Решение задачи: Синтез белка из РНК

Вот пошаговое решение задачи, адаптированное для школьника: Задание № 3 В этой задаче мы будем разбираться, как из последовательности РНК получается белок. Это очень важный процесс в живых организмах. Сначала давайте вспомним, что такое генетический код. Генетический код — это набор правил, по которым последовательность нуклеотидов в РНК переводится в последовательность аминокислот в белке. Каждая группа из трёх нуклеотидов (кодон) кодирует определённую аминокислоту. Давайте посмотрим на информацию, которая нам дана: 1. Ниренберг и Маттеи разработали метод бесклеточного синтеза белка (CFPS — cell free protein synthesis) по матрице РНК. Это значит, что они могли создавать белки в пробирке, используя РНК как инструкцию. 2. Корана и Ниренберг смогли синтезировать синтетические РНК полимеры. Это искусственно созданные цепочки РНК. * Поли "U" или UUUUUUUUUU кодировал белок, содержащий только фенилаланин (Phe). Это означает, что кодон UUU кодирует аминокислоту фенилаланин (Phe). * Поли "CA" кодировал чередующийся гистидин-треониновые полипептиды (His, Thr, His, Thr...). Это означает, что последовательность CACACA... кодирует His, Thr, His, Thr... Если мы разделим эту последовательность на кодоны по три нуклеотида, то получим: CAC кодирует His ACA кодирует Thr * Поли "CAA" кодировал три полипептида: полиглутамин, политреонин и полиаспарагин. Это означает, что последовательность CAACAA... может быть прочитана тремя разными способами, в зависимости от того, с какого нуклеотида начинается считывание. 1. Если считывание начинается с первого C: CAA CAA CAA... кодирует Gln, Gln, Gln... Значит, кодон CAA кодирует глутамин (Gln). 2. Если считывание начинается со второго A: AAC AAC AAC... кодирует Asn, Asn, Asn... Значит, кодон AAC кодирует аспарагин (Asn). 3. Если считывание начинается с третьего A: ACA ACA ACA... кодирует Thr, Thr, Thr... Значит, кодон ACA кодирует треонин (Thr). (Мы уже выяснили это из поли "CA", и это подтверждается здесь). Теперь у нас есть таблица кодонов, которые мы определили: * UUU — Фенилаланин (Phe) * CAC — Гистидин (His) * ACA — Треонин (Thr) * CAA — Глутамин (Gln) * AAC — Аспарагин (Asn) Нам нужно ответить на вопрос: Какие пептиды будут синтезироваться с поли(UUCA) РНК? Поли(UUCA) РНК — это длинная последовательность, состоящая из повторяющихся блоков UUCA. То есть, последовательность будет выглядеть так: UUCAUUCAUUCAUUCA... Как и в случае с поли "CAA", эта последовательность может быть прочитана тремя разными способами, в зависимости от того, с какого нуклеотида начинается считывание. Каждый способ считывания называется рамкой считывания. Давайте рассмотрим каждую рамку считывания: 1. Первая рамка считывания (начинается с первого U): Мы делим последовательность на кодоны, начиная с первого нуклеотида: UUCAUUCAUUCA... Кодоны: UUC, AUU, CAU, UCA, UUC, AUU, CAU, UCA... Теперь давайте посмотрим, какие аминокислоты кодируют эти кодоны. У нас есть только часть генетического кода, которую мы определили выше. Мы не можем определить все аминокислоты для всех кодонов. Однако, мы можем предположить, что если бы мы имели полную таблицу генетического кода, мы бы нашли соответствующие аминокислоты. В рамках этой задачи, мы должны использовать только те кодоны, которые мы уже определили. Из наших определенных кодонов: * UUU — Фенилаланин (Phe) * CAC — Гистидин (His) * ACA — Треонин (Thr) * CAA — Глутамин (Gln) * AAC — Аспарагин (Asn) Мы видим, что кодоны UUC, AUU, CAU, UCA не входят в наш список. Это означает, что мы не можем точно определить аминокислоты, используя только предоставленную информацию. Однако, в подобных задачах часто подразумевается, что мы должны использовать полную таблицу генетического кода, если не указано иное. Давайте воспользуемся стандартной таблицей генетического кода, чтобы определить аминокислоты для этих кодонов. Стандартная таблица генетического кода: (Для удобства, я приведу только те кодоны, которые нам нужны) * UUC — Фенилаланин (Phe) * AUU — Изолейцин (Ile) * CAU — Гистидин (His) * UCA — Серин (Ser) Таким образом, в первой рамке считывания будет синтезироваться пептид: Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин - Серин - Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин - Серин ... (Phe - Ile - His - Ser - Phe - Ile - His - Ser ...) 2. Вторая рамка считывания (начинается со второго U): Мы делим последовательность на кодоны, начиная со второго нуклеотида: UCAUUCAUUCAU... Кодоны: UCA, UUC, AUU, CAU, UCA, UUC, AUU, CAU... Используя стандартную таблицу генетического кода: * UCA — Серин (Ser) * UUC — Фенилаланин (Phe) * AUU — Изолейцин (Ile) * CAU — Гистидин (His) Таким образом, во второй рамке считывания будет синтезироваться пептид: Серин - Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин - Серин - Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин ... (Ser - Phe - Ile - His - Ser - Phe - Ile - His ...) 3. Третья рамка считывания (начинается с C): Мы делим последовательность на кодоны, начиная с третьего нуклеотида: CAUUCAUUCAUU... Кодоны: CAU, UCA, UUC, AUU, CAU, UCA, UUC, AUU... Используя стандартную таблицу генетического кода: * CAU — Гистидин (His) * UCA — Серин (Ser) * UUC — Фенилаланин (Phe) * AUU — Изолейцин (Ile) Таким образом, в третьей рамке считывания будет синтезироваться пептид: Гистидин - Серин - Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин - Серин - Фенилаланин - Изолейцин ... (His - Ser - Phe - Ile - His - Ser - Phe - Ile ...) Вывод: С поли(UUCA) РНК будут синтезироваться три разных пептида, в зависимости от рамки считывания: 1. Последовательность аминокислот: Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин - Серин (и так далее, повторяясь). Сокращенно: (Phe - Ile - His - Ser)_n 2. Последовательность аминокислот: Серин - Фенилаланин - Изолейцин - Гистидин (и так далее, повторяясь). Сокращенно: (Ser - Phe - Ile - His)_n 3. Последовательность аминокислот: Гистидин - Серин - Фенилаланин - Изолейцин (и так далее, повторяясь). Сокращенно: (His - Ser - Phe - Ile)_n Это показывает, как важно правильное начало считывания РНК для синтеза нужного белка.