Биология Справочники / Напольская К.Р. Биология

92

9. Организмы, осуществляющие хемосинтез, исключительно бактерии, а фо

тосинтез — и бактерии, и растения.

Железобактерии распространены в соленых и пресных водах. Они окисля ют соединения двухвалентного железа до трехвалентного. Благодаря железобак териям в болотах, на дне морей и других водоемов образуются железные руды.

Серобактерии встречаются в почве, серных источниках, месторождениях серы, сульфидов и др. Они окисляют сероводород до молекулярной серы, кото рая накапливается в клетках бактерий.

При недостатке сероводорода серобактерии могут осуществлять дальнейшее окисление серы до серной кислоты.

Деятельность этих микроорганизмов способствует разрушению и выветри ванию горных пород, может приводить к повреждению каменных и металличе ских сооружений. Человек использует бесцветные серобактерии в процессах

очистки сточных вод и для выделения различных металлов из руд. Нитрифицирующие бактерии обитают в почве и водоемах. Они окисляют

аммиак, который образуется при гниении органических веществ и разложении ко нечных продуктов азотистого обмена животных и грибов (мочевины, мочевой кис лоты и др.). При этом образуются азотистая и азотная кислоты, анионы которых (нитрит и нитрат) хорошо усваиваются растениями в качестве источников азота.

Водородные бактерии, как и нитрифицирующие, широко распространены в водоемах и почве. Молекулярный водород, который выделяется в результате жизнедеятельности других микроорганизмов, они окисляют до воды

Водородные бактерии сравнительно быстро связывают углекислый газ и превращают его в органические соединения. В связи с этим они используются для получения кормового и пищевого белка, а также в системах поглощения СО2 в замкнутых пространствах (подводных лодках, космических кораблях).

93

1

Ген — структурно-функциональная единица генетического материала, уча сток ДНК, в котором закодирована последовательность аминокислот в белке.

ДНК не выходит из ядра (митохондрий, хлоропластов), белок синтезирует

ся только в цитоплазме, наследственная информация переписывается на иРНК (мРНК) (транскрипция)

иРНК — посредник между ДНК и местом синтеза белка.

Белок синтезируется рибосомами с матрицы иРНК (мРНК) (трансляция).

+ ' #

"

Белки состоят из аминокислот, а информация о белках закодирована

вДНК последовательностью нуклеотидов.

В ДНК на языке нуклеотидов записана информация о последовательности аминокислот в белке.

Аминокислот, которые входят в состав белков, 20 штук, а нуклеотидов

вДНК 4 штуки (А, Т, Г, Ц) и в РНК 4 штуки (А, У, Ц, Г). Поэтому каждую амино

кислоту кодирует 3 нуклеотида (триплет ДНК, кодон иРНК).

Генетический код — система перевода последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте в аминокислотную последовательность.

# #

1) Триплетность. Одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (три плетом ДНК, кодоном иРНК).

Обратите внимание, что 3 из 64 кодонов (в молекулах иРНК — УАА, УАГ и УГА) не кодируют аминокислоты. Это стоп-кодоны, они служат сигналом окончания синтеза белка. Остальные триплеты называются смысловыми.

95

,

Интроны, как правило, состоят из «мусорной ДНК» — это остатки от попав ших в геном клетки вирусов. Поэтому необходимо их удалить из пре-иРНК.

В результате процессинга образуется зрелая матричная РНК. В ядре клетки она взаимодействует со специальными белками и с их помощью через поры

в ядерной мембране переносится в цитоплазму.

Процессинг — процесс, в ходе которого специальные ферменты в ядре эука риотической клетки особым образом модифицируют пре-иРНК, прежде чем от

править иРНК в цитоплазму.

1. Изменение концов иРНК (мРНК)

Каждый из концов пре-иРНК модифицируется определенным образом.

5'-конец синтезируется первым и получает 5'-кэп-модифицированную форму гуанинового нуклеотида.

Специальный фермент добавляет еще 50-250 адениновых нуклеотидов

к3'-концу, образуя поли(А)-хвост.

5'-кэп- и 3'-поли(А)-хвост нужны, чтобы: 1) помогать экспорту зрелой иРНК из ядра; 2) помочь защитить РНК от гидролитических ферментов; 3) помо гать рибосоме прикрепляться к 5'-концу, когда она попадает в цитоплазму.

2. Сплайсинг

Вырезание участков, соответствующих интронам и соединение в одну не прерывную последовательность участков, комплементарных экзонам.

Этот процесс протекает в ядре клетки и катализируется сплайсосомами — особыми комплексами, состоящими из молекул РНК и белков. В результате сплайсинга длина созревающей РНК по сравнению с пре-иРНК уменьшается.

96

/ , =5'

Как правило, копии экзонов соединяются в том же порядке, в котором экзо ны располагались в ДНК. Однако существует и так называемый льтернати ный сплайсинг при котором, например, копии некоторых экзонов удаляются вместе с копиями интронов и, следовательно, не входят в состав зрелой иРНК.

Установлено, что благодаря альтернативному сплайсингу становится во

можным синтез двух или более разных белков с одного и того же гена.

9&

Процесс, посредством которого генетическая информация в виде последо вательности нуклеотидов иРНК переводится в последовательность аминокислот

вполипептиде.

Происходит на рибосоме в цитоплазме или на шероховатой ЭПС.

тРНК

Доставляют аминокислоты к рибосомам.

Имеют форму клеверного листа.

3'-конец цепи тРНК — акцептор

ный хвост — служит для присоединения аминокислоты

Центральный триплет средней петли — нтикодон. Последователь

ность нуклеотидов в составе антикодо на определяет, с каким именно кодоном иРНК будет комплементарно соединять ся та или иная тРНК и какую аминокис лоту она будет переносить.

Палиндром — двуцепочечный участок, связанный водородными связа ми, обе цепи которого обладают одина ковой последовательностью нуклеоти дов при прочитывании от 5’- к 3’-концу.

тРНК, как и все виды РНК, синте зируется с ДНК матрицы в процессе транскрипции.

Синтез белков у прокариот и эука

риот осуществляется сходным образом, основными этапами трансляции явля =

98

Элонгация

Транспептидация — перенос растущего пептида на новоприбывшую аминокислоту

Транслокация — шаг рибосомы на один триплет.

Терминация

Узнавание стоп-кодона.

Отсоединение готового белка от иРНК и рибосомы.

По мере продвижения иРНК через рибосому с ее освободившимся 5'-концом может связываться следующая рибосома. Благодаря этому на одной молекуле иРНК могут одновременно нахо диться несколько рибосом, синте зирующих с небольшой разбежкой во времени идентичные молекулы белка. Такие комплексы рибосом,

связанные одной молекулой иРНК, называются полисомами

( &+;

В каждой клетке одного организма одинаковый набор молекул ДНК, то есть каждая клетка теоретически может синтезировать все белки, свойственные этому организму.

Но этого не происходит. В многоклеточном организме клетки имеют спе циализацию и синтезируют только белки, необходимые для выполнения своих функций. Например, в клетке поджелудочной железы синтезируются ферменты для пищеварения, в нервных клетках — медиаторы

Располагая полной генетической информацией, каждая клетка на опреде ленном этапе развития использует лишь ту ее часть, которая необходима в на стоящий момент, транскрибируются только те гены, продукты которых нужны клетке в данный момент для осуществления ее функций.

Существуют механизмы регуляции активности генов.

Регуляция активности генов у эукариот (особенно многоклеточных) на много сложнее, чем у прокариот, из-за разного строения хромосом, из-за нали чия интронов в эукариотной ДНК, из-за специализации клеток в многоклеточ ном организме и т. д.

Регуляция активности генов у эукариот не до донца изучена. В многокле точном организме осуществляется главным образом при помощи гормонов.

Регуляция активности (экспрессии) генов у прокариот. Гипотеза оперона (Ф. Жакоб, Ж. Мано)

У бактерий в зависимости от того, какие питательные вещества (субстрат) есть в среде, синтезируются конкретные ферменты для расщепления этих пита тельных веществ.

Ф. Жакоб и Ж. Моно разработали гипотезу оперона и выяснили основные принципы регуляции транскрипции у прокариотов.

Оперон — это группа генов прокариот, находящихся под общим промото ром. Все эти гены транскрибируются на одну общую молекулу иРНК. Оперон яв ляется генетической единицей регуляции механизма синтеза белков.