Учебно-методическое пособие для самостоятельных занятий (стр. 22 из 32)

Дальнейшая компактизация нуклеосомной нити обеспечивается гистоном Н1, который, соединяясь с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами, сближает их друг с другом. В результате образуется элементарная хроматиновая фибрилла, имеющая диаметр 20-30 нм и длину 1,2 мм.

Следующий уровень структурной организации генетического материала обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли (рисунок 39). В результате такой упаковки хроматиновая фибрилла диаметром 20-30 нм преобразуется в структуру диаметром 100-200 нм, называемую интерфазной хромонемой.

Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации, образуя структурные блоки, объединяемые в дальнейшем в метафазные хромосомы.

Молекула ДНК имеет значительную протяжённость. Ген – это участок молекулы ДНК протяжённостью около 1000 нуклеотидов. Ген включает в себя не только структурную часть, но и регуляторные последовательности. В 1961 г. Жакоб и Моно выдвинули предположение, что транскрипция генов находится под контролем регуляторного участка, названного оператором (О). Регуляция транскрипции на операторном участке осуществляется репрессором, вырабатываемым геном-индуктором (I). Репрессор, связываясь с оператором, подавляет транскрипцию. Если же репрессор связывается с индуктором, то происходит диссоциация комплекса репрессор-оператор и тем самым делая возможным транскрипцию (рисунок 40).

Синтез м-РНК (и-РНК) начинается с обнаружения РНК-полимеразой особого участка на молекуле ДНК (промотор), который указывает место начала транскрипции. После присоединения к промотору РНК-полимераза раскручивает виток спирали ДНК и две её цепи расходятся. Сборка рибонуклеотидов в цепь происходит с соблюдением их комплементарности нуклеотидам ДНК, а также антипараллельно по отношению к матричной цепи ДНК. В связи с тем, что РНК-полимераза способна собирать полинуклеотид лишь от 5^′- к 3^′-концу, матрицей для транскрипции может служить только та цепь, которая обращена к ферменту 3^′-концом (эту цепь называют кодогенной).

РНК-полимераза, продвигаясь вдоль кодогенной цепи ДНК, осуществляет понуклеотидное переписывание информации до тех пор, пока не встретит специфическую нуклеотидную последовательность – терминатор. В этом участке РНК-полимераза отделяется как от матрицы ДНК, так и от вновь синтезированной м-РНК. По мере продвижения РНК-полимеразы пройденные ею одноцепочечные участки ДНК вновь объединяются в двойную спираль.

В отличие от прокариотических генов большинство генов эукариот прерывисты, т.к. в своём составе несут не только смысловые экзоны, но и неинформативные нуклеотидные последовательности – интроны. В связи с этим первичные транскрипты образуют так называемую гетерогенную ядерную РНК (гя-РНК), которая ещё находясь в ядре, подвергается процессингу и только после этого превращается в зрелые м-РНК (рисунок 41).

Процессинг (созревание) гя-РНК предполагает модифицирование первичного транскрипта и удаление из него некодирующих интронных участков с последующим соединением (сплайсинг) кодирующих последовательностей – экзонов. Кроме сплайсинга во время процессинга происходит также модифицирование первичного транскрипта с 5^′-конца путём образования колпачка – кэп, который обеспечивают узнавание молекул м-РНК рибосомами цитоплазмы (рисунок 42).

Кроме того, происходит удаление части нуклеотидов на 3^′-конце первичного транскрипта и присоединение к нему последовательности, состоящей из 100-200 остатков адениловой кислоты (поли-А). Считается, что эта последовательность способствует энергетическому обеспечению дальнейшего процессинга и транспорта зрелой м-РНК из ядра в цитоплазму.

Наряду с кэпированием и полиаденилованием первичного транскрипта происходит удаление неинформативных для данного белка интронных участков, размер которых варьирует от 100 до 10000 нуклеотидов и более. На долю интронов приходится около 80 % всей гя-РНК. Удаление интронов с последующим соединением экзонов осуществляется специальными структурами – малыми ядерными РНК (мя-РНК).

В настоящее время доказана возможность альтернативного сплайсинга, при котором на одном первичном транскрипте могут удаляться разные нуклеотидные последовательности и образовываться различные зрелые м-РНК.

Наследственная информация, записанная с помощью генетического кода, хранится в молекулах ДНК и непосредственного участия в жизнеобеспечении клеток не принимает. Роль посредника в переводе наследственной информации, хранимой в ДНК, в рабочую форму играют рибонуклеиновые кислоты – РНК.

Молекулы РНК состоят из четырёх типов нуклеотидов, содержащих сахар рибозу, фосфат и одно из четырёх азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин, урацил. Всё многообразие РНК, действующих в клетке, можно разделить на три основных вида: м-РНК, т-РНК, р-РНК.

Матричная РНК (м-РНК) синтезируется РНК-полимеразой на ДНК как копия соответствующего гена. Этот процесс называется транскрипцией. Тройки рядом стоящих нуклеотидов м-РНК, шифрующие определённые аминокислоты, называются кодонами (триплеты). Таким образом, последовательность кодонов м-РНК шифрует последовательность аминокислот в пептидной цепи (рисунок 43, таблица 10).

Генетический код характеризуется следующими основными свойствами:

¨ универсальность для живых организмов,

¨ триплетность (состоит из трёх нуклеотидов),

¨ неперекрываемость (азотистые основания одного триплета не входят в состав других соседних триплетов),

¨ вырожденность (одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами).

В генноинженерных работах имеется необходимость по аминокислотной последовательности белка определить нуклеотидную последовательность и‑РНК. Для решения задач на эту тему удобно пользоваться генетическим кодом, представленным в виде таблицы 10.

Таблица 10 – Последовательность нуклеотидов в кодонах и-РНК для разных аминокислот

Аминокислоты	Кодоны
	1	2	3	4	5	6
Фенилаланин (фен)	УУУ	УУЦ
Лейцин (лей)	УУА	УУГ	ЦУУ	ЦУЦ	ЦУА	ЦУГ
Изолейцин (илей)	АУУ	АУЦ	АУА
Метионин (мет)	АУГ
Валин (вал)	ГУУ	ГУЦ	ГУА	ГУГ
Серин (сер)	УЦУ	УЦЦ	УЦА	УЦГ	АГУ	АГЦ
Пролин (про)	ЦЦУ	ЦЦЦ	ЦЦА	ЦЦГ
Треонин (тре)	АЦУ	АЦЦ	АЦА	АЦГ
Аланин (ала)	ГЦУ	ГЦЦ	ГЦА	ГЦГ
Тирозин (тир)	УАУ	УАЦ
Гистидин (гис)	ЦАУ	ЦАЦ
Глутамин (глн)	ЦАА	ЦАГ
Аспарагин (асн)	ААУ	ААЦ
Аспарагиновая кислота (асп)	ГАУ	ГАЦ
Лизин (лиз)	ААА	ААГ
Глутаминовая кислота (глу)	ГАА	ГАГ
Цистеин (цис)	УГУ	УГЦ
Триптофан (трип)	УГГ
Аргинин (арг)	ЦГУ	ЦГЦ	ЦГА	ЦГГ	АГА	АГГ
Глицин (гли)	ГГУ	ГГЦ	ГГА	ГГГ
Охра*	УАА
Амбер*	УАГ
Опал*	УГА
* Примечание: охра, амбер, опал – условные названия терминирующих триплетов (нонсенс-кодоны)

.