§ 25. ТРАНСКРИПЦИЯ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РНК

Основные понятия и ключевые термины: Экспрессия генов. ТРАНСКРИПЦИЯ. иРНК. тРНК. рРНК.

Вспомните! Что такое РНК и ДНК?

Подумайте!

Франц Марк. Синий конь. 1911

Экспрессии (от лат. expressio - выражение) бывают разными. За создание новых поэтических экспрессий в американской песенной традиции лауреатом Нобелевской премии по литературе в 2016 г. стал Боб Дилан. Всемирно известная картина «Синий конь» прославила художественную экспрессию немецкого живописца Ф. Марка. Литературная экспрессия присуща произведениям таких известных украинских писателей, как В. Стефаник, А. Турянский, Н. Хвылевой. А что такое экспрессия в молекулярной биологии?

СОДЕРЖАНИЕ

Какие особенности отличают экспрессию генов?

Экспрессия генов - процессы использования наследственной информации генов для синтеза функциональных продуктов — молекул РНК и белков. Если конечным продуктом экспрессии генов является белок, то процесс экспрессии называется биосинтезом белков, а ген - белковым. Если на генах ДНК синтезируются транспортные РНК, то это гены тРНК, если рибосомальные РНК - это гены рРНК. Биосинтез РНК называется транскрипцией. Таким образом, благодаря экспрессии генов в клетках появляются белки, иРНК, тРНК и рРНК.

Ил. 61. Экспрессия генов в молодой (1) и старой (2) клетках

Процесс экспрессии генов присущ всем неклеточным и клеточным организмам, но первым для реализации генетической информации нужна клетка хозяина. Реализация наследственной информации требует больших затрат энергии АТФ, большого количества ферментов и структур клетки.

Экспрессия генов активно регулируется и является основой роста и развития клеток и их адаптации к условиям окружающей среды. На реализацию наследственной информации влияют как внутренние (гормоны, факторы роста), так и внешние (температура, излучение, антибиотики) (ил. 61). Так, тормозящее действие на синтез РНК оказывает аманитин - ядовитое вещество из бледной поганки, которое действует на РНК-полимеразы и блокирует синтез иРНК (ил. 62).

Ил. 62. Бледная поганка - ядовитый гриб, содержит аманитин

Основой экспрессии генов являются реакции матричного синтеза - это реакции синтеза новых молекул в соответствии с планом, заложенным в структуре молекул, которые уже существуют. Матричный синтез является специфической особенностью живого.

Итак, экспрессия генов - это реализация наследственной информации клеток с образованием РНК и белков, происходящая с разной скоростью в разных клетках под воздействием условий среды.

Как происходит транскрипция?

ТРАНСКРИПЦИЯ (от лат. transcriptio - переписывание) - передача информации о первичной структуре белка с молекулы ДНК на иРНК, происходящая на основе принципа комплементарности. Транскрипция катализируется ферментами РНК-полимеразы и осуществляется в ядре, а в прокариотических клетках - в нуклеоиде.

За открытие механизма синтеза РНК испанский биохимик С. Очоа вместе А. Корнбергом получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине (1959).

Уровень транскрипции генов чётко регулируется с помощью специальных белков (факторы транскрипции) и малых молекул РНК (явление РНК-интерференции). Эти воздействия имеют большое значение для адаптации организмов к изменениям условий среды, процессов развития, клеточного цикла и коммуникации клеток.

Обычно процесс транскрипции делится на 3 стадии. На начальной стадии транскрипции происходит расплетение ДНК и связывание РНК-полимеразы с промоторной последовательностью гена, что является сигналом для начала транскрипции. Следующей является стадия, во время которой наращивается цепь РНК, то есть происходит последовательное присоединение рибонуклеотидов на основе принципа комплементарности. Конечной стадией транскрипции является стадия завершения считывания информации с ДНК на РНК при достижении терминаторной последовательности гена. Результатом является образование первичной РНК (проРНК) (ил. 63).

Ил. 63. Направление транскрипции

После транскрипции в клетках эукариотов происходит созревание проРНК (процессинг). В результате процессинга проРНК превращается в зрелую информационную РНК (иРНК), которая экспортируется из ядра в цитоплазму.

Итак, транскрипция - это процесс синтеза РНК с использованием ДНК как матрицы, происходящий во всех живых клетках.

Чем и почему отличаются разные типы РНК между собой?

В процессе транскрипции образуются основные типы РНК - иРНК, тРНК, рРНК.

Информационная (или матричная) РНК (иРНК, или мРНК) может содержаться в цитоплазме, ядре, митохондриях, хлоропластах, образовывать с рибосомами комплекс - полисому. Содержание иРНК в клетке - около 5 %. Количество нуклеотидов колеблется от 300 до 30 000, что зависит от сложности гена. Основные функции иРНК - перенос генетической информации от ДНК к рибосомам и непосредственное участие в синтезе белковых молекул (ил. 64).

Ил. 64. Схема строения полисомы (комплекс иРНК с рибосомами для быстрого синтеза многих молекул одного вида белка)

Транспортные РНК (тРНК) составляют около 15 % всей РНК клетки. Эти молекулы содержатся в цитоплазме, митохондриях и хлоропластах, состоят из 70-90 рибонуклеотидов. Основная функция тРНК - перенос аминокислот к рибосомам, на которых синтезируются белковые молекулы. Каждый вид тРНК высоко специфичен, то есть переносит только конкретную аминокислоту. Транспортная РНК имеет вторичную структуру, которая поддерживается водородными связями и по форме напоминает листок клевера. У верхушки «листка» три нуклеотида, которые соответствуют определённой аминокислоте по генетическому коду. Они называются антикодоном. А с противоположной стороны, у основания молекулы тРНК, есть участок, к которому присоединяется аминокислота (ил. 65).

Ил. 65. Строение молекулы тРНК: 1-4 - участки соединения комплементарных рибонуклеотидов; 5 - участок присоединения аминокислоты; 6 - антикодон

Рибосомные РНК (рРНК) входят в состав рибосом про- и эукариотических клеток. Молекулы рРНК составляют до 80 % всей РНК клетки, содержат 3-5 тысяч нуклеотидов и вместе с белками обеспечивают определённое расположение иРНК и тРНК при синтезе белковой молекулы.

Итак, различные типы РНК отличаются строением, количеством нуклеотидов, составом, выполняют различные функции.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

Примените знания и с помощью таблицы охарактеризуйте процесс транскрипции.

ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСКРИПЦИИ В КЛЕТКАХ ЭУКАРИОТОВ

Самостоятельная работа с таблицей

Рассмотрите иллюстрацию типов РНК. С помощью таблицы и учебника сопоставьте типы РНК и сформулируйте вывод.

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Наука

В 2006 г. Е. Файр и К. Мелло получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытие РНК-интерференции - подавления экспрессии генов двухцепочечной РНК». Эти учёные показали, что введение коротких РНК в клетки нематоды Caenorhabditis elegans угнетало реализацию наследственной информации гена. Оцените значение знаний транскрипции и РНК-интерференции для медицины и биотехнологии.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)