kwaaanya

Давно я не писала, простите. Соскучились? тогда продолжаем следующую часть.

В этом посте мы договорились обсудить сборку преинициирующего комплекса РНК-полимеразы (ПИК).

Принципиальными особенностями транскрипции эукариот являются:

• не способность РНК-пол(II) узнавать промоторы, теперь она нуждается в базальных факторах транскрипции

• в начале с промотором взаимодействуют общие для всех генов класса II факторы транскрипции, они подготавливают промотор для связывания РНК-пол II

• количество базальных факторов транскрипции превышает количество РНК-пол II

В результате формируется базальная машина транскрипции генов класса II - ПИК

Рассмотрим сборку ПИК на промоторах, содержащих ТАТА боксы.

В инициации транскрипции учавствуют транскипционные факторы:

TFIID (название формируется изTranscription factor, а римская цифра II, это класс полимеразы, с которой работает фактор)  TFIIB TFIIF TFIIE TFIIH TFIIA

TFIID

Первым с ТАТА боксом взаимодействует  TFIID - мультисубъединичный комплекс, в состав которого входит белок TBP (TATA-binding protein).

TBP имеет ряд собенностей:

• Имеет форму седла, сближается с ДНК благодаря остаткам лизина и аргинина

• Взаимодействует с ДНК в области первых и последних пар оснований ТАТА-блока 4 остатками фенилаланина

• R-группы фениаланина вставляются между первыми п. о. ТАТА-блока, и ДНК из В-формы переходит в частично раскрученную спираль. Вставка R-групп фенилаланина между последними п.о. в ТАТА-блоке приводит к обратному переходу ДНК в В-форму. Структура ДНК в ТАТА-блоке искажается, прилежащие участки сближаются, это способствует дальнейшей сборке ПИК.

TBP является важным участником транскрипции, т.к.  определяет положение РНК-пол II,  вовлекается в плавление двунитевой ДНК, изгибая ДНК на 80°.

TFIIB

Следующим присоединяется TFIIB. С-конец TFIIB связывается под седлом комплекса ТВР-ТАТА с ТВР и с ДНК в областях BREu и BREd. Связывание TFIIB асимметрично, определяет положение РНК-пол II. Теперь, Промотор подготовлен для связывания с РНК-пол II.

TFIIF

Находится в комплексе с нефосфорилированной формой РНК-пол II без ДНК;

Содержит 2 СЕ: 30 кДа – Rap30 и 74 кДа – Rap74

Снижает неспецифическое связывание РНК-пол II и РНК-пол бактерий с ДНК

TFIIF обеспечивает контакт РНК-пол II с TFIIB-ТАТА.

Но и на этом все не заканчивается...

Затем присоединяются TFIIE и TFIIH

Подробнее хочется сказать о TFIIH. Это полифункциональный фермент:

TFIIH(р89) – ATP-зависимая геликаза (направление 3' 5' ) – совпадает с белком ERCC3 (мутации летальны, ответственны за развитие пигментной ксеродермы и синдрома Коккейна)

TFIIH(р80) – ATФ-зависимая геликаза (направление 5' 3') – совпадает с белком ERCC2 (мутации не летальны)

протеинкиназа для CTD-РНК-пол II, эта активность стимулируется фактором TFIIE

TFIIH связывается с РНК-пол II, CTD-домен которой не фосфорилирован

Фосфорилирование РНК-пол II ослабляет связь фермента с ПИК и она переходит к элонгации.

Далее происходит отсоединение фрагментов ПИК и РНК-полимераза продолжает свой путь только TFIIF. Транскрипция с участием минимального инициирующего комплекса происходит с недостаточной скоростью. Для эффективной транскрипции необходимы другие цис-элементы и транс-факторы, а также энхансеры, усиливающие транскрипцию в сотни раз (их мы обсуждали прошлый раз).

Спасибо за внимание!

1. РНК-полимеразы эукариот

Как мы помним, эукариоты - организмы имеющие оформленное ядро. Процесс транскрипции у эукариот по смыслу не отличается от прокариот, однако каждая из стадий обрастает все новыми подробностями.

Начнем с обзора эукариотических РНК-полимераз. Если в клетках бактерий все гены транскрибировала одна полимераза, то у эукариот существует, как минимум 3 типа РНК-полимераз, работающих в ядре:

1) РНК-полимераза типа I - синтезирует предшественницу рибосомальных РНК (рРНК), входящих в состав рибосомы

2) РНК-полимераза типа II - самая изученная полимераза, отвечает за синтез мРНК белков и малых ядерных РНК

3) РНК-полимераза III - синтезирующая тРНК, 5S рРНК и другие малые РНК, присутствующее в ядре и цитозоле.

Остальные РНК-полимеразы, работающие в митохондриях и хлоропластах. Например, РНК-пол IV – синтезирует siРНК в семенах растений, которая метилирует гены 5S; РНК-пол V – синтезирует РНК, которая вовлекается в siРНК-направленное формирование гетерохроматина у растений, а так же митохондриальная РНК-пол – 2 СЕ у дрожжей (145 и 43 кДа) и 1 СЕ у высших эукариотов (140 кДа)

Все РНК-полимеразы эукариот это мультисубъединичные белковые комплексы, с большой молекулярной массой. Гигантские машины для синтеза РНК.

2. РНК-полимераза II

Как отмечалось ранее, РНК-полимераза II является наиболее изученной полимеразой, а в 2006 году Роджер Корнберг был удостоен Нобелевской премии по химии за исследование механизма копирования клетками генетической информации, в частности за установление соотношения атомов в РНК-полимеразе эукариотов.

Как оказалось, эукариотические РНК полимеразы не способны сами по себе инициировать транскрипцию. Для этого им необходимы вспомогательные белки - факторы инициации, формирующие совместно с полимеразами преинициаторные комплексы.

В состав РНК-полимераз входят: самые большие СЕ (135 и 195 кДа) гомологичны СЕ  бэта и бэта' бактерий, они формируют активный центр, 35-кДа СЕ – аналог альфа-СЕ бактериальной РНК-полимеразы, а так же некоторые другие СЕ отдаленно напоминающие СЕ бактериальных полимераз.

Теперь, чтобы начать транскрипцию необходимо наличие вспомогательных белков, которые называются транскрипционные факторы. Вначале с промотором взаимодействуют общие для всех генов класса II факторы транскрипции, они подготавливают промотор для связывания РНК-пол II. В результате формируется базальная машина транскрипции генов класса II - PIC.

Пока вы можете оценить всю мощь комплекса РНК-полимеразы и различных факторов транскрипции по видео (может немного рановато, но вдохновляюще)

3. Эукариотические промоторы

Я думаю сейчас самое время поговорить о промоторах. Как мы помним из прошлых постов, у прокариот промотор выглядел просто и состоял из двух  блоков. Тут же дела обстоят несколько сложнее. Вообще для регуляции экспрессии генов существуют:

Цис-элемент (цис-действующий сайт, цис-регуляторный элемент) – последовательность ДНК, влияющая на транскрипцию гена, к которому она принадлежит территориально (на той же молекуле ДНК). Может располагаться в промоторе, в интронах и за кодирующей частью гена. Как правило, не транскрибируется

Транс-факторы (транс-действующий сайт) – последовательности ДНК, кодирующие белки, изменяющие активность генов, расположенных в любом месте генома. Эти последовательности транскрибируются и транслируются – транскрипционные факторы

Главными (коровыми) элементами промоторов генов класса II являются:

ТАТА-блок -25 п.н. с 5'-стороны от точки +1  - ТАТААА (это вполне объяснимая последовательность, т.к. между нуклеотидами А и Т образуются 2 водородные связи, и нити с такими последовательностями куда проще разъединить, чем пары Г и Ц с 3мя водородными связями)

Инициаторный (Inr) элемент располагается вокруг стартовой точки транскрипции

sINR – более консервативен и дополнительно имеет консервативные фланкирующие последовательности

Любого из них достаточно для правильной инициации транскрипции in vitro

Промоторы для РНК-полимеразы II могут включать в себя разное количество элементов:

1) ТАТА-бокс и Inr (очень сильный промотор)

2) Inr- последовательность и отсутствие ТАТА-бокса (ТАТА-less)

3) ТАТА-бокс

Если вы расслабились и подумали, что это всё, вынуждена вас огорчить...

С промоторами встречаются:

DCE – расположен по ходу транскрипции и состоит из трех субэлементов: SI (CTTC) располагается +6 - +11, SII (CTGT) располагается +16 - +21, SIII (AGC) – от +30 до +34

Цис-элемент В – участок ДНК, узнающий TFIIB - BREu и BREd (G/C G/C G/A C G C C), элементы, фланкирующие ТАТА-боксом, работают только с ТАТА-боксом

DPE – элемент промотора, расположенный по ходу транскрипции A/gGA/tC/tG/a,c (+28 - +32), характерен для промоторов, потерявших ТАТА-бокс

XCPE1 (10 п.н. -8+2, пурины) и ХСРЕ2 (11 п.н., пиримидины), найдены в промоторе гена Х вируса гепатита В, у человека 1% генов содержит эти элементы

UAS – элементы, усиливающие промотор: GC-бокс (GGGCGCC) и/или СААТ-бокс (GGCCAATCT), находятся слева от точки +1, на расстоянии примерно 300 пар нуклеотидов.

и многие другие. поэтому промотор теперь становится длиной от 100 до 1000 пар нуклеотидов.

Некоторые комбинации промоторов:

Наличие различных по виду промоторов является необходимым условием для жизнедеятельности клетки. С помощью различных вариаций элементов достигается контроль над экспрессией генов. Есть некоторые наблюдения, например: наличие различных элементов влияет не только на скорость транскрипции, но и трансляции; существует связь между типом корового промотора и длиной гена: гены, имеющие ТАТА-промоторы, в три раза короче генов, потерявших ТАТА-бокс; укорочение гена связано с укорочением длины интронов.

Так же к важнейшим цис-элементам можно добавить:

Энхансеры – регуляторные последовательности ДНК, расположенные на расстоянии тысяч пар нуклеотидов справа или слева от точки старта и усиливающие транскрипцию регулируемого гена.

Сайленсеры - регуляторные последовательности ДНК, расположенные на расстоянии тысяч пар нуклеотидов справа или слева от точки старта и ослабляющие транскрипцию регулирумого гена.

Таким образом, сборка инициирующего комплекса транскрипции у эукариот не ограничивается одним промотором, а включает в себя элементы, находящиеся на расстоянии тысячи пар нуклеотидов от регулируемого гена.
На рисунке изображен преинициирующий комплекс РНК-полимеразы, вы можете оценить его сложность:

в следующем посте я планирую рассказать о том, как именно собирается преинициирующий комплекс РНК-полимеразы. Спасибо за внимание!

Продолжение постов о молекулярной генетике. (Эта часть получилась большой и менее красочной, я бы даже сказала, как задача со звездочкой)

Существует несколько моделей работы РНК-полимераз. Тут я хочу рассказать о двух моделях, которые наилучшим образом подтверждают экспериментальные исследования. Следует сказать, что мы переходим к рассмотрению следующей стадии транскрипции - элонгации, "осмысленному" движению РНК-полимеразы по ДНК и синтезу мРНК.

Что вообще требуется для работы РНК-полимеразы:

1) обязательным условием является наличие ионов Mg (2+), входящих в состав каталитического центра РНК-полимеразы.

2) рибонуклеозид-трифосфаты (АТФ, ЦТФ, УТФ, ГТФ)

3) и конечно, наличие самой ДНК.

Скорость движения РНК-полимераз измеряется в количестве присоединенных нукледотидов в секунду, так для полимеразы бактериофагов способны элонгировать in vitro растущую цепь РНК со скоростью 200–400 нт/с. Бактериальные РНК-полимеразы транскрибируют ДНК с промежуточной скоростью – 50–100 нт/с, эукариотические РНК-полимеразы элонгируют цепи РНК in vivo со скоростью ~20–30 нт/с. (тут прослеживается некоторая корреляция с размерами и количеством СЕ, ходящих в состав РНК-полимераз)

Основные черты структуры тройного комплекса, осуществляющего элонгацию цепей РНК, консервативны у всех ДНК-зависимых РНК-полимераз. В каждом элонгирующем комплексе имеются каталитический центр, одноцепочечная область ДНК-матрицы, а также несколько сайтов связывания ДНК и РНК. Для реализации принципа комплементарности при построении растущей цепи РНК участок матричной ДНК, входящий в состав комплекса, находится в расплавленном состоянии, и одна из его цепей служит матрицей при транскрипции. Этот участок ДНК, называемый транскрипционным пузырьком, или транскрипционной сферой, контактирует с каталитическим центром РНК-полимеразы. По обеим сторонам транскрипционного пузырька имеются участки ДНК, которые при перемещении фермента вдоль матрицы подвергаются плавлению (расплетанию) и повторному отжигу, в результате которого восстанавливается исходная структура ДНК. Считается, что этот процесс не является каталитическим, протекает самопроизвольно и связан с особенностями структуры РНК-полимеразы как таковой.

1. Модель прерывистого "червеобразного" движения

В 1992 г. М. Чамберлин с сотрудниками разработали модель элонгации РНК, в которой постулировалось, что процессы транслокации РНК-полимеразы вдоль ДНК и присоединение нуклеотидов к растущей цепи РНК в активном центре фермента разделены во времени. То есть простым языком можно сказать, что РНК-полимераза стоит из 2х частей, соединенных сжимаемой "пружиной". Существует 2 сайта связывания полимеразы ДНК: Сайт 1 в передней части по отношению к направлению транскрипции, а сайт 2 в передней.

В соответствии с предложенной моделью, молекула РНК- полимеразы перемещается вдоль ДНК наподобие гусеницы: когда один из сайтов связывания ДНК фиксирован, другой может двигаться вперед.

В данной модели гибрид РНК/ДНК не вносит вклад в стабильность транскрипционного комплекса, а растущая цепь РНК удерживается благодаря наличию двух сайтов связывания РНК-полимеразы с РНК: участок прочного связывания (1) (5' конец) и слабого связывания (2) (3' конец).  

Согласно предложенной модели элонгация цепей РНК представляется в виде циклического процесса.В начале цикла каталитический центр молекулы РНК-полимеразы располагается у задней границы РНК-связывающего сайта 1 в соответствии с положением 3'-ОН-конца РНК.Последовательно присоединяя нуклеотиды к растущей цепи РНК, каталитический участок перемещается относительно РНК-связывающего сайта I и в конце концов заполняет этот сайт десятью нуклеотидами вновь синтезированного участка РНК. Во время этой фазы элонгации ДНК-связывающий сайт 2 остается фиксированным на ДНК, тогда как ДНК-связывающий сайт 1 перемещается вперед синхронно с каталитическим участком на десять нуклеотидов. В конце фазы добавления нуклеотидов ДНК- и РНК-связывающие сайты 2 фиксируются на своих лигандах, а ДНК-связывающий сайт 1 переносится вперед на десять нуклеотидов в новое фиксированное положение. Это перемещение освобождает РНК-связывающий сайт 1, делая его готовым к повторению цикла транслокации.

На рисунке показаны ДНК, синтезируемая РНК, а диагональными линиями - нарастающее напряжение белкового остова РНК-полимеразы.

При дальнейших исследованиях оказалось, что перемещение тройного комплекса вдоль транскрибируемой ДНК не всегда скачкообразно.

Большую часть транскрибируемых ДНК молекулы РНК-полимеразы проходят монотонно, регулярно присоединяя к растущим цепям РНК нуклеотид за нуклеотидом. Прерывистая, скачкообразная элонгация РНК имеет место лишь на участках матричной ДНК, в которых происходит задержка транскрипции или ее прекращение. Задержками могут быть последовательности-палиндромы, образующие шпильку в РНК , а так же последовательности, богатые урацилом.

2. Современное представление элонгирующего комплекса.

Дальнейшие исследования уточнили геометрию тройного комплекса и структуру каталитического центра. В ходе обширных биохимических и генетических исследований локализован активный центр РНК-полнмеразы, а также участки связывания нуклеиновых кислот, необходимых для стабильности элонгационного комплекса.

Выяснилось, что три остатка аспарагиновой кислоты в консервативном у всех многосубъединичных РНК-полимераз мотиве NADFDGD самой большой субъединицы (бэта') хелатируют каталитический нон Mg (2+). Субъединицы бэта’ и бэта формируют три сайта связывания: 1) сайт связывания дуплекса ДНК из 10 пар оснований (п.о.) перед активным центром. 2) сайт связывания гибридного участка РНК-ДНК длиной 8—9 п.о., образующегося в "транскрипционном пузырьке" из 12—15 п.о. расплавленной ДНК. и 3) сайт связывания одноцепочечного участка РНК. удаленного на 8—14 нуклеотидов от З'-конца РНК.

Выяснилось, что в элонгационном комплексе передний (по ходу движения РНК-полимеразы) дуплекс ДНК располагается в основном канале между субъединицами бэта' и бэта. Прямые контакты РНК-полимеразы с участком ДНК из ~10 п.о. образуют функциональный сайт связывания ДНК. Подвижный домен бэта', названный “зажимом” (clamp), удерживает ДНК в

канале. Каталитический центр РНК-полимеразы находится рядом с точной расплетания ДНК. Полипептидная петля на бэта СЕ препятствует прохождению двунитеой ДНК в активный центр, и, по-видимому, играет важдую роль в плавлении ДНК, тут цепь ДНК изгибается под углом примерно 90 градусов, освобождая место для формирования гетородуплекса ДНК-РНК. Сам дуплекс находится в канале, образованном бэта и бэта' СЕ. После синтеза 9 нуклеотидов цепь РНК отделяется от ДНК, параллельно с этим восстанавливается дуплекс  ДНК, способствующий вытеснению РНК.  

В ходе матричного синтеза РНК-полимераза катализирует нуклеофильную атаку 3'- гидроксила растущей цепи РНК на альфа-фосфат поступающего НТФ. в результате чего происходит включение очередного нуклеотида в цепь РНК и высвобождение пирофосфата. Активный центр фермента содержит участок связывания З'-конца РНК (i-сайт) участок связывания поступающего НТФ (i+1-сайт). За образованием фосфодиэфирной связи следует транслокация вновь образованного З’-конца РНК из i+1-сайта в i-сайт. при этом i+1-сайт освобождается для поступления нового НТФ (посттранслокационное состояние). Вместе с этим происходит разъединение пары оснований в переднем дуплексе ДНК. образование пары оснований в заднем дуплексе и разъединение последней пары оснований в гибриде РНК-ДНК.

В данном представлении становится возможным движение фермента в обратную сторону.

Осцилляции РНК-полимеразы назад и вперед по гибриду РНК-ДНК:

• Приводят к освобождению 3-конца РНК из гибрида

• Освобожденный нуклеотид может быть отщеплен

• Так преодолеваются «трудные» участки транскрипции – сигналы паузы и сигналы остановки, исправляются ошибочно встроенные нуклеотиды

Этот пост получился тяжелым, простите, но, надеюсь, это улучшит ваше понимание вопросов.

Спасибо за внимание.

подробнее в статье: С. А. ПРОШКИН, Г. В. ШПАКОВСКИЙ ЯДЕРНЫЕ РНК ПОЛИМЕРАЗЫ I, II И III: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ // Успехи биологической химии, т.45, 2005, с.269-306

Ссылка на предыдущий пост http://pikabu.ru/story/molekulyarnaya_biologiya_seriya_posto...

Так приятно видеть, что интерес к науке есть, огромное спасибо за ваши приятные отзывы, это очень мотивирует. Этот пост будет скорее тоже об азах и достаточно простым, но полезным для дальнейшего понимания вопроса.

Продолжим.

1.Ген

Как я говорила в прошлом посте, понятие ген настолько широко, что никто до сих пор так и не смог дать его конкретное определение.

Сам термин был введен В. Иогансеном в 1909 г. (больше 100 лет назад, тогда и о ДНК не подозревали) Сейчас принято определять ген, как транскрибируемый участок ДНК.

Различают гены:

• Структурные гены – кодируют белки

• Рибосомные – кодируют рибосомальную РНК

• Гены, кодирующие нетранслируемые РНК: транпортные РНК, малые ядрышковые РНК, microРНК, ядрышковые РНК, редактирующие РНК...

2.  Ген прокариот

Для начала рассмотрим устройство гена прокариот. Напомню, прокариоты – «до ядерные», одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром. К ним относят бактерий и архей. Самым излюбленным и самым замученным объектом исследования по праву может считаться Escherichia coli (кишечная палочка). Как говорил один мой преподаватель: «что справедливо для e.coli, то справедливо и для всех остальных организмов.» Отчасти это правда.

Рассмотрим типичную структуру гена e. сoli.

Для удобства последовательность ДНК разобьем на блоки (на схеме выделены цветом). Первым нам попадается большой блок под названием промотор – святая святых место инициации транскрипции. Место связывания РНК-полимеразы (фермента, синтезирующего нить мРНК по последовательности ДНК).

Промотору можно дать характеристику:

- короткая последовательность, состоящая из двух блоков (-10) и (-35) (координаты нуклеотидов, в расчете от точки +1)

- последовательность, которая узнается РНК-полимераза, но не транскрибируется

- определяет направление транскрипции на молекуле ДНК

- нужен только на стадии инициации транскрипции

Если проанализировать все последовательности промоторов у e. сoli, можно составить идеальный промотор, который выглядит, как последовательность нуклеотидов ТТГАЦА (в положении -35) и ТТАТА (в -10). Говоря простым языком, чем сильнее последовательность похожа на идеальную, тем «сильнее» будет промотор, и сильнее будет идти транскрипция.

Далее следует точка +1 или стартовая точка транскрипции, первый нуклеотид, с которого начнется процесс.

Потом следует не маловажная последовательность SD – Шайна-Дальгарно или RB- сайт связывания рибосомы.

Вот мы и добрались. Путешествие по гену, наконец, привело нас к той самой части, где закодирован продукт (белок). Все начинается со старт кодона (вы же помните, да?) АТГ (АУГ), далее следуют другие кодоны, кодирующие один за другим аминокислоты, а потом добираемся и до одного из трех видов стоп-кодона.

Продвигаемся еще чуть-чуть и наталкиваемся на последовательность, именуемую терминатором, здесь и заканчивается транскрипция.

3. Гены эукариот

У эукариот дела с организацией гена обстоят куда сложнее, чем у нашей новой знакомой e.coli, хотя можно найти функционально схожие участки. Промоторные области превращаются в огромные и даже иногда очень удаленные от кодирующей области регуляторные участки (на схеме это участки -100, -80, -25, что даже не совсем обязательно), а терминаторные области и вообще отсутствуют. Хотя, неожиданным открытием молекулярной биологии и главным отличием от генов прокариот стало - разделение гена на "существенные", кодирующие белок фрагменты, (экзоны) и "несущественные" (интроны), которые ферментативно удаляются (процесс "сплайсинга") при созревании мРНК и, следовательно, не учавствуют в трансляции (их последовательность не переходит в белок). Причем интроны намного протяжённее, чем экзоны. Однако благодаря такому строению гена происходит удивительная вещь, о которой частично упоминалось в прошлом посте. Благодаря различным комбинациям экзонов (альтернативный слайсинг), после удаления интронов, из одной молекулы первичного транскрипта (пре-мРНК) можно получить несколько различных вариантов молекул зрелых мРНК с разным набором экзонов. В связи с этим можно говорить о новой концепции гена: один ген – много РНК – много полипептидов.

Мы все ближе подбираемся к сложным процессам. Если не будет много вопросов, то в следующем посте перейдем к рассмотрению процесса трансляции и работе РНК-полимеразы.

Товарищ @d0nate110 в комментариях к посту попросил сделать цикл постов о работе клетки, тут я поняла, что настал мой час! Пора нести биологию в массы, не будем долго тянуть, Поехали!

Свой рассказ я хочу начать с молекулярной генетики, на мой взгляд самого непонятного и плохо объясняемого раздела молекулярной биологии.

1.Введение

Молекулярная генетика - раздел молекулярной биологии, изучающий процессы связанные с хранением, доступом и реализации генетической информации в клетке.

Вся реализация генетического материала в клетке подчиняется Центральной догме биологии, сформулированной Френсисом Криком (да, тем самым) в 1958 году и дополненной по мере развития молекулярной генетики. Само правило можно выразить схемой:

Как видно, что вся генетическая информация хранится в ДНК, люблю приводить аналогию, что ДНК это стоящий дома компьютер с некоторыми файлами. Для дальнейшего использования информации нам стоит переписать ее на более мобильный носитель (флешка), таковой является матричная РНК (мРНК). Переписывание с ДНК на мРНК называется транскрипцией. Далее все эти "знания" нужно использовать, и с мРНК начинает синтезироваться белок. О белках стоит говорить долго и много, поэтому оставим их до следующих постов. Пока нам стоит понять, что белки занимают центральную роль в жизнедеятельности клетки, они разнообразны, как по функциям, так и по строению, состоят из аминокислот. Итак, процесс синтеза белка с мРНК называется трансляцией.

Так в чем же собственно правило? Догма биологии накладывает запрет на "обратную" реализацию информации с белков на ДНК или мРНК, т.е. белок является конечным пунктом в этой всей цепочки исользования информации. Совсем не запрещено совершать информационный переход мРНК-ДНК (обратную транскрипцию), чем и пользуются некоторые хитрые вирусы.

Еще один из важнейших переходов - ДНК-ДНК (репликация). Молекула ДНК, единственная молекула, способная к самокопированию. Это важное свойство нужно для создании полноценной копии всей ДНК клетки в процессе размножения. Репликация обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение.

На схеме не обозначен еще один процесс - репарация ДНК. Пока коротко, репарация - исправление различных повреждений ДНК, которых в клетке совершается огромное количество из-за различных воздействий.

Локальный вывод или что мы должны были узнать из этого раздела:

Существуют 4 процесса реализации генетической информации: (в принципе по каждому из них я бы хотела сделать по небольшому посту)

транскрипция (ДНК-мРНК)

*обратная транскрипция (мРНК-ДНК)

трансляция (мРНК-белок)

репликация (ДНК-ДНК)

и еще один процесс, репарация ДНК - исправление ошибок в последовательности ДНК.

2. Строение ДНК и РНК

Как мы все уже наверное знаем со школы, ДНК это двойная спираль, но не каждый помнит, что ДНК состоит из нуклеотидов, этаких строительных кирпичиков. Каждый нуклеотид состоит из остатка фосфорной кислоты, присоединённого по 5'-положению к сахару дезоксирибозе, к которому также через гликозидную связь (C—N) по 1'-положению присоединено одно из четырёх азотистых оснований. Если сахар (дезоксирибоза) составляет остов молекулы, то азотистые основания являются именно тем, зачем мы тут и собрались, а именно их последовательность и является той информацией, которая хранится в ДНК.

В состав ДНК входит всего 4 основных азотистых основания! и все наше многообразие зависит от комбинации 4х оснований!!! Вы еще не впечаталились? Тогда идем дальше.

Собственно встречайте 4 основания:

Аденин (А)

Тимин (Т)

Гуанин (Г)

Цитозин (Ц)

Еще одним из важнейших свойств ДНК является комплементарность двух нитей спирали, именно это и помогает держаться им вместе. Комплементарность ДНК - то строгое соответствие соединения азотистых оснований, соединёнными водородными связями, в котором: А-Т (Аденин соединяется с Тимином) Г-Ц (Гуанин соединяется с Цитозином). На этом не сложном правиле основываются все процессы, перечисленные выше в пункте 1.

С молекулой РНК все обстоит немного сложнее. По своей природе РНК очень мобильна и не стабильна (если б вас спросили, где хранить ценную информацию,выбор пал бы на ДНК). Строение РНК очень напоминает ДНК, за исключением 3х пунктов: это одноцепочечная молекула (однако это и помогает ей принимать различные формы, иногда образовывая двуцепочечные фрагменты (все по тому же правилу комплементарности), в состав остова входит рибоза и азотистое основание тимин заменено на урацил (У), т.е. теперь комплементарными становятся А-У. В клетке есть много видов РНК : матричная РНК (мРНК), транспортная РНК (тРНК), рибосомальная (рРНК) и разные малые некодирующие РНК, все они очень занимательны по своим структурам и функциям.

3. Генетический код

Для начала стоит уточнить, что белки состоят из аминокислот, по сути именно аминокислоты и кодируются последовательностью нуклеотидов. Всего биогенными являются 20 аминокислот, т.е. все белки состоят из 20 (!!) аминокислот (а белков у человека по некоторым данным около 70 тысяч!)

Универсальный генетический код - свойственный всем живым организмам (исключения конечно есть, но они не так существенны) способ кодирования последовательности аминокислотных остатков в составе белков при помощи последовательности нуклеотидов в составе нуклеиновой кислоты. Генетический код обладает свойствами:

Триплетность —  единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

Кто-то может уже молодец, и смог посчитать какое количество кодонов может быть составлено из 4х нуклеотидов, если кодон это 3 буквы генетического кода?  (64 кодона) Вы спросите, а что так много? А это и есть следущее свойство:

Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Непрерывность — между кодонами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно, будто в предложении нет пробелов.

Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).

Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте (однако, кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин).

Универсальность — генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; есть ряд исключений, показанный в таблице раздела «Вариации стандартного генетического кода» ниже).

Есть в коде и "знаки препинания": 3 стоп кодона (УАГ, УАА, УГА), старт-кодон, он же АУГ, он же аминокислота метионин, он же старт кодон.

Только для двух аминокислот всего один кодон: метионин, триптофан.

4. Геном и ген (тут мы немного отдохнем)

Геном — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания жизнедеятельности организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК.

Ген, наверное, самое спорное понятие генетики, никто так и не придумал хорошего и ёмкого определения гену. Тут будем считать, что ген - участок ДНК, с которого происходит транскрипция и в конечном итоге получается продукт.

Каковы же размеры геномов разных видов?

Например, попробуйте решить небольшую задачку:

Дано 6 видов организмов: круглый червь, кишечная палочка, дрожжи, пшеница, мушка дрозофила и человек. Давайте угадаем, у кого же самый длинный геном, а у кого самый маленький, и расположим их в порядке возрастания?

думаем....

думаем...

думаем...

Додумались?

я надеюсь, что вы угадали: кишечная палочка, дрожжи, круглый червь, дрозофила, человек, пшеница.

И правда, обратившись к таблице, мы видим, что не такой уж и человек "венец природы" по длине геномов. И будем сильно заблуждаться, как и заблуждались ученые ранее, считавшие, что чем сложней организм, тем длинней его геном. Сейчас мы рассуждаем в рамках концепции более развитый организм - большее число продуктов (белков), способных получиться из генома, т.е. на передний план выходит соотношение число белков/число генов. (в этом и лидирует). А как получается, что число генов не равно числу белков, а еще и меньше, мы узнаем в следующих постах.

Список литературы по данным темам:

1) Льюин "Гены"

2) Сингер М., Берг П. "Гены и геномы"

3) Ричард Докинз "Эгоистичный  ген" (интересный науч поп)

Жду ваши советы, вопросы, пожелания в комментарии.

Следующие посты уже будут более конкретными. Если эта информация оказалась слишком просто и очевидной, не судите строго, тогда сразу нырнем в дебри молекулярной биологии.