8.1. Основные генетические процессы. Экспрессия генов

Функциональные возможности генетического материала (способность сохраняться и воспроизводиться при смене клеточных поколений, реализовываться в онтогенезе и в ряде случаев изменяться) связаны с протеканием четырех генетических процессов – репликации и репарации ДНК, биосинтеза белка и генетической рекомбинации.

Перенос генетической информации в клетке от ДНК через различные виды РНК к полипептидам и белкам называют экспрессией (проявлением) генов. Образующиеся при биосинтезе белка полипептидные цепи определяют признаки клеток, формируя белковые структуры или управляя процессами обмена веществ в качестве ферментов.

8.2. Репликация днк

Репликация или идентичное удвоение ДНК происходит перед каждым нормально протекающим делением у эукариот (ДНК ядер, митохондрий, пластид), перед каждым делением прокариотических клеток и размножением ДНК-вирусов. Таким образом, репликация является необходимой предпосылкой для сохранения имеющейся наследственной информации в ряду последовательных поколений клеток и организмов. Синтез макромолекул НК, а также РНК и белков происходит по типу матричного процесса, т.е. новые молекулы синтезируются в точном соответствии с химической структурой уже существующих молекул. Во время репликации ДНК каждая из двух ее цепей служит матрицей для образования новой цепи.

В качестве предшественников (мономеров) для построения новой ДНК в клетке синтезируются трифосфаты четырех дезоксирибонуклеотидов: дАТФ, дТТФ, дЦТФ, дГТФ. Репликация ДНК начинается с раскручивания двойной спирали и разделения ее цепей за счет ферментативного разрыва водородных связей между спаренными основаниями. Фермент ДНК-полимераза движется вдоль каждой из цепей, связывая между собой нуклеотиды, комплементарные нуклеотидам старой цепи.

8.3. Синтез белков

Признаки клеток и организма – фенотип – обусловлены синтезируемыми специфическими структурными белками и ферментами, ответственными за определенные этапы обмена веществ. В результате из предшественников, поступающих в клетки из окружающей среды, образуются конечные продукты, от которых зависит проявление специфических признаков, т.е. структурных и функциональных особенностей. Одним из первых этапов на пути формирования признаков являются транскрипция и трансляция.

8.3.1. Транскрипция днк

Синтез РНК-копий по матрице одной из цепей того или иного полинуклеотидного участка молекулы ДНК называют транскрипцией. Транскрипция начинается после присоединения фермента РНК-полимеразы к специфической нуклеотидной последовательности (промотору), отмечающей в ДНК то место, с которого должен начаться синтез РНК. Присоединившись, РНК-полимераза раскручивает примерно один виток спирали ДНК и движется, связывая между собой нуклеозидтрифосфаты (ЦТФ, ГТФ, УТФ, АТФ), комплементарные нуклеотидам матричной цепи ДНК. Фермент продолжает присоединять нуклеотиды к растущей цепи РНК до тех пор, пока не встретит на своем пути еще одну специфическую нуклеотидную последовательность в цепи ДНК – так называемый стон-сигнал. Обычно в любом участке двойной спирали ДНК транскрибируется только одна (ее называют кодогенной) из двух цепей ДНК.

На ДНК-матрице образуется три вида РНК: информационная, или матричная (мРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК). В виде мРНК генетическая информация для синтеза полипептида передается от ДНК к рибосомам; тРНК доставляют к рибосомам аминокислоты (каждую аминокислоту доставляет особый, именно для нее предназначенный вид тРНК). Главным компонентом рибосом является рРНК.