Репликация, транскрипция, трансляция

Репликация, транскрипция, трансляция 1. 2
Репликация ДНК играет ключевую роль в наследствен-
ности, так как обеспечивает передачу генетической инфор-
мации в ряду поколений.
Репликация представляет собой уникальный, характер-
ный только для молекул ДНК процесс. Это не простое деле-
ние, а самоудвоение, которое происходит по полуконсерва-
тивному механизму в фазе S клеточного цикла. В процессе
репликации две цепи молекулы ДНК разъединяются под
действием специальных ферментов, и каждая из них в даль-
нейшем служит матрицей для синтеза новых цепей из сво-
бодных нуклеотидов по принципу комплементарности.
В результате репликации образуются две новые, анало-
гичные исходной и идентичные между собой молекулы ДНК.
Каждая новая молекула ДНК содержит одну старую цепь и
одну вновь синтезированную.
Таким образом, процесс репликации обеспечивает точ-
ную передачу
наследственной информации от исходной
клетки новой.
Транскрипция заключается в переписывании генетиче-
ской информации с ДНК на РНК. Процесс имеет некоторое
сходство с репликацией, но при этом отличается следующи-
ми особенностями:
– деспирализация (расплетание) молекулы ДНК на две цепи
происходит частично;
РНК полимераза
cвободные
РНК нуклеотиды
ДНК
– напротив нуклеотидов цепи
ДНК располагаются нуклео-
тиды РНК, происходит это по
правилу комплементарности.
В итоге, образуется новая моле-
кула мРНК. Этот процесс обе-
спечивается специальным фер-
ментом (РНК полимеразой);
– молекула мРНК отделяется от
ДНК, созревает (путем удале-
ния интронов и соединения эк-
зонов) и проходит через ядер-
ные поры в цитоплазму (ДНК
не покидает ядро клетки).
Таким образом, РНК является копией одного из участков ДНК.
По завершении транскрипции двойная спираль ДНК восстанавливается.
Трансляция является процессом, лежащим в основе биосинтеза белков, и заключается в перево-
де генетической информации с последовательности нуклеотидов в мРНК в аминокислотную последо-
вательность молекулы белка. Этот перевод осуществляется при помощи специального генетического
кода.
Генетический код представляет собой систему кодирования (зашифровки) генетической информа-
ции о последовательности аминокислот в белковой молекуле в виде последовательности нуклеотидов
в молекуле ДНК (или вирусной РНК).
10 1. Основы генетики
Последовательность аминокислот в молекуле белка определяется последовательностью нуклеоти-
дов, расположенных в ДНК в виде триплетов (кодонов). Каждый кодон соответствует одной амино-
кислоте.
В живых организмах есть 20 типов аминокислот, а число комбинаций, возможных при сочетании 4
типов азотистых оснований по 3, равно 64 (43 = 64). Как следствие, число возможных триплетов намно-
го больше, чем необходимо для зашифровки всех аминокислот.
Генетический код
Первое
основание Второе основание Третье
основание
5’ конец У Ц A Г 3’ конец
У
Фенилаланин
Фенилаланин
Лейцин
Лейцин
Серин
Серин
Серин
Серин
Тирозин
Тирозин
Stop – конец трансляции
Stop – конец трансляции
Цистеин
Цистеин
Stop – конец трансляции
Триптофан
УЦA
Г
Ц
Лейцин
Лейцин
Лейцин
Лейцин
Пролин
Пролин
Пролин
Пролин
Гистидин
Гистидин
Глутамин
Глутамин
Аргинин
Аргинин
Аргинин
Аргинин
УЦAГ
А
Изолейцин
Изолейцин
Изолейцин
Meтионин (Start –
начало трансляции)
Треонин
Треонин
Треонин
Треонин
Аспарагин
Аспарагин
Лизин
Лизин
Серин
Серин
Аргинин
Аргинин
УЦAГ
Г
Валин
Валин
Валин
Валин
Aланин
Aланин
Aланин
Aланин
Аспарагиновая кислота
Аспарагиновая кислота
Глутаминовая кислота
Глутаминовая кислота
Глицин
Глицин
Глицин
Глицин
УЦAГ
Следовательно, одна и та же аминокислота может быть закодирована несколькими триплетами. Эта
особенность генетического кода называется вырожденностью.
Другой существенной особенностью генетического кода является его универсальность, то есть одни
и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех живых организмов (бактерий, растений,
животных и др.).
Генетический код не перекрывается: каждая группа из трех последовательных оснований образует
один триплет, и одно азотистое основание может входить в состав только одного кодона. В цепи ДНК
триплеты располагаются в линейной последовательности. Генетический код не имеет запятых, и в
процессе синтеза белка генетическая информация считывается триплет за триплетом от первого (ко-
дона START ) до последнего (кодона STOP). Кодон инициации (START) представлен триплетом АУГ, а
кодон завершения трансляции (STOP) – одним из трех триплетов: УАА, УГА, УАГ.
Трансляция происходит в рибосомах.
В цитоплазме клетки есть молекулы тРНК, посту-
пившие из ядра и несущие информацию о белке. В мо-
лекуле тРНК есть особый участок, который называется
антикодон и состоит из трех азотистых оснований в
определенной последовательности. К противополож-
ному концу молекулы тРНК присоединяется аминокис-
лота, которая будет перенесена к месту синтеза белка –
комплексу из двух субчастиц рибосом и мРНК.
В процессе трансляции антикодон тРНК временно
связывается с определенным кодоном мРНК и проис-
ходит перевод генетической информации.
полипептидная цепь
тРНК
антикодон
рибосома
мРНК
кодон
1. Основы генетики 11
Таким образом, определяется последовательность аминокислот в синтезируемой молекуле белка.
Рибосома при этом продвигается вдоль цепи мРНК. Чтение генетической информации происходит на
мРНК с конца 5' (содержит фосфатную группу) к концу 3' (содержит гидроксильную группу). Отдель-
ные аминокислоты, транспортируемые тРНК, добавляются к растущей белковой цепи.
В итоге молекула белка синтезируется в строгом соответствии с информацией, заключенной в фраг-
менте ДНК.
В процессе хранения и реализации генетической информации могут возникнуть нарушения под
действием факторов среды: радиации, вредных химических веществ (пестициды, иприт и др.). Эти
факторы вызывают изменения в ДНК, а следовательно, и в кодонах мРНК. В результате при перево-
де информации с этих кодонов будут синтезированы белки с измененной структурой (замена одних
аминокислот на другие).
На уровне организма эти изменения белков могут быть причиной поражений крови, костей и др.
Примером таких нарушений является серповидно-клеточная анемия, при которой эритроциты имеют
специфическую форму серпа. Эти эритроциты не способны переносить кислород в достаточном коли-
честве в ткани организма, что и является причиной анемии.
Серповидно-клеточная анемия, как и другие формы анемии, проявляется бледностью, общей сла-
бостью и головокружениями. Для лечения анемий используют препараты, содержащие железо, вита-
мины (в особенности витамин В12), богатые железом продукты питания (красную свёклу, смородину,
чай из крапивы и др.).
Кардинальный метод лечения серповидно-клеточной анемии может быть предложен генной инже-
нерией и состоит в замене мутантного гена на нормальный.