Підручник з Біології. 9 клас. Задорожний - Нова програма

22. Реплікація, транскрипція та дозрівання РНК

Ви вже ознайомилися з особливостями будови молекул нуклеїнових кислот та функціями, які вони виконують у клітині. Пригадайте, які нуклеотиди входять до складу ДНК і РНК. Які етапи реалізації спадкової інформації вам відомі?

Реплікація

Під час розмноження клітин кожна дочірня клітина отримує від материнської однаковий набір молекул ДНК. Це можливо завдяки тому, що перед поділом клітини молекула ДНК материнської клітини подвоюється. Такий процес подвоєння ДНК називають реплікацією.

У ході реплікації спеціальні білки-ферменти розкручують подвійний ланцюжок ДНК на два одинарні ланцюжки. Після цього інші ферменти на кожній з ниток добудовують її дзеркальну копію за принципом комплементарності: тимідиловий нуклеотид — навпроти аденілового, а гуаніловий — навпроти цитиділового (мал. 22.1). Таким чином організм отримує дві однакові копії ДНК, які можна розподілити між дочірніми клітинами після поділу материнської клітини.

Транскрипція

Як ви вже знаєте, на етапі транскрипції відбувається синтез молекули ІРНК за зразком одного з ланцюгів молекули ДНК. Під час синтезу молекули РНК нуклеотиди приєднуються до її ланцюга за принципом комплементарності (мал. 22.1). Зверніть увагу, що навпроти аденілового нуклеотиду в ланцюзі ДНК розміщується уридиловий у ланцюзі РНК (а не тимідиловий, як під час синтезу ДНК).

Мал. 22.1. Принцип комплементарності в розміщенні нуклеотидів у ланцюгах ДНК і РНК

Мал. 22.2. Процес транскрипції

Транскрипція здійснюється великим комплексом ферментів, головним з яких е фермент ДНК-залежна РНК-полімераза (мал. 22.2). Така назва означає, що він створює полімерний ланцюжок РНК за зразком молекули ДНК.

Процес транскрипції розпочинається, коли РНК-полімераза виявляє на ланцюзі ДНК зону промотора. Вона прикріплюється до ДНК у цій зоні й починає пересуватися вздовж її ланцюга. При цьому подвійна спіраль молекули ДНК розкручується, і РНК-полімераза зчитує інформацію лише з одного ланцюга ДНК. Вона розпізнає нуклеотиди на ланцюзі ДНК і приєднує відповідні нуклеотиди до ланцюга РНК (за принципом комплементарності). Нові нуклеотиди приєднуються до «хвоста» ланцюга РНК, що синтезується. Ділянка ДНК, з якої фермент уже зчитав інформацію, скручується знову. Процес транскрипції (синтез РНК) закінчується, коли РНК-полімераза досягає ділянки термінатора.

Дозрівання (процесинг) РНК

Дозрівання РНК є важливим етапом реалізації спадкової інформації в еукаріотів. Воно є властивим для всіх типів РНК і не відбувається тільки в окремих випадках.

Під час дозрівання (процесингу) РНК відбувається:

— сплайсинг (виділення інтронів та з’єднання екзонів у синтезованій молекулі за допомогою мяРНК) (мал. 22.3);

— додавання до початку молекули кількох модифікованих нуклеотидів, які допомагають транспортувати її в цитоплазму;

— додавання до кінця молекули РНК кількох молекул аденілових нуклеотидів (поліаденілювання), який допомагає транспортувати її в цитоплазму.

Мал. 22.3. Процес дозрівання РНК

Процес дозрівання дозволяє клітинам еукаріотів проводити так званий альтернативний сплайсинг, під час якого з однієї молекули РНК можуть утворюватися різні комбінації екзонів. При цьому утворюються різні білки з одного вихідного варіанта. Про масштаб цього процесу свідчить той факт, що в геномі людини трохи більше 20 000 генів, а в клітинах наявних білків нараховують понад 250 тисяч.

Зворотна транскрипція

Крім процесу транскрипції в клітинах може відбуватися процес зворотної транскрипції. У цьому процесі події відбуваються у зворотному порядку порівняно зі звичайною транскрипцією. Здійснює його також комплекс ферментів, головним з яких є фермент зворотна транскриптаза (її часто називають ревертазою). Це спеціальний фермент, який будує ланцюжок ДНК за зразком ланцюжка РНК.

Мал. 22.4. Зворотна транскрипція

Принцип побудови також базується на явищі комплементарності. Навпроти гуанілового нуклеотиду РНК в ланцюжку ДНК розташовується цитиділовий нуклеотид, а напроти цитиділового — гуаніловий. Уридиловий нуклеотид до складу ДНК не входить, тому навпроти аденілового нуклеотиду РНК в ланцюжку ДНК розташовується тимідиловий нуклеотид, а навпроти уридилового — аденіловий.

Особливо часто цей процес використовують віруси, у яких нуклеїнова кислота представлена РНК (мал. 22.4). Вони проникають у клітини живих організмів і там, за допомогою ферменту ревертаза, зі своєї РНК утворюють ДНК. А вже ця ДНК вбудовується в геном клітини й починає контролювати процеси, які в ній відбуваються.

Для забезпечення дочірніх клітин копіями материнської ДНК використовується процес реплікації (подвоєння ДНК). Синтез потрібних клітині органічних молекул відбувається з використанням інформації, яка зберігається в ДНК клітини.

Першим етапом реалізації спадкової інформації є транскрипція — процес синтезу молекули РНК за зразком одного з ланцюгів молекули ДНК. Цей процес здійснюється ферментом РНК-полімеразою. Другим етапом є дозрівання РНК, який відбувається в ядрі клітини. При цьому з молекули РНК видаляються інтрони і до неї прикріплюються додаткові нуклеотиди, які допомагають під час транспортування молекули з ядра до цитоплазми.

Перевірте свої знання

1. Які етапи виділяють у процесі реалізації спадкової інформації? 2. Що таке транскрипція? 3. Поясніть, у чому полягає принцип комплементарності в розміщенні нуклеотидів у молекулах ДНК і РНК. 4. Що відбувається у ході процесингу РНК? 5. Порівняйте між собою реплікацію і транскрипцію. 6. Використовуючи принцип комплементарності, установіть послідовність нуклеотидів на ділянці ДНК, яка утвориться під час реплікації ділянки ланцюга ДНК з послідовністю нуклеотидів: а) АГТТАЦГЦГААГТТТЦЦА, б) ЦГАААГТТАЦТЦЦГГТТА. 7. Використовуючи принцип комплементарності, установіть послідовність нуклеотидів на ділянці РНК, яка утвориться під час транскрипції ділянки ланцюга ДНК з послідовністю нуклеотидів: а) АГТТАЦГЦГААГТТТЦЦА, б) ТЦЦААГТЦГАТАЦГАГТТ. 8*. Які переваги порівняно з прокаріотами надає еукаріотам наявність у них явища дозрівання РНК?