Як реалізується генетична інформація

Урок-лекція

ПЕРЕТВОРЕННЯ ІНФОРМАЦІЇ В ЖИВИХ СИСТЕМАХ. Ви вже розглянули багато прикладів того, як склад хімічних сполук відбивається на їхніх властивостях. Взаємозалежність складу і властивостей в біологічних системах значно складніше. Мова йде про кодуванні в структурі ділянки молекули ДНК відомостей про зовсім іншому речовині – білку, який володіє своїми власними властивостями, обумовленими його структурою, і виконує певну функцію. Власне, механізм такого перетворення інформації, укладеної в структурі ДНК, в структуру і властивості білка і є фундаментальною властивістю живого, що визначив поява в природі такого феномена, як життя (§ 29-30, 79).

Нетических КОД. З часу відкриття Дж. Уотсоном і Ф. Криком будови ДНК вчені стали шукати ключ до того шифру, за допомогою якого на молекулі ДНК записана інформація про білку. Згадаймо, що в білковому «алфавіті» 20 «букв» -амінокислот, а «букв» -нуклеотидів у складі ДНК всього чотири. Якщо кожен нуклеотид відповідав би тільки одній амінокислоті, то 16 амінокислот не мали б шансу потрапити в білок. Якби «слова» генетичного коду складалися з двох «букв» -нуклеотидів, то число можливих комбінацій збільшилася б до 16, що теж недостатньо. А ось поєднання по три (триплет) з чотирьох “букв” -нуклеотидів дає 64 комбінації, яких вистачає з надлишком. Експериментально встановлено, що генетичний код дійсно читається групами по три нуклеотиду, т. Е. Код триплетів. Кожен триплет кодує одну амінокислоту і називається кодоном.

Найважливішими характеристиками генетичного коду, крім його триплетности, є наступні:

код однозначний: кожен триплет шифрує тільки одну амінокислоту;
код виродилися, т. е. майже кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном (від двох до шести);
код універсальний, він єдиний для всіх живих істот на Землі.
ТРАНСКРИПЦІЯ. Ділянки ДНК, які кодують послідовність амінокислот у молекулі білка, отримали назву структурних генів. Початком реалізації записаною на них інформацією служить створення РНК-копії структурного гена – транскрипція (переписування) (рис. 58).

Важлива роль в процесі транскрипції належить ферменту РНК-полімерази. Він розпізнає початок структурного гена, приєднується до нього і тим самим провокує розкручування витка спіралі ДНК. При цьому оголюється ділянку одноцепочечной ДНК, який повинен послужити матрицею для створення на ньому РНК-копії. Процес цей протікає в суворій відповідності з принципом комплементарності і схожий з утворенням нового ланцюга ДНК в ході реплікації (§30-31). РНК-полімераза переміщається по матричної ланцюга ДНК і поступово нарощує комплементарную їй ланцюг РНК. Фермент продовжує приєднувати нуклеотиди до зростаючої ланцюга РНК, поки не дійде до кінця гена. Досягнувши цієї точки, РНК-полімераза сходить з ланцюга ДНК, а потім від неї від’єднується і утворилася РНК-копія, звана інформаційної або матричної (мРНК). Слідом за цим ланцюжка ДНК розплітання ділянки з’єднуються знову і відновлюють форму подвійної спіралі. Транскрипція завершена, мРНК надходить через ядерні пори в цитоплазму.

ТРАНСЛЯЦІЯ. Під час трансляції записана на мРНК у вигляді послідовності нуклеотидних основ інформація перетвориться в послідовність амінокислот. Процес цей протікає на рибосомах, і для його успішної реалізації необхідний ще один тип РНК – короткі транспортні РНК (тРНК). Кожна молекула тРНК має певну просторову конфігурацію, що трохи нагадує листок конюшини (рис. 59).

У центрі молекули (на верхівці середнього «листка конюшини») розташовується триплет – антикодон, здатний спаровуватися з комплементарним йому кодоном (кодоном) мРНК. Триплет на кінці тРНК може утворювати ковалентний зв’язок зі специфічною амінокислотою. У клітці існують тРНК з різними антикодон, відповідно, здатні зв’язуватися з кожною з 20 амінокислот, необхідних для синтезу білка.

Сама рибосома являє собою складну біохімічну систему, призначену для синтезу білка відповідно до інструкцій, записаними в структурі мРНК. Спочатку рибосома зв’язується з мРНК, а слідом за цим до комплексу мРНК-рибосома приєднується несуча амінокислоту тРНК, антикодон якої комплементарен перший кодону мРНК (рис. 60, а). Потім поряд з першою гРНК приєднується другий з антикодоном, комплементарним другий кодону мРНК, і т. Д. Спеціальний фермент пов’язує між собою дві амінокислоти, доставлені цими двома тРНК, які поки ще залишаються приєднаними до комплексу. Після цього першого тРНК залишає рибосому, щоб приєднати нову молекулу відповідної їй амінокислоти. Тим часом рибосома просувається вздовж мРНК і друга тРНК з приєднаною до неї амінокислотою займає місце першої. Все це повторюється багаторазово до тих пір, поки рибосома не дійде до стоп-кодону на мРНК, яким закінчується будь структурний ген. Досягнувши його, рибосома і знову синтезований білок від’єднуються від мРНК і переходять в цитоплазму клітини.

До однієї молекулі мРНК прикріплюється зазвичай багато рибосом, які, просуваючись вздовж неї, транслюють кодон за кодоном нові молекули білка (рис. 60, б). Така структура отримала назву полісома. Рибосоми працюють дуже ефективно: за 1 с в організмі людини синтезується 5х1014 молекул гемоглобіну – білка з унікальною послідовністю з 574 амінокислот.

Процес біосинтезу білка – один з найбільш енергоємних у реакціях пластичного обміну клітини. На освіту однієї пептидного зв’язку в синтезованого білка витрачається чотирьох молекули АТФ – дві при приєднанні амінокислоти до тРНК і дві безпосередньо на рибосомі.

Передача генетичної інформації йде по ланцюжку ДНК – мРНК – білок. Цей процес проходить за участю багатьох ферментів і вимагає витрат енергії, що постачається АТФ. Генетичний код: триплетів, оскільки кожна амінокислота кодується певним поєднанням з трьох нуклеотидів, званим кодоном, однозначний, виродилися і універсальний. У ході транскрипції відбувається матричний синтез мРНК з ділянки ДНК – структурного гена, що несе інформацію про білку. Синтез білка відповідно до записаної на зрілої мРНК інформацією (трансляція) проходить на рибосомах, куди молекулами тРНК доставляються амінокислоти. Правильність трансляції забезпечується тим, що молекула тРНК, що володіє певним антикодоном, може зв’язуватися тільки з певною амінокислотою. Кодони мРНК послідовно розпізнаються антикодон тРНК, а пов’язані з цими тРНК амінокислоти з’єднуються один з одним, формуючи білок.

Що таке генетичний код?
Як влаштовані тРНК?
Як відбувається синтез білка на рибосомі?
До чого призводить перетворення генетичної інформації?
Чому носіями генетичної інформації є саме нуклеїнові кислоти?

Посилання на основну публікацію