1.5. Нуклеиновые кислоты. Реакции матричного синтеза
ДНК —линейный полимер, имеющий вид двойной спирали, образованной парой антипараллельных комплементарных цепей. Мономерами ДНК являются нуклеотиды.
Каждый нуклеотид ДНК состоит из пуринового (А — аденин или Г — гуанин) или пиримидинового (Т — тимин или Ц — цитозин) азотистого основания, пятиуглеродного сахара — дезоксирибозы и фосфатной группы.
Молекула ДНК имеет следующие параметры: ширина спирали около 2 нм, шаг, или полный оборот спирали, — 3,4 нм. В одном шаге содержится 10 комплементарных пар нуклеотидов.
Нуклеотиды в молекуле ДНК обращены друг к другу азотистыми основаниями и объединены парами в соответствии с правилами комплементарности: напротив аденина расположен тимин, напротив гуанина — цитозин. Пара А-Т соединена двумя водородными связями, а пара Г-Ц — тремя.
Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками.
Репликация ДНК — это процесс самоудвоения молекулы ДНК, осуществляемый под контролем ферментов.
На каждой из цепей, образовавшихся после разрыва водородных связей, при участии фермента ДНК-полимеразы синтезируется дочерняя цепь ДНК. Материалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, имеющиеся в цитоплазме клеток.
Синтез дочерних молекул на соседних цепях идет с разной скоростью. На одной цепи новая молекула собирается непрерывно, на другой — с некоторым отставанием и фрагментарно. После завершения процесса фрагменты новых молекул ДНК сшиваются ферментом ДНК-лигазой. Так, из одной молекулы ДНК возникает две, являющиеся точной копией друг друга и материнской молекулы. Такой способ репликации называют полуконсервативным.
Рис. 10. Участок двойной спирали ДНК
Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской молекулы к дочерним, что и происходит при делении соматических клеток.
Репарация ДНК — механизм, обеспечивающий способность к исправлению нарушенной последовательности нуйлеотидов в молекуле ДНК.
Если при репликации ДНК последовательность нуклеотидов в ее молекуле нарушается в силу каких-либо причин, то в большинстве случаев эти повреждения устраняются клеткой самостоятельно. Изменение обычно происходит в одной из цепей ДНК. Вторая цепь остается неизмененной. Поврежденный участок первой цепи может «вырезаться» с помощью ферментов — ДНК репарирующих нуклеаз. Другой фермент — ДНК-полимераза копирует информацию с неповрежденной цепи, вставляя необходимые нуклеотиды в поврежденную цепь. Затем ДНК-лигаза «сшивает» молекулу ДНК, и поврежденная молекула восстанавливается.
РНК — линейный полимер, состоящий, как правило, из одной цепи нуклеотидов. В составе РНК тиминовый нуклеотид замещен на урациловый (У). Каждый нуклеотид РНК содержит пятиуглеродный сахар — рибозу, одно из четырех азотистых оснований и остаток фосфорной кислоты.
Матричная, или информационная, РНК синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы, комплементарна участку ДНК, на котором происходит синтез, составляет 5% РНК клетки. Рибосомная РНК синтезируется в ядрышке и входит в состав рибосом, составляет 85% РНК клетки. Транспортная РНК (более 40 видов) переносит аминокислоты к месту синтеза белка, имеет форму клеверного листа и состоит из 70—90 нуклеотидов.
Рис. 11. Схема тРНК
К реакциям матричного синтеза относят репликацию ДНК, синтез РНК на ДНК (транскрипцию), синтез белка на мРНК (трансляцию), а также синтез РНК или ДНК на РНК вирусов.
При транскрипции фермент РНК-полимераза присоединяется к группе нуклеотидов ДНК — промотору. Промотор указывает место, с которого должен начаться синтез мРНК. Она строится из свободных нуклеотидов комплементарно молекуле ДНК. Фермент работает до тех пор, пока не встретит еще одну группу нуклеотидов ДНК — стоп-сигнал, возвещающий о конце синтеза мРНК.
Молекула мРНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей. Процесс перевода информации, содержащейся в последовательности нуклеотидов мРНК, в последовательность аминокислот в полипептиде называется трансляцией.
Определенная аминокислота доставляется к рибосомам определенным видом тРНК.