Линейная ДНК

   Белок

Нуклеосомы и линкерная ДНК в свою очередь упакованы в фибриллы, которые в хромосоме образуют петли. Более высокие уровни спирализации позволяют значительно сократить длину молекулы ДНК. Достаточно сказать, что общая длина молекул ДНК, входящих в состав хромосом человека, составляет 1,74 м, располагаются они в клетках, имеющих диаметр 5 -7 мкм. Такую молекулу, тщательно «упакованную» белками, можно наблюдать в световой микроскоп во время деления клеток в виде хорошо окрашивающегося вытянутого тельца -хромосомы.

В синтезе белков важная роль принадлежит также и РНК. Синтез белка происходит в особых областях клетки – рибосомах ("фабрики белка").

РНК — рибонуклеиновая кислота. РНК, так же как и ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, близкие к нуклеотидам ДНК. Азотистые основания трех нуклеотидов те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цитозин), четвертое основание - урацил (У) присутствует только в молекуле РНК (вместо тимина). Нуклеотиды РНК отличаются от нуклеотидов ДНК и по строению входящего в их состав углевода: они включают другую пентозу — рибозу (вместо дезо-ксирибозы). В цепочке РНК нуклеотиды соединяются благодаря образованию ковалентных связей между рибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.

По структуре различают двухцепочечные и одноцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК — хранители генетической информации у ряда вирусов, т.е. выполняют у них функции хромосом. Одноцепочечные иРНК переносят информацию о последовательности аминокислот в белках (т.е. о структуре белков) от хромосом к месту их синтеза и участвуют в синтезе белков.

Рис. Схема строение тРНК: А,Б, В, Г — участки комплементарного соединения внутри одной молекулы РНК; Д — участок (активный центр) соединения с аминокислотой; Е — участок (активный центр) комплементарного соединения с молекулой и РНК (антикодон)

Существует несколько видов одноцепочечных РНК. Их названия обусловлены выполняемой функцией или местонахождением в клетке.

Существует по крайне мере три типа РНК:

1) высокомолекулярная РНК, локализующаяся в рибосомах;

2) информационная - РНК, образующаяся в ядре клетки;

3) транспортная - РНК.

Большую часть РНК цитоплазмы (до 80 — 90%) составляет рибосомная РНК (рРНК), содержащаяся в рибосомах. Молекулы рРНК относительно невелики и состоят из 3 — 5 тыс. нуклеотидов. Другой вид РНК — информационная (иРНК), переносящая к рибосомам информацию о последовательности аминокислот в белках, которые должны синтезироваться. Размеры этих РНК зависят от длины участка ДНК, на котором они синтезированы. Молекулы и РНК могут состоять из 300 — 30 000 нуклеотидов. Транспортные РНК (тРНК) включают 76 — 85 нуклеотидов  и выполняют несколько функций. Они доставляют аминокислоты к месту синтеза белка и осуществляют точную ориентацию аминокислоты (по принципу комплементарности) на рибосоме. тРНК имеют два активных центра, один из которых соединяется с определенной аминокислотой, а другой, состоящий из трех нуклеотидов, служит для комплементарного соединения с молекулой иРНК. Этот участок называется антикодоном.

В клетках непрерывно идут процессы биологического синтеза. С участием ферментов из простых низкомолекулярных веществ образуются сложные высокомолекулярные соединения: из аминокислот синтезируются белки, из моносахаридов – сложные углеводы, из азотистых оснований – нуклеотиды, а из них – нуклеиновые кислоты.

Реакции биосинтеза отличаются видовой и индивидуальной специфичностью.

Совокупность реакций биосинтеза называется пластическим обменом, или анаболизмом (от греч. аnabole – подъем). Важнейшие процессы анаболизма – это фотосинтез и синтез белков.

Как уже отмечалось, все многообразие свойств белков, в конечном счете, определяется их первичной структурой, т.е. последовательностью аминокислот. Каждой аминокислоте в полипептидной цепочке соответствует комбинация из трех последовательно расположенных нуклеотидов – триплет. Определенные сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК являются генетическим кодом, несущим информацию о структуре белка.

Одно из основных свойств кода – его специфичность. Нет случаев, когда один и тот же триплет соответствовал бы более чем одной аминокислоте. Код универсален для всех живых организмов и никогда не перекрывается, т.е. кодоны транслируются в виде информации – триплета иРНК всегда целиком.

Участок молекулы ДНК, несущий информацию о структуре одной белковой молекулы, называется геном.

Гены имеют сложную структуру. В начале гена располагается участок ДНК, регулирующий его активность. За ним следует промотор, инициирующий транскрипцию, и смысловая часть гена, кодирующая последовательность аминокислот в белках. У эукариотических организмов они перекрываются некодирующими участками ДНК. Такие некодирующие сигменты называются вставочными последовательностями, или интронами, а кодирующие участки генов – экзонами.

Вся последовательность наследственного материала носит название генома, т.е. геном – это число нуклеотидных пар, составляющих молекулу ДНК. Синтез белка происходит в особых областях клетки - рибосомах. Рибосомы иногда образно называют "фабриками белка".

Для того чтобы синтезировался белок, информация о последовательности аминокислот в его первичной структуре должна быть доставлена от гена к рибосомам. Это процесс включает два этапа: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (от лат. transcription- переписывание) генетической информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочечной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК.

Синтез иРНК имеет три стадии:

-инициации

-элонгации

-терминации

При инициации фермент РНК связывается с промотором. РНК соединяется с ДНК так, что ее опознающая часть закрывает регуляторный участок гена, а активный центр РНК оказывается над первым считываемым нуклеотидом. При этом движущаяся вдоль цепи ДНК РНК действует подобно застежке-молнии, раскрывая двойную спираль, которая замыкается позади фермента по мере того, как соответствующие основания РНК спариваются с основаниями ДНК. Так происходит элонгация , те удлинение цепи иРНК.

Терминация ( прекращение роста).

Т.О. информация из последовательности кодонов ДНК переводится в последовательность кодонов иРНК (рис20).

Трансляция (от лат. translatio-передача) – перевод последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК (кодонов иРНК) в последовательность аминокислот.

Три этапа:

-инициации

-элонгации

-терминации

В цитоплазме на один из концов иРНК ( с которого начался синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и приступает к синтезу полипептида. Трансляция начинается со стартового кодона АУГ, который в смысловой части структурного гена кодирует аминокислоту метионин. Рибосома перемещается по молекуле иРНК прерывисто, триплет за триплетом (элонгация), делая каждый из них доступным для контакта с тРНК (рис22).

Сущность трансляции заключается в подборе по принципу комплементарности антикодона тРНК к кодону иРНК. Если антикодон тРНК  соответствует кодону иРНК, то аминокислота, доставленная такой тРНК, включается в полипептидную цепь и рибосома перемещается на следующий триплет.