Комплекс білків ДНК і РНК називають. ДНК та гени

Тема сьогоднішньої лекції – синтез ДНК, РНК та білків. Синтез ДНК називається реплікацією або редуплікацією (подвоєнням), синтез РНК – транскрипцією (переписування з ДНК), синтез білка, який проводиться рибосомою на матричній РНК називається трансляцією, тобто перекладаємо з язика нуклеотидів на мову амінокислот.

Ми постараємося дати короткий огляд всіх цих процесів, водночас зупиняючись докладніше на молекулярних деталях, щоб ви отримали уявлення, яку глибину цей предмет вивчений.

Реплікація ДНК

Молекула ДНК, що складається із двох спіралей, подвоюється при розподілі клітини. Подвоєння ДНК ґрунтується на тому, що при розплетенні ниток до кожної нитки можна добудувати комплементарну копію, таким чином отримуючи дві нитки молекули ДНК, що копіюють вихідну.

Тут також вказано один із параметрів ДНК, це крок спіралі, на кожен повний виток припадає 10 пар підстав, зауважимо, що один крок – це не між найближчими виступами, а через один, тому що у ДНК є мала борозенка та велика. Через велику борозенку з ДНК взаємодіють білки, які розпізнають послідовність нуклеотидів. Крок спіралі дорівнює 34 ангстрем, а діаметр подвійної спіралі – 20 ангстрем.

Реплікацію ДНК здійснює фермент ДНК-полімераза. Цей фермент здатний нарощувати ДНК тільки на 3 - кінці. Ви пам'ятаєте, що молекула ДНК антипаралельна, різні її кінці називаються 3 - кінець і 5 - кінець. При синтезі нових копій на кожній нитці одна нова нитка подовжується в напрямку від 5 до 3, а інша - в напрямку від 3 до 5-кінця. Однак 5 кінець ДНК-полімераза нарощувати не може. Тому синтез однієї нитки ДНК, тієї, яка росте в "зручному" для ферменту напрямку, йде безперервно (вона називається лідируюча або провідна нитка), а синтез іншої нитки здійснюється короткими фрагментами (вони називаються фрагментами Оказакі на честь вченого, який їх описав). Потім ці фрагменти зшиваються, і така нитка називається запізнюваною, загалом реплікація цієї нитки йде повільніше. Структура, що утворюється під час реплікації, називається реплікативною вилкою.

Якщо ми подивимося в ДНК бактерії, що реплікується, а це можна спостерігати в електронному мікроскопі, ми побачимо, що у неї спочатку утворюється "око", потім він розширюється, врешті-решт вся кільцева молекула ДНК виявляється реплікованою. Процес реплікації відбувається з великою точністю, але з абсолютної. Бактеріальна ДНК-полімераза робить помилки, тобто вставляє не той нуклеотид, який був у матричній молекулі ДНК приблизно з частотою 10-6. У еукаріотів ферменти працюють точніше, оскільки вони складніше влаштовані, рівень помилок при реплікації ДНК у людини оцінюється як 10-7 - 10 -8 . Точність реплікації може бути різною на різних ділянках геном, є ділянки з підвищеною частотою мутацій і є більш консервативні ділянки, де мутації відбуваються рідко. І в цьому слід розрізняти два різні процеси: процес появи мутації ДНК і процес фіксації мутації. Адже якщо мутації ведуть до смерті, вони не виявляться в наступних поколіннях, а якщо помилка не смертельна, вона закріпиться в наступних поколіннях, і ми зможемо її прояв спостерігати і вивчити. Ще однією особливістю реплікації ДНК і те, що ДНК-полимераза неспроможна розпочати процес синтезу сама, їй потрібна «затравка». Зазвичай як така затравка використовується фрагмент РНК. Якщо йдеться про геном бактерії, то є спеціальна точка звана origin (витік, початок) реплікації, в цій точці знаходиться послідовність, яка розпізнається ферментом, що синтезує РНК. Він відноситься до класу РНК-полімераз, і в даному випадку називається праймаз. РНК-полімерази не потребують затравки, і цей фермент синтезує короткий фрагмент РНК – ту саму «затравку», з якої починається синтез ДНК.

Транскрипція

Наступний процес – транскрипція. На ньому зупинимося докладніше.

Транскрипція – синтез РНК на ДНК, тобто синтез комплементарної нитки РНК на молекулі ДНК, здійснюється ферментом РНК-полімеразою. У бактерій, наприклад, кишкової палички – одна РНК-полімераза і всі бактеріальні ферменти дуже схожі один на одного; у вищих організмів (еукаріотів) – кілька ферментів, вони називаються РНК-полімераза I, РНК-полімераза II, РНК-полімераза III, вони також мають схожість з бактеріальними ферментами, але влаштовані складніше, до їх складу входить більше білків. Кожен вид еукаріотичної РНК-полімерази має свої спеціальні функції, тобто транскрибує певний набір генів. Нитка ДНК, яка є матрицею для синтезу РНК при транскрипції називається смисловою або матричною. Друга нитка ДНК називається некодуючою (комплементарна їй РНК не кодує білки, вона "безглузда").

У процесі транскрипції можна назвати три етапу. Перший етап – ініціація транскрипції – початок синтезу нитки РНК, утворюється перший зв'язок між нуклеотидами. Потім йде нарощування нитки, її подовження - елонгація, і, коли синтез завершено, відбувається термінація, звільнення синтезованої РНК. РНК-полімераза при цьому "злазить" з ДНК і готова до нового циклу транскрипції. Бактеріальна РНК-полімераза вивчена дуже детально. Вона складається з декількох білкових-субодиниць: двох α-субодиниць (це маленькі субодиниці), β- і β-субодиниць (великі субодиниці) і ω-субодиниці. Разом вони утворюють так званий мінімальний фермент, або корфермент. До цього кор-ферменту може приєднуватися σ-субодиниця. σ-субодиниця необхідна для початку синтезу РНК, для ініціації транскрипції. Після того, як ініціація здійснилася, σ-субодиниця від'єднується від комплексу, і подальшу роботу (елонгацію ланцюга) веде корфермент. При приєднанні до ДНК σ-субодиниця розпізнає ділянку, на якій повинна починатися транскрипція. Він називається промотор. Промотор - це послідовність нуклеотидів, які вказують початку синтезу РНК. Без σ-субодиниці кор-фермент промотор розпізнати не може. σ-субодиниця разом із кор-ферментом називається повним ферментом, або холоферментом.

Зв'язавшись із ДНК, а саме з промотором, який розпізнала σ-субодиниця, холофермент розплітає двониткову спіраль і починає синтез РНК. Ділянка розплетеної ДНК – це точка ініціації транскрипції, перший нуклеотид, до якого має бути комплементарно приєднаний рибонуклеотид. Ініціюється транскрипція, σ-субодиниця йде, а кор-фермент продовжує елонгацію ланцюга РНК. Потім відбувається термінація, кор-фермент звільняється і стає готовим до нового циклу синтезу.

Як відбувається елонгація транскрипції?

РНК нарощується на 3-кінці. Приєднання кожного нуклеотиду кор-фермент робить крок по ДНК і зсувається на один нуклеотид. Оскільки все у світі відносно, можна сказати, що кор-фермент нерухомий, а крізь нього «протягується» ДНК. Зрозуміло, що результат буде таким самим. Але ми говоритимемо про рух молекулою ДНК. Розмір білкового комплексу, що становить корфермент, 150 Ǻ. Розміри РНК-полімерази – 150×115×110Ǻ. Тобто це така наномашина. Швидкість роботи РНК-полімерази – до 50 нуклеотидів за секунду. Комплекс кор-ферменту з ДНК та РНК називається елонгаційним комплексом. У ньому міститься ДНК-РНК гібрид. Тобто це ділянка, на якій ДНК спарена з РНК, і 3-кінець РНК відкритий для подальшого зростання. Розмір цього гібрида – 9 пар основ. Розплетена ділянка ДНК займає приблизно 12 пар основ.

РНК-полімераза пов'язана з ДНК перед розплетеною ділянкою. Ця ділянка називається переднім дуплексом ДНК, її розмір – 10 пар основ. Полімераза пов'язана також з більш довгою частиною ДНК, що називається заднім дуплексом ДНК. Розмір матричних РНК, що синтезують РНК-полімерази у бактерій, можуть досягати 1000 нуклеотидів і більше. В еукаріотичних клітинах розмір синтезованих ДНК може досягати 100 000 і навіть декількох мільйонів нуклеотидів. Щоправда, невідомо, чи існують вони у таких розмірах у клітинах, чи процесі синтезу вони можуть встигнути процесувати.

Елонгаційний комплекс досить стабільний, т.к. він має виконати велику роботу. Тобто, сам по собі він із ДНК не «звалиться». Він здатний переміщатися ДНК зі швидкістю до 50 нуклеотидів в секунду. Цей процес називається переміщення (або транслокація). Взаємодія ДНК з РНК-полімеразою (кор-ферментом) не залежить від послідовності цієї ДНК, на відміну від σ-субодиниці. І кор-фермент під час проходження певних сигналів термінації завершує синтез ДНК.

Розберемо докладніше молекулярну структуру кор-фермента. Як було сказано вище, корфермент складається з α- і β-субодиниць. Вони з'єднані так, що утворюють як би "пащу" або "клешню". α-субодиниці знаходяться в основі цієї «клешні», і виконують структурну функцію. З ДНК та РНК вони, мабуть, не взаємодіють. ω-субодиниця – невеликий білок, який також виконує структурну функцію. Основна частина роботи припадає на частку β- і β-субодиниць. На малюнку β-субодиниця показана нагорі, а β-субодиниця - внизу.

Усередині "пащі", яка називається головним каналом, знаходиться активний центр ферменту. Саме тут відбувається поєднання нуклеотидів, утворення нового зв'язку при синтезі РНК. Головний канал у РНК-полімеразі - це те місце, де під час елонгації знаходиться ДНК. Ще в цій структурі збоку є так званий вторинний канал, яким подаються нуклеотиди для синтезу РНК.

Розподіл зарядів лежить на поверхні РНК-полимеразы забезпечує її функції. Розподіл дуже логічний. Молекула нуклеїнової кислоти заряджена негативно. Тому порожнина головного каналу, де має утримуватись негативно заряджена ДНК, викладена позитивними зарядами. Поверхня РНК-полімерази виконана негативно зарядженими амінокислотами, щоб до неї ДНК не прилипала.

Майже півстоліття тому, 1953 р., Д. Вотсон і Ф. Крик відкрили принцип структурної (молекулярної) організації генної речовини - дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Структура ДНК дала ключ до механізму точного відтворення – редуплікації – генної речовини. Так виникла нова наука – молекулярна біологія. Було сформульовано так звану центральну догму молекулярної біології: ДНК - РНК - білок. Сенс її полягає в тому, що генетична інформація, записана в ДНК, реалізується у вигляді білків, але не безпосередньо, а за допомогою спорідненого полімеру - рибонуклеїнову кислоту (РНК), і цей шлях від нуклеїнових кислот до білків необоротний. Таким чином ДНК синтезується на ДНК, забезпечуючи власну редуплікацію, тобто відтворення вихідного генетичного матеріалу в поколіннях; РНК синтезується на ДНК, у результаті відбувається переписування, чи транскрипція, генетичної інформації у форму численних копій РНК; молекули РНК є матрицями для синтезу білків - генетична інформація транслюється у форму поліпептидних ланцюгів. У спеціальних випадках РНК може переписуватись у форму ДНК ("зворотна транскрипція"), а також копіюватися у вигляді РНК (реплікація), але білок ніколи не може бути матрицею для нуклеїнових кислот (докладніше див.).

Отже, саме ДНК визначає спадковість організмів, тобто набір білків, що відтворюється в поколіннях, і пов'язаних з ними ознак. Біосинтез білка є центральним процесом живої матерії, а нуклеїнові кислоти забезпечують його, з одного боку, програмою, що визначає весь набір і специфіку білків, що синтезуються, а з іншого - механізмом точного відтворення цієї програми в поколіннях. Отже, походження життя у її сучасній клітинній формі зводиться до виникнення механізму успадкованого біосинтезу білків.

БІОСИНТЕЗ БІЛКІВ

Центральна догма молекулярної біології постулює лише шлях передачі генетичної інформації від нуклеїнових кислот до білків і, отже, до властивостей та ознак живого організму. Вивчення механізмів реалізації цього шляху протягом десятиліть, що послідували за формулюванням центральної догми, розкрило набагато різноманітніші функції РНК, ніж бути лише переносником інформації від генів (ДНК) до білків і служити матрицею для синтезу білків.

На рис. 1 представлена ​​загальна схема біосинтезу білка у клітині. РНК-посередник(messenger RNA, матрична РНК, мРНК), що кодує білки, про яку йшлося вище, - це лише один із трьох головних класів клітинних РНК. Основну їхню масу (близько 80%) становить інший клас РНК - рибосомні РНК, які утворюють структурний каркас та функціональні центри універсальних білок-синтезуючих частинок – рибосом. Саме рибосомні РНК відповідальні - як у структурному, і у функціональному відношенні - формування ультрамікроскопічних молекулярних машин, званих рибосомами. Рибосоми сприймають генетичну інформацію як молекул мРНК і, будучи запрограмовані останніми, роблять білки у точній відповідності з цією програмою.

Проте, щоб синтезувати білки, лише інформації чи програми недостатньо - потрібен ще й матеріал, з якого їх можна робити. Потік матеріалу для синтезу білків йде в рибосоми за допомогою третього класу клітинних РНК. РНК-переносників(Трансфер RNA, транспортні РНК, тРНК). Вони ковалентно пов'язують - акцептують - амінокислоти, які є будівельним матеріалом для білків, і у вигляді аміноацил-тРНК надходять у рибосоми. У рибосомах аміноацил-тРНК взаємодіють з кодонами - тринуклеотидними комбінаціями - мРНК, внаслідок чого відбувається декодування кодонів у процесі трансляції.

Рибонуклеїнові кислоти

Отже, маємо набір основних клітинних РНК, визначальних основний процес сучасної живої матерії - біосинтез білка. Це мРНК, рибосомні РНК та тРНК. РНК синтезуються на ДНК за допомогою ферментів - РНК-полімераз, що здійснюють транскрипцію - переписування певних ділянок (лінійних відрізків) двотяжової ДНК у форму однотяжової РНК. Ділянки ДНК, що кодують клітинні білки, переписуються у вигляді мРНК, тоді як для синтезу численних копій рибосомної РНК і тРНК є спеціальні ділянки клітинного геному, з яких йде інтенсивне переписування без подальшої трансляції білки.

Хімічна структура РНК. Хімічно РНК дуже схожа на ДНК. Обидві речовини – це лінійні полімери нуклеотидів. Кожен мономер - нуклеотид - являє собою фосфорильований N-глікозид, побудований з залишку п'ятивуглецевого цукру - пентози, що несе фосфатну групу на гідроксильній групі п'ятого вуглецевого атома (складноефірний зв'язок) і азотисту основу при першому вуглецевому атомі (N-глікозину) Головне хімічне різницю між ДНК і РНК у тому, що цукровий залишок мономеру РНК - це рибоза, а мономеру ДНК - дезоксирибоза, що є похідним рибози, у якому відсутня гідроксильна група при другому вуглецевому атомі (рис. 2).

Азотистих основ і в ДНК, і в РНК чотири види: два пуринових - аденін (А) і гуанін (G) -і два піримідинових - цитозин (С) і урацил (U) або його метильоване похідне тімін (Т).

Урацил характерний для мономерів РНК, а тімін - для мономерів ДНК, і це друга відмінність РНК та ДНК. Мономери – рибонуклеотиди РНК або дезоксирибонуклеотиди ДНК – утворюють полімерний ланцюг за допомогою формування фосфодіефірних містків між цукровими залишками (між п'ятим та третім атомами вуглецю пентози). Таким чином, полімерний ланцюг нуклеїнової кислоти - ДНК або РНК - може бути представлений як лінійний сахаро-фосфатний кістяк з азотистими основами як бічні групи.

Макромолекулярна структура РНК. Принципова макроструктурна відмінність двох типів нуклеїнових кислот полягає в тому, що ДНК - це єдина подвійна спіраль, тобто макромолекула з двох пов'язаних комплементарно полімерних тяжів, спірально закручених навколо загальної осі (див. [ , ]), а РНК - однотяжовий полімер. У той же час взаємодії бічних груп - азотистих основ - один з одним, а також з фосфатами і гідроксилами сахаро-фосфатного кістяка призводять до того, що однотяжовий полімер РНК згортається на себе і скручується в компактну структуру, подібно до згортання поліпептидного ланцюга білка в компактну глобулу . Таким чином, унікальні нуклеотидні послідовності РНК можуть формувати унікальні просторові структури.

Вперше специфічна просторова структура РНК була продемонстрована при розшифровці атомної структури однієї з тРНК у 1974 р. [ , ] (Рис. 3). Згортання полімерного ланцюга тРНК, що складається з 76 нуклеотидних мономерів, призводить до формування дуже компактного глобулярного ядра, з якого під прямим кутом стирчать два виступи. Вони є короткі подвійні спіралі на кшталт ДНК, але організовані з допомогою взаємодії ділянок однієї й тієї ж ланцюга РНК. Один із виступів є акцептором амінокислоти і бере участь у синтезі поліпептидного ланцюга білка на рибосомі, а інший призначений для комплементарної взаємодії з триплетом (кодоном) мРНК, що кодує, в тій же рибосомі. Тільки така структура здатна специфічно взаємодіяти з білком-ферментом, що навішує амінокислоту на тРНК, і рибосомою в процесі трансляції, тобто специфічно "впізнаватись" ними.

Вивчення ізольованих рибосомних РНК дало наступний разючий приклад формування компактних специфічних структур ще більш довгих лінійних полімерів цього типу. Рибосома складається з двох нерівних частин - великої та малої рибосомних субчастинок (субодиниць). Кожна субчастиця побудована з однієї високополімерної РНК та цілого ряду різноманітних рибосомних білків. Довжина ланцюгів рибосомних РНК дуже значна: так, РНК малої субчастинки бактеріальної рибосоми містить понад 1500 нуклеотидів, а РНК великої субчастинки - близько 3000 нуклеотидів. У ссавців, включаючи людину, ці РНК ще більше - близько 1900 нуклеотидів і понад 5000 нуклеотидів у малій та великій субчастинках відповідно.

Було показано, що ізольовані рибосомні РНК, відокремлені від своїх білкових партнерів і отримані в чистому вигляді, самі здатні спонтанно згортатися в компактні структури, за своїми розмірами та формою схожі на рибосомні субчастинки]. Форма великої та малої субчастиць різна, і відповідно відрізняється форма великої та малої рибосомних РНК (рис. 4). Таким чином, лінійні ланцюги рибосомної РНК самоорганізуються в специфічні просторові структури, що визначають розміри, форму і, мабуть, внутрішній пристрій рибосомних субчастинок, а отже, і всієї рибосоми.

Мінорні РНК. У міру вивчення компонентів живої клітини та окремих фракцій тотальної клітинної РНК з'ясовувалося, що трьома головними видами РНК справа не обмежується. Виявилося, що у природі існує безліч інших видів РНК. Це насамперед так звані "малі РНК", які містять до 300 нуклеотидів, часто з невідомими функціями. Як правило, вони асоційовані з одним або декількома білками і представлені в клітці у вигляді рибонуклеопротеїдів - "малих РНП".

Малі РНК присутні у всіх відділах клітини, включаючи цитоплазму, ядро, ядерце, мітохондрії. Більшість тих малих РНП, функції яких відомі, бере участь у механізмах посттранскрипційної обробки основних видів РНК (RNA processing) - перетворенні попередників мРНК на зрілі мРНК (сплайсинг), редагуванні мРНК, біогенезі тРНК, дозріванні рибосомних РНК. Один з найбільш багато представлених у клітинах видів малих РНП (SRP) відіграє ключову роль у транспорті білків, що синтезуються, через клітинну мембрану. Відомі види малих РНК, що виконують регуляторні функціїу трансляції. Спеціальна мала РНК входить до складу найважливішого ферменту, відповідального за підтримку редуплікації ДНК у поколіннях клітин – теломерази. Слід сказати, що їх молекулярні розміри можна порівняти з розмірами клітинних глобулярних білків. Таким чином, поступово стає ясно, що функціонування живої клітини визначається не тільки різноманіттям білків, що синтезуються в ній, але і присутністю багатого набору різноманітних РНК, з яких малі РНК значною мірою імітують компактність і розміри білків.

Рибозими. Все активне життя побудована на обміні речовин - метаболізмі, і всі біохімічні реакції метаболізму відбуваються з належними для забезпечення життя швидкостями тільки завдяки високоефективним специфічним каталізаторам, створеним еволюцією. Упродовж багатьох десятиліть біохіміки були впевнені, що біологічний каталіз завжди і всюди здійснюється білками, які називаються ферментами, або ензимами.І ось у 1982-1983 pp. було показано, що в природі є види РНК, які, подібно до білків, мають високоспецифічну каталітичну активність [ , ]. Такі РНК-каталізатори було названо рибозимами.Уявленню про винятковість білків у каталізі біохімічних реакцій настав кінець.

В даний час рибосому також прийнято розглядати як рибозим. Справді, всі наявні експериментальні дані свідчать, що синтез поліпептидної ланцюга білка в рибосомі каталізується рибосомної РНК, а чи не рибосомними білками. Ідентифіковано каталітичну ділянку великої рибосомної РНК, відповідальну за каталіз реакції транспептидації, за допомогою якої здійснюється нарощування поліпептидного ланцюга білка в процесі трансляції.

Що ж до реплікації вірусних ДНК, її механізм мало чим відрізняється від редуплікації генетичного матеріалу - ДНК - самої клітини. У випадку вірусних РНК реалізуються процеси, які пригнічені або зовсім відсутні в нормальних клітинах, де вся РНК синтезується тільки на ДНК як на матриці. При інфекції РНК-вірусами ситуація може бути двоякою. В одних випадках на вірусній РНК, як на матриці, синтезується ДНК ("зворотна транскрипція"), а вже на цій ДНК транскрибуються численні копії вірусної РНК. В інших, найцікавіших для нас випадках на вірусній РНК синтезується комплементарний ланцюг РНК, який і служить матрицею для синтезу – реплікації – нових копій вірусної РНК. Таким чином при інфекції РНК-вірусами реалізується принципова здатність РНК детермінувати відтворення своєї власної структури, як це має місце у ДНК.

Мультифункціональність РНК. Підсумовування та огляд знань про функції РНК дозволяють говорити про незвичайну функціональність цього полімеру в живій природі. Можна надати наступний перелік основних відомих функцій РНК.

Генетична реплікативна функція: структурна можливість копіювання (реплікації) лінійних послідовностей нуклеотидів через комплементарні послідовності. Функція реалізується при вірусних інфекціях та аналогічна головній функції ДНК у життєдіяльності клітинних організмів – редуплікації генетичного матеріалу.

Кодуюча функція: програмування синтезу білка лінійними послідовностями нуклеотидів. Це та сама функція, що й у ДНК. І в ДНК, і в РНК одні і ті ж триплет нуклеотидів кодують 20 амінокислот білків, і послідовність триплет в ланцюзі нуклеїнової кислоти є програма для послідовної розстановки 20 видів амінокислот в поліпептидного ланцюга білка.

Структуротворча функція: формування унікальних тривимірних структур. Компактно згорнуті молекули малих РНК принципово подібні до тривимірних структур глобулярних білків, а більш довгі молекули РНК можуть утворювати і більші біологічні частинки або їх ядра.

Функція впізнавання: високоспецифічні просторові взаємодії з іншими макромолекулами (у тому числі білками та іншими РНК) та з малими лігандами. Ця функція, мабуть, основна у білків. Вона заснована на здатності полімеру згортатися унікальним чином та формувати специфічні тривимірні структури. Функція впізнавання є основою специфічного каталізу.

Каталітична функція: специфічний каталіз хімічних реакцій рибозимами. Ця функція аналогічна ензиматичної функції білків-ферментів.

В цілому РНК постає перед нами настільки дивовижним полімером, що, здавалося б, ні часу еволюції Всесвіту, ні інтелекту Творця не мало б вистачити на його винахід. Як можна було бачити, РНК здатна виконувати функції обох принципово важливих життя полімерів - ДНК і білків. Не дивно, що перед наукою і постало питання: а чи не могло виникнення та самодостатнє існування світу РНК передувати появі життя в її сучасній ДНК-білковій формі?

ПОХОДЖЕННЯ ЖИТТЯ

Білково-коацерватна теорія Опаріна. Мабуть, першу наукову, добре продуману теорію походження життя абіогенним шляхом було запропоновано біохіміком А.І. Опарін ще в 20-х роках минулого століття [ , ]. Теорія базувалася на уявленні, що все починалося з білків, і на можливості в певних умовах спонтанного хімічного синтезу мономерів білків – амінокислот – та білковоподібних полімерів (поліпептидів) абіогенним шляхом. Публікація теорії стимулювала численні експерименти у ряді лабораторій світу, які показали реальність такого синтезу у штучних умовах. Теорія швидко стала загальноприйнятою та надзвичайно популярною.

Основним її постулатом було те, що спонтанно виникали в первинному "бульйоні" білковоподібні сполуки об'єднувалися" в коацерватні краплі - відокремлені колоїдні системи (золі), що плавають у більш розбавленому водному розчині. Це давало головну передумову виникнення навколишнього середовища. Так як деякі білковоподібні сполуки коацерватних крапель могли володіти каталітичною активністю, то з'являлася можливість проходження біохімічних реакцій синтезу всередині крапель - виникала подоба асиміляції, а значить, зростання коацервату з подальшим його розпадом на частини - розмноженням і розмноженням. коацерват розглядався як прообраз живої клітки (рис. 5).

Все було добре продумано та науково обґрунтовано в теорії, крім однієї проблеми, на яку довго заплющували очі майже всі фахівці у галузі походження життя. Якщо спонтанно, шляхом випадкових безматричних синтезів у коацерваті виникали поодинокі вдалі конструкції білкових молекул (наприклад, ефективні каталізатори, що забезпечують перевагу даному коацервату в зростанні та розмноженні), то як вони могли копіюватися для поширення всередині коацервату, а тим більше для передачі коацерватам- Теорія виявилася нездатною запропонувати вирішення проблеми точного відтворення - всередині коацервату і в поколіннях - одиничних ефективних білкових структур, що випадково з'явилися.

Світ РНК як попередник сучасного життя. Накопичення знань про генетичний код, нуклеїнові кислоти і біосинтез білків призвело до утвердження принципово нової ідеї про ТОМ, що все починалося зовсім не з білків, а з РНК [-]. Нуклеїнові кислоти є єдиним типом біологічних полімерів, макромолекулярна структура яких завдяки принципу комплементарності при синтезі нових ланцюгів (докладніше див.) забезпечує можливість копіювання власної лінійної послідовності мономерних ланок, іншими словами, можливість відтворення (реплікації) полімеру, його мікроструктури. Тому тільки нуклеїнові кислоти, але не білки, можуть бути генетичним матеріалом, тобто відтворюваними молекулами, що повторюють свою специфічну мікроструктуру у поколіннях.

З низки міркувань саме РНК, а чи не ДНК, могла бути первинний генетичний матеріал.

По перше,і в хімічному синтезі, і біохімічних реакціях рибонуклеотиди передують дезоксирибонуклеотидам; Дезоксирибонуклеотиди – продукти модифікації рибонуклеотидів (див. рис. 2).

По-друге,у найдавніших, універсальних процесах життєвого метаболізму широко представлені саме рибонуклеотиди, а не дезоксирибонуклеотиди, включаючи основні енергетичні носії типу рибонуклеозид-поліфосфатів (АТФ тощо).

По-третє,реплікація РНК може відбуватися без будь-якої участі ДНК, а механізм редуплікації ДНК навіть у сучасному живому світі вимагає обов'язкової участі РНК-затравки в ініціації синтезу ланцюга ДНК.

По-четверте,володіючи всіма тими ж матричними та генетичними функціями, що і ДНК, РНК здатна також до виконання низки функцій, властивих білкам, включаючи каталіз хімічних реакцій. Таким чином, є всі підстави розглядати ДНК як пізніше еволюційне придбання - як модифікацію РНК, спеціалізовану для виконання функції відтворення та зберігання унікальних копій генів у складі клітинного геному без безпосередньої участі у біосинтезі білків.

Після того, як були відкриті каталітично активні РНК, ідея первинності РНК у походження життя отримала сильний поштовх до розвитку, і була сформульована концепція самодостатнього світу РНК,що передував сучасному життю [ , ]. Можливу схему виникнення світу РНК представлено на рис. 6.

Абіогенний синтез рибонуклеотидів та їх ковалентне об'єднання в олігомери та полімери типу РНК могли відбуватися приблизно в тих самих умовах і в тій самій хімічній обстановці, що постулювалися для утворення амінокислот та поліпептидів. Нещодавно О.Б. Четверин зі співробітниками (Інститут білка РАН) експериментально показали, що принаймні деякі полірибонуклеотиди (РНК) у звичайній водному середовищі здатні до спонтанної рекомбінації, тобто обміну відрізками ланцюга шляхом трансестерифікації. Обмін коротких відрізків ланцюга на довгі повинен призводити до подовження полірибонуклеотидів (РНК), а сама подібна рекомбінація сприятиме структурному різноманіттю цих молекул. Серед них могли б виникати і каталітично активні молекули РНК.

Навіть вкрай рідкісна поява одиничних молекул РНК, які були здатні каталізувати полімеризацію рибонуклеотидів або з'єднання (сплайсинг) олігонуклеотидів на комплементарному ланцюзі як на матриці [ ], означало становлення механізму реплікації РНК. Реплікація самих РНК-каталізаторів (рибозимів) мала спричинити виникнення самореплицирующихся популяцій РНК. Продукуючи свої копії РНК розмножувалися. Неминучі помилки в копіюванні (мутації) і рекомбінації в популяціях РНК, що самореплікуються, створювали все більшу різноманітність цього світу. Таким чином, передбачуваний древній світ РНК - це "самодостатній біологічний світ, у якому молекули РНК функціонували як генетичний матеріал, і як энзимоподобные каталізатори" .

Виникнення біосинтезу білка. Далі на основі світу РНК мало відбуватися становлення механізмів біосинтезу білка, поява різноманітних білків із успадкованою структурою та властивостями, компартменталізація систем біосинтезу білка та білкових наборів, можливо, у формі коацерватів та еволюція останніх у клітинні структури – живі клітини (див. рис. 6). ).

Проблема переходу від стародавнього світу РНК до сучасного білок-синтезуючого світу - найважча навіть для суто теоретичного рішення. Можливість абіогенного синтезу поліпептидів і білковоподібних речовин не допомагає у вирішенні проблеми, оскільки не проглядається ніякого конкретного шляху, як цей синтез міг би бути пов'язаний з РНК і підпасти під генетичний контроль. Генетично контрольований синтез поліпептидів і білків мав розвиватися незалежно від первинного абіогенного синтезу, своїм шляхом, з урахуванням вже існував світу РНК. У літературі запропоновано кілька гіпотез походження сучасного механізму біосинтезу білка у світі РНК, але, мабуть, жодна їх може розглядатися як детально продумана і бездоганна з погляду фізико-хімічних можливостей. Подаю свою версію процесу еволюції та спеціалізації РНК, що веде до виникнення апарату біосинтезу білка (мал. 7), але і вона не претендує на закінченість.

Запропонована гіпотетична схема містить два істотні моменти, які здаються важливими.

По перше,постулюється, що абіогенно синтезовані олігорибонуклеотиди активно рекомбінували за допомогою механізму спонтанної неензиматичної трансестерифікації, приводячи до утворення подовжених ланцюгів РНК і даючи початок їхньому різноманіттю. Саме цим шляхом у популяції олігонуклеотидів і полінуклеотидів могли з'явитися як каталітично активні види РНК (рибозими), так і інші види РНК зі спеціалізованими функціями (рис. 7). Більш того, неензиматична рекомбінація олігонуклеотидів, що комплементарно зв'язуються з полінуклеотидною матрицею, могла забезпечити зшивання (сплайсинг) фрагментів, комплементарних цій матриці, в єдиний ланцюг. Саме таким способом, а не каталізується полімеризацією мононуклеотидів, могло здійснюватися первинне копіювання (розмноження) РНК. Зрозуміло, якщо з'являлися рибозими, що мали полімеразну активність, то ефективність (точність, швидкість і продуктивність) копіювання на комплементарній. матриці мала значно зростати.

ДругийВажливий момент у моїй версії у тому, що первинний апарат біосинтезу білка з'явився з урахуванням кількох видів спеціалізованих РНК до появи апарату ензиматичної (полімеразної) реплікації генетичного матеріалу - РНК і ДНК. Цей первинний апарат включав каталітично активну прорибосомну РНК, що мала пептидил-трансферазну активність; набір про-тРНК, що специфічно зв'язують амінокислоти або короткі пептиди; іншу прорібосомну РНК, здатну взаємодіяти одночасно з каталітичною прорібосомною РНК, про-мРНК та про-тРНК (див. рис. 7). Така система вже могла синтезувати поліпептидні ланцюги за рахунок каталізованої реакції транспептидації. Серед інших каталітично активних білків – первинних ферментів (ензимів) – з'явилися і білки, що каталізують полімеризацію нуклеотидів – реплікази, або НК-полімерази.

Втім, можливо, що гіпотеза про древній світ РНК як попередника сучасного живого світу так і не зможе отримати достатнього обґрунтування для подолання основної труднощі – науково-правдоподібного опису механізму переходу від РНК та її реплікації до біосинтезу білка. Є приваблива та детально продумана альтернативна гіпотеза А.Д. Альтштейна (Інститут біології гена РАН), в якій постулюється, що реплікація генетичного матеріалу та його трансляція - синтез білка - виникали і еволюціонували одночасно і поєднано, починаючи з взаємодії абіогенно синтезованих олігонуклеотидів і аміноацил-нуклеотидилатів - змішаних ангідридів. Але це вже наступна казка… ( "І Шахразаду застиг ранок, і вона припинила дозволені промови".)

Література

. Watson JD, Crick F.H.C. Molecular structure of nucleic acids // Nature. 1953. V. 171. P. 738-740.

. Watson JD, Crick F.H.C. Genetic implications of structure of deoxyribose nucleic acid // Nature 1953 V. 171. P. 964-967.

. Спірін А.С.Сучасна біологія та біологічна безпека // Вісник РАН. 1997. № 7.

. Spirin A.S.На макромолекулярній структурі природного високополімерного рібонуклеїчного хімічного розчину // Journal of Molecular Biology. 1960. V. 2. P. 436-446.

. Kirn S.H., Suddath F.L., Quigley GJ. та ін.Три-dimensional tertiary structure of yeast phenylalanine transfer RNA // Science. 1974. V. 185. P. 435-40.

. Robertas J.D., Ladner J.E., Finch J.T. та ін. Structure of yeast phenylalanine tRNA at 3 A resolution // Nature. 1974. V. 250. P. 546-551.

. Vasiliev V.D., Serdyuk I.N., Gudkov A.T., SPIRin A.S. Self-organization of ribosomal RNA // Sturcture, Function and Genetics of Ribosomes / Eds. Hardesty B. and Kramer G. New York: Springer-Verlag, 1986. P. 129-142.

. Baserga SJ., Steitz J.A.Різноманітний світ малих ribo-nucleoproteins // The RNA World / Eds. Gesteland R.F. і Atkins J.F. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1993. P. 359-381.

. Kruger К., Grabowski PJ., Zaug AJ. та ін. Self-splicing RNA: Autoexcision and autocyclization of the ribosomal RNA intervening sequence of Tetrahymena

. Bartel D.P., Szostak J.W. Isolation of new ribozymes from a large pool of random sequences // Science. 1993. V. 261. P. 1411-1418.

. Ekland E.H., Bartel D.P. RNA-catalysed RNA polymerization використовуючи nucleoside triphosphates // Nature. 1996 V. 382. P. 373-376.

. Orgel L.E. origin of life - Review of facts and speculations // Trends in Biochemical Sciences. 1998. V. 23. p. 491-495.

. Альтштейн А.Д.Походження генетичної системи: гіпотеза прогенів// Молекулярна біологія. 1987. Т. 21. С. 309-322.

Спірін Олександр Сергійович – академік, директор Інституту білка РАН, член Президії РАН.

Процес реалізації спадкової інформації у біосинтезі здійснюється за участю трьох видіврибонуклеїнових кислот (РНК): інформаційної (матричної) – іРНК (мРНК), рибосомальної – рРНк та транспортної тРНК. Усі рибонуклеїнові кислоти синтезуються на відповідних ділянках молекули ДНК. Вони має значно менші розміри, ніж ДНК, і є одинарним ланцюгом нуклеотидів. Нуклеотиди містять залишок фосфорної кислоти (фосфат), пентозний цукор (рибозу) та одну з чотирьох азотистих основ – аденін, цитозин, гуанін, урацил. Азотиста основа – урацил – комплементарно аденіну.

Процес біосинтезу включає низку етапів – транскрипцію, сплайсинг та трансляцію.

Перший етап називається транскрипцією. Транскрипція відбувається у ядрі клітини: дільниці певного гена молекули ДНК синтезується мРНк. У синтезі бере участь комплекс ферментів, основним у тому числі є РНК-полимераза.

Синтез мРНК починається з виявлення РНК-полімеразою особливої ​​ділянки в молекулі ДНК, яка вказує місце початку транскрипції - промотора. Після приєднання до промотору РНК-полімераза розкручує прилеглий виток спіралі ДНК. Два ланцюги ДНК у цьому місці розходяться, і на одній з них йде синтез мРНК. Складання рибонуклеотидів у ланцюг відбувається з дотриманням їх комплементраності нуклеотидам ДНК, а також антипаралельно по відношенню до матричного ланцюга ДНК. У зв'язку з тим, що РНК-полімераза здатна збирати полінуклеотид лише від 5'-кінця до 3'-кінця, матрицею для транскрипції може служити тільки один з двох ланцюгів ДНК, а саме той, який звернений до ферменту своїм 3'-кінцем. Такий ланцюг називають кодогенним.

Антипаралельність з'єднання двох полінуклеотидних ланцюгів у молекулі ДНК дозволяє РНК-полімеразі правильно вибрати матрицю для синтезу мРНК.

Просуваючись уздовж кодогенного ланцюга ДНК, РНК-полімераза здійснює точне поступове переписування інформації доти, доки вона не зустрічає специфічну нуклеотидну послідовність - термінатор транскрипції. У цьому ділянці РНК-полимераза відокремлюється як від матриці ДНК, і знову синтезованої мРНК. Фрагмент молекули ДНК, що включає промотор, послідовність, що транскрибується, і термінатор, утворює одиницю транскрипції - транскриптон.

Подальші дослідження показали, що у процесі транскрипції синтезується так звана про-мРНК – попередник зрілої мРНК, що у трансляції. Про-мРНК має значно більші розміри та містить фрагменти, що не кодують синтез відповідного поліпептидного ланцюга. У ДНК поряд з ділянками, що кодують рРНК, тРНК та поліпептиди, є фрагменти, що не містять генетичної інформації. Вони отримали назву інтронів на відміну кодуючих фрагментів, які називаються екзонами. Інтрони виявлено на багатьох ділянках молекул ДНК. Наприклад, в одному гені – ділянці ДНК, що кодує овальбумін курки, міститься 7 інтронів, у гені сироваткового альбуміну щури – 13 інтронів. Довжина інтрону буває різною – від 200 до 1000 пар нуклеотидів ДНК. Інтрони зчитуються (транскрибуються) одночасно з екзонами, тому пор-мРНК значно довша, ніж зріла мРНК. Дозрівання, або процесинг, мРНК передбачає модифікування первинного транскрипта і видалення з нього інтронних ділянок, що не кодують, з подальшим з'єднанням кодуючих послідовностей - екзонів. У процесі процесингу з про-мРНК спеціальними ферментами «вирізуються» інтрони, а фрагменти екзону «зрощуються» між собою у порядку. У процесі сплайсингу утворюється зріла мРНК, яка містить інформацію, яка необхідна для синтезу відповідного поліпептиду, тобто інформативну частину структурного гена.

Значення та функції інтронів досі ще не зовсім з'ясовані, але встановлено, що якщо в ДНК зчитуються лише ділянки екзонів, зріла мРНК не утворюється. Процес сплайсингу вивчений на прикладі роботи овальбуміну. Він містить один екзон та 7 інтронів. Спочатку на ДНК синтезується про-мРНК, що містить 7700 нуклеотидів. Потім про-мРНК число нуклеотидів зменшується до 6800, потім до 5600, 4850, 3800, 3400 і т.д. до 1372 нуклеотидів, що відповідають екзону. Що містить 1372 нуклеотиду мРНК виходить з ядра в цитоплазму, потрапляє на рибосому і синтезує відповідний поліпетид.

Наступний етап біосинтезу – трансляція – відбувається у цитоплазмі на рибосомах за участю тРНК.

Транспортні РНК синтезуються в ядрі, але функціонують у вільному стані у цитоплазмі клітини. Одна молекула тРНК містить 75-95 нуклеотидів і має досить складну структуру, що нагадує лист конюшини. У ній виділяють чотири частини, які мають особливо важливе значення. Акцепторне «стебло» утворюється шляхом комплементарного з'єднання двох кінцевих частин тРНК. Він складається з 7 пар основ. 3'-кінець це стебло трохи довше і формує одноланцюжкову ділянку, яка закінчується послідовністю ЦЦА з вільною ОН групою - акцепторний кінець. До цього кінця приєднується амінокислота, що транспортується. Інші три гілки є комплементарно спареними послідовностями нуклеотидів, які закінчуються неспареними ділянками, що утворюють петлі. Середня з цих гілок – антикодонова – складається з 5 пар і містить у центрі своєї петлі антикодону. Антикодон – це 3 нуклеотиди, комплементарні кодону мРНК, який шифрує амінокислоту, що транспортується даною тРНК до місця синтезу пептиду.

Між акцепторної та антикодонової гілками розташовуються дві бічні гілки. У своїх петлях вони містять модифіковані підстави - дигідроурідін (D-петля) і триплет ТС, де - псевдоурідін (ТС-петля). Між антикодонової і Т-С-гілками міститься додаткова петля, що включає від 3-5 до 13-21 нуклеотидів.

Приєднання амінокислоти до тРНК передує її активація ферментом аміноацил-тРНК-синтетазою. Цей фермент специфічний кожної амінокислоти. Активована амінокислота прикріплюється до відповідної тРНК і доставляється нею рибосому.

Центральне місце у трансляції належить рибосомам – рибонуклеопротеїновим органоїдам цитоплазми, у багатьох у ній присутнім. Розміри рибосом у прокаріотів у середньому 30*30*20 нм, у еукаріотів – 40*40*20 нм. Зазвичай їх розміри визначають одиницях седиментації (S) – швидкості осадження при центрифугуванні у відповідному середовищі. У бактерій кишкової палички рибосома має величину 70S і складається з 2 субчасток, одна з яких має константу 30S, друга 50S, містить 64% рибосомальної РНК і 36% білка.

Молекула мРНК виходить із ядра в цитоплазму і прикріплюється до малої субчастинки рибосоми. Трансляція починається з так званого стартового кодону (ініціатора синтезу) - АУГ-. Коли тРНК доставляє до рибосом активовану амінокислоту, її антикодон з'єднується водневими зв'язками з нуклеотидами комплементарного кодону мРНК. Акцепторний кінець тРНК із відповідною амінокислотою прикріплюється до поверхні великої субчастинки рибосоми. Після першої амінокислоти інша тРНК доставляє наступну амінокислоту, і таким чином на рибосомі синтезується поліпептидний ланцюг. Молекула мРНК зазвичай працює відразу на кількох (5-20) рибосомах, з'єднаних у полісоми. Початок синтезу поліпептидного ланцюга називається ініціацією, його зростання – елогацією. Послідовність амінокислот поліпептидної ланцюга визначається послідовністю кодонів в мРНК. Синтез поліпептидного ланцюга припиняється, коли на мРНК з'являється один із кодонів - термінаторів - УАА -, - УАГ - або - УГА -. Закінчення синтезу даного поліпептидного ланцюга називається термінацією.

Встановлено, що в клітинах тварин поліпептидний ланцюг за секунду подовжується на 7 амінокислот, а мРНК просувається на рибосомі на 21 нуклеотид. У бактерій цей процес протікає у 2-3 рази швидше.

Отже, синтез первинної структури білкової молекули – поліпептидного ланцюга – відбувається на рибосомі відповідно до порядку чергування нуклеотидів у матричній рибонуклеїновій кислоті – мРНК.

Біосинтез білка (трансляція) – найважливіший етап реалізації генетичної програми клітин, у процесі якого інформація, закодована у первинній структурі нуклеїнових кислот, перетворюється на амінокислотну послідовність синтезованих білків. Іншими словами, трансляція – це переклад чотирьох буквеної (за кількістю нуклеотидів) «мови» нуклеїнових кислот на двадцятилітерний (за кількістю протеїногенних амінокислот) «мову» білків. Переклад здійснюється відповідно до правил генетичного коду.

Важливе значеннядля розкриття генетичного коду мали дослідження М. Ніренберга та Дж. Маттеї, а потім С. Очоа та Г. Корани, розпочаті ними в 1961р. в США. Вони розробили метод і експериментально встановили послідовність нуклеотидів у кодонах мРНК, що контролюють розташування даної амінокислоти поліпептидної ланцюга. У безклітинне середовище, що містить всі амінокислоти, рибосоми, тРНК, АТФ і ферменти, М. Ніренберг і Дж. Маттеї вводили штучно синтезований біополімер типу мРНК, що є ланцюжком однакових нуклеотидів - УУУ -УУУ -УУУ - УУУ - і т.д. біополімер кодував синтез поліпептидного ланцюга, що містить лише одну амінокислоту – фенілаланін; такий ланцюг називається поліфенілаланіном. Якщо мРНК складалася з кодонів, що містять нуклеотиди з азотистою основою цитозин - ЦЦЦ - ЦЦЦ - ЦЦЦ - ЦЦЦ -, то синтезувався поліпептидний ланцюг, що містить амінокислоту пролін, - поліпролін. Штучні біополімери мРНК, що містять кодони - АГУ - АГУ - АГУ - АГУ - синтезували поліпептидний ланцюг з амінокислоти серин - полісерин і т.д.

Зворотній транскрипції.

Зворотна транскрипція – це процес утворення дволанцюжкової ДНК на матриці одноланцюжкової РНК. Цей процес називається зворотної транскрипцією, оскільки передача генетичної інформації у своїй відбувається у «зворотному», щодо транскрипції, напрямі.

Зворотна транскриптаза (ревертаза або РНК-залежна ДНК-полімераза) - фермент, що каталізує синтез ДНК на матриці РНК у процесі, званому зворотною транскрипцією. лімфоми людини типів 1 і 2. Після потрапляння вірусної РНК в клітину зворотна транскриптаза, що міститься у вірусних частинках, синтезує комплементарну їй ДНК, а потім на цьому ланцюгу ДНК, як на матриці, добудовує другий ланцюг. життєвий цикл яких входить стадія утворення ДНК зворотною транскриптазою та впровадження її в геном клітини господаря у формі провірусу.

Кращого місця застосування провірусу в геном немає. Це дозволяє віднести його до мобільних генетичних елементів. До складу ретровіруса входить дві ідентичні молекули РНК. На 5"-кінці є Сap, на 3"-кінці - полі А-хвіст. Фермент зворотної транскриптази вірус "носить" із собою.

Геном ретровірусу містить 4 гени: gag-білок нуклеоїду, pol-зворотна транскриптаза, env-білок капсиду (оболонки), онкоген. str5 = str3-короткий кінцевий повтор; затравки.На РВ сідає (за рахунок комплементарності) tРНК і служить затравкою для синтезу ДНК.Синтезується невеликий шматок ДНК.

Зворотна транскриптаза, володіючи ще активністю РНК-ази Н, видаляє РНК в гібриді з ДНК, а за рахунок ідентичності str3 і str5 цей одноланцюговий ділянку ДНК взаємодіє з 3"-кінцем другої молекули РНК, яка служить матрицею для продовження синтезу ланцюга ДНК.

Потім РНК-матриця знищується і по ланцюгу ДНК, що утворився, будується комплементарна.

Утворена молекула ДНК довша за РНК. Вона містить LTR (U3 str 3(5) U5). У формі провірусу вона знаходиться у геномі клітини господаря. При мітозі та мейозі передається дочірнім клітинам та нащадкам.

Деякі віруси (такі як ВІЛ, що викликає СНІД), мають можливість транскрибувати РНК ДНК. ВІЛ має РНК-геном, який вбудовується у ДНК. В результаті ДНК вірусу може бути поєднано з геномом клітини-господаря. Головний фермент, відповідальний синтез ДНК з РНК, називається ревертазой. Однією з функцій ревертази є створення комплементарної ДНК (кДНК) із вірусного геному. Асоційований фермент рибонуклеазу H розщеплює РНК, а ревертаза синтезує кДНК із подвійної спіралі ДНК. кДНК інтегрується в геном клітини-господаря за допомогою інтегрази. Результатом є синтез вірусних протеїнів клітиною-хазяїном, які утворюють нові віруси.

Центральна догма молекулярної біології - це потік інформації від ДНК через РНК на білок : інформація передається від нуклеїнових кислот до білка, але не у зворотному напрямку. Правило було сформульовано Френсісом Криком у 1958 році. Перехід генетичної інформації від ДНК до РНК та від РНК до білка є універсальним для всіх без винятку клітинних організмів, що лежить в основі біосинтезу макромолекул. Реплікації геному відповідає інформаційний перехід ДНК → ДНК. У природі зустрічаються також переходи РНК → РНК та РНК → ДНК (наприклад, у деяких вірусів).

ДНК, РНК і білки відносяться до лінійних полімерів, тобто кожен мономер, що входить до їх складу, з'єднується максимум з двома іншими мономерами. Послідовність мономерів кодує інформацію, правила передачі якої описуються центральною догмою.

Загальний - які у більшості живих організмів; Спеціальний - зустрічаються як винятки, у вірусів і в мобільних елементів геному або в умовах біологічного експерименту; Невідомі – не виявлені.

Реплікація ДНК (ДНК → ДНК)Транскрипція (ДНК → РНК)Трансляція (РНК → білок)Зріла іРНК зчитується рибосомами в процесі трансляції. Комплекси факторів ініціації та факторів елонгації доставляють аміноацильовані транспортні РНК до комплексу іРНК-рибосома.

Зворотна транскрипція (РНК → ДНК)перенесення інформації з РНК на ДНК, процес, зворотний нормальної транскрипції, який здійснюється ферментом зворотної транскриптазою. Зустрічається у ретровірусів, наприклад, ВІЛ. Реплікація РНК (РНК → РНК)копіювання ланцюга РНК на комплемлементарний йому ланцюг РНК за допомогою ферменту РНК-залежної РНК-полімерази. Віруси, що містять одноланцюгову (наприклад, вірус ящуру) або дволанцюжкову РНК реплікуються подібним способом. Пряма трансляція білка на матриці ДНК (ДНК → білок)Пряма трансляція була продемонстрована у клітинних екстрактах кишкової палички, що містили рибосоми, але не іРНК. Такі екстракти синтезували білки із введених у систему ДНК, і антибіотик неоміцин посилював цей ефект.

11. Типи матричного синтезу як центральний процес у передачі, зберіганні та реалізації спадкового матеріалу.

Матрична природа синтезу нуклеїнових кислот та білків забезпечує високу точність відтворення інформації .

Генетична інформація генотипу визначає фенотипові ознаки клітини - генотип трансформується у фенотип .

Цей напрямок потоку інформації включає три типиматричних синтезів:

1. синтез DNA - реплікація

2. синтез RNA - транскрипція

3. синтез білка - трансляція

1) Реплікація ДНК (ДНК → ДНК)точне подвоєння (реплікація) ДНК. Реплікація здійснюється комплексом білків, що розплітають хроматин, потім подвійну спіраль. Після цього ДНК полімеразу та асоційовані з нею білки, будують на кожному з двох ланцюжків ідентичну копію. Відтвореннявихідного генетичного матеріалу у поколіннях.2) Транскрипція (ДНК → РНК)біологічний процес, внаслідок якого інформація, що міститься в ділянці ДНК, копіюється на синтезовану молекулу мРНК. Транскрипцію здійснюють фактори транскрипції та РНК-полімеразу. 3) Трансляція (РНК → білок)Генетична інформація транслюється у форму поліпептидних ланцюгів. Комплекси факторів ініціації та факторів елонгації доставляють аміноацильовані транспортні РНК до комплексу іРНК-рибосому. 4) У спеціальних випадках РНК може переписуватись у форму ДНК (зворотна транскрипція), а також копіюватися у вигляді РНК (реплікація), але білок ніколи не може бути матрицею для нуклеїнових кислот.

Репарація- це матричний синтез, що виправляє помилки у структурі ДНК , варіант обмеженої реплікації. Відновлює початкову структуру ДНК. Матриця – це ділянка непошкодженою нитки ДНК.

Структура нуклеотидів. Просторові ізомери (2'-ендо-, 3'-ендо- та ін, anti, syn)

НУКЛЕОТІД- Складна хімічна група, що зустрічається в природному стані. Нуклеотиди є будівельним матеріалом для нуклеїнових кислот (ДНК і РНК). Нуклеотиди побудовані з трьох компонентів: піримідинової або пуринової основи, пентози та фосморної кислоти. Нуклеотиди пов'язані між собою у ланцюг фосфодіефірним зв'язком. Вона утворюється за рахунок етерифікації ОН-групи С-3 пентози одного нуклеотиду і ОН-групи фосфатного залишку іншого нуклеотиду. В результаті один з кінців полінуклеотидного ланцюга закінчується вільним фосфатом (Р-кінець або 5'-кінець). На іншому кіці є неетерифікована ОН-група у С-3 `пентози (3`-кінець). У живих клітинах зустрічаються також вільні нуклеотиди, які представлені у вигляді різних коензимів, до яких відноситься АТФ.

Всі 5 гетероциклічних основ, що входять до нуклеїнових кислот, що входять до складу, мають плоску конформацію, але це енергетично не вигідно. Тому в полінуклеотидах реалізується 2 конформації С3`-ендо та С2`-ендо. С1, 0 та С4 розташовані в одній площині, С2 та С3 знаходяться в ендоконформаціях, коли вони виведені над цією площиною, тобто. у напрямі зв'язку С4-С5.

Найважливішою хар-кою у визначенні конформації нуклеотидної ланки є взаємне розташування вуглеводної та гетероциклічної частин, яка визначається кутом обертання навколо N-глікозидного зв'язку. Тут існує 2 області дозволених конформацій, син-і анти-.

Усі живі істоти залежить від трьох основних молекул, по суті, у всіх своїх біологічних функціях. Ці молекули - ДНК, РНК та білок. Два ланцюжки ДНК, що обертаються в протилежних напрямках і розташовані поруч один з одним (антипаралель). Це послідовність чотирьох азотистих основ, спрямованих вздовж кістяка, що кодує біологічну інформацію. Відповідно до генетичного коду, нитки РНК перетворюються, щоб визначити послідовність амінокислот у білках. Ці нитки РНК спочатку створені, використовуючи ланцюжки ДНК як шаблон, такий процес називається транскрипцією.

Без ДНК, РНК та білків жодне біологічне життя не існувало б на Землі. ДНК - інтелектуальна молекула, яка кодує повний комплект генетичних інструкцій (геном), необхідних для того, щоб збирати, підтримувати та відтворювати кожне жива істота. РНК грає множинні життєво важливі ролі в кодуванні, декодуванні, регулюванні та вираженні генетики. Основний обов'язок РНК полягає в тому, щоб створювати білки, відповідно до наборів команд, закодованих у клітині ДНК.

ДНК складається з цукру, азотистої основи та фосфатної групи. РНК також.

У ДНК азотна основа складається з нуклеїнових кислот: цитозину (C), гуаніну (G), аденіну (A) і тиміну (T). Метафізично кожна з цих нуклеїнових кислот пов'язана з елементними субстанціями планети: Повітрям, Водою, Вогнем і Землею. Коли ми забруднюємо ці чотири елементи на Землі, ми забруднюємо відповідну нуклеїнову кислоту у нашій ДНК.

Однак, в РНК азотна основа складається з нуклеїнових кислот: цитозину (C), гуаніну (G), аденіну (A) та урацилу (U). Крім того, кожна з нуклеїнових кислот РНК пов'язана з елементними субстанціями планети: Повітрям, Водою, Вогнем та Землею. І в ДНК, і в РНК, Мітохондріальна ДНК відповідає п'ятому основному елементу Космічного Ефіру, що виходить тільки від Матері. Це приклад алотропії, яка є особливістю невеликої кількості хімічних елементівперебувати у двох чи більше різних формах, відомих як алотропи цих елементів. Алотропи – це різні структурні модифікації елемента. Наша ДНК – алотроп чотирьох основних планетарних елементів.

Основна біологічна функція азотистих основ у ДНК полягає у поєднанні нуклеїнових кислот. Аденін завжди з'єднується з тиміном, а гуанін – з цитозином. Вони відомі як спарені основи. Урацил присутній тільки в РНК, замінюючи тімін і з'єднуючись з аденіном.

І РНК, і ДНК використовують спарені основи (чоловік + жінка) як додаткова мова, яка може бути конвертована в будь-якому напрямку між ДНК та РНК під дією відповідних ферментів. Ця чоловічо-жіноча мова або структура спарених основ забезпечує резервну копію всієї генетичної інформації, закодованої всередині двоспіральної ДНК.

Зворотня спарена основа

Всі ДНК та РНК функціонують на гендерному принципі спарених основ, створюючи водневий зв'язок. Спарені основи повинні з'єднуватися в послідовності, дозволяючи ДНК і РНК взаємодіяти (відповідно до оригінального проекту наших 12 Ланцюгів ДНК, Тілом Алмазного Сонця), а також дозволяючи РНК виробляти функціонуючі білки, що будують ланки, які синтезують і коригують подвійну спіраль ДНК. ДНК людини була пошкоджена в результаті мутації спарених основ та зміни сполук пар або вставок, що редагують послідовності, за допомогою сконструйованих організмів, таких як вірус. Втручання в спарені основи стосується технології гендерного розколу реверсивної мережі Нефелімов (NRG), впливаючи на всю чоловічу та жіночу мову та їхні стосунки. Копії ДНК створені з'єднанням субодиниць нуклеїнової кислоти з чоловічим-жіночим спареним основою кожного ланцюга оригінальної молекули ДНК. Така сполука завжди відбувається у певних комбінаціях. Зміна основної сполуки ДНК, як і багато рівнів генетичних модифікацій і генетичного контролю, сприяють придушенню синтезу ДНК. Це навмисне придушення активації 12 ланцюгів ДНК оригінального проекту, Кремнієвої Матриці, зібраної та побудованої білками. Це генетичне придушення агресивно проводилося, починаючи з катаклізму Атлантиди. Воно безпосередньо пов'язане з придушенням союзу ієрогамії, що досягається правильним з'єднанням основ ДНК, за допомогою якого можна створити та скомпонувати білки для відновлення вогненних писем ДНК.

Редагування РНК за допомогою аспартаму

Одним із прикладів генетичної модифікації та експериментування з населенням є використання аспартаму*. Аспартам хімічно синтезується від аспартату, що погіршує функцію зв'язку урацил - тимін в ДНК, і навіть знижує функції синтезу білка РНК і між РНК і ДНК. Редагування РНК за допомогою додавання або видалення урацилу та тиміну повторно закодувало мітохондрії клітини, при якому мітохондріальні пошкодження сприяли неврологічним захворюванням. Тімін – потужний захисник цілісності ДНК. Крім того, зниження урацилу виробляє субстрат аспартату, вуглекислий газ та аміак.

Втручання в кругообіг азоту

В результаті промислової революції, введення в дію військового комплексу за допомогою контактів з Негативними Інопланетянами, за минуле століття загальний кругообіг азоту було значно змінено. Хоча азот необхідний для всіх відомих форм життя на Землі, велися війни за викопне паливо, навмисно форсовані Негативною Інопланетною Програмою, що забруднюють Землю та ушкоджують ДНК. Азот є компонентом усіх амінокислот, які входять до білків, і присутній у підставах, що становлять нуклеїнові кислоти РНК та ДНК. Однак, ведучи війни за викопне паливо, що змушують застосовувати двигуни внутрішнього згоряння, створювати хімічні добрива та забруднювати навколишнє середовище транспортними засобамиі промисловими підприємствамилюди сприяли серйозній токсичності азоту в біологічних формах. Окис азоту, вуглекислий газ, метан, аміак - все це створює парниковий газ, що отруює Землю, питну водута океани. Це забруднення викликає пошкодження та мутації ДНК.

Елементна зміна тіла болю

Таким чином, багато хто з нас відчув елементні зміни в нашій крові, частинах тіла (особливо на поверхні шкіри, що реагує на зміни в крові) та глибокі зміни в наших клітинах та тканинах. Пожвавлення матерії внаслідок магнітних змін також проникає на рівні нашого емоційно-елементного тіла, що значно впливає на клітинні реакції та пам'ять, збережені в Інстинктивному Тілі (Тілі болю).

Цей новий цикл змушує кожного з нас звернути увагу на наше інстинктивне тіло, наше емоційно-елементне тіло болю та те, що з ним відбувається. Відносини сонячних та місячних сил та їх спільна дія на полярності сил планетарного тіла пристосовуються до цього впливу на магнітне поле.

На жаль, нерозуміння вищих принципів Природного закону призводить до великого хаосу та страждання у тих, хто з завзятістю потурає руйнуванням, поділу та насильству, незалежно від методів, що застосовуються.

Тим не менш, продовжується масовий результат місячних сил, істот місячного ланцюга, Загиблих Ангелів з нашої планети і Сонячна система, що триває зараз. Оскільки карантин знятий із Сонячної системи, і ті, хто відповідає Вознесенню (чи чисті серцем), будуть відчувати глибоке переналаштування своїх сакральних енергетичних центрів, переходячи від місячних впливів до сонячних. Ця біфуркація сонячних та місячних сил продовжує зміни не тільки в емоційно-елементному тілі, а й у сакральному центрі та всіх репродуктивних органах. Вона вносить коригування чи прозріння стосовно багатьох проблем, пов'язаних із сексуальними стражданнями, програмування яких проводилося на основі прихованих історій, пов'язаних із сутностями місячного ланцюга. Магнітні набори команд Матері та мітохондріон відновлюють Сонячну Жіночність і для своїх земних дітей.

Синтез ДНК

Розуміючи, що наше емоційно-елементне тіло переходить від атомів на основі карбону до елементів на вищій основі шляхом високочастотної активації та планетарних магнітних змін, ми можемо поєднати точки у духовному розвитку наших власних тіл, пов'язані з особистими алхімічними процесами. При відновленні софійного тіла відбувається злиття алхімічного перетворення нашої еволюції свідомості з науковим розумінням синтезу ДНК. Синтеза ДНК має таке значення, як і активація ДНК, що грає важливу і безпосередню роль у духовному піднесенні. Мати повертає запис мітохондріальної ДНК за допомогою зміни магнітних потоків, відновлюючи проект нашої крові, мозку та нервової системи для вищого функціонування з нашою справжньою оригінальною ДНК.

*А спартам - це генетично створений хімічний препарат, що розповсюджується та використовується на ринку як харчова добавка

Переклад: Oreanda Web