Ирина Мальцева - Эпигенетика. Управляй своими генами

Клеточные РНК образуются в ходе транскрипции при участии специальных ферментов – РНК-полимераз. Затем матричные РНК (мРНК) принимают участие в процессе, называемом трансляцией.

Трансляция– это синтез белка на матрице мРНК при участии рибосом. Другие РНК после транскрипции подвергаются химическим модификациям и после образования вторичной и третичной структур выполняют функции, зависящие от типа РНК.

Для одноцепочечных РНК характерны разнообразные пространственные структуры, в которых часть нуклеотидов одной и той же цепи спарены между собой. Некоторые высокоструктурированные РНК принимают участие в синтезе белка клетки, например, транспортные РНКслужат для узнавания кодонов и доставки соответствующих аминокислот к месту синтеза белка, а рибосомные РНКслужат структурной и каталитической основой рибосом.

Однако функции РНК в современных клетках не ограничиваются их ролью в трансляции. Так, малые ядерные РНКпринимают участие в сплайсинге матричных РНК и других процессах.

Помимо того, что молекулы РНК входят в состав некоторых ферментов (например, теломеразы), у отдельных РНК обнаружена собственная ферментативная активность: способность вносить разрывы в другие молекулы РНК или, наоборот, «склеивать» два РНК-фрагмента. Такие РНК называются рибозимами.

С каждого гена сначала синтезируется незрелая, или пре-РНК, которая содержит в себе как интроны, так и экзоны. После этого проходит процесс сплайсинга, в результате которого интроны вырезаются, и образуется зрелая иРНК, с которой может быть синтезирован белок. Такая организация генов позволяет, например, осуществить процесс альтернативного сплайсинга, когда с одного гена могут быть синтезированы разные формы белка за счет того, что в процессе сплайсинга экзоны могут сшиваться в разных последовательностях. Это напоминает процесс, когда две швеи шьют лоскутные одеяла, произвольно выбирая и совмещая цветные кусочки ткани.

Рис. 10. Процесс альтернативного сплайсинга

Трансляция —(«перенос, перемещение») – осуществляемый рибосомойпроцесс синтеза белка из аминокислотна матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК); реализация генетической информации.

Рис. 11. Процесс трансляции (синтеза белка из аминокислот)

Белки —это важнейшие макромолекулы в нашем организме. Википедия хорошо дала определение белков и обозначила их роль в нашем организме:

«Белки (полипептиды) – высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединенных в цепочку пептидной связью. В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его работы в клетке…

Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров – полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя клеточный скелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют ключевую роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.

Белки – важная часть питания животных и человека (основные источники – мясо, птица, рыба, морепродукты, молоко, орехи, бобовые, зерновые; в меньшей степени – овощи, фрукты, ягоды и грибы), поскольку в их организмах не могут синтезироваться все незаменимые аминокислоты, и часть должна поступать с белковой пищей. В процессе пищеварения ферменты разрушают потребленные белки до аминокислот, которые используются для биосинтеза собственных белков организма или подвергаются дальнейшему распаду для получения энергии.

ДНК —это улица из домов – наших генов, которые стоят в ряд друг за другом. ДНК из себя представляет длинную молекулу (несколько сантиметров). ДНК – органический полимер, состоящий из мономеров – нуклеотидов. Так как на данный момент самым изученным эпигенетическим механизмом является метилирование ДНК, мы разберем данное явление. В этом процессе идет присоединение метильной группы (-СН 3) к азотистому основанию цитозину, в результате чего в ДНК накапливается 5-метилцитозин( метилированный цитозин).

Метилирование ДНК контролирует большое количество генетических механизмов в клетке – репликацию, транскрипцию, репарацию ДНК, рекомбинацию, транспозиции генов, а также является механизмом дифференцировки клеток и тканей, дискриминации и репрессии генов. Также метилирование ДНК выполняет и защитную функцию – препятствует экспрессии экзогенных вирусных и других вредоносных последовательностей ДНК. В случаях полного прекращения метилирования ДНК останавливается и клеточное деление, включается апоптоз, происходит гибель организма. Кроме того, так называемое метилирование «поддерживающего типа» способствует сохранению клеточной памяти о работе промоторных участков генов от одного митозак другому с целью сохранения функции клеток в ряду поколений. Данный процесс получил название «генетический букмаркинг».

Рис. 12. Метилирование ДНК – присоединение метильной группы -СН 3к азотистому основанию цитозину

(Репликация ДНК – это процесс создания двух дочерних молекул ДНК на основе родительской молекулы ДНК.

Транскрипция ДНК – («переписывание») – процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы; перенос генетической информации с ДНК на РНК.

Репарация ДНК – (восстановление) – особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК.

Рекомбинация генов – перераспределение генетического материала (ДНК или РНК) путем разрыва и соединения разных молекул, приводящее к появлению новых комбинаций генов или других нуклеотидных последовательностей.