Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

§ 25. ТРАНСКРИПЦІЯ. ОСНОВНІ ТИПИ РНК

За збереження спадкової інформації відповідає ДНК, а РНК - лише посередник у реалізації цієї інформації.

Дитяча енциклопедія

Основні поняття й ключові терміни: Експресія генів. ТРАНСКРИПЦІЯ. іРНК. тРНК. рРНК.

Пригадайте! Що таке РНК і ДНК?

Поміркуйте!

Експресії (від лат. expressio - вираження) бувають різними. За створення нових поетичних експресій в американській пісенній традиції лауреатом Нобелівської премії з літератури у 2016 р. став Боб Ділан. Всесвітньо відома картина «Синій кінь» прославила художню експресію німецького живописця Ф. Марка. Літературна експресія властива творам таких відомих українських письменників, як В. Стефаник, О. Турянський, М. Хвильовий. А що таке експресія в молекулярній біології?

Франц Марк. Синій кінь. 1911

ЗМІСТ

Які особливості вирізняють біологічну експресію генів?

Експресія генів - процеси використання спадкової інформації генів для синтезу функціональних продуктів — молекул РНК та білків. Якщо кінцевим продуктом експресії генів є білок, то процес експресії називається біосинтезом білків, а ген - білковим. Інформація з таких генів переписується на іРНК, що переносить її до рибосом. На цих органелах у процесі трансляції синтезуються білки. Якщо на генах ДНК відбувається синтез транспортних РНК, то це гени тРНК, якщо синтез рибосомальних РНК - то це гени рРНК. Біосинтез РНК називається транскрипцією. Таким чином, завдяки експресії генів у клітинах з’являються білки, іРНК, тРНК і рРНК.

Процес експресії генів властивий усім неклітинним формам життя та клітинним організмам, але першим для реалізації генетичної інформації потрібна клітина хазяїна. Реалізація спадкової інформації потребує великих затрат енергії АТФ, задіює велику кількість ферментів та структур клітини.

Експресія генів активно регулюється і є основою росту й розвитку клітин та їхньої адаптації до умов навколишнього середовища. На реалізацію спадкової інформації впливають як внутрішні (гормони, фактори росту), так і зовнішні (температура, випромінювання, антибіотики) (іл. 61). Так, гальмівну дію на синтез РНК чинить аманітин - отруйна речовина із блідої поганки, що діє на РНК-полімеразу і блокує синтез іРНК (іл. 62).

Іл. 61. Експресія генів у молодій (1) і старій (2) клітинах

Іл. 62. Бліда поганка - отруйний гриб, що містить аманітин

Основою експресії генів є реакції матричного синтезу - це реакції синтезу нових молекул відповідно до плану, закладеного в структурі молекул, що вже існують. Матричний синтез є специфічною особливістю живого і забезпечує дуже швидке утворення необхідних продуктів.

Отже, експресія генів є реалізацією спадкової інформації клітин з утворенням РНК й білків, що відбувається з різною швидкістю в різних клітинах під впливом внутрішніх та зовнішніх умов середовища.

Як відбувається транскрипція?

ТРАНСКРИПЦІЯ (від лат. transcriptio - переписування) - передача інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на іРНК, що відбувається на основі принципу комплементарності. Транскрипція каталізується ферментами РНК-полімеразами і здійснюється в ядрі, а в прокаріотичних клітинах - у нуклеоїді.

За відкриття механізму синтезу РНК іспанський біохімік С. Очоа разом А. Корнбергом отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини (1959).

Рівень транскрипції генів чітко регулюється за допомогою спеціальних білків (фактори транскрипції) та малих молекул РНК (явище РНК-інтерференції). Ці впливи мають велике значення для адаптації організмів до змін умов середовища, процесів розвитку, клітинного циклу та комунікації клітин.

Зазвичай процес транскрипції поділяється на 3 стадії. На початковій стадії транскрипції відбувається розплітання ДНК і зв’язування РНК-полімерази з промоторною послідовністю гена, що є сигналом для початку транскрипції. Наступною є стадія, під час якої нарощується ланцюг РНК, тобто відбувається послідовне приєднання рибонуклеотидів на основі принципу комплементарності. Кінцевою стадією транскрипції є стадія завершення зчитування інформації з ДНК на РНК при досягненні термінаторної послідовності гена. Результатом є утворення первинної РНК (проРНК) (іл. 63).

Після транскрипції в клітинах еукаріотів відбувається дозрівання проРНК (процесинг). У результаті процесингу проРНК перетворюється на зрілу інформаційну РНК (іРНК), яка експортується з ядра до цитоплазми.

Отже, транскрипція - це процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриці, що відбувається в усіх живих клітинах.

Іл. 63. Напрям транскрипції

Чим і чому різняться різні типи РНК між собою?

У процесі транскрипції утворюються основні типи РНК - іРНК, тРНК, рРНК.

Інформаційна (або матрична) РНК (іРНК, або мРНК) може міститься в цитоплазмі, ядрі, мітохондріях, хлоропластах, утворювати з рибосомами комплекс - полісому. Вміст іРНК у клітині - близько 5 %. Кількість нуклеотидів коливається від 300 до 30 000, що залежить від складності гена. Основні функції іРНК - перенесення генетичної інформації від ДНК до рибосом та безпосередня участь у синтезі білкових молекул (іл. 64).

Транспортні РНК (тРНК) становлять близько 15 % усієї РНК клітини. Ці молекули містяться в цитоплазмі, мітохондріях і хлоропластах, складаються з 70 - 90 рибонуклеотидів. Основна функція тРНК - перенесення амінокислот до рибосом, на яких відбувається синтез білкових молекул. Кожен вид тРНК є високо специфічним, тобто переносить тільки конкретну амінокислоту. Транспортна РНК має вторинну структуру, що підтримується водневими зв’язками і формою нагадує листок конюшини. Біля верхівки «листка» містяться три нуклеотиди, які відповідають певній амінокислоті за генетичним кодом. Вони називаються антикодоном. А з протилежного боку, біля основи молекули тРНК, є ділянка, до якої приєднується амінокислота (іл. 65).

Рибосомні РНК (рРНК) входять до складу рибосом про- та еукаріотичних клітин. Молекули рРНК становлять до 80 % усієї РНК клітини, містять 3 - 5 тисяч нуклеотидів і разом з білками забезпечують певне розташування іРНК і тРНК під час синтезу білкової молекули.

Отже, різні типи РНК різняться будовою, кількістю нуклеотидів, вмістом тому, що виконують різні функції.

Іл. 64. Схема будови полісоми (комплекс іРНК з рибосомами для швидкого синтезу багатьох молекул одного виду білка)

Іл. 65. Будова молекули тРНК: 1 - 4 - ділянки з'єднання комплементарних рибонуклеотидів;

5 - ділянка приєднання амінокислоти; 6 - антикодон

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Застосуйте знання та за допомогою таблиці схарактеризуйте процес транскрипції.

ХАРАКТЕРИСТИКА ТРАНСКРИПЦІЇ У КЛІТИНАХ ЕУКАРІОТІВ

Ознака

Характеристика

1. Де відбувається?

2. Вихідні речовини

3. Енергія, що використовується

4. Фермент, що каталізує

5. Основні стадії

6. Речовини, що здійснюють регуляцію

7. Результат

8. Якими є післятранскрипційні зміни?

9. Як здійснюється експорт РНК у цитоплазму?

Самостійна робота з таблицею

Розгляньте ілюстрацію типів РНК. За допомогою таблиці й підручника порівняйте типи РНК і сформулюйте висновок.

Ознака

іРНК

тРНК

рРНК

Функція

Вміст у клітині

Розміри

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Наука

У 2006 р. Е. Файр та К. Мелло отримали Нобелівську премію з фізіології та медицини «за відкриття РНК-інтерференції - пригнічення експресії генів дволанцюговою РНК». Ці вчені показали, що введення коротких РНК у клітини нематоди Саеnоrhabditis elegans пригнічувало реалізацію спадкової інформації гена. Оцініть значення знань транскрипції та РНК- інтерференції для медицини й біотехнології.

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке експресія генів? 2. Що є результатом експресії генів? 3. Що таке транскрипція? 4. Яке значення транскрипції? 5. Назвіть основні типи РНК. 6. Які функції іРНК, тРНК й рРНК у клітині?

7 - 9

7. Які особливості вирізняють біологічну експресію генів? 8. Як відбувається транскрипція? 9. Чим і чому різняться різні типи РНК між собою?

10 - 12

10. Яке значення мають процеси регуляції транскрипції для клітини?




Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити