obshaya_tsitologia (1120994), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Дело в том, чтоДНК сама по себе вовсе не является самовоспроизводящей молекулой. Дляосуществления процесса синтеза – воспроизведения ДНК по описанной вышесхеме необходима деятельность специального ферментативного комплекса,носящего название ДНК-полимеразы. По-видимому, именно этот ферментосуществляет последовательно идущий от одного конца молекулы ДНК кдругому процесс расхождения двух цепей с одновременной полимеризацией наних свободных нуклеотидов по комплементарному принципу. Таким образом,ДНК, подобно матрице, лишь задает порядок расположения нуклеотидов всинтезирующихся цепях, а сам процесс ведет белок.
Работа фермента в ходередупликации ДНК представляет собой на сегодня одну из наиболее61интересных проблем. По-видимому, ДНК-полимераза как бы активно ползетвдоль двутяжной молекулы ДНК от одного ее конца к другому, оставляя позадисебя раздвоенный редуплицированный «хвост». Физические принципы такойработы данного белка пока не ясны.Однако ДНК и отдельные ее функциональные участки, несущие информациюо структуре белков, сами непосредственного участия в процессе созданиябелковых молекул не принимают. Первым этапом на пути к реализации этойинформации, записанной в цепях ДНК, является так называемый процесстранскрипции, или «переписывания».
В этом процессе на цепи ДНК, как наматрице,происходитсинтезхимическиродственногополимера–рибонуклеиновой кислоты (РНК). Молекула РНК представляет собой одну цепь,мономерами которой являются четыре сорта рибонуклеотидов, которыерассматриваютсякакнебольшаямодификациячетырехсортовдезоксирибонуклеотидов ДНК. Последовательность расположения четырехсортов рибонуклеотидов в образующейся цепи РНК в точности повторяетпоследовательность расположения соответствующих дезоксирибонуклеотидоводной из двух цепей ДНК. Таким путем нуклеотидная последовательность геновкопируется в виде молекул РНК, т.е. информация, записанная в структуреданного гена, целиком переписывается на РНК. С каждого гена может сниматьсябольшое, теоретически неограниченное количество таких «копий» – молекулРНК.
Эти молекулы, переписанные во многих экземплярах как «копии» генов истало быть несущие ту же информацию, что и гены, расходятся по клетке. Ониуже непосредственно входят в связь с белоксинтезирующими частицами клеткии принимают «личное» участие в процессах создания белковых молекул.Другими словами, они переносят информацию от места, где она хранится, вместа ее реализации. Соответственно эти РНК обозначают как информационныеили матричные РНК, сокращенно мРНК (или иРНК).Выяснено, что цепь информационной РНК синтезируется, прямо используясоответствующий участок ДНК в качестве матрицы.
Синтезируемая цепь мРНК62при этом точно копирует по своей нуклеотидной последовательности одну издвух цепей ДНК (принимая, что урацилу (У) в РНК соответствует егопроизводное тимин (Т) в ДНК). Это происходит на основе того же структурногопринципа комплементарности, который определяет редупликацию ДНК (рис.18). Оказалось, что когда происходит синтез мРНК на ДНК в клетке, то вкачестве матрицы для образования цепи мРНК используется лишь одна цепьДНК. Тогда каждому Г этой цепи ДНК будет соответствовать Ц в строящейсяцепи РНК, каждому Ц цепи ДНК – Г в цепи РНК, каждому Т цепи ДНК – А вцепи РНК и каждому А цепи ДНК – У в цепи РНК. В итоге получающаяся цепьРНК будет строго комплементарна к матричной цепи ДНК и, следовательно,идентичная по последовательности нуклеотидов (принимая Т = У) второй цепиДНК.
Таким образом происходит «переписывание» информации с ДНК на РНК,т.е. транскрипция. «Переписанные» сочетания нуклеотидов цепи РНК уженепосредственно определяют расстановку соответствующих, кодируемых имиаминокислот в цепи белка.Здесь, как и при рассмотрении редупликации ДНК, в качестве одного изнаиболее существенных моментов процесса транскрипции необходимо указатьна его ферментативный характер. ДНК, являющаяся матрицей в этом процессе,целиком определяет расположение нуклеотидов в синтезирующейся цепи мРНК,всю специфичность образуемой РНК, но сам ход процесса осуществляетсяособым белком – ферментом. Этот фермент называется РНК-полимеразой.
Егомолекулаимеетсложнуюорганизацию,позволяющуюемуактивнопродвигаться вдоль молекулы ДНК, одновременно синтезируя цепочку РНК,комплементарную к одной из цепей ДНК. Молекула ДНК, служащая матрицей,при этом не расходуется и не изменяется, сохраняясь в прежнем виде и будучивсегда готова для такого переписывания с нее неограниченного количества«копий» – мРНК. Поток этих мРНК от ДНК к рибосомам и составляет тот потокинформации, который обеспечивает программирование белоксинтезирующегоаппарата клетки, всей совокупности ее рибосом.63Таким образом, рассмотренная часть схемы описывает поток информации,идущий от ДНК в виде молекул мРНК к внутриклеточным частицам,синтезирующим белки. Теперь мы обратимся к потоку иного рода – к потокутого материала, из которого должен создаваться белок.
Элементарнымиединицами – мономерами – белковой молекулы являются аминокислоты,которых имеется 20 различных сортов. Для создания (синтеза) белковоймолекулы свободные аминокислоты, присутствующие в клетке, должны бытьвовлечены в соответствующий поток, поступающий в белоксинтезирующуючастицу, и уже там расставлены в цепочку определенным уникальным образом,диктуемыминформационнойРНК.Такоевовлечениеаминокислот–строительного материала для создания белка – осуществляется черезприсоединение свободных аминокислот к особым молекулам РНК относительнонебольшого размера. Эти РНК, служащие для присоединения к ним свободныхаминокислот, не будут информационными, а несут иную- адапторную –функцию, смысл которой будет виден дальше.
Аминокислоты присоединяются кодному из концов небольших цепочек трансферных РНК (тРНК), по однойаминокислоте на одну молекулу РНК.Для каждого сорта аминокислоты в клетке существуют свои специфические,присоединяющие только этот сорт аминокислоты молекулы адапторных РНК.
ВтакомнавещенномнаРНКвиде,аминокислотыипоступаютвбелоксинтезирующие частицы.Центральным моментом процесса биосинтеза белка является слияние этихдвух внутриклеточных потоков – потока информации и потока материала – вбелоксинтезирующих частицах клетки. Эти частицы называются рибосомами.Рибосомыпредставляютсобойультрамикроскопическиебиохимические«машины» молекулярных размеров, где из поступающих аминокислотныхостатков, согласно плану, заключенному в информационной РНК, собираютсяспецифические белки. Хотя на данной схеме (рис. 19) изображена лишь одначастица, каждая клетка сдержит тысячи рибсом.
Количество рибосом64определяет общую интенсивность белкового синтеза в клетке. Диаметр однойрибосомной частицы около 20 нм. По своей химической природе рибосома –рибонуклеопротеид: она состоит из особой рибосомной РНК (это третийизвестный нам класс РНК в дополнение к информационным и адапторным РНК)и молекул структурного рибосомного белка. Вместе это сочетание несколькихдесятков макромолекул образует идеально организованную и надежную«машину», обладающую свойством прочитывать информацию, заключенную вцепи мРНК, и реализовать ее в виде готовой белковой молекулы специфическогостроения.
Поскольку существо процесса состоит в том, что линейнаярасстановка 20 сортов аминокислот в цепи белка однозначно детерминируетсярасположением четырех сортов нуклеотидов в цепи химически совсем иногополимера – нуклеиновой кислоты (мРНК), то этот процесс, происходящий врибосоме, принято обозначать термином «трансляция», или «перевод» - переводкак бы с 4-буквенного алфавита цепей нуклеиновых кислот на 20-буквенныйалфавит белковых (полипептидных) цепей.
Как видно, в процессе трансляцииучаствуют все три известных класса РНК: информационная РНК, являющаясяобъектомтрансляции,белоксинтезирующейрибосомнаяРНК,рибонуклеопротеиднойиграющаячастицыроль–организаторарибосомы,иадапторные РНК, осуществляющие функцию переводчика.Процесс синтеза белка начинается при образовании соединений аминокислотс молекулами адапторных РНК, или тРНК. При этом сначала происходитэнергетическая «активация» аминокислоты за счет ее ферментативной реакции смолекулой аденозинтрифосфата (АТФ), а затем «активированная» аминокислотасоединяется с концом относительно недлинной цепочки тРНК, приращениехимической энергии активированной аминокислоты запасается при этом в видеэнергии химической связи между аминокислотой и тРНК.Но одновременно с этим решается и вторая задача.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
