2) Осуществляют передачу наследственной информации потомству. Лекция 6. Реакции матричного синтеза

1. Гены и их свойства

2. Репликация днк

3. Репарация

4. Транскрипция

5. Генетический код

6. Трансляция

1. Гены и их свойства

Хромосомы состоят из генов. Уильям Бетсон в 1909 ввел термин ген. Ген – участок молекулы ДНК, в котором содержится информация о структуре одной молекулы белка или РНК. Типы генов эукариот: структурные, гены рРНК, гены тРНК, мигрирующие генетические элементы (МГЭ), регуляторные гены: промотор, энхансер, сайленсер, зоны кэпирования и полиаденилирования.

Структурными генами называются участки ДНК, кодирующие белковые цепи, т-РНК и р-РНК. В классической биологии гены определяли как часть хромосомы, определяющей какой-то наследственный признак.

Наряду со структурными генами ДНК содержит регуляторные последовательности. Они могут обозначать начало или конец структурного гена, запускают или прекращают транскрипцию.

Ген среднего полипептида имеет длину в десятые доли микрометра. Гены, кодирующие т-РНК, значительно короче. Вирусные ДНК содержат небольшое количество генов, бактериальные – уже тысячи генов. Бактерии защищают собственную ДНК метилированием некоторых оснований. Чужеродная ДНК, не имеющая строго определённых опознавательных метильных групп, разрушается эндонуклеазами.

Структура гена эукариот: имеет мозаичное строение – наряду с кодирующими (экзоны) имеются некодирующие (интроны), нередко размеры интронов в десятки раз превышают размеры экзонов.

В генах эукариот содержатся нетранслирующиеся вставки – интроны. Их значение до конца не понятно; возможно, они делят гены на отдельные участки, которые могут рекомбинировать в ходе эволюции с образованием новых генов. Вообще, нетранслируемого материала в клетках эукариот довольно много – возможно, около 10 %.

Часть генов «работает» только при определённых условиях. Так, ген, регулирующий синтез инсулина, способен выполнять свои функции только в специальных клетках поджелудочной железы, а гемоглобин вырабатывается только в том случае, если гены, отвечающие за его синтез, находятся в клетках молодых эритроцитов.

Некоторые гены повторяются в ДНК во множестве копий. Таковыми, например, являются гены, синтезирующие кератин перьев цыплят, – для быстрого роста животного необходима большая скорость производства «строительного материала», и один ген с этой работой не справлялся бы.

Свойства генов:

а) дискретность,

б) стабильность – это способность гена: сохранять и восстанавливать свою нуклеотидную последовательность,

в) лабильность – это способность гена мутировать (изменять свою нуклеотидную последовательность), существовать в популяциях в разных молекулярных формах,

г) аллельное состояние гена означает то, что каждый ген представлен в геноме у диплоидного организма: как правило, дважды. Свойство гена существовать в популяциях в разных молекулярных формах называется: множественный аллелизм.

2. Репликация днк

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик не только постулировали структуру ДНК, но и объяснили, каким образом может передаваться генетическая информация. Это происходит в три этапа:

1. Репликация (копирование родительской ДНК с образованием дочерних ДНК);

2. Транскрипция (переписывание генетической информации в форме РНК);

3. Трансляция (перевод информации с РНК на белковую форму).

При синтезе «неинформационной» молекулы (например, гликогена) чистота конечного продукта обеспечивается специальным ферментом. Для фермента характерна субстратная специфичность, то есть его активный центр способен присоединять только молекулу глюкозы к молекуле гликогена, которая должна быть удлинена.

При синтезе макромолекул ДНК, РНК или белков один фермент не в состоянии обеспечить специфическую последовательность четырёх кодирующих единиц. Он может связывать между собой только один или несколько «строительных блоков», а нуклеиновые кислоты содержат в своём составе тысячи нуклеотидов. Поэтому природа пошла здесь по другому пути – матричному синтезу. Матрицей для синтеза цепи молекулы ДНК служит другая цепь ДНК.

Реакции матричного синтеза характерны только для живых систем. К реакциям матричного синтеза относятся: транскрипция ДНК, репликация ДНК, синтез белка. Преимущества реакций матричного синтеза: быстрота, точность копирования, меньшая трата энергии.

Правильность репликации обеспечивается точным соответствием комплементарных пар оснований. Репликация катализируется ферментом ДНК-полимеразой. После репликации дочерние спирали закручиваются обратно уже без затрат энергии и каких-либо ферментов.

Сущность полуконсервативного способа синтеза ДНК: каждая дочерняя молекула ДНК содержит одну старую (законсервированную) и одну вновь синтезированную полинуклеотидную цепь. Репликация эукариот при такой же схеме длилась бы несколько месяцев (скорость движения репликативных вилок составляет всего микрометр в минуту). Поэтому в ДНК эукариот процесс начинается одновременно в сотнях и тысячах точек. Репликативные вилки возникают в точках (сайтах) инициации репликации. Все хромосомы в клетке должны реплицироваться одновременно, и одновременно в клетке работают многие тысячи вилок. Репликон – это фрагмент ДНК от точки начала репликации до точки ее терминации, единица генома, способная к автономной репликации ДНК.

Репликация ДНК в области гетерохроматина происходит в поздней S -фазе. Этапы репликации:

1. Разделение двух цепей (хеликаза).

2. Каждая из цепей становится матрицей, синтезирующей нуклеотидную последовательность новых цепей (ДНК-полимераза).

3. Топоизомераза и ДНК-связывающие белки расплетают ДНК, удерживают матрицу в разведённом состоянии и вращают молекулу ДНК.

4. Лигаза соединяет отдельные участки новых цепей.