Репликация

При размножении клеток каждая дочерняя клетка получает от материнской одинаковый набор молекул ДНК. Это возможно благодаря тому, что перед делением клетки молекула ДНК материнской клетки удваивается. Такой процесс удвоения ДНК называют репликацией.

В ходе репликации специальные белки-ферменты раскручивают двойную цепочку ДНК на две одинарные. После этого другие ферменты на каждой из нитей достраивают ее зеркальную копию по принципу комплементарности: тимидиловый нуклеотид — напротив аденилового, а гуаниловый — напротив цитидилового (рис. 22.1). Таким образом организм получает две одинаковые копии ДНК, которые можно распределить между дочерними клетками после деления материнской клетки.

Транскрипция

Как вы уже знаете, на этапе транскрипции происходит синтез молекулы иРНК по образцу одной из цепочек молекулы ДНК. Во время синтеза молекулы РНК нуклеотиды присоединяются к ее цепочке по принципу комплементарности (рис. 22.1). Обратите внимание, что напротив аденилового нуклеотида в цепи ДНК размещается уридиловый в цепи РНК (а не тимидиловый, как при синтезе ДНК).

Рис. 22.1. Принцип комплементарности в размещении нуклеотидов в цепях ДНК и РНК

Рис. 22.2. Процесс транскрипции

Транскрипция осуществляется большим комплексом ферментов, главным из которых является ДНК-зависимая РНК-полимераза (рис. 22.2). Такое название означает, что фермент создает полимерную цепочку РНК по образцу молекулы ДНК.

Процесс транскрипции начинается, когда РНК-полимераза обнаруживает на цепи ДНК зону промотора. Она прикрепляется к ДНК в этой зоне и начинает продвигаться вдоль цепи. При этом двойная спираль молекулы ДНК раскручивается, и РНК-полимераза считывает информацию только с одной из цепей ДНК. Она распознает нуклеотиды на цепи ДНК и присоединяет соответствующие нуклеотиды к цепи РНК (по принципу комплементарности). Новые нуклеотиды присоединяются к «хвосту» синтезирующейся цепи РНК. Участок ДНК, с которого фермент уже считал информацию, снова скручивается в спираль. Процесс транскрипции (синтез РНК) заканчивается, когда РНК-полимераза достигает терминатора.

Созревание (процессинг) РНК

Созревание РНК является важным этапом реализации наследственной информации у эукариот. Оно свойственно всем типам РНК и не происходит только в некоторых случаях.

Во время созревания (процессинга) РНК происходит:

— сплайсинг (вырезание интронов и соединение экзонов в синтезированной молекуле РНК с помощью мяРНК) (рис. 22.3);

— добавление к началу молекулы РНК нескольких модифицированных нуклеотидов, которые помогают транспортировать ее в цитоплазму;

— добавление к концу молекулы РНК нескольких адениловых нуклеотидов (полиаденилирование), которые помогают транспортировать ее в цитоплазму.

Рис. 22.3. Процесс созревания РНК

Процесс созревания позволяет клеткам эукариот проводить так называемый альтернативный сплайсинг, во время которого из одной молекулы РНК могут образовываться различные комбинации экзонов. При этом из одного исходного варианта образуются разные белки. О масштабе этого процесса свидетельствует тот факт, что в геноме человека чуть больше 20 000 генов, а в клетках насчитывают более 250 тысяч белков.

Обратная транскрипция

Кроме обычной транскрипции в клетках может происходить процесс обратной транскрипции. В этом процессе события происходят в обратном порядке по сравнению с обычной транскрипцией. Осуществляет его комплекс ферментов, главным из которых является обратная транскриптаза (ее часто называют ревертаза). Это специальный фермент, который строит цепочку ДНК по образцу цепочки РНК.

Рис. 22.4. Обратная транскрипция

Принцип построения также базируется на принципе комплементарности. Напротив гуанилового нуклеотида РНК в цепочке ДНК располагается цитидиловий нуклеотид, а напротив цитидилового — гуаниловый. Уридиловый нуклеотид в состав ДНК не входит, поэтому напротив аденилового нуклеотида РНК в цепочке ДНК располагается тимидиловый нуклеотид, а напротив уридилового — адениловый.

Особенно часто этот процесс используют вирусы, в которых нуклеиновая кислота представлена РНК (рис. 22.4). Они проникают в клетки живых организмов и там с помощью фермента ревертазы по своей РНК синтезируют ДНК. А уже эта ДНК встраивается в геном клетки и начинает контролировать процессы, которые в ней происходят.

Для обеспечения дочерних клеток копиями материнской ДНК используется процесс репликации (удвоения ДНК). Синтез нужных клетке органических молекул происходит с использованием информации, хранящейся в ДНК клетки. Первым этапом реализации наследственной информации является транскрипция — процесс синтеза молекулы РНК по образцу одной из цепей молекулы ДНК. Этот процесс осуществляется ферментом РНК-полимераза. Вторым этапом, который происходит в ядре клетки, является созревание РНК. При этом из молекулы РНК удаляются нитроны и к ней прикрепляются дополнительные нуклеотиды, которые способствуют транспортировке молекулы из ядра в цитоплазму.