Сохранение информации от поколения к поколению

Видео: Информация как элемент управления. Сергей Данилов

При размножении зигота, образовавшаяся в результате слияния гамет, дает начало миллионам и миллиардам клеток тела. Каждая исходная молекула ДНК дает начало двум новым молекулам РНК, с сохранением в неизменном виде всех особенностей исходной молекулы. Процесс удвоения ДНК, происходящий во время синтетической (5) стадии интерфазы, носит название репликации. Во время репликации информация, закодированная в последовательности нуклеиновых оснований молекулы родительской ДНК, передается с максимальной точностью дочерним ДНК. Вкратце рассмотрим схему репликации.

В 1956 г. А. Корнберг выделил фермент, который был способен связывать свободные нуклеотиды друг с другом, и дал ему название ДНК-полимераза. В последующие годы были обнаружены и другие виды полимераз, также способных удлинять цепи ДНК в направлении 5`?3`, последовательно прибавляя по одному нуклеотиду к 3`-ОН-конпу цепи. ДНК-полимераза может строить лишь одну цепь молекулы ДНК. Обнаружение ДНК-полимеразы стало первым практическим шагом анализа биохимических механизмов репликации.

Способ репликации, характерный для всех эукариот, в том числе и человека, известен под названием полуконсервативной репликации (рис. IV.10). В начале процесса репликации особый фермент — хеликаза (от греч. helix — спираль) — расплетает родительскую ДНК на две нити, каждая из которых служит матрицей, определяющей последовательность новой, комплементарной цепи ДНК. При полуконсервативной репликации дочерние клетки первого поколения получают только одну из нитей ДНК родительской клетки. Вторая нить синтезируется заново, при этом она комплементарна родительской цепи. Процесс повторяется при образовании дочерних клеток второго поколения. Таким образом, только две из четырех дочерних клеток второго поколения содержат по одной цепи исходной родительской ДНК.

Поскольку ДНК-полимераза катализирует репликацию только в одном направлении (5`?3`), непрерывно достраивается только одна новая цепь молекулы ДНК (смысловая). Вторая цепь (антисмысловая) синтезируется другой ДНК-полимеразой, движущейся в обратном направлении, в виде коротких участков ДНК. Затем эти фрагменты ДНК связываются в единую цепь ферментом ДНК-лигазой.

Видео: Запись вебинара "Как сохранить информацию из Интернета"

Таким образом, репликация ДНК обеспечивает высочайшую точность воспроизведения генетической информации, заключенной в последовательности оснований ДНК и тем самым реализует основные функции ДНК - сохранение генетической информации и точное ее воспроизведение в ряду поколений.

Сразу после открытия структуры двойной спирали ДНК стало очевидно, что сама молекула ДНК не может служить матрицей для синтеза белка. Этот вывод логично вытекал из того, что почти вся ДНК находится в хромосомах, расположенных в ядре, в то время как синтез белка осуществляется в цитоплазме клетки. Таким образом, генетическая информация, зашифрованная в структуре ДНК, должна передаваться иной молекуле, способной транспортироваться в цитоплазму иучаствовать в синтезе белка. Такой молекулой оказалась мРНК, а процесс образования мРНК получил название транскрипции.

Транскрипция — это процесс переноса генетической информации от ДНК к РНК. Все виды РНК (мРНК, тРНК, рРНК и гяРНК) синтезируются в соответствии с последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК, служащей для них матрицей. Процесс транскрищии осуществляется при участии трех ДНК-зависимых РНК-толимераз. Полимераза находится в ядрышках, где катализирует синтез рРНК. Полимеразы II и III находятся в кариоплазме, где полимераза II контролирует синтез первичного транскрипта мРНК, а полимераза III участвует в синтезе тРНК.

Процесс транскрипции осуществляется следующим образом. РНК-полимераза, прикрепляясь к началу участка ДНК, расплетают двойную спираль. Перемещаясь вдоль одной из нитей, она последовательно выстраивает комплементарную нить РНК. По мере передвижения РНК-полимеразы растущая нить РНК отходит от матрицы ДНК, и двойная спираль ДНК позади фермента восстанавливается. Когда РНК-полимераза достигает специфического участка ДНК, называемого терминационным, рост цепи РНК прекращается, и происходит отделение ее от ДНК. Синтезированная нить РНК содержит информацию, точно переписанную с соответствующего участка ДНК.

Процесс транскрипции, как и репликации, осуществляется при строгом соблюдении правила комплементарности с одним измерением: напротив аденина молекулы ДНК при транскрипции в молекулу РНК встраивается урацил (рис. IV.11).

После того как заканчивается транскрипция, все виды РНК претерпевают определенные изменения, в результате которых ониприобретают возможность выполнять специфические для каждой из них функции. Подобное созревание РНК носит название процессинга.

Матричная, или информационная, РНК (мРНК). На долю мРНК приходится примерно 3-5% всей содержащейся в клетке РНК. Молекулы мРНК образуются из больших молекул-предшественников — гяРНК. Изменения гяРНК связаны с модификацией по 5`- и 3`-концам и сплайсингом. Изменение 5`-конца приводит к образованию специфической последовательности, называемой кэп-структурой. Изменение 3`-конца заключается в присоединении к нему 120-150 остатков аденина (роly А). Сплайсинг — это процесс удаления участков молекулы РНК, соответствующих интронньш последовательностям ДНК.

Зрелая мРНК выходит в цитоплазму и становится матрицей для синтеза белка, т.е. переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам.

Рибосомальная РНК (рРНК) составляет более 80% всей РНК клетки. Она кодируется генами, расположенными в так называемых ядрышковых организаторах некоторых акроцентрических хромосом.

Последовательность нуклеотидов в рРНК сходна у всех организмов. Вся рРНК находится в цитоплазме, где она образует сложный комплекс с белками, формируя рибосому. На рибосомах информация, зашифрованная в структуре мРНК, переводится (транслируется) в аминокислотную последовательность, т.е. происходит синтез белка.На долю транспортных РНК (тРНК) приходится примерно 15 % всей клеточной РНК. Поскольку большинство аминокислот кодируются несколькими триплетами, число различных тРНК значительно больше числа аминокислот (больше 20). Все молекулы тРНК имеют сходную структуру, напоминающую клеверный лист (рис. IV.12). На 5`-конце молекулы всегда находится гуанин, а на 3`-конце — последовательность ЦЦА- тРНК узнает соответствующий кодон в мРНК и переносит нужную аминокислоту в растущей полипеп-

тидной цепи. Узнавание кодона мРНК осуществляется с помощью антикодона транспортной РНК — специфичной для каждой аминокислоты последовательности трех оснований тРНК, комплементарных данному кодону мРНК. Аминокислота присоединя-ется к 3`-концу тРНК с помощью фермента аминоацил-тРНК-синтетазы.

Таким образом, тРНК играют связующую роль между мРНК и белком.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!