Реализация наследственной информации в клетке

Вопрос 1. Вспомните полное определение понятия «жизнь».

В середине XIX в. Фридрих Энгельс писал: «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой, причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и жизнь, что приводит к разложению белка». На современном уровне знаний это классическое определение жизни дополнено представлением об исключительной значимости нуклеиновых кислот — молекул, которые содержат генетическую информацию, позволяющую организмам самовозобновляться и самовоспроизводиться .

Приведем одно из современных определений: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот». При этом понятие «открытая система» подразумевает отмеченный еще Ф. Энгельсом обмен веществами и энергией с окружающей средой ; понятие «саморегуляция» — способность к поддержанию постоянства химического состава, структуры и свойств. Важным условием успешной саморегуляции является раздражимость — способность организма реагировать на информацию, поступающую из внешнего мира.

Вопрос 2. Назовите основные свойства генетического кода и поясните их значение.

Можно выделить семь основных свойств генетического кода.

Триплетность. Три стоящих подряд нуклеотида кодируют одну аминокислоту.

Однозначность. Один триплет не может кодировать более одной аминокислоты.

Избыточность. Одна аминокислота может быть кодирована более чем одним триплетом.

Непрерывность. Между триплетами не существует «знаков препинания». Если «рамку считывания» сдвинуть на один нуклеотид, то весь код будет расшифрован неверно.

В качестве примера приведем предложение, состоящее из трехбуквенных слов: жил был кот кот был сер. Теперь сдвинем «рамку считывания» на одну букву: илб ылк отк отб ылс ер.

Генетический код является неперекрывающимся. Любой нуклеотид может входить в состав только одного триплета.

Полярность. Существуют триплеты, определяющие начало и конец отдельных генов.

Универсальность. У всех живых организмов один и тот же триплет кодирует одну и ту же аминокислоту.

Вопрос 3. Какова сущность процесса передачи наследственной информации из поколения в поколение и из ядра в цитоплазму, к месту синтеза белка?

При передаче наследственной информации из поколения в поколение молекулы ДНК удваиваются в процессе дупликации. Каждая дочерняя клетка получает одну из двух идентичных молекул ДНК. При бесполом размножении генотип дочернего организма идентичен материнскому.

При половом размножении организм потомка получает собственный диплоидный набор хромосом, собранный из гаплоидного материнского и гаплоидного отцовского наборов.

При передаче наследственной информации из ядра в цитоплазму ключевым процессом является транскрипция — синтез РНК на ДНК. Синтезированная молекула иРНК является комплементарной копией определенного фрагмента ДНК — гена и содержит информацию о строении определенного белка. Такая молекула иРНК является посредником между хранилищем генетической информации — ядром и цитоплазмой с рибосомами, где создаются белки.

Рибосомы используют иРНК как матрицу для синтеза белка в процессе трансляции.

Вопрос 4. Где синтезируются рибонуклеиновые кислоты?

Рибонуклеиновые кислоты синтезируются в ядре. Образование рРНК и сборка субъединиц рибосом происходят в особых участках яд — pa — ядрышках. Небольшое количество РНК синтезируется в митохондриях и пластидах, где имеется собственная ДНК и собственные рибосомы.

Вопрос 5. Расскажите, где происходит синтез белка и как он осуществляется.

Синтез белка происходит в цитоплазме и осуществляется с помощью специализированных органоидов — рибосом. Молекула иРНК соединяется с рибосомой тем концом, с которого должен начаться синтез белка. Аминокислоты, необходимые для синтеза белковой цепи, доставляются молекулами транспортных РНК . Каждая тРНК может переносить только одну из 20 аминокислот .

Какую конкретно аминокислоту переносит тРНК, определяет триплет нуклеотидов, расположенный на верхушке центральной петли тРНК, — антикодон.

Если антикодон окажется комплементарен триплету нуклеотидов иРНК, находящемуся в данный момент в контакте с рибосомой, произойдет временное связывание тРНК с иРНК, и аминокислота будет включена в белковую цепь.

На следующем этапе освободившаяся тРНК уйдет в цитоплазму, а рибосома сделает «шаг» и сдвинется к следующему триплету иРНК. Затем к этому триплету подойдет тРНК с соответствующим антикодоном и доставит очередную аминокислоту, которая будет присоединена к растущему белку.

Таким образом, включение аминокислот в белковую цепь происходит строго в соответствии с последовательностью расположения триплетов цепи иРНК.