78. Молекулярные основы наследственности.

Нуклеиновые кислоты – это линейные неразветвленные гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды, связанные фосфодиэфирными связями. Нуклеотиды – это органические вещества, молекулы которых состоят из остатка пентозы (рибозы или дезоксирибозы), к которому ковалентно присоединены остаток фосфорной кислоты и азотистое основание. Азотистые основания в составе нуклеотидов делятся на две группы: пуриновые (аденин и гуанин) и пиримидиновые (цитозин, тимин и урацил). Дезоксирибонуклеотиды включают в свой состав дезоксирибозу и одно из азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц),например ДНК. Рибонуклеотиды включают в свой состав рибозу и одно из азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), урацил (У), цитозин (Ц), например РНК. В ряде случаев в клетках встречаются и разнообразные производные от перечисленных азотистых оснований – минорные основания, входящие в состав минорных нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение, воспроизведение и реализацию генетической (наследственной) информации.

Существует несколько типов ДНК: А, В, Z, Т–формы. Из них в клетках обычно встречается В–форма – двойная правозакрученная спираль, которая состоит из двух нитей, связанных водородными связями.

Репликация (самоудвоение) ДНК – это один из процессов, обеспечивающих воспроизведение генетической информации. В результате репликации одной молекулы ДНК образуется две новые молекулы, которые являются точной копией исходной молекулы – матрицы. Каждая новая молекула состоит из двух цепей – одной из родительских и одной из сестринских. Такой механизм репликации ДНК называется полуконсервативным.

В клетках обнаруживается три основных типа РНК, выполняющих различные функции: иРНК, или мРНК служит для передачи генетической информации от ДНК на рибосомы при биосинтезе белка, рРНК входит в состав рибосом, определяет форму большой и малой рибосомных субъединиц, обеспечивает контакт рибосомы с другими типами РНК,тРНК транспортирует аминокислоты к соответствующему участку иРНК в рибосомах. В клетках имеются и другие типы РНК, выполняющие вспомогательные функции.

Биосинтез белков представляет собой начальный этап реализации, экспрессии ген. информации.

1 этап. Транскрипция ДНК. На транскрибируемой цепи ДНК с помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразы достраивается комплементарная цепь мРНК. мРНК является копией ДНК с той разницей, что вместо тимина входит урацил.

2 этап. Процессинг (созревание) мРНК - исходная молекула мРНК разрезается на отдельные фрагменты. Одни фрагменты – интроны – расщепляются до нуклеотидов, а другие – экзоны – сшиваются в зрелую мРНК. Процесс соединения экзонов «без узелков» называется сплайсинг.

3 этап. Трансляция мРНК:Инициация-образование пептидной связи между двумя первыми аминокислотами полипептида. Элонгация-присоединение последующих аминокислот, наращивание полипептидной цепи. Терминация-заключается в окончании синтеза полипептидной цепи.

Синтезированный полипептид подвергается дальнейшим химическим превращениям. Исходная молекула может разрезаться на отдельные фрагменты; затем одни фрагменты сшиваются, другие гидролизуются до аминокислот.

Заключительным этапом посттрансляционной модификации белков является фолдинг белков – формирование их третичной и четвертичной структуры, этому способствуют белки-шапероны.

Соответствие между аминокислотами и кодирующими их нуклеотидными последовательностями называется генетическим кодом (Гк). Единицей генетического кода ДНК и РНК является триплет – последовательность из трех нуклеотидов. Генетический код обладает основными свойствами:

1. Гк триплетен: каждая аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов ДНК и иРНК.

2. Гк вырожден: почти все аминокислоты могут кодироваться разными кодонами.

3. Гк неперекрывающийся: каждая пара нуклеотидов принадлежит только одному кодону(искл. вирусы).

4. Гк един для подавляющего большинства биологических систем. Искл. у инфузорий и в митохондриях разных организмов. Поэтому генетический код называют квазиуниверсальным.

Все гены клетки (и целостного организма) можно разделить на две группы: регуляторные и структурные. Регуляторные гены не транскрибируются, т.е. в обычных условиях им не соответствует ни один из типов РНК. Структурные гены способны транскрибироваться с образованием РНК.В свою очередь, структурные гены делятся на конститутивные и индуцибельные.

Конститутивные гены постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. К конститутивным относятся гены, обслуживающие матричные процессы, кодирующие обязательные структурные компоненты клетки, контролирующие постоянно протекающие обменные процессы. Индуцибельные гены функционируют в разных тканях на определенных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться. К индуцибельным генам относятся гены, контролирующие ход онтогенеза, прямо определяющие структуру и функции компонентов клетки и целостного организма.