Генетика для тех, кого окружают рептилоиды - Андрей Левонович Шляхов
В области терминатора молекула нуклеиновой кислоты образует структуры, по виду напоминающие шпильку. Они так и называются «шпилечные структуры». Доползла до них молекула РНК-полимеразы, укололась и прекратила работу… Природа подстраховалась – мало того, что терминатор имеет свой индивидуальный код, так в нем еще и шпильки образуются. У молекулы РНК-полимеразы нет шансов пройти мимо терминатора, не заметив его.
Фрагмент молекулы ДНК, состоящий из промотора, считываемой части и терминатора, называется опероном. Оперон может включать один или несколько генов, кодирующих один и тот же белок, синтез одной и той же молекулы матричной РНК. Можно дать и другое определение оперона – это совокупность совместно выражающихся генов. Совместно выражающихся! На одном опероне синтезируется одна матричная РНК. Мутация одного гена может нарушить работу всего оперона.
Синтез матричной РНК происходит по принципу комплементарности, так, чтобы цитозин образовывал пару с гуанином, а аденин – с урацилом, заменяющим тимин в РНК. Последовательность нуклеотидов в матричной РНК идентична последовательности в опероне, за исключением того, что вместо тимина там присутствует урацил.
Молекулы РНК-полимеразы группируются в клетках в так называемые транскрипционные фабрики – отдельные участки, на которых происходит транскрипция. Почему нужно собирать полимеразы (и гены) вместе, ученые пока не поняли. Но зачем-то нужно, поскольку просто так в природе ничего не происходит. Гипотеза «вместе веселее», предложенная вскоре после открытия транскрипционных фабрик, после тщательного и всестороннего изучения была отвергнута научным сообществом.
Процесс называется транскрипцией, а получившаяся в его результате молекула РНК – транскриптом.
Разбирая тот или иной процесс, происходящий в клетке, мы предельно его упрощаем для того, чтобы сделать понятным. Отбрасываем все второстепенное, оставляем только самое главное. Так, например, в процессе транскрипции (да и трансляции тоже) участвует множество регулирующих белков. Одни активизируют процесс, другие его подавляют. Участвуют в управлении транскрипцией и «сторонние», не входящие в оперон гены, причем не один, а несколько.
Но мы с вами условно говорим об одном гене-операторе и одном гене-регуляторе, который управляет процессом транскрипции посредством белка-репрессора и белка-индуктора. Ген-оператор объединяет несколько структурных генов в оперон… Ген-регулятор регулирует процесс… РНК-полимераза ползет по молекуле ДНК… Кстати говоря, молекула ДНК тоже движется в процессе транскрипции, но если мы забредем в эти научные дебри, то обратно уже не выберемся. Да и не понятно ничего в этих дебрях, без специального образования. Знаете ли вы, что такое «кластеризация элонгирующих комплексов РНК-полимеразы»? А почему в условиях недостатка экспрессированной в ядре нуклеазы HpaII-разрывы происходят преимущественно в CpG-островках?
«There’s no time to explain!» – как говорят англичане – нет времени объяснять. Да и незачем, если уж говорить начистоту. Все равно никто эти объяснения читать не станет. Генетики и так все знают, а негенетикам очень скоро станет скучно.
Того, что было сказано о транскрипции, нам с вами достаточно.
Перейдем к трансляции – синтезу белка на матричной РНК. Этот процесс происходит в органоидах, которые называются рибосомами. Вспомните, что о них было сказано в лирическом отступлении, посвященном строению клетки.
Матричная РНК, попадая в рибосомы, «настраивает» их на производство определенного белка. После того как нужное количество молекул белка будет синтезировано, матричная РНК разрушается и рибосомы становятся свободными, готовыми принять новую молекулу РНК.
Может возникнуть закономерный вопрос: а зачем молекулам матричной РНК разрушаться? Белки ведь синтезируются регулярно, а не один-единственный раз и на всю жизнь. Да, регулярно, но где хранить весь этот запас матричных РНК и стоит ли «замораживать» в хранимых РНК большое количество биологического «строительного материала» – нуклеотидов? Это все равно что «заморозить» средства, забив склад фирмы товарами, которые будут медленно распродаваться. Природа не может позволить себе такой расточительности, как создание «складов» для матричных РНК и прочих веществ, используемых не постоянно, а от случая к случаю. И «замораживать» строительные материалы она тоже не может. При таком подходе материалов не напасешься. Поэтому любое вещество, даже столь сложно синтезируемое, как матричная РНК, после выполнения своей функции распадается на более простые молекулы, которые сразу же идут в «производство» – транскрипционные фабрики работают без остановки. Короче говоря, мавр сделал свое дело – мавр должен уйти.
Кто обратил внимание на «ошибку» во фразе «матричная РНК, попадая в рибосомы»? РНК одна, а рибосом несколько? Правильнее было бы написать: «матричные РНК, попадая в рибосомы» или «матричная РНК, попадая в рибосому»…
Нет никакой ошибки! Рибосомы малы, а молекулы матричных РНК длинные. Поэтому одна молекула РНК «пронзает» (так это выглядит со стороны) несколько рибосом сразу, образуя так называемую полирибосому, или полисому.
При этом каждая рибосома, перемещаясь вдоль молекулы РНК, синтезирует «свою», отдельную молекулу белка. Код, записанный в молекуле РНК, подразделяется на кодоны – сочетания трех нуклеотидов. Каждый кодон соответствует определенной аминокислоте, входящей в состав белков. Каждой аминокислоте соответствует не один, а несколько кодонов. Поскольку нуклеотиды на схемах обозначают буквами, кодоны выглядят как сочетания трех букв.
АУГГУУГЦУААУЦУУАУГАГААГГУГЦГЦАГГГГГГАААГАУАААААААУАЦУГАУГГЦАГГГАААГАУАААААААУАЦУГАУГГЦАГГГГГГАУГГУУГЦУААУЦУУАУГАГААГГУГЦГЦАГГГГГГАААГАУАААААААУАЦУГАУГГЦАГГГ…
Посмотрите на фрагмент молекулы матричной РНК, изображенный в виде букв. Глаза разбегаются в разные стороны, верно? А это же всего лишь небольшой фрагментик.
Если начать читать кодоны с буквы А, то первой аминокислотой будет метионин, второй – валин, третьей – аланин… И так далее. Если же пропустить букву А и начать читать с буквы У, второй по счету, то первой аминокислотой будет триптофан, второй – лейцин и третьей – тоже лейцин… Замена всего одной аминокислоты на другую в молекуле гемоглобина приводит к развитию тяжелого заболевания. Страшно представить последствия синтеза совершенно другого белка вместо заданного. А если такое будет повторяться на разных матрицах… Ужас-ужас-ужас!
Чтобы ужаса не случилось, природа предусмотрела старт-кодон АУГ (аденин – урацил – гуанин), соответствующий аминокислоте метионину, и стоп-кодоны УГА (урацил – гуанин – аденин), УАГ (урацил – аденин – гуанин), УАА (урацил – аденин – аденин), никаким аминокислотам не соответствующие.
Таким образом, синтез любого белка начинается с метионина…
Но ведь метионин может быть закодирован в нескольких местах на молекуле матричной РНК. И будет, непременно! Местах этак в ста или, сажем, в трехстах…
Что будет, если рибосома начнет синтез белка не с того старт-кодона?
А ничего не будет, поскольку природа и здесь подстраховалась – обвела стартовый кодон жирным красным маркером. Захочешь – не спутаешь!
На самом деле, как вы
