2.2. Этапы реализации генетической информации. Эволюция представлений о гене

Реализация генетической информации (Рис.5). В основе процессов реализации генетической информации лежат матричные процессы. При репликации с помощью специальных ферментов (ДНК-полимераз) происходит удвоение ДНК в клетке, которая таким образом готовится к делению. В процессе транскрипции, используя молекулу ДНК (или РНК) в качестве матрицы, специальные внутриклеточные ферменты (полимеразы) копируют информацию, содержащуюся в гене, в виде однонитевой молекулы матричной или информационной РНК (мРНК или иРНК). Эта мРНК перемещается из ядра в цитоплазму клетки, претерпевая по пути ряд изменений («созревая»). В цитоплазме клетки с помощью рибосом и транспортных РНК (тРНК) осуществляется процесс трансляции – образования белковой молекулы, порядок аминокислот в которой соответствует последовательности нуклеотидных триплетов (кодонов) в «зрелой» молекуле мРНК. Такое соответствие называют генетическим кодом. Из четырех нуклеотидов ДНК (аденина, гуанина, цитозина и тимина или, сокращенно, А, Г, Ц, и Т) можно образовать 64 различных триплета. Каждая аминокислота соответствует нескольким схожим триплетам. В тоже время несколько кодонов ничего не кодируют. Такие нонсенс-кодоны в составе мРНК являются сигналами прекращения процесса трансляции.

Молекулы тРНК и РНК, входящей в состав рибосом (рРНК), не транслируются и выполняют в клетке специфические функции.

На всех этапах реализации генетической информации в матричных процессах могут возникать ошибки. Следствием этого будет изменение генетической информации на уровне ДНК, РНК или белка. В зависимости от типа ошибки, она может привести к наследуемым или ненаследуемым изменениям какого-либо признака или целого комплекса признаков. Часть возникающих изменений может являться материалом для естественного отбора.

Рис.5. Этапы реализации генетической информации

Репликация

ТРАНСКРИПЦИЯ

Трансляция

ДНК

РНК

БЕЛОК

ДНК - полимераза

РНК - полимераза

Рибосомы + тРНК

Обратная транскриптаза

Эволюция представлений о гене, его структуре и механизмах регуляция его работы. С развитием генетики и особенно молекулярно-генетических методов анализа наши представления о гене существенно изменились. Установлено, что гены высших организмов имеют сложную структуру (Рис.6). Они состоят из кодирующих и не кодирующих информацию участков (экзонов и интронов, соответственно). Есть гены, содержащие более 70 интронов. Специфические последовательности указывают на то, где находится начало и конец гена, где проходят границы между экзонами и интронами. Перед началом и за концом гена находятся специальные регуляторные участки. Их может быть несколько, и каждый реагирует на «свою» регуляторную молекулу. При появлении в ядре такой молекулы, связь с ней соответствующего регуляторного участка усиливает или ингибирует работу (процесс транскрипции) соответствующего гена.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что такое «репликация»? Опишите.

2. Что такое транскрипция? Опишите.

3. Что такое «транслация? Опишите.

4. Что такое «генетическая информация и как она «реализуется»?

5. Как эволюционировали наши представления о гене?