есьма сложными и интригующими, требуемая точность поразительна и, конечно, целый ряд деталей остается и по сей день не вполне понятным. Однако, направленность происходящих процессов в настоящее время более или менее ясна и молекулярная генетика выстроена в логическую и отчетливую научно обоснованную схему.

Итак, центральная догма молекулярной генетики определяет три следующих этапа передачи генетической информации:

1) Репликация — копирование родительской ДНК с образованием дочерних молекул. При репликации копируется вся хромосома и образуются дочерние ДНК, идентичные родительской. Родительская ДНК однозначно определяет нуклеотидную последовательность дочерних цепей;

2) Транскрипция — процесс «переписки» генетической информации в форме РНК.

3) Трансляция — генетическая информация, записанная с помощью «четырехбуквенного кода» в РНК, переводится в рибосомах на двадцатибуквенный код белковой структуры.

14S

Глава I. Общие и теоретические проблемы фармакологии

Репликация гена {гены — наиболее важные в функциональном отношении части молекул ДНК. Это — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая образование какого-либо признака и представляющая собой отрезок ДНК. Это фрагмент генетического материала, определяющий или кодирующий один фермент Общее правило, один ген — один белок) является способом передачи последующим поколениям строения той части ДНК, которая заключена в данном гене. Именно это является тем путем, который определяет порядок нуклеотидов в матричной РНК (мРНК) и, соответственно, порядок аминокислот в белке, который синтезируется на рибонуклеиновой кислоте Другими словами, на участке ДНК, соответствующем гену, согласно правилам комплементарности осуществляется синтез мРНК, которая соединяется с рибосомами и является источником информации о том, каким образом и в каком порядке будут синтезироваться цепи белков из аминокислот — при этом существенно, что линейный размер гена связан с размером синтезируемой полипептидной цепи, синтез которой контролируется этим геном. В ядре клетки ДНК зхо-дит в состав нуклеосом — двойных спиралей из 150 пар оснований, которые закручены вокруг 8 основных белков — гистонов При митозе (способ деления клеток, обеспечивающий тождественность хромосом в ряду клеточных поколений) нити нуклеосом сливаются в хромосомы — плотные структуры, содержащие ДНК и белки Как уже указывалось, не только самовоспроизведение, но и роль матрицы для синтеза РНК — основные функции ДНК Рибонуклеиновые кислоты (РНК) — это длинные полимерные цепи из соединенных рибонуклеотидов, по размеру меньшие, чем ДНК Их общее количество в клетках, однако, значительно превышает количество ДНК. Каждая РНК — одноцепо-чечный полирибонуклеотид со строго определенной молекулярной массой, нуклеотидной последовательностью и биологической функцией Различают три основных типа РНК1

1-3 Некоторые проблемы биохимии

149

1) Матричные (мРНК) — матрицы, использующиеся рибосомами при переводе генетической информации, хранимой ДНК, в аминокислотную последовательность строящихся белков Их нуклеотидная последовательность комплементарна генетическому сообщению на участке

кодирующей ДНК. В одной эукариотической клетке более 104 различных молекул мРНК, каждая из которых кодирует одну или несколько пол и пептидных цепей

2) Транспортные (тРНК) — одноцепочечные полирибонуклеотиды, образующие свернутые компактные структуры, состоящие из 70-95 рибонуклеотидов. Каждой из двадцати аминокислот, составляющих белковые молекулы, соответствует одна или несколько РНК, которые связывают аминокислоты, переносят их к рибосомам и определяют аминокислотную последовательность построения белков. Каждая тРНК содержит особый тринуклеотид — триплет, который называют антико-доном. Этот триплет комплементарен нуклеотидной последовательности

в мРНК — кодону {кадон — единица генетического кода, представляющая собой группу из трех азотистых оснований в молекуле ДНК или РНК, кодирующая включение одной определенной аминокислоты в полипептидную цепь). Последний кодирует аминокислоту, соответствующую данной тРНК. И, наконец,

3) Рибосомальные (рРНК), являющиеся основными компонентами рибосом — они составляют до 65% веса рибосом и играют важную роль в структуре и биосинтетической функции рибосом. Теперь информация о том, как протекают основные стадии белкового синтеза. Для репликации необходим фермент — ДНК-лолимераза, который катализирует ковалентное связывание дезоксирибонуклеидов Помимо этого фермента, в процессе участвуют еще более 20 ферментов и белков. Последовательные этапы, из которых состоит репликация, включают узнавание точки ее начала, расплетание родительской пары ДНК-дуплекса, удержание образующихся цепей на нужном расстоянии, инициацию синтеза дочерних цепей, их удлинение, закручивание в спирали и терминацию процесса.

На фазе транскрипции идет ферментативный синтез цепей РНК, нуклеотидная последовательность которых комплементарна последовательности цепи ДНК При этом образуются мРНК, поступающие в рибосомы и направляющие синтез закодированных геном (или группой генов) полипептидов. При транскрипции не должна обязательно транскрибироваться вся клеточная ДНК — Транскрибируются только отдельные гены или группы генов. Основная цель всех указанных этапов — синтез белка и его регуляция.

150

Глава I Общие и теоретические проблемы фармакологии

Резюмируя сказанное, можно заключить.

а) место синтеза белка — рибосомы,

б) аминокислоты ферментативно присоединяются к транспортной РНК — тРНК,

в) тРНК является переводчиком (адаптором) четырехбуквенного кода нуклеиновых кислот (по числу пиримидиновых и пуриновых оснований — тимин, цитоин, аденин, гуанин) на двадцатибуквенный (структуру 20 аминокислот см. 1.3.Е 1.в) язык белка.

Основные этапы белкового синтеза.

1) Активация аминокислот — этот процесс протекает не в рибосоме, а в цитозоле (водная фаза цитоплазмы) Каждая из 20 аминокислот присоединяется ковалентно к своей определенной тРНК (используется энергия АТФ, процесс катализируется Mg2+-активирующим и ферментами). Очень существенно, что каждый из этих ферментов специфичен по отношению к одной конкретной аминокислоте и соответствующей ей тРНК. В качестве примера приведем аминоацетил-аденилат — фрагмент соответствующей тРНК, показывающий способ структурной активации аминокислот.

ОН

2) Инициация полипептидной цепи. Для этого мРНК, несущая информацию об обсуждаемом полипептиде связывается с малой субчастицей рибосомы и аминокислотой, соединенной с соответствующей тРНК Инициирующий комплекс, включающий тРНК и инициирующую аминокислоту взаимодействует с кодоном мРНК, который сигнализирует о начале полипептидной цепи. Существенно, что здесь энергию поставляет не АТФ, а гуанозинтрифосфат (ГТФ) и процесс идет при участии трех специфических белков, называемых факторами инициации и присутствующими в цитозоле.

3) Элонгация (удлинение) полипептидной цепи протекает путем ковалентного связывания аминокислот, доставляемых к рибосоме в точно определенное положение соо