Модель вторичной структуры ДНК Уотсона – Крика

ДНК является хранителем генетической информации во всех клетках про- и эукариот. У вирусов эту функцию может выполнять и РНК.

РНК, как и ДНК, представляет полимер, построенный из мономеров – нуклеотидов. Структура нуклеотидов РНК сходна со структурой нуклеотидов ДНК, но имеются следующие отличия:

1. вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов РНК входит пятиуглеродный сахар – рибоза;

2. вместо азотистого основания тимина – урацил. Остальные три азотистые основания те же: аденин, гуанин и цитозин. Посравнению с ДНК в состав РНК входит меньше нуклеотидов и, следовательно, ее молекулярная масса меньше.

3. известны двух- и одноцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК содержатся у некоторых вирусов, выполняя (как и ДНК) роль хранителя и передатчика наследственной информации. В клетках других организмов встречаются одноцепочечные РНК, которые представляют собой копии соответствующих участков ДНК.

В клетках существует три типа РНК: информационная, транспортная и рибосомальная.

  Информационная РНК (и-РНК) состоит из 300 – 30000 нуклеотидов и составляет примерно 5% всей РНК, содержащейся в клетке. Она представляет собой копию определенного участка ДНК (гена). Молекулы и-РНК выполняют роль переносчиков генетической информации от ДНК к месту синтеза белка (в рибосомах) и непосредственно участвуют в сборке его молекул.

Транспортная РНК (т-РНК) составляет до 10% всей РНК клетки и состоит из 75 – 85 нуклеотидов. Молекулы т-РНК непосредственно участвуют в биосинтезе белков – транспортируют аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы.

Основную часть РНК цитоплазмы (около 85%) составляет рибосомальная РНК (р-РНК). Она входит в состав рибосом. Молекулы р-РНК состоят из 3 – 5 тыс. нуклеотидов. Считают, что р-РНК обеспечивает определенное пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК.

Репликация молекулы ДНК.

Репликация молекул ДНК происходит в синтетический период интерфазы. Каждая из двух цепей «материнской» молекулы служит матрицей для «дочерней». После репликации вновь синтезированная молекула ДНК содержит одну «материнскую» цепочку, а вторую – «дочернюю», вновь синтезированную (полуконсервативный способ). Для матричного синтеза новой молекулы ДНК необходимо, чтобы старая молекула была деспирализована и вытянута. Репликация начинается в нескольких местах молекулы ДНК. Участок молекулы ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой называется репликоном. «Бактериальная хромосома» содержит один репликон, а эукариотическая – содержит много репликонов.

Начало репликации активируется праймерами (затравками), состоящими из 100 – 200 пар нуклеотидов. Фермент ДНК-хеликаза раскручивает и разделяет материнскую спираль ДНК на 2 нити, на которых по принципу комплементарности при участии ДНК-полимеразы собираются «дочерние» цепи ДНК. Фермент ДНК-топоизомераза скручивает «дочерние» молекулы ДНК. В каждом репликоне ДНК-полимераза может двигаться вдоль «материнской» нити только в одном направлении (5´ => 3´). На лидирующей нити по мере раскручивания репликона постепенно и непрерывно наращивается «дочерняя» цепь. На отстающей нити дочерняя цепь синтезируется также в направлении (5´ => 3´), но отдельными фрагментами (Оказаки) по мере раскручивания репликона. Таким образом, присоединение комплементарных нуклеотидов «дочерних» нитей идет в противоположных направлениях (антипараллельно). Репликация во всех репликонах идет одновременно. Фрагменты Оказаки и части «дочерних» нитей, синтезированные в разных репликонах, сшиваются в единую нить ферментом лигазой. Репликация характеризуется полуконсервативностью, антипараллельностью и прерывистостью (фрагменты Оказаки). Весь геном клетки реплицируется один раз за период времени, соответствующий одному митотическому циклу.

Биосинтез белков.

Информация о первичной структуре белковой молекулы закодирована последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК – гене. Посредник, копирующий и передающий эту информацию, - информационная РНК (и-РНК). Специальный фермент (РНК-полимераза) расщепляет двойную цепочку ДНК, и на одной из ее цепей (кодирующей) по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды РНК. Таким образом, синтезированная молекула и-РНК является комплементарной копией одной из цепочек ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. Молекула и-РНК выходит в цитоплазму через ядерные поры и располагается в малой субъединице рибосомы.

Система записи генетической информации в ДНК (и-РНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом.

Свойства генетического кода:

1. Триплетность – одной аминокислоте в полипептидной цепочке соответствуют три расположенных рядом нуклеотида молекулы ДНК (и-РНК); минимальная единица функции – триплет (кодон).

2. Вырожденность (избыточность) – количество возможных триплетов 64, а аминокислот – 20, поэтому одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов.

3. Неперекрываемость – один нуклеотид входит в состав только одного триплета.

4. Универсальность – у всех живых организмов одинаковые триплеты кодируют одинаковые аминокислоты.

5. Однонаправленность считывания (5´ => 3´)