Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 31. Реалізація спадкової інформації: транскрипція та процесинг РНК

Які процеси забезпечують реалізацію спадкової інформації?

Які існують відмінності в будові РНК та ДНК?

Збереження та передача наступним поколінням спадкової інформації є важливими процесами, але для формування ознак організму потрібно, щоб ця інформація була використана, реалізована в правильний спосіб. Утворення на основі генетичної інформації функціональних продуктів (білків або РНК) називають експресією гена. Цей процес складається з низки послідовних етапів (рис. 129), першим з яких є зчитування інформації з ДНК або транскрипція.

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

Етапи транскрипції. 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 (рис. 130), першим з яких є зв’язування з промотором гена. Для цього РНК-полімераза має бути з’єднаною 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. Гени, які кодують транскрипційні фактори, є регуляторними. Наступним етапом є синтез молекули РНК (рис. 130). 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 (рис. 131).

Рис. 129. Процеси реалізації генетичної інформації

Рис. 130. Механізм транскрипції

Поясніть, чому спадкова інформація найчастіше стосується будови молекули білка.

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 розрізняють кілька типів молекул РНК. Рибосомні РНК (рРНК) входять до складу рибосом і 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. Існують і інші типи РНК. Усі вони беруть участь у біосинтезі білка або його регуляції. Переважна більшість генів ядерної ДНК кодує послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі («білкові гени»).

Дозрівання РНК. Утворені в процесі транскрипції молекули РНК ще не можуть виконувати своїх функцій. В еукаріотів вони зазнають певних змін, які називаються процесингом. Важливим його етапом є сплайсинг (від англ. splice - зрощувати, з’єднувати). Більшість генів еукаріотів містить некодувальні ділянки, що «вирізаються» під час зазначеного процесу. Такі ділянки називають інтронами, а ті, що залишаються в молекулі РНК, - екзонами. Отже, сплайсинг - це процес «вирізання» інтронів і «зшивання» екзонів. Зрозуміло, що інформацію про структуру білків містять лише екзони. На інтрони може припадати 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 (рис. 132). Уважають, що саме це є причиною описаної мозаїчної (екзонно-інтронної) структури генів. Зрілі молекули РНК експортуються з ядра в цитоплазму, де починають виконувати свої функції.

Рис. 131. Принцип комплементарності під час транскрипції

Змоделюйте послідовність нуклеотидів у молекулі мРНК, яка синтезується натакому фрагменті молекули ДНК: ААТГЦГЦАТЦГ.

Рис. 132. Дозрівання молекули РНК. Сплайсинг

Зеленим кольором позначено інтрони, жовтим - екзони. З одного гена можуть утворитися білки різної будови: два екзони в мРНК, що їх кодує, є спільними, один - відмінний.

Визначте, які екзони є спільними або відмінними в мРНК білків А і Б.

1. Дайте означення понять транскрипція, транскрипційні фактори, процесинг, сплайсинг.

2. Схарактеризуйте типи РНК.

3. Опишіть будову гена еукаріотичної клітини.

4. Поясніть механізм транскрипції.

5. Підготуйте повідомлення з теми «Які особливості будови генів еукаріотичної клітини?», використовуючи інтернет-джерела.