Что такое кодон и антикодон

Разница между кодоном и антикодоном

Кодон и антикодон представляют собой нуклеотидные триплеты, которые определяют конкретную аминокислоту в полипептиде. Существует определенный набор правил для хранения генетической информации в виде

Содержание:

В этой статье рассматриваются,

1. Что такое кодон
— определение, особенности
2. Что такое Антикодон
— определение, особенности
3. В чем разница между кодоном и антикодоном

Что такое кодон

Кодон представляет собой последовательность из трех нуклеотидов, которая указывает одну аминокислоту в полипептидной цепи. Каждый ген, который кодирует конкретный белок, состоит из последовательности нуклеотидов, которые представляют аминокислотную последовательность этого конкретного белка. Гены используют универсальный язык, генетический код, чтобы хранить аминокислотные последовательности белков. Генетический код состоит из нуклеотидных триплетов, которые называются кодонами. Например, кодон TCT представляет собой аминокислоту серин. Шестьдесят один кодон может быть идентифицирован, чтобы указать двадцать незаменимых аминокислот, необходимых для трансляции.

Рамка для чтения

Конкретная нуклеотидная последовательность в молекуле одноцепочечной ДНК состоит из трех рамок считывания в направлении от 5 ‘до 3’ цепи. Учитывая нуклеотидную последовательность в Рисунок 1первая рамка считывания начинается с первого нуклеотида А. Первая рамка считывания отображается синим цветом. Он содержит кодоны AGG TGA CAC CGC AAG CCT TAT ATT AGC. Вторая рамка считывания начинается со второго нуклеотида G, который показан красным цветом. Содержит кодоны GGT GAC ACC GCA AGC CTT ATA TTA. Третья рамка считывания начинается с третьего нуклеотида G, который показан зеленым цветом. Содержит кодоны GTG ACA CCG CAA GCC TTA TAT TAG.

Рисунок 1: Чтение Фреймов

Поскольку ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, в двух цепях можно найти шесть рамок считывания. Но только одна рамка для чтения может быть переведена. Эта рамка считывания называется открытой рамкой считывания. Кодон может быть идентифицирован только с открытой рамкой считывания.

Старт / Стоп Кодон

Открытая рамка считывания определяется в основном наличием стартового кодона, кодируемого мРНК. Универсальным стартовым кодоном является AUG, который кодирует аминокислоту метионин в эукариотах. У прокариот AUG кодирует формилметионин. Эукариотические открытые рамки считывания прерываются наличием интронов в середине рамки. Трансляция останавливается на стоп-кодоне в открытой рамке считывания. На мРНК обнаружены три универсальных стоп-кодона: UAG, UGA и UAA. Серия кодонов на фрагменте мРНК показана в фигура 2.

Рисунок 2: Серия кодонов на мРНК

Влияние мутаций

вырождение

Избыточность, возникающая в генетическом коде, называется вырождением. Например, кодоны UUU и UUC оба указывают аминокислоту фенилаланин. Таблица кодонов РНК показана в рисунок 3.

Рисунок 3: РНК-кодон

Смещение использования кодонов

Частота встречаемости конкретного кодона в геноме называется смещением использования кодона. Например, частота встречаемости кодона UUU составляет 17,6% в геноме человека.

вариации

Некоторые вариации могут быть обнаружены в стандартном генетическом коде при рассмотрении человеческого митохондриального генома. Немного Mycolasma виды также указывают кодон UGA как триптофан, а не стоп-кодон. Немного Кандида виды указывают кодон, UCG как серин.

Что такое Антикодон

Трехнуклеотидная последовательность на тРНК, которая комплементарна последовательности кодона на мРНК, называется антикодоном. Во время трансляции антикодон является комплементарным основанием, соединенным с кодоном посредством водородных связей. Следовательно, каждый кодон содержит соответствующий антикодон на разных молекулах тРНК. Дополнительное спаривание оснований антикодона с его кодоном показано на рисунок 4.

Рисунок 4: Дополнительные пары оснований

Колебание основания

Способность одного антикодона образовывать пару с более чем одним кодоном в мРНК называется спариванием основания вобуляции. Спаривание основания колебания происходит из-за потери первого нуклеотида на молекуле тРНК. Инозин присутствует в первой нуклеотидной позиции на антикодоне тРНК. Инозин может образовывать водородные связи с различными нуклеотидами. Из-за наличия спаривания оснований вобуляции, аминокислота определяется третьей позицией кодона. Например, глицин указан GGU, GGC, GGA и GGG.

Передача РНК

Для определения двадцати незаменимых аминокислот можно найти шестьдесят один тип тРНК. Из-за спаривания оснований вобуляции количество отдельных тРНК уменьшается во многих клетках. Минимальное количество отдельных тРНК, необходимых для трансляции, составляет тридцать один. Структура молекулы тРНК показана на рисунок 5, Антикодон показан серым цветом. Стержень акцептора, который показан желтым цветом, содержит хвост CCA на 3′-конце молекулы. Указанная аминокислота ковалентно связана с 3′-гидроксильной группой хвостов CCA. Связанная с аминокислотами тРНК называется аминоацил-тРНК.

Рисунок 5: Перенос РНК

Разница между кодоном и антикодоном

Место нахождения

кодоны: Кодон находится на молекуле мРНК.

антикодонный: Антикодон находится в молекуле тРНК.

Дополнительный характер

кодоны: Кодон комплементарен нуклеотидному триплету в ДНК.

антикодонный: Антикодон дополняет кодон.

непрерывность

кодоны: Кодон последовательно присутствует в мРНК.

антикодонный: Антикодон индивидуально присутствует на тРНК.

функция

кодоны: Кодон определяет положение аминокислоты.

антикодонный: Anticodon приносит указанную аминокислоту кодоном.

Заключение

Кодон и антикодон участвуют в позиционировании аминокислот в правильном порядке, чтобы синтезировать функциональный белок во время трансляции. Оба они являются нуклеотидными триплетами. Можно найти шестьдесят один отдельный кодон, определяющий двадцать незаменимых аминокислот, необходимых для синтеза полипептидной цепи. Таким образом, шестьдесят одна отдельная тРНК необходима для комплементарной пары оснований с шестидесяти одним кодоном. Но из-за наличия спаривания оснований вобуляции количество необходимых тРНК уменьшается до тридцати одного. Антикодонные комплементарные пары оснований с кодоном рассматриваются как универсальная особенность. Поэтому ключевое различие между кодоном и антикодоном заключается в их дополнительной природе.

Источник

Генетический код. Биосинтез белка

теория по биологии 🌿 основы генетики

Генетическая информация и генетический код

Каждый вид имеет свой собственный, отличный от других видов, набор белков. Интересно то, что белки, выполняющие идентичные функции у разных видов могут быть похожими или даже абсолютно идентичными.

У белков есть несколько состояний их структур:

Именно первичная структура является определяющей свойства белка. Эта структура – цепь из аминокислот. Аминокислоты, в свою очередь, представляют собой ряд триплетов из нуклеотидов. Решая генетические задачи, обращаются как раз-таки к знакомой таблице:

Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, которые составляют триплет или иначе кодон. Именно последовательность нуклеотидов называется генетической информацией, а участок последовательности, в котором хранится информация о первичной структуре белка это и есть ген.

Нуклеотиды, составляющие ДНК и РНК различаются:

В состав ДНК входят:

В состав РНК входят:

Кроме того, в составе РНК (рибонуклеиновой кислоты) сахар рибоза, а ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — дезоксирибоза. РНК — одноцепочечная, а ДНК — двухцепочечная.

Между нуклеотидами есть водородные связи. Они могут быть как двойные, так и тройные. Нуклеотиды не могу быть связаны в случайном порядке. Для этого существует принцип комплементарности ДНК, по которому аденин одной цепи ДНК соединяется с тимином другой цепи ДНК, другая пара в ДНК – гуанин – цитозин. В РНК все аналогично, за исключением того, что вместо тимина там урацил. Между парами А-Т/А-У – две водородных связи, а между парами Ц-Г – три. На письме это обозначается чёрточками: двойная связь как знак «равно», а тройная – три горизонтальные черты.

Свойства генетического кода

Транскрипция и трансляция

Из цитологии известно, что генетическая информация у эукариотических клеток заключена в ядре в виде ДНК. Однако процесс биосинтеза белка происходит в цитоплазме на рибосомах.

Спиральная цепь ДНК при раскручивается, в это время по одной из цепочек ДНК строится комплементарная цепь. Из ядра в цитоплазму информация выходит в виде информационной РНК (иРНК). иРНК комплементарная одной из цепей ДНК. Этот процесс переписывания называется транскрипцией. Полученная цепь практически идентичная другой цепи ДНК, за исключением того, что вместо тимина там урацил.В процессе участвует специальный фермент РНК-полимераза.

Теперь в ядре есть цепочка, которая уже начала процесс биосинтеза. Как говорилось выше, процесс ассимиляции идет на рибосомах. иРНК выходит в цитоплазму через поры ядерной мембраны

тРНК по форме напоминает лист клевера, а по принципу работы – штамп. На него, прямо как чернила, наслаиваются кодоны.

В цитоплазме начинается процесс трансляции, то есть перевод последовательности нуклеотидов информационной РНК в последовательность аминокислот белка.

Рибосома захватывает стартовый конец цепи иРНК. Затем она начинает двигаться по цепи, одна остановка рибосомы происходит на 6-ти нуклеотидах. В это время молекула тРНК, на которых есть триплет аминокислоты «подлетает» к цепи, в месте, где находится рибосома. За время остановки рибосомы транспортная РНК успевает распознать свою пару на цепи иРНК, которая называется антикодоном. Тогда тРНК «ставит свой штамп», оставляя на цепи свой кодон. Между нуклеотидами образуются водородные связи. Так нарастает новая цепь. На одной информационной РНК работает сразу много рибосом, поэтому работа идет очень быстро. Совокупность рибосом, синтезирующих на одной иРНК, называется полисомой.

По окончанию процесса биосинтеза, цепочка отсоединяется от рибосомы и принимает свою природную структуру: вторичную, третичную или четвертичную.

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

В современной генетической инженерии часто применняют технологии, связанные с гомологичной рекомбинацией ДНК непосредственно в живом объекте. Один из примеров – система CRE-Lox P. Lox P – это последовательность нуклеотидов в ДНК фага Р1. Она состоит из 34 нуклеотидов. В середине располагается несимметричная последовательность из 8 нуклеотидов (показана серой стрелкой на рисунке). По краям располагаются так называемые палиндромные последовательности из 13 нуклеотидов (выделены на рисунке как пунктирные блоки). Они симметричны (чтобы в этом убедиться, достаточно прочитать обе последовательность от 5´- конца к 3´- концу). Именно эти палиндромные участки узнаёт особый фермент, вызывающий рекомбинацию, который обозначают CRE. Будем в дальнейшем называть этот фермент рекомбиназой CRE. Для того, чтобы состоялась рекомбинация, два сайта Lox P должны расположиться параллельно друг другу. Рекомбиназа CRE узнает эти сайты, внесет в ДНК разрезы в определённых местах, а затем соединит по-новому две нити ДНК (т.е. произойдет рекомбинация). Аналогично работает и другая система гомологичной рекомбинации – Flp-FRT, обнаруженная у пекарских дрожжей. Сайт FRT – это последовательность ДНК, которую узнает свой фермент гомологичной рекомбинации – флиппаза (Flp). При рекомбинации две молекулы ДНК должны ориентироваться параллельно друг другу сайтами FRT, и только в этом случае произойдёт рекомбинация. Заметим, что флиппаза Flp узнает только свою последовательность FRT, но не может работать с сайтами Lox P, а рекомбиназа CRE узнает только свои сайты Lox P, но не работает с сайтами FRT. Предварительное доказательство (лемма) к задаче 9 (5 баллов). 1. Докажем, что при гомологичной рекомбинаци по «перевёрнутым» (инвертированным) повторам происходит «переворот» последовательности ДНК, находящейся между повторами. Для этого нарисуем молекулу ДНК и условно обозначим на ней буквами несколько точек. Затем «изогнём» молекулу так, чтобы повторы, обозначенные стрелками, встали параллельно друг другу. После обмена участками и «распрамления» окажется, что центральная часть между повторами «перевернулась». 2. Докажем, что при гомологичной рекомбинаци по прямым повторам происходит образование кольцевой ДНК, при этом из линейной последовательности ДНК «удаляется» участок, находящейся между повторами. Для этого используем тот же приём: нарисуем молекулу ДНК и условно обозначим на ней буквами несколько точек. Только в этом случае для того, чтобы прямые повторы встали параллельно друг другу, придётся хитроумно изогнуть молекулу так, чтобы от конца одного из повторов (точка С) шли точки D, E, F, а потом начинался новый повтор (в точке G). После рекомбинации точки С и G поменяются местами, и в результате получится кольцевая ДНК (C, D, E, F, G) и линейный участок (A, B, H, J). Будем считать, что кольцевая ДНК как бы «исчезает» (не может реплицироваться в клетке). А. Поскольку после 35S-промотора на той же цепи ДНК располагается кодирующая часть гена DsRed, клетки должна светиться красным светом. Б. Рекомбиаза CRE узнаёт последовательнсоти LoxP. Если повторы расположены инвертированно, то произойдёт «переворот» последовательности ДНК, расположенной между повторами. Таким образом, после рекомбинации конструкция будет выглядеть следущим образом: Свечение клеток изменится, поскольку после промотора на той же цепи ДНК окажется гена BFP, обестпечивающий синее свечение клеток. В. При рекомбинации по прямым повторам происходит потеря участка ДНК, расположенного между ними. Из двух повторов остаётся только один. Таким образом, после рекомбинации по сайтам FRT конструкция будет выглядеть следующим образом: Клетки будут светиться зелёным светом за счёт того, что под промотором оказалась кодирующая последовательность гена GFP. Г. После действия рекомбиназы CRE те последовательности, на которые может действовать флип паза Flp, «перевернулись», и вместо прямых стали инвертрованными. После рекомбинации участок между ними также должен «перевернуться»: В этом случае клетки также будут светиться зелёным светом за счёт того, что под промотором оказалась кодирующая последовательность гена GFP.

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

Сначала найдём место расщепления плазмиды рестриктазой BglII: Таких участков оказывается два. В результате расщепления из плазмиды выщепляется короткий фрагмент: Остаётся укороченная линейная ДНК, содержащая интактный ген устойчивости к ампицилину и расщеплённый ген устойчивости к эритромицину. При сшивании липких концов ДНК-лигазой наиболее часто будут соединяться концы этой молекулы и образовываться кольцо длиной 4163 нуклеотида. Такая ДНК будет сообщать клеткам устойчивость к ампицилину и не даст устойчивости к эритромицину. Второй фрагмент из-за небольшой длины не может замкнуться в кольцо. Второй вариант лигирования приводит к сшиванию липких концов двух фрагментов. Он происходит примерно в 10 раз реже, а после сшивки вторая пара липких концов скорее всего также, как и исходный фрагмент замкнётся в кольцо. Таких колец из пары фрагментов может образоваться 4 вида: димеры большого фрагмента в двух разных ориентациях (правый конец с левым концом второго фрагмента и левый конец с правым концом второго фрагмента или правый с правым и левый с левым) и соединения большого и малого фрагмента в двух разных ориентациях (вариант исходной плазмиды и инверсия малого фрагмента). Из них только в варианте исходной плазмиды восстанавливается устойчивость к эритромицину. Линейная молекула, образованная сшиванием двух фрагментов, может присоединить ещё один фрагмент с ещё в 10 раз меньшей частотой. Такие фрагменты в дальнейшем будут циклизоваться в плазмиды трёх размеров: из трёх больших фрагментов, из двух больших и одного малого и одного большого и двух малых. Три малых фрагмента дадут короткую последовательность, которая не сможет замкнуться в кольцо и существовать в клетке. В каждом размерном классе будет несколько вариантов с разной ориентацией фрагментов. Только в одном из них восстановится ген устойчивости к эритромицину: правый конец большого фрагмента соединяется с левым концом малого фрагмента, а правый конец малого фрагмента – с левым концом второго большого фрагмента, а оставшиеся концы двух больших фрагментов соединяются с образованием кольцевой плазмиды длиной 8363 пары нуклеотидов. Доля таких молекул будет менее 1% всех плазмид. Вероятность образования плазмид из 4 и более фрагментов ещё на порядок ниже и их обнаружение при данном числе полученных трансформированных клеток нереально. А. Так как расщепление рестриктазой не затрагивает ген устойчивости к ампицилину, все клетки, в результате трансформации получившие любую плазмиду, будут устойчивы к ампицилину и вырастут на среде с этим антибиотиком. Таким образом из 33506 выросших колоний плазмиду получили 578, выросших на ампицилине. Эффективность трансформации представляет долю трансформированных клеток от общего их числа, т.е. 573 : 51366 × 100% = 1.12% Б. На эритромицине могут вырасти только те клетки, в которые попали плазмиды, в которых в результате лигирования восстановится последовательность нуклеотидов в гене устойчивости к этому антибиотику, расщеплённому рестриктазой. Остальные плазмиды, полученные по приведённой методике, будут содержать либо ген с выщепленным коротким фрагментом, что приведёт либо к утрате стартового кодона (если обозначенный зелёным цветом кодон является стартовым), либо к сдвигу рамки считывания (т.к. число удалённых нуклеотидов не кратно трём), либо, при инверсии короткого фрагмента, к появлению стоп-кодонов т.е. прекращению синтеза белка. Таким образом большинство полученных плазмид не обеспечат устойчивости к эритромицину. В. Рост на эритромицине могут обеспечить только плазмиды, несущие восстановленную последовательность гена устойчивости. Такие плазмиды могли образоваться из одного большого и одного малого фрагмента (4200 пар, исходная плазмида)) или из двух больших и одного малого (8363 пары, начало и конец гена из разных копий большого фрагмента). Г. Получается 1 размер из одного большого фрагмента, два размерных класса из двух фрагментов и три размерных класса из трёх фрагментов, то есть 6 размерных классов. (В реальности различить по длине плазмиды, отличающиеся на длину малого фрагмента, т.е. менее чем на 0,5%, невозможно. Поэтому в эксперименте, например на электрофореграмме, будут видны лишь три размерных класса, соответствующие 1, 2 или 3 копиям большого фрагмента.)

pазбирался: Надежда | обсудить разбор | оценить

По принципу комплементарности строим

Источник

Кодон — это смысловой триплет РНК. Особенности генетического кода

Реализация генетического материала любой клетки основана на синтезе определенного набора белков, записанного в последовательности ДНК. Передача этой информации осуществляется через молекулы матричных РНК (мРНК), на основе которой строятся аминокислотные цепи. Так как белки и нуклеиновые кислоты в химическом отношении абсолютно различны, механизм комплементарного сопряжения осуществляется с участием транспортных РНК, которые взаимодействуют с матричной цепью по системе кодон-антикодон.

Особенности расшифровки последовательности мРНК

Вам будет интересно: Созвездие Киль: характеристика и звездный состав

Кроме разности химической природы белков и нуклеотидов в переводе генетической информации есть еще одна проблема — количественное несоответствие в разнообразии звеньев. Молекула РНК образована всего лишь четырьмя типами нуклеотидов, тогда как полипептидная цепь может включать до 20 видов аминокислот. По этой причине кодирующей единицей матрицы РНК является не один нуклеотид, а три. Эта последовательность называется триплетом.

Различные сочетания нуклеотидов в составе триплета дают 64 комбинации, что даже превышает необходимое количество вариантов, равное 20. Это явление говорит об избыточности генетического кода.

Триплетная система

Другое название смыслового триплета РНК — кодон. Эта последовательность взаимодействует с комплементарным ей антикодоном, содержащимся в молекуле транспортной РНК, которая соответствует конкретной аминокислоте. Таким образом осуществляется определяется очередность звеньев в первичной структуре белка.

Триплетная система была расшифрована в начале 1960-х годов.

Что такое кодон

Так как генетический код избыточен, некоторые аминокислоты обозначаются не одним, а несколькими кодонами. Кроме того, есть триплеты, которые вообще не содержат информацию о звене белковой последовательности. Эти кодоны нужны для остановки процесса трансляции. К ним относят UAA, UAG и UGA.

Таким образом, кодон — это состоящая из трех звеньев последовательность нуклеотидов матричной РНК, обозначающая либо аминокислоту, либо остановку трансляции. Значения всех триплетов занесены в таблицу генетического кода.

Кроме трех стоп-кодонов существует также триплет, который сигнализирует о начале транслирующего участка мРНК, — AUG. Однако, в отличие от терминирующих последовательностей, этот кодон содержит информацию об аминокислоте (метионине). Генетический код универсален для всех видов организмов.

Взаимодействие кодонов с транспортными РНК

В молекуле тРНК есть 2 функциональных участка, один из которых взаимодействует с матричной РНК, а другой связывается с аминокислотой. Антикодон содержит нуклеотиды, комплементарные последовательности кодона мРНК. Характер взаимодействия аналогичен транскрипции, только спаривание происходит группами по 3 нуклеотида.

Некоторые тРНК не требуют точного комплементарного соответствия не со всеми звеньями триплета, а только с первыми двумя. Толерантность к третьему нуклеотиду в кодоне называется качанием, благодаря которому одна тРНК может связываться с несколькими видами триплетов, отличающихся друг от друга только звеном в последней позиции.

Источник