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.