Реализация генетической информации.

 

Основная догма молекулярной биологии. Транскрипция.

 

Примером третьей стадии пластического обмена веществ является биосинтез белков.

После открытия структуры ДНК начала развиваться особая отрасль биологии – молекулярная биология. К середине 60-х годов ХХ века был сформулирован основной принцип молекулярной биологии, который выражается в формуле ДНК ® РНК ® белок. Это значит, что на матрицах ДНК синтезируются молекулы информационной РНК, а с молекул информационной РНК считывается информация о белке.

Ген – это участок ДНК или РНК, на котором записана последовательность одного белка.

Процесс синтеза информационной РНК называется транскрипцией. Процесс образования белков на матрицах информационной РНК называется трансляцией.

Транскрипцию осуществляет фермент РНК-полимераза. Этот фермент соединяет между собой рибонуклеотиды, составляющие остов молекулы РНК. Делает это фермент на основании считывания последовательности молекулы ДНК и, достраивая комплементарные ей последовательности. Показано, что в этом процессе только одна из двух цепей ДНК играет роль матрицы. Бывают, правда, и исключения – это ДНК некоторых вирусов.

 

Генетический код.

 

Следующий этап биосинтеза белка – трансляция – происходит на особых органоидах – рибосомах. Здесь возникает проблема генетического кода, так как в белке 20 аминокислот, а в нуклеиновых кислотах всего 4 нуклеотида.

Природа генетического кода была определена к началу 60-х годов ХХ века. Код обладает рядом особенностей.

1. Код триплетный, то есть каждой аминокислоте в белке соответствуют три нуклеотида. Эта тройка называется триплетом или кодоном.

2. Код вырожденный. Вариантов триплетов 64, а аминокислот всего 20. Значит, некоторым аминокислотам в белках соответствует не один, а несколько кодонов.

3. Код неперекрывающийся и не имеет запятых. Иными словами два триплета, кодирующие соседние аминокислоты в белке в ДНК и РНК идут друг за другом, и между ними нет вставок.

4. Генетический код является универсальным для всей живой природы.

 

3. Трансляция.

 

Процесс трансляции происходит на рибосомах. Посредником между информационной РНК и аминокислотами, которые не имеют химического сродства, являются особые молекулы – транспортные РНК. Они устроены таким образом, что имеют разные концы, имеющие сродство и с РНК и с аминокислотами. Поскольку значащих аминокислот в генетическом коде 61, то и транспортных РНК столько же разновидностей. Три кодона УАА, УГА и АУГ называются бессмысленными. Они стоят на концах генов и указывают на окончание считывания.

Для соединения аминокислот с транспортными РНК служит особый фермент тРНК синтетаза или, точнее, амино-ацил - тРНК синтетаза.

Таким образом, для нормального протекания трансляции необходимы следующие компоненты: информационная РНК, транспортные РНК, свободныеаминокислоты, рибосомы, тРНК синтетаза, белковые факторы и АТФ.

Процессы транскрипции и трансляции у безъядерных и ядерных организмов протекают по-разному. У безъядерных организмов эти процессы протекают одновременно. Рибосомы во время трансляции двигаются по РНК как бусины по нитке. У ядерных организмов рибосомы, напротив, неподвижны, так как прикреплены к мембранам. Кроме того, процессы транскрипции и трансляции разорваны во времени и пространстве. Эти, на первый взгляд незначительные различия играют важную роль в регуляции активности генов.

 

 

4. СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ. ОСОБЕННОСТИ КЛЕТОК ЖИВОТНЫХ, РАСТЕНИЙ, ГРИБОВ, БАКТЕРИЙ. ВИРУСЫ.

 

1. Строение клетки. Клеточная мембрана.

 

Клетка – это целый мир. Её устройство достаточно сложно. Кроме того, говоря о клетках, мы можем иметь в виду клетки разных организмов, тканей органов. Таким образом, каждая разновидность клетки имеет свои неповторимые особенности. Давайте постараемся выбрать из этого разнообразия те черты и особенности, которые объединяют клетки разных типов. Идеальная клетка состоит из трех частей: ядра, цитоплазмы, клеточной мембраны.

Начнем разговор о строении клетки с клеточной мембраны. Строение мембраны во многом остается загадочным. Известно, что главное её свойство – это избирательная проницаемость. Но чем она обеспечивается?

Еще в 30-х годах ХХ века была выдвинута гипотеза, названная по имени её авторов моделью Давсона – Данеэли. По этой модели в основе мембраны лежит двойной гидрофобный слой жиров. Этот слой окружен двумя слоями белков.

Однако к началу 70-х годов накопились данные, противоречащие этой гипотезе. В результате была выдвинута модель, получившая название модели Сингера – Николсона. Это модель динамической мембраны. В основе этой модели все тот же двойной слой жиров, но белки, согласно этой модели подвижные острова в море жиров. Белки образуют гидрофильные каналы или поры, через которые могут проникать в клетки вещества. Этим и объясняется полупроницаемость мембраны

Способов проникновения в клетку веществ через мембрану несколько. Прежде всего, это пассивная диффузия. Диффузия – это движение веществ в сторону их меньшей концентрации. Диффузия воды через полупроницаемую мембрану называется осмосом. При этом на мембрану раствор большей концентрации оказывает давление, называемой осмотическим давлением. Если внешнее осмотическое давление слишком велико, клетка как бы сморщивается, а если, напротив, слишком мало, то она как бы разрывается изнутри. Например, эритроциты – красные клетки крови – можно сохранить только в физиологическом растворе, концентрация которого составляет 0,9 % хлорида натрия, причем, и не больше и не меньше.

Еще одним способом проникновения веществ через клеточную мембрану является активный транспорт. Этот способ сопряжен с затратами энергии. Яркий пример действия активного транспорта – это, так называемый, натриево-калиевый насос. Благодаря этому механизму, в клетку свободно проникают ионы калия, а ионы натрия остаются на поверхности клетки. Это механизм важен для проведения нервного импульса. Не вдаваясь в детали, отметим, что из-за разницы в способности этих ионов проникать в клетку возникает, так называемый, потенциал покоя, который во время проведения нервного импульса превращается в потенциал действия, а иными словами, электрический ток.

Клеточная мембрана – это ворота клетки, а за этими воротами начинаются цитоплазма и ядро.

 

2. Ядро. Отличия ядерных и безъядерных организмов.

 

Ядро – генеральный штаб клетки. Здесь сосредоточена большая часть наследственной информации. Ядро отделено от цитоплазмы ядерной мембраной, которая также обладает избирательной проницаемостью. Внутри ядро заполнено ядерным соком, в котором находится хроматин. Хроматин – этокомплекс нуклеиновых кислот и белков. Белкам в этом комплексе отводится, на первый взгляд, второстепенная роль, так как наследственная информация сосредоточена, главным образом, в ДНК клеток. Однако, по-видимому, белки играют роль регуляторов активности генов в клетках. Во время деления клетки ДНК упаковывается с помощью белков в хромосомы. В таком виде она передается от материнской клетки к дочерним клеткам. Число хромосом строго видоспецифично, например, у человека их 46, а у плодовой мушки – 8.

В клетках, где активно синтезируются белки, наблюдается еще одно образование – ядрышко. Это образование место активного синтеза РНК.

Наиболее принципиально различаются клетки ядерных или эукариотических организмов с клетками безъядерных или прокариотических организмов. Главные отличия состоят в следующем.

1. Прокариотические клетки не имеют ядра. В цитоплазме имеется ядерная область, где находится кольцевая ДНК.

2. У бактерий и других прокариотических организмов отсутствуют многие органоиды – эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи, митохондрии, лизосомы и другие.

3. Рибосомы у прокариотических организмов меньших размеров и как бы свободно плавают в цитоплазме. Это, как подчеркивалось выше, имеет весьма принципиальное значение при протекании процесса биосинтеза белка.

4. В клетках фотосинтезирующих бактерий нет пластид. Их роль выполняет клеточная мембрана.

5. Клеточная мембрана играет также важную роль и в половом процессе бактерий.

Все эти отличия не позволили безъядерным организмам увеличить размеры клетки. Не создали безъядерные организмы и многоклеточных форм.

Отличия между клетками многоклеточных и одноклеточных ядерных организмов также весьма существенны. Клетка одноклеточного организма по строению сложнее любой отдельно взятой клетки многоклеточного

 

 

Схема строения клетки.

 

Клетка