Как работают гены?

Уотсон и Крик раскрыли химическую природу гена и предположили путь его редупликации. Однако один вопрос остался нерешенным: каким образом через образование специфических белков информация, содержащаяся в молекуле ДНК, влияет на структуру или функцию? Например, как ДНК «делает» вирулентным безвредный пневмококк, определяет форму листа или запах цветка или почему ваши глаза такого же цвета, что и глаза вашей матери?

Молекулы наследственности

Структура и функция клеток почти целиком зависят от состава клеточных белков, в частности ферментов. Поэтому особый интерес представляют процессы образования специфических белков с использованием генетической информации ДНК, когда определенная линейная последовательность оснований «передается» соответствующей линейной последовательности аминокислот (первичной структуре белка, которая существенна для детерминации его формы и функций).

На определенных этапах синтеза белка участвуют сходные с ДНК молекулы молекулы рибонуклеиновой кислоты (РНК). Их участие предполагалось давно, поскольку клетки, синтезирующие большие количества белка, содержат и много РНК. РНК несколько отличается от ДНК (см. гл. 3): сахарный компонент в молекуле РНК это рибоза, а не дезоксирибоза, как в ДНК; кроме того, РНК содержит пиримидин урацил (U) вместо тимина ДНК. РНК редко имеет двухцепочечную структуру; таким образом, ее свойства и активность иные, чем у ДНК.

Имеются три основных класса РНК: информационная, транспортная и рибосомальная. Информационная (матричная) РНК (мРНК) большая молекула величиной от нескольких сотен до 10 ООО нуклеотидов. Она образуется на одной цепи ДНК по тому же принципу комплементарности, который используется и при синтезе дочерней цепи ДНК. Присутствие аденина в родительской цепи ДНК определяет присоединение урацила к образующейся цепи мРНК. Каждая последовательность трех оснований в молекуле мРНК во время трансляции (т. е. синтеза белка на матрице РНК) соответствует одной аминокислоте; такую последовательность называют кодоном. Транспортная РНК (тРНК).

Ее иногда называют «словарем языка жизни». Существует несколько различных типов тРНК, по-видимому, по одному специфическому типу для каждого кодона генетического кода, т. е. кода, с помощью которого последовательность оснований в ДНК определяет последовательность аминокислот в образуемом белке (рис. 8-7). Генетический код одинаков у всех организмов, за исключением очень небольших деталей. Это одно из наиболее замечательных открытий в молекулярной биологии.

Гены бактерий могут прекрасно работать (при надлежащих условиях) в клетках млекопитающих. Гены растений могут быть введены в бактерию, где будут направлять синтез своих собственных продуктов. Эти данные не только подтверждают общность происхождения всех живых существ, но и лежат в основе разработки методов генной инженерии, столь многообещающих для прогресса человечества (см. гл. 30). Каждая молекула тРНК состоит примерно из 80 нуклеотидов, которые соединены в одну длинную цепь, образующую петли (рис. 8-8).

Отчасти специфичность отдельной тРНК определяется структурой ее антикодона, или последовательностью трех оснований, благодаря которой она узнает определенный триплетный кодон на мРНК. Установлены последовательности оснований многих типов тРНК. Эти последовательности различны, но все тРНК имеют сходное число оснований и одинаковую форму. Специфичность тРНК определяется и ее способностью связываться с определенной аминокислотой той, что соответствует антикодону.

Эта способность зависит отработы активирующих ферментов, которые узнают определенные аминокислоты и тРНК. Активирующие ферменты являются ключевыми элементами трансляции генетической информации; они связывают аминокислоту с соответствующей ей тРНК. Рибосомальная РНК (рРНК) обнаружена в рибосомах вместе со специфическими белками.

Рибосома состоит из двух субъединиц, каждая из которых построена из определенных РНК и белков. Например, у Escherichia сой малая субъединица рибосомы содержит один тип рРНК, а большая два типа. мРНК и тРНК вместе подходят к рибосоме. Возможно, рибосомы определяют расположение мРНК, тРНК, аминокислот и строящихся белков относительно друг друга в процессе белкового синтеза. Белки рибосом тоже активны; один из них, например, относится к ферментам, образующим пептидные связи. В клетках эукариот рРНК образуется на ДНК ядрышка. Хотя рибосомы этих клеток несколько крупнее, чем у Е. coli, они имеют сходное строение и выполняют те же функции, что и у бактерий.

_{П. Рейвн, Р. Эверт, С. Айкхорн, Современная ботаника В 2-х томах, Том 1, Перевод с английского канд. биол. наук В. Н. Гладковой, проф. М. Ф. Даниловой, д-ра биол. наук И. М. Кислюк, канд. биол. наук Н. С. Мамушиной под редакцией акад. А. Л. Тахтаджяна}

AOF | 18.11.2020 16:52:27