Informatie

Verband tussen basen in een gen en aminozuren


Een van mijn studievragen voor een biologietoets was:

Een gen bevat 1200 basen. Hoeveel codons zitten er direct na transcriptie op het mRNA?

Mijn eerste antwoord was 400 codons, omdat 1200 basen = 1200 nucleotiden en 1200/3 = 400. Maar aangezien DNA een dubbele helix is ​​en slechts één van de twee strengen wordt gebruikt bij het maken van mRNA, zouden er slechts 600 basen worden gebruikt in plaats van de volledige 1200?


Ervan uitgaande dat alle 1200 basen in de gencode voor mRNA, dan is 1200/3 = 400 de juiste berekening.

Het is belangrijk om te begrijpen dat een gen altijd maar van één streng dubbelstrengs DNA zal worden getranscribeerd. Denk er mechanisch over na - ten eerste wordt DNA getranscribeerd naar RNA door een polymerase dat maar in één richting kan bewegen. Ten tweede is de streng die complementair is aan de transcriptiestartplaats van een gen de streng van die sequentie aanvulling en dus zelf geen startplaats. Hoop dat dat het verheldert. :)


Verband tussen basen in een gen en aminozuren - Biologie

Figuur 1. Het centrale dogma van de moleculaire biologie.

Het centrale dogma van de moleculaire biologie

James Crick (medeoprichter van de secundaire structuur van DNA) stelde voor dat DNA een informatie-opslagmolecuul is dat zichzelf kan repliceren. Verder stelde hij voor dat de informatie die werd verzonden, moest worden "gelezen" door een productielichaam in de cel dat aminozuren samenvoegde in een specifieke volgorde die uiteindelijk een eiwit synthetiseerde. Dit werd bekend als de centraal dogma van de moleculaire biologie.

Het centrale dogma voorspelt dat DNA dient als een sjabloon voor de directe synthese van een boodschapper-RNA-molecuul (mRNA), in een proces dat bekend staat als transcriptie. Ten tweede wordt mRNA bij een ribosoom "gelezen" door transfer-RNA's (tRNA's), die samenwerken om een ​​specifieke keten van aminozuren samen te stellen, die samen een eiwit vormen, een proces dat bekend staat als vertaling.

Figuur 2. Retrovirussen vormen een uitzondering op het centrale dogma.

Messenger RNA is slechts een van de zeven grote verschillende soorten RNA. Sommige zijn ook betrokken bij eiwitsynthese (zoals transfer-RNA). En DNA codeert direct voor deze RNA-moleculen. Dus de informatiestroom zou in dit geval gewoon DNA naar RNA zijn. De andere grote uitzondering op dit dogma, de informatiestroom is omgekeerd. Sommige virussen hebben bijvoorbeeld genen die zijn samengesteld uit DNA. Wanneer deze virussen een cel infecteren, synthetiseert het virale RNA DNA. Dus op deze manier zou de informatiestroom van RNA naar DNA gaan. Maar ook al zijn er uitzonderingen op het dogma, het centrale dogma van de moleculaire biologie omvat de belangrijkste informatiestroom voor het leven. DNA codeert voor RNA en dat RNA codeert voor eiwitten.

RNA-replicatie is het kopiëren van het ene RNA naar het andere. Veel virussen repliceren op deze manier. De enzymen die RNA kopiëren naar nieuw RNA, RNA-afhankelijke RNA-polymerasen genoemd, worden ook aangetroffen in veel eukaryoten waar ze betrokken zijn bij RNA-uitschakeling. RNA-editing, waarbij een RNA-sequentie wordt gewijzigd door een complex van eiwitten en een "gids-RNA", kan ook worden beschouwd als een RNA-naar-RNA-overdracht.

Toen biologen het dogma eenmaal begrepen, begrepen ze het algemene patroon van de informatiestroom in de cel. De volgende uitdaging was om te begrijpen hoe de volgorde van basen in een streng boodschapper-RNA codeert voor de volgorde van aminozuren in een eiwit. Wat is de genetische code? Wat zijn de regels die de relatie specificeren tussen de volgorde van nucleotiden in DNA en de volgorde van aminozuren in een eiwit? George Gamow suggereerde een code op basis van logica. Hij suggereerde dat elk codewoord drie basen bevat. Zijn redenering was gebaseerd op de waarneming dat er 20 aminozuren zijn.

Aangezien er slechts vier unieke nucleotiden in DNA en 20 aminozuren zijn, was een combinatie van basenparen nodig om voor de aminozuren te coderen. Als een aminozuur gebaseerd zou zijn op een enkele nucleotide, dan zouden er maar vier aminozuren zijn. Met dezelfde logica vermoedde Gamow dat de code niet kan worden weergegeven door een combinatie van twee nucleotiden, omdat 4x4 16 is en er 20 aminozuren zijn. De code moet een code van drie basen (of tripletcode) zijn, omdat het de eenvoudigste code is die de 20 bekende aminozuren mogelijk maakt: 4 X 4 X 4 = 64. Dit suggereert dat er maximaal 64 unieke aminozuren kunnen zijn. Er zijn echter slechts 20 aminozuren.

Figuur 3. De genetische code. De triplet-code mRNA codeert direct voor de assemblage van aminozuren waaruit een eiwit bestaat. Om het aminozuur te identificeren dat wordt gecodeerd door de mRNA-sequentie, zoekt u de mRNA-tripletcode (codon), het grijze vak rechts ervan vertegenwoordigt het overeenkomstige aminozuur. CCC geeft bijvoorbeeld het aminozuur Proline (Pro) aan.

Er zijn veel meer mogelijkheden van aminozuren die worden geleverd door een triplet-code, dan het aantal aminozuren (20) dat we in de natuur zien. Daarom wordt er gezegd dat de code is overtollig, wat betekent dat aminozuren door meer dan één tripletcode kunnen worden gecodeerd. Zo coderen de tripletcodes van CCU en CCC van mRNA voor hetzelfde aminozuur: proline. In feite worden alle aminozuren gecodeerd door meer dan één tripletcode, behalve methionine en tryptofaan. Nader onderzoek wees uit dat een specifieke tripletcode altijd voor hetzelfde aminozuur codeerde. Met andere woorden, de code is eenduidig. De tripletcode van AUG in mRNA codeert bijvoorbeeld altijd voor methionine. Verbazingwekkend genoeg werkt de code precies hetzelfde voor alle levende organismen, van bacteriën tot planten en dieren! Hoewel er maar heel weinig uitzonderingen zijn, suggereert de consistentie van de code over zeer variabele organismen dat we allemaal afstammen van een enkele gemeenschappelijke voorouder. De code is universeel. Ten slotte is de code: conservatief. Als de eerste twee basenparen van het mRNA hetzelfde zijn, maar de derde is anders, is er een grote kans (maar geen absolute zekerheid) dat het voor hetzelfde aminozuur zal coderen.

De groep van de drie basen die een bepaald aminozuur vormen, wordt a . genoemd codon. En volgens de triplethypothese van Gamow bestaat elk codon uit drie nucleotiden. En elk gen wordt gedefinieerd door een startcodon en een stopcodon. Het startcodon is geïdentificeerd en het is hetzelfde startcodon voor elk afzonderlijk gen van elk afzonderlijk organisme op aarde. Daarentegen zijn er drie stopcodons.

Figuur 4. Het voorspellen van polypeptideketens uit DNA. In dit voorbeeld is de matrijsstreng van DNA (de streng die in RNA wordt getranscribeerd): 3' - TAC GTC TAG TCC ATC - 5'. Dit wordt getranscribeerd in de mRNA-streng: 5' - AUG CAG AUC AGG UAG-3'. Als we de aminozuurkaart (Fig. 4) raadplegen, kunnen we de volgorde van aminozuren voor dit eiwit voorspellen: methionine (START CODON)-glutaminezuur-isoleucine-arginine-STOP.

Eiwitten uit DNA voorspellen

Nadat de code is ontcijferd, kan elke DNA-sequentie worden afgelezen om de volgorde van aminozuren of een polypeptideketen te bepalen (Fig. 4). In eukaryoten is DNA samengesteld uit vele chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit meerdere genen (samen met andere niet-transcriberende regio's). Elk gen synthetiseert een mRNA, dat vervolgens wordt getranscribeerd in een eiwit. Voor het DNA-segment waaruit een gen bestaat, synthetiseert slechts één streng het mRNA, bekend als de sjabloon staan. De andere streng van DNA die geen mRNA synthetiseert, wordt de genoemd niet-sjabloon streng, of meer algemeen de coderende streng. Het begin van een gen wordt gedefinieerd door de drie basen van de matrijsstreng, TAC, die wordt getranscribeerd in de start codon, AUG. Voor zover we weten, hebben alle levende organismen hetzelfde startcodon voor elk aangemaakt eiwit. De volgende drie deoxyribonucleïnezuren worden getranscribeerd in het volgende codon. In Fig. 4 worden de deoxyribonucleïnezuren (GTC) getranscribeerd in het mRNA-codon (CAG), dat uiteindelijk wordt vertaald in het aminozuur glutaminezuur. Herhaal deze reeks totdat u een van de drie STOP-codons bereikt die, zoals u hieronder zult zien, niet codeert voor een aminozuur. Het codeert eerder voor een terminatiefactor die het translatieproces beëindigt, wat resulteert in een eiwit.

Figuur 5. Punt mutaties. Puntmutaties zijn een verandering in een enkele deoxyribonucleotide, die optreedt tijdens een mismatch tijdens DNA-replicatie. Puntmutaties kunnen het uiteindelijke eiwit beïnvloeden door een aminozuur in de polypeptideketen te veranderen.

Mutaties zijn permanente veranderingen in het DNA van een organisme, een wijziging in het informatiearchief van de cel. Mutaties zijn belangrijk in de evolutie, omdat ze het enige bekende mechanisme zijn dat daadwerkelijk nieuwe allelen creëert. Nieuwe allelen kunnen verschillende eiwitten en bijgevolg verschillende cellulaire functionaliteit creëren, en dienen als de oorsprong van biodiversiteit. Mutaties kunnen ofwel de fitness, het vermogen van een organisme om te overleven en zich voort te planten, of niet. Mutaties die de conditie verhogen, worden genoemd voordelig, terwijl van degenen die de conditie verminderen, wordt gezegd dat schadelijk. Mutaties die geen invloed hebben op de fitheid van een organisme zouden stil mutaties. De meeste mutaties zijn neutraal of enigszins schadelijk. Mutaties kunnen in twee categorieën worden ingedeeld. Puntmutaties zijn wanneer een enkele nucleotide verandert en mutaties op chromosoomniveau optreden met de toevoeging, verwijdering of wijziging van chromosoom.

Figuur 6. Genotypes bepalen fenotypes. Een verandering in een enkel deoxyribonucleotide kan de volgorde van aminozuren veranderen, wat een effect kan hebben op het fenotype van het organisme.

Puntmutaties treden op wanneer het proefleesmechanisme van DNA (DNA-polymerase) er niet in slaagt een niet-overeenkomend basenpaar te corrigeren voordat de DNA-replicatie is voltooid, het proces waarbij DNA zichzelf kopieert. Dit resulteert in een enkele baseverandering in een van de nieuw gesynthetiseerde DNA-strengen (Fig. 5). Er zijn twee resulterende gevolgen van puntmutaties. Puntmutaties die resulteren in een verandering in de aminozuursequentie staan ​​bekend als: vervangende mutaties of missense mutaties (Afb. 6). Een verandering in het aminozuur kan (en verandert vaak) de functionaliteit van het eiwit waarvoor het codeert, wat de fitness van het organisme kan veranderen: positief, negatief of helemaal niet. Terwijl, stille mutaties zijn puntveranderingen die de aminozuursequentie niet veranderen, omdat het DNA een mRNA transcribeert dat codeert voor hetzelfde aminozuur als de originele DNA-streng. Als er bijvoorbeeld een verandering was in de matrijsstreng van DNA van TAA (getranscribeerd naar het codon AUU) naar TAT (getranscribeerd als AUA), zou het resulterende aminozuur na translatie isoleucine zijn voor beide. Stil zijn komt het meest voor wanneer het derde nucleotide in een codon wordt gewijzigd, wat de nadruk legt op de conservatief eigenschap van de code.

Bij een soort muis (Fig. 6) trad in het verleden een puntmutatie op bij een enkel basenpaar, waardoor het eindproduct van het eiwit veranderde, wat resulteerde in een ander fenotype van vachtkleur, een missense mutatie. Waar de donkere muis op een bepaalde plaats een arginine-aminozuur in zijn eiwit heeft, heeft de witte muis een cysteïne. Deze enkele verandering in een DNA-molecuul is voldoende om een ​​verandering in het fenotype van de muis te veroorzaken, en heeft ertoe geleid dat leden van dezelfde soort in verschillende omgevingen leven, een eerste stap om verschillende soorten te worden.

Figuur 7. Mutaties op chromosoomniveau.

Mutaties op chromosoomniveau zijn grote veranderingen in het DNA van eukaryoten, met de toevoeging, verwijdering of verplaatsing van segmenten van chromosomen of zelfs hele chromosomen. Bijna al deze mutaties treden op als een fout tijdens de nucleaire deling (hetzij tijdens meiose of mitose) en bijna allemaal hebben ze een negatieve invloed op de fitheid van een organisme. Inversie is een wijziging van de structuur van een enkel chromosoom, wanneer een segment van het chromosoom wordt losgemaakt, omgekeerd en opnieuw vastgemaakt aan dezelfde chromosomen. Alle genen in de omgekeerde sectie dienen niet langer als een sjabloon voor de oorspronkelijke eiwitten waarvoor ze zijn getranscribeerd. Dit komt doordat de sequentie van nucleotiden volledig omgekeerd is van het originele DNA en transcriptie slechts in één richting plaatsvindt. translocatie treedt op wanneer een segment van het ene chromosoom wordt verwijderd en opnieuw wordt vastgemaakt aan een ander chromosoom. Potentieel kunnen de getransloceerde genen adequaat transcriberen zolang er geen inversie heeft plaatsgevonden.

Tijdens de celcyclus repliceren de chromosomen en worden ze tijdens de mitose in verschillende kernen gescheiden. Na mitose worden de duplicaatkernen gescheiden in twee cellen. Soms gebeuren er tijdens dit proces fouten. Af en toe scheiden de gedupliceerde chromosomen nooit, waardoor een duplicaat van chromosomen in de cel achterblijft. Dit staat bekend als polyploïdie, en is zeer zeldzaam bij dieren. Het komt echter relatief vaak voor in planten en kan de oorsprong vormen van een nieuwe soort, aangezien polyploïde planten reproductief worden geïsoleerd van diploïde planten. Meestal wordt tijdens meiose elke set gerepliceerde chromosomen in tweeën gesplitst, waardoor uiteindelijk gameten worden geproduceerd. Af en toe scheidt een van de gerepliceerde chromosomen niet goed tijdens meiose. Eenmaal bevrucht, heeft de zygote (en het uiteindelijke organisme) een extra chromosoom in zijn cellen. Bij mensen wordt het syndroom van Down veroorzaakt door de aanwezigheid van een extra kopie van chromosoom 21. Twee chromosoom 21's kwamen van de ene ouder, terwijl de ene van de andere kwam. De meeste mensen hebben twee exemplaren van elk chromosoom, één van hun moeder en één van hun vader, ook wel bekend als: homologe chromosomen. Homologe chromosomen zijn vergelijkbaar qua grootte en hebben dezelfde sequentie van genen, maar kunnen verschillen in de allelen die ze dragen. Mensen hebben 23 paar homologe chromosomen, 23 van de moeder en 23 van de vader, dus in totaal 46 chromosomen.

Transcriptie

Figuur 8. Transcriptie creëert een transcript, of mRNA, volgens complementaire basenparing van de matrijsstreng van DNA.

Bij transcriptie synthetiseert een DNA-segment (bekend als een gen) mRNA. RNA zijn polymeren die zijn samengesteld uit een keten van ribonucleotiden. Ribonucleotiden bevatten de suiker ribose terwijl deoxyribonucleotiden (van DNA) de suiker bevatten deoxyribose. Terwijl DNA dubbelstrengs is en RNA enkelstrengs, bevat RNA de stikstofbase uracil (U) waar DNA zou hebben van thymine (T). Voor een specifiek gen slechts één van de DNA-strengen, de sjabloon streng, synthetiseert actief een streng mRNA, bekend als a vertaling. De andere streng van DNA, de coderende streng, is niet betrokken bij transcriptie. De coderende DNA-streng lijkt echter meer op het mRNA, aangezien zowel de coderende streng als het transcript complementair zijn aan de matrijsstreng. Het past er echter niet precies bij. De ribonucleotiden van het transcript hebben de suikerribose en waar de coderende streng de stikstofbase, thymine, zou hebben, heeft het transcript uracil.

Tijdens transcriptie binden ribonucleotiden zich aan de matrijsstreng op basis van complementaire basenparing via waterstofbruggen. De ribonucleotiden binden dan samen met een fosfodiesterbinding, net zoals DNA is gebonden.

Initiatie van transcriptie

Bij prokaryoten wordt transcriptie geïnitieerd door de aanhechting van een eiwit dat bekend staat als een sigma. Het sigma hecht zich op een zeer specifieke locatie aan één streng van het DNA (de sjabloonstreng). In bacteriën bestaan ​​verschillende sigma's en elk initieert de transcriptie van een specifieke sequentie van DNA (of gen). Zodra dit sigma-eiwit zich aan het DNA-molecuul hecht, dient het om het RNA-polymerase langs de matrijsstreng te geleiden. Het sigma-eiwit herkent en bindt aan wat wordt beschouwd als de promotorsequentie. De promotorsequentie is een specifieke groep basenparen. Zodra de sigma aan het DNA bindt, begint de transcriptie. Er zijn verschillende sigma's. Elk is uniek en initieert de synthese van een specifiek gen, of in sommige gevallen meerdere verschillende genen. Hoewel er verschillende sigma's zijn, elk voor verschillende gencomplexen, is RNA-polymerase hetzelfde molecuul dat verbinding maakt met alle verschillende sigma's. RNA-polymerase voegt ribonucleotiden toe aan de matrijsstreng op basis van complementaire basenparen, waardoor een mRNA wordt gegenereerd.

Figuur 9. Transcriptiestappen in prokaryoten.

Het sigma-eiwit opent eerst de dubbele helix van DNA bij het promotorgedeelte van de DNA-streng. Vervolgens wordt de matrijsstreng van het DNA door het RNA-polymerase geregen. Binnenkomende RNA-nucleotiden komen door een kanaal in het sigma-eiwit en paren met de complementaire basen van de DNA-sjabloonstreng. Op dit punt is het RNA-polymerase functioneel en begint het te werken. En zodra dat gebeurt, wordt de sigma losgekoppeld van de DNA-keten. Dit definieert het begin van de verlengingsfase van transcriptie.

Zodra het juiste sigma is bevestigd, hecht RNA-polymerase zich aan het sigma-eiwit. Na succesvolle hechting leidt de sigma het DNA op zijn plaats in de RNA-polymerase. Terwijl het DNA door het RNA-polymerase wordt geregen, worden waterstofbruggen door een ritssluiting tussen het DNA-molecuul gesplitst. Zodra DNA in RNA-polymerase is ingebracht, gaan ribonucleotiden een ingangsportaal binnen in de RNA-polymerase en komen overeen met de D-nucleotiden op basis van complementaire basenparing. Net als bij DNA-basenparing, paren cytosine-bevattende deoxyribonucleotiden (D-cytosine) met guanine-bevattende ribonucleotiden (R-guanine), D-guanine-paren met R-cytosine en D-thymine-paren met R-adenine. Anders dan bij DNA-basenparing, paren D-adenine met R-uracil. Via een ander portaal in het RNA-polymerase komt het zich ontwikkelende mRNA tevoorschijn. Zodra een paar ribonucleotiden zijn gesynthetiseerd door RNA-polymerase, wordt het sigma-eiwit verwijderd. Zodra het sigma is verwijderd, kan het opnieuw worden gebruikt om de transcriptie te starten.

Verlenging van transcriptie

Verlenging in transcriptie is vrij eenvoudig. De RNA-polymerase ritst langs het open DNA-molecuul en matcht complementaire ribonucleotide-basenparen van de matrijsstreng van het open DNA (A-U, T-A, C-G en G-C). Nadat het sigma is verwijderd, gaat RNA-polymerase door met het uitpakken van de matrijs en coderende strengen van het DNA, en worden ribonucleotiden gebonden via fosfodiesterbindingen op basis van complementaire paring die wordt bepaald door de matrijsstreng van DNA. Het binnenkomende DNA komt binnen in een inlaatportaal en de strengen worden gescheiden door een interne ritssluiting. Als het DNA de ritssluiting passeert, worden de waterstofbruggen weer vastgemaakt tussen de coderende streng en de matrijsstreng en vertrekt de dubbele DNA-helix door een uitgangsportaal. Ribonucleotiden komen binnen via een ander inlaatportaal en worden gecombineerd via complementaire basenparing met de matrijsstreng van DNA. De ribonucleotiden zijn aan elkaar gebonden via fosfodiesterbindingen, waardoor een opkomende . Ribonucleotiden worden continu toegevoegd aan het 3'-uiteinde van de zich ontwikkelende RNA-streng. Het 5'-uiteinde van de RNA-streng verlaat een ander uitgangsportaal van de RNA-polymerase.

Beëindiging van transcriptie

In bacteriën, zodra RNA-polymerase een specifieke sequentie van ribonucleotiden van de DNA-matrijsstreng transcribeert, eindigt de transcriptie (of eindigt). Wanneer deze sequentie wordt gesynthetiseerd, buigt een deel van het RNA op zichzelf terug en vormt een korte dubbele helix op basis van complementaire basenparing. Dit vormt een RNA-haarspeld. Deze haarspeld dwingt het RNA om zich te scheiden van het DNA en het RNA Polymerase laat los en het geopende DNA hecht zich weer op basis van complementaire basenparen

Figuur 10. Trappen van transcriptie in eukaryoten en RNA-splitsing.

Transcriptie in eukaryoten

In wezen is transcriptie in eukaryoten vergelijkbaar met transcriptie in prokaryoten, op enkele uitzonderingen na. In bacteriën kan RNA-polymerase elk RNA-molecuul synthetiseren. In eukaryoten zijn er drie verschillende RNA-polymerasen (I, II en III). RNA Polymerase I is primair verantwoordelijk voor de synthese van ribosomaal RNA (rRNA), het molecuul waaruit ribosomen zijn opgebouwd. De meeste eukaryote RNA-polymerase zijn RNA-polymerase II. RNA-polymerase II is verantwoordelijk voor het synthetiseren van mRNA, waardoor het de enige RNA-polymerase is die eiwitcoderende genen kan transcriberen. RNA Polymerase III is verantwoordelijk voor het synthetiseren van transfer-RNA (tRNA). Tijdens translatie lezen tRNA's de berichten van het mRNA en koppelen ze een specifieke aminozuursequentie die eiwitten genereert.

Waar bacteriële transcriptie wordt geïnitieerd door een sigma-eiwit, vereisen RNA-polymerasen in eukaryoten een groep eiwitten die bekend staat als basale transcriptiefactoren. Net als sigma in prokaryoten, zodra de basale transcriptiefactoren zich aan het DNA hechten, hecht het respectieve RNA-polymerase zich en begint de transcriptie. Het verlengingsproces is vrijwel identiek bij prokaryoten en eukaryoten. De beëindiging van transcriptie verschilt echter tussen prokaryoten en eukaryoten. Bij eukaryoten signaleert een korte sequentie in het DNA de aanhechting van een enzym stroomafwaarts van actieve transcriptie. Dit enzym snijdt het opkomende RNA, waardoor het RNA-polymerase overblijft.

In eukaryoten bestaat pre-RNA uit mRNA-gebieden die coderen voor aminozuren (bekend als exons) en mRNA-gebieden die niet voor aminozuren coderen. Voordat het mRNA functioneel kan zijn, moeten de introns worden verwijderd in een proces dat bekend staat als RNA-splitsing of post-transcriptionele modificatie.

Post-transcriptionele modificatie van mRNA in eukaryoten

In bacteriën is transcriptie van DNA naar mRNA een directe route. Echter, in eukaryoten, wanneer mRNA eenmaal is gesynthetiseerd door RNA Polymerase II, ondergaat het mRNA verdere modificatie (Fig. 11). Het product dat volgt op transcriptie staat bekend als een primair transcript (of pre-mRNA). Voordat mRNA buiten de kern reist, wordt het mRNA ingekort door specifieke secties van mRNA uit te snijden en de resterende secties weer aan elkaar te bevestigen. Dit proces staat bekend als RNA-splitsing en het resulterende, gemodificeerde mRNA staat bekend als rijp mRNA. Segmenten van het mRNA die weer aan elkaar worden gesplitst, staan ​​bekend als exons (omdat ze de kern verlaten), terwijl de segmenten van mRNA die uit het pre-mRNA worden verwijderd, introns worden genoemd. De exons (die samen het rijpe mRNA vormen) verlaten de kern via een nucleaire porie en reizen naar een ribosoom in het cytosol en beginnen met het translatieproces.

RNA-splitsing wordt verwerkt door hybride eiwit-RNA-complexen die bekend staan ​​als kleine nucleaire ribonucleoproteïnen (of snRNP's). RNA-splitsing begint wanneer een primaire snRNP bindt aan een guanine R-nucleotide (G) naast een uracil R-nucleotide (U) aan het 5'-uiteinde van het pre-mRNA. Dit markeert de exon-intron grens. Een andere secundaire snRNP leest van 5' naar 3' langs het mRNA en wanneer het in contact komt met een adenine (A), en het hecht zich op dat punt. Dit punt vertegenwoordigt de intron-exon grens. Zodra de primaire en secundaire snRNP's zijn bevestigd, hechten andere snRNPS zich daaraan, in een complex dat bekend staat als een spliceosoom. Gezamenlijk verbreekt het spliceosoom de G-U-binding van de primaire snRNP en de binding tussen de adenine (A) van de secundaire snRNP en het aangrenzende R-nucleotide. Omdat U en A complementaire basen zijn, plaatsen de spliceosomen ze in nauw contact met elkaar, waardoor een intronlus wordt gegenereerd. Nucleotiden van de intronlus worden gedemonteerd tot hun monomeren, ribonucleotiden, en worden gerecycled voor toekomstige transcriptionele gebeurtenissen. Exons worden weer aan elkaar gesplitst waardoor een rijp mRNA ontstaat.

Vertaling in prokaryoten

Figuur 11. Contrast van transcriptie en translatie in prokaryoten en eukaryoten.

Transcriptie is het proces van het maken van mRNA uit DNA-translatie is het proces van het omzetten van de genetische informatie van mRNA in eiwitten. Aangezien prokaryotisch DNA niet wordt begrensd door een kern, vindt translatie in prokaryoten (d.w.z. bacteriën) plaats voordat de transcriptie is voltooid. Vertaling en transcriptie gebeuren gelijktijdig. Ribosomen grenzen aan het transcriberen van DNA, waardoor de ribosomen met translatie beginnen voordat de transcriptie wordt beëindigd. Dit zorgt ervoor dat de translatie van eiwitten efficiënter is in prokaryoten dan in eukaryoten.

Vertaling in eukaryoten

Bij eukaryoten vindt transcriptie en modificatie van mRNA uitsluitend in de kern plaats. Na mRNA-verwerking reist het rijpe mRNA de kern uit via een nucleaire porie. In de cytosol, het lichaam van de cel buiten de kern, hecht het rijpe mRNA zich aan een ribosoom en gaat door translatie, waarbij uiteindelijk een eiwit wordt geproduceerd. De meeste ribosomen zitten vast aan het ruwe endoplasmatisch reticulum. Er zijn echter ook verschillende ribosomen in het cytosol zelf.

Deze scheiding van transcriptie en translatie zorgt voor een grotere controle over genregulatie, met name door de verwijdering van introns uit het pre-mRNA. Er wordt verondersteld dat het verwijderen van introns een verdediging is tegen het tot expressie brengen van oude retrovirale genen, een belangrijk onderzoeksgebied in HIV-onderzoek. Er wordt ook verondersteld dat eukaryoot DNA minder vatbaar is voor mutaties dan prokaryoten, vanwege de fysieke barrière van de nucleaire envelop tussen het DNA en het cytosol.

Naast mRNA is een ander belangrijk RNA-molecuul het transfer-RNA, bekend als tRNA, tRNA is het molecuul dat de genetische code overbrugt met het specifieke eiwit. Elk transfermolecuul is gekoppeld aan een specifiek aminozuur. En elk aminozuur heeft drie basenparen aan het andere uiteinde ervan. Bij het ribosoom komen de drie basenparen van het tRNA samen met het complement van de drie basenparen van het mRNA. Dus de drie complementaire basenparen van het transfer-RNA staan ​​bekend als een anticodon, terwijl de tripletcode van het boodschapper-RNA bekend staat als een codon. Elk anticodon van tRNA is gekoppeld aan een specifiek aminozuur en wordt gecombineerd met het complementaire codon van mRNA op het ribosoom. En dan worden de aminozuren aan elkaar gekoppeld door peptidebindingen tot een groeiende peptideketen.

Figuur 12. Stappen van vertaling.

Het ribosomale complex is gemaakt van een ander RNA (ribosomaal RNA) en eiwitten. Deze vormen twee structuren. De kleine subeenheid houdt het mRNA op zijn plaats tijdens translatie, terwijl de grote subeenheid is waar de peptidebindingen zich vormen. En de grote subeenheid heeft drie verschillende kamers: A, P en E. Over het algemeen is de functie van het ribosoom het synthetiseren van eiwitten. Eerst komt het aminozuur dat is verbonden met een tRNA het ribosoom binnen op de A-plaats. Als een ander tRNA-molecuul op de A-plaats komt, beweegt het andere tRNA-molecuul over drie basenparen en wordt er een peptidebinding gevormd tussen de twee aminozuren. Als een ander tRNA-molecuul in het ribosomale complex komt, bewegen de andere twee tRNA's 3 basen en verlaat het oudste tRNA het ribosoom op de E-plaats. Denk aan APE.

Initiatie van vertaling

Laten we de procesvertaling eens nader bekijken (Fig. 12). Het mRNA heeft een speciaal gedeelte ervan vlak voor het startcodon dat het ribosoom herkent, bekend als de ribosoombindingsplaats. Translatie begint met het startcodon op het mRNA. Verbonden met het tRNA van het startcodon is een aminozuur, f-Met genaamd. Zodra het f-Met-tRNA bindt aan de kleine subeenheid van het ribosoom, bindt de grote subeenheid van het ribosoom zich aan de kleine eenheid en is de translatie klaar om te beginnen.

De vertaling begint wanneer een mRNA verbinding maakt met de kleine subeenheid van een ribosoom. Ribosomen zijn opgebouwd uit eiwitten en een ander type RNA, ribosomaal RNA (of rRNA). De initiatie van translatie begint wanneer rRNA bindt aan een specifieke sequentie van het mRNA, bekend als de ribosoom bindingsplaats. Deze verbinding is gebaseerd op complementaire basenparen van aangrenzende ribonucleotiden van rRNA en en mRNA, die op hun plaats wordt geleid door speciale eiwitten die bekend staan ​​als initiatie factoren. Een van de initiatiefactoren dient ook als een dockingstation voor het eerste tRNA dat verbinding maakt met de start codon van mRNA, dat AUG is voor de synthese van alle eiwitten. tRNA's hebben een complementaire tripletcode die is verbonden met het codon van het mRNA, bekend als an anticodon (Afb. 12). Het anticodon van het initiële tRNA is UAC. Gehecht aan het initiële tRNA is het aminozuur, methionine (met). Zodra dit tRNA aan de kleine subeenheid is gehecht, hecht de grote subeenheid van het ribosoom zich eraan en begint de verlenging van de translatie.

Verlenging van vertaling

Het volgende tRNA komt de A-plaats binnen vanwege complementaire basenparing van het codon van het mRNA en het anticodon van het tRNA. Zodra de codon-anticodon-koppeling succesvol is, wordt het nieuwe tRNA in de A-plaats zodanig gepositioneerd dat het aminozuur dat het draagt ​​grenst aan het aminozuur dat al aanwezig is in de P-plaats. Deze nabijheid stimuleert een peptidebinding vormen tussen de twee aangrenzende aminozuren, het begin van een polypeptideketen.

hecht aan zijn complementaire codon in de A-plaats van de grote subeenheid van het ribosoom.

Ten tweede vormt zich een peptidebinding op de P-plaats. Vervolgens gaat het hele ribosoomcomplex drie basenparen omlaag. Het tRNA op de A-plaats gaat naar de P-plaats en het tRNA van de P-plaats gaat naar de E-plaats, en het tRNA op de E-plaats verlaat het ribosomale complex. Dit proces staat bekend als translocatie.

Beëindiging van de vertaling

Translatie wordt beëindigd door een van de drie stopcodons. Zodra het ribosoom een ​​van deze stopcodons tegenkomt, zorgt het ervoor dat een specifiek eiwit, bekend als een afgiftefactor, het ribosoom binnengaat en veroorzaakt het de afgifte van de afgifte van de polypeptideketen. Ook op dit moment scheidt het grote ribosoom zich van de kleine subeenheid.


Achtergrond

Temperaturen lager dan 50°C komen veel voor in verschillende habitats van de aarde en de meeste organismen zijn mesofielen met een optimale groeitemperatuur (OGT) van 24-40°C. Leven bij temperaturen hoger dan 55-60°C wordt geassocieerd met omgevingen met een lage pH, een hoog zoutgehalte of hoge druk, waaronder leden van Archaea en Bacteria. Bewijs van eukaryoot leven boven 60°C is schaars [1]. Prokaryotengegevens groepeerden gematigde thermofielen met OGT in het bereik van 50°C tot 70°C en hyperthermofielen met OGT boven 80°C. De hyperthermofiele leden van Archaea en Bacteria, die kunnen groeien bij 80°C-105°C, kunnen zich niet voortplanten bij temperaturen lager dan hun OGT [2].

Er zijn niet veel aanwijzingen over hoe het leven kan gedijen in extreme omgevingen. Over het algemeen lijkt de biochemie van hyperthermofiele eiwitten sterk op die van mesofielen. Wanneer eiwitsequenties en driedimensionale structuren worden vergeleken, zijn er geen significante verschillen tussen moleculen: de sequenties van homologe eiwitten van hyperthermofielen en mesofielen zijn 40 tot 80% vergelijkbaar, hun driedimensionale structuren zijn superponeerbaar en ze hebben dezelfde katalytische mechanismen [3 ]. Niettemin vertonen de meeste enzymen van hyperthermofielen een optimale katalytische activiteit boven 100°C. Stabiliteit bij hoge temperaturen lijkt het resultaat te zijn van zeer subtiele synergetische en coöperatieve intra- en intermoleculaire interacties, of van extrinsieke beschermers [4,5]. Enkele bevindingen die relevant zijn voor het verklaren van de thermostabiliteit van eiwitten waren: i) toename van het aantal waterstofbruggen en uitbreiding in de netwerken van ionenparen tussen subeenheden [6,7] ii) toename van het aantal geladen aminozuren [8,9] iii ) verminderde lengte van oppervlakkige lussen en een toename van eiwitcompactheid [10,11]. Aan de andere kant vereist de volledig functionele en stabiele gevouwen toestand van hyperthermofielen mogelijk het bereiken van specifieke chaperonnes [3], zoals de chaperonine-systemen, die zijn opgenomen in de moleculaire chaperonne-familie [12] van eiwitten.

In het huidige werk werden de proteoomgegevens van hyperthermofielen (HT), gematigde thermofielen (T) en mesofielen (M) vergeleken, op zoek naar kenmerken die verband kunnen houden met thermische aanpassing, waardoor het mogelijk wordt om organismen en eiwitten bij hoge en lage temperaturen te onderscheiden. Tot dusver werden twee parameters gebruikt: a) aminozuursamenstelling en aminozuurkoppels in elk proteoom, b) codongebruik in het hele genoom. De studie werd aangevuld met dezelfde parameters in analyses van twee soorten eiwitten: chaperonines en DNA-ligasen. Deze eiwitten werden gekozen voor analyse gezien hun thermische stabiliteit en hun aanwezigheid in alle organismen. Chaperonins are potentially thermostable in all OGT groups and amongst Hsps they are unique in being present in all three domains of life [13]. On the other hand, DNA ligases are not necessarily thermostable in M but they are in HT and T. The results showed that high (E+K)/(Q+H) values were a characteristic of hyperthermophilic organisms and could be related to protein thermostability. Moreover, AGR codon bias for arginine was a signature for thermophiles and hyperthermophiles.


Relationship of bases in a gene to amino acids - Biology

This page looks at how the base sequences in DNA and RNA are used to code for particular amino acids when it comes to building protein chains. It is designed for 16 - 18 year old chemistry studenten.

Opmerking: If you have come straight to this page from a search engine, you should be aware that this is the fourth page in a sequence of pages about DNA and RNA. Unless you just want a quick reference to get the coding for a particular amino acid, it would pay you to start from the beginning with the structure of DNA.

You can think of the sequences of bases in the coding strand of DNA or in messenger RNA as coded instructions for building protein chains out of amino acids. There are 20 amino acids used in making proteins, but only four different bases to be used to code for them.

Obviously one base can't code for one amino acid. That would leave 16 amino acids with no codes.

If you took two bases to code for each amino acid, that would still only give you 16 possible codes (TT, TC, TA, TG, CT, CC, CA and so on) - still not enough.

However, if you took three bases per amino acid, that gives you 64 codes (TTT, TTC, TTA, TTG, TCT, TCC and so on). That's enough to code for everything with lots to spare. You will find a full table of these below.

A three base sequence in DNA or RNA is known as a codon.

The codes in the coding strand of DNA and in messenger RNA aren't, of course, identical, because in RNA the base uracil (U) is used instead of thymine (T).

The table shows how the various combinations of three bases in the coding strand of DNA are used to code for individual amino acids - shown by their three letter abbreviation.

The table is arranged in such a way that it is easy to find any particular combination you want. It is fairly obvious how it works and, in any case, it doesn't take very long just to scan through the table to find what you want.

The colours are to stress the fact that most of the amino acids have more than one code. Look, for example, at leucine in the first column. There are six different codons all of which will eventually produce a leucine (Leu) in the protein chain. There are also six for serine (Ser).

In fact there are only two amino acids which have only one sequence of bases to code for them - methionine (Met) and tryptophan (Trp).

You have probably noticed that three codons don't have an amino acid written beside them, but say "stop" instead. For obvious reasons these are known as stop codons. We'll leave talking about those until we have looked at the way the code works in messenger RNA.

The code in messenger RNA

You will remember that when DNA is transcribed into messenger RNA, the sequence of bases remains exactly the same, except that each thymine (T) is replaced by uracil (U). That gives you the table:

In many ways, this is the more useful table. Messenger RNA is directly involved in the production of the protein chains (see the next page in this sequence). The DNA coding chain is one stage removed from this because it must first be transcribed into a messenger RNA chain.

Start and stop codons

The stop codons in the RNA table (UAA, UAG and UGA) serve as a signal that the end of the chain has been reached during protein synthesis - and we will come back to that on the next page.

Er is ook een start codon - but you won't find it called that in the table!

The codon that marks the start of a protein chain is AUG. If you check the table, that's the amino acid, methionine (Met). That ought to mean that every protein chain must start with methionine. That's not quite true because in some cases the methionine can get chopped off the chain after synthesis is complete.

Questions to test your understanding

If this is the first set of questions you have done, please read the introductory page before you start. You will need to use the BACK BUTTON on your browser to come back here afterwards.


What is the relationship between the nucleotides, nucleic acids, and DNA?

Nucleotides are basically the monomer or building block of DNA. So you can call DNA a large polymer of nucleotides.
Each nucleotide is made of a Phosphate group (PO4), a sugar called Deoxyribose (which is why DNA is called Deoxyribonucleic Acid) and any one of the four Nitrogen bases Adenine (A), (Guanine), Thymine(T) and Cytosine (C).

For example, any one of the Nitrogen bases, say Adenine (A), a molecule of Deoxyribose sugar and a Phosphate will make a nucleotide and many more nucleotides will make a DNA.

Now, how these nucleotides attach to build a DNA? The sugar molecule of one nucleotide will attach to the phosphate group of another nucleotide by covalent bond. This is how they form long strands of DNA. Rest we know two strands fold and form the double helix configuration that looks like a staircase.

Here are some pictures for better understanding :
Check out the phosphate-sugar bond in the edges and two Nitrogen bases from each nucleotide in the middle, making it look like stairs.


How Sequence of DNA Bases Determine Amino Acids??

Tell us what you know, and what you don't understand.


This was posted from The Student Room's iPhone/iPad App

(Originele post door xT4Z1N4TRx)
Hi, can anyone help me on this 4 mark question??

Explain how the sequence of bases in DNA determines the order of amino acids in a polypeptide chain. (4)

(Originele post door ash92:))
What are your thoughts so far?

Tell us what you know, and what you don't understand.


This was posted from The Student Room's iPhone/iPad App

Well all I know is, is that a gene is a section of DNA that codes to make a protein, thats it

3 DNA nucleotides make up a triplet (The Codon) which is part of the MRNA which binds to the ribosome in which the TRNA brings the amino acids in the correct order, the anti codon of the TRNA is complementary to the Codon of the MRNA and thus protein synthesis occurs, ATT may code for a protein GUA may code for another protein. These two proteins join together via peptide bonds and this process carries on until a codon (triplet base) with the instructions STOP come e.g. AUC might be the stop, thus ending the polypeptide chain.

The triplet base pairs i used were all made up btw just to explain, hope it helps.

The MRNA single strand is complementary to the dna strand of which it binds to, thus the MRNA strand is a copy of the DNA coding strand

(Originele post door xT4Z1N4TRx)
Well all I know is, is that a gene is a section of DNA that codes to make a protein, thats it


but how does the sequence actually determine it??

What materials has your teacher given you so far? If you have a textbook, look up DNA transcription and DNA translation, or look up protein synthesis in general.

If you have not been given any material (sheets or a textbook) then you should take this up with your teacher. I am happy to iron out any problems or explain parts of the process, but ultimately you should learn either from your teacher, or by their instructions.

If you have been told to research this or find out, then I'd recommend simply googling protein synthesis and/or DNA transcription and translation. The BBC bitesize section (http://www.bbc.co.uk/bitesize/higher. na/revision/1/) is a pretty good summary, but I'm not sure if this is too detailed or too vague for your course.

(Originele post door xT4Z1N4TRx)
Well all I know is, is that a gene is a section of DNA that codes to make a protein, thats it


but how does the sequence actually determine it??

OK. Well when a protein is made using DNA as a manual, each amino acid of the protein is made according to the codon (triplet of either A, T, C, or G bases).

The order of amino acids is thus dependant on the order of DNA bases, as the ribosome which caused the amino acids to be recruited did so depending on which triplet was next. It does this continuously from one end to the other (in a segment of genetic material that encodes a protein), so DNA sequence is the only thing determining the amino acid sequence order.

Hope this helped

EDIT: the above is a simplification. In reality, DNA is copied to mRNA - which is what actually travels from the nucleus to the ribosomes.
mRNA may undergo small alterations, but is based on the DNA.

(Originele post door CosmicVengeance)
3 DNA nucleotides make up a triplet (The Codon) which is part of the MRNA which binds to the ribosome in which the TRNA brings the amino acids in the correct order, the anti codon of the TRNA is complementary to the Codon of the MRNA and thus protein synthesis occurs, ATT may code for a protein GUA may code for another protein. These two proteins join together via peptide bonds and this process carries on until a codon (triplet base) with the instructions STOP come e.g. AUC might be the stop, thus ending the polypeptide chain.

The triplet base pairs i used were all made up btw just to explain, hope it helps.

The MRNA single strand is complementary to the dna strand of which it binds to, thus the MRNA strand is a copy of the DNA coding strand

This both muddled and wrong. Firstly you are mixing up DNA and RNA - thymine (your "T") is only present in DNA Uracil (U) replaces the T in RNA. Secondly the triplets don't code for proteins - they code for amino acids - which are then linked together to form proteins.

Basically, each amino acid is coded by a triplet of bases together - for example TTT (to take a nice simple example) codes for the amino acid phenylalanine GTC valine.

So the sequence AGTGCCCTGAGGAATTAG codes for the pentapeptide Serine-Alanine-Leucine-Argenine-Asparagine

Now if you are observant you might notice that there are not 15 bases present but 18. The last one TAG means "STOP" ie stop reading the sequence. "START" is interesting. The triplet ATG plays a dual-role: it means "START" but also it codes for methionine.


Genetic Code and Amino Acid Translation

Table 1 shows the genetic code of the messenger ribonucleic acid (mRNA), i.e. it shows all 64 possible combinations of codons composed of three nucleotide bases (tri-nucleotide units) that specify amino acids during protein assembling.

Each codon of the deoxyribonucleic acid (DNA) codes for or specifies a single amino acid and each nucleotide unit consists of a phosphate, deoxyribose sugar and one of the 4 nitrogenous nucleotide bases, adenine (A), guanine (G), cytosine (C) and thymine (T). The bases are paired and joined together by hydrogen bonds in the double helix of the DNA. mRNA corresponds to DNA (i.e. the sequence of nucleotides is the same in both chains) except that in RNA, thymine (T) is replaced by uracil (U), and the deoxyribose is substituted by ribose.

The process of translation of genetic information into the assembling of a protein requires first mRNA, which is read 5' to 3' (exactly as DNA), and then transfer ribonucleic acid (tRNA), which is read 3' to 5'. tRNA is the taxi that translates the information on the ribosome into an amino acid chain or polypeptide.

For mRNA there are 4 3 = 64 different nucleotide combinations possible with a triplet codon of three nucleotides. All 64 possible combinations are shown in Table 1. However, not all 64 codons of the genetic code specify a single amino acid during translation. The reason is that in humans only 20 amino acids (except selenocysteine) are involved in translation. Therefore, one amino acid can be encoded by more than one mRNA codon-triplet. Arginine and leucine are encoded by 6 triplets, isoleucine by 3, methionine and tryptophan by 1, and all other amino acids by 4 or 2 codons. The redundant codons are typically different at the 3rd base. Table 2 shows the inverse codon assignment, i.e. which codon specifies which of the 20 standard amino acids involved in translation.

Table 1. Genetic code: mRNA codon -> amino acid

1st
Baseren
2nd
Baseren
3rd
Baseren
U C EEN G
U fenylalanine Serine Tyrosine Cysteine U
fenylalanine Serine Tyrosine Cysteine C
Leucine Serine Stop Stop EEN
Leucine Serine Stop Tryptophan G
C Leucine Proline Histidine Arginine U
Leucine Proline Histidine Arginine C
Leucine Proline Glutamine Arginine EEN
Leucine Proline Glutamine Arginine G
EEN Isoleucine Threonine Asparagine Serine U
Isoleucine Threonine Asparagine Serine C
Isoleucine Threonine Lysine Arginine EEN
Methionine (Start) 1 Threonine Lysine Arginine G
G Valine Alanine Aspartate Glycine U
Valine Alanine Aspartate Glycine C
Valine Alanine Glutamate Glycine EEN
Valine Alanine Glutamate Glycine G

Table 2. Reverse codon table: amino acid -> mRNA codon

Amino acid mRNA codons Amino acid mRNA codons
Ala/A GCU, GCC, GCA, GCG Leu/L UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG Lys/K AAA, AAG
Asn/N AAU, AAC Met/M AUG
Asp/D GAU, GAC Phe/F UUU, UUC
Cys/C UGU, UGC Pro/P CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q CAA, CAG Ser/S UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Glu/E GAA, GAG Thr/T ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G GGU, GGC, GGA, GGG Trp/W UGG
His/H CAU, CAC Tyr/Y UAU, UAC
Ile/I AUU, AUC, AUA Val/V GUU, GUC, GUA, GUG
START AUG STOP UAG, UGA, UAA

The direction of reading mRNA is 5' to 3'. tRNA (reading 3' to 5') has anticodons complementary to the codons in mRNA and can be "charged" covalently with amino acids at their 3' terminal. According to Crick the binding of the base-pairs between the mRNA codon and the tRNA anticodon takes place only at the 1st and 2nd base. The binding at the 3rd base (i.e. at the 5' end of the tRNA anticodon) is weaker and can result in different pairs. For the binding between codon and anticodon to come true the bases must wobble out of their positions at the ribosome. Therefore, base-pairs are sometimes called wobble-pairs.

Table 3 shows the possible wobble-pairs at the 1st, 2nd and 3rd base. The possible pair combinations at the 1st and 2nd base are identical. At the 3rd base (i.e. at the 3' end of mRNA and 5' end of tRNA) the possible pair combinations are less unambiguous, which leads to the redundancy in mRNA. The deamination (removal of the amino group NH2) of adenosine (not to confuse with adenine) produces the nucleotide inosine (I) on tRNA, which generates non-standard wobble-pairs with U, C or A (but not with G) on mRNA. Inosine may occur at the 3rd base of tRNA.

Table 3. Base-pairs: mRNA codon -> tRNA anticodon

Table 3 is read in the following way: for the 1st and 2nd base-pairs the wobble-pairs provide uniqueness in the way that U on tRNA always emerges from A on mRNA, A on tRNA always emerges from U on mRNA, etc. For the 3rd base-pair the genetic code is redundant in the way that U on tRNA can emerge from A or G on mRNA, G on tRNA can emerge from U or C on mRNA and I on tRNA can emerge from U, C or A on mRNA. Only A and C at the 3rd place on tRNA are unambiguously assigned to U and G at the 3rd place on mRNA, respectively.

Due to this combination structure a tRNA can bind to different mRNA codons where synonymous or redundant mRNA codons differ at the 3rd base (i.e. at the 5' end of tRNA and the 3' end of mRNA). By this logic the minimum number of tRNA anticodons necessary to encode all amino acids reduces to 31 (excluding the 2 STOP codons AUU and ACU, see Table 5). This means that any tRNA anticodon can be encoded by one or more different mRNA codons (Table 4). However, there are more than 31 tRNA anticodons possible for the translation of all 64 mRNA codons. For example, serine has a fourfold degenerate site at the 3rd position (UCU, UCC, UCA, UCG), which can be translated by AGI (for UCU, UCC and UCA) and AGC on tRNA (for UCG) but also by AGG and AGU. This means, in turn, that any mRNA codon can also be translated by one or more tRNA anticodons (see Table 5).

The reason for the occurrence of different wobble-pairs encoding the same amino acid may be due to a compromise between velocity and safety in protein synthesis. The redundancy of mRNA codons exist to prevent mistakes in transcription caused by mutations or variations at the 3rd position but also at other positions. For example, the first position of the leucine codons (UCA, UCC, CCU, CCC, CCA, CCG) is a twofold degenerate site, while the second position is unambiguous (not redundant). Another example is serine with mRNA codons UCA, UCG, UCC, UCU, AGU, AGC. Of course, serine is also twofold degenerate at the first position and fourfold degenerate at the third position, but it is twofold degenerate at the second position in addition. Table 4 shows the assignment of mRNA codons to any possible tRNA anticodon in eukaryotes for the 20 standard amino acids involved in translation. It is the reverse codon assignment.

Table 4. Reverse amino acid encoding: amino acid -> tRNA anticodon -> mRNA codon

While it is not possible to predict a specific DNA codon from an amino acid, DNA codons can be decoded unambiguously into amino acids. The reason is that there are 61 different DNA (and mRNA) codons specifying only 20 amino acids. Note that there are 3 additional codons for chain termination, i.e. there are 64 DNA (and thus 64 different mRNA) codons, but only 61 of them specify amino acids.

Table 5 shows the genetic code for the translation of all 64 DNA codons, starting from DNA over mRNA and tRNA to amino acid. In the last column, the table shows the different tRNA anticodons minimally necessary to translate all DNA codons into amino acids and sums up the number in the final row. It reveals that the minimum number of tRNA anticodons to translate all DNA codons is 31 (plus 2 STOP codons). The maximum number of tRNA anticodons that can emerge in amino acid transcription is 70 (plus 3 STOP codons).

Table 5. Genetic code: DNA -> mRNA codon -> tRNA anticodon -> amino acid

Opmerking:
1 The codon AUG both codes for methionine and serves as an initiation site: the first AUG in an mRNA's coding region is where translation into protein begins.


Anontemplate strand of bacterial dna has the base sequence 5′−atgatactaaggccc−3′ determine the amino acids that will be encoded by this sequence. add the amino acids from left to right in the order the amino acids will be translated.

To decode which amino acids will be encoded by the sequence, first the strand must be translated. Remember G pairs with C and T (replaced with an U) with A.

With the translated strand once, use the amino acids decoder chart, and separate the strand in codons. For each codon follow the left column for the first letter, the top column for the second, and the right column for the third.

First of all, the DNA sequence will need to be transcribed into its respective mRNA so as to know the codons that will that will translate to each amino acid.

However, for a non-template DNA strand, the DNA sequence is the same as the mRNA sequence except that the thymine base in DNA is replaced with uracil base in the mRNA.

Hence, 5′−ATGATACTAAGGCCC−3′ will become 5'-AUGAUACUAAGGCCC-3'.

The first codon AUG represents the start codon (Methionine) and using the genetic codon table

Adding the amino acids from left to right in order of translation, it becomes fMet-Ile- Leu-Arg-Pro.


The effect of gene mutations on amino acid sequences (Edexcel A-level Biology B)

Ik ben een natuurkundeleraar van beroep en het is ook bekend dat ik wiskunde en gymles geef! Hoe vreemd het ook mag lijken, mijn echte liefde is het ontwerpen van bronnen die door andere docenten kunnen worden gebruikt om de ervaring van de studenten te maximaliseren. Ik bedenk voortdurend nieuwe manieren om een ​​leerling bij een onderwerp te betrekken en probeer dat te implementeren in het ontwerp van de lessen.

Deel dit

pptx, 2.68 MB docx, 120.8 KB docx, 141.25 KB docx, 13.15 KB docx, 18.81 KB docx, 12.05 KB docx, 16.85 KB

This fully-resourced lesson describes the different effects that gene mutations can have on the amino acid sequence of a protein. The engaging and detailed PowerPoint and accompanying resources have been designed to cover points 1.4 (viii) & (ix) as detailed in the Edexcel A-level Biology B specification and includes substitutions, deletions and insertions and considers a real life example in sickle cell anaemia.

In order to understand how a change in the base sequence can affect the order of the amino acids, students must be confident in their understanding and application of protein synthesis which was covered earlier in this topic. Therefore, the start of the lesson focuses on transcription and translation and students are guided through the use of the codon table to identify amino acids. Moving forwards, a task called known as THE WALL is used to introduce to the names of three types of gene mutation whilst challenging the students to recognise three terms which are associated with the genetic code. The main focus of the lesson is substitutions and how these mutations may or may not cause a change to the amino acid sequence. The students are challenged to use their knowledge of the degenerate nature of the genetic code to explain how a silent mutation can result. Students will learn that a substitution is responsible for the new allele that causes sickle cell anaemia and they are tested on their understanding through an exam-style question. As with all of the questions, a mark scheme is included in the PowerPoint which can be displayed to allow the students to assess their understanding.
The rest of the lesson looks at base deletions and base insertions and students are introduced to the idea of a frameshift mutation. One particular task challenges the students to evaluate the statement that base deletions have a bigger impact on primary structure than base substitutions. This is a differentiated task and they have to compare the fact that the reading frame is shifted by a deletion against the change in a single base by a substitution

Krijg deze bron als onderdeel van een bundel en bespaar tot 42%

Een bundel is een pakket bronnen dat is gegroepeerd om een ​​bepaald onderwerp of een reeks lessen op één plek te onderwijzen.

Topic 1: Biological molecules (Edexcel A-level Biology B)

The biological molecules topic is incredibly important, not just because it is found at the start of the course, but also because of its detailed content which must be well understood to promote success with the other 9 Edexcel A-level Biology B topics. Many hours of intricate planning has gone into the design of all of the 18 lessons that are included in this bundle to ensure that the content is covered in detail, understanding is constantly checked and misconceptions addressed and that engagement is high. This is achieved through the wide variety of tasks in the PowerPoints and accompanying worksheets which include exam-style questions with clear answers, discussion points, differentiated tasks and quick quiz competitions. The following specification points are covered by the lessons within this bundle: * The differences between monosaccharides, disaccharides and polysaccharides * The structure of glucose and ribose * The formation of disaccharides and polysaccharides from monosaccharides * The structure of starch, glycogen and cellulose * The synthesis of a triglyceride * The differences between saturated and unsaturated lipids * The relationship between the structure of lipids and their roles * The structure and properties of phospholipids * The structure of an amino acid * The formation of polypeptides and proteins * The role of ionic, hydrogen and disulphide bonding in proteins * The levels of protein structure * The structure of collagen and haemoglobin * The structure of DNA * The semi-conservative replication of DNA * A gene is a sequence of bases on DNA that codes for an amino acid sequence * The structure of mRNA * The structure of tRNA * The process of transcription * The process of translation * Base deletions, insertions and substitutions as gene mutations * The effect of point mutations on amino acid sequences * The structure of enzymes as globular proteins * The concept of specificity and the induced-fit hypothesis * Enzymes are catalysts that reduce activation energy * Understand how temperature affects enzyme activity * Enzymes catalyse a wide range of intracellular reactions as well as extracellular ones * The importance of water for living organisms Due to the detail included in these lessons, it is estimated that it will take in excess of 2 months of allocated A-level teaching time to complete. If you would like to see the quality of the lessons then download the monosaccharides, disaccharides and polysaccharides, glucose and ribose, triglycerides, structure of DNA and transcription lessons as these have been uploaded for free.

Topic 1.4: DNA and protein synthesis (Edexcel A-level Biology B)

This bundle of 6 fully-resourced lessons have been designed to cover the content as detailed in topic 1.4 of the Edexcel A-level Biology B specification. The specification points in this DNA and protein synthesis topic which are covered by the lessons are as follows: * The structure of DNA * The semi-conservative replication of DNA * A gene is a sequence of bases on DNA that codes for an amino acid sequence * The structure of mRNA * The structure of tRNA * The process of transcription * The process of translation * Base deletions, insertions and substitutions as gene mutations * The effect of point mutations on amino acid sequences The engaging PowerPoint lessons and accompanying resources contain a wide range of activities and tasks that include exam-style questions with displayed mark schemes, quick quiz competitions, useful hints and discussion periods. If you would like to see the quality of the lessons then download the structure of DNA and transcription lessons as these have been uploaded for free.


Base pairs.jpg

The following day I'm at it again. The instructions tell me to assemble 18 phosphate molecules and 20 deoxyribose sugar molecules. I make the phosphates by attaching four red oxygen atoms to a central purple phosphorus atom using grey tubes (covalent bonds). Then I make the deoxyribose sugars by building covalently bonded pentagonal rings of four carbons and one oxygen, with attachments on the perimeter composed of hydrogen, oxygen, and carbon atoms. The "d" in deoxyribose is the "D" in DNA.

This is easy and relaxing work. It's Sunday afternoon and, while it's cold outside, I'm warmed by unobstructed sunlight flooding in through a southern window. The bedroom is quiet and peaceful and cozy. Constructing the phosphates and sugars is a repetitive exercise. My hands slide plastic stubs into tubes over and over while my mind wanders. I wonder why DNA is an acid when yesterday I built all those bases. After finishing all the molecules, I take a break to look this up. The phosphates I made are phosphoric acid without the hydrogen atom nuclei. In phosphoric acid, three of the oxygen atoms bonded to the central phosphorus atom are also bonded to single hydrogen atoms, the positive nuclei (i.e. protons) of which can be donated. Because the pyrimidine and purine bases—as I am about to see—are on the inside of DNA, and the phosphoric acids are on the outside, the phosphoric acids dominate and DNA is overall acidic.

Piles of bases.

I now have tidy piles of base pairs, phosphates, and sugars, and I'm ready to put them all together into the macromolecule DNA. I should say that the order of construction specified in the model instructions (thoughtfully designed for human hands) is not the order of construction in reality. In living organisms, the building block of DNA is the nucleotide: a phosphate attached to a sugar attached to one of the four bases. The human body makes nucleotides from scratch in the liver, or salvages them from degraded RNA (to be introduced later) and DNA.

The model stand that will support the DNA is a 23-inch-tall rod on a 15-inch-diameter wood base. The rod penetrates 10 shelves of acrylic glass spaced 2 inches apart vertically. The model instructions specify the sequence of base pairs to be placed on each shelf from bottom to top. I follow it, not wanting to make a mistake. The flat base pairs rest easily on the shelves. At one point I question why I'm worried about following the sequence the base pairs are approximately the same length and can be placed with any of the four bases on the left and any on the right. The truth is the order doesn't matter for the model, but for real DNA, as we shall see in the next model, the order is the code of life.

With the 10 base pairs in place, I begin attaching sugar molecules. A carbon atom on each sugar covalently bonds to a nitrogen atom on the end of each base. The final step is to insert and connect the phosphates between the sugars to produce the two sugar-phosphate backbones. Before I do this, all the shelves are oriented in the same direction. For the phosphates to fit between the sugars, I have to rotate the shelves. I start inserting phosphates on one side only, from the bottom up. I know that each backbone of DNA is in the shape of a helix, but I'm surprised by the amount of twisting of the shelves I have to do to fit the phosphates. I feel like I'm being overly aggressive. I carry on—trusting the instructions which have not let me down so far—and of course, it turns out just right. The finished backbone makes approximately one helical turn. I insert the phosphates on the other side to complete the second backbone, and I'm done. I spend some time comparing the model to diagrams of DNA in a textbook. Yes, it's correct!

Before I move on to the next model, let me describe my recent pattern of learning. I fell into it a couple years ago as I struggled to understand quantum mechanics, a modern marvel of science. Physicists talk about wave-particle duality. Engineers use it to design computers. Quantum mechanics is surely a bizarre and important thing, but what the heck is it?! I wanted to know.

I read popular science books. There are many good ones. And from these books, I garnered a clue. But I wanted more than a clue, so I looked for other ways to learn. I decided to focus my attention on the double-slit experiment, which embodies the main concepts of quantum mechanics. I read technical textbooks, pushing myself to continue even when I wasn't comprehending much. I watched online lectures. As a last resort, I consulted Wikipedia (don't tell my wife I tell her anybody can write anything on there).

All this passive learning helped. I turned the corner in understanding, however, when I decided to try to perform the double-slit experiment myself. I did it at home with a laser pointer. Now things were starting to make sense. I drew the interference pattern of light. I played with the math of waves. Neurons in my brain were firing. Emboldened, I contacted universities in search of a lab with the double-slit experiment apparatus. I flew across the country from my home in Portland, Oregon to Providence, Rhode Island to observe the experiment performed one photon at a time at Brown University. I reached my level-of-understanding goal by active learning.

Making a project out of it—that was the key.

To learn about general relativity, I witnessed scientists reproduce Sir Arthur Eddington's famous 1919 eclipse experiment during the solar eclipse of August 21, 2017. By finding out how light from distant stars bends as it passes the massive sun, I came to appreciate the tenets of Einstein's theory of gravity.

Now I'm on to DNA: what it is and how it works. I started with popular science books (e.g. DNA by James Watson), textbooks (e.g. Molecular Biology of the Gene by Watson, Hopkins, Roberts, Steitz, and Weiner), and a video lecture series (Understanding Genetics: DNA, Genes, and Their Real-World Applications by David Sadava). Then I began my project: model building. First I built the ball-and-stick model, as you've seen. Now I'm working on a model that shows how DNA copies itself and how proteins are made.

The Lab-Aids DNA-RNA Protein Synthesis Model Kit I purchased online is designed to be used by students in a classroom under the guidance of a teacher. As I'm unpacking the plastic pieces of the kit on the carpet in our guest bedroom, I feel like a teacher working through the model to make sure I know what I'm doing before leading the students through it. I do have the Teacher's Guide!

Step one is to build the DNA molecule, which will be much simpler than the ball-and-stick model I built before. In this model, each base, phosphate, and sugar is one piece of plastic. Each base molecule is a 25-millimetre-long soft tube. T is green, A is orange, C is blue, and G is yellow. Each phosphate molecule is a 25-millimetre-long soft white tube. Each sugar molecule is a small black pentagon with stubs.

The instructions say to make 18 nucleotides. I know what a nucleotide is from the previous model: a phosphate attached to a sugar attached to one of the four bases. I make each nucleotide by sliding a phosphate tube and a base tube onto stubs of the sugar pentagon. Five nucleotides are made with T, five with A, four with C, and four with G. I know from the previous model that T pairs with A and C pairs with G, so the number of T bases equals the number of A bases and the number of C bases equals the number of G bases (this is Chargaff's rule of base pairing).

I make two "half-ladders" of nine nucleotides each. Then I lay them side by side and connect the base pairs using small rods—representing hydrogen bonds—that slip into the base tubes. The result is an 11.5-inch-long DNA molecule in the shape of a ladder, with nine base pair rungs. It's flat. The Student's Guide doesn't say anything at this point about the shape of the DNA molecule. After consulting the Teacher's Guide, I gather that this is an opportunity to ask the students about the shape. Because the model is constructed using flexible plastic tubes, it can be twisted into the form of a double helix. I do it again and again it never gets old.