กลุ่มของเบสไนโตรเจนที่สร้างรหัสให้กับกรดอะมิโนหนึ่งตัว ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เทมเพลต

บทความนี้เป็นการทำซ้ำข้อมูลที่สำคัญมากจากการเผยแพร่ครั้งก่อนโดยมีการปรับปรุงด้านความสวยงามบางประการ: รหัสพันธุกรรมคืออะไร หากไม่มีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับปัญหานี้ เป็นการยากที่จะอ่านโพสต์เกี่ยวกับพันธุศาสตร์อื่นๆ ดังนั้นฉันจึงขอแนะนำให้ทำความเข้าใจหัวข้อนี้เป็นอย่างยิ่ง จริงๆแล้วมันไม่ใช่เรื่องยากเลย

ดังนั้นเราจึงรู้ว่ายีนมีคำแนะนำในการสร้างโปรตีนและอาร์เอ็นเอ ด้วย RNA ทุกอย่างชัดเจน: DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ และ RNA ประกอบด้วยพวกมัน ดังนั้น RNA จึงถูกสร้างขึ้นอย่างเรียบง่าย: ตรงข้ามกับนิวคลีโอไทด์ของ DNA หนึ่งนิวคลีโอไทด์ [เสริม] ของ RNA ในอนาคตหนึ่งตัวติดอยู่ และนี่คือวิธีการสร้างสายโซ่ของนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็น RNA - นิวคลีโอไทด์ทีละอัน หลังจากนั้น RNA จะถูกแยกออก เข้าสู่การประมวลผลขั้นสุดท้ายและเริ่มทำงาน ทุกอย่างชัดเจนที่นี่

แล้วการสร้างโปรตีนล่ะ? โปรตีนไม่ได้ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ แต่มีกรดอะมิโนตกค้าง นิวคลีโอไทด์และกรดอะมิโนมีความแตกต่างกันมาก โดยพื้นฐานแล้วเป็นโมเลกุลที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ ยังมีนิวคลีโอไทด์เพียงสี่ชนิดในแต่ละโมเลกุล DNA หรือ RNA และมีกรดอะมิโนตกค้างมากถึงยี่สิบชนิด (และมากกว่านั้นอีกเล็กน้อยอย่างที่เรารู้อยู่แล้ว) ซึ่งหมายความว่าจะไม่สามารถกำหนดนิวคลีโอไทด์หนึ่งตัวให้กับกรดอะมิโนตัวเดียวได้ สิ่งที่จำเป็นในที่นี้คือรหัสพันธุกรรมบางประการ นั่นคือกฎที่เฉพาะเจาะจงบางประการตามกฎเกณฑ์บางประการที่ "คำ" ประกอบขึ้นจาก "ตัวอักษร" สี่ตัว - นิวคลีโอไทด์ ซึ่งจะต้องอ่านและแปลเป็นลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้าง มันดูยากมาก แต่ก็ไม่มีทางเลือกอื่นแล้ว

ความคิดของนักพันธุศาสตร์ที่พยายามเข้าใจปัญหานี้ค่อนข้างง่ายและคาดเดาได้ - อย่างน้อยก็ดูเหมือนว่าจะเป็นเช่นนั้น :) มาดูห่วงโซ่ของเหตุผลของพวกเขากัน

1. DNA ซึ่งข้อมูลทางพันธุกรรมของเราถูกเข้ารหัสในรูปแบบของยีนประกอบด้วยชุดนิวคลีโอไทด์ที่ยาวและยาวมากซึ่งมีสี่ประเภท - อะดีนีน, กัวนีน, ไซโตซีนและไทมีน (A, G, C, T หรือในตัวอักษรรัสเซีย A, G, C, T) คุณสามารถพยายามจำชื่อเหล่านี้ทั้งหมดในคราวเดียว อย่างไรก็ตาม สี่ชื่อนั้นไม่มากนัก และถ้าคุณรู้สึกว่าพวกเขากำลังสับสน ก็ให้เริ่มจำสิ่งหนึ่ง เช่น เลือก GUANINE ซึ่งมีชื่อที่ฟังดูไพเราะเพราะกัวโน (มูลนกทะเล) ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้แยกมันออกมาเป็นครั้งแรก ก่อนหน้านี้เรามีบทความเกี่ยวกับวิธีการจำสูตรอะดีนีนอย่างง่ายดาย

2. โปรตีนถูกสร้างขึ้นจากกรดอะมิโนที่ตกค้าง ซึ่งมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตบนบกมากกว่า 20 ชนิดเล็กน้อย (หรือแม่นยำกว่านั้น: 20+2+1) เราจะมาทราบภายหลังจาก Elon Musk หรือ Jeff Bezos ว่าสิ่งต่างๆ เกิดขึ้นกับสิ่งมีชีวิตที่อาศัยอยู่บน Enceladus หรือไม่ :)

3. เรารู้ว่ามีรหัสคอมพิวเตอร์ไบนารี่ที่ออกแบบมาในลักษณะที่ชุดศูนย์และชุดหนึ่งแสดงถึงตัวเลขเฉพาะในระบบเลขฐานสิบของเรา บางทีมันอาจจะเป็นรูปแบบเดียวกันตรงนี้? กล่าวคือ ลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์กำหนดกรดอะมิโนจำเพาะหรือไม่?
และหากเป็นเช่นนั้น ก็จะต้องมีกลไกของเซลล์ที่ไม่รู้จักซึ่งเข้าใจว่าจะเริ่มอ่านลำดับนิวคลีโอไทด์เพื่อสร้างโปรตีนที่ต้องการได้ที่ไหน ใช่ จะต้องเป็นเช่นนั้น เนื่องจาก DNA นั้นยาวอย่างไม่น่าเชื่อ คุณไม่สามารถอ่านได้ทั้งหมด หากคุณเพียงแค่ต้องค้นหาตำแหน่งเฉพาะที่จุดเริ่มต้นของยีนเท่านั้น

แล้วจะต้องมีกลไกของเซลล์ที่จะคลายเกลียว DNA ให้ถูกที่ ไม่งั้นจะอ่านข้อมูลจากยีนได้อย่างไร?
จากนั้นคุณยังคงต้องแบ่งเกลียวคู่ของ DNA ในที่นี้ออกเป็นสองเส้นแยกกันแล้วอ่านข้อมูล
จากนั้นคุณจะต้องต่อสาย DNA กลับเข้าด้วยกันเป็นเกลียวคู่เส้นเดียว
และเมื่อถึงเวลานั้นก็จำเป็นต้องถ่ายโอนข้อมูลที่ได้รับไปยังตำแหน่งที่จะสร้างโปรตีนบางชนิดด้วยวิธีที่ไม่สามารถเข้าใจได้
ปรากฎว่าเซลล์จะต้องมีกลไกระดับโมเลกุลทั้งชุด ซึ่งเสิร์ฟโดยโปรตีนตัวช่วยที่มีความเชี่ยวชาญสูงจำนวนมากทั้งหมดใช่หรือไม่...

จึงมีชุดของนิวคลีโอไทด์ มีชุดของกรดอะมิโน จะต้องมีความเชื่อมโยงเชิงตรรกะบางอย่างระหว่างพวกเขาอย่างแน่นอน ใช่ มี "ยังไม่ชัดเจนว่าอย่างไร" มากมายที่นี่ แต่ไม่มีทางเลือกอื่นในสายตา ดังนั้น นักพันธุศาสตร์จึงปฏิบัติตามหลักคำสอนของเชอร์ล็อก โฮล์มส์ ซึ่งละทิ้งเวอร์ชันที่เป็นไปไม่ได้ไปจนกว่าจะเหลือเวอร์ชันที่เป็นไปได้ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นความจริง พวกเขาตัดสินใจว่าเป็นไปได้มากว่าทุกอย่างจะถูกจัดเรียงด้วยวิธีที่ซับซ้อน และพวกเขาเพียงแค่ต้องเริ่มศึกษา DNA อย่างรอบคอบและค้นหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ทั้งหมด และความพยายามของพวกเขาก็ประสบความสำเร็จ อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทั้งหมด ทุกอย่างกลายเป็นการจัดเรียงไม่ใช่แค่ซับซ้อน แต่ซับซ้อนมาก ซับซ้อนมากกว่าที่ใครจะจินตนาการได้หลายสิบเท่า และจนถึงขณะนี้เราเข้าใจกระบวนการทั้งหมดเหล่านี้เฉพาะในแง่ทั่วไปที่สุดเท่านั้น

ดังนั้น เมื่อรู้ว่า DNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์เพียงสี่ประเภท และโปรตีนถูกสร้างขึ้นจากกรดอะมิโน 20 ตัว จึงเป็นเรื่องง่ายที่จะเดาได้ว่ากรดอะมิโนชนิดเดียวจะสอดคล้องกับนิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียวไม่ได้ ซึ่งหมายความว่า "ตัวอักษร" DNA หนึ่งตัวไม่สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนตัวเดียวได้ แล้วสองล่ะ? สมมติว่าถ้าอะดีนีนและไซโตซีน (AC) เรียงกันแสดงว่ามีกรดอะมิโนตัวเดียว อาจจะเป็นเช่นนี้?
เราต้องนับจำนวนชุดที่เราสามารถสร้างจากตัวอักษรนิวคลีโอไทด์ 4 ตัว ได้แก่ AA, AG, AC, AT, GG, GC, GT, CC, CT, TT ทั้งหมด. สิบชิ้น. ไม่ใช่ 20. จะเกิดอะไรขึ้นถ้ากลไกของเซลล์สามารถแยกแยะระหว่าง AG และ GA ได้? จะไม่ช่วย. อายุแค่ 16 ยังไม่ 20 เลย
โอเค... จะเป็นอย่างไรถ้าคุณรวมพวกมันเป็นกลุ่มสามกลุ่มล่ะ? ถ้าอย่างนั้นก็มีชุดค่าผสมมากถึง 64 ชุด ธรรมชาติได้สร้างตัวเลือกที่ซ้ำซ้อนเช่นนี้จริง ๆ แล้วทำไม? อย่างไรก็ตาม ไม่มีทางเลือกอื่นแล้ว จริงไหม?

มันกลับกลายเป็นอย่างนั้น CODON หนึ่งตัวกลายเป็นตัวอักษรสามตัวพอดี - กลุ่มของนิวคลีโอไทด์ที่เข้ารหัสกรดอะมิโนเฉพาะ และความซ้ำซ้อนของจำนวนโคดอนที่แตกต่างกันกลับกลายเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่มีประโยชน์มากจากธรรมชาติ (เราจะเขียนเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง)

ดังนั้น: กรดอะมิโนแต่ละตัวจะสอดคล้องกับการรวมกันของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่อยู่ในลำดับอย่างน้อยหนึ่งตัว
มาจับความชัดเจนนี้แล้วเดินหน้าต่อไป

ตัวอย่างเช่น หากยีนมีส่วน CCC (ไซโตซีน-ไซโตซีน-ไซโตซีน) กรดอะมิโนโพรลีนจะถูกวางในตำแหน่งที่สอดคล้องกันในโปรตีนที่สร้างขึ้นตามยีนนี้ และไม่มีการวางอย่างอื่น

หลังจากการพิสูจน์รหัสสามตัวอักษรแล้ว คำถามก็เกิดขึ้น: เป็นไปได้อย่างไรที่จะสามารถรวมรหัสนิวคลีโอไทด์สามรหัสได้มากถึง 64 รหัสที่เป็นไปได้สำหรับกรดอะมิโนเพียง 20 ตัวเท่านั้น คราวนี้ทุกอย่างกลายเป็นเรื่องง่าย - โคดอนหลายตัวสามารถระบุกรดอะมิโนชนิดเดียวกันได้

โปรดจำไว้ว่าเราได้เขียนไว้ข้างต้นว่ากลไกของเซลล์จะต้องเข้าใจว่าจะเริ่มอ่านยีนได้ที่ไหนและจะหยุดได้ที่ไหน ปรากฎว่าหนึ่งในรหัสคือ START CODON และอีกสามรหัสคือ STOP CODON รหัสดังกล่าวจะปรากฏที่จุดเริ่มต้นและที่ส่วนท้ายของแต่ละยีนตามลำดับ ตัวอย่างเช่น หากคุณลบโคดอนเริ่มต้นออกจากสายโซ่ DNA ก่อนยีน ยีนนี้จะไม่ถูกอ่านเลย

ตารางที่แนบมากับโพสต์นี้มีรหัสพันธุกรรมของเราเกือบทั้งหมด สิ่งง่ายๆ สี่คูณสี่เซลล์ แต่การได้รับข้อมูลนี้เป็นแรงผลักดันอย่างมากต่อการพัฒนาพันธุศาสตร์และวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้อง
(ในตารางนี้แทนที่จะเป็นไทมีน (T) จะมีการระบุยูราซิล (U) เนื่องจากใน RNA ซึ่งเป็นสำเนากระจกของยีนแทนที่จะเป็นไทมีนจะมียูราซิล - สิ่งนี้ทำให้เราและกลไกของเซลล์แยกแยะได้ง่ายขึ้น DNA จาก RNA - สิ่งนี้สำคัญมากเพื่อไม่ให้ DNA เสียหายโดยไม่ตั้งใจแทนที่จะประมวลผล RNA)

คราวนี้เรามาเดินรอบๆ โต๊ะนี้กันสักหน่อย

กรดอะมิโนบางชนิดถูกเข้ารหัสด้วยสองรหัส บางตัวถูกเข้ารหัสด้วยโคดอนสี่หรือหกตัว และกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวคือทริปโตเฟน (tryptophan) เท่านั้นที่ถูกเข้ารหัสด้วยโคดอนเพียงตัวเดียว การกระจายโคดอนนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ ไม่เช่นนั้นการคัดเลือกโดยธรรมชาติอาจทำลายมันไปนานแล้ว โดยทั่วไป ทุกครั้งที่คุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตบางอย่างดูเหมือนไร้สาระสำหรับคุณอย่างไม่อาจเข้าใจได้ มันก็ควรค่าแก่การจดจำว่าวิวัฒนาการไม่ทนต่อความไม่สมบูรณ์และส่วนเกิน: สิ่งที่ไม่เป็นประโยชน์ต่อสิ่งมีชีวิตในทางใดทางหนึ่งหรือสปีชีส์โดยรวมนั้นอยู่ได้ไม่นาน

บ่อยครั้งที่รหัสที่กำหนดกรดอะมิโนชนิดเดียวกันจะแตกต่างกันเฉพาะในตัวอักษรตัวสุดท้ายเท่านั้น นี่เป็นรอยประทับของประวัติศาสตร์สมัยโบราณ: สิ่งมีชีวิตในยุคแรกๆ นั้นมีความดึกดำบรรพ์มากกว่าสิ่งมีชีวิตที่เรียบง่ายที่สุดที่มีอยู่ในขณะนี้ และประกอบด้วยกรดอะมิโนในเซลล์น้อยกว่ามาก ดังนั้นรหัสตัวอักษรสองตัวที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สี่ตัวที่เหมือนกันก็เพียงพอแล้วสำหรับพวกมัน แต่ปรากฎว่าในน้ำซุปที่อยู่รอบสิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีสิ่งที่มีประโยชน์อื่น ๆ ที่น่านำไปใช้ในครัวเรือนอีกด้วย เพื่อที่จะใช้กรดอะมิโนที่มีอยู่และมีประโยชน์ทั้งหมด รหัสตัวอักษรสองตัวจึงไม่เพียงพออีกต่อไป และบรรพบุรุษที่อยู่ห่างไกลของเราต้องเสียสละพันธะและขยายตัวอักษรของพวกเขา

ความจริงที่ว่าโคดอนบางตัวแตกต่างกันเฉพาะในกรดอะมิโนตัวสุดท้ายทำให้เรามีความเสถียรเป็นพิเศษ หากมีข้อผิดพลาดเกิดขึ้นเมื่อคัดลอก DNA และหากเครื่องมือแก้ไขของเราพลาดไป แทนที่จะเป็น CCT ก็จะมี CCT หรือ CCA - แต่เราไม่สนใจ! เนื่องจากโคดอนเหล่านี้สอดคล้องกับกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน - โพรลีน และโปรตีนจะถูกสร้างขึ้นอย่างถูกต้องในที่นี้

เนื่องจากสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกใช้รหัสพันธุกรรมนี้ (มีข้อยกเว้นบางประการในโลกของจุลินทรีย์) การแลกเปลี่ยนยีนระหว่างสายพันธุ์ต่าง ๆ จึงเป็นไปได้ คุณสามารถใส่ DNA ของสิ่งมีชีวิตหนึ่งเข้าไปในเซลล์ของอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง และมันจะอ่านได้สำเร็จ และการผลิตโปรตีนหรือ RNA ที่จำเพาะเจาะจงโดยสมบูรณ์จะเริ่มขึ้น นี่คือสิ่งที่แบคทีเรียทำเมื่อพวกมันแลกเปลี่ยนยีนระหว่างกันในกระบวนการถ่ายโอนแนวนอน นี่คือสิ่งที่ไวรัสทำเมื่อพวกมันฉีด DNA เข้าไปในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตอื่น ความสามัคคีของภาษาพันธุกรรมนำไปสู่ความจริงที่ว่าสิ่งมีชีวิตบนโลกอยู่ในสภาพของความสามัคคีทางสรีรวิทยาที่น่าทึ่ง (ผู้ที่ปวดท้องในปัจจุบันอาจพลาดวลีนี้)

ตอนนี้คุณมีความรู้พื้นฐานที่สุดเกี่ยวกับรหัสพันธุกรรมแล้ว และบทความอื่นๆ ของเราเกี่ยวกับการทำงานของยีน โปรตีน RNA ฯลฯ จะเข้าใจง่ายกว่ามาก

ในกระบวนการเผาผลาญของร่างกาย บทบาทนำเป็นของโปรตีนและกรดนิวคลีอิก

สารโปรตีนเป็นพื้นฐานของโครงสร้างเซลล์ที่สำคัญทั้งหมด มีปฏิกิริยาสูงผิดปกติ และมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา

กรดนิวคลีอิกเป็นส่วนหนึ่งของอวัยวะที่สำคัญที่สุดของเซลล์ - นิวเคลียส เช่นเดียวกับไซโตพลาสซึม ไรโบโซม ไมโตคอนเดรีย ฯลฯ กรดนิวคลีอิกมีบทบาทสำคัญในการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ความแปรปรวนของร่างกาย และการสังเคราะห์โปรตีน

แผนการสังเคราะห์โปรตีนจะถูกเก็บไว้ในนิวเคลียสของเซลล์และ การสังเคราะห์โดยตรงเกิดขึ้นนอกนิวเคลียสจึงมีความจำเป็น ช่วยเพื่อส่งแผนที่เข้ารหัสจากแกนกลางไปยังไซต์การสังเคราะห์ แบบนี้ ช่วยแสดงผลโดยโมเลกุล RNA

กระบวนการเริ่มต้นขึ้น ในนิวเคลียสของเซลล์:ส่วนหนึ่งของ DNA “บันได” จะคลายและเปิดออก ด้วยเหตุนี้ ตัวอักษร RNA จึงสร้างพันธะกับตัวอักษร DNA แบบเปิดของหนึ่งในสาย DNA เอนไซม์จะถ่ายโอนตัวอักษร RNA เพื่อรวมเข้าด้วยกันเป็นเกลียว นี่คือวิธีที่ตัวอักษรของ DNA ถูก "เขียนใหม่" ลงในตัวอักษรของ RNA สายโซ่ RNA ที่สร้างขึ้นใหม่จะถูกแยกออกจากกัน และ "บันได" DNA จะบิดตัวอีกครั้ง

หลังจากแก้ไขเพิ่มเติม RNA ที่เข้ารหัสประเภทนี้จะเสร็จสมบูรณ์

อาร์เอ็นเอ ออกมาจากนิวเคลียสและไปที่บริเวณสังเคราะห์โปรตีนซึ่งมีการถอดรหัสตัวอักษร RNA ตัวอักษร RNA สามชุดแต่ละชุดประกอบกันเป็น "คำ" ซึ่งเป็นตัวแทนของกรดอะมิโนจำเพาะหนึ่งตัว

อาร์เอ็นเออีกประเภทหนึ่งจะค้นหากรดอะมิโนนี้ และจับมันด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ และส่งไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน เมื่ออ่านและแปลข้อความ RNA สายโซ่ของกรดอะมิโนก็จะเติบโตขึ้น สายโซ่นี้จะบิดและพับเป็นรูปร่างที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้เกิดโปรตีนประเภทหนึ่ง
แม้แต่กระบวนการพับโปรตีนก็น่าทึ่งมาก การใช้คอมพิวเตอร์คำนวณความเป็นไปได้ในการพับโปรตีนขนาดเฉลี่ยซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโน 100 ตัวจะใช้เวลา 10 ถึง 27 ปี และใช้เวลาไม่เกินหนึ่งวินาทีในการสร้างสายโซ่กรดอะมิโน 20 ตัวในร่างกาย - และกระบวนการนี้เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในทุกเซลล์ของร่างกาย

ยีน รหัสพันธุกรรม และคุณสมบัติของมัน.

ผู้คนประมาณ 7 พันล้านคนอาศัยอยู่บนโลก นอกเหนือจากแฝดที่เหมือนกันจำนวน 25-30 ล้านคู่แล้ว ในด้านพันธุกรรม ทุกคนแตกต่างกัน: ทุกคนมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว มีลักษณะทางพันธุกรรม ลักษณะนิสัย ความสามารถ และอารมณ์ที่เป็นเอกลักษณ์

มีการอธิบายความแตกต่างเหล่านี้ ความแตกต่างในจีโนไทป์- ชุดยีนของสิ่งมีชีวิต แต่ละคนมีเอกลักษณ์ ลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้น ๆ เป็นตัวเป็นตน ในโปรตีน- ดังนั้นโครงสร้างของโปรตีนของบุคคลหนึ่งจึงแตกต่างจากโปรตีนของบุคคลอื่นถึงแม้จะเล็กน้อยมากก็ตาม

มันไม่ได้หมายความว่าไม่มีคนสองคนที่มีโปรตีนเหมือนกันทุกประการ โปรตีนที่ทำหน้าที่เหมือนกันอาจจะเหมือนกันหรือแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยด้วยกรดอะมิโนหนึ่งหรือสองตัวที่แยกจากกัน แต่ไม่มีผู้คนบนโลกนี้ (ยกเว้นฝาแฝดที่เหมือนกัน) ที่มีโปรตีนเหมือนกันหมด

ข้อมูลโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนเข้ารหัสเป็นลำดับของนิวคลีโอไทด์ในส่วนของโมเลกุล DNA - ยีน – หน่วยข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต แต่ละโมเลกุล DNA มียีนจำนวนมาก จำนวนทั้งสิ้นของยีนทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตประกอบด้วยมัน จีโนไทป์ .

การเข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรมเกิดขึ้นโดยใช้ รหัสพันธุกรรม ซึ่งเป็นสากลสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิดและแตกต่างกันเพียงการสลับนิวคลีโอไทด์ที่สร้างยีนและเข้ารหัสโปรตีนของสิ่งมีชีวิตเฉพาะ

รหัสพันธุกรรม ประกอบด้วย นิวคลีโอไทด์สามเท่า DNA รวมตัวกันในรูปแบบต่างๆ ลำดับ(AAT, GCA, ACG, TGC ฯลฯ) ซึ่งแต่ละรายการจะเข้ารหัสเฉพาะ กรดอะมิโน(ซึ่งจะรวมเข้ากับสายโซ่โพลีเปปไทด์)

กรดอะมิโน 20, ก โอกาสสำหรับการรวมกันของสี่นิวคลีโอไทด์ในกลุ่มของสาม – 64 นิวคลีโอไทด์สี่ตัวเพียงพอที่จะเข้ารหัสกรดอะมิโนได้ 20 ตัว

นั่นเป็นเหตุผล กรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสได้ แฝดสามหลายคน.

แฝดสามบางตัวไม่ได้เข้ารหัสกรดอะมิโนเลย แต่ เปิดตัวหรือ หยุดการสังเคราะห์โปรตีน

จริงๆแล้วรหัสนับ ลำดับนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุล mRNA, เพราะ มันลบข้อมูลออกจาก DNA (กระบวนการ การถอดเสียง) และแปลเป็นลำดับของกรดอะมิโนในโมเลกุลของโปรตีนสังเคราะห์ (กระบวนการ การออกอากาศ).

องค์ประกอบของ mRNA รวมถึงนิวคลีโอไทด์ของ ACGU ซึ่งเรียกว่าแฝดสาม รหัส: แฝดบน DNA CGT บน mRNA จะกลายเป็นแฝดสาม GCA และแฝดสาม DNA AAG จะกลายเป็นแฝด UUC

อย่างแน่นอน รหัส mRNAรหัสพันธุกรรมสะท้อนให้เห็นในบันทึก

ดังนั้น, รหัสพันธุกรรม - ระบบรวมสำหรับการบันทึกข้อมูลทางพันธุกรรมในโมเลกุลกรดนิวคลีอิกในรูปแบบของลำดับนิวคลีโอไทด์ รหัสพันธุกรรม ซึ่งเป็นรากฐานในการใช้ตัวอักษรที่ประกอบด้วยตัวอักษรนิวคลีโอไทด์เพียงสี่ตัวซึ่งมีฐานไนโตรเจนต่างกัน: A, T, G, C

คุณสมบัติพื้นฐานของรหัสพันธุกรรม :

1. รหัสพันธุกรรมคือแฝดสามทริปเล็ต (โคดอน) คือลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่เข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัว เนื่องจากโปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโน 20 ตัว จึงเห็นได้ชัดว่าแต่ละกรดไม่สามารถเข้ารหัสได้ด้วยนิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียว (เนื่องจากมีนิวคลีโอไทด์เพียง 4 ชนิดใน DNA ในกรณีนี้ กรดอะมิโน 16 ตัวยังคงไม่มีการเข้ารหัส) นิวคลีโอไทด์สองตัวไม่เพียงพอที่จะเข้ารหัสกรดอะมิโน เนื่องจากในกรณีนี้สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้เพียง 16 ตัวเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าจำนวนนิวคลีโอไทด์ที่น้อยที่สุดซึ่งเข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัวคือสามตัว (ในกรณีนี้ จำนวนแฝดของนิวคลีโอไทด์ที่เป็นไปได้คือ 4 3 = 64)

2. ความซ้ำซ้อน (ความเสื่อม)รหัสนี้เป็นผลมาจากธรรมชาติของแฝดและหมายความว่ากรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดหลายตัว (เนื่องจากมีกรดอะมิโน 20 ตัวและแฝด 64 ตัว) ยกเว้นเมไทโอนีนและทริปโตเฟนซึ่งถูกเข้ารหัสโดยแฝดเพียงตัวเดียว นอกจากนี้ triplets บางตัวยังทำหน้าที่เฉพาะ: ในโมเลกุล mRNA, triplets UAA, UAG, UGA นั้นเป็นโคดอนหยุดเช่น สัญญาณหยุดที่หยุดการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ แฝดที่สอดคล้องกับเมไทโอนีน (AUG) ซึ่งอยู่ที่จุดเริ่มต้นของสายโซ่ DNA ไม่ได้เขียนรหัสสำหรับกรดอะมิโน แต่ทำหน้าที่เริ่มต้นการอ่าน (น่าตื่นเต้น)

3. นอกจากความซ้ำซ้อนแล้ว รหัสยังมีคุณสมบัติอีกด้วย ความไม่คลุมเครือ: แต่ละโคดอนสอดคล้องกับกรดอะมิโนจำเพาะเพียงตัวเดียวเท่านั้น

4. รหัสเป็นแบบ collinearเหล่านั้น. ลำดับของนิวคลีโอไทด์ในยีนตรงกับลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีนทุกประการ

5. รหัสพันธุกรรมไม่ทับซ้อนกันและมีขนาดกะทัดรัดกล่าวคือ ไม่มี "เครื่องหมายวรรคตอน" ซึ่งหมายความว่ากระบวนการอ่านไม่อนุญาตให้มีความเป็นไปได้ของการทับซ้อนกันของคอลัมน์ (triplets) และเริ่มต้นที่โคดอนบางตัว การอ่านจะดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง แฝดสามหลังแฝด จนกระทั่งสัญญาณหยุด ( หยุดรหัส).

6. รหัสพันธุกรรมเป็นสากลกล่าวคือ ยีนนิวเคลียร์ของสิ่งมีชีวิตทุกชนิดเข้ารหัสข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนในลักษณะเดียวกัน โดยไม่คำนึงถึงระดับขององค์กรและตำแหน่งที่เป็นระบบของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้

มีอยู่ ตารางรหัสพันธุกรรม สำหรับการถอดรหัสรหัส mRNA และสร้างสายโซ่ของโมเลกุลโปรตีน

ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เทมเพลต.

ปฏิกิริยาที่ไม่รู้จักในธรรมชาติไม่มีชีวิตเกิดขึ้นในระบบสิ่งมีชีวิต - ปฏิกิริยา การสังเคราะห์เมทริกซ์ .

คำว่า "เมทริกซ์""ในเทคโนโลยี แม่พิมพ์หมายถึงแม่พิมพ์ที่ใช้ในการหล่อเหรียญ เหรียญรางวัล และแบบอักษร: โลหะที่ชุบแข็งจะสร้างรายละเอียดทั้งหมดของแม่พิมพ์ที่ใช้ในการหล่อได้อย่างแม่นยำ การสังเคราะห์เมทริกซ์มีลักษณะคล้ายกับการหล่อบนเมทริกซ์: โมเลกุลใหม่จะถูกสังเคราะห์ตามแผนงานที่วางไว้ในโครงสร้างของโมเลกุลที่มีอยู่ทุกประการ

หลักการเมทริกซ์อยู่ ที่แกนกลางปฏิกิริยาสังเคราะห์ที่สำคัญที่สุดของเซลล์ เช่น การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกและโปรตีน ปฏิกิริยาเหล่านี้รับประกันลำดับหน่วยโมโนเมอร์ในโพลีเมอร์สังเคราะห์ที่แน่นอนและเฉพาะเจาะจงอย่างเคร่งครัด

มีการดำเนินการตามทิศทางเกิดขึ้นที่นี่ ดึงโมโนเมอร์ไปยังตำแหน่งเฉพาะเซลล์ - เข้าสู่โมเลกุลที่ทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ที่เกิดปฏิกิริยา หากปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นเนื่องจากการชนกันของโมเลกุลแบบสุ่ม ปฏิกิริยาเหล่านั้นก็จะดำเนินไปอย่างช้าๆ อย่างไม่มีที่สิ้นสุด การสังเคราะห์โมเลกุลที่ซับซ้อนตามหลักการของเทมเพลตนั้นดำเนินการได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

บทบาทของเมทริกซ์โมเลกุลขนาดใหญ่ของกรดนิวคลีอิก DNA หรือ RNA เล่นในปฏิกิริยาเมทริกซ์

โมเลกุลโมโนเมอร์ซึ่งโพลีเมอร์ถูกสังเคราะห์ - นิวคลีโอไทด์หรือกรดอะมิโน - ตามหลักการของการเสริมกันนั้นจะถูกวางและตรึงไว้บนเมทริกซ์ตามลำดับที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดและระบุไว้

แล้วมันก็เกิดขึ้น "การเชื่อมโยงข้าม" ของหน่วยโมโนเมอร์เข้ากับสายโซ่โพลีเมอร์และโพลีเมอร์ที่เสร็จแล้วจะถูกระบายออกจากเมทริกซ์

หลังจากนั้น เมทริกซ์พร้อมแล้วสู่การประกอบโมเลกุลโพลีเมอร์ใหม่ เป็นที่ชัดเจนว่าเช่นเดียวกับแม่พิมพ์ที่กำหนด สามารถหล่อได้เพียงเหรียญเดียวหรือตัวอักษรเดียวเท่านั้น ดังนั้นบนโมเลกุลเมทริกซ์ที่กำหนด โพลีเมอร์เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่สามารถ “ประกอบ” ได้

ประเภทของปฏิกิริยาเมทริกซ์- คุณลักษณะเฉพาะของเคมีของระบบสิ่งมีชีวิต พวกมันเป็นพื้นฐานของทรัพย์สินพื้นฐานของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด - ของมัน ความสามารถในการสืบพันธุ์แบบของตัวเอง.

ถึง ปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ รวม:

1. การจำลองดีเอ็นเอ - กระบวนการทำซ้ำโมเลกุล DNA ด้วยตนเองซึ่งดำเนินการภายใต้การควบคุมของเอนไซม์ บนสาย DNA แต่ละเส้นที่เกิดขึ้นหลังจากการแตกของพันธะไฮโดรเจน สาย DNA ลูกสาวจะถูกสังเคราะห์ด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ DNA polymerase วัสดุสำหรับการสังเคราะห์คือนิวคลีโอไทด์อิสระที่มีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์

ความหมายทางชีวภาพของการจำลองแบบอยู่ที่การถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมที่ถูกต้องจากโมเลกุลแม่ไปยังโมเลกุลลูก ซึ่งปกติจะเกิดขึ้นระหว่างการแบ่งเซลล์ร่างกาย

โมเลกุล DNA ประกอบด้วยสองสายที่ประกอบกัน สายโซ่เหล่านี้ยึดติดกันด้วยพันธะไฮโดรเจนอ่อนๆ ซึ่งสามารถถูกทำลายได้ด้วยเอนไซม์

โมเลกุลมีความสามารถในการทำซ้ำตัวเอง (การจำลองแบบ) และในแต่ละครึ่งของโมเลกุลเก่าจะมีการสังเคราะห์ครึ่งใหม่

นอกจากนี้ โมเลกุล mRNA สามารถสังเคราะห์ได้บนโมเลกุล DNA ซึ่งจะถ่ายโอนข้อมูลที่ได้รับจาก DNA ไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน

การถ่ายโอนข้อมูลและการสังเคราะห์โปรตีนดำเนินการตามหลักการเมทริกซ์ ซึ่งเทียบได้กับการทำงานของแท่นพิมพ์ในโรงพิมพ์ ข้อมูลจาก DNA ถูกคัดลอกหลายครั้ง หากเกิดข้อผิดพลาดระหว่างการคัดลอก ข้อผิดพลาดดังกล่าวจะถูกทำซ้ำในสำเนาต่อๆ ไปทั้งหมด

จริงอยู่ข้อผิดพลาดบางอย่างเมื่อคัดลอกข้อมูลด้วยโมเลกุล DNA สามารถแก้ไขได้ - เรียกว่ากระบวนการกำจัดข้อผิดพลาด การชดใช้- ปฏิกิริยาแรกในกระบวนการถ่ายโอนข้อมูลคือการจำลองโมเลกุล DNA และการสังเคราะห์สายโซ่ DNA ใหม่

2. การถอดความ – การสังเคราะห์ i-RNA บน DNA ซึ่งเป็นกระบวนการลบข้อมูลจากโมเลกุล DNA สังเคราะห์โดยโมเลกุล i-RNA

I-RNA ประกอบด้วยสายโซ่เดี่ยวและถูกสังเคราะห์บน DNA ตามกฎของการเสริมกันด้วยการมีส่วนร่วมของเอนไซม์ที่กระตุ้นจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการสังเคราะห์โมเลกุล i-RNA

โมเลกุล mRNA ที่เสร็จแล้วจะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมไปยังไรโบโซม ซึ่งเกิดการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์

3. ออกอากาศ - การสังเคราะห์โปรตีนโดยใช้ mRNA กระบวนการแปลข้อมูลที่อยู่ในลำดับนิวคลีโอไทด์ของ mRNA ไปเป็นลำดับกรดอะมิโนในโพลีเปปไทด์

4 .การสังเคราะห์ RNA หรือ DNA จากไวรัส RNA

ลำดับของปฏิกิริยาเมทริกซ์ระหว่างการสังเคราะห์โปรตีนสามารถแสดงได้ดังนี้ โครงการ:

ดังนั้น, การสังเคราะห์โปรตีน- นี่เป็นหนึ่งในประเภทของการแลกเปลี่ยนพลาสติก ในระหว่างที่ข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสในยีน DNA ถูกนำมาใช้ในลำดับกรดอะมิโนในโมเลกุลโปรตีน

โมเลกุลโปรตีนโดยพื้นฐานแล้ว โซ่โพลีเปปไทด์ประกอบด้วยกรดอะมิโนแต่ละตัว แต่กรดอะมิโนนั้นไม่ได้ออกฤทธิ์มากพอที่จะรวมตัวกันเองได้ ดังนั้นก่อนที่พวกมันจะรวมกันเป็นโมเลกุลโปรตีน กรดอะมิโนจะต้องมาก่อน เปิดใช้งาน- การกระตุ้นนี้เกิดขึ้นภายใต้การทำงานของเอนไซม์พิเศษ

จากการกระตุ้น กรดอะมิโนจะมีความทนทานมากขึ้นและอยู่ภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ตัวเดียวกัน จับกับ tRNA- กรดอะมิโนแต่ละตัวมีความสอดคล้องกันอย่างเคร่งครัด tRNA ที่เฉพาะเจาะจง, ที่ พบ“มัน” กรดอะมิโนและ การโอนมันเข้าไปในไรโบโซม

ต่างๆตามมา กรดอะมิโนกัมมันต์ที่เชื่อมโยงกับ tRNA ของพวกมัน- ไรโบโซมก็ประมาณนี้ สายพานลำเลียงเพื่อประกอบสายโซ่โปรตีนจากกรดอะมิโนต่างๆ ที่ป้อนเข้าไป

พร้อมกันกับ t-RNA ซึ่งมีกรดอะมิโนของมัน “อยู่” “ สัญญาณ"จากดีเอ็นเอที่มีอยู่ในนิวเคลียส ตามสัญญาณนี้จะมีการสังเคราะห์โปรตีนหนึ่งหรืออย่างอื่นในไรโบโซม

อิทธิพลโดยตรงของ DNA ต่อการสังเคราะห์โปรตีนไม่ได้ดำเนินการโดยตรง แต่ด้วยความช่วยเหลือของตัวกลางพิเศษ - เมทริกซ์หรือ เมสเซนเจอร์อาร์เอ็นเอ (m-RNAหรือ ไอ-อาร์เอ็นเอ)ที่ สังเคราะห์ขึ้นในนิวเคลียสได้รับอิทธิพลจาก DNA ดังนั้นองค์ประกอบของมันจึงสะท้อนถึงองค์ประกอบของ DNA โมเลกุล RNA เปรียบเสมือนการหล่อของรูปแบบ DNA mRNA ที่สังเคราะห์ขึ้นจะเข้าสู่ไรโบโซมและถ่ายโอนไปยังโครงสร้างนี้ วางแผน- กรดอะมิโนกัมมันต์ที่เข้าสู่ไรโบโซมจะต้องรวมกันตามลำดับใดจึงจะสามารถสังเคราะห์โปรตีนจำเพาะได้ มิฉะนั้น, ข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสใน DNA จะถูกถ่ายโอนไปยัง mRNA จากนั้นจึงถ่ายโอนไปยังโปรตีน.

โมเลกุล mRNA เข้าสู่ไรโบโซมและ เย็บแผลของเธอ. กำหนดส่วนของมันที่อยู่ในไรโบโซมในปัจจุบัน โคดอน (triplet) โต้ตอบในลักษณะเฉพาะเจาะจงอย่างสมบูรณ์กับสิ่งที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน แฝด (anticodon) ในการถ่ายโอน RNA ซึ่งนำกรดอะมิโนเข้าสู่ไรโบโซม

ถ่ายโอน RNA ด้วยกรดอะมิโน พอดีไปยังโคดอน mRNA เฉพาะและ เชื่อมต่อกับเขา; ไปยังบริเวณถัดไปของ mRNA มีการแนบ tRNA อื่นไว้ด้วย กรดอะมิโนอีกตัวหนึ่งและต่อๆ ไปจนกระทั่งอ่านสายโซ่ทั้งหมดของ i-RNA จนกระทั่งกรดอะมิโนทั้งหมดลดลงตามลำดับที่เหมาะสม ก่อตัวเป็นโมเลกุลโปรตีน

และ tRNA ซึ่งส่งกรดอะมิโนไปยังส่วนเฉพาะของสายโซ่โพลีเปปไทด์ เป็นอิสระจากกรดอะมิโนของมันและออกจากไรโบโซม

แล้วอีกครั้ง ในไซโตพลาสซึมกรดอะมิโนที่ต้องการสามารถเข้าร่วมได้และอีกครั้ง จะโอนมันเข้าไปในไรโบโซม

ในกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน ไม่ใช่เพียงไรโบโซมเดียว แต่มีไรโบโซมหลายตัว - พอลิไรโบโซม - เกี่ยวข้องพร้อมกัน

ขั้นตอนหลักของการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรม:

การสังเคราะห์ DNA เป็นเทมเพลต mRNA (การถอดความ)

การสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ในไรโบโซมตามโปรแกรมที่มีอยู่ใน mRNA (การแปล)

ระยะต่างๆ เป็นสากลสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด แต่ความสัมพันธ์ทางโลกและอวกาศของกระบวนการเหล่านี้แตกต่างกันในโปรและยูคาริโอต

ยู ยูคาริโอตการถอดความและการแปลจะถูกแยกออกจากกันอย่างเคร่งครัดในอวกาศและเวลา: การสังเคราะห์ RNA ต่างๆ เกิดขึ้นในนิวเคลียส หลังจากนั้นโมเลกุล RNA จะต้องออกจากนิวเคลียสโดยผ่านเยื่อหุ้มนิวเคลียส จากนั้น RNA จะถูกขนส่งในไซโตพลาสซึมไปยังบริเวณที่สังเคราะห์โปรตีน - ไรโบโซม หลังจากนี้มาถึงขั้นตอนต่อไป - การออกอากาศ

ในโปรคาริโอต การถอดความและการแปลเกิดขึ้นพร้อมกัน

ดังนั้น,

สถานที่สังเคราะห์โปรตีนและเอนไซม์ทั้งหมดในเซลล์คือไรโบโซม - เหมือนกัน "โรงงาน"โปรตีนเหมือนกับร้านประกอบซึ่งมีการจัดหาวัสดุทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับการประกอบสายโซ่โพลีเปปไทด์ของโปรตีนจากกรดอะมิโน ลักษณะของโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้นขึ้นอยู่กับโครงสร้างของ i-RNA ตามลำดับการจัดเรียงนิวคลอยด์ในนั้น และโครงสร้างของ i-RNA สะท้อนถึงโครงสร้างของ DNA ดังนั้นในที่สุดโครงสร้างจำเพาะของโปรตีนก็คือลำดับการจัดเรียงต่างๆ กรดอะมิโนในนั้นขึ้นอยู่กับลำดับการจัดเรียงนิวคลอยด์ใน DNA จากโครงสร้างของ DNA

ทฤษฎีการสังเคราะห์โปรตีนที่ระบุไว้เรียกว่า ทฤษฎีเมทริกซ์เมทริกซ์ทฤษฎีนี้ เรียกว่าเพราะว่ากรดนิวคลีอิกมีบทบาทเป็นเมทริกซ์ซึ่งมีการบันทึกข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้างในโมเลกุลโปรตีน

การสร้างทฤษฎีเมทริกซ์ของการสังเคราะห์โปรตีนและการถอดรหัสรหัสกรดอะมิโนเป็นความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดของศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นก้าวที่สำคัญที่สุดในการชี้แจงกลไกระดับโมเลกุลของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม

การมอบหมายงานเฉพาะเรื่อง

A1. ข้อความใดเป็นเท็จ

1) รหัสพันธุกรรมเป็นสากล

2) รหัสพันธุกรรมเสื่อมลง

3) รหัสพันธุกรรมเป็นรายบุคคล

4) รหัสพันธุกรรมคือแฝดสาม

A2. DNA หนึ่งแฝดเข้ารหัส:

1) ลำดับของกรดอะมิโนในโปรตีน

2) สัญญาณหนึ่งของสิ่งมีชีวิต

3) กรดอะมิโนหนึ่งตัว

4) กรดอะมิโนหลายชนิด

A3. “เครื่องหมายวรรคตอน” ของรหัสพันธุกรรม

1) กระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีน

2) หยุดการสังเคราะห์โปรตีน

3) เข้ารหัสโปรตีนบางชนิด

4) เข้ารหัสกลุ่มของกรดอะมิโน

A4. หากในกบ กรดอะมิโน VALINE ถูกเข้ารหัสโดยแฝด GUU ดังนั้นในสุนัข กรดอะมิโนนี้สามารถถูกเข้ารหัสโดยแฝดสาม:

1) กัว และ กั๊ก

2) UTC และ UCA

3) TsUT และ TsUA

4) UAG และ UGA

A5. การสังเคราะห์โปรตีนเสร็จสมบูรณ์ในขณะนี้

1) การรับรู้โคดอนโดยแอนติโคดอน

2) การเข้าสู่ mRNA ไปยังไรโบโซม

3) การปรากฏตัวของ "เครื่องหมายวรรคตอน" บนไรโบโซม

4) การรวมกรดอะมิโนเข้ากับ t-RNA

A6. ระบุคู่ของเซลล์ที่บุคคลหนึ่งมีข้อมูลทางพันธุกรรมที่แตกต่างกัน?

1) เซลล์ตับและกระเพาะอาหาร

2) เซลล์ประสาทและเม็ดเลือดขาว

3) เซลล์กล้ามเนื้อและกระดูก

4) เซลล์ลิ้นและไข่

A7. หน้าที่ของ mRNA ในกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

1) การจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม

2) การขนส่งกรดอะมิโนไปยังไรโบโซม

3) การถ่ายโอนข้อมูลไปยังไรโบโซม

4) การเร่งกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพ

A8. แอนติโคดอน tRNA ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ UCG DNA triplet ใดที่ประกอบกัน

เข้ารหัสลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนโดยใช้ลำดับนิวคลีโอไทด์ของกรดนิวคลีอิก มีนิวคลีโอไทด์เพียงสี่ตัวและมีกรดอะมิโนยี่สิบตัว หากกรดอะมิโนแต่ละตัวถูกเข้ารหัสด้วยนิวคลีโอไทด์ 1 ตัว จะสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้เพียง 4 ตัวเท่านั้น ถ้าเป็นนิวคลีโอไทด์ 2 ตัว จะสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนได้เพียง 16 ตัวเท่านั้น ดังนั้น เพื่อให้สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนที่จำเป็นทั้งหมดได้ กรดอะมิโนแต่ละตัวจึงถูกเข้ารหัสโดยนิวคลีโอไทด์ 3 ตัวรวมกัน ซึ่งเรียกว่าทริปเลตหรือโคดอน

อย่างไรก็ตาม สามารถมีแฝดได้ 64 ตัว แต่มีกรดอะมิโนเพียง 20 ตัวเท่านั้น (บวกโคดอนหยุด) ดังนั้นรหัสพันธุกรรมจึงมีความซ้ำซ้อน ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่กรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดสามตัวที่แตกต่างกัน

งาน

คุณคิดว่า, เพื่ออะไรความซ้ำซ้อนนี้สามารถใช้ได้ ที่มันให้สิทธิประโยชน์เพิ่มเติมหรือไม่?

เบาะแส

ยิ่งมีการสะกดคำถูกต้องมากเท่าใด โอกาสที่จะเกิดข้อผิดพลาดก็จะน้อยลงเท่านั้น

สารละลาย

คำตอบแรกและชัดเจนสำหรับคำถามนี้คือคำว่า "ความมั่นคง" หากมีแฝดหลายตัวที่คล้ายกันสำหรับกรดอะมิโนหนึ่งตัว ความน่าจะเป็นที่การกลายพันธุ์แบบจุดในแฝดหนึ่งๆ เราจะได้รับกรดอะมิโนที่ไม่ถูกต้องในโปรตีนจะลดลง ดังนั้นโคดอนส่วนใหญ่ที่เข้ารหัสกรดอะมิโนชนิดเดียวกันจึงแตกต่างกันด้วย “ตัวอักษร” นิวคลีโอไทด์เพียงตัวเดียว ยิ่งมีรหัสกรดอะมิโนที่กำหนดมากเท่าใด ความเสถียรก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นกรดอะมิโนที่เกิดขึ้นบ่อยที่สุด เช่น ลิวซีนและอาร์จินีน จะถูกเข้ารหัสด้วยโคดอนจำนวนมากที่สุด ในทางกลับกัน กรดอะมิโนที่หายาก เช่น ทริปโตเฟน จะถูกเข้ารหัสด้วยโคดอนตัวเดียว

เป็นการยากที่จะเข้าใจว่าอะไรคือสาเหตุและผลกระทบคืออะไร: กรดอะมิโนที่จำเป็นที่สุดเริ่มถูกเข้ารหัสข โอจำนวนโคดอนที่มากขึ้น (นั่นคือ ความต้องการความเสถียรทำให้เกิดความเสถียรมาก) หรือในทางกลับกัน ยิ่งกรดอะมิโนมีโคดอนมากขึ้น (นั่นคือ ยิ่งมีเสถียรภาพมากขึ้น) ยิ่งเริ่มเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเท่านั้น แน่นอนว่าคำตอบสำหรับคำถามพื้นฐานนี้คล้ายกับคำตอบของคำถามที่ว่า "อะไรเกิดก่อนกัน ไก่หรือไข่" และย้อนกลับไปในยุคก่อนประวัติศาสตร์และยุคที่ยากต่อการวิจัยเมื่อรหัสพันธุกรรมเพิ่งเกิดขึ้นและได้รับการปรับปรุงให้เหมาะสม

นอกจากนี้ เมื่อดูการกระจายความถี่ของกรดอะมิโน (รูปที่ 1) เราจะสังเกตได้ว่าโดยทั่วไป ยิ่งโครงสร้างกรดอะมิโนเรียบง่ายเท่าไรก็ยิ่งเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเท่านั้น (เช่น ทริปโตเฟนชนิดเดียวกันซึ่งมีหนึ่งในนั้น โครงสร้างที่ "ซับซ้อน" ส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นน้อยมาก) สิ่งนี้สามารถเข้าใจได้เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่ายมักจะหมายถึงความมั่นคง กรดอะมิโนที่ "เรียบง่าย" สังเคราะห์ได้ง่ายกว่าและ "เน่าเสีย" ได้ยากกว่ากรดอะมิโนที่ "ซับซ้อน"

อย่างไรก็ตาม ความเสถียรและการต้านทานต่อการกลายพันธุ์ไม่ได้เป็นเพียงข้อดีของความซ้ำซ้อนของรหัสพันธุกรรมเท่านั้น ด้วยการเล่นกับโคดอนทางเลือก เราสามารถปรับพารามิเตอร์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของกรดนิวคลีอิกได้อย่างละเอียด และก่อนอื่น เราต้องพูดถึงสิ่งที่เรียกว่า “อคติการใช้งาน Codon”

“อคติของโคดอน” คือสถานการณ์ที่โคดอนที่มีความหมายเหมือนกันหลายตัวในสิ่งมีชีวิตที่กำหนด มีเพียงหนึ่งหรือสองตัวเท่านั้นที่ต้องการ (รูปที่ 2) แม้ว่าจะมีการแสดงหลายครั้งแล้วว่าอคติดังกล่าวเป็นสถานการณ์ทั่วไปสำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด แต่เหตุใดจึงยังไม่ชัดเจนนัก คำอธิบายที่ได้รับการยอมรับมากที่สุดในชุมชนวิทยาศาสตร์สำหรับปรากฏการณ์ลึกลับนี้มีดังต่อไปนี้

ดังที่ทราบกันดีว่าแต่ละโคดอนที่เข้ารหัสกรดอะมิโนจะมี tRNA ของตัวเอง สิ่งมีชีวิตบางชนิดมี tRNA ที่ "ชื่นชอบ" กล่าวคือ มี tRNA สำหรับโคดอนที่มีความหมายเหมือนกันตัวใดตัวหนึ่งมากกว่าตัวอื่นๆ มาก หากเราต้องการให้โปรตีนนี้สังเคราะห์ได้อย่างรวดเร็วและถูกต้อง จะเป็นการดีกว่าสำหรับเราที่จะไม่ทดลองกับโคดอนที่หายาก แต่ให้ประกอบลำดับของมันจากโคดอนที่ "ป๊อป" ส่วนใหญ่ ซึ่งเป็น tRNA ที่มีแนวโน้มที่จะลอยผ่านไรโบโซมและ จะไม่ทำให้การแปลล่าช้า

ความ "เอียง" ใน tRNA ต่างๆ มักพบในสิ่งมีชีวิตที่เติบโตอย่างรวดเร็วซึ่งจำเป็นต้องมีการสังเคราะห์โปรตีนบางชนิด "ทางอุตสาหกรรม" ยิ่งไปกว่านั้น ความลำเอียงของโคดอนนั้นถูกสังเกตจากโปรตีนที่แสดงออกมาในระดับสูงเป็นหลัก ซึ่งก็คือโปรตีนที่ความเร็วและคุณภาพของการสังเคราะห์มีความสำคัญเป็นพิเศษ ในเวลาเดียวกันธรรมชาติของการเกิดขึ้นของอคติ tRNA นั้นยังไม่ชัดเจนอย่างสมบูรณ์และสิ่งที่เกิดขึ้นก่อน - อคติของโคดอนหรืออคติของ tRNA ก็ไม่ชัดเจนเช่นกัน

อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความสวยงาม แต่คำอธิบายนี้ก็อาจถูกวิพากษ์วิจารณ์อย่างยุติธรรมได้ ความจริงก็คือระดับของการแปลโปรตีนนั้นพิจารณาที่ระยะเริ่มต้นเป็นหลัก (เมื่อ mRNA เพิ่งตกลงบนไรโบโซม) ไม่ใช่การยืดตัว (เมื่อมีการเพิ่มกรดอะมิโนใหม่ลงในสายโซ่โปรตีน) และเนื่องจากการยืดตัวไม่ใช่ข้อจำกัดของการสังเคราะห์โปรตีน ดังนั้นการต้องยุ่งยากกับการเลือกรหัสโคดอนที่ดีที่สุดหลายร้อยตัวเพื่อเร่งจึงดูเหมือนจะไม่สมเหตุสมผลเลย

การมีอยู่ของอคติอีกเวอร์ชันหนึ่งนั้นสัมพันธ์กับโครงสร้างรองที่เกิดจาก mRNA บริเวณเสริมของ mRNA จะพับเป็นส่วนๆ ของเกลียวคู่ที่เรียกว่ากิ๊บติดผม บางครั้งกิ๊บติดผมเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการควบคุมกระบวนการภายในเซลล์ต่างๆ (อ่านเพิ่มเติมในปัญหา "รูปแบบและเนื้อหา") อย่างไรก็ตาม โดยทั่วไป กิ๊บติดผมดังกล่าวเป็นพิษอย่างมากต่อการมีอยู่ของอุปกรณ์สังเคราะห์โปรตีน และทำให้การแปลช้าลง ยิ่งกว่านั้น เดาได้ง่ายว่าปิ่นปักผมที่มีคู่ GC (คู่กัวนีน-ไซโตซีน) จะยึดติดกันแน่นกว่าและหลุดออกแย่กว่าปิ่นปักผมอุดมด้วย AU (อะดีนีน-ยูราซิล) (เพราะกวานีนและไซโตซีนเชื่อมโยงถึงกันโดย พันธะไฮโดรเจนสามพันธะ และอะดีนีนและยูราซิล - เพียงสองเท่านั้น)

ดังนั้น เหตุผลที่เป็นไปได้สำหรับความชอบสำหรับโคดอนบางตัวก็คือ การปรับ mRNA ให้เหมาะสมเพื่อให้เกิดกิ๊บติดผมน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ (หรือบางที กิ๊บติดผมที่ต้องการถูกสร้างขึ้นในตำแหน่งเชิงกลยุทธ์) เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่บริเวณที่เข้ารหัสจุดเริ่มต้นของโปรตีนใกล้กับจุดเริ่มต้นของการแปลยังคง "ไม่มีขน" เนื่องจากการหยุดชะงักในการเริ่มต้นเป็นอันตรายต่อการแปลโดยรวม (ดูบทความล่าสุดเกี่ยวกับเรื่องนี้โดย Daniel B. Goodman, George M โบสถ์, ศรีราม โคซูรี, 2013. สาเหตุและผลกระทบของ N-Terminal Codon Bias ในยีนของแบคทีเรีย).

ความลึกลับอีกประการหนึ่งของอคติเกี่ยวกับโคดอนก็คือ ในบางกรณี มีความชื่นชอบที่ชัดเจนสำหรับโคดอนที่หายาก ซึ่งมักจะไม่ปกติสำหรับสายพันธุ์ที่กำหนด คำอธิบายประการหนึ่งสำหรับรูปแบบที่แปลกประหลาดนี้คือโคดอนที่หายากปรากฏขึ้นในตำแหน่งที่จำเป็นเพื่อทำให้การแปลช้าลง (ตัวอย่างเช่น เมื่อขอบเขตของโดเมนโปรตีนผ่านไป เพื่อให้โดเมนก่อนหน้ามีเวลาพับก่อนที่โดเมนถัดไปจะเริ่มสังเคราะห์) อย่างไรก็ตาม เท่าที่ฉันเข้าใจ ยังไม่มีหลักฐานที่ร้ายแรงสำหรับเวอร์ชันนี้ ควรสังเกตว่าบริเวณที่เข้ารหัสจุดเริ่มต้นคือ N-terminus ของโปรตีนมักจะอุดมไปด้วยโคดอนที่หายากมาก เหตุใดจึงยังไม่ชัดเจนนัก

ท้ายที่สุด งานที่น่าสนใจอีกชิ้นหนึ่งแนะนำว่า อย่างน้อยสำหรับสิ่งมีชีวิตหนึ่งชนิด นั่นก็คือ ไซยาโนแบคทีเรีย Synechococcus ยืดออกในกลุ่มของยีน circadian (ควบคุมจังหวะ circadian) ในทางกลับกัน มีการใช้โคดอนที่ไม่เหมาะสม กล่าวคือ ไม่ใช่ codon ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดที่ใช้ในการเข้ารหัสยีนเหล่านี้ (Yao Xu et al., 2013. Non- การใช้โคดอนที่เหมาะสมที่สุดเป็นกลไกในการบรรลุเงื่อนไขนาฬิกาวงจรชีวิต) ผู้เขียนแนะนำว่าด้วยวิธีนี้ด้วยความช่วยเหลือของกลไกระดับโมเลกุลบางอย่างการแสดงออกของยีนเหล่านี้จะถูกรบกวนในสภาวะที่เย็นเมื่อไซยาโนแบคทีเรียนี้จะทำกำไรได้มากกว่าหากไม่มีจังหวะของวงจรชีวิต

คำหลัง

การประยุกต์โคดอนไบแอสในทางปฏิบัติส่วนใหญ่อยู่ในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพ ความจริงก็คือเหตุการณ์ที่น่าเศร้ามักเกิดขึ้นในหมู่นักเทคโนโลยีชีวภาพ: ยีนบางตัวที่ถูกแทรกอย่างระมัดระวังเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่กำหนดโดยใช้วิธีการทางเทคโนโลยีชีวภาพ ปฏิเสธที่จะแสดงออกอย่างตรงไปตรงมาหรือแสดงออกอย่างเฉื่อยชาเกินไป สาเหตุมักเป็นเพราะนักวิจัยไม่ได้คำนึงถึงความแตกต่างในลักษณะอคติของโคดอนของสิ่งมีชีวิตผู้บริจาค (ซึ่งเป็นที่รับยีนไป) และสิ่งมีชีวิตของผู้รับ (ซึ่งมีการใส่ยีนเข้าไป) ด้วยการเปลี่ยนลำดับยีนตามความจำเป็น การใส่รหัสที่เป็นที่นิยมในสิ่งมีชีวิตของผู้รับ คุณสามารถแก้ไขสถานการณ์นี้และบรรลุการแสดงออกในระดับสูงได้

สิ่งนี้อาจมีประโยชน์ในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่การปลูกโปรตีนในเซลล์แบคทีเรียไปจนถึงการบำบัดด้วยยีน โดยใส่โปรตีนที่ถูกต้องเข้าไปในร่างกายแทนที่จะเป็นเวอร์ชันที่กลายพันธุ์ที่แตกหัก

ความจำเพาะของโปรตีนใดๆ จะถูกกำหนดโดยโครงสร้างหลัก กรดนิวคลีอิกจะต้องมีกรดอะมิโนโปรตีโอนิก 20 ตัว และข้อมูลเกี่ยวกับกรดนิวคลีอิกสามารถบันทึกได้ในส่วนที่แปรผันของกรดนิวคลีอิกโดยใช้เบสไนโตรเจนเท่านั้น

ทั้ง DNA และ RNA มีฐานไนโตรเจนพื้นฐานสี่ฐาน ด้วยฐานไนโตรเจนเดียว จะสามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนที่แตกต่างกันได้เพียงสี่ตัวเท่านั้น ใช้สอง - 16 (42 = 16) เมื่อฐานไนโตรเจนสี่ตัวถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นสามฐาน จะสามารถสร้างชุดค่าผสมได้ 64 ชุด (43 = 64) ซึ่งมากเกินพอที่จะเข้ารหัสกรดอะมิโนทั้ง 20 ตัว

กลุ่มของเบสไนโตรเจนสามเบส (หรือนิวคลีโอไทด์) ในสายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์ซึ่งมีการเข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัว เรียกว่า ทริปเล็ต

ในระหว่างการถอดรหัสรหัสนิวคลีโอไทด์ - กรดอะมิโน ความหมายเชิงความหมายของแฝดแต่ละตัวได้ถูกสร้างขึ้น จากแฝดที่เป็นไปได้ 64 ตัว มีรหัสกรดอะมิโน 61 ตัว แฝดสามที่เหลือไม่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโน แฝดสามเหล่านี้เรียกว่า "ไร้ความหมาย"

รหัสกรดนิวคลีโอไทด์-อะมิโนเสื่อมลง ซึ่งหมายความว่ากรดอะมิโนชนิดเดียวกันสามารถมีแฝดที่มีนัยสำคัญได้มากกว่าหนึ่งตัว ในเวลาเดียวกัน แต่ละแฝดเข้ารหัสกรดอะมิโนเพียงตัวเดียว ซึ่งบ่งชี้ว่ารหัสนั้นไม่คลุมเครือ

รหัสกรดนิวคลีโอไทด์-อะมิโนนั้นเป็นสากล เนื่องจากความหมายเชิงความหมายของแฝดสามนั้นเหมือนกันสำหรับสิ่งมีชีวิตทุกชนิด รหัสเขียนด้วยภาษา RNA มีโครงสร้างดังต่อไปนี้: gly - GGA, GGG, GGU, GGC; อาชา - GCA, GCG, GCU, GCC; เซอร์ - ASU, AGC, UCA, UCG, UCU, UCC; สาม - ACA, ACG, ACU, ACC; ถูกต้อง - UGU, UGC; พบ - ส.ค.; เพลา - GUA, GUG, GUU, GUTs; lei - UUA, UUG, TsUA, TsUG, TsUU, TsUTs; เหล่านั้น - AUA, AUU, AUC; นางฟ้า - UUU, UUC; สนามยิงปืน - UAU, UAC; สาม - UGG; เกี่ยวกับ - TsTsA, TsTsG, TsTsU, TsTsTs; gis - TsAU ซีเอซี; ต่ำ - AAA, AAG; หาเรื่อง - AGA, AGG, TsGA, TsGG, TsGU, TsGTs; งูเห่า - GAU, GAC; กลู - GAA, GAG; asn - AAU, AAC; gln - ซีเอเอ, ซีเอจี

ตลอดชีวิต มีการสังเคราะห์โปรตีนหลายชนิดในเซลล์ ลำดับเฉพาะของกรดอะมิโนในสายโซ่พอลิเปปไทด์ของโมเลกุลโปรตีนใดๆ ถูกกำหนดโดยลำดับของแฝดสามในสายพอลินิวคลีโอไทด์

การจัดเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างหลักของโปรตีนของเซลล์ทั้งหมดนั้นดำเนินการโดยโมเลกุล DNA ส่วนของ DNA ซึ่งมีการบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างปฐมภูมิของโปรตีนหนึ่งเรียกว่าจีโนม ("จีโนส" ในภาษากรีก - สกุล, ต้นกำเนิด) ข้อมูลที่เก็บไว้ใน DNA เรียกว่าทางพันธุกรรม และรหัสของกรดนิวคลีโอไทด์-อะมิโนเรียกว่า รหัสพันธุกรรม

DNA เป็นตัวพาวัสดุของข้อมูลทางพันธุกรรม คุณสมบัติอย่างหนึ่งของข้อมูลทางพันธุกรรมคือสามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้นั่นคือถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่น

หากคุณพบข้อผิดพลาด โปรดเน้นข้อความและคลิก Ctrl+ป้อน.

แนวคิดพื้นฐานและคำสำคัญสำหรับหัวข้อ:

กรดนิวคลีอิก นิวคลีโอไทด์

การจำลองฐานไนโตรเจน

ข้อมูลทางพันธุกรรม ยีน

การถอดความรหัสพันธุกรรม

Codon การแปลแอนติโคดอนทางพันธุกรรม

การสังเคราะห์โปรตีนกรดอะมิโน

โพลีเมอเรส

DNA หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยา ซึ่งเป็นพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์ยูคาริโอตและโปรคาริโอตทั้งหมด และในไวรัสหลายชนิด

ในปี 1928 F. Griffith ค้นพบปรากฏการณ์การเปลี่ยนแปลง (การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของแบคทีเรีย) ในโรคปอดบวม ลักษณะของสารเปลี่ยนรูปก่อตั้งขึ้นโดยเอเวอรี่ แมคลอยด์ และแม็กคาร์ธีในปี 1944 ซึ่งกลายเป็นดีเอ็นเอ ดังนั้นการค้นพบและการศึกษาการเปลี่ยนแปลงได้พิสูจน์บทบาทของ DNA ในฐานะผู้ขนส่งข้อมูลทางพันธุกรรม

แบบจำลองสามมิติของโครงสร้างเชิงพื้นที่ของ DNA ที่มีเกลียวคู่ได้รับการอธิบายไว้ในวารสาร Nature ประจำเดือนเมษายน พ.ศ. 2496 โดย J. Watson, Francis Crick และ Maurice Wilkins การศึกษาเหล่านี้เป็นพื้นฐานของอณูชีววิทยาซึ่งศึกษาคุณสมบัติพื้นฐานและการสำแดงของชีวิตในระดับโมเลกุล

โครงสร้างของ DNA คือโพลีเมอร์ซึ่งมีหน่วยโครงสร้างคือนิวคลีโอไทด์

นิวคลีโอไทด์ประกอบด้วยฐานไนโตรเจนของพิวรีน: อะดีนีน (A) หรือกัวนีน (G) หรือไพริมิดีน: ไซโตนีน (C) หรือไทมีน (T), คาร์โบไฮเดรตดีออกซีไรโบส (วงแหวนน้ำตาลห้าคาร์บอน) และกรดฟอสฟอริกตกค้าง (HPO - 3). DNA double helix เป็นแบบถนัดขวา คู่เบส 10 คู่จะหมุนได้ 360 องศาโดยสมบูรณ์ ดังนั้นคู่เบสแต่ละคู่จะหมุน 36 องศารอบเกลียวเมื่อเทียบกับคู่ถัดไป หมู่ฟอสเฟตตั้งอยู่ด้านนอกของเกลียว และฐานอยู่ด้านในและอยู่ห่างจากกัน 34 นาโนเมตร โซ่ถูกยึดเข้าด้วยกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างฐานและบิดเป็นเกลียวรอบกันและกันและรอบแกนร่วม

การสังเกตของ Chargaff (1949) มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาแบบจำลอง DNA ว่าอัตราส่วนเชิงปริมาณของ gaunine จะเท่ากับเนื้อหาของไซโตซีนเสมอ และเนื้อหาของอะดีนีนสอดคล้องกับเนื้อหาของไทมีน บทบัญญัตินี้เรียกว่า "กฎ Chargaff":

อ=ต; G=C หรือ A+G/C+T=1

นิวคลีโอไทด์เชื่อมต่อกันเป็นสายพอลินิวคลีโอไทด์โดยพันธะระหว่างตำแหน่ง 5' ของปลายเพนโทสด้านหนึ่งกับตำแหน่ง 3' ของวงแหวนเพนโตสถัดไปผ่านหมู่ฟอสเฟตเพื่อสร้างสะพานฟอสโฟไดสเตอร์ กล่าวคือ แกนนำน้ำตาล-ฟอสเฟตของ DNA ประกอบด้วยพันธะ 5' - 3' ข้อมูลทางพันธุกรรมเขียนเป็นลำดับของนิวคลีโอไทด์ในทิศทางจากปลาย 5' ถึงปลาย 3' - สายนี้เรียกว่า Sense DNA และยีนต่างๆ ตั้งอยู่ที่นี่ เส้นที่สองในทิศทาง 3'-5' ถือเป็นแอนตี้เซนส์ แต่เป็น "มาตรฐาน" ที่จำเป็นสำหรับการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม สายแอนติเจนมีบทบาทสำคัญในกระบวนการจำลองและซ่อมแซม (ฟื้นฟูโครงสร้างของ DNA ที่เสียหาย) ฐานในเส้นตรงข้ามขนานกันก่อตัวเป็นคู่เสริมกันเนื่องจากพันธะไฮโดรเจน: A+T; จี+ซี ดังนั้นโครงสร้างของสายหนึ่งจะเป็นตัวกำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของอีกสายหนึ่ง ดังนั้นลำดับของฐานในสาย DNA จึงตรงกันข้ามและประกอบกันเสมอ

หลักการของการเสริมกันนั้นเป็นสากลสำหรับกระบวนการจำลองแบบและการถอดความ

ในปัจจุบัน มีการอธิบายการดัดแปลงโมเลกุล DNA หลายประการ DNA polymorphism คือความสามารถของโมเลกุลในการรับโครงสร้างที่แตกต่างกัน

ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของ DNA เป็นสิ่งจำเป็นในการทำความเข้าใจแก่นแท้ของกระบวนการทางพันธุกรรมบางอย่างที่ใช้เทมเพลต เป็นที่ชัดเจนว่า DNA เองไม่สามารถทำหน้าที่เป็นแม่แบบในการสังเคราะห์โปรตีนจากกรดอะมิโนได้เพราะ เกือบทั้งหมดพบในโครโมโซมที่อยู่ในนิวเคลียส ในขณะที่โปรตีนในเซลล์ส่วนใหญ่ (หากไม่ใช่ทั้งหมด) จะถูกสังเคราะห์ในไซโตพลาสซึม ดังนั้นข้อมูลทางพันธุกรรมที่มีอยู่ใน DNA จะต้องถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลระดับกลางซึ่งจะถูกส่งไปยังไซโตพลาสซึมและมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ แนวคิดที่ว่า RNA อาจเป็นโมเลกุลระดับกลางนั้นเริ่มได้รับการพิจารณาอย่างจริงจังทันทีที่มีการค้นพบโครงสร้างของเกลียวคู่ของ DNA ประการแรก เซลล์ที่สังเคราะห์โปรตีนจำนวนมากจะมี RNA จำนวนมาก ประการที่สอง ดูเหมือนสำคัญยิ่งกว่านั้นที่ "โครงกระดูก" น้ำตาล-ฟอสเฟตของ DNA และ RNA นั้นคล้ายคลึงกันอย่างมาก และเป็นเรื่องง่ายที่จะจินตนาการว่าการสังเคราะห์สายโซ่ RNA เดี่ยวบน DNA สายเดี่ยวเกิดขึ้นได้อย่างไรพร้อมกับการก่อตัวของโมเลกุลลูกผสมที่ไม่เสถียร สายโซ่หนึ่งคือ DNA และอีกสายหนึ่งคือ RNA ความสัมพันธ์ระหว่าง DNA, RNA และโปรตีนในปี พ.ศ. 2496 มีการนำเสนอดังนี้

การแปลการถอดเสียง

การจำลองดีเอ็นเอ --------- → RNA --------- → โปรตีน

โดยที่ DNA สายเดี่ยวทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์โมเลกุล DNA เสริม (การจำลอง) ในทางกลับกัน โมเลกุล RNA ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการรวมกรดอะมิโนตามลำดับเพื่อสร้างสายโซ่โพลีเปปไทด์ของโปรตีนในกระบวนการที่ตั้งชื่อดังกล่าวเนื่องจาก "ข้อความ" ที่เขียนด้วย "ภาษา" ของนิวคลีโอไทด์ถูกแปล (แปล) เป็น "ภาษา" ของกรดอะมิโน . กลุ่มของนิวคลีโอไทด์ที่มีรหัสสำหรับกรดอะมิโนหนึ่งตัวเรียกว่า รหัส

RNA เป็นกรดไรโบนิวคลีอิกที่มีความเหมือนกันมากกับโครงสร้างของ DNA แต่มีความแตกต่างในหลายประการ:

คาร์โบไฮเดรต RNA ที่ยึดกับฐานของพิวรีนหรือไพริมิดีนและหมู่ฟอสเฟตคือไรโบส

RNA เช่นเดียวกับ DNA ประกอบด้วยเบสไนโตรเจน อะดีนีน กัวนีน และไซโตซีน แต่ RNA ไม่มีไทมีน; uracil ยึดตำแหน่งในโมเลกุล RNA;

q RNA – โมเลกุลสายเดี่ยว

เนื่องจากโมเลกุล RNA เป็นแบบเกลียวเดี่ยว กฎ Chargaff ที่จัดตั้งขึ้นสำหรับ DNA อาจไม่เป็นไปตามความเท่าเทียมกันของเนื้อหาที่เป็นเบส

กรดริโบนิวคลีอิก (RNA) ซึ่งมีอยู่ในเซลล์โปรและยูคาริโอตมีสามประเภทหลัก: RNA ของสาร (mRNA), ไรโบโซมอล RNA (rRNA) และทรานสเฟอร์ RNA (tRNA)

นิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วย RNA ประเภทที่สี่ RNA นิวเคลียร์ต่างกัน (hnRNA) ซึ่งเป็นสำเนาที่ถูกต้อง (transcriptome) ของ DNA ที่เกี่ยวข้อง

โมเลกุล tRNA จดจำแฝดสามที่สอดคล้องกัน (โคดอนใน mRNA) ในไซโตพลาสซึม และถ่ายโอนกรดอะมิโนที่ต้องการไปยังสายพอลิเปปไทด์ที่กำลังเติบโต การรับรู้โคดอนใน mRNA ทำได้โดยฐานสามฐานติดต่อกันใน tRNA ที่เรียกว่าแอนติโคดอน เชื่อกันว่ากรดอะมิโนแต่ละตัวจะมี tRNA อย่างน้อยหนึ่งตัว

รหัสพันธุกรรม- ระบบรวมสำหรับการบันทึกข้อมูลทางพันธุกรรมในโมเลกุลกรดนิวคลีอิกในรูปแบบของลำดับนิวคลีโอไทด์ รหัสพันธุกรรมขึ้นอยู่กับการใช้ตัวอักษรที่ประกอบด้วยตัวอักษรเพียงสี่ตัว - นิวคลีโอไทด์ซึ่งมีฐานไนโตรเจนต่างกัน: A, T, C, G ความพยายามที่จะถอดรหัสรหัสพันธุกรรมเกิดขึ้นในปี 1954 โดย G. Gamov คุณสมบัติหลักของรหัส ความเป็นสามเท่าและความเสื่อม ถูกเปิดเผยในปี พ.ศ. 2504 โดย F. Crick และ S. Brenner

ในปี 1961 ลำดับแฝดตัวแรกถูกถอดรหัสเป็นครั้งแรก ระบบที่มี mRNA เทียมที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ของยูราซิลเท่านั้น สังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ที่ประกอบด้วยฟีนิลอะลานีนเท่านั้น (ใน DNA รหัสของมันควรเป็นนิวคลีโอไทด์แฝดเสริม - AAA) ภายในปี 1965 รหัสพันธุกรรมทั้งหมดได้รับการถอดรหัสอย่างสมบูรณ์ จากทั้งหมด 64 โคดอน มีสามโคดอน UAG, UAA, UGA ไม่ได้เข้ารหัสกรดอะมิโน พวกมันถูกเรียกว่าโคดอนไร้สาระ ต่อมาพบว่าเป็นโคดอนหยุด

ปัจจุบันการกำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA ดำเนินการโดยใช้วิธีพิเศษ - การจัดลำดับ

คุณสมบัติของรหัสพันธุกรรม

1. รหัสพันธุกรรมคือแฝดสาม ทริปเล็ต (โคดอน) คือลำดับของนิวคลีโอไทด์สามตัวที่เข้ารหัสกรดอะมิโนหนึ่งตัว

2. ความเสื่อมของรหัสพันธุกรรมเกิดจากการที่กรดอะมิโนหนึ่งตัวสามารถเข้ารหัสได้ด้วยแฝดหลายตัว (มีกรดอะมิโน 20 ตัวและแฝดสาม 64 ตัว) ยกเว้นเมไทโอนีนและทริปโตเฟนซึ่งเข้ารหัสโดยแฝดตัวเดียวเท่านั้น UAA, UAG, UGA สามแฝดเป็นสัญญาณหยุด (โคดอนการสิ้นสุด) ที่หยุดการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ แฝดที่สอดคล้องกับเมไทโอนีน (AUG) ทำหน้าที่เริ่มต้นการอ่าน (น่าตื่นเต้น) และไม่ได้เขียนโค้ดสำหรับกรดอะมิโนหากอยู่ที่จุดเริ่มต้นของสายโซ่ DNA

3. ไม่มีความกำกวม - โคดอนแต่ละอันที่กำหนดให้สอดคล้องกับกรดอะมิโนจำเพาะเพียงตัวเดียวเท่านั้น

4. รหัสพันธุกรรมไม่ทับซ้อนกัน - กระบวนการอ่านรหัสพันธุกรรมไม่อนุญาตให้มีความเป็นไปได้ของรหัสที่ทับซ้อนกัน เมื่อเริ่มต้นที่โคดอนบางตัว การอ่านโคดอนถัดไปจะดำเนินไปโดยไม่มีช่องว่างจนถึงโคดอนไร้สาระ

5. รหัสพันธุกรรมเป็นแบบสากล เช่น ข้อมูลทั้งหมดในยีนนิวเคลียร์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่มีระดับองค์กรต่างกันจะได้รับการเข้ารหัสเหมือนกัน

กระบวนการเมทริกซ์ในเซลล์

กระบวนการเมทริกซ์ในเซลล์มีสามประเภท: การจำลองแบบ การถอดเสียง และการแปล

ความสำคัญเชิงหน้าที่หลักของกระบวนการจำลองแบบ DNA คือการจัดหาข้อมูลทางพันธุกรรมให้กับลูกหลาน ซึ่งจะต้องถ่ายทอดอย่างสมบูรณ์และมีความแม่นยำสูงมาก

การจำลองแบบคือการทำซ้ำของ DNA ที่เกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนการสังเคราะห์ (S) ของเฟสระหว่างเฟสก่อนการแบ่งเซลล์แต่ละครั้ง

ซึ่งอนุรักษ์นิยมการจำลองแบบ โมเลกุลดีเอ็นเอสายคู่ดั้งเดิมทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการก่อตัวของโมเลกุลสายคู่ใหม่ทั้งหมด ซึ่งสร้างขึ้นจากโมเลกุลดั้งเดิมอย่างสมบูรณ์

กึ่งอนุรักษ์นิยมการจำลองแบบ DNA ทั้งสองเส้นคลี่คลาย (เหมือนซิป) แต่ละห่วงโซ่ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสร้างห่วงโซ่ใหม่ ในระหว่างการจำลอง โมเลกุล DNA จะค่อยๆ ถูกแบ่งโดยเอนไซม์พิเศษออกเป็นสองซีกในทิศทางตามยาว เมื่อนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุลที่แยกออกจากกันถูกเปิดออก นิวคลีโอไทด์อิสระที่สังเคราะห์ไว้ก่อนหน้านี้ในไซโตพลาสซึมจะถูกเติมเข้าไปทันที เป็นผลให้แต่ละครึ่งเกลียวกลายเป็นทั้งหมดอีกครั้งและแทนที่จะเป็นหนึ่งโมเลกุลจะได้รับสองโมเลกุลซึ่งเป็นผลมาจากการที่โครโมโซมกลายเป็นไบโครมาทิด

กระจายตัวการจำลองแบบ DNA ดั้งเดิมแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนสั้นๆ ที่มีความยาวต่างกัน ซึ่งใช้เป็นแม่แบบสำหรับการสร้างชิ้นส่วนของเกลียวคู่ใหม่ 2 ชิ้น ซึ่งจากนั้นจะถูกสร้างขึ้นใหม่เป็นโครงสร้างโมเลกุลเดี่ยว โมเลกุล DNA ที่เกิดขึ้นจะมีชิ้นส่วนเก่าและใหม่

เอ็ม. เมเซลสัน และเอฟ. สตาห์ลเมื่อใช้วิธีการถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติ พบว่าวิธีการจำลองแบบกึ่งอนุรักษ์เป็นลักษณะเฉพาะของยูคาริโอตและโปรคาริโอตส่วนใหญ่

ในปี 1955 A. Kornberg และเพื่อนร่วมงานของเขาจากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดค้นพบเอนไซม์ที่รับประกันการจำลองดีเอ็นเอและตั้งชื่อให้มัน พอลิเมอเรส.

ในปัจจุบัน ในบรรดาเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ดีเอ็นเอมีอยู่ DNA โพลีเมอเรส I, II, IIIมีกิจกรรมโพลีเมอเรส 5 '→ 3'

เนื่องจาก DNA polymerases เร่งการจำลองเฉพาะในทิศทาง 5 '→ 3' เท่านั้น และสาย DNA ของผู้ปกครองนั้นตรงกันข้ามกัน จึงมีเพียงหนึ่งในสายใหม่เท่านั้นที่ถูกสังเคราะห์อย่างต่อเนื่อง โซ่นี้มีชื่อว่า ชั้นนำโซ่ที่สองเรียกว่า ล้าหลังสังเคราะห์ขึ้นในรูปของชิ้นส่วนดีเอ็นเอ - ชิ้นส่วนของโอคาซากิซึ่งในยูคาริโอตมีลำดับนิวคลีโอไทด์ 100-200 ตัว ชิ้นส่วนเหล่านี้ถูกผูกมัด (เชื่อมขวาง) โดยโพลีนิวคลีโอไทด์ ligases และเกิดสายโซ่ต่อเนื่องกัน กระบวนการนี้เรียกว่าการเจริญเติบโต การสังเคราะห์ชิ้นส่วน Okazaki แต่ละชิ้น (3 '→ 5') เริ่มต้นจากชิ้นส่วน RNA ขนาดเล็ก (ประมาณ 10-60 นิวคลีโอไทด์) ซึ่งจะถูกลบออกก่อนที่จะอ่านชิ้นส่วน นี่คือสิ่งที่เรียกว่าเมล็ดพันธุ์หรือ ไพรเมอร์.

ในเซลล์ของมนุษย์ใดๆ ภายใต้อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ การเปลี่ยนแปลงแบบสุ่มหลายพันรายการเกิดขึ้นใน DNA ทุกวัน และตลอดระยะเวลาหนึ่งปี การเปลี่ยนแปลงลำดับนิวคลีโอไทด์ของ DNA ที่คงที่จำนวนเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่สะสมในแต่ละเซลล์ ในบรรดาการแทนที่เบสแบบสุ่มจำนวนมากใน DNA มีเพียงหนึ่งในพันเท่านั้นที่ส่งผลให้เกิดการกลายพันธุ์ ความเสียหายอื่นๆ ทั้งหมดจะถูกกำจัดอย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการนี้ การชดใช้ดีเอ็นเอ. กลไกการซ่อมแซม (“การรักษา” ของความเสียหายของ DNA) ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าโมเลกุล DNA มีข้อมูลทางพันธุกรรมสองชุด โดยชุดหนึ่งอยู่ในแต่ละสายของโมเลกุล เส้นทางการซ่อมแซมหลักประกอบด้วยสามขั้นตอน:

1. ส่วนที่เปลี่ยนแปลงของสาย DNA ที่เสียหายจะถูกจดจำและกำจัดออกโดยใช้นิวเคลียสซ่อมแซม DNA มีช่องว่างในเกลียวดีเอ็นเอ ณ จุดนี้

2. DNA polymerase และ glycosylases เติมเต็มช่องว่างนี้ โดยเพิ่มนิวคลีโอไทด์ทีละอัน คัดลอกข้อมูลจากเกลียวทั้งหมด

3. DNA ligase “เชื่อมขวาง” การแตกตัวและฟื้นฟูโมเลกุลให้สมบูรณ์

การถอดความ (การเขียนใหม่) เป็นการสังเคราะห์ mRNA (ผลิตภัณฑ์ยีนปฐมภูมิ) บนเมทริกซ์ DNA ซึ่งดำเนินการในนิวเคลียสบนสายสัมผัสของ DNA ซึ่งอยู่ในสภาวะผ่อนคลาย นี่เป็นขั้นตอนแรกของการสังเคราะห์โปรตีน Messenger RNA (mRNA) มีคำสั่งทางพันธุกรรมสำหรับการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์จำเพาะ และถ่ายโอนไปยังอุปกรณ์สังเคราะห์โปรตีนของเซลล์ ซึ่งอยู่ในไรโบโซมของไซโตพลาสซึมของเซลล์

เพื่อเริ่มต้นการถอดรหัส จะต้องมีส่วนพิเศษในดีเอ็นเอที่เรียกว่า โปรโมเตอร์- เมื่อ RNA polymerase จับกับโปรโมเตอร์ การคลายตัวของ DNA double helix จะเกิดขึ้นและบริเวณโปรโมเตอร์แบบเปิดจะเกิดขึ้น

การยืดตัว(การยืดตัว) ของสายโซ่ RNA คือขั้นตอนการถอดรหัสที่เกิดขึ้นหลังจากการเติมไรโบนิวคลีโอไทด์ 8 ตัว เมื่อ RNA โพลีเมอเรสเคลื่อนที่ไปตามสาย DNA มันจะทำหน้าที่เหมือนซิป โดยเปิดเกลียวคู่ที่ปิดด้านหลังเอนไซม์ในขณะที่ฐาน RNA ที่สอดคล้องกันจับคู่กับฐาน DNA

การสิ้นสุด(การหยุดการเจริญเติบโต) ของสายโซ่ mRNA เกิดขึ้นที่ส่วนเฉพาะของ DNA ที่เรียกว่าเทอร์มิเนเตอร์

กระบวนการสร้างโมเลกุล RNA ที่เจริญเต็มที่จากสารตั้งต้นเรียกว่า กำลังประมวลผลซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมเลกุลได้รับการดัดแปลงที่ปลาย 5' → 3' และการประกบกัน การต่อประกบ RNA นิวเคลียร์ที่ต่างกันคือการกำจัดลำดับ RNA ที่สอดคล้องกับอินตรอน DNA และการเชื่อมต่อของบริเวณที่มีลำดับ exon ที่ถอดเสียง

ออกอากาศ(การแปล) – กระบวนการแปลข้อมูลทางพันธุกรรมของ mRNA ไปเป็นโครงสร้างของโพลีเปปไทด์ นี่คือขั้นตอนที่สองของการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งดำเนินการโดยการควบแน่นหลายตัวตามลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้างแต่ละตัว เริ่มต้นจากปลายทางอะมิโนของสายโซ่โพลีเปปไทด์ไปจนถึงปลายคาร์บอกซิล

เมสเซนเจอร์ RNA ที่โตเต็มที่จะเข้าสู่ไซโตพลาสซึม ซึ่งกระบวนการแปลจะเกิดขึ้น โดยถอดรหัส mRNA ให้เป็นลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน กระบวนการถอดรหัสดำเนินการจาก 5 '→ 3' และเกิดขึ้นในไรโบโซม เรียกว่าคอมเพล็กซ์ของ mRNA และไรโบโซม โพลีโซม.

การแปลเริ่มต้นด้วยรหัส AUG แบบเก่า ซึ่งเมื่อแปลตามความหมายของยีนโครงสร้างของยีนแล้ว จะเข้ารหัสเมไทโอนีนของกรดอะมิโน กรดอะมิโนแต่ละตัวจะถูกส่งไปยังโพลีโซมโดยการถ่ายโอน RNA (tRNA) ที่จำเพาะต่อกรดอะมิโนนั้น tRNA ทำหน้าที่เป็นตัวกลางระหว่างรหัส mRNA และกรดอะมิโน โมเลกุล tRNA จดจำแฝดสามที่สอดคล้องกัน (โคดอนใน mRNA) ในไซโตพลาสซึมตามหลักการจับคู่ของฐานไนโตรเจนเสริม tRNA ที่เข้าใกล้หน่วยย่อยขนาดเล็กจะสร้างพันธะโคดอน-แอนติโคดอน ขณะเดียวกันก็ถ่ายโอนกรดอะมิโนของมันไปยังไซต์อะมิโนเอซิล (ไซต์ A) ของยูนิตย่อยขนาดใหญ่ไปพร้อมๆ กัน แอนติโคดอนของ tRNA เท่านั้นที่มีเมไทโอนีน "จับคู่" กับโคดอน AUG ดังนั้นเมไทโอนีนจึงถูกส่งไปยังไรโบโซมก่อน จากนั้นโคดอน AUG จะเคลื่อนไปยังบริเวณเพปติดิลของหน่วยย่อยขนาดใหญ่ (บริเวณ P) อันเป็นผลมาจากกระบวนการเหล่านี้ทำให้เกิดการแปลไรโบโซม - คอมเพล็กซ์การเริ่มต้น

การสิ้นสุด(สิ้นสุดการสังเคราะห์) เกิดขึ้นที่คำสั่งของโคดอน UAA, UAG, UGA โดยธรรมชาติแล้ว ไม่มีโมเลกุล tRNA ที่แอนติโคดอนจะสอดคล้องกับโคดอนเหล่านี้

ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) ถูกค้นพบในปี 1984 โดยแครี่

บี. มัลลิส. ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าสายโซ่กรดนิวคลีอิกสังเคราะห์ใหม่สามารถทำหน้าที่เป็นแม่แบบในรอบการจำลองต่อไปนี้:

เมื่อถูกความร้อน DNA ที่มีเกลียวคู่จะถูกแบ่งออกเป็นสายโซ่เกลียวเดี่ยวที่เป็นส่วนประกอบ และในสถานะนี้สามารถทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการจำลองได้

DNA สายเดี่ยวจะถูกบ่มต่อหน้า DNA polymerase และสารละลายที่มีส่วนผสมของนิวคลีโอไทด์ทั้ง 4 ตัว รวมถึงลำดับ DNA เฉพาะ (ไพรเมอร์) ส่งผลให้เกิดการสังเคราะห์สำเนาของโมเลกุล DNA สองตัว

จากนั้นขั้นตอนต่างๆ จะถูกทำซ้ำตั้งแต่ต้น และทั้งสายโซ่เดี่ยวเก่าและใหม่จะถูกคัดลอกเพื่อสร้างโมเลกุล DNA ที่สามและสี่ จากนั้นทั้งสี่สายก็จะถูกคัดลอกอีกครั้ง และต่อๆ ไป เป็นผลมาจาก 20-30 รอบ ขยาย(จำนวนสำเนาเพิ่มขึ้น) ปริมาณ DNA ที่มีประสิทธิผล รอบเดียวใช้เวลาประมาณ 5 นาที และการโคลนโมเลกุลแบบไร้เซลล์ของชิ้นส่วน DNA ใช้เวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมง

วิธี PCR นั้นละเอียดอ่อนมาก โดยช่วยให้คุณสามารถตรวจจับโมเลกุล DNA ได้เพียงโมเลกุลเดียวในตัวอย่าง วิธีการนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการวินิจฉัยโรคทางพันธุกรรมก่อนคลอดการตรวจหาการติดเชื้อไวรัสตลอดจนเวชศาสตร์นิติเวชเนื่องจากทำให้สามารถพิมพ์ลายนิ้วมือทางพันธุกรรมได้แม้ในเซลล์เดียว