Раздел I молекулярная генетика

Молекулярная генетика исследует процессы, связанные с наследственностью и изменчивостью на молекулярном уровне. Ген- это участок молекулы ДНК, включающий регуляторные последовательности и соответствующий одной единице транскрипции, в которой находится информация о структуре одной полипептидной цепи или молекулы РНК. Это участок ДНК, ответственный за формирование какого-то определенного признака. Однако ген не превращается в признак, и от гена до признака существует серия промежуточных реакций. Он определяет лишь первичную структуру белка, т.е. последовательность расположения в нем аминокислот, от которой во многом и зависит его функция. Белки-ферменты управляют биохимическими реакциями в организме. Для каждой реакции существует свой специфический белок-фермент. Ход биохимических реакций обуславливает проявление того или иного признака. Таким образом, функцию гена можно представить следующей схемой: ген - белок - биохимическая реакция - признак.

В молекулярном плане ген - это фрагмент молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) - знаменитой двойной спирали, открытой еще в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Молекула ДНК - полимер, мономером которой является нуклеотид. Нуклеотид состоит из моносахарида - дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и азотистого основания. В состав ДНК входят азотистые основания четырех типов: пурины (аденин (А) и гуанин (Г)), и пиримидины (тимин (Т) и цитозин (Ц)). Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепь посредством фосфодиэфирных связей через остаток фосфорной кислоты, который присоединяется к 3’-положению одной дезоксирибозы и к 5’-положению - другой. Цепи соединяются друг с другом за счет водородных связей между азотистыми основаниями по принципу комплементарности так, что аденин располагается напротив тимина, гуанин – напротив цитозина. Именно в чередовании азотистых оснований закодирована последовательность аминокислот в белковой молекуле и специфичность самого белка.

Местоположение каждой аминокислоты в белковой цепи предопределяется триплетами нуклеотидов, т.е. тремя рядом стоящими азотистыми основаниями в одной из цепочек ДНК. Расшифровка кода осуществляется с помощью рибонуклеиновых кислот (РНК).

«Центральная догма молекулярной биологии»:

ДНКиРНКбелокпризнак.

Процесс расшифровки начинается с синтеза информационной РНК (иРНК). иРНК - полимер, состоящий из одной цепочки нуклеотидов. В состав ее нуклеотидов также входит моносахарид (рибоза), остаток фосфорной кислоты и одно из азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин или урацил (У)).

Синтез РНК происходит по матричной цепи ДНК. Построение молекулы осуществляется таким образом, что комлементарные азотистые основания РНК строятся напротив соответствующих азотистых оснований ДНК: Ц-Г, А-У, Т-А, Г-Ц. Процесс считывания информации на иРНК называется транскрипцией. Естественно, что иРНК эукариот копирует не только кодирующие участки- экзоны, но и некодирующие участки – интроны, вырезаемые позднее. Первичный транскрипционный продукт (незрелая иРНК), синтезированная в ядре подвергается процессингу: кэпирование 5^I– конца, полиаденилирование 3^I– конца, вырезание интронов и сшивание экзонов (сплайсинг).

Следующий этап расшифровки происходит в цитоплазме на рибосомах, где осуществляется сборка полипептидной цепи из аминокислот, т.е. процесс синтеза белка. В этом процессе участвуют транспортные РНК (тРНК), функция которых – перенос аминокислот к рибосоме и нахождение в полипептидной цепи предусмотренного иРНК - кодом места для каждой аминокислоты. Все аминокислоты распознаются собственными тРНК. Комплекс тРНК с аминокислотой называется аминоацил-тРНК.

Сборка полипептидной цепи происходит по следующей схеме. С места контакта иРНК с рибосомой начинается отсчет триплетов. К рибосоме же подходят аминоацил-тРНК. Так как, у эукариот стартовым кодоном в иРНК является АУГ, то в антикодоне первой аминоацил-тРНК, которая транспортирует аминокислоту метионин, будет триплет УАЦ. Одновременно в рибосоме размещается два триплета а аминоацильном и пептидильном центрах и соответственно две аминоацил-тРНК. Между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, а рибосома по иРНК продвигается на один триплет. Объединение аминокислот в пептидильном центре коллинеарно триплетам называется трансляцией.

Предлагаемые задачи рассчитаны главным образом на расшифровку структуры белка по известным данным о строении ДНК и обратный анализ с помощью таблицы кодирования аминокислот (прил. 1)