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

Содержание

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 ?

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

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

Как читают генетический текст — Российская газета

Ом — единица измерения электрического сопротивления. Названа в честь немецкого физика Георга Ома. К теме статьи не имеет никакого отношения. Ом — сакральный звук у индуистов, изначальная мантра, «слово силы». Может рассматриваться как символ божественной триады: Брахма, Вишну, Шива. К статье вроде бы отношения не имеет. Хотя если задуматься…

Первым появился геном. Этот термин стали использовать еще в 20-е годы XX века. Его происхождение до конца не ясно. С «ген-» понятно: это от генов. А вот суффикс «-ом», по одной версии, был взят из «хромосомы», куда попал в составе греческого слова «сома» — тело. Другое объяснение гласит, что «-ом» означает нечто всеобъемлющее. Впрочем, это не так важно.

До 1990-х годов геном жил тихо и спокойно, как тысячи других научных терминов. А потом стартовал проект «Геном человека» — миллиарды долларов, статьи в ежедневных газетах, внимание президентов и премьер-министров. К началу XXI века это слово выучили даже те, кто по биологии имел неуверенную «тройку».

С прочтения генома начинается история изучения биологических объектов математическими методами — как совокупности данных, набора цифр или шифра. По мере того как объем данных увеличивался, а качество извлечения из них ценной информации улучшалось, стали набирать популярность и другие «омы». Сегодня суффикс «-ом» в биологии прочно закрепился за терминами, обозначающими совокупность неких данных, — подобно тому как геном человека является совокупностью наследственного материала, хранящегося в наших хромосомах.

Геном изучает наука геномика. По аналогии стали возникать другие омики — науки о совокупности биологических данных. Омы и омики недаром так расплодились: в биологии, как и везде, происходит цифровая революция — методы биоинформатики позволяют извлекать из больших биологических данных много важной информации. А вслед за интересными результатами приходит и мода, и финансирование. Для первого знакомства мы отобрали самые популярные омы — всего же их несколько десятков.

Геном. Все наши гены

Как вы знаете, наследственная информация, копия которой хранится в каждой клетке организма, записана в молекулах ДНК, упакованных в 23 пары хромосом. Всего геном человека содержит около трех миллиардов «букв», которые можно «прочитать» с помощью секвенирования.

Если сравнивать геном с книгой, то читать придется роман в десять тысяч раз длиннее «Войны и мира» — для врача задача явно невыполнимая. Тут-то на помощь и приходят методы биоинформатики, позволяющие извлекать из этого набора букв понятную для врачей информацию.

Впрочем, понимаем мы пока немного: знаем, например, что ДНК содержит гены — последовательности «букв» или «цифр», кодирующие белки. У человека около 25-30 тысяч генов, это лишь 1,5% ДНК. Все остальные «записи» пока кажутся нам бессмыслицей. Но расшифровка лишь небольшой части генома, которая кодирует белки, — это уже полтерабайта данных и море информации — например, о ваших наследственных заболеваниях или особенностях метаболизма.

Сравнивать можно геномы отдельных организмов и целых популяций. Сейчас научный мир занят сбором и накоплением генетической информации: в развитых странах создают банки, в которых предполагается хранить геномы миллионов людей. Важнейшая задача на нынешнем этапе — обеспечить обмен данными между геномными банками, создать общие стандарты записи и хранения генетической информации, написать программы, способные понимать и использовать данные всех банков.

Конечно, ученых, занимающихся сравнительной геномикой, интересуют геномы не только людей, но и других организмов. Например, расшифровав геном голого землекопа и сравнив его с геномами других грызунов, исследователи, возможно, выяснят, какие гены обеспечивают легендарному животному необыкновенно долгую жизнь без признаков старения.

Транскриптом. Как прочитан и понят генетический текст

Если геном — это о том, что написано, то транскриптом — как прочитано. Взять, допустим, ту же самую «Войну и мир». Для одних это история любви, для других — источник жизненной философии, для третьих — набор батальных сцен, разбавленных нудными диалогами, которые лучше пропустить. В организме примерно так же.

Геном у всех клеток организма одинаковый (есть небольшая разница из-за мутаций и у половых клеток в 23-й хромосоме), но сами клетки разные: нейроны мало похожи на сперматозоиды. Клетки так отличаются друг от друга потому, что у них активны разные гены. Чтобы понять, какие именно гены активны («экспрессируются», как говорят биологи) в том или ином органе или ткани, нужно изучить транскриптом — набор присутствующих там РНК. Ведь активность генов, их экспрессия и есть производство РНК.

Данные генома — это относительно постоянная характеристика всего организма, а транскриптом характеризует протекание конкретных процессов, поэтому обычно исследуют транскриптом органа или клеток определенного типа. Кроме того, он меняется со временем: например, если вы заболели, гены больных и иммунных клеток будут работать по-другому.

Протеом. Все наши белки

Мы только-только начали использовать в медицине данные генома, но уже ясно: чтобы понять, как работает организм конкретного человека, информации о геноме недостаточно. Не спасает даже совокупность генома и транскриптома. Гораздо более полную картину происходящего дает изучение протеома — набора белков, синтезируемых тканью, органом или даже отдельной клеткой. Если в геноме человека примерно 28 тысяч генов, то белков в организме гораздо больше — говорят и о миллионе, и о двух, и о пяти.

Да, синтез белков — прямой результат работы кодирующих их генов. Среди биологов даже бытовала поговорка: «Один ген — один белок».

Но дальше судьба белков складывается по-разному: часть из них может распасться, так и не выполнив свою функцию, другие могут не выводиться из клетки и накапливаться, третьи могут как-то модифицироваться. Чтобы понять всю картину в целом и изучают протеом. Ваша электронная медицинская карта, без сомнения, будет начинаться с описания генома, но большая часть информации в ней будет основываться на многочисленны анализам протеома в разных частях организма.

Протеомика находится в начальной фазе развития. Но уже существует проект «Протеом человека», инициаторами которого в 2010 году выступили Россия, США, Южная Корея, Швеция, Канада и Иран. По масштабам он сравним с «Геномом человека». Его главная цель: систематизировать все вырабатываемые нашим организмом белки.

Эпигеном. Над генами

Работа генов регулируется не только генетическими факторами, но и условиями, в которых живет организм. Для этого над генами надстроен еще один регуляторный уровень — эпигеном (приставка «эпи-» в переводе с греческого и означает «над»). Это система химических «меток», которыми помечаются те или иные гены. Одни метки велят генам работать, другие — отдыхать. Эпигенетические механизмы реагируют на сигналы из внешней среды, ставя метку «спать» над геном, активность которого стала нежелательна, и давая команду «работать» гену, включение которого улучшило состояние клетки или всего организма.

Недавно выяснилось, что эпигеном тоже передается по наследству. Он трансформируется довольно медленно, так что эпигеном ваших дедов, испытавших, например, потрясения войны и приспособившихся к ним, вполне может продолжать влиять на вас.

Эпигеномика делает лишь первые шаги, но в будущем информация о эпигенетическом коде может оказаться не менее важной, чем о генетическом.

Микробиом. С кем мы живем

Вы боитесь одиночества? Не уверены, что обладаете богатым внутренним миром? У нас хорошие новости! Тело человека состоит из триллионов клеток, но внутри нашего организма живет примерно столько же клеток бактериальных.

Большая часть бактерий обитает в кишечнике — вместе они составляют что-то вроде самого массивного человеческого органа, который называют микробиом. Помимо пищеварения этот орган выполняет массу полезных функций: производит витамины, защищает нас от болезней, влияет на состояние психики и поведение. Ученые только пробуют воздействовать на него — больше 90% бактерий, живущих в кишечнике, нам до сих пор неизвестны. Но первые клинические тесты микробиома уже проводятся, в том числе в России, — из них можно узнать, например, какие витамины ваши бактерии производят в избытке, а каких, наоборот, не хватает.

Похоже, медицина ближайшего будущего станет широко использовать помощь микробов: многие ученые считают, что таблетки с «правильными» бактериями смогут вылечить от ожирения, продлить жизнь и даже помочь при психических заболеваниях. Настоящий расцвет «микробной медицины» начнется, когда мы научимся программировать бактерии. Возможно, одно такое обученное существо будет прибавлять ума или силы намного эффективнее, чем месяцы упражнений.

Метагеном. Все вместе

Если геном — это весь наследственный материал одного организма, то метагеном — совокупный геном сообщества организмов, живущих вместе. Можно, например, изучить метагеном вашей квартиры, прочитав геномы всех людей, животных, растений и бактерий, которые в ней живут. А поскольку организм человека тоже заполнен бактериями, можно исследоватьи его собственный метагеном — он будет намного больше генома. Можно изучать метагеном целого народа, как это делают с 2010 года участники проекта «Русский метагеном».

В персонализированной медицине уже предпринимаются первые попытки чтения и анализа метагенома вместо ставшего уже вещью генетического тестирования. Близятся времена, когда, информация о метагеноме станет основой вашей медицинской карты, а понятие «защита личных данных» будет в первую очередь предусматривать «тайну метагенома».

Коннектом. Очень нервные связи

Это совокупность нервных связей живого организма. Ее математическая модель представляет собой «карту» нервной системы, на которую нанесены нейроны и их соединения.

Пока единственный организм, для которого ученые смогли составить коннектом, это нематода — червячок длиной в миллиметр. Вся его нервная система состоит из 302 нейронов и 7000 соединений между ними.

Чтобы понять, как работает мозг, научиться им управлять, лечить и совершенствовать, ученые намерены воссоздать коннектом нервной системы человека с ее миллиардами нейронов. Задача даже сложнее: необходимо получить функциональный коннектом, то есть модель, на которой видно, как нейроны обмениваются импульсами в реальном времени.

На создание таких моделей Европа и США выделяют многомиллионные гранты. В Швейцарии даже появился Нейрополис — аналог CERN и Кремниевой долины для исследования мозга.

Социом. Нельзя быть свободным от общества

Признаемся: это слово мы придумали сами, по крайней мере нам нигде не удалось найти его в том значении, которое нам кажется важным. Речь идет о совокупности социальных связей индивида: разговоров с друзьями, взаимодействия на работе, общения в семье. Даже окрик охранника стоит учесть, чтобы понять, почему у человека такое настроение, или спрогнозировать его поведение к концу дня.

Задача грандиозная, но не утопическая. Социологи и психологи вовсю используют в исследованиях данные из соцсетей, которые фактически являются оцифрованной частью социома. Уверены: в этой области нас тоже ждет немало открытий!

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?

Форма ДНК
Сахаро-фосфатный костяк
Последовательность оснований
Наличие двух прядей.

Показать ответ

Какое утверждение верно?

Последовательность оснований ДНК организована в виде хромосом, большинство из которых содержат инструкции по созданию аминокислоты.
Последовательность нитей ДНК организована в хромосомы, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
Последовательность оснований ДНК организована в гены, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
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 проверить, 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

Последнее обновление
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

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

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.

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?

Форма ДНК
Сахаро-фосфатный остов
Последовательность оснований
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 равнозначна, так как они дополняют друг друга.

Какое утверждение верно?

Последовательность оснований ДНК организована в виде хромосом, большинство из которых содержат инструкции по созданию аминокислоты.
Последовательность нитей ДНК организована в хромосомы, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
Последовательность оснований ДНК организована в гены, большинство из которых содержат инструкции по созданию белка.
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.

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.