АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Розшифрування генетичної інформації

Найважливішим досягненням біології XX ст. стало з'ясування генетичного коду – встановлення відповідності між послідовністю нуклеотидів молекули ДНК та амінокислотами молекули білка. Нині генетичний код з'ясовано повністю.

Книга життя кожної людини зшита з різних сторінок, в них вписаний генетичний код. Іншими словами, геном людини - це унікальна система запису інформації. Вона міститься переважно в молекулах ДНК, які знаходяться в хромосомах кожної клітини людини. Кількість хромосом - величина постійна. І якщо вона раптом міняється, патології неминучі. Генетичний код зберігає "правильну" інформацію - завдяки цьому кожна клітина може жити, розмножуватися і формувати органи. Схема проста - так розвивається будь-який організм від простого одноклітинного до самого Вінця Природи. Система запису генетичного коду забезпечує відтворення. Код передається від клітини до клітини, і він універсальний для усього сущого на Землі. Отже розглянемо докладніше генетичний код.

Генетичний код – це система зашифровуваної спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот, що реалізовується у тварин, рослин, бактерій і вірусів у вигляді послідовності нуклеотидів. ДНК використовується чотири нуклеотиди - аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються буквами А, Г, Ц і Т відповідно.

Знаючи, що амінокислот всього 20, а нуклеотидів – 4, не важко підрахувати і уявити собі, що 4 нуклеотида очевидно недостатньо для кодування 20 амінокислот. Недостатньо також і коду з двох нуклеотидів на кожну кислоту (4 = 16). Для кодування 20 амінокислот необхідні групи щонайменше з трьох нуклеотидів (4 = 64). Подібна група, що несе інформацію про одну амінокислоту в молекулі білка, називається кодоном. Вся ж ділянка ДНК, відповідальна за синтез однієї молекули білка, в цілому якраз і є ген. Значить, в гені стільки кодонів, скільки амінокислот входить до складу даного білка, що синтезується.

Ці букви складають "алфавіт" генетичного коду(рис.1.8.). У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тиміну, який замінений схожим нуклеотидом, - урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних "букв".

Рис. 1.8. Таблиця генетично коду

Для синтезу білків в природі використовуються 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або декількома ланцюжками амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність називається первинною структурою білку, що також у значній мірі визначає визначає всю будову білку, а отже і його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для переважної більшості живих організмів.

Реалізація генетичної інформації проходить у процесі синтезу білкових молекул з допомогою трьох РНК: інформаційної (іРНК), транспортної (тРНК) і рибосомальной (рРНК). Процес передачі йде на каналі прямого зв'язку: ДНК - РНК - білок; і на каналі зворотного зв'язку: середовище - білок - ДНК.

Живі організми здатні отримувати, зберігати й передавати інформацію. Причому живим організмам властиве прагнення одержану інформацію зберігати і використовувати навколишній світ з найбільшим ефектом. Спадкова інформація, закладена в генах і необхідна кожному живому організму в процесі існуванні, розвитку та розмноження і передається від кожного індивідуума його нащадкам. Цю інформацію визначає напрям розвитку організму, і під час взаємодії його з довкіллям реакція цього індивіда може спотворюватися, забезпечуючи цим еволюцію розвитку нащадків. У процесі еволюції живого організму ним запам'ятовується нова інформація, і зокрема зростає цінність отриманої інформації.

У результаті реалізації спадкової інформації за певних умов довкілля формується фенотип організмів даного біологічного виду.

Робота генів

Головним процесом який проходить під контролем генів є процес біосинтезу білків. Отже потрібно розібрати суть синтезу білків для того щоб зрозуміти яку саме роботу виконують гени в клітині.

Молекулярні механізми білкового синтезу в основному є спільними для всіх живих організмів. Зчитування інформації, записаної в послідовності нуклеотидів мРНК, та її переклад у амінокислотний текст розпочинається зі стартового кодона, де при ініціації трансляції відбувається остаточне збирання головного пристрою трансляції рибосоми комплексу рибосомної РНК і білків. Вона сканує нуклеотидну послідовність мРНК, рухаючись уздовж неї кроками по три нуклеотиди від 5’- до 3’-кінця під час елонгації трансляції до стоп-кодона, де відбувається термінація процесу.

Під час сканування рибосома працює як декодуючий пристрій, забезпечуючи впізнання кодонів комплементарними щодо них триплетами (антикодонами) у складі тРНК (транспортні РНК), і як каталізатор процесу синтезу пептидного зв’язку між амінокислотами. Певний антикодон відповідає амінокислоті певного типу, яку несе на собі тРНК.

Отже, тРНК (рис.1.9.) є ключовою ланкою реалізації генетичного коду: саме вони забезпечують доставку амінокислот до рибосоми в порядку, який відповідає послідовності кодонів.

Рис.1.9. Схема та просторова структура тРНК

Молекули тРНК є продуктами транскрипції відповідних генів ДНК, частина яких представлена кількома копіями, близько 500 активних генів тРНК у геномі людини. Загальна кількість типів тРНК, які обслуговують процес білкового синтезу, становить близько 40 (наприклад, усі гени тРНК людини можна розділити на 49 родин за властивостями антикодонів). Оскільки типів тРНК більше, ніж амінокислот, одній амінокислоті може відповідати кілька тРНК такі тРНК називають ізоакцепторними. Типів тРНК менше, ніж кодонів, тому одна тРНК здатна розпізнавати кілька синонімічних кодонів, що забезпечується неоднозначністю спарювання між першою позицією антикодона і третьою (за якою в основному розрізняються синонімічні кодони) кодона. А саме: U та G здатні впізнавати по два нуклеотиди у третій позиції кодона, I (інозин – неканонічна азотиста основа, що досить часто зустрічається в першій позиції антикодона) упізнає три нуклеотиди.

Порядок залучення амінокислот до поліпептидного ланцюга, який утворюється при білковому синтезі, залежить лише від взаємодій між нуклеїновими кислотами кодоном і антикодоном; амінокислота, яку несе тРНК, жодним чином не розпізнається рибосомою. Отже, акцептування певної амінокислоти молекулою тРНК відповідного типу (і тільки відповідного) є одним із найважливіших моментів білкового синтезу: від точності процесу акцептування буде залежати й точність синтезу білка в цілому.

Також важливою діяльністю гена є регуляторний механізм, виявлений в клітинах бактерій в 1961 році французькими ученими Франсуа Жакобом і Жаком Моно.

Цей механізм був представлений тим, що не всі гени бактерій однакові по своєму призначенню. Одна група – структурні гени, що видають інформацію про синтез певних поліпептидних ланцюгів, інша – регуляторні гени (були представлені геном-оператором, безпосередньо зчепленим з групою структурних генів, і геном-регулювальником, який може знаходитися в деякому віддаленні від них), що відають активністю структурних генів шляхом їх «включення» і «виключення».

Оперон – це ген-оператор з групою регульованих їм структурних генів. Оперон служить одиницею транскрипції, тобто з нього списується одна молекула іРНК. Ген регулювальник діє не шляхом безпосереднього контакту із структурними генами, а за допомогою білка репресора.

За наявності молекул речовини, що синтезується, білок-репрессор, з'єднуючись з цими молекулами, активізується і зв'язується з геном-оператором. В результаті синтез даної речовини припиняється. Свою назву білок-репрессор отримав через те, що пригнічує діяльність гена-оператора, тобто ставить його в положення «вимкнено».

При малій кількості молекул, що синтезуються, білок-репрессор залишається неактивним. У таких умовах дія оперону – гена-оператора і структурних генів – не пригнічується, і синтез продовжуватиметься безперешкодно. Саме в цьому й полягає важливість роботи генів.

Дата добавления: 2015-12-15 | Просмотры: 1919 | Нарушение авторских прав