Учебник для 9 класса

Биология

§8. Матричные реакции как основа передачи и реализации генетической информации в живом

Вспомните, какое строение имеет молекула ДНК. Какие функции выполняет ДНК в клетке? В чем сущность принципа комплементарнпсти?

Генетическая информация реализуется в живом на молекулярно-генетическом уровне при синтезе ДНК и РНК, а на клеточном — при биосинтезе белка. Было установлено, что две цепи ДНК способны раскручиваться и служить матрицей (от лат. матрикс — основа, начало) для синтеза всех нуклеиновых кислот. На ней синтезируются все виды РНК, которые затем участвуют в биосинтезе белка. Кроме того, перед делением клетки каждая молекула ДНК удваивается, т. е. синтезирует себе подобную. В каждой из этих реакций информация, заключенная в последовательности нуклеотидов одной молекулы ДНК, используется для синтеза другой нуклеотидной последовательности молекул ДНК или РНК. Все эти процессы биосинтеза носят название реакций матричного синтеза.

Самоудвоение ДНК. Передача наследственной информации на молекулярном уровне происходит в процессе синтеза молекул ДНК. Матрицей для синтеза новой ДНК служит исходная молекула ДНК, которая самоудваивается. Процесс самоудвоения молекулы ДНК — редупликация (от лат. редупликацио — удвоение). Она обеспечивает точное копирование генетической информации.

В основе реакции удвоения ДНК лежит принцип комплементарности. Каждая цепь молекулы ДНК содержит последовательность нуклеотидов, в точности комплементарную последовательности нуклеотидов на другой цепи. Цепи одной молекулы ДНК, разъединяются и каждая из них служит матрицей для синтеза соответствующей недостающей цепи. Две новые молекулы ДНК содержат одну новую и одну исходную материнскую цепь ДНК. Таким образом, обе дочерние молекулы ДНК полностью похожи на исходную материнскую ДНК (рис. 31).

Рис. 31. Самоудвоение (редупликация) молекулы ДНК

Количество ДНК обозначается латинской буквой с. Перед редупликацией оно равно 2с, а после — в два раза больше, т. е. 4с.

Копирование ДНК происходит с высокой точностью. В среднем на каждый миллиард комплементарных пар нуклеотидов, образующихся в ходе редупликации, приходится одна ошибка. Эти ошибки устраняются особыми белками, распознающими и удаляющими неправильные нуклеотиды. Точность копирования обеспечивает правильность передачи наследственной информации. В результате этого процесса не только синтезируется новая молекула ДНК, но и передается генетическая информация о структуре белков, которая в ней заложена. Стойкость гена и возможность его воспроизведения обеспечивают непрерывность жизни и передачу наследственной информации из поколения в поколение.

Биосинтез РНК. Процесс биосинтеза РНК имеет ряд особенностей. Молекулы РНК значительно короче и являются копиями небольшого участка ДНК — гена. Следовательно, в синтезе РНК участвует только часть молекулы ДНК. Матрицей для синтеза служит только одна из цепей ДНК (рис. 32).

Рис. 32. Синтез информационной РНК

На определенном участке — гене двойная спираль молекулы ДНК раскручивается. На одной из цепей по принципу комплементарности выстраиваются нуклеотиды. Специальный белок-фермент соединяет нуклеотиды между собой. В результате синтезируется РНК-копия. После окончания реакции молекула РНК освобождается от исходной ДНК-матрицы, которая затем восстанавливает свою двойную спираль. Синтез завершен.

В зависимости от участка ДНК аналогично синтезируются все виды РНК — рибосомальная, транспортная. информационная. Итак, реализация наследственной информации на молекулярно-генетическом уровне происходит в процессе синтеза молекул РНК. Далее на клеточном уровне эта информация реализуется при биосинтезе белка, который также относится к матричным реакциям.

Упражнения по пройденному материалу

1. Какие реакции называются матричными?
2. Какой принцип лежит в основе реакций матричного синтеза?
3. Объясните процесс самоудвоения ДНК?
4. Как происходит биосинтез информационной РНК? Чем он отличается от самоудвоения ДНК?

1. Определите нуклеотиды второй цепи ДНК, если первая цепь имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦТТААЦАЦЦГГГЦАТТЦЦГАА.
2. Составьте фрагмент синтезированной молекулы иРНК, если одна из цепей ДНК имеет следующую нуклеотидную последователъность: ААТЦЦГТЦЦАЦГТА.

Молекулярная биология — сравнительно молодая биологическая наука. Она изучает проявление жизни на самом элементарном уровне. Новым методом этой науки является технология рекомбинаптных ДНК. Он позволяет выделять какой-либо ген, изменять его и вновь вводить в культивируемые клетки, где этот новый ген начинает функциони ровать. На основе этого метода возникло новое направление в биологии — генная инженерия, с помощью которой удалось расшифровать сложные механизмы регуляции генов у эукариот, получить белки, участвующие в клеточной регуляции. Применение этой технологии открывает широкие перспективы для масштабного производства любого белка, создания новых лекарственных препаратов. Кроме того, появилась возможность определить локализацию отдельных генов в хромосоме и выявить гены, обладающие родственными функциями.