ДНК - носій наследсвенной нформации

Кожен білок представлений однією або декількома поліпіптіднимі ланцюгами. Ділянка ДНК, що несе інформацію про одну поліпіптідной ланцюга, називають геном. Сукупність молекул ДНК клітини виконує функцію носія генетичної інформації. Генетична інформація передається як від материнської клітини дочірнім клітинам, так і від батьків дітям. Ген є одиницею генетичної. або спадкової, інформації.

ДНК - носій генетичної інформаці в клітці - безпосередньої участі в синтезі білків не приймає. У клітинах еукаріот молекули ДНК містяться в хромосомах ядра і відокремлені ядерною оболонкою від цитоплазми, де відбувається синтез білків. До рибосомам - місцях збирання білків - висилається з ядра несе інформацію посередник, здатний пройти через пори ядерної оболонки. Таким посередником є ​​інформаційна РНК (іРНК). За принципом комплементарності вона синтезується на ДНК при участь ферменту, званого РНК-полімерази.

1) Процес синтезу РНК, в якому в якості матриці використовується одна з ланцюгів молекули ДНК, називають транскрипцією.

2)

Транскрипція - це механізм, за допомогою якого нуклеотидная поледовательності однієї з ланцюгів ДНК перепісиватся комплементарної їй послідовність молекули іРНК.

Інформаційна РНК - це однониткових молекула, і транскрипція йде з одного ланцюга двунітевой молекули ДНК. Вона є копією не всієї молекули ДНК, а лише частини її - одного гена у еукаріот або групи поруч розташованих генів, що несуть інформацію про структуру білків, необхідних для виконання однієї функції, у прокаріотів. Таку групу генів називають опероном. На початку кожного оперона знаходиться свого роду посадочний майданчик для РНК-полімерази, яка називається промотором .це специфічна послідовність нуклеотидів ДНК, яку фермент «дізнається» завдяки хімічному спорідненості. Тільки приєднавшись до промотор, РНК-поліммераза здатна почати Інтеза РНК. Доядя до кінця оперона, фермент зустрічає сигнал (у вигляді певної последоватльно нуклеотидів), що означає кінець зчитування. Готова іРНК відходить від ДНК і прямує до місця синтезу білків.

У процесі транскрипції можна виділити чотири стадії: 1) зв'язування РНК -полімерази з промотором; 2) ініціація - початок синтезу. Оназаключается в освіті першої фосфодіефірних зв'язку між АТФ або ГТФ і другим нуклеотидом синтезирующейся молекули РНК; 3) елонгація - зростання ланцюга РНК; тобто послідовне приєднання нуклеотидів один до одного в тому порядку, в якому стоять комплементарні їм нуклеотиди в транскрибируемой нитки ДНК. Швидкість елонгації 50 нуклеотидів в секунду; 4) термінація - завершення синтезу РНК.

Пройшовши через пори ядерної оболонки, іРНК направляється до рибосом, де здійснюється розшифровка генетичної інформації - переведення її з «мови» нуклеотидів на «мову» амінокислот. Синтез поліпептидних ланцюгів по матриці іРНК, що відбувається в рибосомах, називають трансляцією (лат. Translation - переклад).

Амінокислоти, з котрих сінтезіруютсябелкі, доставляються до рибосом за допомогою спеціальних РНК, званих транспортними (тРНК). В клітці є стільки ж різних тРНК, скільки кодонів, шифруючих амінокислоти. На вершині «листа» кожної тРНК є послідовність трьох нуклеотидів, комплементарних нуклеотидів кодону в мРНК. Її називають антикодоном. Спеціальний фермент - кодаза - пізнає тРНК і приєднує до «черешка листа» амінокислоту - тільки ту, яка кодується кодоном, комплементарних антикодону. На освіту ковалентного зв'язку між тРНК і «своєї» амінокислотою витрачається енергія однієї молекули АТФ.

Для того щоб амінокислота включилася в поліпептидний ланцюг, вона повинна відірватися від тРНК. Це стає можливим, коли тРНК надходить на рібососму і антикодон дізнається свій кодон в іРНК. У рибосомі є дві ділянки для скріплення двох молекул тРНК. В один з цих ділянок, званий акцепторні. надходить тРНК з амінокислотою і приєднується до свого кодону (I). Ця амінокислота приєднує до себе (акцептує) зростаючу ланцюг білка (II)? Між ними утворюється пептидний зв'язок. тРНК, до якої тепер приєднується разом з кодоном мРНК в донорний ділянку рибосоми. У звільнену акцепторні ділянку приходить нова тРНК, пов'язана з амінокислотою, яка шифрується черговим кодоном (III). З донорного ділянки сюди знову переноситься відірвалася поліпептидний ланцюг і удлінняется ще на одну ланку. Амінокислоти в зростаючої ланцюга з'єднані в тій послідовності, в якій розташовані шифрувальні їх кодони в іРНК.

Коли на рибосомі виявляється один з трьох триплетів (УАА, УАГ, УГА), що є «знаками пунктуації» між генами, жодна тРНК не може зайняти місце в акцепторном ділянці. Справа в тому, що не існує антикодон, комплементарних послідовностей нуклеотидів «знаків пунктуації». Відірвалася ланцюга ні до чого приєднатися в акцепторном ділянці, і вона залишає рибосому. Синтез білка завершено.

У прокаріотів синтез білків починається з того, що кодонАУГ. розташований на першому місці в копії з кожного гена, займає багато в рибосомі таку позицію, що з ним взаємодіє антикодон особливої ​​тРНК, оедіненной з формілментіоніном. Ця змінена форма амінокислоти метіоніну відразу потрапляє в донорний ділянку і виконує роль великої літери у фразі - з неї в бактеріальної клітці починається синтез будь-поліпептидного ланцюга. Коли триплет АУГ стоїть не на першому місці, а всередині копії з гена, він кодує амінокислоту метіонін. Після завершення синтезу поліпептидного ланцюга формілметіонін отщепляется від неї і в готовому білку відсутнє.

Для збільшення виробництва білків іРНК часто проходить одночасно не по одній, а по декількох рибосом. Акую структуру, об'єднану однією молекулою іРНК, називають полисомой. На кожній рибосоме ветом схожому на нитку бус конвеєрі синтезуються однакові білки.

Амінокислоти безперебійно поставляються до рибосом за допомогою тРНК. Віддавши амінокислоту, тРНК залишає рибосому і за допомогою кодази з'єднується. Висока злагодженість всіх «служб комбінату» по производсва белов дозволяє протягом декількох секунд синтезувати поліпептидні ланцюги, що складаються з сотень амінокислот.

Властивості генетичного коду. Завдяки процесу транскрипції в клітині здійснюється передача інформації від ДНК до білка

ДНК → іРНК → білок

Генетична інформація, що міститься в ДНК і в іРНК, укладена в послідовності розташування нуклеотидів в молекулах.

Яким же чином відбувається переклад інформації з «мови» нуклеотидів на «мову» амінокислот? Такий переклад здійснюється за допомогою генетичного коду. Код, або шифр. - це система символів для переведення однієї форми інформації в іншу. Генетичний код це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот в білках за допомогою послідовності розташування нуклеотидів в іРНК.

Якими ж властивостями володіє генетичний код?

1.Код триплетів. До складу РНК входять чотири нуклеотиду: А, Г, Ц, У. Якби ми намагалися позначити одну амінокислоту одним нуклеотидів, то 16 з 20 амінокислот залишилися б не зашифровані. Двох літерний код дозволив би зашифрувати 16 амінокислот. Природа створила трилітерний, або триплетний, код. Це означає, що кожна з 20 амінокислот зашифровано послідовністю з трьох нуклеотидів, званої кодоном або кодоном.

2.Код виродилися. Це означає, що кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном. Винятки: метеонін і триптофан, кожна з яких кодується одним кодоном.

3.Код однозначний. Кожен кодон шифрує тільки одну амінокислоту.

4.Между генами є «знаки пунктуації». У друкованому тексті в кінці кожної фрази стоїть крапка. Кілька пов'язаних за змістом фраз складають абзац. Мовою генетичної інформації таким абзацом являетсяоперон і комплементарная йому іРНК. Кожен ген в оперон прокаріотів або окремий ген еукаріот кодує одну поліпептидний ланцюжок - фразу. Так як в ряді випадків по матриці іРНК послідовно створюється кілька різних поліпептидних ланцюгів, вони повинні бути відокремлені один від одного. Для цього в генетичному рік є три спеціальних триплета - УАА, УАГ, УГА, кожен з яких позначає припинення синтезу одного поліпептидного ланцюга. Таким чином, ці триплети виконують функцію знаків пунктуації. Вони знаходяться в кінці кожного гена.

5.Внутрі гена немає «знаків пунктуації».

6.Код універсальний. Генетичний код єдиний для всіх, хто живе на Землі істот. У бактерій і грибів, пшениці і бавовни, риб і черв'яків, жаб і людини одні й ті ж триплети кодують одні й ті ж амінокислоти.

Принципи реплікації ДНК. Наступність генетичного матеріалу в поколіннях клітин і організмів забезпечується процесом реплікації - подвоєння молекул ДНК. Цей складний процес здійснюється комплексом кількох ферментів і не володіють каталітичної активністю белов, необхідних для надання полінуклеотидні ланцюгах потрібної конформації. В результаті реплікації утворюються дві ідентичні подвійні спіралі ДНК. Ці так звані дочірні молекули нічим не відрізняються один від одного і від вихідної материнської молекули ДНК. Реплікація відбувається в клітці перед поділом, тому кожна дочірня клітина отримує точно такі ж молекули ДНК, які мала материнська клітина. Процес реплікації заснований на ряді принципів:

1.Комплементарность. Кожна з двох ланцюгів материнської молекули ДНК служить матрицею для синтезу доповнює її, тобто комплементарної, дочірньої ланцюга.

2.Полуконсерватівность. В результаті реплікації утворюються дві подвійні дочірні спіралі, кожна з яких зберігає (консервує) в незмінному вигляді одну з ланцюгів материнської ДНК. Другі ланцюга дочірніх молекул синтезуються з нуклеотидів заново по причеп комплементарності до ниток материнської ДНК. Дочірні ДНК нічим не відрізняються один від одного і від материнської подвійної спіралі.

3.

Антипаралельність. Кожна ланцюг ДНК має певну орієнтацію. Один кінець несе гідроксильну групу (ОН), приєднаної до 3'-вуглецю в цукрі дезоксирибози, на іншому кінці ланцюга знаходиться залишок фосфорної кислоти в положенні 5'-положенні цукру. Дві комплементарні ланцюги в молекулі ДНК орієнтовані в протилежних напрямках - антипараллельно. Ферменти, що синтезують нові нитки ДНК і звані ДНК-полімерази, можуть пересуватися уздовж матричних ланцюгів лише в одному напрямку - від їх 3'-решт до 5'-кінців. При цьому синтез комплементарних ниток завжди ведеться в 5 '→ 3' напрямку, тобто униполярного. Тому в процесі реплікації одночасний синтез нових ланцюгів йде антипараллельно.

4.Преривітость. Для того щоб нові нитки ДНК були побудовані за принципом комплементарності, подвійна спіраль повинна бути розкручена і між материнськими ланцюгами повинні бути відсутніми водневі зв'язку.

Тільки в цьому випадку ДНК-полімерази здатна рухатися по материнським ниткам і використовувати їх в якості матриць для безпомилкового синтезу дочірніх ланцюгів. Але повне розкручування спіралей, що складаються з багатьох мільйонів пар нуклеотидів, пов'язане з таким значним числом обертань і такими енергетичними затратами, які неможливі в умовах клітини. Тому реплікація у еукаріот починається одночасно в деяких місцях молекули ДНК. Ділянка між двома точками, в яких починається синтез дочірніх ланцюгів, називають репліконом. Він є одиницею реплікації.

У кожній молекулі ДНК еукаріотичної клітини є багато репліконов. У кожному РЕПЛІКОН можна бачити репликативную вилку - ту частину молекули ДНК, яка під дією спеціальних ферментів вже розплелися. Кожна нитка в вилці служить матрицею для синтезу комплементарної дочірньої ланцюга. В ході реплікації вилка переміщається уздовж материнської молекули, при цьому розплітаються нові ділянки ДНК. Так як ДНК-полімерази можуть рухатися лише в одному напрямку вздовж матричних ниток, а нитки орієнтовані антипараллельно, то в кожній вилці одночасно ведуть синтез два різних ферментативних комплексу. Причому в кожної вилці одна дочірня (лідируюча) ланцюг росте безперервно, а інша (відстає) синтезується окремими фрагментами довжиною в кілька нуклеотидів. Такі ферменти, названі на честь відкрив їх японського вченого фрагментами Окадзакі. зшиваються ДНК-лігази, утворюючи безперервний ланцюг. Механізм утворення дочірніх ланцюгів ДНК фрагментами називають переривчастими.

5. Потреба в затравки ДНК-полімераза не спроможна починати синтез лідируючої ланцюга, ні синтез фрагментів Окадзакі відстає ланцюга. Вона може лише нарощувати вже наявну полінуклеотидний нитка, послідовно приєднуючи дезоксирибонуклеотидів до її 3'-ОН кінця. Звідки ж береться початковий 5'-кінцева ділянка ланцюга ДНК? Його синтезує на матриці ДНК особлива РНК-полімераза, яка називається праймазой (англ. Primer - запал). Розмір рібонуклеотідной затравки невеликий (менше 20 нуклеотидів) в порівнянні з розміром ланцюга ДНК, утвореною ДНК-поімеразой. Виконала сво. Функціонально. РНК-запал віддаляється спеціальним ферментом, а утворена при ЕОМ пролом закладається ДНК-полімеразою, що використовує в якості затравки 3'-ОН кінець сусіднього фрагмента Окадзакі.

Проблема недореплікаціі решт лінійних молекул ДНК. Видалення крайніх РНК-праймерів, комплементрних 3'-кінців обох ланцюгів лінійної материнської молекули ДНК, призводить до того, що дочірні ланцюга виявляються коротше 10-20 нуклеотидів. В цьому і полягає проблема недореплікаціі решт лінійних молекул.

Проблема недореплікаціі 3'-решт лінійних молекул ДНК вирішується еукариотическими клітинами за допомогою спеціального ферменту - теломерази.

Теломераза є ДНК-полімеразою, добудовують 3'-концилінейних молекул ДНК хромосом короткими послідовностями, що повторюються. Вони, розташовуючись один за одним, утворюють регулярну кінцеву структуру довгою до 10 тис. Нуклеотидів. Крім білкової частини, теломераза містить РНК, що виконує роль матриці для нарощування ДНК повторами.

Схема подовження кінців молекул ДНК. Спочатку відбувається комплементарное зв'язування виступаючого кінця ДНК з матричним ділянкою теломеразной РНК, потім теломераза нарощує ДНК, використовуючи в якості затравки її 3'-ОН кінець, а в якості матриці - РНК, що входить до складу ферменту. Ця стадія називається елонгацією. Після цього відбувається транслокація, тобто переміщення ДНК, подовженої на один повтор, щодо ферменту. Слідом йде елонгація і чергова транслокация.

В результаті утворюються спеціалізовані кінцеві структури хромосом. Вони складаються з багаторазово повторених коротких послідовностей ДНК і специфічних білків.