Реалізація спадкової інформації: транскрипція та процесинг РНК.

Лекція № 9.

Розділ: Спадковість і мінливість.

Тема: Реалізація спадкової інформації: транскрипція та процесинг РНК. Реалізація спадкової інформації: синтез білків і формування ознак.

Мета вивчення:

• сформувати знання про спадкову інформацію: транскрипція та процесинг РНК;
• вивчити синтез білків і формування ознак.

Література:

1. Біологія і екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту/О. А. Андерсон, М. А. Вихренко, А. О. Чернінський. – К.: Школяр, 2018. – 216 с.: іл.

2. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.: іл.

3. Задорожний К.М. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К.М. Задорожний. — Харків: Вид-во «Ранок», 2018. — 208 с.: іл.

План

1. Етапи транскрипції. Типи РНК.

2. Дозрівання РНК.

3. Особливості генетичного коду.

4. Гени та ознаки.

5. Гени та алелі.

Основний зміст

Утворення на основі генетичної інформації функціональних продуктів (білків або РНК) називають експресією гена. Цей процес складається з низки послідовних етапів (рис. 1), першим з яких є зчитування інформації з ДНК або транскрипція.

Рисунок 1. Процеси реалізації генетичної інформації.

 (1 – транскрипція, 2 – трансляція, 3 – функціонування білків).

Транскрипція – синтез молекули РНК з використанням молекули ДНК як матриці.

Етапи транскрипції.

Транскрипція відбувається в ядрі, де зберігається ДНК.

Основним ферментом транскрипції є РНК-полімераза, (рис. 2), першим з яких є зв’язування з промотором гена. РНК-полімераза з’єднується з одним або кількома білками – транскрипційними факторами. Вони визначають, з яким геном зв’язуватиметься фермент, та впливають на активність генів, ріст, розвитку організму. Гени, які кодують транскрипційні фактори, є регуляторними.

Рисунок 2. Механізм транскрипції.

Наступним етапом є синтез молекули РНК (рис. 2). РНК-полімераза роз’єднує дві нитки ДНК і рухається вздовж лише однієї з них. Вона розпізнає нуклеотиди ДНК і включає в молекулу РНК комплементарні до них РНК-нуклеотиди (рис. 3). Цей процес триває, доки РНК-полімераза не досягне термінатора гена. Тоді синтез завершується: РНК-полімераза вивільняє синтезовану молекулу РНК та від’єднується від ДНК.

Рисунок 3. Принцип компліментарності під час транскрипції.

Типи РНК.

1. Рибосомні РНК (рРНК) входять до складу рибосом і забезпечують їхнє функціонування.

2. Транспортні РНК (тРНК) приєднують амінокислоти й транспортують їх до місця синтезу білка.

3. Матричні, або інформаційні, РНК (мРНК, іРНК) містять інформацію про амінокислотну структуру білків. Вони слугують матрицею для біосинтезу білка.

Дозрівання РНК.

В еукаріотів молекули РНК, після транскрипції зазнають змін, які називаються процесингом (рис. 4).

Етап процесингу наз. сплайсинг (з’єднувати). Гени еукаріотів містять некодувальні ділянки, що «вирізаються» під час цього процесу.

Такі ділянки називають інтронами, а ті, що залишаються в молекулі РНК, – екзонами.

Сплайсинг – це процес «вирізання» інтронів і «зшивання» екзонів.

Рисунок 4. Дозрівання молекули РНК. Сплайсинг.

Молекули РНК можуть бути переносниками інформації про структуру білків (мРНК). Мономерами нуклеїнових кислот є нуклеотиди, а білки складаються з амінокислот.

Інформація про амінокислотну послідовність білків закодована в послідовності нуклеотидів молекул мРНК. Синтез білкової молекули  відбувається шляхом перетворення «нуклеотидної» інформації на «амінокислотну». Це перетворення наз. - генетичний код – система запису послідовності амінокислотних залишків білкових молекул за допомогою послідовності нуклеотидів молекул РНК.

Властивості генетичного коду (рис. 5):

1. Інформація з РНК зчитується порціями з трьох нуклеотидів.

Послідовність із 3 нуклеотидів наз. - триплетом або кодоном (АГЦ).

2. Інформація зчитується безперервно. Кожен наступний триплет починається відразу за попереднім. Жоден нуклеотид не може водночас бути складовою двох триплетів.

Рисунок 5. Таблиця генетичного коду.

3. Генетичний код є однозначним. Кожен триплет відповідає лише одній

амінокислоті (або є стоп-кодоном).

4. Генетичний код є надлишковим. Існують 4 типи РНК-нуклеотидів (А, У, Г, Ц), а триплет є комбінацією з 3 нуклеотидів. Може бути всього 4 х 4 х 4 = 64 різних послідовностей із трьох зазначених літер. У такий спосіб можна закодувати не більше ніж 64 одиниці інформації.

5. Генетичний код є універсальним.

Послідовність триплетів та амінокислот є однаковою в усіх клітинах усіх організмів. Генетичний код є універсальним правилом кодування структури білків більшістю генів.

Утворення білків на основі інформації, що зберігається в молекулах нуклеїнових кислот, є одним із ключових процесів, властивих живим системам (рис. 6).

1 – транскрипція, 2 – трансляція.

Рисунок 6. Принцип функціонування генетичного коду.

Синтез поліпептидного ланцюга за участі рибосом на матриці мРНК наз. - трансляцією. Вона здійснюється за участю рибосом, енергії (АТФ), амінокислот, зв’язані з тРНК.

 Етапи синтезу білка:

- рибосома зв’язує мРНК, скануючи до кодону АУГ.

- рибосома зв’язує тРНК з метіоніном (та антикодоном УАЦ).

- рибосома просуває нитку мРНК крізь себе, де розпізнає кодони, зв’язує  тРНК із антикодонами та формує пептидні зв’язки між амінокислотами.

- синтез завершується, коли рибосома доходить до одного зі стоп-кодонів.

Гени та ознаки.

Сукупність генів певного організму називають генотипом, а сукупність ознак організму – фенотипом.

 Структурні гени визначають певні одиничні ознаки (колір квіток, довжину крил комах, групу крові людини). Один ген визначає одну ознаку.

Регуляторні гени впливають на активність інших регуляторних або структурних генів.

Ознаки бувають:

- Якісні - ознаки мають варіанти, які чітко відрізняються один від одного: (руде або не руде волосся, чоловіча/жіноча статі).

- Кількісні - ознаки виявляються в широкому діапазоні без чітких меж між різними варіантами (зріст, вага, колір шкіри).

Гени та алелі.

Місце розташування гена в хромосомі називають локусом. У диплоїдних організмів парні, гомологічні хромосоми містять однаковий набір генів.

Нуклеотидні послідовності копій генів, розташованих в однаковому локусі гомологічних хромосом, можуть дещо різнитися. Такі варіанти генів називають алелями. Різні алелі зумовлюють розвиток різних ознаки – наприклад синій чи білий колір пелюсток квітки.

Яким же буде фенотип організму, що має два різні алелі? У більшості випадків виявлятиметься лише один з двох можливих варіантів ознаки. Такий варіант називають домінантним, а інший, пригнічений – рецесивним.

Питання для самостійної роботи:

1. Дайте означення понять транскрипція, транскрипційні фактори, процесинг,

сплайсинг.

2. Схарактеризуйте типи РНК.

3. Опишіть будову гена еукаріотичної клітини.

4. Поясніть механізм транскрипції.

5. Дайте означення понять трансляція, генотип, фенотип, алелі.

6. Що таке генетичний код? Поясніть властивості генетичного коду.

7. Поясніть механізм трансляції.