Поток информации от DNA к структуре белка

Нуклеиновые кислоты и белки называют информационными молекулами, так как в чередовании их мономеров заложен определенный смысл. Последовательность нуклеотидов в DNA определяет структуру всех белков клетки. Участки DNA, кодирующие определенные белки (гены), копируются (транскрибируются) в виде полинуклеотидной цепи матричной RNA (mRNA), которая затем служит матрицей для синтеза белка. Таким образом, генетическая информация, записанная в DNA (в генотипе) обеспечивает образование фенотипических признаков клетки, то есть генотип трансформируется в фенотип. Это направление потока информации включает три типа матричных синтезов:

• 1. Синтез DNA — репликация.
• 2. Синтез RNA — транскрипция.
• 3. Синтез белка — трансляция.

Репликация DNA

Репликация DNA (воспроизведение генотипа) происходит по полуконсервативному механизму. Каждая нить двойной спирали выступает в роли матрицы для синтеза новой цепи. Следовательно, вновь образованные двухспиральные молекулы состоят из одной L-новой и одной L-старой цепи.

Рис. Полуконсервативный механизм репликации DNA

Субстратами синтеза являются дезоксинуклеозидтрифосфаты, выполняющие роль строительного материала и источников энергии. Для репликации DNA необходим большой набор разнообразных ферментов и белков — репликативный комплекс. Далее будет описана функция основных компонентов этого комплекса. Белки, раскручивающие спираль DNA, и белки, стабилизирующие разделенные нити DNA. В результате действия этих белков образуется репликативная вилка — участок DNA, в пределах которого спираль раскручена и разделена на отдельные цепи. DNA-полимераза обеспечивает включение в растущую L-новую цепь нуклеотидов комплементарных L-старой, то есть матричной цепи. DNA-полимераза не способна начинать синтез новой цепи с ее первого нуклеотида. Она может удлинять уже имеющуюся цепь, поэтому для начала реакции требуется затравка (праймер), которая представляет собой короткий полинуклеотид, комплементарный матричной цепи DNA. Фермент присоединяется к матричной цепи DNA и к праймеру в области 3—концевого нуклеотида праймера. Перемещаясь по матрице в направлении ее 5—конца, DNA-полимераза удлиняет затравку, присоединяя к ней один за другим нуклеотиды. Одноцепочечная затравка — праймер синтезируется при участии DNA-зависимой RNA-полимеразы (праймазы). Синтез новых цепей DNA может протекать только в направлении 5- а 3-. Таким образом, на одной цепи DNA синтезируется непрерывно L-лидирующая цепь, а на другой образуются короткие фрагменты — L-запаздывающая цепь. Затем последовательность праймера удаляется и образовавшийся промежуток заполняется с помощью DNA-полимеразы.

DNA-лигаза способна сшивать полученные короткие фрагменты, после чего формируется новая двуспиральная молекула DNA.