Что могло бы объяснить это наблюдение?
- Ген длиной в сотни нуклеотидов кодирует гораздо более короткий белок, а мутация одного основания может разрушить весь продукт. Как клетка читает последовательность нуклеотидов как последовательность аминокислот?
Постройте модель
- При транскрипции фермент РНК-полимераза синтезирует цепь мРНК, комплементарную одной из цепей ДНК-матрицы. При трансляции рибосома считывает мРНК группами по три основания — кодонами — и соединяет соответствующие аминокислоты в полипептид.
- Большинство кодонов кодируют аминокислоту. Генетический код вырожден: несколько кодонов могут кодировать одну и ту же аминокислоту. Стоп-кодон сигнализирует об окончании трансляции и не кодирует аминокислоту. Поскольку чтение идет триплетами, вставка или удаление одного нуклеотида сдвигает рамку считывания всех последующих кодонов — это сдвиг рамки.
- транскрипция: Копирование последовательности ДНК гена в комплементарную мРНК; трансляция: Чтение кодонов мРНК на рибосоме для синтеза полипептида; кодон: Группа из трех оснований мРНК, кодирующая аминокислоту или стоп-сигнал; стоп-кодон: Кодон, завершающий цепь без кодирования аминокислоты.
*Считайте кодоны, а не основания: 63 оснований дают 21 кодонов и, при наличии одного стоп-кодона, 20 аминокислот
Выберите доказательства для проверки гипотезы
- Последовательность нуклеотидов гена предсказывает последовательность аминокислот его белка через таблицу кодов; сравните известный ген и его белок для проверки. Эксперименты с радиоактивной меткой расположили аминокислоты в порядке, заданном мРНК — это доказательство механизма чтения кодонов, а не догадки.
- Мутации, изменяющие кодон на стоп-кодон, обрезают белок точно в этом месте, что можно проверить по последовательности.
Работайте с известными величинами
- Известно: участок кодирующей мРНК содержит 63 оснований, включая один стоп-кодон. Кодоны = основания / 3 = 63 / 3 = 21. Стоп-кодон не кодирует аминокислоту, поэтому пептид содержит 21 − 1 = 20 аминокислот.
Пример:
Кодирующий участок из 90 оснований включает один стоп-кодон. Найдите длину пептида, используя ту же логику: известные величины → модель → соотношение → подстановка → единицы и интерпретация. (Ответ: кодоны = 90/3 = 30; пептид = 30 − 1 = 29 аминокислот. Основания — не аминокислоты, сначала разделите на три.)
Проверьте вывод и его границы применимости
- Данная модель подсчета охватывает только кодирующую последовательность: реальные гены также содержат промоторы, нечитаемые участки (UTR) и, у эукариот, интроны, которые удаляются перед трансляцией. Поэтому общее количество оснований гена нельзя использовать для расчета длины пептида.
Предупреждение:
Каждое основание в кодирующей последовательности кодирует одну аминокислоту. Это утверждение неверно: аминокислоты кодируются триплетами — тремя основаниями на один кодон, а стоп-кодон не добавляет ничего, поэтому участок из 63 оснований дает 20 аминокислот, а не 63.
Ключевые моменты:
Синтез белка: транскрипция копирует ген в мРНК; трансляция считывает кодоны тройками на рибосоме. Кодоны = основания ÷ 3, стоп-кодон не кодирует аминокислоту; вставка или удаление одного основания сдвигает всю рамку считывания.
Запишите по 29 аминокислотам
- Кодирующий регион мРНК содержит 90 оснований, включая единственный стоп-кодон.
- Найдите аминокислоты: (90 − 3) ÷ 3 = 29 — стоп-кодон не добавляет ничего.
Запишите по 14 аминокислотам
- Второй участок содержит 45 оснований, снова с одним стоп-кодоном в конце.
- Найдите аминокислоты: 45 ÷ 3 = 15 кодонов, один из которых стоповый, значит 14.
Запишите по сдвинутой рамке
- Удалено основание 4 кодирующего региона.
- Опишите изменения: каждый кодон после удаления будет перечитан в новой рамке — одно удаление вызывает изменение всей последовательности, а не одной позиции.