Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 5
Текст из файла (страница 5)
в) При матричной пол имериэации последовательность нуклеотидов в существующей (родительской] цепи ДНК управляет последовательностью присоединения нуклеотидов в новой нити ДНК; Т в одной нити спаривается с А в другой, а 6 в одной нити — с С в другой. Последовательность нуклеотидов новой цепи комплементарна последовательности старой, родительской, цепи„а направленность сахаро-фосфатного остова вновь синтезированной цепи ДНК противоположна родительской: например, последовательности 6ТАА... в исходной нити соответствует последовательность .. ПАС в новой.
г) В норме молекула ДНК состоит из двух таких комплементарных цепей. Нуклеотиды в пределах каждой цепи связаны между собой прочными [коаалентными] химическими связями; ком плементарные нуклеотиды противоположных цепей удерживаются вместе слабыми водородными связями. д) Обе цепи закручены одна вокруг другой таким образом, что образуют двойную спираль — устойчивую структуру, которая может вместить в себя любую последовательность нуклеотидов, не изменяя при этом своего основного строения.
другу последовательностей нуклеотидов: А, С, Т и О. Обе нити закручиваются одна вокруг другой и образуют двойную спираль (см. рис, 1. 2, г). По сравнению со связями в сахаро-фосфатных мостиках, связи между пара ми оснований слабы, и зто позволяет двум нитям ДНК расходиться без разрыва 1.1. Универсальные особенности клеток на Земле 5 их основных цепей. Каждая нить после этого может служить матрицей (только что описанным способом) для синтеза новой цепи ДНК, комплементарной своей матрице, то есть новой копии наследственной информации (рис. 1.3). В клетках разных типов этот процесс — репликации ДНК вЂ” происходит с разной скоростью, с использованием разных средств управления, необходимых для его запуска и оста вовки, и с привлечением разных вспомогательных молекул, способствующих его протеканию. Но основы процесса универсальны: ДНК вЂ” хранилище информации, а матричная полизгеризация — способ, которым эта информация копируется во всем живом мире.
матричная цепь двойная спираль родительской ДНК матричная цепь Рис. 1.3. Удвоение генетической инвормации путем репликвции ДНК. В ходе этого процесса дее цепи двойной спирали ДНК расходятся, и каждая служит мвтрнцей для синтеза новой комплементврной цепи. 1.1.3. Все клетки преобразуют часть своей наследственной информации в одинаковую промежуточную форму (РНК) Чтобы выполнять возложенную на нее функцию хранения информации, ДНК должна делать нечто большее, чем просто копировать себя перед каждым делением клетки сообразно только что описанному механизму. Помимо этого, она должна выразить, или, говоря научным языком, экспрессировать, свою информацию, что бы направлять синтез других молекул в клетке. Этот процесс также происходит за счет действия механизма, общего'лля всех живых организмов, который прежде всего обеспечивает производство полимеров двух других ключевых классов: РНК и белков. Процесс начинается с матричной полимеризации, называемой транскрипция, в ходе которой сегменты последовательности ДНК используются в качестве матриц, направляющих синтез более коротких полимерных молекул, близких по природе к ДНК, — рибонуклеиновой кислоты, или РНК.
Позже, в более сложном процессе, трансляции, многие из этих молекул РН К будут использованы для того, чтобы направлять синтез полимеров совершенно иного химического класса — бел кое (рис. 1.4). В РНК основная цепь сформирована из сахара, немного отличающегося от та кового в ДНК вЂ” рибоза вместо дезоксирибозы, — и одно из четырех оснований немного отличается по своей природе — урацил (()) вместо тимина (Т); но другие три основания: А, С и б — те же самые, и все четыре основания спариваются с комплементарными нм «парами» в ДНК: А, (), С и О РНК соответственно с Т, А, О и С ДНК.
В процессе транскрипции мономеры РНК выстраиваются в очередь б Часть 3. Введение в мир клетки Рис. 1.4. ОтДНК к белку. Генетическая информация считывается и вводится в использование посредством двухпупенчатого процесса. Сначала, на зтзпе гпранскрипциц сегменты последовательности ДНК используются для того, чтобы направлять синтез молекул РНК. Затем, во время трансляции, молекулы РНК используются для того, чтобы направлять синтез молекул белка. < синтез ДНК (репликация) ДНК синтез РНК (транскрипция) РНК и отбираются для полимеризации на матричной нити ДНК по тому же принципу, что и мономеры синтез белка ДНК во время репликации. Поэтому в итоге обра (трансляция) зуется полимерная молекула, последовательность 'БЕЛОК нуклеотидов которой в точности воспроизводит ч()г часть генетической информации клетки, правда, аминокислоты записанной немного иным алфавитом, состоящим из мономеров РНК вместо мономеров ДНК.
Один и тот же сегмент ДНК может использоваться неоднократно и направлять синтез множества идентичных друг другу РНК-транскриптов. Таким образом, если архив генетической информации клетки в форме ДНК является неизменным и не прикосновенным, то РНК-транскрипты выпускаются серийно, в большом количе стае и предназначены для одноразового использования (рис. 1.5).
Как мы увидим, главная роль большинства этих транскриптов — служить промежуточным звеном в передаче генетической информации: они представляют собой информационные, или матричные, РНК (мРНК), которым предписано направлять синтез белков со гласно генетическим инструкциям, хранящимся в ДНК. Молекулам РНК присущи характерные структуры, которые могут обуслов лизать индивидуальные химические свойства молекулы. Поскольку молекулы РНК одноцепочечные, их остов довольно гибкий, так что полимерная цепь может загибаться на себя, что позволяет разным участкам одной и той же молекулы абра МОЛЕКУЛЫ РНК вЂ” ОДНОРАЗОВЫЕ НОСИТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ ДВУХЦЕПОЧЕЧНАЯ ДНК— АРХИВ ИНФОРМАЦИИ цепь, которая служит матрицей для направленного синтеза РНК множество тождественных РНК-трансхриптов Рис. 1ЗИ Как реализуется генетическая информация клетки.
Каждая клетка содержит постоянный набор молекул ДНК вЂ” ее архив генетической информации. Определенный сегмент втой ДНК направляет синтез бол ивою числа идентичных РНК тра искри птов, которые служат рабочими копиями информации, хранящейся в зтом архиве. Благодаря тому что транскрипция может проходить избирательно, на отдельных участках длинной последовательности ДНК может быть получено множество различных наборов молекул РН К; на клеточном уровне зто означает: каждая клетка может использовать одинаковое для всех хранилище информации по-своему и, кроме того, по-разному при различных обстоятельствах. на основе одной и той же постоянной для всех них структуры, которая и обе спечиваег единообразный способ соединения любых аминокислот друг с другом; к этому ядру прикреплена боковая группа, которая и придает каждой аминокислоте отличительные химические свойства.
Все белковые молекулы, или полипептиды, создаются за счет соединения аминокислот в специфическую последовательность, которая сворачивается в точно предписанную трехмерную форму с реакционно способными участками на поверхности (рис. 1.7, а). Устроенные таким образом, зги аминокислотные полимеры с высокой специфичностью связываются с другими молекулами и, выступая в роли ферментов, катализируют реакции, в ходе кото рых образуются и разрываются ковалентные связи. Тем самым они направляют подавляюшее большинство химических процессов в клетке (см.
рис. ).7, б). Белки выполняют также массу других функций: поддерживают структуру, обеспечивают движение, передают сигнал и так далее; при этом каждая молекула белка выполняет определенную функцию согласно собственной, генетически заданной аминокислот ной последовательности. Но прежде всего белки — это молекулы, которые вводят в действие генетическую информацию клетки. ический лиэоцим молекула пизоцима Рис.
1.7. Принцип действия молекулы белие как катализатора химической реакции. а] Полимерная цепь белковой молекулы сворачивается в специфическую форму, которая «предписанаэ ее аминокислотной последовательностью. Бороздка на поверхности представленной на этом рисунке свернутой молекулы, фермента лизоцима, формирует каталитический участок. б) Молекула полисакарида (красная) — полимерная цепь из моносэхаридов — связывается с катал итическим участком ли воцима и расщепляется в результате разрыва ковэлентных связей, хатализируемого аминокислотами, выстилающими бороздку. Итак, полинуклеотнды определяют последовательность аминокислот в соот нетствующих белках.
Белки, в свою очередь, катализируют множество химических реакций, включая и те, в ходе которых синтезируются новые молекулы ДНК, а генетическая информация, записанная в ДНК, используется для синтеза РНК и белков. Такая петля обратной связи лежит в основе процессов автокатализа и са мовоспроизводства, что присуще всем живым организмам (рис. 1.8). Рис.
1.8. Жизнь как автокаталитический процесс. Полинуклеотиды (полимеры нуклеотидов) и белки (полимеры аминокислот) не только обеспечивают клетку информацией о последовательностях, но и каталитическими функциями, которые — через сложный набор химических реакций — обусловливают синтез еще большего количества таких же полинуклеотидов и белков. 1.1.5. Все клетки транслируют РНК в белок одинаковым способом Трансляция генетической информации из четырехбуквенного алфавита по линуклеотидов в двадцатибуквенный алфавит белков — сложный процесс.
В од них отношениях правила такой трансляции кажутся четкими и рациональными, но в других — до странности произвольными, при том что они (с незначительными исключениями) идентичны у всех живых существ. Этн произвольные черты, как думают, отражают аварийные ситуации в механизмах наследования, которые воз пикали на ранних этапах развития жизни и были закреплены в ходе эволюции, т.е. случайно приобретенные свойства самых ранних организмов, которые, передаваясь по наследству, столь глубоко внедрились в устройство всех клеток, что уже не могут быть изменены без нарушения всей организации клетки. Информация, закодированная в последовательности молекулы информаци онной РНК (мРНК), считывается кластерами: по три нуклеотида за раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
