ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Генетическая информация передается от генов (нуклеиновых кислот) к белкам — центральная догма молекулярной биологии из "Что если Ламарк не прав Иммуногенетика и эволюция" Экспериментально было показано, что существует информационная молекула — посредник между ДНК и белком. Этим посредником оказалась РНК, которая, в отличие от ДНК, состоит только из одной цепи. Однако ее химический состав оказался очень похожим на ДНК. И РНК, и ДНК построены из одинаковых основных строительных блоков. РНК содержит основания А (аденин), G (гуанин), С (цитозин) и U (урацил). Соотношение между двумя нуклеиновыми кислотами следующее. Если порядок оснований в ДНК 3 —T GAATA—5, то порядок оснований в РНК (копия которой синтезируется по ДНК-матрице) будет 5 -AG UUAU-3, где вместо Т (тимин) теперь стоит U (урацил). Мы уже упоминали это правило в гл. 1, табл. 1.2. [c.51] Поток генетической информации направлен от нуклеиновых кислот (ДНК/РНК) к белкам и никогда в обратном направлении.Это означает, что последовательности оснований ДНК и РНК могут служить матрицами для синтеза других ДНК- или РНК-последовательностей, а аминокислотные последовательности в белках никогда не служат матрицей для синтеза РНК (или ДНК) последовательности оснований. Основные процессы копирования нуклеиновых кислот — это ДНК- ДНК (репликация ДНК), ДНК- (РНК (транскрипция), РНК- (РНК (репликация РНК) и РНК- (ДНК (обратная транскрипция). Аминокислотные последовательности, составляющие белки, определяются последовательностью оснований в молекуле мРНК. Этот сложный процесс, называемый трансляцией, проходит в рибосомах на цитоплазме (см. приложение). [c.52] ДНК РНК- белок. [c.53] Также обратите внимание на то, что РНК-последовательность может служить матрицей для синтеза ДНК-последовательности (обратная транскрипция), а последовательность аминокислот в белке никогда не служит матрицей для обратного потока информации от белковой последовательности к РНК [3]. [c.53] На уровне генетической (нуклеотидной) и белковой (аминокислотной) информации часто удобно рассматривать линейные последовательности (слева) на уровне функции в клетке все эти молекулы имеют сложную трехмерную структуру. [c.54] Двухцепочечная ДНК — это правозакрученная спираль. Однако существует и более сложная укладка, особенно в высших клетках, позволяющая компактно упаковывать хромосомы внутри ядра. В зависимости от стадии клеточного цикла, спирали образуют комплексы с разнообразными белками, многие из которых определяют, какие гены будут транскрибироваться в мРНК. [c.54] Одноцепочечные молекулы РНК могут складываться в сложные структуры с локальными спариваниями оснований комплементарных последовательностей. Эта вторичная структура особенно важна для функционирования транспортных и рибосомных РНК. [c.55] Аминокислотные последовательности белка принимают сложную пространственную структуру, содержащую локальные участки а-спира-лей и другие менее грубые р-шероховатые слои. [c.55] В верхнем примере восьмое основание G заменено на А в этом же положении. Если эта замена происходит в участке гена, кодирующем аминокислоты, это может привести к появлению в ходе трансляции другой аминокислоты в белке или к преждевременному окончанию (терми-нации) синтеза белка (т. е., эта замена может привести к появлению стоп-кодонаТАА, TAG или TGA, см приложение). [c.56] Замена одного основания — простейший тип мутации более сложные мутации могут приводить к потере или вставке одного или нескольких оснований. Если вставки или потери происходят в нетранскри-бируемых или фланкирующих участках, это может не привести к серьезным генетическим последствиям. Однако если они происходят в участке, кодирующем аминокислоты, последствия обычно легальны, так как последовательность аминокислот в белке будет совершенно другой, поскольку вставка или потеря оснований изменяют рамку считывания кодонов (см. приложение). Чаще всего, изменение рамки считывания кодонов (этот тип мутаций называется сдвиг рамки ) приводит к появлению стоп-кодона, а именно ТАА, TAG или TGA, которые преждевременно останавливают синтез белка (см приложение). [c.57] Где бы ни возник генетический код, он стал основным кодом жизни на Земле. Он привел к развитию чрезвычайно сложных и разнообразных биологических форм, оставаясь неизменным для всех организмов. [c.57] Когда мы клонируем какой-нибудь ген (скажем, ген инсулина человека), мы реплицируем (размножаем) его в бактериальных клетках и, таким образом, производим большое количество инсулин-специфической ДНК. Это говорит о том, что аппарат репликации ДНК бактерий обрабатывает ДНК-последователь-ность человека так же, как и бактериальную. Если мы хотим получить большое количество белка инсулина для лечения диабета, мы экспрессируем клонированный ген человека в бактерии. То есть, мы заставляем бактерию производить человеческий инсулин. И бактерия создает тот же самый инсулин, с той же последовательностью аминокислот, что и клетка человека. Это означает, что генетический код прочитывается одинаково и в бактериальной, и в человеческой клетках, а разошлись они в ходе эволюции, возможно, 3,6 млрд. лет назад. [c.57] Хотя мы говорим о линейных последовательностях ДНК, РНК и белка, надо помнить, что все эти информационные и функциональные полимеры имеют трехмерную структуру. Так, двухцепочечная ДНК — это правозакрученная спираль (рис. 2.5, А). Одноцепочечная РНК способна формировать сложную структуру за счет спаривания соседних комплементарных последовательностей (рис. 2.5, Б). Цепочка аминокислот в белке также складывается в характерную трехмерную форму (рис 2.5, В). Следовательно, на уровне генетической информации нам достаточно думать в терминах линейных последовательностей, но на функциональном уровне жизнь протекает в трехмерном пространстве. [c.58] Вернуться к основной статье