Реализация наследственной информации

Реализация наследственной информации, заключенной в генотипе организма, происходит в результате синтеза белка.

 Первоначальные  представления, согласно которым  синтез белка могут катализировать  те же протеолитические ферменты, что и вызывающие его гидролиз, но путем обратимости химической  реакции, не подтвердились. Оказалось,  что синтетические и катаболические  реакции протекают не только  различными путями, но и в разных  субклеточных фракциях. Не подтвердилась  так же гипотеза  о предварительном  синтезе коротких пептидов с  их последующим объединением  в единую полипептидную цепь. Более правильным оказалось предположение,  что для синтеза белка требуются  источники энергии, наличие активированных  свободных аминокислот и несколько  видов нуклеиновых кислот.

В современные представления  о механизме синтеза белка  большой вклад внесли советские  биохимики. Так, в лаборатории А. Е. Браунштейна было впервые указано  на участие АТФ в синтезе квазипептидных связей. В. Н. Ореховичем еще 50-е годы было показано, что перенос аминоцильных или пептидильных группировок на NH2 группу аминокислот может осуществляться не только с амидной или пептидной, но и со сложноэфирной связи. Как  будет показано ниже, именно этот механизм лежит в основе реакции транспептидирования  в 50S рибосоме в стадии элонгации  синтеза белка.

Значительно позже  были получены доказательства, что  в синтезе белка, протекающем  в основном в цитоплазме, решающую роль играют нуклеиновые кислоты, в  частности ДНК. После того как  было установлено, что ДНК является носителем и хранителем наследственной информации, был поставлен вопрос о том, каким образом эта генетическая информация, записанная(зашифрованная) в химической структуре ДНК, трансформируется в фенотипические признаки и функциональные свойства живых организмов, передающиеся по наследству. В настоящее время  можно дать однозначный ответ  на этот вопрос: генетическая информация программирует синтез специфических  белков, определяющих в свою очередь  специфичность структуры и функции  клеток, органов и целостного организма. В природе, как известно, существуют два типа биополимерных макромолекул, так называемые неинформативные  биополимеры и информативные  биополимеры, несущие первичную  генетическую информацию и вторичную  генетическую, точнее фенотипическую информацию. Эти общие представления  могут быть выражены следующей последовательностью  событий(поток информации): 

ДНК®РНК®Белок®Клетка®Организм 

Биосинтез белка, хотя непосредственно и регулируется рибонуклеиновыми кислотами, опосредованно  связан с контролирующим влиянием ДНК  ядра и что РНК сначала синтезируется  в ядре, затем поступает в цитоплазму, где выполняет роль матрицы в  синтезе белка. Полученные значительно  позже экспериментальные данные подтвердили гипотезу о том, что  основной функцией нуклеиновых кислот является не только хранение генетической информации, но и реализация этой информации путем программированного синтеза  специфических белков.

Однако в этой последовательности ДНК®РНК®Белок  недоставало сведений о том, каким  образом происходят расшифровка  наследственной информации и синтеза  специфических белков, определяющие многообразие признаков живых существ. В настоящее время выяснены основные процессы, посредством которых осуществляется передача наследственной информации: они включают репликацию, т. е. Синтез ДНК на матрице ДНК, транскрипцию, т. е. Перевод языка и типа строения ДНК на молекулу РНК, и трансляцию – процесс, в котором генетическая информация, содержащаяся в молекуле мРНК, направляет синтез соответствующей  аминокислотной последовательности в  белке. Многие тонкие механизмы транскрипции окончательно не выяснены.

Получены экспериментальные  доказательства наличия ДНК также  в митохондриях. Она не гомологичная и не комплементарна ядерной ДНК. Предполагается, что митохондриальная ДНК кодирует синтез части структурных  белков самих митохондрий.

Значительный вклад  в современные представления  о месте, факторах и механизме  синтеза белка внесли исследования Т. Касперсона, П. Берга, П. Замечника, С. Очоа, А. А. Баева, А. С. Спирина  

Схема биоситеза  белка

1 — связывание  формилметионин-тРНК с начальным  кодоном матричного полинуклеотида  на 30S субъединице рибосомы;  

2 — ассоциация  субъединиц в полную рибосому;  

3 — транслокация  формилметионин-тРНК на 50S субъединицу рибосомы;  

4 — связывание  второй аминоацил-тРНКаа с 30S субъединицей рибосомы;  

5 — образование  первой пептидной связи — перенос  формилметионинового остатка с  тРНК ф-мет на аминогруппу аминоацил-тРНКза 

Основным условием существования любых живых организмов является наличие тонкой, гибкой, согласованно действующей системы регулирования, в которой все элементы тесно  связаны друг с другом. В белковом синтезе не только количественный и  качественный состав белков, но и время  синтеза имеет прямое отношение  ко многим проявлениям жизни. В частности, от этого зависит приспособление микроорганизмов к условиям окружающей питательной среды как биологической  необходимости или приспособление сложного многоклеточного организма  к физиологическим потребностям при изменении внутренних и внешних условий.

Список  литературы 

Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия//Учебная  литература для студентов медицинского института, 1990.

В.И.Агол; Ред. А.С.Спирин-М  Молекулярная биология: Структура и  биосинтез нуклеиновых кислот: Учеб. для биол. спец. вузов/ Высш.шк., 1990.

ий.