Подвійна спіраль в звичайних умовах досить стабільна. Сприяння підстави з'єднані так міцно, що для поділу двох ланцюгів ДНК в пробірці потрібна температура
90 о С, а для того, щоб спіраль розкрутилася, в клітці необхідні спеціальні ферменти: білки ДНК - гелікази і білки, що дестабілізують спіраль (SSВ-білки). В ході реплікації ферменти переміщаються уздовж молекули ДНК, при цьому розплітаються все нові ділянки батьківської ланцюга до тих пір, поки репликационная вилка не дійде до точки закінчення синтезу - точки термінації. Щоб расплетённие ланцюга знову не з'єдналися, кожна ланцюг зв'язується з декількома молекулами дестабілізуючого білка, які з'єднуються з одиночними ланцюгами білка, не закриваючи нуклеотидних основ.
Мономерами для нового ланцюга ДНК є поодинокі дізоксі нукліозідтріфосфати. В ході реакції від кожного з них отщепляется пірофосфатних залишок, так як включення кожного мономера в молекулу ДНК вимагає витрати високоенергетичних зв'язків.
Здатність азотистих основ молекул різних нуклеїнових кислот пізнавати один одного шляхом Нековалентні взаємодії називається спарюванням підстав. Парування підстав лежить в основі механізмів спадковості. Фермент, що каталізує з'єднання один з одним вільних нуклеотидів з утворенням нового ланцюга ДНК, називається ДНК-полімеразою. Вона приєднує дезоксирибонуклеозидтрифосфатов до ОН-групі на 3 1 однієї з ланцюгів, при цьому дві кінцеві фосфатні групи (пірофосфат) отщепляются, а вивільнена енергія використовується для зв'язку між нуклеотидами. Так як зчитування інформації відбувається від 3 1-кінців ланцюга до її 5 1-кінців, то нова ланцюг росте в напрямку 5 1 → 3. 1 і антипаралельними ланцюга-матриці.
Оскільки два ланцюги батьківської ДНК антіпараллельни, то тільки одна з нових ланцюгів може синтезуватися в напрямку 5 1 → 3 1. На другий ланцюга-матриці синтез нового ланцюга мав би йти в напрямку 3 1 → 5 1. однак, оскільки не існує ферменту, каталізує полімеризацію нуклеотидів в цьому напрямку, то і другий ланцюг також синтезується в напрвлении 5 1 → 3 1. але короткими фрагментами, званими фрагментами Окадзакі на ім'я вченого, який відкрив їх. У бактеріальної клітини число цих фрагментів досягається 1-2 тисяч, а у клітин еукаріот - всього 100-200. Фрагменти потім зшиваються за допомогою ферменту ДНК-лігази шляхом зв'язування 5 1 -фосфат одного фрагмента з 3 1-ОН-групою іншого, в результаті чого утворюється безперервна другий ланцюг ДНК.
Ланцюг ДНК, синтезується безперервно і називається лідируючої, а інша, що синтезується короткими фрагментами - відстає. Провідна ланцюг росте безперервно, так як безперервно працює ДНК-полімераза, а на відстає ланцюга цей фермент працює через певні проміжки часу, коли починає діяти РНК-запал. Вона синтезується з рибонуклеозидтрифосфатов за допомогою ферменту ДНК-ПРАЙМАЗИ і складається у еукаріотів з 10 нуклеотидів. РНК-ПРАЙМАЗИ синтезуються з певними інтервалами на матриці і є точками ініціації синтезу фрагментів Окадзакі, надаючи свою вільну 3 1-ОН-групу для приєднання першого нуклеотиду ДНК. ДНК-полімераза приєднує один нуклеотид за іншим до тих пір, поки не досягне РНК-затравки, приєднаної до 5 1-кінців попереднього фрагмента ДНК.
Синтез РНК на ДНК-матриці називається транскрипцією (переписуванням), відбувається в ядрі клітин за допомогою РНК-полімерози.
РНК містяться у всіх живих клітинах вигляді одноцепочной молекул, які, як і ДНК, складаються з нуклеотидів, проте до складу нуклеотидів РНК місце дезоксирибози входить рибоза, а замість тиміну - інше пиримидиновое підставу - урацил. Окремі ділянки нуклеотидної ланцюга РНК зв'язуються водневими зв'язками.
Синтез білків, інформація про будову яких зашифрована в послідовності розташування нуклеотидів у ланцюгу ДНК, відбувається на рибосомах, розташованих в цитоплазмі. Отже, для здійснення цього синтезу необхідно перенести генетичну інформацію з ядра в цитоплазму. Таким посередником в синтезі білка є одна з рибонуклеїнових кислот - інформаційна РНК (іРНК), звана також матричної РНК (мРНК). У синтезі білка беруть участь також транспортні тРНК і рибосомні рРНК.
Нуклеотиди, з яких синтезуються РНК, приєднуються до лідируючої ланцюга за принципом комплементарності, який має місце при реплікації ДНК, і за допомогою РНК-полімерази з'єднуються між собою, утворюючи полінуклеотидних ланцюг РНК. Кількість РНК в кожній клітині залежить від кількості синтезованого білка. Молекули РНК менш стабільні, ніж молекули ДНК, тому саме ДНК використовується як сховище генетичної інформації.
На частку іРНК припадати 3-5% всіх, вони має найпростіше будова - одноцепочной молекула, що складається з 70-10000 нуклеотидів. При синтезі мРНК на одному з ланцюжків ДНК відбувається спарювання підстав так само, як і при воспроізводжстве самої ДНК: присутність аденіну в матричної цінуй ДНК визначає приєднання урацила до утворюється ланцюга РНК, а цитозину - приєднання гистидина.
Оскільки іРНК утворюються безпосередньо на ланцюзі ДНК і є її копією, то інформація про послідовність амінокислотних залишків, записана за допомогою нуклеотидних підстав в ДНК перетворюється в послідовність компліментарних підстав на молекулі РНК. У цьому генетичному коді одній амінокислоті білка відповідає набір 3-х підстав - триплет. розташованих в певній послідовності. Цей триплет підстав називається кодоном. Чотири підстави аденін A, урацил U, гуанін G і цитозин З можна комбінувати 64 способами, і, оскільки ці 64 комбінації використовуються для кодування 21-ої амінокислоти, то генетичний код є виродженим, тобто одна амінокислота кодується декількома різними комбінаціями. Генетичні коди для різних амінокислот приведені на малюнку ...
Три триплета (UUA, UAG, UGA) кодують закінчення синтезу - терминацию (стоп-кодони), про один (AUG) кодує початок синтезу білкової молекули з метіоніну.
Довжина іРНК залежить від довжини поліпептидного ланцюга, яку вона кодує. Оскільки іРНК служить для синтезу білка, то вона існує поки йде синтез (від декількох хвилин у бактерій до декількох днів у ссавців).
Рибосоми самі є білками і містять 70-80 різних білків. Функції рРНК зводяться до сприянню приєднання іРНК до ферментам, що каталізує процес утворення поліпептидного ланцюга.
Кількість рибосом в клітинах коливається від декількох десятків тисяч у бактерій до мільйона і більше у еукаріотів. Гени, що кодують структуру рРНК, знаходяться в полісом. Все рибосоми складаються з двох фрагментів великого і маленького. Маленький складається з 21-і білка різної структури і однієї молекули РНК масою близько мільйона, а великий з 35 різних білків і знчительности більшої молекули рРНК (молекулярна маса
Великий і маленький фрагмент можуть легко отщепляться один від одного (диссоциировать) і з'єднуватися під час синтезу білка в одну велику частку (рекомбинировать).
Транспортні РНК беруть участь в процесі трансляції в якості проміжної ланки між нуклеїновими кислотами і білками. Їх функція полягає в тому, що вони переносять амінокислоти на рибосоми, де йде синтез білка. Так як багато амінокислоти кодуються кількома триплету, то число відомих тРНК більше 21-ої, їх відомо близько 60-ти.
тРНК найкоротші з рибонуклеїнових кислот. Вони складаються приблизно з 80 нуклеотидів, їх молекулярна маса порівняно низька - 25-30 тисяч. Молекули всіх тРНК мають схожу форму, їх ланцюг вигинається так, що нагадує лист конюшини або клена (малюнок). Ця форма підтримуються водневими зв'язками, що виникають між комплементарними нуклеотидними підставами ланцюга. На 5 1-кінців молекули завжди знаходиться гуанін, а на 3 1-кінців група ССА, до якої приєднується амінокислота. Послідовність нуклеотидів у ланцюгу решти молекули різна.
Транспортні РНК повинні вибрати з 21-ої амінокислоти свою, перенести її до рибосоми і розташувати в синтезується поліпептидного ланцюга в тій послідовності, яка закодована в іРНК. Зв'язування тРНК зі своєю амінокислотою відбувається за допомогою ферменту аміноацил-тРНК-лігази. Цей процес є активацією амінокислот і відбувається в дві стадії. Спочатку амінокислота реагує з АТФ, утворюючи з'єднання з макроергічним зв'язком -аміноаціладенілат. З нього амінокислотний залишок переноситься на 3 1-ОН-групу рибози кінцевого залишку ССА тРНК, який у всіх тРНК однаковий, і при цьому відщеплюється нуклеотид АМФ і утворюється комплекс аміноацил-тРНК (аа-тРНК). Сумарна реакція освіти аа-тРНК може бути записана наступним чином:
У вершині листа молекули тРНК знаходиться ділянка, що складається з 3-х нуклеотидів, послідовність яких строго відповідає коду яку переносять кислоти. Ця ділянка є антикодоном кодону в молекулі іРНК, який він дізнається за рахунок спарювання підстав шляхом утворення між ними водневих зв'язків за умови, що полінуклеотидні ланцюга тРНК і мРНК антіпараллельни:
іРНК 5 1 - U U C - 3 1 (кодон)
тРНК 3 1 -А А G - 5 1 (антикодон)
За рахунок цих водневих зв'язків тРНК прикріплюється до іРНК.
Трансляція (біосинтез білка)