Механизмы реализации генетической информации в процессе биосинтеза белка.

ДНК является только материальным носителем генетической информации, но непосредственного участия в биосинтезе белков клеток она не принимает. Роль посредника играют РНК. Они состоят из одной полинуклеотидной цепи, в которой вместо тимина содержат урацил, вместо дезоксирибозы - рибозу. В биосинтезе белка участвуют следующие виды: матричная или информационная (м-РНК или и-РНК), рибосомная (р-РНК) и транспортная (т-РНК).

Реализация генетической информации в живых системах происходит по схеме:

/. Этап: Транскрипция.

Это процесс считывания информации с ДНК на и-РНК на участке одной из цепей ДНК (кодогенной), называемого структурный геном. По сути своей это синтез и-РНК на ДНК с помощью фермента РНК-полимеразы. Транскрипция (считывание) начинается с взаимодействия фермента с особым участком ДНК, который называется промотор или место начала считывания. РНК-полимераза, продвигаясь по цепи ДНК переписывает нуклеотидную последовательность по принципу комплементарное™ до тех пор пока не встретиться с кодоном - терминатором. Транскрипция прекращается. Участок ДНК, включающий промотор, транскрибируемую последовательность и терминатор, называется единицей транскрипции - транскриптон.

2. Этап: Трансляция.

Трансляция — это перевод информации си- РНК в полипептидную цепь аминокислот в рибосоме. Малая субъединица служит для прохождения и-РНК, большая для синтеза полипептида из аминокислот, доставляемых т-РНК.

т-РНК несут антикодоны для узнавания комплементарных кодонов и-РНК. Наращивание нолипептидной цепи происходит путем синтеза пептидной связи в рибосоме.

Рибосомный цикл синтеза полипептида включает фазы инициации, элонгации, и т ерминации.

Фаза инициации состоит в образовании белоксинтезируюшей структуры, включающей начальный кодон и-РНК, малую субъединицу рибосомы и первую аминоацил - т-РНК.

Фаза э лонгации это удлинение полипептидной цепи путем присоединения аминокислот в рибосоме в соответствии с кодонами и-РНК.

Фаза терминации связана с завершением синтеза полипептида. В процессе узнавания рибосомой одного из терминальных кодонов УАА, УАТ или УГА.

На рис. № 2 представлена упрощенная схема синтеза белка.

Рис. № 2 Схема реализации генетической информации в процессе биосинтеза белка.

У прокариот и-РНК непосредственно может служить матрицей для трансляции. У эукариот в процессе транскрипции в начале синтезируется предшественник и-РНК который содержит копии информативных участков экзонов и неинформативных участков интронов. Посттранскрипционное преобразование в зрелую и-РНК включает вырезание неинформативных участков - процессинг и последующее сшивание информативных участков - сплайсинг.

Биологическая информация, записанная в генах должна точно копироваться и передаваться клетками потомкам. Несмотря на химическую стабильность и высокую точность репликации молекулы ДНК, в ней могут происходить «генетические ошибки», которые являются следствием выпадений, вставок или замены отдельных нуклеотидов. Такие изменения в структуре ДНК называются генными мутациями.

Большая часть их приводит к сдвигу рамки считывания в генетическом коде. На рисунке 3 представлена схема проявления такой мутации в кодогенной цепи ДНК, приведшей к изменению аминокислотного состава полипептидной цепи.

Рис. № 3. Сдвиг рамки считывания в результате вставки нуклеотида в ДНК приводит к изменению состава аминокислот зашифрованной пептидной цепи.

Таким образом, зная строение участка ДНК, кодирующего белок или изменения в нём, можно расшифровать молекулу кодируемого им белка или изменения в нём, и наоборот, зная первичную структуру белка, можно расшифровать строение ДНК, кодирующего этот белок.

Предлагаемые к данной теме ситуационные задачи рассчитаны на расшифровку структуры ДНК по известным данным о структуре белка и обратный анализ с помощью таблицы генетического кода и-РНК и аминокислот (табл. 1)

Таблица 1. Генетический код и-РНК

Примеры решения задач на генетическое кодирование и синтез белка.