Биологическая роль нуклеиновых кислот

ДНК – главная молекула в живом организме. Она хранит гене­тическую информацию, которую передает от одного поколения к другому. В молекулах ДНК в закодированном виде записан состав всех белков организма. Каждой аминокислоте, входящей в состав белков, соответствует свой код в ДНК, т.е. некоторая последова­тельность азотистых оснований.

ДНК содержит всю генетическую информацию, но непосредст­венно в синтезе белков не участвует. Роль посредника между ДНК и местом синтеза белка выполняет РНК. Процесс синтеза белка на ос­нове генетической информации схематично можно разбить на две основные стадии: считывание информации (транскрипция) и синтез белка (трансляция):

Клетки содержат три типа РНК, которые выпол­няют различные функции.

1. Информационная, или матричная РНК (ее обозначают мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДНК, содер­жащейся в хромосомах, к рибосомам, где происходит синтез белка со строго определенной последовательностью аминокислот.

Молекула мРНК под действием фермента РНК-полимеразы син­тезируется на отдельном участке одной из двух цепей ДНК, причем последовательность оснований в РНК строго комплементарна по­следовательности оснований ДНК по схеме:

ДНК мРНК

аденин урацил

тимин аденин

гуанин цитозин

цитозин гуанин

Таким образом, информация, содержащаяся в ДНК, как бы перепечатывается в мРНК, а последняя доставляет ее в рибосомы.

2. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибо­сомам, где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности, которую задает мРНК.

3. Рибосомная РНК (рРНК) непосредственно участвует в синтезе белков в рибосомах. Рибосомы - это сложные надмолекулярные структуры, которые состоят из четырех рРНК и нескольких десятков белков. Фактически, рибосомы - это фабрики по производству белков.

Все виды РНК синтезируются на двойной спирали ДНК.

Последовательность оснований в мРНК – это генетический код, управляющий последовательностью аминокислот в белках. Он был расшифрован в 1961-1966 гг. Генетиче­ский код универсален для всех живых орга­низмов. Одинаковым основаниям в разных РНК (будь то РНК чело­века или вируса) соответствуют одинаковые аминокислоты.

Поскольку в состав РНК входит только четыре разных основа­ния, то существует 4^п групп, содержащих п оснований. При п = 3 число троек оснований (триплетов) равно 64, что вполне достаточно для кодирования 20 аминокислот, входящих в состав белков. Дейст­вительно, оказалось, что каждой аминокислоте соответствует своя последовательность из трех оснований, называемая код оном. В таблице приведены кодоны для всех аминокислот. Данная простая табли­ца описывает одно из самых выдающихся открытий XX века – ге­нетический код живой природы.

Каждый кодон соответствует единственной аминокислоте, однако некоторые аминокислоты кодируются несколькими кодонами. Это означает, что генетический код вырожден. Так, лейцину, серину и аргинину соответствует по шесть кодонов, пяти аминокислотам – до четырех кодонов, изолейцину – три кодона, девяти аминокислотам - по два кодона, а метионину и триптофану – по одному. Таким образом, 20 аминокислотам соответствует 61 кодон. Еще три кодона являются сигналами для прекращения синтеза полипептидной цепи и называются кодонами-терминаторами.

Генетический код не перекрывается и не содержит оснований, отделяющих один кодон от другого. Таким образом, последовательность оснований с определенного места раз­бивается на идущие подряд неперекрывающиеся триплеты, каждому из которых соответствует одна из 20 аминокислот, например:

Расшифровка генетического кода позволяет в перспективе управлять химическими процессами в живых организмах, поскольку к настоящему времени разработаны химические методы синтеза нуклеиновых кислот с заданной последовательностью нуклеотидов.