Раздел 1

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

1.2. Молекулярно-генетический и клеточный уровни организации жизни

1.2.3. Наследственный аппарат еукаріотичних клеток и его функционирования на молекулярном уровне

Клетки способны поддерживать высокую упорядоченность своей организации благодаря генетической информации, которая сохраняется, воспроизводится, реализуется и совершенствуется. В основе названных фундаментальных явлений являются молекулярные процессы, происходящие с помощью ДНК и СНК.

Они являются генетическим материалом для всех живых организмов, включая вирусы.

Установление структуры ДНК открыло новую эпоху в биологии, так как позволило понять, каким образом живые клетки, а значит и организмы, точно воспроизводят себе подобных и как в них кодируется информация, которая необходима для регуляции их жизнедеятельности.

Дж. Уотсон и Ф. Крик установили, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль. Мономером цепи является нуклеотид. Последовательность нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в поліпептидному цепи. Одна аминокислота кодируется триплетом нуклеотидов (генетический код).

Для передачи генетической информации с ядра, где находится ДНК, нужна іРНК. ЕЕ синтез на матрице ДНК (транскрипция) необходим для переноса информации до цитоплазмы, где на рибосомах происходит синтез полипептидной цепи (трансляция), в котором принимают участие іРНК, рРНК, тРНК.

Сегодня известны строение и функции ДНК и РНК, что позволяет вмешиваться в тонкие механизмы наследственности с целью лечение многих болезней человека.

1.2.3.1. Организация потока биологической информации в клетке

Клетки состоят из белков, на долю которых приходится почти половина сухого вещества. Белки определяют структуру, форму и функции клетки. Известно более 170 аминокислот, но только 20 из них определяют поліпептидну молекулу. Белки являются полимерами, а аминокислоты - их мономерные звенья. Разнообразие белков ограничена и обусловлена уникальной, свойственной для каждого белка аминокислотной последовательностью.

Однако в природе не доказано ни одного случае, когда молекула белка (полипептида) синтезировала себе подобную молекулу.

Биологическая информация хранится в генах в структуре ДНК в такой форме, что она может точно копироваться и передаваться следующим клеткам. Однако гены, так же как и ДНК, не способны к прямого синтеза поли - пептидных цепей. Каким образом полинуклеотиды (ДНК, гены) обусловливают синтез полипептидов? Как осуществляется поток биологической информации?

Наследственная информация, записанная в ДНК линейной последовательности нуклеотидов (рис. 1.46). Передача (перенос) информации начинается разделением двух комплементарных цепей, на каждом из которых образуется новая молекула ДНК. Во время транскрипции развернутого цепи из определенных фрагментов ДНК образуется РНК. Такой первичный транскрипт РНК значительно длиннее зрелую молекулу РНК. Очевидно, что значительная часть первичного транскрипта РНК разрушается в ядре и только 1/20 его поступает к цитоплазмы. Это и есть собственно мРНК, или ІРНК. Молекулы РНК - одноланцюгові, они короче ДНК. Количество образовавшихся молекул РНК с определенной участки ДНК контролируется регуляторными белками. Следовательно, ДНК направляет синтез специфических РНК.

Рис. 1.46. Пространственная модель ДНК.

Транскрипция генетической информации с ДНК на РНК и является первым шагом потока биологической информации. РНК-продукт не остается комплементарно связываясь с ДНК-матрицей. Только после синтеза РНК двойная спираль ДНК восстанавливается. Следующий шаг - трансляция мРНК. В еукаріотичних клетках продолжительность существования этой молекулы различна - от 30 мин. до 10 ч.

Молекула мРНК покидает ядро, получается в цитоплазму и направляет синтез определенного белка на рибосомах. Перенос информации от мРНК к белка основывается на принципе комплементарности оснований, как и перенос генетической информации от ДНК к ДНК, или от ДНК к РНК.

Следовательно, генетическая информация записана в линейной последовательности нуклеотидов ДНК. При участии РНК эта информация поступает (транслируется) к рибосомам с образованием полипептида из аминокислот.

Поток биологической информации происходит такими путями: