Синтез РНК, катализируемый ДНК-зависимой РНК-полимеразой специфически ингибируется актиномицином Д, который связывается с ДНК.
Где же синтезируется белок? В рибосомах. Рибосомы – мультимолекулярные агрегаты, состоящие из белков и РНК (рибосомной РНК). Интактная рибосома представляет собой комплекс из двух субъединиц. Интактный комплекс может диссоциировать на субъединицы и далее с образованием рРНК и ряда белков.
Рассмотрим рибосомы как место синтеза белка. Для выяснения функций рибосом проведены эксперименты. После введения радиоактивных АК животным, проведен забор печени, ее гомогенизирование и фракционированние методом дифференциального центрифугирования,. Далее сделан анализ и установлено, что белки синтезируются первоначально во внутриклеточных структурах, образующих микросомную фракцию. В ходе дальнейших исследований рибосомы отделяли от эндоплазматической сети обработкой нейтральными растворами желчных кислот. Очищенные таким путем рибосомы включают АК в синтезируемые белки при инкубации с АТФ и ионами магния.
Молекулы транспортной РНК (растворимой РНК) самые маленькие из всех нуклеиновых кислот. Каждая транспортная РНК присоединяется к определенной АК, чтение кодонов мРНК достигается тем, что в каждой тРНК уникальная тринуклеотидная последовательность – антикодон, последовательность которого комплементарна последовательности кодона.
Рибосомы состоят из двух субъединиц, в состав которых входят рибосомная РНК и белок. Известно, что некоторые рибосомные белки выполняют каталитические функции. Функция рибосомной РНК до сих пор неясна. Вероятно, она и белки участвуют в конформационных изменениях, сопровождающих биосинтез белка, когда новая полипептидная цепь и мРНК перемещаются на рибосоме. Рибосомы должны связывать во-первых, матрицу (мРНК), во-вторых, строящуюся полипептидную цепь и в третьих , вновь поступающие молекулы аминоацил- тРНК. Что такое полирибосомы? Если рибосомы выделяют в условиях, когда они не подвергаются действию рибонуклеаз или механическим воздействиям, то их получают в виде скопления рибосом. Такие скопления – полирибосомы. (полисомы) Поскольку полисомы можно расчленить на рибосомы, то ясно, что последние удерживаются вместе при помощи цепи РНК. Поскольку число рибосом в полисоме пропорционально числу АК остатков в синтезируемых полипептидных цепях, был сделан вывод, что цепь РНК, соединяющая рибосомы – это мРНК, которая считывается одновременно несколькими рибосомами, расположенными на некотором расстоянии одна от другой. Каждая отдельная рибосома в полисоме способна синтезировать полную полипептидную цепь и не нуждается в присутствии других рибосом.
Белковый синтез
Схема ДНК – РНК – белок, 1 часть (ДНК – РНК) транскрипция, т.е. биосинтез молекул РНК, нуклеотидная последовательность которых комплементарна какому-либо участку (гену) молекулы двухцепочечной ДНК.
2 часть (РНК- белок) - это трансляция, биосинтез полипептидных цепей. Процесс трансляции включает активацию и отбор АК, инициацию синтеза полипептидной цепи (узнавание), элонгацию полипептидной цепи (наращивание) и терминацию синтеза полипептидной цепи (окончание)
Таким образом, синтез полипептидных цепей протекает в несколько стадий. 1. Активация АК. 2. Инициация полипептидной цепи. 3.Элонгация.4. Терминация.
1.Первая стадия белкового синтеза, называющаяся стадией активации, которая протекает в растворимой части цитоплазмы.
2. На второй стадии образуется инициирующий комплекс.
3. На третьей стадии белкового синтеза пептидная цепь удлиняется (элонгация) путем последовательного присоединения новых аминоацильных остатков.
4.На последней стадии синтез полипептидной цепи заканчивается (терминация). Сигналами терминации служат определенные участки мРНК, когда при транслокации до них доходжит очередь, синтез останавливается и готовая цепь отделяется от рибосомы.
Таким образом, синтез белка у эукариотов протекает на рибосомах, связанных с эндоплазматической сетью. Синтез белка может осуществляться также и в митохондриях, содержащих специфическую кольцевую ДНК, специфические митохондриальные формы мРНК и активирующие ферменты, а также рибосомы, сходные с рибосомами бактерий.
Вся программа химических процессов в организме записана в ДНК, молекулярном хранилище генетической информации. Расшифрована нуклеотидная последовательность ДНК и РНК, т.е. первичная структура. В 1953 году Уотсон и Крик предположили, что молекула ДНК состоит из двух правозакрученных спиральных полинуклеотидных цепей, переплетенных друг с другом и противоположно направленных. Следовательно, ДНК обладает первичной структурой – нуклеотидной последовательностью. Вторичной структурой – это 2 правозакрученные спиральные полинуклеотидные цепи, переплетенные друг с другом и противоположно направленные. Двухцепочечную структуру стабилизируют водородные связи, электростатические взаимодействия. При различных химических и физических воздействиях двухцепочечная ДНК может быть раскручена.
Данное открытие сыграло решающую роль для биологической науки 20 столетия.
Предположение о взаимодействии между азотистыми основаниями, помещенными друг напротив друга, полностью соответствует правилу Чаргаффа. Пурин всегда связан водородными связями с пиримидином (1:1). Аденин всегда связан с тимином (А=Т), а гуанин всегда связан водородными связями с цитозином (Г=Ц). Пары А=Т и Г=Ц называются комплементарными парами оснований. Более того последовательность одной из цепей полностью комплементарна последовательности второй. Противоположная полярность двух цепей в дуплексе обеспечивает пространственную ориентацию азотистых оснований.
Двухцепочечную структуру ДНК стабилизируют: водородные связи между парами оснований, электростатические взаимодействия с неорганическими противоионами, гидрофобные взаимодействия в плотно упакованных азотистых основаниях
При различных химических или физических воздействиях двухцепочечная ДНК может быть раскручена. Самый простой способ – нагревание. Повышение оптической плотности при 260 нм при нагревании известно как гиперхромный эффект.
Рассмотрим ДНК с точки зрения ее способности хранить информацию.
Четкие аргументы в пользу генетической функции ДНК были получены следующими способами. Установлено, что количество ДНК в любой клетке и организме строго постоянно и не зависит от условий внешней среды. От питания или от воздействия различных факторов, влияющих на метаболизм клетки, эта особенность ДНК вполне соответствует предполагаемым свойствам генетического материала. Содержание ДНК в клетке увеличивается с возрастанием сложности клетки и, следовательно, с возрастанием количества генетической информации в клетке.
Одним из наиболее веских аргументов в пользу генетической функции ДНК служат данные о том, что препараты ДНК, выделенные из различных тканей одного и того же организма, имеют одинаковый нуклеотидный состав. У различных видов он отличен. Таким образом, нуклеотидный состав ДНК у организма данного вида не зависит от возраста организма, условий питания и внешней среды. ДНК близких видов имеют сходный нуклеотидный состав, а эволюционно отдаленные организмы заметно отличаются один от другого по своему нуклеотидному составу.
Число пиримидиновых остатков равно числу пуриновых остатков.
Согласно модели Уотсона и Крика молекула ДНК состоит из двух правозакрученных полинуклеотидных цепей, имеющих общую ось. Две полинуклеотидные цепи в двойной спирали ДНК отличаются одна от другой как последовательностью оснований, так и нуклеотидным составом. Цепи комплементарны друг другу. Модель Уотсона и Крика объясняет, что репликация ДНК в клетке происходит в результате разделения двух цепей и последующего синтеза двух новых..
Клетки эукариотов содержат в ядре несколько или много хромосом (в зависимости от вида организма) причем в каждой хромосоме содержится одна или несколько молекул ДНК. В митохондриях эукариотических клеток содержится небольшое количество ДНК, эта ДНК отличается от ядерной. Митохондриальная ДНК – двухцепочечная, обычно кольцевая.
Денатурация двухцепочечной спирали ДНК происходит:
При экстремальных значениях рН, при нагревании, приуменьшении электрической постоянной водной среды, при обработке амидами карбоновых кислот, мочевиной. В процессе денатурации все ковалентные связи в ДНК сохраняются. Таким образом, можно сделать вывод, что ДНК представляет собой генетический материал хромосом.
Как же происходит репликация ДНК? Каковы ее ферментативные механизмы? При участии фермента ДНК полимеразы катализируется система синтеза. Эта реакция протекает только в присутствии некоторого количества преобразованной ДНК. В ее отсутствие фермент неспособен синтезировать полимер.
Преобразованная ДНК также служит и матрицей на которой фермент строит параллельную цепь ДНК, комплементарную преобразованной ДНК по составу и последовательности оснований.
Что такое репарация ДНК?
Имеются данные, что есть ферменты, способные ликвидировать разрывы, возникающие в ДНК под влиянием случайных воздействий. Такие разрывы, вероятно, реплицируются ферментом ДНК-лигазой. Также имеются данные, что репликация ДНК, чуждых данной клетке, предотвращается вследствие разрушения эндогенными нуклеазами.