Жизнь зеленого растения - Гэлстон А.
Скачать (прямая ссылка):
Нуклеиновые кислоты 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 нуклеотидов 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
Н О
I I!
и кислорода групп —N— и —С— двух соседних колец в моле-
Углерод
Фосфор Q Кислород 0 Водород
Пары оснований S — сахар дезоксирибоза Р — фосфор
А, Т, С и О — четыре основания ДНК.
СН
V _ //’
// с\
С N-
\ /
N— С / ^
с—с /
// \\ N
\ /
C=N _
^ Сахар
Н
\
Сахар
Тимин
Аденин
\
О
*с-с ,
/ V\
V-*/ \
Сахар
Н
/N^c'
Л /
_ * \Ч ...
Н Сч N
/_С\\
^ о.-
Сахар
Цитозин
C = N'
/
-N
Л н
Гуанин
Pic. 2.10. Объемная и плоскостная схемы строения двойной спирали ДНК. (Swanson С. Р. 1964. The Cell, 2nd ed., Englewood Cliffs, N. J., Prentlce-Hall.) Буквами S и P обозначен остов каждой отдельной спирали, состоящей из чередующихся остатков сахара и фосфорной кислоты; А, Т, G и С означают четыре типа оснований — адевин, тимии, гуанин и цитозин; точечные линии — водородные связи, удерживающие две спирали вместе. В рамке показаны две водородные связи между адекином и тимином и три — между гуанином и цитозином.
Отдельная цепь ДНК в хромосоме
мРНК, строящаяся^ вдоль цепи ДНК -
Ядерная мембрана, пронизанная порами
Пептидные связи, образующиеся между (Л щ аминокислотами в а*
процессе синтеза белка. ' \ Готовая белковая Цитоплазма молекула отделяется
от рибосомы Г\мино
Каждая аминокислота прикрепляется к особой тРНК, которая приближается к рибосоме и здесь присоединяется к соответствующему кодону мРНК
Рис. 2.11. Синтез белка н роль РНК в этом процессе. (С любезного разрешения Boylan М., Yale University.)
Внизу — электронная микрофотография, на которой видны рибосомы (Р), прикрепленные к мембранам эндоплазматнческого ретикулума (ЭР) в клетке семядоли Phaseolus vulgaris. Синтезируемый белок поступает в таких случаях непосредственно в просвет эндоплазматического ретикулума. Х53 ООО.
кулах аденина и тимина (рис. 2.10, вставка). Можно, следова-^ тельно, 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-раз- ному. 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-матрнце 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 (рис. 2.11).
