Генетический код

Генетический код— это свойственная всем живым организмам единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов (см. рис. 1).

Рис. 1. Строение ДНК:

Φ — остаток фосфорной кислоты; Д — сахар дезоксирибоза; А, Т, Г, Ц — азотистые основания, ( —) и (а) — двойные и тройные водородные связи между азотистыми

основаниями; 5', 3' — окончания цепи нуклеотидов

Как уже отмечалось выше, ДНК состоит из двух ветвей, закрученных вокруг общей оси, с повторяющимися элементами, нуклеотидами: 0,34 нм (нанометра) —

расстояние между азотистыми основаниями нуклеотидов в молекуле ДНК, 3,4 нм

— шаг спирали на один ее виток, на который приходится 10 азотистых оснований. Общая длина ДНК в каждой клетке человека равна приблизительно 2 м. Число клеток у человека составляет примерно 5 · 1014. Общая длина ДНК всех клеток человека составляет примерно 1014км.

Реализация генетического кода осуществляется по схеме ДНК—РНК—белокдля всех организмов (за исключением некоторых вирусов, у которых имеется только РНК). ДНК выполняет в реализации этой схемы-программы следующие функции:

— хранит наследственную информацию об организме в виде последовательности и чередования пар связи между азотистыми основаниями двух комплементарных полимерных составляющих ДНК-цепей из нуклеотидов;

— передает информацию о группе белков организма из ядра клетки в цитоплазму, для этого с ДНК снимается копия с помощью и-РНК, которая доставляется в рибосому цитоплазмы, где происходит синтез белка;

— передает посредством репликации наследственную информацию от материнских клеток к дочерним клеткам в процессах роста и развития организма

(о механизме репликации речь пойдет далее).

Таким образом, в ядре клетки весом 6 · 10-12г содержится вся информация об организме.

Реализация генетического кода по схеме ДНК-РНК-белок происходит в два этапа, которые называются транскрипцией и трансляцией.

Транскрипция (лат. transcriptio — перенесение)

Транскрипция(лат. transcriptio — перенесение) — биосинтез РНК на матрице ДНК осуществляется в клетках организма ферментами, называемыми полимеразами. Таким образом, речь идет о переходе от ДНК к образованию РНК. Трансляция(лат. translation — передача) — биосинтез белков на основе считывания генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов в молекулах информационных или матричных РНК.

ДНК не принимает непосредственного участия в синтезе белков организма.

ДНК содержится в ядре клеток растений, животных, человека и отделена ядерной мембраной от цитоплазмы, где происходит синтез белка. Небольшая часть ДНК (около 5%) находится вне ядра клетки, в митохондрии (см. рис. 2).

Рис.2. Строение клетки по данным электронной микроскопии

Последовательность и чередование пар связи азотистых оснований в спиралеобразной пространственной структуре ДНК содержит информацию об индивидуальной белковой группе конкретного организма. Если нагреть ДНК до

80—100° С или обработать ее щелочью, то цепи распадаются. Если же ее снова охладить, то цепи снова соединяются водородными связями комплементарным образом: всегда А соединяется симметрично с Т, а Ц — симметрично с Г. Это свойство ДНК используется для создания методов исследования ее структуры. ДНК имеет внутренний механизм

изменения собственной спиралеобразной пространственной структуры. Перед делением клетки она способна удваиваться (реплицироваться).С помощью фермента ДНК полимеразы разрываются слабые водородные связи между двумя

ее цепями, а затем к каждой отделенной цепи достраивается ей комплементарная цепь. Таким образом, из двух отдельных цепей образуются две ДНК. Репликация

— одно из уникальных явлений в мире живого. С ее помощью обеспечивается высочайшая точность воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмах в целом. Но возможны ошибки при репликации, о чем речь пойдет ниже. Репликация(лат. replication — повторение) — процесс самовоспроизведения молекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий передачу

по наследству точных копий генетической информации.

Репликация ДНК происходит поэтапно, отдельными участками, которые называют репликонами.Средний их размер составляет почти 30 мкм.

Скорость синтеза при репликации — около 0,5 мкм/мин. Такой способ репликации значительно короче, чем непрерывный по всей длине ДНК. Например, репликация в самой большой хромосоме ДНК человека под номером 1 заняла бы около трех месяцев против семи часов, как это происходит на самом деле. Важнейшую роль в точной передачи информации, необходимой для синтеза набора белков конкретного организма, играет РНК.РНК — это одноцепочечный полимер из нуклеотидов. В него вместо сахара дезоксирибозы входит сахар рибоза, а вместо азотистого основания тимина (Т) входит азотистое основание урацил (У). Полимер РНК в сто раз меньше, чем ДНК.

В зависимости от функций, выполняемых этим полимером, выделяют несколько видов РНК: информационная (и-РНК) или матричная (м-РНК).Она

переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам клетки. На долю

этого вида РНК приходится 1—2% от общего содержания РНК в клетке. Транспортная(т-РНК) доставляет свободные аминокислоты в рибосому (10% от общего содержания РНК в клетке).

Рибосомная(р-РНК) — основная часть рибосомы (около 90% от всего РНК клетки). Рибосома— органелла клетки, состоящая из белка и р-РНК. В рибосоме осуществляется синтез белка в клетке. Органелла— клеточный орган. У человека известно более 10 органелл клетки.