Реалізація генетичної інформації - процес, що відбувається всередині кожної живої клітини. під час якого генетична інформація. записана в ДНК. втілюється в біологічно активних речовинах - РНК і білках. Перехід генетичної інформації від ДНК до РНК і від РНК до білка є універсальним для всіх без винятку клітинних організмів. Дані про це інформаційному потоці називається центральної догмою молекулярної біології.
Реалізація генетичної інформації у про-і еукаріот Правити
Принципова схема реалізації генетичної інформації у про-і еукаріот.
Прокаріоти. У прокаріотів синтез білка рибосомою (трансляція) просторово не відокремлений від транскрипції і може відбуватися ще до завершення синтезу мРНК РНК-полімерази. Прокаріотичні мРНК часто поліцістронной. тобто містять кілька незалежних генів.
Еукаріоти. мРНК еукаріотів синтезується у вигляді попередника, пре-мРНК, що зазнає потім складне етапне дозрівання - процесинг. що включає приєднання кеп -Структури до 5 '-кінців молекули, приєднання декількох десятків залишків аденіну до її 3'-кінців (поліаденілювання), вищепленію незначущих ділянок - інтронів і з'єднання один з одним значущих ділянок - екзонів (сплайсинг). При цьому з'єднання екзонів однієї і тієї ж пре-мРНК може проходити різними способами, приводячи до утворення різних зрілих мРНК, і в кінцевому підсумку різних варіантів білка (альтернативний сплайсинг). Тільки мРНК, яка успішно пройшла процесинг, експортується з ядра в цитоплазму і втягується в трансляцію.
Основні стадії процесу реалізації генетичної інформації у еукаріот Правити
Початкова стадія зберігання інформації Правити
Після закінчення клітинного ділення. хроматин. який містить ДНК з генетичною інформацією знаходиться в так званому конденсованому стані. яке призначене для того, щоб в найбільш зберіганню вигляді доставити генетичну інформацію з батьківської клітини в дочірні. У цьому стані ДНК знаходиться в максимально компактному стані і не працює.
Деконденсація хроматину Правити
Коли поділ завершено, ДНК повинна бути приведена в викликане стан. Для цього вона розгортається під управлінням спеціальних білків хроматину. На цій стадії відбувається процес індукції або суппрессіі тих чи інших генів. коли вони можуть ставати або «говорять» (експресуються), або «мовчати». Одним з проявів цього процесу є диференціація клітин.
Транскрипція (переписування) Правити
До розгорнутим ділянок ДНК отримують доступ спеціальні ферменти, звані РНК-полімерази. ДНК і РНК є ланцюжком з ланок - нуклеотидів. Між нуклеотидами ДНК і РНК існує хімічна спорідненість, що дозволяє полімеразі рухатися по ДНК і синтезувати РНК, в точності відповідну ДНК. Отримана в результаті транскрипції РНК називається інформаційною (іРНК) або матричної (мРНК). Переписується ділянку не нескінченний, а обмежений по обидва боки спеціальними ДНК-послідовностями і називається геном. Після транскрипції з гена виходить відповідна йому мРНК. Детальніше див. Транскрипція.
Трансляція і транспорт амінокислот Правити
Основними органічними речовинами всіх живих організмів на Землі є білки. а в основі всіх білків лежить двадцять амінокислот. Кожен білок є ланцюжком з амінокислотних молекул. Щоб «прочитати» інформацію із створених на попередньому етапі мРНК, потрібно по-перше, постійна подача амінокислот, а по-друге, робота по перетворенню генетичного коду в амінокислотний. Справа в тому, що кожній амінокислоті відповідає трійка нуклеотидів і це відповідність в достатній мірі довільно. Тому в клітці завжди присутній 20 видів так званих транспортних РНК (тРНК), які з одного кінця мають хімічна спорідненість до деякої трійці нуклеотидів, а з іншого кінця спеціальним ферментом (аміноацил-тРНК-синтетаза) приєднується відповідна даної трійці амінокислота. Тобто, кожна така тРНК є адаптором. а набір молекул синтетази, яких теж 20 видів - таблицею перетворення генетичного коду в амінокислотний. тРНК постійно «виловлюють» плаваючі в цитоплазмі клітини амінокислоти і доставляють їх до місця синтезу білків - до рибосом. Див. Трансляція
Синтез (збірка) білків в рибосомах Правити
Рибосоми плавають в цитоплазмі клітини і до них надходять мРНК з інформацією з ядра і тРНК з матеріалом з навколишнього цитоплазми. Рибосома також схожа на застібку-блискавку, тільки набагато більші РНК-полімерази і являє собою цілу клітинну органеллу. Під час роботи вона надівається на ланцюжок мРНК і ковзає по ній. Вступники в рибосому тРНК з'єднуються з поточним ділянкою мРНК тільки в тому випадку, якщо відповідна частина відповідає закодованої амінокислоті. Після цього рибосома отримує потрібну амінокислоту, від'єднує її від тРНК і приєднує до білкової ланцюжку, яку вона тче. Вільна тРНК видаляється, а рибосома переходить до наступної трійці нуклеотидів, після чого процес повторюється. Закінчується він тоді, коли буде пройдена вся ланцюжок мРНК, при цьому буде витканий в точності той білок, який був закодований в тому гені в ДНК, який дав початок всього процесу.
Біологічна активність білків Правити
Білки є практично універсальними хімічними сполуками. Різні амінокислоти володіють різним хімічним спорідненістю один до одного, до води, до інших речовин. Тому, готовий білок скручується в просторі особливим, тільки йому властивим чином, оголюючи свої частини, різні за формою і хімічної активності. У клітинах білки використовуються і як будівельний матеріал і як ферменти. каталізують або інгібуючі необхідні реакції. Кожен білок можна вважати «молекулярним роботом», який виконує свою примітивну функцію. В результаті активності білків, в клітці синтезуються всі інші хімічні речовини, небелкового походження, зокрема, самі амінокислоти, нуклеотиди, ДНК і РНК та інші. Детальніше див. Білок.
Допоміжні процеси Правити
- Багато процесів засноване на тому факті, що відповідні нуклеотиди РНК мають хімічна спорідненість між собою, а якщо створити їх комплементарні ланцюжка, то спорідненість можна посилити. Таким чином, ланцюжки РНК можна використовувати для побудови різних структур, на зразок дитячої іграшки - повітряної кульки-сосиски, з якого можна збирати різного роду фігури. Всі 21 тРНК є такими структурами, що нагадують за формою карткову масть трефи ( "хрести"), рибосоми теж побудовані подібним чином, з ипользованием Хвороби (рРНК). Оскільки структура таких молекул визначається послідовністю нуклеотидів, то вони також кодуються в ДНК.
- Синтез і робота білків часто вимагають енергії. У клітинах універсальним носієм енергії є молекули аденозинтрифосфату (АТФ). Так на освіту одного нового ланки в білкової ланцюжку, потрібно одна «заряджена» молекула АТФ.