikodonas prisijungs prie GCU kodono.

Ribosoma sudaryta iš ribosominių RNR (rRNR) ir baltymų. Kiekviena ribosoma susideda iš dviejų sub vienetų. Mažajame subvienete yra du centrai, kuriuose jungiasi tRNR molekulės: P centras (peptido centras) ir A centras (aminorūgšties centras). Taigi vienu metu su ribosoma būna susijungusios dvi tRNR molekulės.

Α Ί aminorūgšties C > prisijungimo C J centras

vandeniliniai ryšiai sujungia bazių poras

A U Gj

antikodonas

tRNR molekulės „dobilo lapo" struktūra

porų nesudarančios bazės

tRNR

® amino-rūgštis

ATP

savitas fermentas +

tRNR ir aminorūgšties

kompleksas

UAU

AUA I I I

GCA

CGU I I I

U antikodonas

ACC L U - mRNR

kodonas

peptido centras (P)

aminorūgšties centras (A)

[> Baltymo susidarymas Baltymo biosintezė prasideda, kai mRNR molekulė su incijavimo kodonų AUG prisijungia prie ribosomos. AUG koduoja metioniną - tą aminorūgštj, nuo kurios prasideda polipeptidinės grandinės biosintezė. tRNR molekulė, kuri atneša aminorūgštj metioniną, prisijungia ribosomos P centre.

Ar pastebėjote, kad tRNR antikodonas UAC jungiasi prie jį atitinkančio mRNR kodono AUG?

Tada antroji tRNR molekulė prisijungia ribosomos A centre. Šios dvi aminorūgštys - metioninas ir alaninas - yra arti viena kitos, todėl tarp jų susidaro peptidinis ryšys. Ryšys, kuriuo jungėsi pirmoji tRNR ir metioninas, tuomet nutrūksta. Tai suteikia energijos peptidiniam ryšiui tarp metionino ir alanino susidaryti.

Pirmoji tRNR palieka ribosomą ir P centras lieka laisvas. Tada ribosoma pasislenka išilgai mRNR grandinės per vieną kodoną. Taigi antroji tRNR molekulė atsiduria P centre. Dabar A centras lieka laisvas.

Jame prisijungia savo aminorūgštj atnešusi trečioji tRNR. Jos antikodonas AGU atitinka kitą mRNR kodoną - UCA. Susidaro peptidinis ryšys tarp alanino ir serino. Ribosoma slenka išilgai mRNR grandinės ir po kiekvieno pasislinkimo nuskaito po vieną kodoną. Jai tai darant, A centre jungiasi vis kitos tRNR, atnešančios naujas aminorūgštis. Taip ilgėja polipeptidinė grandinė. Procesas vyksta tol, kol ribosoma prieina vieną iš mRNR terminavimo kodonų: UAG, UGA arba UAA. Jie nekoduoja jokių aminorūgščių. mRNR atsiskiria nuo ribosomos, o baigta sintetinti polipeptidinė grandinė atsipalaiduoja į citoplazmą.

Ir ribosomos, ir mRNR gali būti vėl naudojamos. Kol tam tikro polipeptido sintezė visiškai sustoja, kiekviena mRNR gali būti panaudota daugeliui jo molekulių sukurti. Paprastai prie vienos mRNR molekulės tuo pačiu metu būna prisijungęs tam tikras skaičius ribosomų ir jos visos skaito tą pačią užkoduotą informaciją.

Tokios struktūros vadinamos poliribosomomis, arba polisomomis.

Užpildykite lentelę: nurodykite atitinkamą tRNR antikodoną, aminorūgštj ir DNR bazių seką. mRNR kodonų lentelę rasite 112 p.

aminorCigstis metioninas

mRNR

metioniną koduojantis kodonas

© pirmoji tRNR P centre

ribosoma

antroji tRNR A centre

mRNR

Θ pirmoji tRNR palieka P centrą

tarp metionino ir alanino susidaro peptidinis ryšys

mRNR

Θ trečioji tRNR prisijungia A centre

antroji tRNR pasislenka į P centrą

A U G mRNR L i

ribosoma slenka išilgai mRNR grand nės

mRNR kodonas tRNR antikodonas aminorūgštis DNR bazių seka

GGA

UAC

CCA

CUG

UUU

AAG

UGC

Poliribosomos elektroninės mikroskopijos nuotrauka

Santrauka

• Chromosoma sudaryta iš ilgos, stipriai susivijusios DNR molekulės.

• Genas - tai DNR atkarpa, kurioje užkoduota informacija apie tam tikrą baltymą.

• DNR molekulę sudaro dvivijė spiralė. Joje bazių poros jungiasi vandeniliniais ryšiais.

• DNR bazių seka vadinama genetiniu kodu. Jis skaitomas po tris bazių tripletus, vadinamus kodonais. Kiekvienas kodonas koduoja tam tikrą aminorūgštį.

• Iš DNR pusiau konservatyvios replikacijos būdu gali būti pagaminta antra jai tapati DNR molekulė.

• Iš DNR vykstant transkripcijai gali būti pagaminta matricinė, arba informacinė, RNR. Ši mRNR branduolyje esančią DNR informaciją perneša į ribosomas. Čia sintetinami baltymai.

• Pernašos RNR (tRNR) perneša savitas aminorūgštis į ribosomas. Čia jos prijungiamos prie sintetinamo baltymo molekulės.

> Klausimai ir užduotys 1. Nurašydami sakinius įrašykite trūkstamas sąvokas:

DNR molekulė sudaryta iš daugybės subvienetų - _ . Kiekvienas jos nukleotidas susideda iš

, kuri jungiasi su cukrumi ir fosfatu. DNR molekulė sudaryta iš dviejų lygiagrečių grandinių, kurios stipriai susisukusios sudaro . Abiejų grandinių bazes laiko sujungtas ryšiai. RNR molekulėse vietoje bazės yra bazė, o pentozinis cukrus - . Yra skirtingų tipų RNR molekulių ir jos visos dalyvauja

sintezėje. Iš vieno tipo RNR, vadinamos RNR, susijungus su baltymais, susidaro ribosomos.

proceso metu iš vienos DNR grandinės informacija perrašoma į RNR. Trečio tipo RNR, vadinama RNR, į ribosomas perneša savitas .

2. Nusibraižykite ir baikite pildyti DNR ir RNR palyginimo lentelę. Jeigu manote, kad ypatybė tinkama, atitinkamame langelyje pažymėkite varnelę, o jeigu netinkama - minusą.

b) Užrašykite matricinės RNR grandinės dalies bazių seką, kuri nurašyta nuo tokio DNR molekulės fragmento: ATC GGA CTC TTC ATA GCG ACG GTA.

c) Vienoje DNR grandinėje yra 35 proc. timino ir 15 proc. citozino. Kurią dalį procentais toje pačioje DNR grandinėje sudaro adeninas ir guaninas?

4. Matricinės RNR molekulės fragmento schema: A U G A C G C A U G C A G U C C G A . a) Kiek kodonų yra šiame mRNR fragmente? b) Koks kiekvieno šių kodonų vaidmuo baltymo

sintezėje? c) Užrašykite šiai mRNR grandinei reikalingų pernašos

RNR antikodonus.

5. Nusibraižykite ir baikite pildyti lentelę apie baltymo biosintezėje dalyvaujančias trijų tipų nuldeorūgštis.

Nukleorūgšties tipas Kur susidaro Funkcijos Kurat l ieka

funkciją

DNR

mRNR

tRNR

6. Nusibraižykite ir baikite pildyti lentelę (remkitės mRNR kodų lentele 112 p.).

Ypatybė DNR RNR

yra ribozės

molekulė iš vienos grandinės

yra adenino, guanino ir citozino

yra uracilo

vienodas purinų ir pirimidinų santykis

3. Vienas DNR molekulės nukleotidas:

Z

Dvivijė DNR spiralė

nekoduojanti grandinė

TGT Dvivijė DNR spiralė

koduojanti grandinė

AGC

mRNR nuorašas GUA tRNR antikodonas GAG UUU į polipeptidą įjungta aminorūgštis

ti ra-zinas

metio-ninas

Pirmoji bazė

Antroji bazė Trečioji Pirmoji bazė G A C U bazė

G

GGG glicinas GGA glicinas GGC glicinas GGU glicinas

GAG glutamo rūgštis GAA glutamo rūgštis GAC asparto rūgštis GAU asparto rūgštis

GCG alaninas GCA alaninas GCC alaninas GCU alaninas

GUG valinas GUAvaIinas GUCvaI inas GUU valinas

G A C U

A

AGG argininas AGA argininas AGC serinas AGU serinas

AAG lizinas AAA lizinas AAC asparaginas AAU asparaginas

ACG treoninas ACA treoninas ACC treoninas ACU treoninas

AUG startinis kodonas AUA izoleucinas AUC izoleucinas AUU izoleucinas

G A C U

C

CGG argininas CGA argininas CGC argininas CGU argininas

CAG glutaminas CAAgIutaminas CAC histidinas CAU histidinas

CCG prolinas CCA prolinas CCC prolinas CCU prolinas

CUG Ieucinas CUA Ieucinas CUC Ieucinas CUU Ieucinas

G A C U

U

UGG triptofanas UGA terminacijos kodonas UGC cisteinas UGU cisteinas

UAG terminacijos kodonas UAA terminacijos kodonas UAC tirozinas UAU tirozinas

UCG serinas UCA serinas UCC serinas UCU serinas

UUG Ieucinas UUA Ieucinas UUCfeniIaIaninas UUU fenilalaninas

G A C U

7. a) Kokia bus baltymo dalies aminorūgščių seka, jeigu ją koduoja toks DNR fragmentas:

GTG ACG GTG CAC ATT?

b) Iškritus DNR grandinėje vienai bazei arba vieną bazę pakeičiant kita įvyksta taškinė mutacija. Tarkime, kad 7a užduotyje pateiktame DNR fragmente įvyko tokios taškinės mutacijos: i) GTG ACG GTG CTC ATT,

ii) GTG ACG TGC ACA TTC. Kaip kiekviena šių taškinių mutacijų pakeis koduojamo baltymo molekulę?

8. Lentelėje puslapio viršuje surašyti RNR kodonai (bazių tripletai) ir jų koduojamos aminorūgštys.

a) Kokia bus aminorūgščių seka, jeigu ją koduojanti DNR seka: — GCAGGACCAGCAACATAC —?

b) Baltymo insulino molekulės pradžios aminorūgščių seka: lizinas - glutaminas - treoninas - alaninas -alaninas - alaninas - lizinas. Koks šį baltymo fragmentą koduojančios DNR kodas?

c) Kokius antikodonus turinčios tRNR molekulės reikalingos sintetinant 8a užduotyje pavaizduotos sekos koduojamą baltymą?

9. Kurie teiginiai teisingi, o kurie klaidingi? a) DNR yra baltymas. b) DNR yra dvivijė spiralė. c) DNR molekulės struktūrą palaiko tarp

komplementariųjų bazių porų susidarę vandeniliniai ryšiai.

d) DNR yra keturių tipų bazės: adeninas, guaninas, citozinas ir uracilas.

e) Informacija iš DNR į RNR molekulę perduodama vykstant DNR replikacijai.

f) Matricinėje RNR yra iš trijų bazių sudaryti kodonai. g) Pernašos RNR savitas aminorūgštis perneša į

ribosomas ir ten tRNR antikodonai prisijungia prie jiems komplementarių mRNR kodonų.

10. Lentelėje surašytos aminorūgštys ir matricinės RNR grandinės bazių sekos.

Aminorūgšt is mRNR kodas

Tirozinas UAU

Alaninas GCG

Fenilalaninas UUU

Leucinas UUA

Argininas CGU

Glicinas GGG

Argininas AGG

DNR grandinės bazių seka: AATCGCAAATCCCGCATAATTTAG.

a) Kokia aminorūgštis prie ilgėjančios polipeptidinės grandinės bus prijungta trečia?

b) Kokia bus penktoji aminorūgštis grandinėje, jeigu po AAA sekos dėl mutacijos iškris viena bazė?

c) Nurodykite vieną veiksnį, kuris galėjo sukelti tokį pakitimą.

d) Pernašos RNR molekulė turi CCC antikodoną. Kokią jai savitą aminorūgštį neš ši tRNR molekulė?