Ядро: експресія генів і чинники транскрипції

В ДНК знаходиться визначена генетическая інформація:

- про структуру усіх білків і РНК організму

- а також про порядок реалізації цієї інформації в різних клітинах в процесі онтогенезу і при різних функціональних станах.

Оскільки в усіх соматичних клітинах організму - один і той же набір з 46 хромосом, - те, незважаючи на часом сильні відмінності між клітинами, усі вони містять у своїй ДНК одну і ту ж генетичну інформацію. (Деяке виключення складають лімфоцити, в процесі формування яких відбувається перебудова генів імуноглобулінів.)

Ця обставина - генетична еквівалентність ядер усіх соматичних клітин організму - і послужила основою для клонування тварин. Правда, однієї цієї основи виявляється недосить.

В процесі вже знайомої нам реплікації ДНК генетична інформація відтворюється цілком, щоб потім передаватися дочірнім клітинам.

Але, крім того, ця інформація експресується (реалізується) в клітині, обумовлюючи усі прояви її життєдіяльності. Проте експресії піддається зовсім не уся генетична інформація, що є в ядрі, а лише якась (зазвичай дуже невелика) її частина.

Цим і обумовлені особливості тих або інших клітин - тим, який спектр (набір) функціонуючих генів і які при цьому рівні їх активності.

Експресія інформації про структуру певного білку включає 2 основні етапи.

а) Перший з них - транскрипція: утворення в клітинному ядрі на відповідному гені (що локалізується в одній з хромосом) спеціального посередника - матричної РНК (м-РНК).

Сенс цього процесу - переписування інформації про структуру білку з величезного нерухомого носія (ДНК у складі хромосоми) на невеликий рухливий носій – м-РНК. Приблизно так само йде справа, коли з жорсткого диска комп'ютера, що містить тисячі файлів, переписують один з них на дискету. З тією лише різницею, що м-РНК в процесі запису інформації утворюється de novo з нуклеотидів. Отже, м-РНК, зчитані з різних генів, повинні відрізнятися один від одного - як відрізняються один від одного самі гени.

Інше важлива обставина: безпосередній продукт транскрипції гена правильніше називать попередником м-РНК (про-м-РНК). Річ у тому, що новоутворена м-РНК піддається тут же (у ядрі) дозріванню, або процесингу. При цьому вона істотно модифікується.

І лише після того зріла м-РНК (мабуть, в комплексі із спеціальними білками) поступає з ядра в цитоплазму.

б) Другої з основних етапів експресії гена трансляції : синтез білку на рибосомах за програмою, диктованою м-РНК. Суть цієї програми - визначення черговості, в якій амінокислоти повинні включатися в поліпептидний ланцюг.

Причому в процесі беруть участь не вільні, а активовані амінокислоти: кожна з них пов'язана з т. з. транспортною РНК (т-РНК), тобто знаходиться у вигляді аминоацил т-РНК (аат-РНК). Для кожної з 20 амінокислот є своя специфічна форма тРНК, а частіше - навіть не одна, а декілька форм.

Рибосоми відіграють в трансляції роль молекулярних машин, що забезпечують правильну взаємодію учасників процесу. До складу рибосоми входять чотири молекули т. з. рибосомної РНК (рРНК) по одній молекулі кожного з 4-х видів рРНК. Об'єднуючись з рибосомними білками, вони утворюють дві субодиниці рибосоми і виконують в них структурну, а також, можливо, каталітичну функції.

Таким чином, в трансляції беруть участь РНК трьох класів - мРНК, тРНК і рРНК.

Далі ми розглянемо:

• як організована в ДНК генетична інформація,

• як вона прочитується (транскрибується) ;

• як регулюється це прочитування.