Нуклеозиды в нуклеиновых кислотах, этерифицируются фосфорной кислотой, образуя нуклеотиды: дезоксиаденозинмонофосфат (дАМФ), дезоксигуанозинмонофосфат (дГМФ), дезоксицитидинмонофосфат (дЦМФ), дезокситимидинмонофосфат (дТМФ)
Нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами с очень большой молекулярной массой в несколько миллионов. Нуклеиновая кислота, содержащая рибозу, называется рибонуклеиновой кислотой (РНК), в то время как содержащая дезоксирибозу, – дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).
Нуклеотиды в нуклеиновох кислотах выстраиваются в определенном порядке. ДНК состоит из двойной скрученной полинуклеотидной спирали (рис. 11.1).
Каждая нитка состоит из единиц дезоксирибозы и фосфатных групп. К каждой сахарной группе примыкает один из четырех основа-
ний – цитозин, тимин, аденин или гуанин. Основания на двух нитках спирали соединены попарно водородными связями, тимин на одной нитке всегда спарен с аденином, на другой – цитозин – с гуанином. Последовательности оснований вдоль этих ниток представляют генетическую информацию живой клетки. ДНК находится в ядре клетки, как часть хромосомной структуры.
Биосинтез белка в клетках тканей и органов является сложным многоступенчатым процессом. Совершается он в специальных органеллах – рибосомах. Помимо ДНК, в нем принимают участие рибонуклеиновые кислоты (РНК). Существуют три основные вида РНК: матричная (информационная) мРНК, рибосомная рРНК и транспортная тРНК. У них разные функции.
11.2. Гены и их структура
Информация о структуре белков и РНК записана в участках ДНК, называемых генами и цистронами. Ген – это участок ДНК, кодирующий один белок. Цистрон – участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь.Если белок состоит из нескольких разных полипептидных цепей (субъединиц), то его ген включает несколько цистронов. Например,у животных и человека цистроны нередко располагаются в разных хромосомах и обычно тоже называются генами, например, ген α-цепи и ген β- цепи гемоглобина.
Кроме генов всех белков организма, в хромосомах имеются также гены РНК: матричных РНК (их тысячи), четырех видов рибосомных РНК и нескольких десятков видов транспортных РНК.
Четыре вида рРНК синтезируются в ядре (а точнее, в ядрышках), объединяются с рибосомными белками, формируя субъединицы рибосом. Эти субъединицы через ядерные поры перемещаются в цитоплазму. Туда же перемещаются и многочисленные мРНК (в комплексе со специальными белками), а также тРНК.
Общая совокупность генов, определяющих наследственную информацию организма, называется геномом. Всего в геноме (хромосомах) человека и животных число генов составляет около 30000.
Передача генетической информации с ДНК на мРНК называется транскрипцией (считывание). В генах участки связывания РНКполимеразы (фермента, синтезирующего РНК на ДНК) называются промоторами . Связывание РНК-полимеразы с промотором осуществляется с участием белков – факторов транскрипции. Эти факторы имеются во всех клетках и необходимы для «прочтения» любого функционирующего гена.
В процессе транскрипции гена образуемые мРНК называют предшественниками мРНК (пре-мРНК), т.к. им необходимо еще пройти в ядре процесс созревания.
Способ записи генетической информации
Две цепи ДНК в области гена принципиально различаются по своей функциональной роли: одна из них является кодирующей, или смысловой, вторая - матричной (рис. 11.2).
Это значит, что в процессе «считывания» гена (транскрипции, или синтеза пре-мРНК) в качестве матрицы выступает только одна – матричная цепь ДНК. Продукт этого процесса - пре-мРНК – по последовательности нуклеотидов совпадает с кодирующей цепью ДНК (с заменой тиминовых оснований на урациловые).
Таким образом, получается, что с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей (смысловой) цепи ДНК, т.е. ген.
На рисунках ген принято изображать так, чтобы кодирующая цепь была сверху; тогда, в соответствии с общим правилом изображения ДНК, 5'-конец кодирующей цепи должен располагаться слева.
Генетический код. Единицей информации в кодирующей цепи ДНК является триплет-последовательность из трех нуклеотидов. 4 вида нуклеотидов (встречающиеся в ДНК) могут образовывать 43 =64 вида триплетов. Из них 61 триплет являются смысловыми, т. е. кодирует ту или иную из 20 аминокислот, а 3 триплета являются «бессмысленными» (табл. 11.1).
Как видим, на одну аминокислоту приходится в среднем несколько смысловых триплетов (в реальности – от 1 до 6). В то же время код специфичен: каждому из смысловых триплетов соответствует только одна аминокислота.Сама же информация о белке состоит в том, что в полном гене линейная последовательность триплетов кодирует аналогичную линейную последовательность аминокислот в первичной структуре данного белка (в направлении от аминного к карбоксильному концу пептидной цепи) (рис. 11.2).
