Генетична інформація в клітинах PDF

Ми вже з'ясували, як генетична інформація зберігається в клітинах. Для того, щоб гени, які входять до її складу, могли передатися наступним поколінням та зумовити певні ознаки, існують процеси її передавання, пов'язані з поділом клітин. Дуже важливим етапом клітинного циклу є подвоєння наявної в клі...

Ми вже з'ясували, як генетична інформація зберігається в клітинах. Для того, щоб гени, які входять до її складу, могли передатися наступним поколінням та зумовити певні ознаки, існують процеси її передавання, пов'язані з поділом клітин. Дуже важливим етапом клітинного циклу є подвоєння наявної в клітині ДНК - реплікація (рис. 127). Вона відбувається перед клітинним поділом. **Реплікація** - процес подвоєння ДНК, у якому на основі однієї молекули утворюються дві її копії. Ви пам'ятаєте, що важливою особливістю будови молекул ДНК є те, що вона складається з двох лінійних ланцюжків нуклеотидів. Структура кожного з них комплементарно повторює структуру іншого - напроти аденілового (А) нуклеотиду одного ланцюга в іншому завжди тимідиловий (Т), а напроти гуанілового (Г) завжди цитидиловий (Ц). Під час реплікації спеціалізовані ферменти розділяють нитки ДНК та добудовують до кожної з них нову, дотримуючись принципу комплементарності. У результаті формуються дві ідентичні молекули, що будуть у процесі поділу передані до двох дочірніх клітин. Існує кілька варіантів передавання генетичної інформації наступним поколінням. У найпростішому з них, що притаманний, наприклад, прокаріотам, вихідна клітина ділиться простим поділом на дві дочірні, кожна з яких отримує копію материнської молекули ДНК (яка в прокаріотів одна). У більш складному варіанті розмноження організмів пов'язано з обміном між ними генетичною інформацією. Такий спосіб розмноження називають статевим, він здійснюється шляхом формування спеціалізованих статевих клітин. У багатьох організмів, у тому числі й у людини, формування статевих клітин відбувається за участі особливого типу клітинного поділу - мейозу. **Мейоз** - тип клітинного поділу, за якого вдвічі зменшується число хромосом (кількість молекул ДНК). Унаслідок мейозу з диплоїдної клітини утворюються гаплоїдні клітини (рис. 128). Мейоз має низку відмінностей від іншого типу клітинного поділу - мітозу. У результаті мітозу утворюються дві клітини, що мають ідентичний материнській набір ДНК (а відтак - і генів). За мейозу ж формуються гаплоїдні клітини, а отже статеві клітини мають лише половину генетичної інформації, що була в батьківського організму. Крім того, унаслідок кросинговеру - обміну гомологічними ділянками між парними хромосомами - статеві клітини можуть містити такі комбінації варіантів генів, яких не було в батьків. Збереження та передача наступним поколінням спадкової інформації є важливими процесами, але для формування ознак організму потрібно, щоб ця інформація була використана, реалізована в правильний спосіб. Утворення на основі генетичної інформації функціональних продуктів (білків або РНК) називають експресією гена. Цей процес складається з низки послідовних етапів (рис. 129), першим з яких є зчитування інформації з ДНК або транскрипція. **Транскрипція** - синтез молекули РНК з використанням молекули ДНК як матриці. В еукаріотичних клітинах транскрипція відбувається в ядрі, де зберігається ДНК, і забезпечується ферментами. Основним ферментом транскрипції є РНК-полімераза, яка «працює» на всіх її етапах (рис. 130), першим з яких є зв'язування з промотором гена. Для цього РНК-полімераза має бути з'єднаною з одним або кількома іншими важливими білками - транскрипційними факторами. Вони визначають, з яким саме геном зв'язуватиметься зазначений фермент, а отже, впливають на активність генів, що має важливе значення для регуляції росту та розвитку організму. Гени, які кодують транскрипційні фактори, є регуляторними. Наступним етапом є синтез молекули РНК (рис. 130). РНК-полімераза роз'єднує дві нитки ДНК і рухається вздовж лише однієї з них. Вона розпізнає нуклеотиди ДНК і включає в молекулу РНК комплементарні до них РНК-нуклеотиди Цей процес триває, доки РНК-полімераза не досягне термінатора гена. Тоді синтез завершується: РНК-полімераза вивільняє синтезовану молекулу РНК та від'єднується від ДНК. За функціями розрізняють кілька типів молекул РНК. Рибосомні РНК (рРНК) входять до складу рибосом і забезпечують їхнє функціонування. Транспортні РНК (тРНК) приєднують амінокислоти й транспортують їх до місця синтезу білка. Матричні, або інформаційні, РНК (мРНК, ІРНК) містять інформацію про амінокислотну структуру білків. Вони слугують матрицею для біосинтезу білка. Існують і інші типи РНК. Усі вони беруть участь у біосинтезі білка або його регуляції. Переважна більшість генів ядерної ДНК кодує послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі («білкові гени»). Утворені в процесі транскрипції молекули РНК ще не можуть виконувати своїх функцій. В еукаріотів вони зазнають певних змін, які називаються процесингом. Важливим його етапом є сплайсинг (від англ. splice - зрощувати, з'єднувати). Більшість генів еукаріотів містить некодувальні ділянки, що «вирізаються» під час зазначеного процесу. Такі ділянки називають інтронами, а ті, що залишаються в молекулі РНК, - екзонами. Отже, сплайсинг - це процес «вирізання» інтронів і «зшивання» екзонів. Зрозуміло, що інформацію про структуру білків містять лише екзони. На інтрони може припадати від 0 до 99 % довжини гена. У багатьох генів екзони, що залишаються, можуть зшиватися в різний спосіб. Як наслідок з одного гена можуть утворюватися різні мРНК, за якими будуть синтезовані різні білки (рис. 132). Уважають, що саме це є причиною описаної мозаїчної (екзонно-інтронної) структури генів. Зрілі молекули РНК експортуються з ядра в цитоплазму, де починають виконувати свої функції.