Экспрессия генов (синтез белка)

Экспрессия (реализация) генетической информации происходит в процессе синтеза белков. Молекулы ДНК находятся в ядре клетки. Синтез белка происходит в цитоплазме в специальных образованиях - рибосомах. Для передачи информации о структуре белка к месту его синтеза на матрице ДНК, по принципу комплиментарности с помощью соответствующего фермента из свободных нуклеотидов синтезируется другой вид нуклеиновой кислоты – РНК (рибонуклеиновая кислота). Она называется матричной, или информационной. Молекулы РНК отличаются от молекул ДНК тем, что в состав их нуклеотидов входят:

1). Пятиуглеродный сахар – рибоза;

2). Вместо нуклеотидов с азотистым основанием тимин - нуклеотиды с азотистым основанием урацил (У), которые также комплиментарно взаимодействуют с аденином.

Информационная (иРНК) является одноцепочной и представляет собой точную копию участка + цепи молекулы ДНК, т. е. той цепи, которая несет на себе информацию о строении конкретного белка. иРНК мигрирует из ядра к рибосомам, где и начинается синтез белка. В синтезе белка принимает участие еще одна разновидность молекул РНК – транспортная (тРНК). Эта молекула сравнительно небольшая по количеству нуклеотидов и имеет в своей структуре два активных центра. Один способен связываться с одной из 20, но строго определенной аминокислотой. Второй представляет собой триплет, комплиментарный коду этой аминокислоты, т. е. допустим тРНК, способная связываться с аминокислотой – лейцином, код которой ГГГ, на своем активном центре должна иметь триплет ЦЦЦ. Благодаря такому строению, тРНК не только приносят необходимые для синтеза белка аминокислоты к рибосомам, но и обеспечивают порядок их соединения между собой в соответствии с тем порядком, в котором каждая тРНК взаимодействовала с соответствующим триплетом на иРНК.

Хотя ядро клетки несет информацию обо всех белках, синтезируемых всеми клетками организма в течение всей его жизни, большая часть генов в каждой данной клетке не экспрессируется. Благодаря этому и возникают различия между клетками разных тканей и органов. Этим же обеспечивается дифференциация клеток в процессе индивидуального развития организма. На сегодняшний день считается, что каждая клетка за время своего существования экспрессирует не более 10 % всей генетической информации.

Основная проблема современной генетики заключается в изучении механизмов регуляции экспрессии генов. По современным представлениям - экспрессия одних генов и отсутствие экспрессии других обеспечивается по принципу обратной связи, когда наличие или отсутствие в клетке белков или других химических соединений, обусловленных работой совершенно другой группы генов, является индуктором или ингибитором экспрессии данного гена.