Генетичний код і біосинтез білків

ДНК – не тільки хранитель і переносник генетичної інформації від клітини до клітини і від одного покоління до іншого. Генетична інформація записана в молекулах нуклеїнових кислот – ДНК і РНК (рибонуклеїнова кислота) – за допомогою генетичного коду у вигляді послідовності нуклеотидів. У процесі життєдіяльності клітини на його основі здійснюється біосинтез білків, характерних для даного організму. Частина білків є в організмі будівельним матеріалом, але більшість інших – це ферменти, за допомогою яких здійснюються величезна безліч різноманітних хімічних реакцій, що забезпечують всі життєві процеси.
Коротка схема синтезу білка така. Спочатку на певній ділянці однієї з ланцюжків ДНК (для цього в цьому місці подвійна спіраль розплітається) матричним комплементарним способом синтезується інша нуклеїнова кислота – матрична, або інформаційна, рибонуклеїнова кислота (мРНК або іРНК)). Нуклеотиди РНК містять ті ж азотисті основи, що і ДНК, крім одного: замість тіаміну у неї присутній урацил, який і приєднується навпроти аденіну при синтезі РНК (рис. 3. Транскрипція. [З: Загальна біологія, с.91, рис. 45 зі змінами]). Процес зчитування інформації з ДНК – так називають синтез РНК на ДНК – отримав назву транскрипції. У ДНК знаходяться особливі послідовності нуклеотидів, що позначають початок і кінець зчитування. За межами ділянки, на якій відбувається синтез РНК, нерідко далеко від нього, розташовані послідовності нуклеотидів, які регулюють процес транскрипції, завдяки тому, що з цими місцями зв’язуються особливі регуляторні білки. Вони забезпечують її ефективність, підсилюють або послаблюють її.

У свою чергу мРНК служить матрицею для синтезу білка. ДНК знаходиться в ядрі клітини. Синтезована мРНК доставляється з ядра в цитоплазму до місця синтезу білка. Білок – це полімер, що складається з послідовності амінокислот, у більшості білків присутній 20 видів амінокислот. Послідовність нуклеотидів мРНК визначає послідовність амінокислот у білку. Здійснюється це таким чином. Кожній амінокислоті відповідає кілька (рідше одна) суворо визначених послідовностей з трьох нуклеотидів мРНК, які називають триплетами, або кодонами. У послідовності кодонів мРНК і записана послідовність амінокислот у білковій ланцюжку. Крім того, кодони можуть означати так звані знаки пунктуації в біосинтезі білків, насамперед, початок і кінець зчитування послідовності нуклеотидів. У вузькому сенсі генетичним кодом називають відповідність між кодонами мРНК і амінокислотами.
Синтез білка на матриці мРНК називають трансляцією. Він відбувається за допомогою особливих клітинних органел – рибосом, а також транспортних РНК (тРНК), які доставляють амінокислоти до рибосоми. Різновидів транспортних РНК стільки ж скільки кодонів. Кожен вид тРНК на одному кінці своєї молекули має антикодон, комплементарний якомусь кодону мРНК. На іншому кінці тРНК є ділянка, до якого особливі ферменти за правилами генетичного коду приєднують відповідну амінокислоту (рис. 4. Приєднання амінокислоти до транспортної РНК. [З: Загальна біологія, с. 94, рис. 47 із змінами]).

Молекули тРНК направляються до рибосоми, зв’язуються нею і з допомогою рибосоми приєднуються своїм антикодоном до відповідного кодону мРНК. Рибосома рухається уздовж ланцюжка мРНК і з’єднує доставлення амінокислоти в білкову ланцюг в тому порядку, в якому розташовані кодони (рис. 5. Синтез білка на рибосомах. [З: Загальна біологія, с. 95, рис. 48 із змінами]).
Транскрипція і трансляція – дуже складні й тонкі процеси, в них бере участь багато речовин, насамперед різних білків-ферментів, і в ході них відбувається багато хімічних реакцій. Регуляцію транскрипції і трансляції здійснює не тільки клітка, в якій вони відбуваються, в ній бере участь і інші клітини багатоклітинного організму, і весь організм в цілому.

Посилання на основну публікацію