Схема строения молекулы ДНК

Особенности того или иного организма определяются специфичностью его белков, влияющих на обмен веществ в каждом из них.

Генетическая инженерия возникла на стыке таких биологических дисциплин, как молекулярная генетика, энзимология и др. Все процессы, связанные с наследственностью на молекулярном уровне исследует молекулярная генетика, а генявляется участком молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, несущей информацию об одной полипептидной цепи.

Специфичность белков каждого отдельного организма формирует и его индивидуальные, неповторимые особенности индивидуального развития. Сюда можно отнести влияние на обмен веществ в организме, его жизнедеятельность и функционирование как единое целое, а также ответная реакция на внешние раздражители. Специфичность белков и в их наследственности, т. е. передаче от родителей потомству, что в полной мере и реализует всё разнообразие генетической информации. Сами белки состоят из 20 аминокислот, которые соединены между собой пептидной связью. Генетическая информация о строении каждого из белков записана и сохраняется в молекуле ДНК.

Молекула ДНК – полимер, состоящий из двух цепочек нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, моносахарида дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц).

Внешне ДНК имеет форму спиралеобразной лестницы (рис. 8.3). При этом каждая пара цепочек азотистых оснований располагается в неизменном порядке друг к другу: аденин против тимина, гуанин – против цитозина. Такое расположение носит название комплементарности одного основания к другому, т. е. аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину.

Молекулы ДНК имеют способность удваиваться (реплицировать). В основе процесса удвоения лежит принцип комплементарности. Количество комплементарных оснований А + Т и Г + Ц у каждого животного имеет своё отличие. Информация, характеризующая специфичность расположения аминокислот в молекуле белка записана и хранится в ДНК в форме определённой последовательности нуклеотидов. Считывание информации с ДНК осуществляется с помощью рибонуклеиновых кислот (РНК). Процесс расшифровки начинается с синтеза информационной РНК (и-РНК).

Информационная РНК – полимер, состоящий из одной цепочки нуклеотидов. В состав нуклеотидов также входят азотистые основания, моносахарид рибоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистых оснований в РНК четыре: аденин (А), урацил (У), гуанин (Г), цитозин (Ц).

Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. Важно, что и- РНК транскрибируется всегда только с одной цепочки ДНК в направлении от 3 ^’ – к5 ^’ – концу (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Схема строения ДНК и транскрипции и-РНК

Другой этап расшифровки генетической информации происходит на рибосомах, где осуществляется синтез полипептидной цепи белков по матрице и- РНК. Этот процесс называется трансляцией. В данном процессе кроме и- РНК также принимают участие транспортные РНК (т- РНК), основное назначение которых и состоит в транспортировке аминокислоты к рибосомам, а также нахождении им своего места в полипептидной цепи, предусмотренное кодом.

Важным моментом указанного процесса является то, что в ходе трансляции считывание генетической информации осуществляется с молекулы и-РНК в направлении от 5^’ – к 3’-концу цепочки. Генетический код в настоящее время расшифрован для всех 20 аминокислот и составлен по и-РНК в виде таблицы.

Генетический код триплетен, т. е. каждую аминокислоту кодируют три рядом стоящих нуклеотида (кодон). Триплеты УАА, УАГ и УГА являются стоп-кодонами.

Генетический код вырожден, т. е. 18 из 20 аминокислот кодируются более чем одним кодоном. Например, каждая из 5 аминокислот – пролин, треонин, валин, аланин и глицин – кодируются четырьмя различными кодонами, а лейцин, аргинин и серин – шестью.

В основе генетической инженерии лежит технология получения рекомбинантной ДНК. Эта технология включает ряд последовательных процедур, в ходе которых осуществляется перенос ДНК одного организма в другой.