Краткое содержание: Параграф § 22 / Биология 10 класс

Суть генетической информации и матричные синтезы

Способность клеток поддерживать высокую степень упорядоченности своей химической и структурной организации непосредственно связана с генетической информацией, которая определяет особенности строения и жизнедеятельности клетки, тканей, органов и организма в целом. Генетическая информация хранится в молекулах ДНК в виде генов. Ген представляет собой участок молекулы ДНК, который содержит информацию о первичной структуре белка, определяющей в конечном итоге признак организма. Реализация наследственной информации в клетке осуществляется по схеме: ген \(\to\) белок \(\to\) признак. Информацию о последовательности аминокислот в белке кодирует последовательность нуклеотидов в ДНК.

Генетический код — это система перевода последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте (ДНК или РНК) в последовательность аминокислот в белке. Генетический код был расшифрован в 60-х годах XX века. Было установлено, что одна аминокислота кодируется тремя нуклеотидами, называемыми кодоном, или триплетом. Поскольку существует 4 типа нуклеотидов (А, Т, Г, Ц) в ДНК и (А, У, Г, Ц) в РНК, то возможно \(4^3 = 64\) различных триплета. Поскольку в клетках используется всего 20 аминокислот, 61 кодон является «смысловым» (кодирует аминокислоту), а 3 кодона (УАА, УАГ, УГА) являются стоп-кодонами, которые сигнализируют об окончании синтеза белка. Избыточность кодонов (61 кодон кодирует 20 аминокислот) объясняется вырожденностью генетического кода, где одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами.

Свойства генетического кода:

• Триплетность: каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (кодоном).
• Однозначность: один кодон кодирует только одну аминокислоту.
• Вырожденность (избыточность): одна аминокислота может кодироваться несколькими (до шести) кодонами.
• Универсальность: генетический код един для подавляющего большинства живых организмов на Земле.
• Неперекрываемость: считывание кода происходит последовательно по триплетам, и нуклеотиды одного кодона не входят в состав соседних кодонов.
• Непрерывность: между кодонами нет «промежутков» (запятых).

Процессы матричного синтеза (транскрипция)

Процесс биосинтеза белка в клетках является сложным и многоступенчатым, начинающимся с транскрипции — синтеза РНК на матрице ДНК, который протекает в ядре эукариотических клеток. В ходе транскрипции генетическая информация, записанная в ДНК, переписывается на молекулу информационной РНК (иРНК), которая затем транспортирует эту информацию к месту синтеза белка (рибосомам в цитоплазме). Кроме иРНК, на матрице ДНК синтезируются также рибосомальные РНК (рРНК), входящие в состав рибосом, и транспортные РНК (тРНК), доставляющие аминокислоты к месту синтеза белка.

Синтез РНК (транскрипция) осуществляется ферментом РНК-полимеразой и состоит из трех этапов:

1. Инициация: РНК-полимераза связывается с определенной зоной ДНК, называемой промотором. Эта зона содержит стартовый сигнал для синтеза РНК. Фермент расплетает двойную спираль ДНК, инициируя синтез РНК на одной из цепей ДНК (матричной).
2. Элонгация: РНК-полимераза продвигается вдоль цепи ДНК, используя принцип комплементарности, и синтезирует комплементарную цепь РНК (рисунок 83). Нуклеотиды ДНК (А, Т, Г, Ц) комплементарны нуклеотидам РНК (У, А, Ц, Г) соответственно. В синтезируемой молекуле РНК вместо тимина (Т) используется урацил (У).
3. Терминация: процесс синтеза РНК прекращается при достижении стоп-кодона на ДНК. РНК-полимераза отделяется от ДНК, высвобождая синтезированную молекулу РНК, а ДНК восстанавливает свою двойную спираль.

После синтеза РНК у эукариот молекула-предшественник (пре-иРНК) подвергается процессу сплайсинга — удалению неинформативных участков (интронов) и соединению информативных участков (экзонов). Это обеспечивает передачу генетической информации о различных белках с одного гена (альтернативный сплайсинг).