Функции ДНК. Основные функции ДНК - это кодирование, сохранение и реализация наследственной информации, передача ее дочерним клеткам при размножении. В частности, отдельные цепи молекулы ДНК служат матрицей для синтеза различных типов молекул РНК (рис. 12.3). Этот процесс называется транскрипцией.
Единицей наследственности всех организмов являются ген-участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов - РНК), который несет наследственную информацию о структуре определенного белка или нуклеиновой кислоты. Итак, именно ДНК кодирует и сохраняет наследственную информацию в организме и обеспечивает ее передачу дочерним клеткам при делении материнской. Функционально ген - целостная единица наследственности, поскольку любые нарушения его строения меняют закодированную в нем информацию или приводят к ее потере.
Гены разделяют на структурные, кодирующие структуру белков и рибонуклеиновых кислот, и управление, которые служат местом присоединения ферментов и других биологически активных веществ. Эти вещества влияют на активность структурных генов и участвующих в процессах удвоение ДНК и переписывания наследственной информации на молекулы РНК.
Совокупность генетической информации, закодированной в генах определенной клетки или целостного организма, называется геном. Это целостная интегрированная система, где отдельные гены взаимодействуют между собой.
Число генов у разных организмов значительно колеблется. Проще организован геном вирусов, в котором от одного до нескольких сотен структурных генов. Геном прокариот имеет сложное строение и включает как структурные, так и регуляторные гены. Выяснено, что в бактерии кишечной палочки молекула ДНК состоит из 3800000 пар нуклеотидов, а структурных генов у нее - около тысячи. Установлено также, что почти половина длины молекулы ДНК кишечной палочки совсем не несет генетической информации.
Геном эукариот имеет еще более сложную структуру: количество ДНК в их ядре больше, а следовательно, больше и количество структурных и регуляторных генов.
Исследования генома различных эукариот показало, что количество ДНК в их ядре превышает необходимую для кодирования всех структурных генов во много раз. Причины этого явления разные. Во-первых, ДНК содержит немало последовательностей, каждая из которых повторяется до сотен тысяч раз. Во-вторых, значительная часть ДНК вообще не несет генетической информации. В-третьих, присутствует большое количество регуляторных генов.
В некоторых случаях неинформационных (некодирующие) участки молекулы ДНК могут составлять 80-90%, тогда как те, кодирующие структуру белков или РНК, - только 10-20%. Участки некодирующей ДНК обнаружены в составе структурных генов. Было доказано, что ген состоит из отдельных блоков (частей). Одни из них копируются в иРНК и несут информацию о структуре определенных соединений, а другие - нет.
Итак, запомните, гены эукариот имеют мозаичное строение: участки генов, кодирующих наследственную информацию, называют экзонов, те, которые не кодируют, - интронов. Отдельные интроны могут вмещать от 100 до 1 000 000 нуклеотидных пар и более. Количество интронов внутри генов различна: в гене гемоглобина - 2, яичного белка - 7, белка-коллагена курицы - 51. Количество и расположение интронов специфические для каждого гена.
Раньше считали, что гены имеют четко определенное место в составе молекулы нуклеиновой кислоты. Но в 60-х годах ХХ ст. было обнаружено перемещения фрагментов ДНК с одного участка к другому. Если такой фрагмент оказывается в кодирующей последовательности нуклеотидов определенного гена, то этот ген теряет свою функцию. Если же такой прыгающий ген оказывается рядом с другим, то его функции могут измениться. Считают, что существуют генетические программы, которые обуславливают перестройку отдельных участков молекулы ДНК.
В определенных случаях самопроизвольная перестройка молекул ДНК может иметь для организма важное значение. Например, молекулярный анализ показал, что разнообразие антител у млекопитающих и человека может быть обусловлена именно этим явлением.
Впрочем, поврежденные молекулы ДНК способны восстанавливаться. При этом при участии специфических ферментов поврежденные участки ДНК вырезаются, а на их месте с помощью другого фермента (ДНК-полимеразы) восстанавливается соответствующая последовательность нуклеотидов. Еще один фермент помогает встроить восстановлен фрагмент в цепь ДНК. Этот процесс получил название репарация (от лат. Репаратион - восстановление).
► Молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, которые сообщаются между собой посредством водородных связей. Четкое соответствие нуклеотидов в цепях ДНК, между которыми возникают водородные связи, называется комплементарность.
► Молекулы ДНК способны к денатурации и ренатурации, а также деструкции. Они также способны к репликации - самоудвоения. ^ Основные функции ДНК - это кодирование, сохранение и реализация наследственной информации, передача ее дочерним клеткам при размножении.
► Гены разделяют на структурные, кодирующие структуру белков и рибонуклеиновых кислот, и управление, которые служат местом присоединения ферментов и других биологически активных веществ.