Биологический генетический код.

Биологический генетический код.

Информация, заложенная в ДНК и РНК, реализуется в процессе синтеза белка. Работами М. Ниренберга и соавторов было установлено, что для кодирования одной аминокислоты требуется не менее трех последовательно расположенных нуклеотидов, называемых триплетами или кодонами. При этом между отдельными кодонами нет промежутков, и информация записана слитно, без знаков препинания. Число сочетаний 43 дает основание полагать, что 20 аминокислот кодируются 64 кодонами. Экспериментально установлено, что таких кодонов меньше, всего 61. Оставшиеся три кодона не несут в себе информации, однако два из них используются в качестве сигналов терминации. Выявлена также интересная особенность взаимодействия кодона с антикодоном. Оказалось, что первое и второе азотистые основания кодона образуют более прочные связи с комплементарными основаниями антикодона. Что же касается третьего основания, то эта связь менее прочная, более того, основание кодона может спариваться с другим, не комплементарным основанием антикодона. Этот феномен называют механизмом неоднозначного соответствия или качания. В соответствии с этим урацил антикодона может взаимодействовать не только с аденином, но и с гуанином кодона. Гуанин антикодона способен связываться не только с цитозином, но и с урацил ом кодона. Это указывает на возможность нескольких кодонов кодировать одну и ту же аминокислоту. Тот факт, что одной и той же аминокислоте соответствует несколько кодонов, называется вырожденностью генетического кода. Биологический смысл этого явления связан, по-видимому, с возможностью более быстрого отделения тРНК от мРНК, что очень важно д ля процесса белкового синтеза. Характерной особенностью генетического кода является также его универсальность. Оказалось, что все живые организмы от простейших микроорганизмов до человека имеют единый генетический код. На основании вышеизложенного можно суммировать основные свойства генетического кода: • триплетностъ — одну аминокислоту кодируют три нуклеотида (триплет, или кодон); • специфичность — триплет кодирует только одну аминокислоту; • вырожденность — одну и ту же аминокислоту могут кодировать несколько триплетов; • универсальность — у всех живых организмов генетический код одинаков; • непрерывность — у всех организмов код линейный, однонаправленный и непрерывный.

22. Транскрипция. Стадии транскрипции (инициация, элонгация, терминация). РНК-полимеразы. Типы РНК и их биологическая роль. Сплайсинг.

ДНК не является матрицей для синтеза белка. Имеются специальные переносчики генетической информации от ДНК к белок-синтезирующему аппарату клеток. Этими переносчиками являются матричные РНК, которым гены передают свою информацию. мРНК образуется из макроэргов АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ на матрице ДНК при помощи фермента РНК-полимеразы. В результате происходит синтез цепи РНК, нуклеотидная последовательность которой комплементарна последовательности одной из цепей ДНК. В результате транскрипции образуются три класса РНК. мРНК взаимодействует с рибосомами в качестве матрицы, на которой синтезируется полипептидная цепь. Транспортная, или тРНК, а также рибосомальная (рРНК) участвуют в функционировании белок-синтезирующего аппарата клеток. Репликация и транскрипция имеют общие черты, так как они осуществляются посредством матричного синтеза на одной из цепей ДНК по направлению 5 к 3. Однако имеются и существенные различия. Новосинтезированная ДНК образуется на обеих цепях матрицы, полностью копируя ее полинуклеотиды. При синтезе РНК транскрибируется не вся матрица, а ее отдельные фрагменты, или транскриптоны, включающие в себя группу генов. Синтез РНК осуществляется при помощи фермента РНК-полимеразы. PHК-полимераза состоит из четырех полипептидных цепей (aapp'), соединенных прочными связями и образующих стабильный кор-фермент, а также о-субъединицы, соединенной с кор-ферментом слабыми связями. РНК-полимераза прокариот является металлоэнзимом, так как содержит два атома цинка. Найдено три класса (I, II и III) РНК-полимераз эукариот. Они по размерам гораздо больше, чем у прокариот (молекулярная масса лежит в интервалах 500—600 kDa). Как правило, эти ферменты содержат две большие субъединицы и ряд малых (до 14 субъединиц для РНК-полимеразы II).

Инициация транскрипции является наиважнейшим фактором, определяющим начало синтеза РНК, его скорость и регуляцию. Процесс транскрипции начинается с присоединения дельта-субъединицы РНК-полимеразы к участку ДНК, называемому промотором. Присоединение фермента к промотору определяет рамку считывания информации с матрицы ДНК. На участке промотора имеется по меньшей мере два элемента (в области 10 и 35 нуклеотидов, если считать по направлению, противоположному движению фермента), участвующих во взаимодействии с дельта-субъединицей РНК-полимеразы. Первый элемент (в области 10 нуклеотидов) называется бокс Прибнова, по фамилии открывшего его автора. Этот бокс имеет последовательность ТАТААТ на одной из цепей и комплементарную ей последовательность — на другой. В положении 35 найдена последовательность ТТГАЦА. Обе эти нуклеотидные последовательности взаимодействуют с дельта-субъединицей РНК-полимеразы и закрепляют ее на цепи ДНК. Сродство некоторых участков промотора вне областей 10 и 35 к РНК-полимеразе усиливает скорость транскрипции. Эти участки называются дискриминаторами и являются сугубо индивидуальными для каждого промотора. Далее к д-субъединице присоединяется корфермент и образуется закрытый транскрипционный комплекс. В результате раскручивания цепей ДНК разрываются водородные связи между парами нуклеотидов ДНК и образуется открытый транскрипционный комплекс. Последовательности ТАТА и ЦААТ в зоне промотора способствуют правильному расположению РНК-полимеразы на матрице ДНК. Энхансеры, локализованные на значительном удалении от зоны промотора, участвуют в регуляции процесса транскрипции. Сразу после начала транскрипции первый нуклеотид с 5’-конца подвергается модификации (метилированию гуанина), которая называется кэпированием. Поэтому первый нуклеотид, стартовая точка гена, называется кэп-сайт. Сигнал ААТААА (последняя последовательность, кодируемая РНК-полимеразой) способствует блокированию З'-конца мРНК. Кроме того, у эукариот образование инициаторного комплекса требует наличия специальных инициаторных белков, которые называются общими факторами транскрипции. Рассмотрим некоторые из них применительно к синтезу мРНК. К ним относится ТАТА-связывающий белок, или ТСБ, а также 8—10 белков, ассоциированных с ТСБ. Они носят название транскрипционный фактор Д для РНК-полимеразы И. Этот комплекс связывается с РНК-полимеразой и способствует более эффективному образованию инициаторного комплекса.