генетичний код
Регуляції внутрішньо-клітинних процесів
Всі клітинні функції здійснюються специфічними білка-ми - ферментами. Тому основний механізм регуляції внутрішньо-клітинних процесів пов'язаний з впливом на ці функції зазначених білків - ферментів. Ця регуляція здійснюється через посилення або ослаблення-ня синтезу ферментів на генетичному рівні, контрольованому ДНК, але може бути спрямована і на зміну активності вже синтезованих ферментів, як стимулюючи, так і гальмуючи її. В обох способах регуляції внутрішньоклітинних процесів беруть участь гормони, медіатори (речовини, що виділяються нервовими закінчення-ми), а також продукти, що синтезуються в самій клітині. В останньому випадку регуляція генетичного контролю функції клітин здійснюється за принципом зворотного зв'язку.
Передача генетичного коду
ДНК передає генетичний код клітин-нащадків і програванням дит цей код, тобто управляє синтезом білків в клітині, визначаючи характер синтезованих ферментів, структурних і секретується білків. Для виконання першого завдання під час ділення сомати-чеських клітин (мітозу) два ланцюги, що становлять молекулу ДНК, раз-ються, і кожна з них виявляється матрицею для синтезу нового ланцюга, подібної першої. Біосинтез нового ланцюга ДНК називається реплікацією. Реплікація ДНК каталізується ДНК-полімеразою і може тривати 8-12 годин. Кількість ДНК, представлене в кожній з двох дочірніх клітин, так само її кількості, яку воно містить-муся в материнській клітині, тому що на додачу до ланцюга ДНК, відокремивши-шейся під час мітозу і переданої в дочірню клітину, добав-ся додаткова, знову синтезована ланцюг ДНК. Ці клітини називаються диплоїдними (2N). У разі поділу статевих клітин (мейозу) одна диплоидная клітина після двох швидко наступних один за одним поділів дає початок 4 клітинам, що містить по одному набору хромосом, тобто половину хромосомного матеріалу по порівняй-нію з містяться в соматичних клітинах. Ці клітини називаючи-ються гаплоїдними. Диплоїдний набір відновлюється об'єднаннями-ням двох статевих клітин, але половина ДНК відбувається з поло-вої клітини матері, а інша половина - з клітини батька.
Синтез білка і регуляція синтезу
Управління синтезом білка вклю-чає в себе два етапи:
1) відтворення послідовності нуклеотидів. представлених в ДНК, в послідовності РНК, зване генетичної транскрипцією,
2) використання інформа-ції РНК. для синтезу білків з амінокислот (трансляція).
Синтез білків організовується ДНК з різними типами РНК:
Перший тип - Інформаційної (іРНК),
Другий тип - рибосомальні (рРНК),
Третій тип - Транспортної (тРНК).
Перший тип - Інформаційної (іРНК)
Перший тип - іРНК. синтезується в ядрі клітини. Її синтез на одній з двох ланцюгів ДНК каталізується РНК-полімерази (рис. 1.10).
Синтезируемая іРНК повторює послідовність нуклеотидів, що становлять генетичний код ДНК. Генетичний код представлений послідовностями триплетів підстав нукле-отиде, тобто кожні три послідовних підстави є «слово» коду. Кожен триплет кодує позицію однієї амінокислоти. Звідси триплети іРНК визначають порядок включення амінокіс-лот в молекулу білка під час її синтезу в клітині. Наприклад, два послідовних триплета (гуанін-гаунін-гаунін, ГГГ і гуанін-тимидин-тимидин, ГТТ) відповідальні за розміщення двох аміно-кислот - проліну і глютамінової кислоти в молекулі білка. Ко-дірующій триплет іРНК називається кодоном. Отже, ланцюг кодонів, в свою чергу, становить матрицю для синтезу аміно-кислотної ланцюга білка. Синтез мРНК передує активацією нуклеотидів, приєднанням до кожного з них двох фосфатних заради-радикалів, отриманим від АТФ клітини, тобто йде зі споживанням енер-гии.
РНК-полімераза «дізнається» ділянку, з якого починається транскрипція ДНК, так званий промотор, приєднується до нього, розплітає подвійну спіраль ДНК і, переміщаючись уздовж однієї з її ланцюгів, уздовж складових її структурних генів, утворює нитка РНК, подібну «списувати» ділянці матриці. Коли РНК-полі-Мераз досягає кінця копійованої ділянки (термінатора). на ко-тором закінчується інформація про синтезованих білку, синтез молекули РНК переривається, вона відокремлюється від матриці в нуклеоплазму, а подвійна спіраль ДНК знову відновлюється.
Описана транскрипція генів ДНК відбувається на ділянці, на-зване опероном (рис.1.11).
До його складу крім промотора, структурних генів і термінатора входить оператор, розташований за промотором, з яким взаємодіє регуляторний білок - репрессор. Репрессор, взаємодіючи з оператором, дозволяє або гальмує рух РНК-полімерази. Це пояснюється тим, що репрессорний білок існує в двох різних формах, одна з яких, зв'язуючись з оператором, гальмує транскрипцію, а решту цього ефекту не виробляє. Наприклад, гемопротеинов, пов'язаний-ний з молекулою кисню, гальмує в клітинах нирок транскрипцію генів, відповідальних за синтез гормону еритропоетину. При гіпоксії нирок гемопротеинов позбавляється молекули О2. його спорідненість до оператора знижується і синтез еритропоетину активується (глава 6). Спорідненість репрессора до оператора може підвищуватися або поні-тулитися під впливом різних клітинних продуктів реакції, ка-талізіруемой ферментами, синтез яких контролюється опероном. Так, збільшення кількості синтезованого речовини пригнічує оперон за механізмом негативного зворотного зв'язку, що дозволяє клітині регулювати процес транскрипції і кількість синтезованого білка. Оброблена ферментами нуклеоплазми іРНК посту-Пает через пори в ядрі в цитоплазму і прикріплюється до рРНК.
Другий тип - рибосомальні (рРНК)
Другий тип РНК - тРНК. У клітці багато різних типів тРНК, але кожен з них комбінується тільки з однією з 20 амінокислот, «дізнається» кодон відповідної амінокислоти на іРНК і транспортує амінокислоту до цього місця. Таким обра-зом, кожна тРНК є переносником специфічної для неї амінокислоти до місця збірки білка - до полисомой. Амінокислоти вступають в синтез певного білка після активації їх молі-Кулой АТФ, тобто лише активована АТФ амінокислота з'єднати-ється з молекулою специфічної тРНК. Специфічний кодон в тРНК, який дозволяє їй дізнаватися комплементарний кодон в іРНК - це також триплет нуклеотидних основ і називається він антикодон. Під час формування молекули білка антикодоновая підстави з'єднуються водневими містками з підставами кодону іРНК. Завдяки цьому, амінокислоти вибудовуються одна за одною вздовж ланцюга іРНК, утворюючи відповідну послідовність амінокислот в молекулі білка.
Третій тип - Транспортної (тРНК)
Третій тип РНК - рРНК. Нею утворено близько 60% маси рибосом. Гени ДНК для формування рРНК локалізовані в п'яти різних хромосомах, що пов'язано з високою потребою клітини в даному типі РНК. Синтезована рРНК накопичується в нуклеоламі, де формуються початкові субодиниці рибосом. Потім вони вивільняються з нуклеоли і надходять в цитоплазму, де об'єднуються, формуючи зрілі, що функціонують рибосоми, со-стоять з маленьких і великих субодиниць (перші містять 1 молекулу РНК і білки, другі - 3 молекули РНК і велика кількість білків). іРНК і тРНК утворюють комплекс з маленькою субодиницею. Велика субодиниця утримує зростаючу поліпептидний ланцюг, забезпечує функції ферментів, що підтримують пептидні зв'язку між формують полипептидную ланцюжок амінокислотами.
У міру того, як амінокислоти з'єднуються одна з одною в послідовності, яка визначається порядком розташування тріпл-тов іРНК, рибосома ковзає уздовж ланцюга іРНК, нарощуючи полі-пептидний ланцюг. Коли рибосома досягає кінця ланцюга іРНК, вона звільняє синтезований білок і молекулу тРНК, яка знову використовується в трансляції. Клітинами багато разів може бути використана і молекула іРНК.