Репликация, транскрипция, трансляция

Репликация (удвоение) молекул ДНК лежит в основе передачи генетического материала потомству или дочерним клеткам при росте и развитии организма. Репликация происходит в синтетическом S-периоде при подготовке клеток к делению (мейозу или митозу).

При изучении процесса репликации ДНК необходимо усвоить, что он происходит в ядре и осуществляется по полуконсервативному типу. Это означает, что в дочерних молекулах ДНК одна из цепей старая, а вторая синтезируется заново. Перед репликацией цепи раскручиваются, синтез дочерних цепей осуществляется по матричному принципу, т.е. на матрице каждой цепи происходит синтез новой цепи. Синтез осуществляется комплексом ферментов - ДНК-полимераз, которые наращивают новые цепи, присоединяя новые нуклеотиды в направлении 5’-3’. В дочерних цепях нуклеотиды присоединяются по комплементарному принципу по отношению к нуклеотидам материнской цепи.

Обратите внимание на то, что на цепи 3’-5’ синтез новой цепи происходит непрерывно, эта цепь называется ведущей (лидирующей, смысловой), потому что в дальнейшем с нее будет считываться информация для синтеза белка. На второй цепи синтез проходит кусочками (фрагменты Оказаки), затем фрагменты сшиваются ферментами лигазами. Эта цепь называется запаздывающей (отстающей).

Места хранения и реализации генетической информации в клетке разделены. Информация сохраняется в ядре, она записана в последовательности нуклеотидов ДНК, а реализация информации происходит в цитоплазме в форме синтеза белков на рибосомах. Переносчиком информации между ядерными генами и цитоплазмой является информационная (матричная) и-РНК.

Синтез и-РНК происходит в ядре по матричному принципу. При этом специальный фермент РНК- полимераза (транскриптаза) использует смысловую цепь в качестве матрицы для синтеза цепи и-РНК. Присоединение нуклеотидов происходит по комплементарному принципу по отношению к нуклеотидам ДНК, однако вместо тимина в цепь и-РНК включается урацил (У). Синтез цепи и-РНК происходит в направлении 5’-3’.

В дальнейшем и-РНК переходит из ядра в цитоплазму. К цепи и-РНК присоединяется комплекс рибосом, и начинается синтез белка.

Синтез белка называется трансляцией. Этот термин подчеркивает, что происходит перевод (трансляция) информации с последовательности нуклеотидов в ДНК в порядок аминокислот в белке.

Важно понять, что перевод информации происходит при помощи универсального для всех организмов генетического кода. Код определяет, какому кодону (триплету) нуклеотидов соответствует определенная аминокислота. Генетический код приведен в таблице 2.

Внимательно изучите свойства генетического кода (универсальность, триплетность, вырожденность, отсутствие разделительных зна­ков). Обратите внимание на то, что код непрерывен, поэтому для точного синтеза существуют специальные кодоны, указывающие начало и конец синтеза белковой цепи. При выпадении или вставке отдельных нуклеотидов в результате мутаций структура белка меняется, что может приводить к изменению признака.

В синтезе белка активное участие принимают транспортные т-РНК. Обратите внимание, что в клетке имеется набор т-РНК, соответствующий набору аминокислот. Важными элементами разных т-РНК являются триплеты нуклеотидов (антикодоны), которые комплементарны кодонам цепи и-РНК Специальный фермент определяет соответствие антикодонов т-РНК и аминокислот, а затем прикрепляет молекулу аминокислоты к т-РНК. т-РНК с аминокислотой становится в рибосому, затем происходит соединение аминокислот в белковую цепочку. Рибосома скользит по цепи и-РНК, присоединяя аминокислоты в соответствии с записанной генетической информацией (рис.7).

Гипотезу об односторонней передаче информации в направлении «ДНК → и-РНК → структура белка» сформулировал Ф. Крик (1958). Эта гипотеза была названа центральной догмой биологии.

Литература: [1 – с.119-122]; [3 – 91-99].

Таблица 2 -Генетический код **

1-е основание	2-е основание	3-е основание
У	У	Ц	А	Г	У Ц А Г
УУУ УУЦ УУА УУГ	Фен Лей	УЦУ УЦЦ УЦА УЦГ	Сер	УАУ УАЦ УАА УАГ	Тир Стоп* Стоп*	УГУ УГЦ УГА УГГ	Цис Стоп* Трп
Ц	ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ	Лей	ЦЦУ ЦЦЦ ЦЦА ЦЦГ	Про	ЦАУ ЦАЦ ЦАА ЦАГ	Гис Глн	ЦГУ ЦГЦ ЦГА ЦГГ	Арг	У Ц А Г
А	АУУ АУЦ АУА АУГ	Иле Мет	АЦУ АЦЦ АЦА АЦГ	Тре	ААУ ААЦ ААА ААГ	Асн Лиз	АГУ АГЦ АГА АГГ	Сер Арг	У Ц А Г
Г	ГУУ ГУЦ ГУА ГУГ	Вал	ГЦУ ГЦЦ ГЦА ГЦГ	Ала	ГАУ ГАЦ ГАА ГАГ	Асп Глу	ГГУ ГГЦ ГГА ГГГ	Гли	У Ц А Г

* Кодон, означающий конец синтеза полипептидной цепи.

** Названия аминокислот:

Рис.7. Схема синтеза белка в клетке. АК – аминокислота.