Ген рнк что это значит
Ген — это участок последовательности нуклеотидов, используемый в качестве матрицы для копирования в процессе транскрипции, и поэтому считается фундаментальной единицей наследственной информации, записанной в ДНК. Гены составляют лишь небольшую часть всей молекулы ДНК, расположенной в хромосоме. В кодировании белков задействованы только 1-2% нуклеотидов, а полный набор последовательностей, кодирующих белки, остается пока нерасшифрованным. Геном человека по расчетам состоит из 30 тыс. отдельных генов. Информация по кодированию белков, заключенная в отдельном гене, не является непрерывной, наоборот, она содержится в виде множества прерывистых участков, называемых экзонами. Между экзонами расположены варьирующие по длине фрагменты ДНК, называемые интронами. Функция нитронов до сих пор неизвестна. Вероятно, они несут какую-то регуляторную информацию, позволяющую контролировать экспрессию порядка 30 тыс. генов, кодирующих белки, и бессчетное количество других функциональных элементов, включая некодирующие гены и последовательности, детерминирующие динамику хромосом. Еще меньше известно о функциях примерно половины участков генома, состоящих из часто повторяющихся последовательностей или из некодирующих, нерегулярных участков ДНK.
Первым этапом передачи генетической информации является транскрипция (переписывание), при которой осуществляется перенос этой информации из ядра в цитоплазму, где происходит синтез белков. При этом для транскрипции с ДНК на РНК необходимо образование в ядре генетической матрицы, называемой матричной РНК (мРНК), или информационной PНK. Специфический фермент, РНК-полимераза, копирует одну из двух цепей ДНК (аитисмысловую), образуя комплементарную последовательность, которая является точной копией смысловой цепи. Структура РНК несколько отличается от структуры ДНК. В молекуле РНК одно из азотистых оснований (урацил) заменяет характерный для ДНK тимин, а вместо сахара дезоксирибозы в молекуле РНК содержится рибоза. Рибоза, в отличие от более стабильной дезоксирибозы, позволяет молекуле РНК легче деградировать. За счет этого свойства молекула РНК быстрее реагирует па изменения клеточных сигналов и быстрее передвигается в цитоплазме для осуществления синтеза белков.
Процесс трансформации гена в белок включает два основных этапа: транскрипцию информации с ДНК на РНК, проходящую в ядре, и трансляцию этой информации в белок, проходящую в цитоплазме. Это крайне сложный и тонко регулируемый процесс. Транскрипция начинается в ядре клетки при копировании генетической последовательности ДНK на мРНК. Одноцепочечная РНК с обоих концов подвергается модификации. На 5′-конце молекулы РНК присоединяется пуклеотидная структура, называемая cap («шапочка»), роль которой заключается в усилении трансляционной эффективности за счет улучшения связывания РНК с рибосомами. На З’-конце находится нуклеотид, который распознает обогащенную А/Т последовательность в некодируемом участке и укорачивает транскрипт на 20 п.н. Фермент, который добавляет последовательность из нескольких адениновых нуклеотидов с образованием полиаденилового (polyА) хвоста, стабилизирующего транскрипт, модифицирует вновь расщепившийся 3′-конец.
Затем образовавшийся транскрипт (мРНК) подвергается сплайсингу (процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей) для удаления нитронов. Это очень тонко регулируемый процесс, поскольку транскрипты, не подвергшиеся сплайсингу, крайне нестабильны и быстро удаляются из клетки. Сплайсинг является важнейшей контрольной точкой экспрессии генов. Он должен протекать с абсолютной точностью, поскольку деления или вставка одного нуклеотида в месте сплайсинга приведет к сдвигу рамки считывания при последующей трансляции РНК с помощью колона из 3 пар оснований (нуклеотидов). Значимость сплайсинга РНК окончательно не выяснена, однако очевидно, что этот процесс является крайне важным в регуляции экспрессии генов в силу широкой вариабельности интронной последовательности и неспособности транскриптов покинуть ядро клетки, пока не удалены все интроны.
Оказавшись в цитоплазме, мРНК выполняет роль матрицы для трансляции информации или синтеза белка. Трансляция происходит в макромолекулярных комплексах, состоящих из рибосом и похожих на сборочную конвейерную линию. Рибосомы прочитывают нуклеотидную последовательность, закодированную в мРНК и транслируют ее в аминокислотную последовательность; иными словами, код, зашифрованный в мРНK с помощью 4 оснований, транслируется в 20-амипокислотный белковый код. Этот генетический кол удивительно прост и присущ большинству живых организмов. Каждые 3 нуклеотида в молекуле РНК кодируют 1 аминокислоту, поэтому кодон представлен триплетом нуклеотидов. Различные сочетания 4 нуклеотидов РНК составляют 64 различных триплета (4x4x4) так, что любая из 20 аминокислот может быть закодирована более чем одним колоном. Один из триплетов, AUG, колирует метионин, т.е. аминокислоту, которая служит старт-сигналом биосинтеза любого белка. Три других триплета, UAA, UGA и UAG, программируют рибосому на завершение трансляции, поэтому их называют стоп-кодонами.
Для перевода информации, содержащейся в колоне, в аминокислоты необходима молекула-адаптор, способная декодировать мРНК; это так называемая транспортная РНК (тРНК). Каждая тРНК содержит уникальную последовательность из 3 оснований, или антиколон, что позволяет ей комплементарно соединиться с соответствующим колоном мРНК. Рибосомальные ферменты связывают соседние аминокислоты, которые при этом отделяются от тРНК и присоединяются к растущей аминокислотной цепи. Последовательность аминокислот в белке определяется очередностью (порядком) колонов на соответствующей mРНK. Процесс трансляции, т.е. перевод информации из ДНК, находящейся в ядре, в уникальную белковую структуру, завершается.
Поскольку генетический код для каждого биологического вида постоянен, определенные генетические последовательности человека могут быть перенесены в клетки бактерий, дрожжей, насекомых, где эти последовательности будут в точности воспроизведены и декодированы в РНК и затем в белок. Этот принцип лежит в основе технологии получения рекомбинантной ДНK, которую используют для получения рекомбинантных белков как в исследовательских, так и в терапевтических целях (например, для получения тканевого активатора плазминогена).
Процесс экспрессии генов подразумевает контроль и тонкую регуляцию множества этапов. В определенный момент времени в клетке экспрессируется лишь небольшое число генов. Одни гены конститутивны, т.е. постоянно экспрессируются в большинстве клеток; их обозначают как «служебные» или «организующие». Они необходимы для размножения клеток, производства энергии и осуществления функция выживания. Другие гены экспрессируются в зависимости от типа клеток (т.е. только в определенных клетках). Эти гены необходимы для осуществления специфических клеточных функций, например сократимости. Строгая регуляция экспрессии специфических генов определяет уникальность и функцию того или иного типа клетки. Еще одни гены индуцируются в ответ на стимулы окружающей клетку среды. В данном случае регуляция необходима для обеспечения сложных и динамичных процессов экспрессии тех генов, которые позволят организму адекватно реагировать на внутренние и внешние сигналы.
Источник
Биологическая роль ДНК и РНК
ДНК – самая важная молекула для всех живых существ, даже растений. Она определяет наследование, кодирования белков и содержит инструкции для развития и размножения всего организма и каждой его клетки в отдельности. Достижения генетики позволили раскрыть информацию, содержащуюся в ДНК, и использовать ее с пользой для людей. Теперь каждый может сделать конфиденциальный ДНК-тест, чтобы получить ответы на самые сложные вопросы. Давайте узнаем больше, как работает и какова биологическая роль ДНК.
Какие функции выполняет ДНК в организме
ДНК несет ответственность за рост и поддержание жизни, что выражается в выполнении этой молекулой трех функций.
- Кодирование белков. ДНК содержит код для белков, которые являются сложными молекулами, выполнящими важнейшую роль в нашем теле. Информация в ДНК сначала «читается», а затем транскрибируется в молекулу-мессенджер. После этого информация, содержащаяся в этой молекуле, переводится на «язык», понятный организму. Это язык аминокислот, строительных блоков белков. Именно этот специфический язык диктует, как аминокислоты должны производить определенный белок. Существует двадцать различных видов аминокислот, которые в результате дают огромное разнообразие белков.
- Репликация. Репликация ДНК, в свою очередь, поддерживает воспроизводство, рост клеток, тканей и систем организма. В этом процессе нити ДНК, плотно спутанные, раскручиваются и буквально расстегиваются, формируя новую цепь, дополняющую исходную последовательность.
- Наследование. ДНК важна с точки зрения наследственности. Она упаковывает всю генетическую информацию и передает ее следующему поколению. Основой для этого является тот факт, что ДНК создает гены, а гены – хромосомы. 23-я пара хромосом называется половой и отличается у мужчин и женщин. У женщин есть две копии Х-хромосомы, или ХХ, а у мужчин – одна Х и одна Y-хромосома. При оплодотворении яйцеклетки появляется новая клетка, которая содержит половину генов от каждого из родителей. Эта новая ДНК таким образом содержит информацию, которая определит внешность нового человека, предрасположенности к тем или другим заболеваниям, и даже интеллект, черты характера и таланты.
Таким образом, на что влияет ДНК в организме? Размеры ее влияния огромны – эта молекула содержит инструкции, необходимые организму для развития, жизни и размножения. Эти инструкции находятся внутри каждой клетки и передаются от обоих родителей их детям.
ДНК помогает синтезу РНК
Матричная РНК, или мРНК, – это одноцепочечная промежуточная молекула, которая переносит генетическую информацию от ДНК в ядре к цитоплазме, где она служит шаблоном в образовании полипептидов. мРНК синтезируется в ядре с использованием нуклеотидной последовательности ДНК в качестве матрицы.
Процесс создания мРНК из ДНК называется транскрипцией и происходит в ядре. мРНК направляет синтез белков, который происходит в цитоплазме. мРНК, образованная в ядре, транспортируется из ядра в цитоплазму, где она присоединяется к рибосомам. Белки собираются на рибосомах с использованием нуклеотидной последовательности мРНК в качестве инструкции. Таким образом, мРНК несет «сообщение» от ядра к цитоплазме. Сообщение закодировано в нуклеотидной последовательности мРНК, которая комплементарна нуклеотидной последовательности ДНК, служившей матрицей для синтеза мРНК. Создание белков из мРНК называется трансляцией. В этом заключается биологическая роль РНК.
Молекулярные болезни и связь молекул ДНК
Молекулярное, или генетическое, заболевание – это любое заболевание, вызванное сбоем на молекулярном уровне, то есть в молекуле ДНК. Генетическая аномалия может варьироваться от незначительной до крупной – от одной мутации в единственном основании в ДНК до грубой хромосомной аномалии, включающей изменение количества или набора хромосом. Мутации могут происходить либо случайно, либо из-за воздействия окружающей среды.
Существует ряд различных типов генетических нарушений обмена, в том числе:
- моногенные – изменения или мутации, происходящие в последовательности ДНК одного гена. Примеры заболеваний – кистозный фиброз, серповидноклеточная анемия, Синдром Марфана, болезнь Хантингтона и гемохроматоз;
- многофакторные – вызваны сочетанием факторов окружающей среды и мутаций в нескольких генах. Например, различные гены, которые влияют на восприимчивость к раку молочной железы, были обнаружены в хромосомах 6, 11, 13, 14, 15, 17 и 22. Это также болезнь Альцгеймера, артрит, сахарный диабет, рак и ожирение.
- хромосомные – поскольку хромосомы являются носителями генетического материала, отклонения в количестве или структуре хромосом могут привести к заболеванию. Аномалии в хромосомах обычно возникают из-за проблем в процессе деления клеток. Например, синдром Дауна, синдром Тернера, синдром Клайнфелтера, синдром кошачьего крика;
- митохондриальные – вызываются мутациями в неядерной ДНК митохондрий. Этот ряд заболеваний включает наследственную атрофию зрительного нерва Лебера, заболевание глаз, миоклоническую эпилепсию с рваными мышечными волокнами (MERRF), а также митохондриальную энцефалопатию, лактоацидоз и инсультоподобные эпизоды (MELAS), редкие формы деменции.
Однако далеко не все мутации в генах – это приговор. Гены могут включаться и выключаться при определенных условиях среды. Поэтому даже имея предрасположенность к тому или иному заболеванию, для предупреждения их развития человек может соблюдать назначенный врачом план питания и тренировок, отказываясь от вредных привычек.
Строение и действие гена РНК
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, а РНК – рибонуклеиновая кислота. Хотя и ДНК, и РНК несут генетическую информацию и имеют связь между собой, между ними довольно много различий. Что общего между ДНК и РНК и в чем отличия?
ДНК содержит дезоксирибозу, в то время как РНК содержит рибозу. Единственная разница между рибозой и дезоксирибозой состоит в том, что рибоза устроена несколько иначе – она имеет на одну группу -ОН больше, чем дезоксирибоза, которая имеет -Н, присоединенную ко второму углероду в кольце. ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, в то время как РНК представляет собой одноцепочечную молекулу. ДНК стабильна в щелочных условиях, а РНК нестабильна.
Функции ДНК и РНК в организме разные. ДНК отвечает за хранение и передачу генетической информации, в то время как РНК непосредственно кодирует аминокислоты и выступает в качестве посредника между ДНК и рибосомами для производства белков.
Преимущества проведения анализов в лаборатории Медикал Геномикс Украина
Лаборатория Медикал Геномикс Украина – крупнейшая в стране английская лаборатория генетических исследований. Здесь вы можете пройти любой генетический тест, в том числе для установления родственных отношений, а также медицинские, генеалогические исследования.
Мы работаем быстро и качественно, гарантируя конфиденциальность и высокую точность результата, поскольку используем передовое оборудование, а каждый тест проверяется двумя независимыми группами ученых.
Позвоните нам, если у вас есть вопросы – наши консультанты ответят на них и помогут оформить заказ. Сдать биоматериалы можно в одном из наших 78 пунктов приема образцов по всей Украине или заказав набор для домашнего забора материала.
Источник
