9.2 Основные этапы экспрессии генов (реализации генетической информации)
Экспрессия генов – совокупность биохимических процессов, в результате которых проходит преобразование генетической информации, представленной в последовательности нуклеотидов ДНК, в структуру молекулы иРНК, а затем в последовательность аминокислот в молекуле белка. Реакции синтеза иРНК и белка, осуществляются по матрицам (ДНК и РНК соответственно). Поэтому они получили название реакций матричного синтеза.
Р
Трансляция
еализация генетической информации – экспрессия генов – выражается в процессах транскрипции и трансляции, что схематически можно представить так:
Транскрипция
9.2.1. Транскрипция – процесс перенесения (переписывания) генетической информации с ДНК на РНК. Матрицей для синтеза РНК служит только одна из двух цепей ДНК, так называемая кодогенная или матричная (она же смысловая) «+» цепь ДНК. Транскрипция происходит не на всей молекуле ДНК, а лишь на участке, отвечающем определенному гену. В процессе транскрипции образуются РНК всех трех типов – информационная (матричная), рибосомальная, транспортная.
Транскрипция состоит из множества молекулярных процессов, которые условно разделяют на этапы: инициация, элонгация, терминация.
Инициация транскрипции – начало синтеза РНК (запуск транскрипции), регулируется специфическими белками, активность которых зависит от метаболических процессов и нужд клетки.
Инициирует процесс транскрипции фермент РНК-полимераза, которая связывается с промоторным участком ДНК, а после это обеспечивает синтез РНК.
Промоторы прокариот и эукариот содержат короткие универсальные последовательности нуклеотидов, которые распознаются РНК-полимеразами и служат местом их присоединения. После присоединения к промотору РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК. Фермент геликаза разрывает водородные связи между азотистыми основаними параллельных цепей ДНК и они в этом месте расходятся. На одной из них (кодогенной) РНК-полимераза осуществляет синтез РНК по принципу элонгации (рис. 9.2.).
Рис.9.2. Схема синтеза мРНК
Матрицей для транскрипции мРНК служит кодогенная цепь ДНК, обращенная к ферменту своим 3ꞌ-концом
Элонгация – последовательное присоединение свободных нуклеотидов к кодогенной цепи ДНК по принципу комплементарности (А-У, Г-Ц) и соединение их в единую цепь при помощи РНК-полимеразы в полирибонуклеиновою цепочку.
Процесс элонгации требует присутствия ионов Mg2+ или Mn2+. Транскрипцию катализируют три разных типа полимераз. Это большие ферменты с четвертичной структурой. Первый тип синтезирует большие рибосомные РНК (рРНК), второй – транскрибирует гены, на которых закодированы полипептиды (образуется иРНК); третий - синтезирует тРНК и малую рРНК.
Терминация – завершение синтеза РНК в участке-терминаторе, который узнаётся РНК-полимеразой при участии особых белков факторов-терминации. В этом участке РНК-полимераза отделяется от матрицы ДНК от вновь синтезированной РНК. Фрагмент молекулы ДНК, который находится между промотором и терминатором образует единую транскрипцин - транскриптон.
В результате процесса транскрипции синтезируются разные виды РНК. Эти молекулы для своей функциональной активности в большинстве случаев проходят этап тех или иных модификационных изменений. Этап «созревания РНК», в процессе которого первичный РНК-транскрип (про-иРНК) превращается в молекулу функционально активной зрелой иРНК, получил название процессинга.