Том 1 (1109823), страница 39
Текст из файла (страница 39)
В 19б2 г., через 9 лет после публикации своей оригинальной гипотезы, Уотсон, Крик и Уилкинс были удостоены Нобелевской премии, что свидетельствовало об огромной важности их исследовании. Впоследствии было показано, что из-за очень большой длины и сложности строения (двойная спираль) процесс репликации ДНК происходит в несколько этапов, катализируемых ферментами. Для расхождения и раскручивания цепей ДНК и правильного располохсения комплементарных оснований необходимы специфические ферменты. Механизм работы этих ферментов открывает путь к пониманию процесса репликации ДНК.
По мере того как химическая сторона этого процесса становилась более понятной, появились дополнительные «слохсности» вЂ” концы двух цепей двойной спирали различны. В каждой цепи фосфатная группа, которая соединяет две молекулы дезоксирибозы, связана с одним сахаром в 5'-положении (пятый углеродный атом кольца дезоксирибозы), а с соседним сахаром — в У-положении (третий углеродный атом кольца дезоксирибозы). Благодаря подобной структуре связи сахар-фосфат-сахар каждая цепь имеет 5'- и У-концы (см. рис.
8-5). Вторая буква с А ооо ) ПСА змз ие ПАС ЦАА' Яеа пмн зыв о с с о 'е с д А с Аси ) АСА ) «о » А ОС В« АСС Кроме этого, поскольку в одной цепи синтез ДНК направлен от 3'- к 5'-концу, то в другой цепи он имеет противоположное направление. Таким образом, две цепи ДНК антипараллельны (см. рис, 8-5). Синтез цепи в направлении от 3' к 5' непрерывен — последователыто добавляется по одному нуклеотиду, тогда как синтез другой цепи — прерывистый, она строится из ряда коротких фрагментов, которые затем соединяются, образуя непрерывную цепь; при этом каждый фрагмент синтезируетсв в обратном направлении.
В настоящее время у бактерии Езсйег(сй)а сой обнаружено более 14 различных ферментов, которые участвуют в тех или иных этапах процесса репликации ДНК, а у эукариот удвоение генетического материала происходит еще сложнее. КАК РАБОТАЮТ ГЕНЫ? Уотсон и Крик раскрыли химическую природу гена и предположили путь его редупликацнн. Однако один вопрос остался нерешенным: каким образом через образование специфических белков информация, содержащаяся в молекуле ДНК, влияет на структуру или функцию? Например, как ДНК «делает» внрулентиым безвредный пиевмококк, определяет форму листа или запах цветка или почему ваши глаза такого же цвета, что и глаза вашей матери? Молекулы наследственности Структура и функция клеток почти целиком зависят от состава клеточных белков, в частности ферментов.
Поэтому особый интерес представляют процессы образоиання специфических белков с использованием генетической информации ДНК, когда определенная линейная последовательность оснований «передастся» соответствующей линейной последовательности аминокислот (первичной структуре белка, которая существенна для детерминации его формы и функция). На определенных этапах синтеза белка участвуют сходные с ДНК молекулы — молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК). Их участие предполагалось давно, поскольку клетки, синтезирующие большие количества белка, содержат и много РНК. РНК несколько отличается от ДНК (см.
гл. 3): сахарный компонент в молекуле РНК вЂ” зто рибоза, а не дезокснрибоза, как в ДНК; кроме того, РНК содержит пиримидин урацил (С) вместо тимина ДНК. РНК редко имеет двухцепочечную структуру; таким образом, ее свойстиз и активность иные, чем у ДНК. Имеются три основных класса РНК: информационная, транспортная и рибосомальная.
Информационном (матричнан) РНК (мРНК) — большая молекула величиной от нескольких сотен до 10 000 нуклеотндов. Она образуется на одной цепи ДНК по тому же принципу комплементарности, который используется и при синтезе дочерней цепи ДНК. Присутствие аденнна в родительской цепи ДНК определяет присоединение урацнла к образующейся цепи мРНК. Кахсдая последовательность трех оснований в молекуле мРНК во время трансляции (т. е. иппеза белка на матрице РНК) соответствует одной аминокислоте; такую последовательность называют кодовом.
Тронспортнал РНК (тРНК). Ее иногда называют «словарем языка жизни». Существует несколько различных типов'тРНК, по-видимому, по одному специфическому типу для каждого кодона зенетическозо кода, т. е. кода, с помощью которого последовательность оснований в ДНК определяет последовательность аминокислот в образуемом 2) со о ССС ССА ссс с с А Рис. 8»7.
Генепшчеекий код, соетомщий из б4 кодоноа (триллеты оеноааний) и соопсаепизлаующиз им азшнокиелот (см. рис, 3-14). Нз 64 кодаков только 01 иелользуетел длл кодироеанил аминокислот. Остальные три кадина — зпю «етоп-сигналы дла окончании синтеза белка. Поскольку б1 пСриллол кодирует 20 амшюкислот, то, очеаидно, должны быть «синонимы, т. е. разные три»лет»А кодирующие одну и ту же аиинокисеоту. Лейцизь например, кодируетсл шеопью триплетами. Большинство сиионимов» отличается только по третьему нуклеотиду. Здесь показаны л»ролл«ты, кодируюшие 20 аминокислопа и три «ппол-си»нала» белке (рис.
8-?). Генетический код одинаков у всех организмов, эа исключением очень небольших деталей. Зто одно из наиболее замечательных открытий в молекулярной биологии. Гены бактерий могут прекрасно работать (при надлежащих условиях) в клетках млекопитающих. Гены растений могут быть введены в бактерию, где будут направлять синтез своих собственных продуктов. Зти данные не только подтверждают общность происхождения всех лсивых существ, но и лежат в основе разработки методов генной инженерии, столь многообещающих для прогресса человечества (см. гл. 30). Каждая молекула тРНК ссктоит примерно из 80 нуклеотидов, которые соединены в одну длинную цепь, образующую петли (рнс. 8-8).
Отчасти специфичность отдельной тРНК определяется структурой ее антикодона, или последовательностью трех оснований, благодаря которой она узнает определенный триплетный кодон на мРНК. Установлены последовательности оснований многих типов тРНК. Зги последовательности различны, но все тРНК имеют сходное число оснований и одинаковую форму. Специфичнскть тРНК определяется и ее способностью связываться с определенной аминокислотой — той, что соответствует антикодону. Зта способность зависит от предотврюцают образование некото- Рых водородных сегией и спошбспхвуют устаноаэенню других, определял тем самым харак пюрную складчатую струк- туру молекулы. Камдьш" участок молекулы тРНК„«ю- видимому, имеет свою непоюпоримую функцию. К акцепторнаму концу при- еоединлепюя аминокислота.
Левая пип- лл, извеоинал как пепггл Т'РС, имеет аирюение, одинаковое длл всех молекул гпРНК„она, вероятно, «управллет связью тРНКс рибоеомами. Правая петля, петля ОНЦ вЂ” напротив, неоди- Аитинолои А Аитммолои Б менты, называемые РНК-полимеразами, для транскрипции тРНК, рРНК и мРНК. Молекулы предшественника мРНК, синтезированные на матрице ДНК в ядрах эукариот, в 10 — 20 раз крупнее, чем мРНК бактерий.
Если РНК эукариот пометить с тем расчетом, чтобы радиоактивный урацил включался в образующуюся молекулу непродолжительное время„ то длинные молекулы предшественника РНК в ядре обнаруживают радиоактивность. Однако только около 10%. этой радиоактивности оказывается вне ядра, подтверждая, что ббльшая часть предшественника, синтезированного в ядре эукариот, не играет роли в образовании белков.
С некодирующих областей генов зукариот — интронов — транскрибируются участки РНК, которые никогда не покидают ядра. Последовательности генов зукариот, кодирующие аминокислотную последовательность белка, называют зкзонмми. Длинные молекулы предшественников мРНК зукариот после синтеза в ядре подвергаются «процессингу». Крупные фрагменты предшественника мРНК, транскрибированные с патронов, вырезаются из середины молекулы специальными ферментами. Остающиеся фрагменты, транскрибированные с экзонов, сшиваются вместе (сплайсинг) и образуют зрелую форму мРНК эукариот, которая выходит из ядра в цнтоплазму. Зрелая мРНК зукариот имеет практически такую же величину, что и мРНК бактерий.
По-видимому, не только мРНК, ио и рРНК, и тРНК первоначально транскрибируются с хромосом эукариот в виде работы активируюгцих ферментов, которые узнают определенные аминокислоты и тРНК. Активнрующие ферменты являются ключевыми элементами трансляции генетической информации; они связывают аминокислоту с соответствующей ей тРНК. Рибосомальная РНК (рРНК) обнаружена в рибосомах вместе со специфическими белками. Рибосома состоит из двух субъедиииц, каждая из которых построена из определенных РНК и белков. Например, у Еэсйепс/йа сой малая субъединица рибосомы содержит один тип рРНК, а боль.
шая — два типа. мРНК и тРНК вместе подходят к рибосоме. Возможно, рибосомы определяют расположение мРНК, тРНК, аминокислот и строящихся белков относительно друг друга в процессе белкового синтеза. Белки рибосом тоже активны; один из них, например, относится к ферментам, образующим пептидные связи. В клетках эукариот рРНК образуется на ДНК царышка. Хотя рибосомы этих клеток несколько крупнее, чем у Е. со)г, они ямеют сходное строение и выполняют те же функции, что и у бактерий.
РНК транскрибируется, илн копируется, с ДНК по принципу комплементарности, т. е. аналогично процессу репликации ДНК 1рис. 8-9 и 8-10). В клетках эукарнот обнаружены фер- Рне. 8-8. А. Лвухмерншг структура молекулы тРНК, которая соепюит примерно из 80 нуклеогпидов, связанных в единую цепь. Непь всегда эаканчид ССА. Аминокислота приеоединлетеп к специфической тРНК именно е этом места Некопюрые нуклеотиды обнаружены у всех гпРНК ~выделены еерьог цеепюм). Лругие варьируют от молекулы к мале- куле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
