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).
Итак, генетический код является триплетным, специфическим, непрерывным и универсальным (у всех видов организмов смысл любого триплета один и тот же).
Триплеты мРНК, соответствующие триплетам ДНК, называются кодонами , они определяют порядок включения аминокислот в пептидную цепь, синтезируемую в рибосоме .
По той же причине в таблице генетического кода (расшифрованного в ходе модельных экспериментов) всегда указывают не триплеты смысловой цепи ДНК, а кодоны мРНК.
Таблица 11.1 - Кодоны мРНК.
| Аминокислота | Кодирующие триплеты |
|---|---|
| Аланин | ГЦУ ГЦЦ ГЦА ГЦГ |
| Аргинин | ЦГУ ЦГЦ ЦГА ЦГГ АГА АГГ |
| Аспарагин | ААУ ААЦ |
| Аспарагиновая кислота | ГАУ ГАЦ |
| Валин | ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ |
| Гистидин | ЦАУ ЦАЦ |
| Глицин | ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ |
| Глютамин | ЦАА ЦАГ |
| Глютаминовая кислота | ГАА ГАГ |
| Изолейцин | АУУ АУЦ АУА |
| Лейцин | ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ УУА УУГ |
| Лизин | ААА ААГ |
| Метионин | АУГ |
| Пролин | ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ |
| Серин | УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ АГУ АГЦ |
| Тирозин | УАУ УАЦ |
| Треонин | АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ |
| Триптофан | УГГ |
| Фенилаланин | УУУ УУЦ |
| Цистеин | УГУ УГЦ |
| Знаки препинания | УАА УАГ УГА |
Из этой таблицы видно, что код, действительно, является вырожденным: для всех аминокислот, кроме метионина и триптофана, имеется по 2 кодона и более, в том числе, по 6 кодонов для трех аминокислот – аргинина, лейцина и серина.
11.3. Экспрессия генов
Экспрессия генов – это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт – РНК или белок. Экспрессия информации о структуре определенного белка включает 2 основных этапа (рис. 11.3):
а) Первый из них – транскрипция: образование в клеточном ядре на соответствующем гене (локализующемся в одной из хромосом) специального посредника – матричной РНК (мРНК).
Смысл этого процесса – переписывание информации о структуре белка с огромного неподвижного носителя ДНК (в составе хромосомы) на небольшой подвижный носитель мРНК. Таким образом, непосредственный продукт транскрипции гена является матричная РНК.
б) Второй из основных этапов экспрессии гена - трансляция: синтез белка в рибосомах по программе, диктуемой мРНК. Суть этой программы - определение очередности, в которой аминокислоты должны включаться в строящуюся пептидную цепь.В этом процессе участвуют не свободные, а активированные аминокислоты. Активация осуществляется при помощи специфических ферментов –аминоацил–тРНК синтетаз. В результате каждая аминокислота связывается с транспортной РНК (тРНК), т. е. находится в виде аминоацил-тРНК (аа-тРНК). Для каждой из 20 аминокислот имеется своя специфическая форма тРНК, а чаще - даже не одна, а несколько форм.
Рибосомы играют в трансляции роль молекулярных машин, обеспечивающих правильное взаимодействие участников. В состав рибосомы входят четыре вида молекул рибосомной РНК (рРНК). Объединяясь с рибосомными белками, они образуют две субъединицы рибосо-
