5.5. Кодирование и воспроизводство биологической информации

1. Основа кодирования: генетический код

Генетический код — это система записи информации о последовательности аминокислот в белках с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — основной носитель генетической информации. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль. Мономеры ДНК — нуклеотиды, включающие:

• азотистое основание (аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц));
• сахар дезоксирибозу;
• остаток фосфорной кислоты.

Между цепями ДНК действует принцип комплементарности:

• А комплементарен Т;
• Г комплементарен Ц.

Ген — участок молекулы ДНК, в котором закодирована информация о первичной структуре одного белка (или одной молекулы РНК).

2. Свойства генетического кода

1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами (триплетом или кодоном). Из 4 нуклеотидов можно составить 4^3 = 64 комбинации, кодирующие 20 аминокислот.
2. Вырожденность (избыточность). Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (от 2 до 6). Исключения — метионин и триптофан (кодируются одним кодоном).
3. Однозначность. Каждый кодон кодирует только одну аминокислоту.
4. Универсальность. Код един для всех живых организмов на Земле (есть редкие исключения).
5. Непрерывность и неперекрываемость. Кодоны считываются последовательно, без пропусков и перекрытий.
6. Наличие стоп‑сигналов. Три кодона (УАА, УАГ, УГА) не кодируют аминокислоты, а сигнализируют о завершении синтеза белка.

3. Воспроизводство биологической информации: основные процессы

Репликация (удвоение ДНК)

Процесс самокопирования ДНК перед делением клетки. Происходит по полуконсервативному механизму:

1. Двойная спираль ДНК расплетается.
2. На каждой цепи синтезируется новая комплементарная цепь.
3. В результате образуются две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых содержит одну старую и одну новую цепь.

Транскрипция (синтез РНК)

Перенос информации с ДНК на и‑РНК:

1. РНК‑полимераза связывается с промотором (особой последовательностью ДНК).
2. По принципу комплементарности на матрице ДНК синтезируется и‑РНК (в РНК тимин заменяется на урацил: Т → У).
3. Синтез и‑РНК завершается при достижении стоп‑сигнала (терминатора).
4. и‑РНК выходит из ядра в цитоплазму и направляется к рибосомам.

Трансляция (синтез белка)

Сборка белковой цепи на рибосомах по матрице и‑РНК. Участвуют три вида РНК:

• и‑РНК (информационная) — несёт информацию о последовательности аминокислот.
• т‑РНК (транспортная) — доставляет аминокислоты к рибосоме. Имеет антикодон, комплементарный кодону и‑РНК.
• р‑РНК (рибосомная) — входит в состав рибосом.

Этапы трансляции:

1. Инициация. Рибосома связывается с и‑РНК, первый кодон (АУГ, кодирующий метионин) определяет начало синтеза.
2. Элонгация. т‑РНК доставляют аминокислоты, соответствующие кодонам и‑РНК. Между аминокислотами образуются пептидные связи.
3. Терминация. Синтез белка останавливается при достижении стоп‑кодона (УАА, УАГ или УГА). Белок отсоединяется от рибосомы.

4. Уровни организации наследственной информации

1. Генный уровень. Информация для синтеза одного белка закодирована в гене.
2. Хромосомный уровень. Гены организованы в хромосомы, которые обеспечивают упорядоченную передачу информации при делении клетки.
3. Геномный уровень. Геном — полная совокупность ДНК клетки (весь набор генов вида).

5. Науки, изучающие кодирование и воспроизводство информации

• Геномика — исследует структуру, функции и эволюцию геномов.
• Протеомика — изучает белки, их функции и взаимодействия.

Таким образом, кодирование и воспроизводство биологической информации — это многоуровневый процесс, обеспечивающий сохранение и реализацию генетической программы живых организмов.