Поняття генетичної інформації
Як зберігається і відтворюється генетична інформація? Які структури організму є її “сховищем”? Як генетична інформація виявляється і як змінюється у низці поколінь? Без розуміння цих питань немислимо підходити до вивчення будь-якого аспекту поведінки.
Носіями спадкової інформації в природі є нуклеїнові кислоти. Відомо два види нуклеїнових кислот: ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) і РНК (рибонуклеїнова кислота). Генетична інформація записана на молекулі ДНК, яка служить місцем її зберігання. Ця інформація записана за допомогою особливих “букв” – нуклеотидів, які є мономерами ДНК.
Нуклеотиди ДНК являють собою складні молекулярні комплекси, що складаються з азотистої основи, вуглеводу пентози (дезоксирибоза) і залишку фосфорної кислоти. Чотири типи азотистих основ (аденін – А; тимін – Т; гуанін – Г; цитозин – Ц) визначають специфічність чотирьох типів нуклеотидів ДНК. Таким чином, генетична інформація всіх живих істот на Землі записана за допомогою всього чотирьох “букв”. Як таке можливо? Справа в тому, що “слова”, записані цими “буквами”, дуже великі, що дозволяє за допомогою всього чотирьох “букв” компонувати незліченну кількість комбінацій. “Слова” генетичного “словника”, якими “описана” життя на Землі, називаються генами.
Гени – одиниці генетичної інформації. Іноді вони невеликого розміру, іноді складаються з тисяч нуклеотидів. Дати короткий і точне визначення гену вельми складно – це одна з центральних проблем генетики. Весь XX в. уявлення про гені безперервно змінювалися. В рамках класичної генетики це було, скоріше, абстрактне поняття елементарної структури, яка відповідає за певний ознака організму. Після народження молекулярної біології під геном зазвичай розумівся ділянка ДНК, що кодує окремий ознака. Але наступні відкриття “перекриваються” генів, “мозаїчної” структури, псевдогенов, мобільних генетичних елементів, регуляторних послідовностей і багато чого іншого все більш ускладнювали й розмивали поняття гена (Курчанов Н. А., 2009). З великим ступенем умовності зупинимося на лаконічному визначенні гена, яке наводить у своїй книзі В. З. Тарантул: “Ген – це фізична (певну ділянку ДНК) і функціональна (кодує білок або РНК) одиниця спадковості” (Тарантул В. З., +2003 ).
Відтворюється генетична інформація під час реплікації. Реплікацією називається процес подвоєння молекул ДНК. Саме унікальна здатність ДНК до Самоудвоение визначає її ключову роль в живому організмі як носія спадковості. Кожна молекула ДНК складається з двох ланцюгів нуклеотидів. Ці ланцюги з’єднані один з одним за принципом комплементарності (А – Т, Г – Ц) за допомогою водневих зв’язків. Таким чином, інформації ланцюгів взаємозалежні: кожна ланцюг несе інформацію про інший.
Починається реплікація з локальної ділянки молекули ДНК, де подвійна спіраль ДНК розкручується, розриваються водневі зв’язки між нуклеотидами сусідніх ланцюгів і ланцюга розходяться. До утворився вільним зв’язках кожному ланцюзі приєднуються за принципом комплементарності (А – Т, Г – Ц) вільні нуклеотиди, перебувають у клітині. Цей процес йде уздовж всієї молекули ДНК за участю складного ферментного комплексу. Оскільки у кожної дочірньої молекули ДНК одна нитка походить від материнської молекули, а інша є знову синтезованої, дана модель реплікації отримала назву “напівконсервативної” (рис. 1.1). Ми розглянули тільки сам принцип реплікації, не вникаючи в виключно складні біохімічні процеси.
Дві нові молекули ДНК є копії вихідної молекули. Напівконсервативний механізм реплікації ДНК настільки ж універсальний в природі для відтворення генетичного матеріалу, як і сама структура ДНК.
Інша нуклеїнова кислота – РНК, бере участь у процесах реалізації генетичної інформації. Її нуклеотиди відрізняються від нуклеотидів ДНК одним азотистих основ (урацил замість тиміну) і пентози (рибоза). В даний час вважається, що РНК була першою “молекулою життя”, що об’єднала в собі безліч функцій. Тільки потім функція зберігання генетичної інформації перейшла до ДНК, а функція каталізу – до білків. Однак різноманітні види РНК в тій чи іншій мірі зберігають свої первинні здібності.
Будь-яка інформація в організмі повинна не просто зберігатися, але й працювати. Реалізація генетичної інформації відбувається в ході експресії генів – у процесах транскрипції і трансляції.
Синтез РНК частіше відбувається тільки на одній з двох ниток ДНК (смисловий) і не по всій її довжині, а лише в межах одного гена. Таким чином, ген можна представити як ділянка ДНК, що несе інформацію про одну рібонуклеотідной ланцюга, але це визначення ускладнюється безліччю винятків. Так, дане визначення не підходить до малих РНК.
В результаті процесу транскрипції синтезуються всі молекули РНК (і-РНК, т-РНК, р-РНК та ін.). Ці молекули після біохімічних перетворень направляються в цитоплазму для участі в іншому найважливішому процесі – трансляції, який протікає на рибосомах.
Трансляцією називається процес синтезу поліпептидного ланцюжка на нитки і-РНК. На І-РНК переписана генетична інформація про структуру білків, яка закодована послідовністю нуклеотидів. Поліпептидна нитка з амінокислот, принесених т-РНК, синтезується на і-РНК. Цей процес відбувається на рибосомах. Самі рибосоми складаються з численних білків і р-РНК. При трансляції інформація листується з мови РНК-нуклеотидів на мову амінокислот. Цей процес, один з найскладніших в природі, відбувається в кілька етапів за участю багатьох ферментів.
Відповідність структури гена (в нуклеотидах) і структури кодованого їм білка (в амінокислотах) було названо Колінеарність. Колінеарність визначається генетичним кодом. Кодування відповідності двох типів запису інформації виражається в тому, що кожна амінокислота в структурі білка зашифрована послідовністю з трьох нуклеотидів – триплетом або кодоном (рис. 1.3). Розшифровка генетичного коду, завершена До 1965 р, стала однією з тріумфальних перемог генетики.
(2 votes, average: 4.00 out of 5)