1.3.Рекомбинация днк

Рис. 6.6. Схема гомологичной рекомбинации ДНК: 1 — исходные двухцепочечные ДНК; 2 — образование четырехцепочечного комплекса; 3 — обмен цепями; 4 — двухцепочечные ДНК после рекомбинации.

Репликация, мутагенез и репарация — это лишь часть процессов, в которых участвует ДНК. В живой клетке ДНК подвергается различным перестройкам, самой главной из которых является генетическая рекомбинация. Суть этого процесса заключается в том, что две идентичные или близкие по своей нуклеотидной последовательности двухцепочечные ДНК обмениваются частью генетической информации. Промежуточно ДНК образуют достаточно протяженную четырехцепочечную структуру (Рис. 6 .6), в которой и происходит обмен последовательностями. Ферментные системы, осуществляющие генетическую рекомбинацию, еще недостаточно изучены.

1.4.Транскрипция генетической информации

Репликация обеспечивает сохранение и передачу генетической информации в процессе деления клетки. В процессе жизнедеятельности клетки генетическая информация реализуется через транскрипцию и затем трансляцию (см. ниже). В результате этих двух процессов заложенная в ДНК генетическая информация «выражается» белковыми молекулами, которые собственно и обеспечивают жизнедеятельность клетки. Оба эти процесса объединяют термином экспрессия генетической информации. При транскрипции происходит синтез цепи РНК, нуклеотидная последовательность которой комплементарна одной из цепей ДНК. В результате транскрипции образуются три класса РНК. Во-первых, это матричная РНК (мРНК), которая поступает в рибосомы и там направляет синтез одного или нескольких полипептидов, аминокислотная последовательность которых была закодирована геном или группой генов в хромосоме. Примерно 90% генома кодирует именно матричные РНК. Во-вторых, это транспортные РНК, функция которых заключается в том, что они переносят аминокислотные остатки на рибосому и обеспечивают генетически обусловленный порядок их связывания в белковой цепи. Наконец, в-третьих, это рибосомные РНК.

Между процессами репликации и транскрипции существует важное отличие. При репликации копируются вся хромосома и образуются дочерние ДНК, идентичные родительской ДНК. В противоположность этому, транскрибируются отдельные гены или группы генов. Таким образом, транскрипция ДНК протекает избирательно и, очевидно, должна направляться особыми регуляторными последовательностями, указывающими начало и конец участков ДНК, подлежащих транскрипции (Рис. 6 .7).

Транскрипция осуществляется специальным ферментом, ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Субстратами этого фермента являются все четыре рибонуклеозидтрифосфата. Из двух цепей ДНК транскрибируется только одна. Нуклеотидная последовательность транскрипта комплементарна последовательности матричной цепи (вместо тимидинового остатка используется уридиновый остаток). Синтез РНК идет от 3- к 5-концу гена. Хотя для работы РНК-полимеразы не требуется затравка, фермент не начинает синтез до тех пор, пока не свяжется с особым участком ДНК, который служит сигналом к инициации транскрипции (так называемый промотор).

Рис. 6.7. Схематическое изображение транскрипции ДНК.

В E. coli присутствует только одна РНК-полимераза. Она представляет собой большой (мол. масса 500 000) фермент, состоящий из пяти субъединиц: двух , одной , одной и одной . Первый этап транскрипции — это присоединение фермента к промотору. Разные промоторы несколько отличаются по нуклеотидной последовательности, что и определяет эффективность транскрипции разных генов. После того, как РНК-полимераза образует несколько фосфодиэфирных связей происходит отсоединение ‑субъединицы (Рис. 6 .7). Оставшийся «кор-фермент» продолжает шаг за шагом удлинять молекулу РНК. Об окончании транскрибируемого гена сигнализирует особая терминирующая последовательность на матрице ДНК. Для прекращения транскрипции и отделения РНК-полимеразы необходим еще один специфический белок, называемый фактором . Таким образом, синтез РНК включает три этапа: инициацию, элонгацию и терминацию.

В эукариотических клетках присутствуют три РНК-полимеразы. РНК-полимераза I отвечает за синтез рибосомных РНК (р-РНК), РНК-полимераза II — за синтез матричных РНК (мРНК) и, наконец, РНК-полимераза III — за синтез транспортных РНК (тРНК).