Информационное содержание ДНК. Регуляторные районы и интроны

В предыдущей статье1 было рассказано лишь о самом главном информационном содержании ДНК: ДНК содержит программы для синтеза свойственных данному организму белков, которые представляют собой последовательности троек нуклеотидов на транскрибируемой нити. Непосредственно они программируют синтез соответствующего кодона мРНК. Например, будущий остаток фенилаланина должен быть записан на транскрибируемой нити ДНК как (3')dAdAdA(5'), если программируется ко-дон UUU, или как (3')dAdAdG(5'), если кодируется кодон UUC. Участок ДНК, содержащий всю информацию о программируемом белке, называют геном для данного белка. Генами называют и участки ДНК, которые содержат всю необходимую информацию о структуре РНК (рибосомные и транспортные РНК), а также вспомогательные участки, необходимые для транскрипции гена. В действительности последовательностью кодирующих три-нуклеотидов для синтеза белков или последовательностью нуклеотидов, кодирующих структуру тРНК или рРНК, содержащаяся в ДНК информация не исчерпывается. Сегодня уже ясно, что оно неизмеримо богаче, а, по-видимому, многое еще и вообще неизвестно.

Для создания определенной РНК необходимо, чтобы транскрипция началась в определенной точке огромной молекулы ДНК. Здесь должна оказаться и расположиться нужным для транскрипции образом РНК-полимераза. Для этого существует специальная область, чаще всего находящаяся перед кодирующей последовательностью, роль которой состоит в том, чтобы связать и ориентировать определенным образом РНК-полимеразу. Эту область, если она расположена вдоль цепи близко от начала старта транскрипции, называют промотором.

Новое неожиданное оказалось связанным со структурой генов эукариот. Выяснилось, что смысловая последовательность, кодирующая определенную последовательность аминокислот в белке или определенную последовательность нуклеотидов в РНК, необязательно является непрерывной. Она может содержать некоторые вставочные последовательности, которые получили название интронов.

1 Кнорре Д. Г. Биохимия нуклеиновых кислот // Соросов -ский Образовательный Журнал. 1996. № 3. С. 11—16.

Кодирующие последовательности, разделенные интронами, в этом случае называют экзонами. При транскрипции получаются РНК-копии, которые содержат и нужные в конечной (зрелой) молекуле РНК фрагменты, и лишние, которые должны быть удалены (вырезаны) из зрелой молекулы. Каждое такое вырезание должно сопровождаться воссоединением концов последовательных экзонов, между которыми находился интрон. Этот процесс получил название "сплайсинг". Сплайсинг происходит с избирательностью, характерной для процессов, катализируемых ферментами. До открытия сплайсинга считалось общепринятым, что все ферменты имеют белковую природу. Однако никакие белки в некоторых случаях в сплайсинге не участвуют, то есть РНК, содержащая интроны, может сама осуществлять селективную реакцию, причем с довольно большой скоростью. В результате пришлось признать, что биологическими катализаторами могут служить не только белки, но и рибонуклеиновые кислоты. По аналогии с энзимами такие катализаторы получили название рибозимов.

Говоря об информационном содержании ДНК, нельзя не сказать о том, что информационное содержание ДНК может изменяться как в результате ошибок при репликации, так и при действии различных внешних факторов — облучения и обработки некоторыми химическими реагентами. Изменения в структуре ДНК какого-либо организма носят название мутаций. Мутация может заключаться в том, что одна пара нуклеотидов в двух цепях превращается в другую комплементарную пару. Это, естественно, происходит не единовременно: сначала возникает одна ошибка, например dC заменяется на dT. При репликации dT отберет для введения в новую цепь dA, а не dG, которое находилось в этом месте цепи у родительской ДНК. В итоге вместо пары dC • dG в дочерней молекуле, а тем самым и во всех последующих поколениях на этом месте будет находится пара dT • dA. Такие мутации получили название точечных. Происходят и более значительные по масштабу мутации. Часто, хотя далеко не всегда, мутации имеют серьезные биологические последствия. Известны, например, гены, которые отвечают за контроль над размножением клеток, стимулируя его до определенного предела и останавливая в нужной для организма фазе. Некоторые единичные изменения в таком гене приводят к тому, что способность к контролю за процессом деления клеток теряется и ген превращается в онкоген, то есть ген, способствующий неограниченному размножению клеток — клетки становятся злокачественными и возникает раковая опухоль.

Биологически мембраны

Важнейшее условие существования клетки, и, следовательно, жизни – нормальное функционирование биологических мембран. Мембраны – неотъемлемый компонент всех клеток.


Биологические ресурсы

Несколько поколений россиян выросло под бодрые звуки песни "Широка страна моя родная! Много в ней лесов, полей и рек. С тех пор и страна стала не такой широкой, как была, а что происходит с полями и реками - читатель этой книги уже знает. На очереди - сведения о растительном мире, в том числе и о лесах.

Стратегии эволюции и кислород

Испокон веков людей волновал вопрос, как возникли живой мир и они сами. Кажущаяся непостижимость происхождения организмов во всей их сложности и совершенстве неизменно толкала человечество к религии. Действительно, как можно, не прибегая к Создателю, объяснить появление живых существ во всем их необычайном разнообразии?.

Кембрийский парадокс

Примерно 530 миллионов лет назад, в начале кембрийской эпохи, на Земле произошло уникальное событие - внезапно, быстро и почти одновременно возникло множество новых биологических форм, ставших предшественниками важнейших типов современных организмов вплоть до человека.