Генетика на пальцах

Если есть стартовая площадка, с которой следует начинать движение по молекуле ДНК, то должен быть и какой-то ограничитель в конце, иначе молекула полимеразы рискует уползти в неведомые дали и считать дюжину кодов вместо одного. Разумеется, природа предусмотрела и ограничитель – последовательность нуклеотидов ДНК, являющуюся для полимеразы сигналом к прекращению синтеза молекулы РНК. Этот «ограничитель» называется терминатором.

Терминатор

В области терминатора молекула нуклеиновой кислоты образует изогнутые структуры, по виду напоминающие шпильку. Они так и называются – шпилечными структурами. Природа подстраховалась: мало того, что терминатор имеет свой индивидуальный код, так в нем еще и изгибы образуются. У молекулы РНК-полимеразы нет шансов пройти мимо терминатора, не заметив его. Образно говоря, доползла молекула РНК-полимеразы до шпильки, укололась и прекратила работу.

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 или РНК, точнее – 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 вместе, ученые пока не поняли. Но зачем-то нужно, поскольку просто так в природе ничего не происходит.

Процесс образования матрицы 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 понять ничего в этих дебрях без специального образования.

Того, что было сказано о транскрипции, нам с вами достаточно.

Переходим к трансляции – процессу синтеза белка на матричной РНК. Этот процесс происходит в органеллах, которые называются рибосомами. Рибосомы представляют собой небольшие образования сферической формы. Функция у них одна – синтез белков из аминокислот. Попадая в рибосомы, матричная РНК «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.

Напрашивается вопрос: а зачем молекулам матричной РНК разрушаться? Белки ведь синтезируются регулярно, а не один-единственный раз и на всю жизнь.

Да, белки синтезируются регулярно, но где прикажете хранить весь этот запас матричных РНК, и рационально ли «замораживать» в хранимых РНК большое количество нуклеотидов, ценного биологического «строительного материала»? Нет, не рационально, проще создавать матрицы при появлении потребности и разрушать их после того, как потребность иссякнет. Поэтому любое вещество, даже столь сложно синтезируемое, как матричная РНК, после выполнения своей функции распадается на более простые молекулы, которые сразу же идут в дело.

Кто-то 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.

Полирибосома

При этом каждая рибосома, перемещаясь вдоль молекулы РНК, синтезирует «свою», отдельную молекулу белка. Обратите внимание: не свою часть одной молекулы белка, а отдельную молекулу!