Kod genetyczny
Wszystkie cechy organizmu zapisane są w cząsteczce DNA za pomocą szyfru składającego się z czterech znaków. Znaki te powtarzają się w DNA miliardy razy i decydują o budowie i funkcjonowaniu wszystkich organizmów.
informacja genetyczna jest zapisana w DNA;
gen to fragment DNA.
wyjaśniać, jak na bazie DNA powstają białka, a potem określone cechy organizmu;
rozróżniać pojęcia kod genetyczny i informacja genetyczna;
przedstawiać sposób zapisu informacji genetycznej w DNA;
opisywać kod genetyczny.
1. Sposób zapisu informacji genetycznej
Cechy organizmu zależą od rodzaju jego białek. Instrukcja budowy białek, czyliinformacja genetycznainformacja genetyczna, jest zapisana w DNA. Częsteczka DNA zbudowana jest z miliardów par nukleotydów. Kolejność, czylisekwencja nukleotydówsekwencja nukleotydów, nie jest przypadkowa. Stanowi ona specyficzny szyfr. Alfabet tego szyfru składa się zaledwie z 4 znaków – 4 zasad azotowych, które budują 4 rodzaje nukleotydów. W zależności od liczby i kolejności ułożenia nukleotydów złożone z nich geny zawierają instrukcje powstania odmiennych białek. Reguły zapisu szyfru noszą nazwę kodu genetycznegokodu genetycznego.
Informacje w książkach zapisuje się za pomocą 32 liter. W zależności od ułożenia liter otrzymujemy słowa i zdania zawierające niezliczone informacje. Książkę taką można porównać do genotypu, jej rozdziały do cząsteczek DNA, a zdania do genów. Zmiana nawet jednej litery w zdaniu oznacza zmianę informacji. Na przykład prośba „Podaj mi buty” oznacza co innego niż „Podaj mi nuty”.
Wyjaśnij, czym się różni kod genetyczny od informacji genetycznej.
W DNA człowieka znajduje się przeszło 20 tys. genów, a prawie każdy z nich odpowiedzialny jest za wytworzenie innego białka. Są wśród nich białka budujące struktury organizmu, enzymy, które umożliwiają przebieg różnych reakcji chemicznych w komórkach, hormony regulujące pracę tkanek i narządów oraz odpowiadające za wzrost i rozwój. Na przykład do wytworzenia barwy oczu potrzebne jest specjalne białko będące enzymem, zdolne do przekształcenia bezbarwnego substratu w brązową melaninę. Enzym ten jest produkowany zgodnie z instrukcją zawartą w konkretnym genie. Jeśli u danej osoby gen kodujący ten enzym jest nieaktywny, w jej tęczówkach nie pojawi się melanina. Oczy takiej osoby zwykle mają czerwoną barwę. Bierze się ona stąd, że przez bezbarwne, niezawierające melaniny tkanki tęczówki prześwitują naczynia krwionośne.
Tymczasem ludzie mają oczy różnej barwy. Tę różnorodność zapewnia obecność różnych genów. Każdy z nich zawiera informację, ile melaniny ma zostać wytworzone w tęczówkach. Im jest jej więcej, tym barwa oka jest ciemniejsza. Ponieważ barwa ludzkiej tęczówki jest determinowana przez wiele genów, występuje w niezliczonej liczbie odmian. Barwne tęczówki są wspólną cechą wszystkich ludzi (z nielicznymi wyjątkami), ale kolor oczu jest indywidualną cechą każdego z nich.
Wyjaśnij, dlaczego w DNA zapisana jest informacja o budowie białek, a nie cukrów.
Jaka jest rola tych grup związków chemicznych?
2. Wytwarzanie białek w komórce
Białka zbudowane są z pojedynczych aminokwasów, które łączą się ze sobą w bardzo długie łańcuchy. Każde białko charakteryzuje się określoną liczbą aminokwasów i kolejnością ich ułożenia. Od składu aminokwasowego zależy funkcja białka w organizmie. Rodzaj i kolejność aminokwasów jest wyznaczanam przez sekwencję nukleotydów w genie.
Nukleotydy, z których składa się gen, odczytywane są trójkami. Jedna trójka nukleotydów odpowiada jednemu aminokwasowi. Trójka nukleotydów stanowi podstawową jednostkę kodującą w kodzie genetycznym, zwaną kodonemkodonem.
Kod genetyczny składa się z 64 kodonów. 61 z nich koduje aminokwasy. Jeden z nich jest kodonem START. Wyznacza on aminokwas o nazwie metionina, od którego rozpoczyna się synteza każdego białka. Trzy pozostałe kodony, tzw. kodony STOP, nie odpowiadają żadnemu aminokwasowi. Ich obecność jest sygnałem do zakończenia produkcji białka. Taki sygnał w postaci kodonu jest niezbędny, ponieważ kod genetyczny nie zawiera żadnych przerw ani znaków oddzielających. Gdyby kodony STOP nie istniały, synteza białek mogłaby trwać w nieskończoność.
Używając kodonów, zaprojektuj fragment sekwencji nici DNA składający się z 10 nukleotydów, rozpoczynający się kodonem START i zakończony kodonem STOP. Następnie ustal, jakie aminokwasy on koduje.
Amerykanin Craig VenterCraig Venter dokonał syntezy cząsteczki DNA złożonej z 520 genów niezbędnych do życia najmniejszej komórki bakteryjnej. Dołączał nukleotyd po nukleotydzie i syntetyzował kolejne kodony. Gdy w 2010 roku sztuczny DNA był gotowy, wprowadził go do komórki bakterii. Bakteria podjęła funkcjonowanie i zaczęła się dzielić, przekazując sztucznie otrzymane geny komórkom potomnym.
3. Uniwersalność kodu genetycznego
Kod genetyczny jest uniwersalny, czyli taki sam u wszystkich organizmów. Oznacza to, że u wszystkich organizmów kodony kodują te same aminokwasy. Wykorzystując ten fakt, możemy wstawić do DNA bakterii ludzki gen insuliny i „zmusić” w ten sposób bakterię do wytwarzania tego białka w identycznej postaci, w jakiej występuje ono w organizmie człowieka. Modyfikowane w podobny sposób mikroorganizmy wykorzystuje się także do produkcji innych białek, np. hormonu wzrostu, czynników krzepliwości krwi.
Organizmy, których materiał genetyczny został zmieniony w wyniku wprowadzenia do niego obcego DNA, nazywamy organizmami modyfikowanymi genetycznieorganizmami modyfikowanymi genetycznie. Często używa się skrótu angielskiej nazwy GMO.
Pierwszym lekiem, który został wyprodukowany przez bakterie na podstawie informacji zawartej w ludzkich genach, była insulina, hormon obniżający poziom glukozy we krwi. Insulina pochodząca z komórek bakterii została dopuszczona na rynek w 1982 roku.
Słowniczek
Craig Venter
Jest amerykańskim biochemikiem, genetykiem i przedsiębiorcą. Jako pierwszy skonstruował syntetyczną cząsteczkę DNA bakterii i z powodzeniem umieścił ją w pozbawionej oryginalnego DNA komórce bakteryjnej, która podjęła z sukcesem wszystkie funkcje życiowe. Kierowany przez niego zespół ustalił także sekwencję nukleotydów w genomie człowieka.
informacja o kolejności aminokwasów w białkach zakodowana w sekwencji nukleotydów DNA, mówiąca pośrednio o cechach organizmu; nośnikiem informacji genetycznej jest DNA
sposób zapisu informacji genetycznej w materiale genetycznym (DNA)
trójka kolejnych nukleotydów w sekwencji kwasu nukleinowego, kodująca jeden aminokwas
z angielskiego GMO (genetically modified organisms); organizmy, których materiał genetyczny został sztucznie zmieniony w celu uzyskania u nich nowych cech
kolejność ułożenia nukleotydów w cząsteczce DNA
Podsumowanie
Kod genetyczny to sposób zapisu informacji o budowie białek.
Kod genetyczny jest trójkowy, co oznacza, że jeden aminokwas kodowany jest przez trójkę nukleotydów zwaną kodonem.
Gen zawiera informacje o budowie określonego białka; kolejność kodonów w genie wyznacza kolejność aminokwasów w białku.
Kod genetyczny jest uniwersalny; informacja genetyczna jest zapisana u wszystkich organizmów w taki sam sposób.
Wyjaśnij, jaki jest związek między genem, białkiem i cechą organizmu.
Opisz kod genetyczny i sposób, w jaki zapisane są w nim informacje.
Zadania
Oceń prawdziwość zdań i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Człowiek i bakteria mają ten sam kod genetyczny. | □ | □ |
| Genotyp człowieka składa się z takich samych genów, co genotyp kota, ponieważ kod genetyczny jest uniwersalny. | □ | □ |
| Do wytworzenia białka potrzebne są pojedyncze aminokwasy i pojedyncze nukleotydy. | □ | □ |
Oceń prawdziwość zdań i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| Do utworzenia 8 aminokwasów potrzebne są 32 nukleotydy | □ | □ |
| Do utworzenia fragmentu białka składającego się z 20 aminokwasów potrzeba 60 kodonów. | □ | □ |
| U wszystkich organizmów te same kodony oznaczają te same aminokwasy. | □ | □ |
| Kod genetyczny koduje 30 różnych aminokwasów. | □ | □ |
| Do syntezy każdego białka potrzebna jest ta sama liczba kodonów. | □ | □ |
Korzystając z tabeli kodonów, wybierz z list kodony odpowiedzialne za syntezę wymienionych aminokwasów i znaku STOP.
CCC, GTC, CCC, TGA, TGA, CCC, TGC, CCC, TGC, TGC, CCC, GTC, CAC, TGC, TGC, CAC, GTC, TGA, TGA, TGA, CAC, GTC, GTC, CAC, CAC
histydyna ............
prolina ............
walina ............
STOP ............
cysteina ............
Korzystając z ilustracji 1., połącz w pary aminokwasy i odpowiadające im kodony.
START, kwas asparginowy, izoleucyna, walina, fenyloalanina
| GAT | |
| TTT | |
| ATT | |
| GTT | |
| ATG |
Korzystając z ilustracji 1., wskaż sekwencję DNA, która może kodować fragment białka o następującej kolejności aminokwasów: metionina, tryptofan, walina.
- ATGTGGGTC
- AATGAATAA
- ACTTATATG
- CAACCCATG
Połącz w pary terminy i ich definicje.
kod genetyczny, informacja genetyczna, kodon
| informacja o budowie i funkcjonowaniu organizmu, zakodowana w nici DNA | |
| trójka kolejnych nukleotydów budujących nić DNA, kodująca jeden aminokwas | |
| sposób zapisu informacji genetycznej za pomocą sekwencji nukleotydów w łańcuchu DNA |