2.3 Этапы реализации генетической информации. Транскрипция. Процессинг.
ДНК непосредственного участия в синтезе белков не принимает. В клетках человека (животных и растений) молекулы ДНК находятся в ядре и отделены ядерной мембраной от цитоплазмы, где происходит синтез белка. Установлено, что и-РНК синтезируется в ядре клетки на одной из цепочек ДНК из свободных нуклеотидов. Существовало мнение, что и-РНК комплементарна строению ДНК, которая служит матрицей. Однако в настоящее время выяснилось, что комплементарной ДНК является только молекула— предшественница информационной РНК (про-и-РНК). Процесс переписывания информации с молекулы ДНК на молекулу про-и-РНК называется транскрипцией (лат. "transcription» — переписывание). Синтез молекул про-и-PHK осуществляется под действием специального фермента PHK-полимеразы. Этот фермент передвигается вдоль молекулы ДНК от одного конца к другому, удерживая на себе нуклеотиды, и растущую про-и-РНК. Последовательность оснований в образующейся молекуле про-и-РНК точно отражает порядок чередования оснований в ДНК. Однако молекула про-и-РНК гораздо крупнее зрелой и-РНК.
В процессе созревания информационной РНК у бактерий происходит отщепление концов молекул, а у эукариот и некоторых вирусов, паразитирующих у животных, дело происходит сложнее. Оказалось, что молекулы про-и-РНК содержат в себе ряд инертных участков (интронов). В процессе созревания и-РНК специальные ферменты вырезают интроны и сшивают оставшиеся участки. Поэтому последовательность нуклеотидов в созревшей и-РНК не является полностью комплементарной нуклеотидам ДНК. В и-РНК рядом могут стоять нуклеотиды, комплементарные которым нуклеотиды в ДНК находятся друг от друга на значительном расстоянии. Процессы, связанные с созреванием и-РНК, называются процессингом. Осуществляются они в ядре и во время перехода и-РНК из ядра в цитоплазму. Схема процессинга представляется следующим образом:
Таким образом, информацию несет посредник — и-РНК, которая по принципу комплементарности считывает (копирует) с ДНК информацию при участии фермента РНК-полимеразы. Переписывание информации происходит с одной нити ДНК и называется транскрипцией (лат. transcriptio — переписывание). Если в переписываемой нити ДНК стоит нуклеотид гуанин (Г), то фермент РНК-полимераза включает в РНК цитозин (Ц); если тимин (Т) — РНК-полимераза включает аденин (А); если стоит аденин (А), фермент включает урацил (У). По длине каждая из молекул и-РНК в сотни раз короче ДНК. Информационная РНК является копией не всей молекулы ДНК, а только ее части — одного гена, несущего информацию о структуре белка. Готовая и-РНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белка. Благодаря процессу транскрипции в клетке осуществляется передача информации от ДНК к белку по цепочке: ДНК → и-РНК → белок.
Перевод информации с «языка» нуклеотидов на «язык» аминокислот осуществляется с помощью генетического кода.
2.4. Генетический код. Свойства кода.
Генетический код — это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК и и-РНК. Участок молекул ДНК, состоящий из трех нуклеотидов, называется триплетом или кодоном.
Свойства генетического кода:
Код триплетен — каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательно расположенными тремя нуклеотидами. Из 4 нуклеотидов (так как существует 4 варианта азотистых оснований) можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида в каждом (4x4x4 = 64).
Код вырожден — каждая аминокислота шифруется более чем одни кодоном (от двух до шести), исключение составляют аминокислоты: метионин: который кодируется только триплетом АУГ, и триптофан — УГГ.
Код специфичен — каждый кодон шифрует только одну аминокислот,
Код универсален — один триплет кодирует одну и ту же аминокислот у всех живых организмов.
Код неперекрываем — каждый нуклеотид входит лишь в какой-либо один триплет и переписывание информации происходит строго потриплетно.
Триплеты УАА, УАГ, УГА обозначают прекращение синтеза одно полипептидной цепи, так как к ним нет аминокислот. Они находятся в конце каждого гена. В ДНК запрограммирована вся наследственная информация, и-РНК переписывает информацию с участка ДНК (гена) и переносит ее из цитоплазмы на рибосому. У эукариот и-РНК еще незрелая, поэтому в ядре и при выходе из него происходит ее процессинг — дозревание (вырезание неинформативных участков и другие процессы), в результате чего и-РНК укорачивается.