Хранение информации. Генетическая информация закодирована в последовательности нуклеотидов ДНК (DNA), организованных в функциональные участки, называемые генами. [РНК (RNA) как носитель генетической информации используется только некоторыми вирусами.] Участки ДНК кодируют белки, то есть они содержат информацию об аминокислотной последовательности белков. Каждый остаток представлен в ДНК своим кодовым словом (кодоном), состоящим из трёх следующих друг за другом оснований. Так, ДНК-кодон для фенилаланина представлен тринуклеотидом ТТС (2). На уровне ДНК кодоны образуют её некодирующую цепь [последовательность нуклеотидов которой соответствует последовательности мРНК (mRNA)].
Репликация. Во время деления клеток генетическая информация должна перейти в дочерние клетки. Для достижения этого вся ДНК клетки копируется в процессе репликации во время S-фазы клеточного цикла (см. Клеточный цикл), при этом каждая её цепь служит матрицей для синтеза комплементарной последовательности (1, см. Репликация).
Транскрипция. Для экспрессии гена, то есть синтеза закодированных в нем белков, последовательность нуклеотидов кодирующей цепи ДНК должна быть трансформирована в аминокислотную последовательность. Поскольку ДНК не принимает непосредственного участия в синтезе белка, информация, хранящаяся в ядре, должна быть перенесена на рибосомы, где собственно и осуществляется биосинтез белков. Для этого соответствующий участок кодирующей цепи ДНК считывается (транскрибируется) с образованием гетерогенной ядерной РНК [гяРНК (hnRNA)], то есть последовательность этой РНК комплементарна кодирующей цепи ДНК (3; см. Деградация нуклеотидов). Поскольку в РНК вместо тимина содержится урацил (см. Трансаминирование и дезаминирование), AAG триплет ДНК трансформируется в UUC-кодон гяРНК.
Созревание РНК. У эукариот гяРНК, прежде, чем покинуть ядро в виде матричной РНК (мРНК, 4), претерпевает существенные изменения: из молекулы вырезаются избыточные (некодирующие) участки (интроны), а оба конца транскриптов модифицируются путём присоединения дополнительных нуклеотидов (см. Созревание РНК).
Трансляция. Зрелая мРНК попадает в цитоплазму и связывается с рибосомами, преобразующими полученную информацию в аминокислотную последовательность. Рибосомы (см. Рибосомы: инициация трансляции) — это рибонуклеопротеидные комплексы, включающие несколько десятков белков и несколько молекул рибосомной РНК [рРНК (rRNA), см. Цикл мочевины]. Рибосомные РНК выполняют функцию структурного элемента рибосом, а также принимают участие в связывании мРНК и образовании пептидных связей.
Механизм преобразования генетической информации основан на взаимодействии кодонов мРНК с транспортной РНК [тРНК (tRNA)], которая переносит на рибосому аминокислоты, связанные с 3′-концом тРНК, в соответствии с информацией, закодированной в мРНК. Примерно в середине цепи тРНК расположен триплет (например, GAA), называемый антикодоном и комплементарный соответствующему кодону в мРНК. Если транслируется кодон UUC, то с ним взаимодействует антикодон в составе Phe-TPHK (5), несущей на 3′-конце остаток фенилаланина. Таким образом, остаток аминокислоты занимает положение, в котором на него может быть перенесена растущая полипептидная цепь, связанная с соседней тРНК (6).
Активация аминокислот. Прежде чем связаться с рибосомой, транспортные РНК присоединяют соответствующую аминокислоту с помощью специфического «узнающего» фермента (7, схема Генетический код, активация аминокислот), обеспечивающего точный перенос (трансляцию) генетической информации с уровня нуклеиновых кислот на уровень белка.
Репликация. Во время деления клеток генетическая информация должна перейти в дочерние клетки. Для достижения этого вся ДНК клетки копируется в процессе репликации во время S-фазы клеточного цикла (см. Клеточный цикл), при этом каждая её цепь служит матрицей для синтеза комплементарной последовательности (1, см. Репликация).
Транскрипция. Для экспрессии гена, то есть синтеза закодированных в нем белков, последовательность нуклеотидов кодирующей цепи ДНК должна быть трансформирована в аминокислотную последовательность. Поскольку ДНК не принимает непосредственного участия в синтезе белка, информация, хранящаяся в ядре, должна быть перенесена на рибосомы, где собственно и осуществляется биосинтез белков. Для этого соответствующий участок кодирующей цепи ДНК считывается (транскрибируется) с образованием гетерогенной ядерной РНК [гяРНК (hnRNA)], то есть последовательность этой РНК комплементарна кодирующей цепи ДНК (3; см. Деградация нуклеотидов). Поскольку в РНК вместо тимина содержится урацил (см. Трансаминирование и дезаминирование), AAG триплет ДНК трансформируется в UUC-кодон гяРНК.
Созревание РНК. У эукариот гяРНК, прежде, чем покинуть ядро в виде матричной РНК (мРНК, 4), претерпевает существенные изменения: из молекулы вырезаются избыточные (некодирующие) участки (интроны), а оба конца транскриптов модифицируются путём присоединения дополнительных нуклеотидов (см. Созревание РНК).
Трансляция. Зрелая мРНК попадает в цитоплазму и связывается с рибосомами, преобразующими полученную информацию в аминокислотную последовательность. Рибосомы (см. Рибосомы: инициация трансляции) — это рибонуклеопротеидные комплексы, включающие несколько десятков белков и несколько молекул рибосомной РНК [рРНК (rRNA), см. Цикл мочевины]. Рибосомные РНК выполняют функцию структурного элемента рибосом, а также принимают участие в связывании мРНК и образовании пептидных связей.
Механизм преобразования генетической информации основан на взаимодействии кодонов мРНК с транспортной РНК [тРНК (tRNA)], которая переносит на рибосому аминокислоты, связанные с 3′-концом тРНК, в соответствии с информацией, закодированной в мРНК. Примерно в середине цепи тРНК расположен триплет (например, GAA), называемый антикодоном и комплементарный соответствующему кодону в мРНК. Если транслируется кодон UUC, то с ним взаимодействует антикодон в составе Phe-TPHK (5), несущей на 3′-конце остаток фенилаланина. Таким образом, остаток аминокислоты занимает положение, в котором на него может быть перенесена растущая полипептидная цепь, связанная с соседней тРНК (6).
Активация аминокислот. Прежде чем связаться с рибосомой, транспортные РНК присоединяют соответствующую аминокислоту с помощью специфического «узнающего» фермента (7, схема Генетический код, активация аминокислот), обеспечивающего точный перенос (трансляцию) генетической информации с уровня нуклеиновых кислот на уровень белка.
Статьи раздела «Молекулярная генетика: общие сведения»:
- Молекулярная генетика: общие сведения
- А. Реализация и передача генетической информации
Структура:
Списки:
Сложность материала:
Величины и единицы:
Книги Список книг
Молекулярная биология процессов развития Книга представляет собой полную сводку современных знаний о молекулярных ...
Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ Настоящая книга рассказывает о новейших достижениях в использовании липидов и ...
Principles of Biomedical Informatics Biomedical informatics (BMI) is an extraordinarily broad discipline. In scale, it spans across genes, cells, tissues, organ systems, individual ...