Сергей Кутя - Биология

Принципы генетического кода

1. Код триплетный : три нуклеотида, расположенные рядом в строгой последовательности, соответствуют определенной аминокислоте. Триплет нуклеотидов называют кодоном. Например, аминокислоту валин кодирует кодон ЦАТ.

2. Код специфичен . Нет случаев, когда один и тот же кодон соответствовал бы нескольким аминокислотам.

3. Код вырожденный или избыточный , поскольку одной аминокислоте может соответствовать несколько триплетов. Валин кодирует не только кодон ЦАТ, но и ЦАЦ. Это свойство имеет существенное значение для повышения надежности системы хранения генетической информации.

4. Код однонаправленный . При синтезе белка считывание информации идет от первого основания к третьему в одном направлении.

5. Код неперекрывающийся. Это значит, нет таких оснований, которые принадлежали бы одновременно двум кодонам. Триплет ограничен как бы «рамкой» считывания, которая перемещается сразу на три основания: УГГ ЦАА.

6. Код является универсальным для всех живых существ.

Синтез белка в клетке

Синтез белка включает несколько уровней (рис. 18)

1. Претранскрипционный. 2. Транскрипционный. 3. Транспортный.

4. Трансляционный. 5. Посттрансляционный.

Рис. 18. Общая схема синтеза белка в эукариотической клетке.

Претранскрипционный уровень. Это стартовый этап синтеза, во время которого происходит активация молекулы ДНК с помощью специальных белков.

Транскрипционный уровень . Транскрипцией называется синтез и-РНК на молекуле ДНК с последовательностью нуклеотидов комплементарной молекуле ДНК. Матрицей для и-РНК служит только одна из двух имеющихся цепей ДНК, то есть синтез носит полуконсервативный характер. Процесс контролируется ферментами РНК-полимеразами.

В молекуле ДНК выделяется определенный фрагмент – промотор как начальный участок синтеза. За ним следуют информационные нуклеотидные кодоны. Существует два вида наборов нуклеотидов. Триплеты, несущие информацию об аминокислотах – экзоны. Они образуют короткие сегменты ДНК и, как правило, разделены более длинными неинформативным участком нуклеотидов, которые называют интроны. В каждом гене число экзонов на один превышает число интронов. С началом транскрипции в состав и-РНК включаются как экзоны, так и интроны. Первичный транскрипт полностью копирует молекулу ДНК.

Транспортный уровень. Охватывает период между транскрипцией и трансляцией. На данном этапе происходит процессинг , то есть созревание и-РНК. Суть его – удаление интронов с помощью ферментов рестриктаз . Экзоны сохраняются и соединяются в единую цепь с помощью ферментов лигаз . Указанное явление называется сплайсинг . В ходе его возможны ошибки транскрипции, когда удаляются не все интроны. Прошедшая сплайсинг и-РНК значительно укорочена, компактна и может служить матрицей для синтеза белка. Для этого она переносится из ядра в цитоплазму к рибосомам. В клетках животных и растений на всем пути от ядерного хроматина к рибосомам и-РНК находится не в свободном состоянии, а связана специальными белками-переносчиками. Они различны в ядре и цитоплазме. Образно говоря, белки везут и-РНК в рибосому «на перекладных».

Трансляционный уровень. Трансляцией называется синтез полипептидной цепи из аминокислот согласно кодирующей и-РНК. В ходе трансляции происходит перевод генетической информации в аминокислотную последовательность: ДНК, и-РНК, белок. Трансляция является очень важной частью общего метаболизма клетки. В ней задействованы не менее 20 ферментов (аминоацилсинтетаз), до 60 различных т-РНК, 3—5 молекул р-РНК и макромолекулы и-РНК. Здесь выделяют следующие этапы: инициация, элонгация, терминация.

Инициация – начало трансляции. Фермент аминоацилсинтетаза активирует определенную аминокислоту и вовлекает ее в белковый синтез. Активированная аминокислота соединяется с т-РНК специализированной на данной аминокислоте. Эта т-РНК имеет форму трилистника и содержит три петли. Антикодоновая петля имеет антикодон, то есть триплет нуклеотидов, соответствующий своей аминокислоте. Псевдоуридиновая петля необходима при взаимодействии с рибосомой. Дигидроуридиновая петля служит для соединения с ферментом аминоацил-синтетазой. (Рис. 19). Доставленная к рибосоме и-РНК связывается с рибосомальной РНК. При этом рибосома диссоциирует, ее малая и большая субъединицы несколько раздвигаются, и рибосома насаживается на и-РНК. В начальной части и-РНК имеются стартовые кодоны АУГ и ГУГ. К ним присоединяется т-РНК, несущая соответствующую аминокислоту (рис. 20).

Рис.19.Схема строения т-РНК.

Рис. 20.Схема синтеза белка в рибосоме (трансляция).

Элонгация – продолжение трансляции. Рибосома двигается вдоль молекулы и-РНК. Транспортные РНК связываются с рибосомой и их анти-кодоны избирательно по правилу комплементарности контактируют с кодонами и-РНК. При совмещении кодона и антикодона аминокислота отрывается от т-РНК и включается в полипептидную цепь из аминокислот в большой субъединице рибосомы. При формировании первичной белковой структуры каждая новая аминокислота занимает место за аминокислотой, включенной непосредственно перед ней.

Терминация – окончание синтеза. В и-РНК есть трейлерный участок, содержащий стоп кодоны УАА, УАГ, УГА. Они указывают на завершение синтеза данного белка. Поэтому при контакте с ними сборка аминокислотной цепи заканчивается. Большая и малая субъединицы рибосом смыкаются.

Посттрансляцнонный уровень. Синтезированная белковая молекула начинает усложнять свою первичную структуру под действием ферментов. Происходит ее конформация, изменяется пространственная организация белка, он приобретает вторичную, третичную и четвертичную структуру.

Таким образом, мы узнали центральную догму молекулярной биологии. Она гласит: информация в живых организмах передается по цепи ДНК – РНК – белок.В настоящее время доказано явление обратной транскрипции, когда передача информации происходит от РНК к ДНК. В то же время совершенно невозможен перенос информации от белков обратно к нуклеиновым кислотам.