Ядреный аппарат
ДНК РНК белок.
Правильность и воспроизведение последовательности аминокислот в белках определяется участком структуры молекулы ДНК, который в конечном счете и отвечает за синтез этого белка. Информация о будущей белковой молекуле передается с места его хранения в место его синтеза посредством иРНК. Нуклеотидный состав информационной РНК отражает состав и последовательность нуклеотидов генного участка молекулы ДНК.
В рибосоме строится полипептидная цепь, последовательность аминокислот в которой определяется последовательностью нуклеотидов в информационной РНК, т.е. последовательностью ее триплетов. Тем самым, центральная догма молекулярной биологии подчеркивает однонаправленность передачи информации только от ДНК к белку через промежуточные звенья.
Главную роль в определении структуры белков принадлежит ДНК. ДНК имеет ограниченную локализацию в клетке, а именно местом ее нахождения в эукариотических клетках служит ядро. У прокариотических организмов, которые не имеют оформленного ядра, ДНК также отделена от остальной части протоплазмы в виде нескольких компактных нуклеоидных образований.
Молекула ДНК – длинная линейная структура, состоящая из двух антипараллельно закрученных цепей, основными мономерами является 4 вида дезоксирибонуклеотидов. Чередование и последовательность этих дезоксирибонуклеотидов в цепи уникальна и специфична для каждого участка молекулы ДНК и для каждого вида. Различные достаточно длинные участки молекулы ДНК ответственны за синтез разных белков, поэтому одна молекула ДНК может определить синтез большого числа функционально и химически различных белков. И за синтез каждого белка отвечает определенный участок молекулы ДНК. Такой участок молекулы ДНК часто обозначают термином цистрон.
В уникальной последовательности структуры гена заключена вся необходимая информация о структуре белка. Основной принцип, который лежит в основе структуры ДНК – это принцип комплементарности. Комплементарными являются пары нуклеотидов А-Т; Г-Ц, соединенные водородными связями.
Сама по себе молекулы ДНК не является самовоспроизводящейся молекулой. Для осуществления процесса репликации необходима деятельность специального фермента, который называется ДНК-полимераза. Этот фермент осуществляет последовательно идущий от одного конца молекулы ДНК к другому концу процесс расхождения двух цепей с одновременной полимеризацией на них свободных нуклеотидов по комплементарному принципу. Одна из цепей молекулы ДНК служит матрицей, т.е. создает порядок расположения нуклеотидов в синтезирующихся цепях.
Первым этапом является процесс транскрипции. В этом процессе на цепи ДНК как на матрице происходит синтез химически родственного полимера РНК. Молекула РНК представляет собой одну цепь, мономерами которой являются четыре сорта рибонуклеотидов, которые являются небольшой модификацией молекул дезоксирибонуклеотидов. Последовательность расположения нуклеотидов в молекуле РНК в точности повторяет последовательность расположения соответствующих дезоксирибонуклеотидов одной из цепей ДНК. Поэтому информация, записанная в структуре гена целиком переписывается на информационную РНК.
И с каждого гена снимается неограниченно большое количество молекул информационной РНК. Эти молекулы переносят информацию от места хранения к месту ее реализации. Процесс транскрипции тоже является ферментативной реакции. Белок, который осуществляет транскрипцию – фермент РНК-полимераза.
Поток аминокислот создается двадцатью видами различных сортов аминокислот. Для создания синтеза белковой молекулы свободные аминокислоты, присутствующие в клетке, должны быть вовлечены в поток вещества, поступающий в рибосому в соответствии с определенным уникальным порядком последовательности, которую задает иРНК. Такое вовлечение аминокислот, которые являются материалом для синтеза белка, осуществляется через присоединение свободных аминокислот к акцепторному концу транспортных РНК.
И центральным моментом процесса биосинтеза белка является слияние двух внутриклеточных потоков: потока информации и потока материала в рибосоме. Рибосомы являются местом реализации трансляции, т.е. перевода нуклеотидной последовательность информации в аминокислотную последовательность молекулы белка. И в момент трансляции принцип комплементарности играет главную роль.
Молекулы иРНК, соединенные с рибосомой, в каждый конкретный момент имеют лишь определенный участок свой последовательности, и только этот участок может взаимодействовать с соответствующей молекулой тРНК.
Ядро
Ядро, являющееся местом хранения этой информации, очень сложным образом разделяет эти два явления. Процессы транскрипции отделяются от процессов трансляции различными местами протекания этого всего. Поэтому поверхностный аппарат ядра не просто определяет форму ядра, а разделяет два главных биологических процесса.
Функции ядра: хранение генетической информации; обеспечение синтеза белка.
Ядерный аппарат прокариотических клеток носит название нуклеоид. Его относят к собственно ядреным структурам, т.к. в нем находится молекула ДНК. Зона нуклеоида у прокариот представлена тонкими рыхлыми фибриллами, свободными от каких-либо других структур. Количество ДНК значительно меньше, чем у эукариошек и единицы измерения тоже достаточно специфичны.
Нуклеотид бактерий содержит 80% ДНК, а на остальные 20% приходятся рядом расположенные белки и РНК.
Периметр ДНК кишечной палочки = 1,6мм(!)
Кольцевая молекула ДНК прокариот представляет собой одну единицу репликации и называется репликоидом. Скорость репликации бактерий 30 мкм\мин.
Отличительной чертой ядерных структур прокариот является то, что синтез РНК и синтез белка может происходить одновременно. Рибосомы связываются с еще не до конца синтезированными молекулами иРНК и начинают производить на них синтез белка. Тройственный союз (ДНК; РНК; рибосомы). У прокариотов процессы транскрипции и трансляции не разобщены территориально.
Отличается процесс проведения ядерного материала не только при делении клетки, но и в течение всего клеточного цикла. Деление всех типов клеток происходит только после удвоения ДНК. У бактерий часто сам процесс разделения тела клетки цитотомия не связан с окончанием синтеза ДНК, т.к. до наступления клеточного деления может начаться второй и даже третий цикл репликации ДНК.
В результате такого синтеза ДНК в быстрорастущих культурах микроорганизмов на каждую разделившуюся клетку приходится 1 кольцевая молекула ДНК на промежуточных стадиях ее дальнейшего удвоения. Т.е. каждая дочерняя клетка сразу после деления содержит уже частично реплицированное ядро. При делении бактериальных клеток не происходит конденсации ДНК в составе нуклеоида.
По мере роста клетки в длину зона нуклеоида после синтеза белка увеличивается, а затем делится с помощью специального механизма, который предполагает обособление и разделение дочерних хромосом за счет расхождения мест их укрепления в плазмолемме.