днк функции. 4Функции ДНК. 4Функции днк хранение и передача информации репарация репликация
 Скачать 21.05 Kb.
|
|
4Функции ДНК: хранение и передача информации; репарация; репликация. Две цепи ДНК в области гена принципиально различаются по своей функциональной роли: одна из них является кодирующей, или смысловой, вторая — матричной. Это значит, что в процессе «считывания» гена (транскрипции или синтеза пре-мРНК) в качестве матрицы выступает матричная цепь ДНК. Продукт же этого процесса-пре-мРНК — по последовательности нуклеотидов совпадает с кодирующей цепью ДНК (с заменой тиминовых оснований на урациловые). Таким образом, получается, что с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей цепи ДНК. Главными матричными процессами, присущими всем живым организмам, являются репликация ДНК, транскрипция и трансляция. Репликация — процесс, при котором информация, закодированная в последовательности оснований молекулы родительской ДНК, передается с максимальной точностью дочерней ДНК. При полуконсервативной репликации дочерние клетки первого поколения получают одну цепь ДНК от родителей, а вторая цепь является вновь синтезированной. Процесс осуществляется при участии ДНК-полимераз, которые относятся к классу трансфераз. Роль матрицы играют разделенные цепи двунитевой материнской ДНК, а субстратами являются дезоксирибонуклеозид-5'-трифосфаты. Транскрипция — процесс переноса генетической информации от ДНК к РНК. Все виды РНК - мРНК, рРНК и тРНК - синтезируются в соответствии с последовательностью оснований в ДНК, служащей матрицей. Транскрибируется только одна, так называемая «+»-цепь ДНК. Процесс протекает при участии РНК-полимераз. Субстратами являются рибонуклеозид-5'-трифосфаты. Процессы репликации и транскрипции у прокариот и эукариот существенно различаются по скорости протекания и по отдельным механизмам. Трансляция — процесс декодирования мРНК, в результате которого информация с языка последовательности оснований мРНК переводится на язык аминокислотной последовательности белка. Осуществляется трансляция на рибосомах, субстратами являются аминоацил-тРНК. Матричный синтез ДНК, катализируемый ДНК-полимеразами, выполняет две основные функции: репликацию ДНК — синтез новых дочерних цепей и репарацию двунитевых ДНК, имеющих разрывы в одной из цепей, образовавшихся в результате вырезания нуклеазами поврежденных участков этой цепи. У прокариот и эукариот существует три разновидности ДНК-полимераз. У прокариот выделены полимеразы I, II и III типов, обозначаемые как pol l, pol ll и pol III. Последняя катализирует синтез растущей цепи, pol играет важную роль в процессе созревания ДНК, функции pol ll изучены не полностью. В эукариотических клетках в репликации хромосом участвует ДНК-полимераза ά, в репарации — ДНК-полимераза β, а γ разновидность является ферментом, осуществляющим репликацию ДНК митохондрий. Эти Ферменты, независимо от типа клеток, в которых происходит репликация, присоединяют нуклеотид к ОН-группе на З'-конце одной из цепей ДНК, которая растет в направлении 5'→3. Поэтому говорят, что данные Ф обладают 5'→3'полимеразной активностью. Помимо этого все они проявляют способность деградировать ДНК, отщепляя, нуклеотиды в направлении 3'→5, т. е. являются 3'→5'-экзонуклеазами. В 1957 г. Мезельсон и Сталь, изучая E. coli установили, что на каждой свободной цепи фермент ДНК-полимераза строит новую, комплементарную цепь. Это полуконсервативный способ репликации: одна цепь старая – другая новая! Обычно репликация начинается в строго определенных участках, получивших название участков ori (от origin of replication), и от этих участков распространяется в обе стороны. Участкам ori предшествуют точки разветвления материнских цепей ДНК. Участок, примыкающий к точке разветвления, получил название репликативной вилки (рис.9). В ходе синтеза репликативная вилка перемещается вдоль молекулы, при этом расплетаются все новые участки родительской ДНК до тех пор, пока вилка не дойдет до точки терминации. Разделение цепей достигается с помощью специальных Ф — геликаз (топоизомераз). Энергия, необходимая для этого, высвобождается за счет гидролиза АТФ. Геликазы перемещаются вдоль полинуклеотидных цепей в двух направлениях. Для начала синтеза ДНК необходима затравка — праймер. Роль праймера выполняет короткая РНК (10—60 нуклеотидов). Она синтезируется комплементарно определенному участку ДНК при участии праймазы. После образования праймера в работу включается ДНК-полимераза. В отличие от геликаз ДНК-полимеразы могут перемещаться только от 3' к 5' концу матрицы. Поэтому элонгация растущей цепи по мере раскручивания двунитевой материнской ДНК может идти только вдоль одной цепи матрицы, той, относительно которой вилка репликации движется от 3' к 5' концу. Непрерывно синтезируемая цепь получила название лидирующей. Синтез на запаздывающей цепи также начинается с образования праймера и идет в направлении, противоположном ведущей цепи — от вилки репликации. Запаздывающая цепь синтезируется фрагментарно (в виде фрагментов Оказаки), т. к. праймер образуется только тогда, когда вилка репликации освободит тот участок матрицы, который имеет сродство к праймазе. Лигирование (сшивание) фрагментов Оказаки с образованием единой цепи носит название процесса созревания. При созревании цепи РНК-затравка удаляется как с 5' конца ведущей цепи, так и с 5' концов фрагментов Оказаки, а эти фрагменты сшиваются друг с другом. Удаление затравки осуществляется при участии 3'→5' экзонуклеазы. Этот же Ф вместо удаленной РНК присоединяет дезоксинуклеотиды, используя свою 5'→3' полимеразную активность. При этом в случае присоединения «неправильного» нуклеотида осуществляется «корректорская правка» — удаление оснований, образующих некомплементарные пары. Этот процесс обеспечивает чрезвычайно высокую точность репликации, отвечающую одной ошибке на 109 пар оснований. 6 Генети́ческий код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. Триплетность — значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон). Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно. 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)[11] Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. 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). Помехоустойчивость — мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными. 7Свойства гена дискретность — несмешиваемость генов; стабильность — способность сохранять структуру; лабильность — способность многократно мутировать; множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм; аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена; специфичность — каждый ген кодирует свой признак; плейотропия — множественный эффект гена; экспрессивность — степень выраженности гена в признаке; пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе; амплификация — увеличение количества копий гена 8особенности организации генов про- и эукариот. Строение оперона.Практически любой ген несёт информацию о строении какой-либо РНК. Эта информация закодирована в определённой последовательности триплетов. Однако сам ген функционировать практически не может. Необходим целый ряд дополнительных структур, зон или участков, которые не только включают и выключают работу гена, но и меняют интенсивность его работы в зависимости от нужд организма. К таким структурам относится множество разнообразных последовательностей ДНК, которые до настоящего времени не имеют общепризнанной классификации. Мы будем придерживаться наиболее простой (но далеко не полной) классификации. По ней дополнительные структуры подразделяются на два типа – регуляторные зоны и регуляторные гены. Регуляторные зоны это участки ДНК на которых не происходит синтез РНК, но которые служат местом связывания различных белков (или РНК). Эти последовательности часто называют регуляторными зонами, ( или регуляторные области, элементы, структуры, участки и др.). На регуляторных генах транскрибируется какая-либо РНК. Эта РНК может не кодировать белок, а осаждаться на регуляторной зоне гена. Но может и нести информацию о каком-либо белеке, тогда с регуляторной зоной связывается кодируемый РНК белок. Таким образом, в настоящее время большинство учёных приходит к мнению, что наименьшей функциональной областью в ДНК является совокупность состоящая из структурного гена, регуляторных зон и регуляторных генов. Сам ген представляет в основном кодирующую часть ДНК. Сразу же оговоримся, что у разных генов регуляторные области различны не только по строению, величине и другим параметрам, но и отличаются по пространственному положению относительно гена (или генов), функцию которого они курируют. Понятно, что рассмотреть строение всех известных генов и их регуляторных областей со всеми индивидуальными особенностями в нашем пособии невозможно. Поэтому приведём структуру некого гипотетического гена и его регуляторных областей, обозначив у них те участки, которые наиболее часто встречаются. Кроме того, мы рассмотрим строение не всех структурных генов, а тех, с которых транскрибируется иРНК, несущая информацию о структуре белка. Это важно помнить, т.к. строение других генов (с которых транскрибируются тРНК, рРНК или регуляторных генов несколько иное). |