Передача генетичної інформації в клітині
Передача генетичної інформації в клітині. Реплікація молекули ДНК.
Передача генетичної інформації в клітині заснована на матричних процесах (реплікації, транскрипції, трансляції). Синтез дочірньої ланцюга (реплікація) молекули ДНК відбувається по матриці одній з двох батьківських ланцюгів з утворенням нової двухіепочечной молекули ДНК. Синтез молекули РНК відбувається в процесі транскрипції ДНК по матриці одній з двох ланцюгів ДНК. Така матрична (інформаційна) РНК може розглядатися як посередник між ДНК і білком. Далі при синтезі білків генетична інформація, закодована в послідовності триплетів азотистих основ (канонів), транслюється в амінокислотну послідовність поліпептидних ланцюгів. Зупинимося коротко на кожному з цих процесів,
Реплікація. Під час реплікації відбувається розбіжність двох ланцюгів ДНК, і кожен з них служить матрицею для синтезу дочірньої ланцюга. Такий спосіб реплікації називається напівконсервативним. При цьому дезоксирибонуклеотидів вбудовуються в дочірню ланцюг згідно з правилом комплементарності азотистих основ (А - Т, G - С). Новостворена молекула складається з однієї батьківської і однієї дочірньої ланцюга ДНК. Утворення дочірніх хромосом відбувається на стадії синтезу (S) в інтерфазі між мітотичними поділами і перед першим поділом мейозу, В анафазе подвоєні хромосоми розходяться по дочірнім клітинам. Таким чином, без процесу реплікації неможливе збереження диплоидного числа хромосом в соматичних клітинах і утворення гаплоїдного набору хромосом в статевих клітинах після двох поділів мейозу. Однак при діленні клітин відбувається не тільки збереження числа хромосом, а й відтворення послідовності азотистих основ у молекулах ДНК, засноване на комплементарностb пар основ батьківської і дочірньою ланцюгів ДНК.
Репарація. Система захисту клітини включає різні типи репарації пошкодженої молекули ДНК. Цей процес може бути одноетапна і багатоетапним, відбуватися як на світлі, nак і в темряві. Наприклад, при ексцизійної репарації, спеціальний фермент робить надріз біля пошкодженої ділянки, а потім цю ділянку видаляється. На місці утворилася проломи відбувається репаративний синтез ДНК по матриці неушкодженою ланцюга. Ферменти реплікації в рідкісних випадках помилково вставляють вдочернюю що ланцюг не комплементарное підставу. Помилки реплікації виправляють спеціальні ферменти з коректує функцією; вони знаходять і видаляють некомплементарни підставу. Потім відбувається заміна на підставу, відповідне правилу комплементарності (А- Т, G - С).
Рекомбінація. Утворення нових поєднанні генів відбувається і внаслідок обміну ділянками між гомологічними послідовностями ДНК (кросинговер). У процесі кросинговеру відбувається обмін ділянками між гомологічними хромосомами. При цьому, чим далі розташовані гени, тим більше часто відбувається між ними кроссинговер. Цей принцип був використаний при побудові перших генетичних карту дрозофіли і кукурудзи.
Рекомбінація може мати місце і при незначній гомології нуклеотидних пар, наприклад, при інтеграції фагів в хромосому бактерій, і при фактичній відсутності цієї гомології в разі переміщення мобільних диспергованих елементів по еукаріотичних хромосом. Останні два типи подій відносять до незаконної рекомбінації.
Транскрипція. Генетична інформація, записана в послідовності основ у молекулі ДНК, передається на молекулу рибонуклеїнової кислоти (РНК) в процесі транскрипції. РНК відрізняється від ДНК наявністю в сахарофосфатнимі кістяку молекули цукру рибози замість дезоксирибози і іншого азотистого підстави - урацила (замість тиміну), комплементарного аденіну. Транскрипція ДНК -матрічний процес, під час якого молекула РН До синтезується по матриці одній з двох ланцюгів ДНК. При цьому відбувається локальне розплітання ланцюгів ДНК в транскрібіруемих ділянці і приєднання рібонуклеотідних залишків до зростаючої ланцюга РНК. Після закінчення транскрипції кожного чергового ділянки молекули ДНК її двухспіральная структура відновлюється. Транскрипція закінчується на термінаторних послідовності гена з відділенням сіінтезірованной одноцепочечной молекули РНК. У процесі транскрипції беруть участь не тільки спеціальні ферменти, а й численні регуляторні білки. Такі білки взаємодіють зі регуляторними послідовностями генів, забезпечуючи процес початку і закінчення транскрипції і рівень напрацьованого первинного продукту.
Трансляція. Передача генетичної інформації з мРНК на білок носить назву трансляції. Біосинтез білка відбувається на цитоплазматичних структурах, званих рибосомами. Рибосома, просувається уздовж мРНК, послідовно вибираючи з-поміж ті амінокислоти, з'єднані з транспортними РНК (тРНК), які відповідають кодує послідовностям нуклеотидів. При цьому послідовність кодонів в зрілої молекулі РНК визначає послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі. Генетичний код складається з 64 кодонів. Три з них - нонсенс-кодони (на них закінчується процес трансляції), все решта є смисловими, тобто кодують амінокислоти. Переважання числа кодонів над числом кодованих ними свідчить про вирожденність генетичного коду. Це означає, що одну і ту ж амінокислоту можуть кодувати від 2 до 6 триплетів. Разом з тим один кодон може кодувати тільки одну амінокислоту. Генетичний код, записаний в хромосомах різних еукаріотичних організмів, універсальний, дещо відрізняється від нього тільки мітохондріальний код.
Мутації можуть виникнути як в регуляторних, так і кодують ділянках генів. Найбільш значимі мутації в кодують областях, так як призводять до зміни структури первинного продукту гена (РНК або білка).