Передача генетической информации в клетках

Ф. Крик сформулировал центральную догму, или основной постулат молекулярной биологии, по которому выделяют три типа процессов переноса генетической информации:

• 1) общий перенос — происходит в любых клетках;
• 2) специализированный перенос — происходит лишь при особых условиях;
• 3) запрещенный перенос — никогда не был зарегистрирован и считается невозможным:

Рис. 31. Направления переноса генетической информации между биологическими макромолекулами (по Ф. Айала, Дж. Кайгеру, 1988)

Общий перенос генетической информации осуществляется:

• — при редупликации ДНК в ходе размножения клеток эукариот;
• — в ходе размножения прокариот;
• — в ДНК-содержащих и РНК-содержащихся вирусах;
• — в процессе биосинтеза белков у всех живых организмов.

Все эти процессы матричные.

Биосинтез белка

Процессы жизнедеятельности организмов связаны с белками. Их синтез постоянно идет в клетках. У эукариот основная генетическая информация о структуре белков находится в ДНК ядра клетки, а синтез белков (трансляция) осуществляется в цитоплазме клеток на рибосомах, поэтому трансляции предшествует перенос генетической информации из ядра на рибосомы. Это происходит посредством процесса транскрипции. Транскрипция — процесс считывания, переписывания состоит в том, что на одной из нитей ДНК гена по принципу комплементарное™ синтезируется информационная РНК.

Транскрипция

Молекулы иРНК «считываются» с определенных участков хромосомной ДНК, называемых транскрипционными единицами (генами). В некоторых транскрипционных единицах ДНК-матрицей служит одна из двух цепей, а в других — комплементарная ей вторая цепь ДНК, причем рядом стоящие гены могут считываться с разных цепей ДНК. В качестве субстратов при биосинтезе иРНК используются рибонуклеозид-трифосфаты, находящиеся в клетке прокариот, а у эукариот — в ядре клетки. Процесс осуществляется в направлении от 5' к 3' концу с помощью ферментов, называемых РНК-полимеразами (РНКтранскриптазами). Матрицей служит цепочка ДНК 3'—5'.

Полимеразы локализованы в нуклеоплазме. Транскрипция идет в три этапа: 1) инициация (начало синтеза); 2) элонгация (рост цепочки РНК); 3) терминация (окончание синтеза).

Инициация транскрипции зависит от узнавания РНК-полимеразой нуклеотидных последовательностей промотора. На рис. 33 показаны структурные последовательности ДНК, общие для большинства промоторов Е. coli; у эукариот промотор устроен сложнее, однако как у прокариот, так и у эукариот для правильного выбора цепи ДНК и точки инициации транскрипции необходима ТАТА последовательность на 5' конце в некодирующей цепи ДНК, т. е. в той, которая комплементарна цепи, служащей матрицей для синтеза РНК.

В ходе элонгации РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК, действуя подобно застежке-молнии, раскрывая двойную спираль, которая «расплетается» примерно на два витка (16—18 пар оснований) и замыкается позади фермента по мере того, как растет цепочка РНК. Промотор и терминатор не «считываются». Терминация определяется кодоном терминации.

У эукариот есть особенности транскрипции, которые связаны прежде всего с экзон-интронной структурой их генов.