Збереження та реалізація спадкової інформації

ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇІНФОРМАЦІЇ

ПЛАН : Гени та геноми. Транскрипція. Основні типи РНКГенетичний код. Біосинтез білка. Подвоєння ДНК

Гени та геноми. Сукупність молекул ДНК, що містяться в одній клітині, називається геномом. Ген – це ділянка молекули ДНК, у структурі якої закодована інформація про певну ознаку організму. Сукупність генів певного організму називається генотипом.

Кожен ген має певну будову. Основна частина, яка називається кодувальною, містить інформацію про структуру білка (або РНК). На початку гена розташована послідовність нуклеотидів, що називається промотором. Саме з нею зв’язуються білки, які зчитують інформацію. За кодувальною частиною розташована завершальна ділянка гена, яка називається термінатором (іл. 73)

Транскрипція. Основні типи РНКРеалізація спадкової інформації складається з низки послідовних процесів (іл. 76). Як бачимо, вона починається з процесу, який називається транскрипцією. Транскрипція – синтез молекули РНК з використанням молекули ДНК як матриці. В еукаріотичних клітинах транскрипція відбувається в ядрі, де зберігається ДНК, і забезпечується ферментами. Основним ферментом транскрипції є РНК-полімераза, яка «працює» на всіх її етапах.

Етапи транскрипції. Зв’язування із промотором гена є першим етапом (іл. 77). Для цього РНК-полімераза має бути зв’язаною з одним або кількома іншими важливими білками – транскрипційними факторами. Вони визначають, з яким саме геном зв’язуватиметься зазначений фермент, а отже, впливають на активність генів, що має важливе значення для регуляції росту та розвитку організму. Транскрипційні фактори кодуються регуляторними генами. Синтез молекули РНК є наступним етапом (див. іл. 77). 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. Слід пам’ятати, що замість тимідилового (Т) нуклеотиду молекул ДНК до молекули РНК входить урациловий (У) (іл. 78). Цей процес триває, доки РНК-полімераза не досягне термінатора гена. Тоді синтез завершується: РНК-полімераза вивільняє синтезовану молекулу РНК та від’єднується від ДНК.

Типи РНКЗа функціями виокремлюють кілька типів молекул РНК. Рибосомні РНК (р. РНК) входять до складу рибосом та забезпечують їхнє функціонування. Транспортні РНК (т. РНК) приєднують амінокислоти й транспортують їх до місця синтезу білка. Матричні, або інформаційні, РНК (м. РНК, іРНК) містять інформацію про амінокислотну структуру білків. Вони слугують матрицею для біосинтезу білка. Усі РНК беруть участь у біосинтезі білка або його регуляції. Переважна більшість генів кодує послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі («білкові гени»), решта генів кодує РНК інших типів.

Дозрівання РНК. Утворені в процесі транскрипції молекули РНК ще не можуть виконувати свої функції. В еукаріотів вони зазнають певних змін, однією з яких є сплайсинг. Більшість генів еукаріотів містить некодувальні ділянки, що «вирізаються» під час зазначеного процесу. Такі ділянки називаються інтронами, а ті, що залишаються в молекулі РНК, – екзонами. Отже, сплайсинг (від англ. splice – зрощувати, склеювати кінці чогось) – це процес «вирізання» інтронів та «зшивання» екзонів. Зрозуміло, що інформацію про структуру білків містять лише екзони. На інтрони припадає від 0 до 99 % довжини гена. У багатьох генів екзони, що залишаються, можуть зшиватися в різний спосіб. Як наслідок з одного гена можуть утворюватися різні м. РНК, за якими будуть синтезовані різні білки (іл. 79). Уважається, що саме це є причиною описаної мозаїчної (екзонно-інтронної) структури генів. Зрілі молекули РНК експортуються з ядра в цитоплазму, де починають виконувати свої функції.

Генетичний код. Генетичний код – система запису послідовності амінокислотних залишків білкових молекул за допомогою послідовності нуклеотидів молекул РНК.

Біосинтез білка. Трансляція – синтез поліпептидного ланцюга за участю рибосом на матриці м. РНК. Умови процесу трансляції. Рибосоми – це органели, необхідні для синтезу білка. Крім рибосом та м. РНК для трансляції потрібна енергія (АТФ) та амінокислоти, зв’язані з т. РНК. Молекула т. РНК має специфічну будову (іл. 82). До одного її кінця приєднується залишок амінокислоти. т. РНК також містить три особливі нуклеотиди, комплементарні до триплету, який кодує транспортовану амінокислоту. Ця послідовність називається антикодоном. Молекули т. РНК, що мають певний антикодон, зв’язують лише ту амінокислоту, яка кодується відповідним кодоном. Молекула т. РНК, сполучена із залишком амінокислоти, називається активованою. У біосинтезі білка виокремлюють кілька етапів.

Початок синтезу. Рибосома зв’язує м. РНК й поступово просуває її крізь себе, ніби скануючи (іл. 83). Таке «сканування» триває, доки не знайдеться кодон АУГ. Він називається стартовим кодоном, з нього розпочинається синтез будь-якого білка. Як тільки рибосома знайшла найближчий кодон АУГ, вона зв’язує т. РНК з метіоніном (та антикодоном УАЦ). Рибосоми мають три ділянки для молекул т. РНК. Перша зв’язує активовану т. РНК, її позначають літерою А. Друга (її позначають латинською літерою P) зв’язує т. РНК із приєднаним поліпептидним ланцюгом. Остання зв’язує «порожню» т. РНК, яка прямує на вихід (E – Exit). На момент початку синтезу ділянки Р і Е ще вільні, А-ділянка зв’язана із т. РНК. Далі матрична іРНК зсувається на один триплет. т. РНК з А-ділянки пересувається в Р-ділянку. «Порожню» А-ділянку займає нова активована т. РНК. Між амінокислотами, приєднаними до т. РНК А- і Р-ділянок, утворюється короткий пептид із двох залишків амінокислот.

Подвоєння ДНКРеплікація – процес подвоєння ДНК, під час якого на основі однієї молекули утворюються дві її копії. Реплікація відбувається перед початком поділу клітини, тому що кожна дочірня клітина має отримати копію наборів молекул ДНК. У цьому процесі задіяно багато ферментів, основним з яких є ДНК-полімераза.

Механізм реплікації. Реплікація починається зі зв’язування спеціалізованого ферменту з молекулою ДНК. Він роз’єднує дві нитки ДНК, руйнуючи водневі зв’язки між нітрогеновмісними основами нуклеотидів. Інші білки зв’язуються з утвореними поодинокими нитками ДНК, щоб унеможливити їхнє злипання. Далі з кожною ниткою ДНК зв’язується ДНК-полімераза: приєднує комплементарні нуклеотиди, утворюючи між ними ковалентні зв’язки (іл. 84). Основу нитки ДНК формує чергування залишків дезоксирибози та ортофосфатної кислоти. При цьому навпроти «ортофосфатного» кінця одного ланцюга розміщується «вуглеводний» кінець іншого, тобто дві нитки ДНК розташовані на протилежних полюсах.

Репарація пошкоджень ДНК. Під дією різноманітних чинників молекули ДНК можуть пошкоджуватися. Оскільки це небезпечно, у клітинах існує механізм захисту. Процес відновлення цілісності структури молекули ДНК після ушкоджень називається репарацією. Репарація здійснюється за участю спеціалізованих ферментів. Якщо пошкоджено один ланцюг, то відновлення його структури відбувається за матрицею іншого, цілого. Небезпечнішими є дволанцюгові розриви, а механізми їхньої корекції – складнішими. Отже, властивостями молекули ДНК є здатність до реплікації і репарації.

НМТ 2025 АУЦ – ГАГ – УАГіРНК: ТАГ – ЦТЦ – АТЦДНК: АТЦ – ГАГ - ТАГ

НМТ 2025 Вал-гіс-лей-тре-про-глу-глу-ліз. Вал-гіс-лей-тре-про-вал-глу-ліз. Вал: ГУУ – ГУЦ – ГУА – ГУГ ЦАА – ЦАГ – ЦАТ - ЦАЦ

НМТ 2025 На рисунку зображено схему реплікації, яка забезпечує подвоєння молекули ДНК. Процес відбувається, зокрема, під час інтерфази клітинного циклу. Нітрогеновмісні основи, які є складниками нуклеотидів молекули ДНК, – це аденін, тимін, цитозин і гуанін. Скорочено їх позначають першими буквами назв речовин: А, Т, Ц, Г. Нуклеотиди обох ланцюгів розташовані так, що нітрогеновмісні основи одного ланцюга містяться напроти нітрогеновмісних основ іншого, утворюючи пари. Нітрогеновмісні основи взаємодіють між собою так, що напроти А першого ланцюга завжди розташовується Т другого, а напроти Г – завжди Ц. Таку відповідність у розташуванні нуклеотидів називають комплементарністю. Тому, відповідно до принципу комплементарності, цифрами 1–3 позначено пропущені нуклеотиди АГТ ланцюга молекули ДНК, що синтезується. Правильна відповідь – 2; 1; 3.

НМТ 2025

НМТ 2025

Дякую за увагу !!!