Ядро, рибосомы и синтез белка. Нуклеиновые кислоты и синтез белка

Вы находитесь: Ядро, рибосомы и синтез белка

ДНК существует в виде двух нитей, или цепей, закрученных в двойную спираль (рис. 2.10). Каждая цепь представляет собой линейный полимер, построенный из нуклеотидов четырех типов. В состав каждого нуклеотида входят одно азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин или тимин), сахар (дезокси-рибоза) и остаток фосфорной кислоты. Участок молекулы ДНК, кодирующий полную аминокислотную последовательность какого-нибудь белка, называется геном. Порядок расположения иуклеотидов в той или иной цепи ДНК определяет ту генетическую информацию, которую несет данная молекула (подобно тому как буквы в каком-нибудь слове определяют его смысл). Если обозначить нуклеотиды (по соответствующим азотистым основаниям) как A, G, С и Т, то сказанное будет означать, что последовательности -ACGT-, AGCT- и ATCG - содержат разную генетическую информацию.

Информация, заключенная в клеточной ДНК, выполняет в клетке две важные функции. Во-первых, она обеспечивает непрерывность ДНК от клетки в клетке, поскольку ДНК играет роль матрицы также и при своем собственном воспроизведении. Во-вторых, эта информация используется для синтеза специфичных клеточных белков при участии промежуточных продуктов- разных типов рибонуклеиновых кислот (РНК). РНК отличается от ДНК тем, что входящий в ее состав сахар (рибоза) содержит на один атом кислорода больше, чем дезоксирибоза ДНК. Однако это на первый взгляд незначительное различие приводит к весьма существенным различиям в конфигурации и геометрии молекул этих двух нуклеиновых кислот.

Закручивание двух спиральных цепей ДНК в двойную спираль достигается в результате образования между парами оснований водородных связей (принадлежащих к числу слабых связей). Аденин и тимин сближаются, например, вследствие того, что два атома водорода осциллируют между атомами азота и кислорода групп двух соседних колец в молекулах аденина и тимина (рис. 2.10, вставка).

Можно, следовательно, сказать, что спаривание оснований А и Т, т. е. образование пары А-Т, естественным образом определяется самой структурой этих молекул. Точно так же (на этот раз за счет трех водородных связей) образуют специфичную пару G-С гуанин и цитозин. Из этой специфичности следует, что если в матричной цепи закодирована какая-нибудь информация, то вновь синтезированная цепь, построенная на этой матрице, неизбежно должна содержать комплементарную информацию. Если затем эта новая цепь в свою очередь будет использована как матрица, то синтезированная на ней цепь будет представлять собой копию исходной матрицы.

В составе двойной спирали две цепи молекулы ДНК тесно закручены одна вокруг другой и потому неспособны участвовать в синтезе, но если спираль раскручивается, то способность к синтезу реализуется, причем проявляться она может по-разному. В присутствии фермента ДНК-полимеразы и смеси четырех дезоксирибонуклеотидов (в форме, богатой энергией, а именно в форме соответствующих трифосфатов) синтезируется новая цепь ДНК, комплементарная существующей. На другом этапе клеточного цикла в присутствии РНК-полимеразы и смеси четырех рибонуклеотидов (также в форме трифосфатов) на той же ДНК-матрице вместо ДНК синтезируется РНК. Единственное различие в кодировании оснований заключается в том, что при синтезе РНК в строящуюся цепь вместо тимина, присутствующего в ДНК, включается урацил (U). Таким образом, водородные связи А-Т, характерные для ДНК, заменяются в РНК связями А-U; связи G-С присутствуют в молекулах обеих этих нуклеиновых кислот.

На ДНК-матрице синтезируются три вида РНК. Рибосомная РНК (рРНК) входит вместе с белком в состав рибосом - клеточных органелл, состоящих из двух разных по величине половинок, имеющих форму сплюснутых сфер, прижатых одна к другой. Рибосомы прикрепляются к матричной (информационной) РНК (мРНК) меньшей своей субъединицей; группа таких рибосом, прикрепившаяся к нити мРНК, образует полирибосому (или полисому), которая представляет собой не что иное, как готовый к действию аппарат белкового синтеза. Правильное расположение аминокислот в молекуле синтезируемого белка обеспечивается тем, что каждая из 20 аминокислот присоединяется сначала к молекуле особой, специфичной именно для данной аминокислоты, транспортной РНК (тРНК). Имеющаяся в ключевом участке этой молекулы тРНК последовательность из трех нуклеотидов 'узнает' (путем образования водородных связей) комплементарный ей нуклеотидный триплет в связанной с рибосомами цепи мРНК и прикрепляется к цепи именно в этой точке. Таким образом, нагруженные аминокислотами тРНК доставляют эти аминокислоты к растущей линейной последовательности соединенных друг с другом аминокислот (т. е. к вновь синтезируемому белку) в совершенно определенном порядке. Доставив аминокислоту на место, специфичная тРНК отделяется от нее и опять оказывается готовой для очередного цикла переноса аминокислоты. В определенной точке цепи мРНК имеется 'стоп-сигнал'-нуклеотидный триплет, обрывающий синтез и вызывающий отделение готового белка от рибосомы. Каждая из единиц этого ансамбля (рибосома, тРНК, мРНК) может участвовать в таком цикле много раз подряд, хотя все они, разумеется, в конечном счете обречены на распад и, значит, периодически должны обновляться.