Генетична інформація про ознаки організму міститься у геномі – наборі
генів, що є ділянками молекул ДНК, які знаходяться в ядрах клітин.
Різні види рибонуклеїнових кислот (і-РНК, т-РНК, р-РНК)
забезпечують переміщення інформації в клітині, транспорт амінокислот,
функціонування рибосом. Для багатьох вірусів РНК є носієм генетичної
інформації.
З хімічної точки зору ДНК та РНК - полінуклеотиди, тобто їх
мономерами є нуклеотиди. Кожний нуклеотид складається із трьох
компонентів: 1 – пуринової або піримідинової азотистої основи; 2 –
моносахариду рибози або дезоксирибози; 3 – залишку фосфорної кислоти.
За назвами азотистих основ відповідно називають й нуклеотиди (згідно
хімічної номенклатури IUPAC): А – аденіловий, Г – гуаніловий, Ц –
цитидиловий, Т – тимідиловий, У – уридиловий. В ДНК містяться А, Т, Г,
Ц, а в РНК відповідно - А, У, Г, Ц. Маса одного нуклеотиду складає
приблизно 345 а.о.м., а по довжині він у ланцюгу займає 0,34 нм.
Молекула ДНК являє собою закручену праворуч спіраль, що складається з
двох ланцюгів нуклеотидів. Ці полінуклеотидні ланцюги комплементарно
сполучені один з одним специфічними водневими зв’язками: А=Т, Г=Ц.
Наслідком цього є так звані правила Е. Чаргаффа:
- nА=nТ, та nЦ=nГ.
- (nА + nГ) = (nТ + nЦ), де n – кількість нуклеотидів.
Основні функції ДНК – збереження та передача генетичної інформації – забезпечуються наступними процесами:
- напівконсервативним самоподвоєнням у синтетичному періоді інтерфази (реплікація);
- використанням молекули ДНК як матриці для синтезу інформаційної та інших видів РНК (транскрипція).
Молекули РНК відіграють основну роль у процесах біосинтезу
поліпептидів – білкових молекул в клітині. РНК складається з одного
полінуклеотидного ланцюга. В ланцюгу нуклеотиди, так само як і у одному
ланцюгу ДНК, сполучені фосфордіефірними зв’язками між моносахаридами.
Тому по відношенню до нуклеотидів ланцюга РНК принцип комплементарності
незастосовний, але сама молекула РНК комплементарна відповідному
фрагменту ДНК, наприклад:
|
3'ЦАТТГЦТАГТТТТАА5'
5'ГТААЦГАТЦААААТТ3'
|
- фрагмент ДНК
|
|
3'ЦАУУГЦУАГУУУУАА3'
|
- фрагмент і-РНК
|
Цифри "3'” та "5'” означають відповідні атоми
вуглецю в моносахаридах нуклеотидів. Інша назва цих точок – відповідно
ОН-кінець та Р- кінець. Процеси реплікації та транскрипції відбуваються в
напрямку від 3'–кінця до 5'-кінця старого ланцюга. Ці процеси протікають в ядрі; і в якості матриці слугує один кодогенний ланцюг ДНК.
Трансляція (синтез поліпептидного ланцюга) здійснюється на рибосомах та відбувається в напрямку від 5'-кінця до 3'-кінця молекули РНК.
Встановлено, що послідовність розташування нуклеотидів в ДНК та в
і-РНК визначає послідовність сполучення амінокислот у поліпептидному
ланцюгу. Ця відповідність лінійної будови однієї хімічної системи будові
іншої системи отримала назву генетичний код.
Генетичний код має наступні характеристики:
- триплетність – одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами (триплет в і-РНК називають кодоном);
- надлишковість (виродженість) – кожна амінокислота, окрім метіоніну та триптофану, кодується більше ніж одним кодоном;
- колінеарність – послідовність триплетів нуклеотидів точно співпадає з послідовністю амінокислотних залишків у поліпептиді;
- не перекривається – два розташованих поряд кодони (шість нуклеотидів) кодують лише дві амінокислоти;
- універсальність – код практично єдиний для неклітинних та клітинних форм життя.
Триплет у і-РНК АУГ є стартовим кодоном, а триплети УАГ, УАА і УГА –
кодонами–термінаторами (означають кінець синтезу поліпептиду).
Окрім інформаційної РНК, в клітинах містяться транспортна (т-РНК) та рибосомна (р-РНК).
Молекули р-РНК утворюють в комплексі з рибосомними білками та ферментами рибосому, в котрій і відбувається біосинтез білка.
Існує не менше ніж 60 видів т-РНК, кожна з яких переносить специфічну
амінокислоту до рибосоми. Розпізнавання кодона і-РНК здійснюється за
принципом комплементарності за допомогою трьох нуклеотидів т-РНК, що
називаються антикодоном. Завдяки цьому і відбувається трансляція, тобто
збирання закодованої амінокислотної послідовності.
Тривалість синтезу однієї білкової молекули залежить від кількості
амінокислот. На приєднання одної амінокислоти (один крок рибосоми) йде
0,2 сек. Таким чином, синтез однієї молекули білка, що складається із
300 амінокислот, триває 0,2 х 300 = 60 сек., тобто 1 хв.
При розв’язанні задач молекулярну масу одної амінокислоти можна
приймати за 100 а.о.м. Це дозволяє за відомою масою білкової молекули
визначати кількість амінокислот, що її складають а, отже, кодонів і-РНК.
Полінуклеотидні нитки ДНК, що містяться в хромосомах еукаріотів та
нуклеотидах бактерій, підрозділяються на функціональні ділянки – гени.
Виділяються наступні групи генів:
- структурні гени – у них закодована інформація про первинну структуру білка;
- контролюючі гени – промотор, ген-оператор, ген-регулятор;
- гени з інформацією про синтез рибосомних РНК;
- гени, що кодують синтез більше ніж 60 різних транспортних РНК, кожна з яких здатна переносити строго визначену амінокислоту.
Під час розв’язання задач з молекулярної біології, передусім,
потрібно встановити якісний та кількісний склад ДНК та РНК, білкових
молекул, їх розміри та масу. | 
