Реализация генетической информации

Реализация генетической информации, содержащейся в ДНК, начинается с этапа транскрипции.

Транскрипция (от лат. transcription- переписывание) заключается в том, что на одной из нитей ДНК происходит матричный синтез молекул м-РНК, комплементарных определенным участкам ДНК, соответствующих одному или нескольким генам.

Этот синтез осуществляется особым ферментом – РНК-полимеразой, который прикрепляется к началу участка ДНК, расплетает двойную спираль ДНК и, перемещаясь вдоль одной из нитей, последовательно строит рядом с ней комплементарную нить РНК. По мере передвижения РНК-полимеразы, растущая нить РНК отходит от матрицы ДНК и двойная спираль ДНК позади фермента восстанавливается, а когда РНК-полимераза достигает конца копируемого участка, РНК отделяется от ДНК. Синтезированная м-РНК содержит информацию, точно переписанную с соответствующего участка ДНК.

РНК-полимеразы контролируют транскрипцию участков ДНК, несущих информацию о трех классах молекул РНК:

- матричных (м-РНК) или информационных РНК (и-РНК), главной задачей которых является перенос информации с ДНК к месту синтеза белка, к рибосомам;

- рибосомных (р-РНК) входящих в состав рибосом, осуществляющих синтез белка;

- транспортных РНК (т-РНК), которые доставляют аминокислоты к месту синтеза белка. Для каждой из аминокислот существуют свои транспортные РНК, которые отличаются по составу нуклеотидов.

Нуклеотидная цепь т-РНК имеет специфическую пространственную структуру, похожую на листочек клевера и содержит два активных центра. Один расположен на переднем конце и представляет последовательность трех нуклеотидов (антикодон), а на другом конце акцепторный участок, к которому присоединяется аминокислота.

Второй этап реализации наследственной информации начинается после отсоединения молекул РНК от ДНК. Этот этап называется процессингом (созреванием). В этот период из РНК вырезаются (сплайсинг) участки которые не несут информацию о структуре белка (интроны) а участки несущие информацию о структуре белка (экзоны) соединяются вместе. Далее молекулы м-РНК выходят через ядерные поры из ядра в цитоплазму и соединяются с рибосомами, где происходит процесс трансляции – синтез полипептидной цепи.Туда же, в сопровождении т-РНК подходят аминокислоты, из которых будет строиться белок. В цитоплазме всегда имеются аминокислоты, образующиеся из белков пищи.

Третий этап – этап трансляции(от лат. translatio - перевод). Он происходит в рибосомах при участии т-РНК, и заключается в переводе генетической информации с «языка» нуклеиновых кислот на «язык» белков. Этот этап состоит из трех стадий: инициации, элонгации и терминации.

Инициация начинается с прикрепления малой субъединицы рибосомы к м-РНК на участке связывания, который обычно содержит кодон АУГ. Затем туда же присоединяется т-РНК с аминокислотой метионин.

После этого большая и малая субъединицы объединяются, и образуется активная рибосома.

В большей субъединице расположены Р-участок и А-участок. При образовании рибосомы т-РНК с метионином оказывается в Р-участке, а в А-участке по принципу комплементарности присоединяется следующая т-РНК с аминокислотой. В большей субъединице рибосомы происходит соединение двух аминокислот с образованием пептидной связи при участии фермента – пептидил-трасферазы.

Затем рибосома смещается вдоль м-РНК на один триплет и т-РНК из А-участка оказывается в Р-участке. Таким образом, освобождается А-участок для другой комплементарной т-РНК.

Многократное повторение процесса образования пептидной связи между аминокислотами и продвижение рибосомы по м-РНК на один триплет, приводит к удлинению полипептидной цепи. Эта стадия получила название элонгация.

При освобождении начального участка м-РНК к нему опять присоединяются другие большая и малая субъединицы.

Обычно на одной м-РНК может находиться до 100 рибосом.

Такая структура называется полирибосомой или полисомой.

Когда рибосома протянется по всей м-РНК и достигнет «стоп-кодона» процесс белкового синтеза подходит к концу.При этом в А-участке рибосомы оказывается«стоп-кодон», туда входит специальный терминирующий белок, который освобождает полипептид от соединения с рибосомой; затем рибосома разделяется на субъединицы. Эта стадия трансляции называется терминацией.

Затем, готовый белок отходит от рибосомы и по ЭПС транспортируется в тот участок клетки, где требуется данный вид белка.Процесс белкового синтеза происходит с затратой большого количества энергии. Таким образом, процесс передачи наследственной информации с молекулы ДНК осуществляется путем образования различных белков с участием различных типов РНК. При этом структура белковой молекулы, состав ее аминокислот определяется последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК.

Понятие о генах, их свойствах

Ген – элементарный, дискретный наследственный фактор, который определяет строение одной белковой полипептидной цепи. Он – единица наследственности и передается от родителей детям. Гены располагаются в хромосомах в линейном порядке, занимают определенное положение – локус.

Размеры генов неодинаковы, от нескольких миллионов пар оснований до нескольких сотен оснований, их размер зависит от размера белка, который здесь зашифрован. Принято считать, что средний размер генов составляет около 30000 пар оснований. Гены отделены друг от друга фрагментами ДНК, содержащими нетранскрибируемые повторяющиеся последовательности нуклеотидов.

Каждая хромосома содержит одну гигантскую молекулу ДНК – генофора, в ней много генов. По современным оценкам, у человека имеется около 30 – 40 тысяч генов, каждый из которых выполняет специфическую функцию. Сумма генов соматической клетки организма называется генотипом. В генотипе каждый ген имеет себе пару, парные (аллельные) гены отвечают за развитие одного признака.

Общая генетическая информация организма называется геномом. Гены человека представляют собой чередование смысловых (кодирующих полипептидную цепь) участков – экзонов и бессмысленных (некодирующих) – интронов. Изучение геномов различных организмов выявило, что один и тот же участок ДНК может кодировать несколько разных белков. При этом, путем сплайсинга, образуются разные м-РНК, то есть из одного и того же РНК-транскрипта «вырезаются» разные интроны. В результате разные м-РНК, определяемые одним участком ДНК, контролируют синтез разных полипептидных цепей.

Различают структурные гены, они несут информацию о белках строительных, белках-ферментах, а также о т-РНК, р-РНК. Структурные гены обычно располагаются рядом, образуя один блок. В геноме человека имеется огромный «избыток» ДНК, значительная ее часть содержит гены, не являющиеся структурными, то есть не кодирующие структуру белков, а выполняющих ряд функций, связанных с регуляцией активности тех или иных участков генома.

Гены, регулирующие активность участков генома называются функциональными, их несколько видов: ген регулятор; ген промотор; ген оператор; ген терминатор; гены мобильные.

Ген регулятор в хромосоме один, располагается в любом месте, несет информацию о строении белка-репрессора, который может блокировать ген оператор.

Ген промотор – их в хромосоме столько, сколько оперонов. Он всегда находится перед геном оператором и определяет начало транскрипции, связываясь с РНК – полимеразой и скорость транскрипции.

Ген оператор – включает или выключает структурные гены, в зависимости от того, соединяется он с белком-репрессором или свободен от него. Этот ген – начальник над структурными генами и входит в состав оперона вместе с группой структурных генов.

Гены терминаторы – они программируют окончание синтеза белковой молекулы (УАГ, УАА, УГА), располагаются между структурными генами, входят в состав оперона.

Прыгающие (мобильные) гены – это гены, которые могут перемещаться в хромосоме, встраиваться между генами или внутри их и менять их работу. Опасно, когда вставка происходит в активный участок структурного гена, может произойти мутация.

Структурные гены вместе с рядом функциональных генов (промотор, оператор, терминатор) образуют единицу гетеросинтеза - оперон. Как он функционирует? На основании своих исследований французские учение Ф.Жакоб и Ж.Моно предложили схему регуляции синтеза ферментов (белков) у микроорганизмов путем отрицательной индукции.

Рис.3. Регуляция активности генов: lac-оперон E.coli

Ими была предложена концепция лактозного оперона (рис.3).

С гена регулятора списывается информация в виде и-РНК и в рибосомах образуется белок-репрессор.

Он соединяется с оператором и подавляет функцию всего оперона. Низкомолекулярное вещество индуктор соединяется с репрессором и инактивирует его, вследствие чего последний теряет способность подавлять функцию оперона.

Ген оператор, при участии промотора, дает команду структурным генам, с них списывается информация, поступает в цитоплазму и в рибосомах синтезируется белок.

Митохондриальные гены

В митохондриях содержится своя ДНК (м-ДНК) или хромосома М. Это небольшая кольцевая молекула, длиной 16569 п.о. Она не соединяется с белками, а существует в «чистом» виде. В ней высокая «плотность генов». В митохондриальных генах отсутствуют интроны, а межгенные промежутки очень маленькие.

Митохондриальная ДНК содержит 13 генов, кодирующих белки и гены т-РНК. М-ДНК полностью секвенирована, на ней выявлены все структурные гены.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: