Генетическая информация в клетке
Генетическая информация – важнейший признак организма, определяющий все его качества – внешний вид, химическую структуру, жизненные циклы и приспособленность к среде обитания.
Единицей этой информации является ген – часть молекулы ДНК, в которой записана структура одного белка.
Каждый живой организм синтезирует собственные белки, которые управляют им, обеспечивают скорость химических реакций в клетках, защищают, переносят необходимые вещества. Жизнь недаром называется белковой формой существования материи.
Основными свойствами генетической информации являются:
- ее уникальность для каждого организма (кроме размножающихся бесполыми способами);
- возможность ее изменения путем мутаций и комбинирования геномов при половом размножении;
- возможность ее реализации путем синтеза белков.
Генетический код
Генетическая информация распространяется от ДНК к РНК и далее к синтезу белков, в настоящее время наука не знает примеров обратной передачи, кроме некоторых вирусов и раковых клеток.
На одной молекуле ДНК записана информация о сотнях тысяч белков. На сегодня наука оценивает количество наследственной информации человека в 30 тыс. генов. Каждый ген кодирует один белок. Информация на нити ДНК записана самой последовательностью нуклеотидов.
В синтезе белков используются 20 аминокислот, каждая из которых кодируется последовательностью из трех азотистых оснований нити ДНК, называемой триплетом. К 1965 году ученые расшифровали генетический код. Оказалось, что существует 61 триплет для кодировки аминокислот и 3 стоп-триплета, которые означают конец гена. Многим аминокислотам соответствует по нескольку триплетов.
Свойствами генетического кода являются:
- Непрерывность. Молекула ДНК является однородной, состоящей только из нуклеотидов на всей своей длине. Роль знаков препинания при переходе от одного гена к другому играют стоп-триплеты.
- Триплетность. Информационной единицей кода является порядок из трех нуклеотидов.
- Однозначность. Каждому кодону (триплету) соответствует конкретная аминокислота.
- Избыточность или вырожденность – одной аминокислоте соответствует несколько триплетов.
- Универсальность. Геном работает абсолютно одинаково у всех живых организмов.
Транскрипция и трансляция белка
Синтез белков – это сложный многоэтапный процесс, основными его этапами являются:
- транскрипция – считывание и копирование гена в структуру информационной РНК;
- трансляция – использование и-РНК в качестве матрицы, по которой собирается молекула белка.
Транскрипция происходит в ядре – фермент РНК-полимераза присоединяется к специальному участку ДНК, который называется «промотор» и начинает двигаться по нему.
При этом двойная спираль расплетается перед полимеразой на расстояние примерно 18 нуклеотидов, а затем снова сплетается позади нее. Двигаясь вдоль цепочки ДНК, РНК-полимераза собирает по принципу комплементарности молекулу информационной или матричной РНК. Длина цепочки мРНК может достигать почти 2,5 млн нуклеотидов. Процесс транскрипции заканчивается, когда РНК-полимераза встречает участок цепи ДНК, названный «терминатором».
Когда молекула мРНК собрана, она подвергается «созреванию» – метилированию, удалению некодирующих белок участков молекулы (процесс назван сплайсингом). После этого зрелая мРНК выходит через поры ядра в цитоплазму и с помощью специальных белков транспортируется к рибосомам.
Рибосома – это нуклеопротеид, комплекс, содержащий рибосомную РНК в виде магниевой ее соли и белок.
Матричная РНК присоединяется к рибосоме. Рибосома распознает последовательности нуклетидов по трое – считывает кодон, тут же выбирая подходящую аминокислоту из молекул, доставленных транспортной РНК. Рибосома двигается вдоль матричной РНК, подбирая и соединяя нужные молекулы и создавая таким образом цепочки аминокислот, которые являются первичной структурой белка.
Нуклеиновые кислоты являются важнейшей частью жизни. Их синтез различается в зависимости от типа НК.
ДНК синтезируется на начальном этапе деления клетки, когда двойная ее спираль раскручивается. Специальные белки удерживают ее нити в полностью или частично разведенном состоянии. В местах образования репликационной вилки активизируется специальный тип РНК-полимеразы, создающей начальные участки молекулы, которые потом передаются ДНК-полимеразе – ферменту, комплементарно дополняющему участки цепи ДНК. Этот фермент достраивает недостающую половину двойной молекулы, создавая вторую цепочку ДНК. В этом же время другая молекула фермента строит зеркально недостающую цепочку на второй из разведенных цепочек ДНК.
Разные виды РНК создаются РНК-полимеразами различных типов:
- матричная – в ядре, на участках молекулы ДНК;
- рибосомная – в ядрышке (которое является молекулярным комплексом из белков и рибонуклеопротеидов, находящимся на некоторых участках ДНК);
- транспортная – в нуклеоплазме.
Все виды РНК синтезируются по матричному принципу на участках ДНК.