§ 19. Транскрипція. Основні типи РНК

Для формування ознак організму потрібно, щоб його спадкова інформація була використана, тобто реалізована в правильний спосіб.

Реалізація спадкової інформації складається з низки послідовних процесів. Як бачимо, вона починається з процесу, який називається транскрипцією.

Транскрипція – синтез молекули РНК з використанням молекули ДНК як матриці.

В еукаріотичних клітинах транскрипція відбувається в ядрі, де зберігається ДНК, і забезпечується ферментами. Основним ферментом транскрипції є РНК-полімераза, яка «працює» на всіх її етапах.

Етапи транскрипції. Зв'язування із промотором гена є першим етапом. Для цього РНК-полімераза має бути зв'язаною з одним або кількома іншими важливими білками – транскрипційними факторами. Вони визначають, з яким саме геном зв'язуватиметься зазначений фермент, а отже, впливають на активність генів, що має важливе значення для регуляції росту та розвитку організму. Транскрипційні фактори кодуються регуляторними генами. Синтез молекули РНК є наступним етапом. РНК-полімераза роз'єднує дві нитки ДНК і рухається вздовж лише однієї з них. Вона розпізнає нуклеотиди ДНК і включає в молекулу РНК комплементарні до них РНК-нуклеотиди. Слід пам'ятати, що замість тимідилового (Т) нуклеотиду молекул ДНК до молекули РНК входить урациловий (У). Цей процес триває, доки РНК-полімераза не досягне термінатора гена. Тоді синтез завершується: РНК-полімераза вивільняє синтезовану молекулу РНК та від'єднується від ДНК.

Типи РНК. За функціями виокремлюють кілька типів молекул РНК. Рибосомні РНК (рРНК) входять до складу рибосом та забезпечують їхнє функціонування. Транспортні РНК (тРНК) приєднують амінокислоти й транспортують їх до місця синтезу білка. Матричні, або інформаційні, РНК (мРНК, іРНК) містять інформацію про амінокислотну структуру білків. Вони слугують матрицею для біосинтезу білка. Усі РНК беруть участь у біосинтезі білка або його регуляції. Переважна більшість генів кодує послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі («білкові гени»), решта генів кодує РНК інших типів.

Дозрівання РНК. Утворені в процесі транскрипції молекули РНК ще не можуть виконувати свої функції. В еукаріотів вони зазнають певних змін, однією з яких є сплайсинг. Більшість генів еукаріотів містить некодувальні ділянки, що «вирізаються» під час зазначеного процесу. Такі ділянки називаються інтронами, а ті, що залишаються в молекулі РНК, – екзонами. Отже, сплайсинг (від англ. splice – зрощувати, склеювати кінці чогось) – це процес «вирізання» інтронів та «зшивання» екзонів. Зрозуміло, що інформацію про структуру білків містять лише екзони. На інтрони припадає від 0 до 99 % довжини гена. У багатьох генів екзони, що залишаються, можуть зшиватися в різний спосіб. Як наслідок з одного гена можуть утворюватися різні мРНК, за якими будуть синтезовані різні білки. Уважається, що саме це є причиною описаної мозаїчної (екзонно-інтронної) структури генів. Зрілі молекули РНК експортуються з ядра в цитоплазму, де починають виконувати свої функції.

§ 20. Генетичний код

Молекули РНК, синтезовані на матриці ДНК, можуть виконувати самостійні функції (тРНК, рРНК), але більшість з них слугує переносником інформації про структуру білків (мРНК). Із механізмом синтезу білків ви ознайомитеся в наступному параграфі, а в цьому розглянемо загальні правила, за якими він відбувається.

Ви пам'ятаєте, що мономерами нуклеїнових кислот є нуклеотиди, а білки складаються з амінокислот. Отже, інформація про амінокислотну послідовність білків, тобто їхню первинну структуру, закодована в послідовності нуклеотидів молекул мРНК. А значить, синтез білкової молекули має відбуватися за правилом перетворення «нуклеотидної» інформації на «амінокислотну». Таким правилом є генетичний код.

Генетичний код – система запису послідовності амінокислотних залишків білкових молекул за допомогою послідовності нуклеотидів молекул РНК.

Для генетичного коду характерні певні властивості.

1. Інформація з РНК зчитується порціями з трьох нуклеотидів. Послідовність із трьох нуклеотидів називається триплетом, або кодоном. Якщо уявити нуклеотиди як літери (їх є чотири – А, У, Г, Ц), то триплети – це слова, що складаються з цих літер. Триплети кодують 20 білкових амінокислот і три спеціальні стоп-послідовності, що означають закінчення кодованого білка.

2. Інформація зчитується безперервно. Кожен наступний триплет починається відразу за попереднім. Триплети не перекриваються й не накладаються один на одного. Жоден нуклеотид не може водночас бути складовою двох триплетів. Наприклад, ділянка РНК з послідовністю А У Г Г А Ц Ц Ц А буде розділена на три триплети лише так: АУГ – ГАЦ – ЦЦА.

3. Генетичний код є однозначним. Кожен триплет відповідає лише одній амінокислоті (або є стоп-кодоном). Не може той самий триплет у клітині кодувати дві різні амінокислоти.