Молекулярная генетика: общие сведения
В хранении, передаче и преобразовании
генетической информации центральное место занимают нуклеиновые кислоты.
Решающим фактором при этом является способность нуклеиновых, оснований к
специфическому (комплементарному) спариванию (см. с. 90). (Эти процессы
более детально рассматриваются в следующих разделах.)
А. Реализация и передача генетической
информации
Хранение информации. Генетическая
информация закодирована в последовательности нуклеотидов ДНК (DNA),
организованных в функциональные участки, называемые генами. [РНК (RNA)
как носитель генетической информации используется только некоторыми вирусами.]
Участки ДНК кодируют белки, т. е. они содержат информацию об аминокислотной
последовательности белков. Каждый остаток представлен в ДНК своим кодовым словом
(кодоном), состоящим из трех следующих друг за другом оснований. Так,
ДНК-кодон для фенилаланина представлен тринуклеотидом ТТС (2) На уровне ДНК
кодоны образуют ее некодирующую цепь [последовательность нуклеотидов
которой соответствует последовательности мРНК (mRNA)] (см. с.
90).
Репликация. Во время деления клеток генетическая информация
должна перейти в дочерние клетки. Для достижения этого вся ДНК клетки копируется
в процессе репликации во время S-фазы клеточного цикла (см. с. 380),
при этом каждая ее цепь служит матрицей для синтеза комплементарной последовательности
(1, см. с. 238).
Транскрипция. Для экспрессии гена, т.е. синтеза закодированных
в нем белков, последовательность нуклеотидов кодирующей цепи ДНК должна быть
трансформирована в аминокислотную последовательность. Поскольку ДНК не принимает
непосредственного участия в синтезе белка, информация, хранящаяся в ядре, должна
быть перенесена на рибосомы, где собственно и осуществляется биосинтез белков.
Для этого соответствующий участок кодирующей цепи ДНК считывается (транскрибируется)
с образованием гетерогенной ядерной РНК [гяРНК (hnRNA)], т. е. последовательность
этой РНК комплементарна кодирующей цепи ДНК (3;
см. с. 90). Поскольку в РНК вместо тимина содержится урацил (см с. 86),
AAG триплет ДНК трансформируется в UUC-кодон гяРНК.
Созревание РНК. У эукариот гяРНК, прежде, чем покинуть
ядро в виде матричной РНК (мРНК, 4), претерпевает
существенные изменения: из молекулы вырезаются избыточные (некодирующие) участки
(интроны), а оба конца транскриптов модифицируются путем присоединения дополнительных
нуклеотидов (см. с. 242).
Трансляция. Зрелая мРНК попадает
в цитоплазму и связывается с рибосомами, преобразующими полученную
информацию в аминокислотную последовательность. Рибосомы (см. с. 246) — это
рибонуклеопротеидные комплексы, включающие несколько десятков белков и несколько
молекул рибосомной РНК (рРНК (rRNA), см. с. 88). Рибосомные РНК выполняют
функцию структурного элемента рибосом, а также принимают участие в связывании
мРНК и образовании пептидных связей.
Механизм преобразования генетической
информации основан на взаимодействии кодонов мРНК с транспортной РНК
[тРНК (tRNA), см. с. 88], которая переносит на рибосому аминокислоты, связанные
с 3'-концом тРНК, в соответствии с информацией, закодированной в мРНК. Примерно
в середине цепи тРНК расположен триплет (например, GAA), называемый
антикодоном и комплементарный соответствующему кодону а мРНК. Если
транслируется кодон UUC, то с ним взаимодействует антикодон в составе
Phe-тРНК (5), несущей на 3'-конце остаток фенилаланина. Таким образом, остаток
аминокислоты занимает положение, в котором на него может быть перенесена
растущая полипептидная цепь, связанная с соседней тРНК (6).
Активация аминокислот. Прежде чем связаться с рибосомой,
транспортные РНК присоединяют соответствующую аминокислоту с помощью специфического
«узнающего» фермента (7, схема на с. 244),
обеспечивающего точный перенос (трансляцию) генетической информации с уровня
нуклеиновых кислот на уровень белка.