ДНК является только материальным носителем генетической информации, но непосредственного участия в биосинтезе белков клеток она не принимает. Роль посредника играют РНК. Они состоят из одной полинуклеотидной цепи, в которой вместо тимина содержат урацил, вместо дезоксирибозы – рибозу. В биосинтезе белка участвуют следующие виды: матричная или информационная (м-РНК или и-РНК), рибосомная (р-РНК) и транспортная (т-РНК).

Этап: Транскрипция.

Это процесс считывания информации с ДНК на и-РНК на участке одной из цепей ДНК (кодогенной), называемого структурным геном. По сути своей это синтез и-РНК на ДНК с помощью фермента РНК-полимеразы. Транскрипция (считывание) начинается с взаимодействия фермента с особым участком ДНК, который называется промотор или место начала считывания. РНК-полимераза, продвигаясь по цепи ДНК, переписывает нуклеотидную последовательность по принципу комплементарности до тех пор пока не встретиться с кодоном – терминатором. Транскрипция прекращается. Участок ДНК, включающий промотор, транскрибируемую последовательность и терминатор, называется единицей транскрипции – транскриптон.

Этап: Трансляция.

Трансляция – это перевод информации с и-РНК в полипептидную цепь аминокислот в рибосоме. Малая субъединица служит для прохождения и-РНК, большая для синтеза полипептида из аминокислот, доставляемых т-РНК.

т-РНК несут антикодоны для узнавания комплементарных кодонов и-РНК. Наращивание нолипептидной цепи происходит путем синтеза пептидной связи в рибосоме.

Рибосомный цикл синтеза полипептида включает фазы инициации, элонгации, и терминации.

Фаза инициации состоит в образовании белоксинтезируюшей структуры, включающей начальный кодон и-РНК, малую субъединицу рибосомы и первую аминоацил – т-РНК.

Фаза элонгации – это удлинение полипептидной цепи путем присоединения аминокислот в рибосоме в соответствии с кодонами           и-РНК.

Фаза терминации связана с завершением синтеза полипептида. В процессе узнавания рибосомой одного из терминальных кодонов УАА, УАТ или УГА.

На рисунке 36 представлена упрощенная схема синтеза белка.

Рисунок 36 – Схема реализации генетической информации в процессе биосинтеза белка

У прокариот и-РНК непосредственно может служить матрицей для трансляции. У эукариот в процессе транскрипции в начале синтезируется предшественник и-РНК который содержит копии информативных участков экзонов и неинформативных участков интронов. Посттранскрипционное преобразование в зрелую и-РНК включает вырезание неинформативных участков – процессинг и последующее сшивание информативных участков – сплайсинг.

Биологическая информация, записанная в генах должна точно копироваться и передаваться клетками потомкам. Несмотря на химическую стабильность и высокую точность репликации молекулы ДНК, в ней могут происходить «генетические ошибки», которые являются следствием выпадений, вставок или замены отдельных нуклеотидов. Такие изменения в структуре ДНК называются генными мутациями.

Большая часть их приводит к сдвигу рамки считывания в генетическом коде. На рисунке 37 представлена схема проявления такой мутации в кодогенной цепи ДНК, приведшей к изменению аминокислотного состава полипептидной цепи.

Рисунок 37 – Сдвиг рамки считывания в результате вставки нуклеотида в ДНК приводит к изменению состава аминокислот зашифрованной пептидной цепи

Таким образом, зная строение участка ДНК, кодирующего белок или изменения в нём, можно расшифровать молекулу кодируемого им белка или изменения в нём, и наоборот, зная первичную структуру белка, можно расшифровать строение ДНК, кодирующего этот белок.

Контрольные вопросы

1. Что такое биосинтез белка?
2. В чем сущность процесса синтеза полипептида?
3. Из скольких этапов состоит процесс биосинтеза?
4. Что такое транскрипция? Опишите действия на данном этапе.
5. Что такое трансляция? Опишите действия на данном этапе.
6. Где происходит процесс транскрипции?
7. Какие структуры клетки участвуют в процессе биосинтеза белка?