Синтез белков в клетке осуществляется в цитоплазме на рибосомах.
Наследственная информация хранится в ядре «Жесткий диск компьютера». Роль посредника («флешка») для передачи информации играет молекула иРНК (мРНК).
Реализация наследственной информации осуществляется в несколько этапов и осуществляются по матричному типу.
Матрица - основа для создания большого количества копий.
Существует 4 типа матричных процессов:
1. Репликация ДНК
2. Транскрипция
3. Трансляция
4. Обратная транскрипция (вирусы)
Транскрипция
Матрицей для синтеза иРНК является одна из цепей ДНК ( одна из цепей ДНК 5’- 3’ смысловая, вторая транскрибируемая цепь 3’ - 5’). Процесс трансляции у эукариот происходит в ядре, обеспечивается большим количеством ферментов, главным из которых является РНК-полимераза.
Процесс транскрипции происходит в 3 стадии:
1. Инициация - начало реакций.
РНК-полимераза связывается с промотором (участок цепи ДНК, к которому присоединяется РНК-полимераза), движется по цепи до старт-кодона ТАЦ (на иРНК – АУЦ, кодирующий первую аминокислоту - метионин), начинается синтез цепи иРНК.
2. Элонгация - рост цепи иРНК происходит 5’ - 3’, т.е. иРНК антипараллельна и комплементарна матричной цепи ДНК.
3. Терминация - завершение синтеза РНК.
РНК-полимераза доходит до терминатора (участок на цепи ДНК), где отсоединяется от матричной цепи, на этом процесс транскрипции заканчивается.
Итогом транскрипции является пре-иРНК (предшественник иРНК) - цепь содержащая не только экзоны - информативные участки, но и интроны неинформативные участки.
Отделившийся от ДНК транскрипт подвергается процессингу - преобразованию в зрелую иРНК.
Процессинг включает в себя следующие события:
- Кэпирование 5 конца - присоединение 1-2 модифицированных нуклеотидов к транскрипту. Кэп способствует эффективному процессингу, экспорту иРНК из ядра, инициирует начало трансляции и защищает от разрушения.
- Полиаденилирование 3 конца - присоединение к транскрипту участка, состоящего из А-нуклеотидов. Поли-Ахвост, обеспечивает транспортировку зрелой иРНК из ядра в цитоплазму, защищает от разрушения и инициирует окончание трансляции.
- Сплайсинг - удаление интронов и соединение экзонов между собой. Вырезание интронов происходит при участии ферментов рестриктаз («молекулярные ножницы»), а соединение экзонов обеспечивают ферменты лигазы («молекулярный клей»). В результате образуется зрелая иРНК, которая перемещается в цитоплазму, где служит матрицей для трансляции. Экзоны могут соединяться в различных сочетаниях, благодаря чему 1 ген может определять синтез нескольких десятков различающихся последовательностью аминокислот белков. Такое явление носит название альтернативного сплайсинга. Например, так образуются антитела к различным антигенам.
На разных цепях ДНК синтезируются разные РНК. Но в одном гене матрицей для транскрипции служит только одна из двух цепей ДНК. Какая из них будет матрицей определяется промотором.
Активирование аминокислот
Аминокислоты доставляются к месту синтеза белка с помощью тРНК. На центральной петле находится антикодон - триплет нуклеотидов, комплементарный кодону на иРНК. Каждый вид тРНК транспортирует только 1 вид аминокислот. Процесс присоединения аминокислоты к концевому участку тРНК (к «черешку листа») катализирует фермент аминоацил-тРНК-синтетаза. Процесс происходит с затратами энергии АТФ.