Учебно-методическое пособие для самостоятельных занятий (стр. 23 из 32)

Важная роль в процессе реализации наследственной информации клетки принадлежит транспортной РНК (т-РНК), которая доставляет соответствующие аминокислоты к месту сборки пептидных цепей.

Молекулы т-РНК представляют собой относительно небольшие нуклеотидные последовательности (75-95 нуклеотидов) и комплементарно соединённые в определённых участках. В результате формируется структура, напоминающая по форме лист клевера, в которой выделяют две наиболее важные зоны – акцепторная часть и антикодон.

Акцепторная часть т-РНК состоит из комплементарно соединённых 7 пар оснований и несколько более длинного одиночного участка, заканчивающегося 3^′-концом, к которому присоединяется транспортируемая соответствующая аминокислота (рисунок 44).

Другой важный участок т‑РНК – антикодон, состоящий из трёх нуклеотидов. Этим антикодоном т-РНК по принципу комплементарности определяет себе место на и‑РНК, определяя тем самым очерёдность присоединения транспортируемой им аминокислоты в полипептидную цепочку.

Наряду с функцией точного узнавания определённого кодона в м-РНК молекула т-РНК связывается и доставляет к месту синтеза белка определённую аминокислоту, присоединённую ферментом аминоацил-т-РНК-синтетазы. Этот фермент обладает способностью к пространственному узнаванию, с одной стороны, антикодона т-РНК и, с другой, – соответствующей аминокислоты. Для транспортировки 20 типов аминокислот используются свои транспортные РНК.

Процесс взаимодействия м‑РНК и т-РНК, обеспечивающий трансляцию информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот, осуществляется на рибосомах.

Рибосомы представляют собой сложные комплексы рибосомной РНК (р‑РНК) и разнообразных белков. Рибосомная РНК является не только структурным компонентом рибосом, но и обеспечивает связывание её с определённой нуклеотидной последовательностью м-РНК, устанавливая начало и рамку считывания при образовании пептидной цепи. Кроме того, они обеспечивают взаимодействие рибосомы с т-РНК (рисунок 45).

В рибосомах имеются две зоны. Одна из них удерживает растущую полипептидную цепь, другая – м-РНК. Кроме того, в рибосомах выделяют два участка, связывающих т-РНК. В аминоацильном участке размещается аминоацил-т-РНК, несущая определённую аминокислоту. В пептидильном находится т-РНК, которая освобождается от своей аминокислоты и покидает рибосому при её перемещении на один кодон м-РНК.

В ходе трансляции выделяют три фазы: инициацию, элонгацию и терминацию синтеза пептидной цепи.

Фаза инициации заключается в объединении двух находящихся до этого порознь в цитоплазме субъединиц рибосомы на определённом участке м-РНК и присоединение к ней первой аминоацил-т-РНК. Этим также задаётся рамка считывания информации, заключённой в м-РНК.

Фаза элонгации (или удлинения пептида) включает в себя все реакции от момента образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты. Она представляет собой циклически повторяющееся специфическое узнавание аминоацил-т-РНК очередного кодона, находящегося в А‑участке, комплементарное взаимодействие между кодоном и антикодоном.

В А-участке т-РНК располагается таким образом, что её аминокислота находится рядом с аминокислотой Р-участка. С помощью специальных белков между двумя аминокислотами образуется пептидная связь, освобождая т-РНК, находящуюся в Р-участке. В этот момент рибосома передвигается по м-РНК на один шаг (триплет). Так продолжается до тех пор, пока в А-участок рибосомы не поступит кодон-терминатор. Скорость синтеза аминокислот в эукариотических клетках составляет 2 аминокислоты в 1 с.

Фаза терминации (завершения синтеза пептида) связана с узнаванием терминирующих кодонов. В результате завершённая пептидная цепь теряет связь с рибосомой, которая распадается на две субъединицы.

Пример решения задач

Приведите графическую модель гена, если белковая молекула имеет следующий состав и последовательность аминокислот: глицин – лизин – пролин – серин.

Белок синтезируется по матрице, роль которой выполняет и-РНК, образуемая в процессе транскрипции с определённого участка ДНК (гена). Запишем возможную последовательность нуклеотидов соответствующего участка и-РНК в соответствии с генетическим кодом, приведённым в таблице 13.

Белок	глицин		лизин	пролин	серин
Возможные триплеты и-РНК	ГГУ	ААА	ЦЦУ	УЦУ
	ГГЦ	ААГ	ЦЦЦ	УЦЦ
	ГГА	ЦЦА	УЦА
	ГГГ	ЦЦГ	УЦГ
	АГУ
	АГЦ
Возможное количество триплетов	4		2	4	6

Приведенные данные свидетельствуют, что участок белка с указанной последовательностью аминокислот мог образоваться в процессе трансляции у 192 вариантов и-РНК (4 × 2 × 4 × 6 = 192), равно как и такого же разнообразия генов. Следовательно, графически можно изобразить 192 варианта гена, содержащих информацию о данной молекуле белка.

Возьмём один из возможных вариантов триплетов и-РНК и по нему построим последовательность нуклеотидов исходной нити ДНК (гена) и комплементарной ему нити.

ДНК (ген)	ГГТ	ААА	ЦЦТ	ТЦТ
	ЦЦА	ТТТ	ГГА	АГА
	и-РНК	ГГУ	ААА	ЦЦУ	УЦУ
Белок	глицин	лизин	пролин	серин

В ряде случаев бывает необходимо определить последовательность аминокислот синтезируемого белка по кодонам и-РНК. Для этого удобно пользоваться рисунком 41.

Первая буква кодона расположена в центральном круге, вторая – в первом кольце и третья – во втором. В наружном кольце записаны сокращенные названия аминокислот.

Задачи

1. В одной из цепочек молекулы ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: ТАГАГТЦЦЦГАЦАЦГ. Какова последовательность нуклеотидов в другой цепочке этой же молекулы? (ответ)

2. Белковая цепочка состоит из следующих аминокислот: валин – лейцин– гистидин – серин – изолейцин. Какова последовательность нуклеотидов в составе гена, кодирующего данный белок? (ответ)

3. В состав белка входят 400 аминокислот. Определить какую длину имеет контролирующий его ген, если расстояние между двумя нуклеотидами в молекуле ДНК составляет 0,34 нм? (ответ)

4. Определите порядок чередования аминокислот в молекуле белка, если известно, что он контролируется такой последовательностью азотистых оснований ДНК: ЦЦТАГТТТТААЦ... . Какой станет последовательность аминокислот при удалении из гена четвертого азотистого основания? (ответ)

5. Участок молекулы ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: АГТАГЦЦЦТТЦЦ... . Напишите схему транскрипции и трансляции. Как она изменится при инверсии участка хромосомы между 4 и 8 нуклеотидом? (ответ)

6. Химическое обследование показало, что 30 % общего числа нуклеотидов информационной РНК приходится на урацил, 26 % на цитозин и 24 % ‑ на аденин. Что можно сказать о нуклеотидном составе соответствующего участка двухцепочечной ДНК? (ответ)

Тема 12. Цитоплазматическая наследственность

Задания

1. Выявить структуры клетки, имеющие ДНК.

2. Уяснить особенности механизма передачи потомству цитоплазматических наследственных факторов.

3. Особенности строения женской и мужской половых клеток растений.

4. Выясните возможности цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС) в получении гетерозисных гибридов.

5. Решение задач.

Литература

1. Гуляев Г.В. Генетика. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Колос, 1984. – С. 114-124.

2. Абрамова З.В. Практикум по генетике. – 4-е изд., перераб. и доп. – Л. : Агропромиздат, Ленингр. отд-ние, 1992. – С. 109-113.

3. Гуляев Г.В. Задачник по генетике. – М. : Колос, 1973. – С. 27-28.

Пояснение к заданиям. Известно, что некоторое количество наследственного материала клетки находится в виде кольцевых молекул ДНК митохондрий и пластид, а также некоторых других внеядерных генетических элементов. Цитоплазматические гены не подчиняются менделевским закономерностям наследования, которые определяются поведением хромосом при митозе, мейозе и оплодотворении. В связи с тем, что организм, образуемый вследствие оплодотворения, получает цитоплазматические структуры главным образом с яйцеклеткой, цитоплазматическое наследование признаков осуществляется по материнской линии. Такой тип наследования впервые был описан в 1908 г. К. Корренсом.

Одним из ярких примеров цитоплазматической наследственности является цитоплазматическая мужская стерильность (ЦМС), обнаруженная у многих растений (кукурузы, лука, свёклы, льна и др.) и используемая в получении гетерозисных гибридов (рисунок 46).