Один ген хранит информацию о: Тест «Обмен веществ и превращение энергии. Биосинтез белка» (9 класс)

Тест к теме «Биосинтез белка» биология 10 класс | Тест по биологии (10 класс) по теме:

Тестовые задания к презентации «Биосинтез белка»

БЛОК 1:

1. Что является мономерами белков:

 А) нуклеотиды;                                 Б) моносахариды;

 В) аминокислоты;                            Г) карбоновые кислоты.

2. Какие особые связи образуются между аминокислотами в первичной структуре белка:

А) пептидные;                                   Б) водородные;

В) дисульфидные;                           Г) сложноэфирные.

3. Где хранится информация о структуре белка:

А) в АТФ;   Б) в ДНК;    В) в РНК;    Г) в цитоплазме.

4. Какие органические вещества могут ускорять процесс синтеза белка:

А) гормоны;   Б) антитела;   В) гены;   Г) ферменты.

5. Какую основную функцию выполняют белки в клетке:

А) энергетическую;                          Б) защитную;

В) двигательную;                             Г) строительную.

БЛОК 2:

1.   Материальным носителем наследственной информации в эукариотической клетке является:

1)иРНК                                                                   3) ДНК

2) тРНК                                                                   4) хромосома

2. В гене закодирована информация о:

1) строении белков, жиров и углеводов

2) первичной структуре белка

3) последовательности нуклеотидов в ДНК

4) последовательности аминокислот в 2-х и более молекулах белков

3. Репликация ДНК сопровождается разрывом химических связей:

1) пептидных, между аминокислотами

2) ковалентных, между углеводом и фосфатом

3) водородных, между азотистыми основаниями

4) ионных, внутри структуры молекулы

4.   Сколько новых одинарных нитей синтезируется при удвоении одной молекулы ДНК:

1) четыре     2) одна         3) две               4) три

5. При репликации молекулы ДНК образуется:

1) нить, распавшаяся на отдельные фрагменты дочерних молекул

2) молекула, состоящая из двух новых цепей ДНК

3) молекула, половина которой состоит из нити иРНК

4) дочерняя молекула, состоящая из одной старой и одной новой цепи ДНК

БЛОК 3:

1. Если нуклеотидный состав ДНК — АТТ-ГЦГ-ТАТ, то нуклеотидный состав иРНК:

1)  ТАА-ЦГЦ-УТА        3) УАА-ЦГЦ-АУА

2) ТАА-ГЦГ-УТУ        4) УАА-ЦГЦ-АТА

2. Если аминокислота кодируется кодоном УГГ, то в ДНК ему соответствует триплет:

1)ТЦЦ        2)АГГ        3)УЦЦ        4)АЦЦ

3. Один триплет ДНК несет информацию о:

1) последовательности аминокислот в молекуле белка

2) месте определенной аминокислоты в белковой цепи

3) признаке конкретного организма

4) аминокислоте, включаемой в белковую цепь

4. Код ДНК вырожден потому, что:

1) один код он кодирует одну аминокислоту

2) один кодон кодирует несколько аминокислот

3) между кодонами есть знаки препинания

4) одна аминокислота кодируется несколькими кодонами

5. Эволюционное значение генетического кода заключается в том, что он:

1) триплетен      2) индивидуален      3) универсален          4) вырожден

БЛОК 4:

1. Синтез иРНК начинается с:

1) разъединения ДНК на две нити

2) взаимодействия фермента РНК — полимеразы и гена

3) удвоения гена

4) распада гена на нуклеотиды

2. Транскрипция — это процесс:

1) репликации ДНК         2) синтеза иРНК       3) синтеза белка    

4) присоединения тРНК к аминокислоте

3. Матрицей для синтеза молекулы иРНК при транскрипции служит:

1) вся молекула ДНК

2) полностью одна из цепей молекулы ДНК

3) участок одной из цепей ДНК

4) в одних случаях одна из цепей молекулы ДНК, в других– вся   молекула ДНК.

4. Транскрипция происходит:

1) в ядре     2) на рибосомах             3) в цитоплазме    4) на каналах гладкой ЭПС

5. Определи последовательность нуклеотидов иРНК, если известна

последовательность нуклеотидов ДНК

                  ДНК                   РНК

                А – Т                      ?    

                Т – А                      ?

                 Г —  Ц                     ?

                 Ц – Г                      ?

                 Ц – Г                      ?

                 Г – Ц                      ?

БЛОК 5:

1. Соотнесите вещества и структуры, участвующие в синтезе белка с их функциями.

ВЕЩЕСТВА И СТРУКТУРЫ

ФУНКЦИИ

1) Участок ДНК

2) иРНК

3) РНК — полимераза

4) Рибосома

5) Полисома

6)АТФ

7) Аминокислота

А) Переносит информацию на рибосомы

Б) Место синтеза белка

В) Фермент, обеспечивающий синтез иРНК

Г) Источник энергии для реакций

Д) Мономер белка

Е) Ген, кодирующий информацию о белке

Ж) Место сборки одинаковых белков

КОНТРОЛЬНЫЙ ТЕСТ:

1. Выберите три правильно названных свойства генетического кода.

A) Код характерен только для эукариотических клеток и бактерий

Б) Код универсален для эукариотических клеток, бактерий и вирусов

B) Один триплет кодирует последовательность аминокислот в молекуле белка

Г) Код вырожден, так аминокислоты могут кодироваться несколькими кодонами

Д) Код избыточен. Может кодировать более 20 аминокислот

Е) Код характерен только для эукариотических клеток

2. Постройте последовательность реакций биосинтеза белка.

A) Снятие информации с ДНК

Б) Узнавание антикодоном тРНК своего кодона на иРНК

B) Отщепление аминокислоты от тРНК

Г) Поступление иРНК на рибосомы

Д) Присоединение аминокислоты к белковой цепи с помощью фермента

3. Постройте последовательность реакций трансляции.

A) Присоединение аминокислоты к тРНК

Б) Начало синтеза полипептидной цепи на рибосоме

B) Присоединение иРНК к рибосоме

Г) Окончание синтеза белка                            

Д) Удлинение полипептидной цепи

4. Найдите ошибки в приведенном тексте.

        1. Генетическая информация заключена в последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. 2. Она передается от иРНК к ДНК. 3. Генетический код записан на «языке «РНК». 4. Код состоит из четырех нуклеотидов. 5. Почти каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном. 6. Каждый кодон шифрует только одну аминокислоту. 7. У каждого живого организма свой генетический код.

Ответы:

 Блок1- 1В  2А  3Б  4Г  5Г

Блок2-   1-3        2-2     3-3      4-3       5-4  

Блок3-   1-3    2-4     3-4    4-4    5-3

Блок4 1-2     2-2      3-3      4-1      5-А

                                                      У

                                                      Г

                                                      Ц

                                                      Ц

                                                      Г

Блок5           1-Е   2-А   3-В   4-Б   5-Ж   6-Г   7-Д

Контрольный тест:      1-БГД   2-АГБВД   3-ВАБДГ   4- 2,4,7

ДНК. Механизмы хранения и обработки информации. Часть I / Хабр


Много людей использует термин ДНК. Но статей, нормально описывающих, как она работает почти нет (понятных не биологам). Я уже описывал в общих чертах устройство клетки и самые основы ее энергетических процессов. Теперь перейдем к ДНК.

ДНК хранит информацию. Это знают все. Но вот как она это делает?

Начнем с того, где она в клетке хранится. Примерно 98% хранится в ядре. Остальное в митохондриях и хлоропластах (в этих ребятах протекает фотосинтез). ДНК — это огромный полимер, состоящий из мономерных звеньев. Выглядит примерно так.

Что мы тут видим? Во-первых ДНК — двухцепочечная молекула. Почему это так важно — чуть позже. Далее мы видим синие пятиугольники. Это молекулы дезоксирибозы (такой сахар, чуть меньше глюкозы. От рибозы отличается отсутствием одной OH группы, что придает стабильности молекуле ДНК, в отличие от РНК, в которой используется рибоза. Дальше, для простоты опущу приставку дезокси и буду просто говорить рибоза, да простят нас щепетильные товарищи). Маленькие кружкИ — остатки фосфорной кислоты. Ну и собственно есть азотистые основания. Всего их 5, но в ДНК в основном встречаются 4. Это Аденин, Гуанин, Тимин и Цитозин. То есть, есть рибоза с которой связано азотистое основание. Вместе они образуют так называемые нуклеозиды, которые связываются друг с другом с помощью остатков фосфорной кислоты. Таким образом мы получаем длинную цепь, состоящую из мономеров. Теперь посмотрите на увеличенную левую цепь. Видите C и G соединены тремя пунктирными линиями, а T и A двумя. Что это значит? Да, ДНК состоит из двух цепей, но что удерживает их вместе? Есть такая штука, как водородная связь. Выглядит примерно так. На атомы кислорода (O) и азота (N) формируется частичный отрицательный заряд, а на водороде (H) — положительный. Это приводит к формированию слабых связей.

Связи действительно очень слабые. Их энергия может быть в 200 раз ниже энергии ковалентных связей (образуются за счет перекрытия пары электронных облаков, например связь в молекуле CO2). Однако таких связей много. В каждой нашей клетке ДНК цепи связаны почти 16 миллиардами слабых связей, не мало, согласны?

Но вернемся к числу связей между основаниями. Цитозин и Гуанин связаны тремя связями, а Аденин и Тимин — двумя. Это приводит к тому, что Г и Ц связанны куда прочнее, чем А и Т. Некоторым организмам нужна особая стабильность связей ДНК, например живущим при высоких температурах. При нагревании ДНК содержащая больше ГЦ пар более стабильна. Так что хочешь жить в гейзере — имей много ГЦ пар. Хотя последние исследования говорят, что явной связи между GC составом (% ГЦ пар от всех пар) и температурой обитания нет. Стоит сказать, что варьирует он сильно. Так у Candidatus Carsonella ruddii PV (внутриклеточный эндосимбионт) он примерно 16%, у нас с вами почти 41%, а у Anaeromyxobacter K (бактерия вполне себе средних размеров) достигает 75%.

Тут вы можете видеть связь GC состава с размером генома бактерий. Mb — миллион пар нуклеотидов. Показатель довольно вариативный. Его, кстати, часто юзают как фичу при обучении различного рода классификаторов. Сам недавно писал классификатор для распознания патогенов на основе сырых данных секвенирования и оказалось, что GC состав даже по одному риду вполне себе можно использовать.

Пока не забыл. Почему важно, что ДНК двухцепочечная? На основе одной цепи можно восстановить другую. Если в одной цепи поврежден кусок напротив последовательности Аденин-Аденин-Цитозин, то мы точно знаем, что до повреждения там был Тимин-Тимин-Гуанин. Таким образом наличие второй цепи позволяет надежней хранить информацию.


Круто! Теперь вернемся к самой молекуле ДНК. Это цепочка из 4х типов звеньев. Однако насколько длинная? У Candidatus Carsonella ruddii PV уже упомянутого выше всего 160 000 нуклеотидов. У нас с вами 3.2 миллиарда (в гаплоидной клетке, то есть с одним набором хромосом. У большинства наших клеток их два). Кажется много, да? На самом деле нет. У одноклеточной амебы (Amoeba dubia) он примерно 670 миллиардов пар нуклеотидов. Кажется что это бесконечно длинная цепочка, поэтому давайте переведем размер в любимые нам метры. Если все наши хромосомы (их 46, не забываем; 23 по две копии на каждую) развернуть и вытянуть в одну линию, получится примерно 2х метровая цепочка. ДНК одной амебы хватит, чтоб опоясать футбольный стадион. Но к чему я веду? Ядро, в котором ДНК хранится не очень большое. У нас оно в среднем диаметром в 6 мкм. Не очень то много, если хочешь свернуть 2х метровую нить, пусть и очень тонкую. Причем нужно не просто запихать нить в ядро. Нужно свернуть таким образом, чтобы в любой момент можно было обеспечить доступ к любому ее участку. Задача сложная. И с ней успешно справляются специализированные белки. Они создают ряд спиралей и петель, которые обеспечивают все более и более высокие уровни упаковки и не до допускают спутывания ДНК в гордиев узел. Давайте поговорим о том, как она упаковывается.

Сразу скажу, упаковывается она очень по разному. Но если откинуть экзотику, то остается два способа. Первый характерен для бактерий, второй для эукариот (или иначе ядерных).

Упаковка ДНК у бактерий


Начнем с братьев наших меньших. Бактерии сами по себе обладают не очень большим геномом, в среднем от 1 до 5 миллионов пар нуклеотидов. Наиболее характерное их отличия от нас в том, что у них нет ядра и ДНК плавает в клетке. Не совсем плавает, оно частично прикреплено к клеточной мембране и тоже свернуто, но не так сильно как у нас.

Второе. Бактериальная ДНК чаще всего кольцевая. Так ее проще копировать (нет концов, которые могут потеряться при копировании и не нужно придумывать механизмы сохранения концов). Обычно такое кольцо одно, но у некоторых бактерий их может быть 2 или 3. Есть еще кольца поменьше (от пары тысяч до пары сотен тысяч остатков).Имя им плазмиды, и это вообще отдельная история.

Вернемся к упаковке ДНК. ДНК упаковывают белки-гистоны (есть еще гистоноподобные белки). ДНК это дезоксирибонуклеиновая кислота. Кислота. Это значит что она отрицательно заряжена (за счет остатков фосфорной кислоты). Поэтому белки, связывающие ее положительно заряжены. Таким образом они могут связываются с ДНК. ДНК бактерий вместе с белками ее упаковывающими формируют нуклеоид, при этом на долю ДНК приходится 80% от его массы. Выглядит это примерно так. То есть кольцевая ДНК делится на домены по 40 тысяч пар нуклеотидов. Затем происходит скручивание. Внутри доменов тоже происходит скручивания, но его степень в разных доменах отличается. В среднем степень упаковки бактериальной ДНК варьирует от сотни до тысячи раз.

Есть еще прикольное видео.

Упаковка ДНК у эукариот


Тут все куда интересней. Наше ДНК хорошо упакована и спрятана внутри ядра. И она куда эффективней упакована, нежели у бактерий. Во время митоза (деление клетки) размер 22й хромосомы составляет 2 мкм. Если ее распутать и вытянуть, она будет уже 1,5 см. Что соответствует степени упаковки в 10 000 раз. Это около максимальная степень упаковки нашей ДНК. Во время деления нужно максимально упаковать ДНК, что бы эффективно разделить ее между дочерними клетками. В обыденной жизни степень компактизации составляет примерно 500 раз. Со слишком упакованной ДНК сложно считывать информацию.

Есть несколько уровней упаковки ДНК эукариот


Первый — нуклеосомный уровень. 8 белков-гистонов формируют частицу на которую наматывается ДНК. Затем еще один белок ее фиксирует. Выглядит примерно так.

Получаются своего рода бусы. Плотность упаковки благодаря этому возрастает в 7-10 раз. Далее нуклеосомы упаковываются в фибрилы. Немного похоже на солениод. Тут суммарная степень упаковки может достигать 60 раз.

Следующий этап компактизации ДНК связан с образованием петлеобразных структур, которые называются хромомерами. Фибрила разбита на участки по 10 — 80 тысяч пар азотистых оснований. В местах разбивки находятся глобулы негистоновых белков. ДНК — связывающие белки узнают глобулы негистоновых белков и сближают их. Образуется устье петли. Средняя длина петли включает примерно 50 тысяч оснований. Эту структуру называют интерфазной хромонемой. И именно в ней наше ДНК находится большую часть времени. Уровень упаковки здесь достигает 500-1500 раз.

При необходимости клетка может еще больше компактизировать генетический материал. Идет образование более крупных петель из хромомерной фибриллы. Эти петли в свою очередь образуют новые петли (петли в петли… и это не вязание). Которые в конечном счете формируют хромосому.

В целом процесс упаковки можно описать примерно так.

В итоге из нитей ДНК мы получаем, при делении, суперскрученные структуры, которые можно увидеть под микроскопом. Их мы и зовем хромосомами.

Собственно вещество хромосом зовется хроматином. И степень его упаковки отличается в зависимости от участка хромосомы. Есть эухроматин и гетерохроматин. Эухроматин это довольно расплетенная область хроматина, в ней ДНК находится на хромомерном уровне (упаковка в 500 — 1000 раз). Здесь происходит активное считывание информации. Например, если сейчас клетка активно синтезирует белок А, то область ДНК, его кодирующая будет в состоянии эухроматина, что бы ферменты, «читающие» ДНК могли до нее добраться. Гетерохроматин же содержит ту часть ДНК, которая клетке не особо нужна сейчас. То есть ДНК максимально плотно упакована, дабы не путаться под ногами. В зависимости от потребностей клетки одни области хроматина могут частично расплетаться, в то время как другие — сплетаться. Таким образом еще и осуществляется регуляция (очень грубое приближение), ведь к скрученной области не добраться, и значит ее не прочитать.

Собственно пока это все. Мы обсудили как хранится носитель информации. Сделаем небольшую паузу и через пару дней поговорим о самом кодировании информации.

Хранение генетической информации | Биология для специальностей I

Объясните, как ДНК хранит генетическую информацию

В этом результате вы научитесь описывать структуру двойной спирали ДНК: ее сахарно-фосфатную основную лестницу с азотистыми основаниями «ступенек» лестницы.

Цели обучения

  • Изобразить структуру ДНК
  • Свяжите структуру ДНК с хранилищем генетической информации
  • Объясните, как упаковка ДНК как в эукариотических, так и в прокариотических клетках защищает генетическую информацию

Структура ДНК

Строительными блоками ДНК являются нуклеотиды. Важными компонентами каждого нуклеотида являются азотистое основание, дезоксирибоза (5-углеродный сахар) и фосфатная группа (см. рисунок 1). Каждый нуклеотид назван в зависимости от его азотистого основания. Азотистое основание может представлять собой пурин, такой как аденин (А) и гуанин (G), или пиримидин, такой как цитозин (С) и тимин (Т). Урацил (U) также представляет собой пиримидин (как видно на рисунке 1), но он встречается только в РНК, о чем мы поговорим подробнее позже.

Рисунок 1. Каждый нуклеотид состоит из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Сахаром является дезоксирибоза в ДНК и рибоза в РНК.

Пурины имеют двойную кольцевую структуру с шестичленным кольцом, слитым с пятичленным кольцом. Пиримидины меньше по размеру; они имеют единую шестичленную кольцевую структуру. Атомы углерода пятиуглеродного сахара пронумерованы 1′, 2′, 3′, 4′ и 5′ (1′ читается как «один штрих»). Нуклеотиды соединяются друг с другом ковалентными связями, известными как фосфодиэфирные связи или связи. Остаток фосфата присоединяется к гидроксильной группе 5′-углерода одного сахара одного нуклеотида и гидроксильной группе 3′-углерода сахара следующего нуклеотида, образуя 5′-3′-фосфодиэфирную связь.

В 1950-х годах Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон вместе работали над определением структуры ДНК в Кембриджском университете в Англии. Другие ученые, такие как Линус Полинг и Морис Уилкинс, также активно исследовали эту область. Полинг открыл вторичную структуру белков с помощью рентгеновской кристаллографии. В лаборатории Уилкинса исследователь Розалинда Франклин использовала методы дифракции рентгеновских лучей, чтобы понять структуру ДНК. Уотсон и Крик смогли собрать воедино загадку молекулы ДНК на основе данных Франклина, потому что Крик также изучал рентгеновскую дифракцию (рис. 2). В 1962 года Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс были удостоены Нобелевской премии по медицине. К сожалению, к тому времени Франклин умер, а Нобелевские премии посмертно не присуждаются.

Рисунок 2. Работа ученых-первопроходцев (а) Джеймса Уотсона, Фрэнсиса Крика и Маклина Маккарти привела к современному пониманию ДНК. Ученый Розалинда Франклин обнаружила (b) рентгенограмму ДНК, которая помогла выяснить ее структуру двойной спирали. (кредит а: модификация работы Марджори Маккарти, Публичная научная библиотека)

Уотсон и Крик предположили, что ДНК состоит из двух нитей, которые закручены друг вокруг друга, образуя правостороннюю спираль. Спаривание оснований происходит между пурином и пиримидином; а именно, пары A с T и пары G с C. Аденин и тимин являются комплементарными парами оснований, а цитозин и гуанин также являются комплементарными парами оснований. Пары оснований стабилизированы водородными связями; аденин и тимин образуют две водородные связи, а цитозин и гуанин образуют три водородные связи. Две нити антипараллельны по своей природе; то есть 3′-конец одной нити обращен к 5′-концу другой нити. Сахар и фосфат нуклеотидов образуют основу структуры, тогда как азотистые основания уложены внутри. Каждая пара оснований отделена от другой пары оснований на расстоянии 0,34 нм, а размер каждого витка спирали составляет 3,4 нм. Следовательно, на один виток спирали приходится десять пар оснований. Диаметр двойной спирали ДНК составляет 2 нм, и она однородна на всем протяжении. Только сочетание пурина и пиримидина может объяснить одинаковый диаметр. Скручивание двух нитей вокруг друг друга приводит к образованию равномерно расположенных больших и малых борозд (рис. 3).

Рисунок 3. ДНК имеет (а) структуру двойной спирали и (б) фосфодиэфирные связи. (c) Большая и малая бороздки являются местами связывания ДНК-связывающих белков во время таких процессов, как транскрипция (копирование РНК из ДНК) и репликация.

Генетическая информация

Генетическая информация организма хранится в молекулах ДНК. Как один тип молекулы может содержать все инструкции для создания сложных живых существ, подобных нам? Какой компонент или особенность ДНК может содержать эту информацию? Он должен исходить из азотистых оснований, потому что, как вы уже знаете, основа всех молекул ДНК одинакова. Но в ДНК есть только четыре основания: G, A, C и T. Последовательность этих четырех оснований может дать все инструкции, необходимые для построения любого живого организма. Трудно представить, что 4 разных «буквы» могут передавать столько информации. Но подумайте об английском языке, который может представить огромное количество информации, используя всего 26 букв. Еще более глубоким является двоичный код, используемый для написания компьютерных программ. Этот код содержит только единицы и нули, и подумайте обо всем, что может сделать ваш компьютер. Алфавит ДНК может кодировать очень сложные инструкции, используя всего четыре буквы, хотя сообщения в конечном итоге получаются очень длинными. Например, Бактерия E. coli несет свои генетические инструкции в молекуле ДНК, содержащей более пяти миллионов нуклеотидов. Геном человека (вся ДНК организма) состоит примерно из трех миллиардов нуклеотидов , разделенных между 23 спаренными молекулами ДНК, или хромосом .

Информация, хранящаяся в порядке оснований, организована в генов : каждый ген содержит информацию для создания функционального продукта. Генетическая информация сначала копируется в другие полимер нуклеиновой кислоты , РНК (рибонуклеиновая кислота), сохраняющий порядок нуклеотидных оснований. Гены, содержащие инструкции по созданию белков, преобразуются в информационную РНК (мРНК). Некоторые специализированные гены содержат инструкции для создания функциональных молекул РНК, которые не производят белков . Эти молекулы РНК функционируют, напрямую воздействуя на клеточные процессы; например, некоторые из этих молекул РНК регулируют экспрессию мРНК. Другие гены продуцируют молекулы РНК, необходимые для белковый синтез , транспортная РНК ( тРНК ) и рибосомальная РНК ( рРНК ).

Чтобы ДНК могла эффективно хранить информацию, необходимы два ключевых процесса. Во-первых, информация, хранящаяся в молекуле ДНК, должна копироваться с минимальными ошибками при каждом делении клетки. Это гарантирует, что обе дочерние клетки наследуют полный набор генетической информации от родительской клетки. Во-вторых, информация, хранящаяся в молекуле ДНК, должна быть переведено или выражено. Чтобы хранимая информация была полезной, клетки должны иметь доступ к инструкциям по производству определенных белков, чтобы нужные белки производились в нужном месте в нужное время.

Рис. 4. Двойная спираль ДНК. Графика изменена из статьи «Химическая структура ДНК» Мадлен Прайс Болл, CC-BY-SA-2.0

Как копирование, так и чтение информации, хранящейся в ДНК, зависит от спаривания оснований между двумя полимерными цепями нуклеиновой кислоты . Напомним, что структура ДНК представляет собой двойную спираль (см. рис. 4).

Дезоксирибоза сахара с фосфатной группой образует каркас или основу молекулы (выделена желтым цветом на рис. 4). Основания направлены внутрь. Комплементарные основания образуют водородные связи друг с другом внутри двойной спирали. Посмотрите, как большие основания ( пуринов ) сочетаются с меньшими ( пиримидинов ). Это поддерживает постоянную ширину двойной спирали. Точнее, пары A с T и пары C с G. Когда мы будем обсуждать функцию ДНК в последующих разделах, имейте в виду, что существует химическая причина для специфического спаривания оснований.

Чтобы проиллюстрировать связь между информацией в ДНК и наблюдаемой характеристикой организма, давайте рассмотрим ген, который обеспечивает инструкции по созданию гормона инсулина. Инсулин отвечает за регулирование уровня сахара в крови. Ген инсулина содержит инструкции по сборке белка инсулина из отдельных аминокислот. Изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК может привести к изменению аминокислот в конечном белке, что приведет к нарушению работы белка. Если инсулин не функционирует должным образом, он может быть не в состоянии связываться с другим белком (рецептором инсулина). На уровне организации организма это молекулярное событие (изменение последовательности ДНК) может привести к болезненному состоянию — в данном случае к диабету.

Практические вопросы

Порядок нуклеотидов в гене (в ДНК) является ключом к тому, как хранится информация. Например, рассмотрим эти два слова: стабильный и таблицы. Оба слова состоят из одних и тех же букв (субъединиц), но разный порядок этих субъединиц приводит к очень разным значениям. В ДНК информация хранится блоками по 3 буквы. Используйте следующий ключ для расшифровки зашифрованного сообщения. Это должно помочь вам увидеть, как информация может храниться в линейном порядке нуклеотидов в ДНК.

ABC = ДЭФ = д GHI = e ДКЛ = ф
МНО = ч PQR = я СТЮ = м VWX = n
YZA = о BCD = г ЭФГ = с HIJ = т
КЛМ = ш НОП = j QRS = р ТУФ = у

Зашифрованное сообщение: 0005

Показать ответ

Где в ДНК хранится информация?

  1. Форма ДНК
  2. Сахаро-фосфатный костяк
  3. Последовательность оснований
  4. Наличие двух прядей.

Показать ответ

Какое утверждение верно?

  1. Последовательность оснований ДНК организована в виде хромосом, большинство из которых содержат инструкции по созданию аминокислоты.
  2. Последовательность нитей ДНК организована в хромосомы, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
  3. Последовательность оснований ДНК организована в гены, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
  4. Последовательность фосфатов ДНК организована в гены, большинство из которых содержат инструкции по построению клетки.

Показать ответ

Упаковка ДНК у эукариот и прокариот

При сравнении прокариотических клеток с эукариотическими клетками прокариоты намного проще эукариот по многим своим характеристикам (рис. 5). Большинство прокариот содержат одну кольцевую хромосому, которая находится в области цитоплазмы, называемой нуклеоидом.

Практический вопрос

Рис. 5. У эукариот четко выраженное ядро, тогда как у прокариот хромосома лежит в цитоплазме в области, называемой нуклеоидом.

В эукариотических клетках синтез ДНК и РНК происходит отдельно от синтеза белка. В прокариотических клетках оба процесса происходят вместе. Какие преимущества может дать разделение процессов?

Показать ответ

Размер генома одной из наиболее хорошо изученных прокариот, E.coli, составляет 4,6 миллиона пар оснований (примерно 1,1 мм, если разрезать и растянуть). Так как же это помещается внутри маленькой бактериальной клетки? ДНК скручена так называемой суперспирализацией. Суперспирализация означает, что ДНК либо недозакручена (менее одного витка спирали на 10 пар оснований), либо перекручена (более 1 витка на 10 пар оснований) по сравнению с ее нормальным расслабленным состоянием. Известно, что некоторые белки участвуют в суперспирализации; другие белки и ферменты, такие как ДНК-гираза, помогают поддерживать сверхспиральную структуру.

Эукариоты, каждая хромосома которых состоит из линейной молекулы ДНК, используют другой тип стратегии упаковки, чтобы поместить свою ДНК внутри ядра (рис. 6). На самом базовом уровне ДНК обернута вокруг белков, известных как гистоны, с образованием структур, называемых нуклеосомами. Гистоны представляют собой эволюционно консервативные белки, богатые основными аминокислотами и образующие октамер. ДНК (заряженная отрицательно из-за фосфатных групп) плотно обернута вокруг гистонового ядра. Эта нуклеосома связана со следующей с помощью линкерной ДНК. Это также известно как структура «бусины на нитке». Затем он уплотняется в волокно диаметром 30 нм, что соответствует диаметру структуры. На стадии метафазы хромосомы наиболее компактны, имеют ширину около 700 нм и находятся в ассоциации с каркасными белками.

В интерфазе хромосомы эукариот имеют две отдельные области, которые можно различить с помощью окрашивания. Плотно упакованная область известна как гетерохроматин, а менее плотная область известна как эухроматин. Гетерохроматин обычно содержит гены, которые не экспрессируются, и находится в областях центромер и теломер. Эухроматин обычно содержит гены, которые транскрибируются, ДНК упаковывается вокруг нуклеосом, но не уплотняется дальше.

Рисунок 6. Эти рисунки иллюстрируют уплотнение эукариотической хромосомы.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы узнать, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. Этот короткий тест не учитывает , а не для вашей оценки в классе, и вы можете пересдавать его неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

8.2: Хранение генетической информации — Biology LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    35708
  • Чему вы научитесь: Объяснять, как ДНК хранит генетическую информацию

    Уникальная структура ДНК является ключом к ее способности хранить и воспроизводить генетическую информацию:

    Рисунок 1

    В этом результате вы научитесь описывать структуру двойной спирали ДНК: ее сахарно-фосфатный остов лестницы с азотистыми основаниями «ступенек» лестницы.

    Цели обучения
    • Изобразить структуру ДНК
    • Свяжите структуру ДНК с хранилищем генетической информации

    Структура ДНК

    Строительные блоки ДНК состоят из нуклеотидов . Важными компонентами каждого нуклеотида являются азотистое основание, дезоксирибоза (5-углеродный сахар) и фосфатная группа (см. рис. 2). Каждый нуклеотид назван в зависимости от его азотистого основания. Азотистое основание может быть пурин , такой как аденин (А) и гуанин (G), или пиримидин , такой как цитозин (С) и тимин (Т). Урацил (U) также представляет собой пиримидин (как видно на рис. 2), но он встречается только в РНК, о чем мы поговорим позже.

    Рисунок 2. Каждый нуклеотид состоит из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. Сахаром является дезоксирибоза в ДНК и рибоза в РНК.

    Нуклеотиды соединяются друг с другом ковалентными связями, известными как фосфодиэфирные связи или связи. Остаток фосфата присоединяется к гидроксильной группе 5′-углерода одного сахара одного нуклеотида и гидроксильной группе 3′-углерода сахара следующего нуклеотида, образуя 5′-3′-фосфодиэфирную связь.

    В 1950-х годах Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон вместе работали над определением структуры ДНК в Кембриджском университете, Англия. Другие ученые, такие как Линус Полинг и Морис Уилкинс, также активно исследовали эту область. Полинг открыл вторичную структуру белков с помощью рентгеновской кристаллографии. В лаборатории Уилкинса исследователь Розалинда Франклин использовала методы дифракции рентгеновских лучей, чтобы понять структуру ДНК. Уотсон и Крик смогли собрать воедино загадку молекулы ДНК на основе данных Франклина, потому что Крик также изучал рентгеновскую дифракцию (рис. 3). В 1962 года Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс были удостоены Нобелевской премии по медицине. К сожалению, к тому времени Франклин умер, а Нобелевские премии посмертно не присуждаются.

    Рис. 3. Работа ученых-первопроходцев (а) Джеймса Уотсона, Фрэнсиса Крика и Маклина Маккарти привела к современному пониманию ДНК. Ученый Розалинда Франклин обнаружила (b) рентгенограмму ДНК, которая помогла выяснить ее структуру двойной спирали. (кредит а: модификация работы Марджори Маккарти, Публичная научная библиотека)

    Уотсон и Крик предположили, что ДНК состоит из двух нитей , которые закручены друг вокруг друга, образуя правостороннюю спираль . Спаривание оснований происходит между пурином и пиримидином; а именно, пар A с T и пар G с C . Аденин и тимин являются комплементарными парами оснований, а цитозин и гуанин также являются комплементарными парами оснований. Пары оснований стабилизированы водородными связями ; аденин и тимин образуют две водородные связи, а цитозин и гуанин образуют три водородные связи. Две нити равны антипараллель l в природе; то есть 3′-конец одной нити обращен к 5′-концу другой нити. Сахар и фосфат нуклеотидов образуют основу структуры, тогда как азотистые основания уложены внутри. Каждая пара оснований отделена от другой пары оснований на расстоянии 0,34 нм, а размер каждого витка спирали составляет 3,4 нм. Следовательно, на один виток спирали приходится десять пар оснований. Диаметр двойной спирали ДНК составляет 2 нм, и она однородна на всем протяжении. Только сочетание пурина и пиримидина может объяснить одинаковый диаметр. Скручивание двух прядей вокруг друг друга приводит к образованию равномерно расположенных больших и малых борозд (рис. 4).

    Рис. 4. ДНК имеет (а) структуру двойной спирали и (б) фосфодиэфирные связи. (c) Большая и малая бороздки являются местами связывания ДНК-связывающих белков во время таких процессов, как транскрипция (копирование РНК из ДНК) и репликация.

    Генетическая информация

    Генетическая информация организма хранится в молекулах ДНК. Как один тип молекулы может содержать все инструкции для создания сложных живых существ, подобных нам? Какой компонент или особенность ДНК может содержать эту информацию? Он должен исходить из азотистых оснований, потому что, как вы уже знаете, основа всех молекул ДНК одинакова. Но в ДНК есть только четыре основания: G, A, C и T. Последовательность этих четырех оснований может дать все инструкции, необходимые для построения любого живого организма. Трудно представить, что 4 разных «буквы» могут передавать столько информации. Но подумайте об английском языке, который может представить огромное количество информации, используя всего 26 букв. Еще более глубоким является двоичный код, используемый для написания компьютерных программ. Этот код содержит только единицы и нули, и подумайте обо всем, что может сделать ваш компьютер. Алфавит ДНК может кодировать очень сложные инструкции, используя всего четыре буквы, хотя сообщения в конечном итоге получаются очень длинными. Например, Бактерия E. coli несет свои генетические инструкции в молекуле ДНК, содержащей более пяти миллионов нуклеотидов. Геном человека (вся ДНК организма) состоит примерно из трех миллиардов нуклеотидов , разделенных между 23 спаренными молекулами ДНК, или хромосом .

    Информация, хранящаяся в порядке оснований, организована в генов : каждый ген содержит информацию для создания функционального продукта. Генетическая информация сначала копируется в другие полимер нуклеиновой кислоты , РНК (рибонуклеиновая кислота), сохраняющий порядок нуклеотидных оснований. Гены, содержащие инструкции по созданию белков, преобразуются в информационную РНК (мРНК). Некоторые специализированные гены содержат инструкции для создания функциональных молекул РНК, которые не производят белков . Эти молекулы РНК функционируют, напрямую воздействуя на клеточные процессы; например, некоторые из этих молекул РНК регулируют экспрессию мРНК. Другие гены продуцируют молекулы РНК, необходимые для белковый синтез , транспортная РНК ( тРНК ) и рибосомальная РНК ( рРНК ).

    Чтобы ДНК могла эффективно хранить информацию, необходимы два ключевых процесса. Во-первых, информация, хранящаяся в молекуле ДНК, должна копироваться с минимальными ошибками при каждом делении клетки. Это гарантирует, что обе дочерние клетки наследуют полный набор генетической информации от родительской клетки. Во-вторых, информация, хранящаяся в молекуле ДНК, должна быть переведено или выражено. Чтобы хранимая информация была полезной, клетки должны иметь доступ к инструкциям по производству определенных белков, чтобы нужные белки производились в нужном месте в нужное время.

    Рисунок 5. Двойная спираль ДНК. Графика изменена из статьи «Химическая структура ДНК» Мадлен Прайс Болл, CC-BY-SA-2.0

    Как копирование, так и чтение информации, хранящейся в ДНК, зависит от спаривания оснований между двумя полимерными цепями нуклеиновой кислоты . Напомним, что структура ДНК представляет собой двойную спираль (см. рис. 5).

    Дезоксирибоза сахара с фосфатной группой образует основу или основу молекулы (выделена желтым цветом на рис. 5). Основания направлены внутрь. Комплементарные основания образуют водородные связи друг с другом внутри двойной спирали. Посмотрите, как большие основания ( пуринов ) сочетаются с меньшими ( пиримидинов ). Это поддерживает постоянную ширину двойной спирали. Точнее, пары A с T и пары C с G. Когда мы будем обсуждать функцию ДНК в последующих разделах, имейте в виду, что существует химическая причина для специфического спаривания оснований.

    Чтобы проиллюстрировать связь между информацией в ДНК и наблюдаемой характеристикой организма, давайте рассмотрим ген, который обеспечивает инструкции по созданию гормона инсулина. Инсулин отвечает за регулирование уровня сахара в крови. Ген инсулина содержит инструкции по сборке белка инсулина из отдельных аминокислот. Изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК может привести к изменению аминокислот в конечном белке, что приведет к нарушению работы белка. Если инсулин не функционирует должным образом, он может быть не в состоянии связываться с другим белком (рецептором инсулина). На уровне организации организма это молекулярное событие (изменение последовательности ДНК) может привести к болезненному состоянию — в данном случае к диабету.

    Практические вопросы

    Порядок расположения нуклеотидов в гене (в ДНК) является ключом к тому, как хранится информация. Например, рассмотрим эти два слова: стабильный и таблицы. Оба слова состоят из одних и тех же букв (субъединиц), но разный порядок этих субъединиц приводит к очень разным значениям. В ДНК информация хранится блоками по 3 буквы. Используйте следующий ключ для расшифровки зашифрованного сообщения. Это должно помочь вам увидеть, как информация может храниться в линейном порядке нуклеотидов в ДНК.

    ABC = ДЭФ = д GHI = e ДКЛ = ф
    МНО = ч PQR = я СТЮ = м VWX = n
    YZA = о BCD = г ЭФГ = с HIJ = т
    КЛМ = ш NOP = j QRS = р ТУФ = у

    Encrypted Message: HIJMNOPQREFG – PQREFG – MNOYZAKLM – DEFVWXABC – EFGHIJYZABCDGHIEFG – PQRVWXJKLYZABCDSTUABCHIJPQRYZAVWX

    Show Answer

    Так ДНК хранит информацию.

    Где в ДНК хранится информация?

    1. Форма ДНК
    2. Сахаро-фосфатный остов
    3. Последовательность оснований
    4. Наличие двух прядей.
    Показать ответ

    Ответ c. Последовательность оснований кодирует инструкции по синтезу белка. Форма ДНК не связана с хранением информации. Сахаро-фосфатный остов действует только как каркас. Наличие двух цепей важно для репликации, но их информативность равноценна, так как они дополняют друг друга.

    Какое утверждение верно?

    1. Последовательность оснований ДНК организована в виде хромосом, большинство из которых содержат инструкции по созданию аминокислоты.
    2. Последовательность нитей ДНК организована в хромосомы, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
    3. Последовательность оснований ДНК организована в гены, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
    4. Последовательность фосфатов ДНК организована в гены, большинство из которых содержат инструкции по построению клетки.
    Показать ответ

    Ответ c. Последовательность оснований ДНК организована в гены, большинство из которых содержит инструкции по созданию белка. ДНК хранит информацию в последовательности своих оснований. Информация сгруппирована в гены. Белок в основном кодируется.

    Проверьте свое понимание

    Ответьте на вопросы ниже, чтобы проверить, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе. Этот короткий тест делает , а не учитываются в вашей оценке в классе, и вы можете пересдавать неограниченное количество раз.

    Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

    https://assessments.lumenlearning. co…sessments/6893

    Авторы и авторство

    Лицензионный контент CC, оригинал

    • Введение в хранение генетической информации. Авторы: : Шелли Картер и Люмен Леринг. Предоставлено : Lumen Learning. Лицензия : CC BY: Attribution
    • Структура нуклеиновой кислоты (производная от оригинальной работы). Автор : Стивен Снайдер. Лицензия : CC BY: Attribution

    Контент с лицензией CC, ранее опубликованный

    • Биология. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/185cbf87-c72…[email protected]
    • Информационное содержание ДНК. Предоставлено : Open Learning Initiative.