Odpowiedzi

2010-03-24T18:49:28+01:00
Polscy naukowcy wykazali, że zaburzenie współdziałania dwóch enzymów odpowiedzialnych za naprawę DNA jest istotne w procesie rozwoju nowotworu. Badania nad rolą stresu oksydacyjnego w mutagenezie i rakowaceniu komórek płuc prowadził prof. Jarosław Kuśmierek, kierownik Zakładu Biologii Molekularnej Instytutu Biochemii i Biofizyki PAN w Warszawie. Naukowca wyróżniono Nagrodą Wydziału Nauk Biologicznych PAN. Wyniki badań, uzyskane we współpracy z zespołami prof. Barbary Tudek z Instytutu Biochemii i Biofizyki i prof. Ryszarda Olińskiego z Collegium Medicum w Bydgoszczy, zostały opublikowane w prestiżowym amerykańskim piśmie "Journal of the National Cancer Institute".

Jak wyjaśnia prof. Kuśmierek, w każdym żywym organizmie tlenowym, jako uboczny produkt metabolizmu, powstają niezwykle aktywne cząsteczki, nazywane reaktywnymi formami tlenu (REF). Należą do nich wolne rodniki tlenowe, odpowiadające m.in. za procesy starzenia się organizmu, liczne choroby i powstawanie zmian nowotworowych.

Każda komórka posiada też system obrony przeciw RFT. Składają się na niego związki przeciwutleniające (tzw. antyoksydanty) oraz specjalistyczne enzymy naprawcze. W sprawnie funkcjonującym organizmie istnieje stan równowagi pomiędzy powstawaniem reaktywnych form tlenu a działaniem wymienionych systemów ochronnych.

Jednak czasami równowaga ta może jednak ulec przesunięciu w stronę wzmożonej produkcji RFT. Prowadzi to do powstania tzw. stresu oksydacyjnego - przyczyny poważnych zaburzeń w metabolizmie komórkowym. Reaktywne formy tlenu wchodzą bowiem w reakcje chemiczne ze składnikami komórki, niszcząc białka, błony komórkowe i DNA. Uszkodzenia DNA prowadzą natomiast do mutacji, a te leżą u podłoża procesów nowotworowych.

Rodniki tlenowe chętnie łączą się z podstawowymi składnikami nici DNA - zasadami azotowymi (A, T, C i G), które są swoistymi "literami" naszego kodu genetycznego. W wyniku takich reakcji dochodzi do uszkodzenia zasad. Jednym z ich produktów jest 8-oksoguanina (8-oksoG), powstała w wyniku przemiany w jednej z "liter" - guaniny (G).

8-oksoguanina ma wysoce mutagenny charakter. Sprzyja powstawaniu błędów podczas procesu podziału komórki i tworzenia potomnej nici DNA. Jeżeli nie zostaną one skorygowane przez specjalistyczne enzymy naprawcze, dochodzi do mutacji, które z kolei są główną przyczyną nowotworów.

"Szacuje się, że w ludzkim DNA na każdy milion zasad występuje ok. dziesięciu 8-oksoG, co oznacza, że przeciętna komórka zawiera ok. 104 reszt 8-oksoG" - mówi prof. Kuśmierek. "Takie zmiany, jeśli nie są skorygowane - to nic innego, jak tylko mutacje" - dodaje badacz.

Uszkodzenia oksydacyjne DNA podlegają intensywnej naprawie przez szereg wyspecjalizowanych enzymów. "Organizm ludzki wykształcił mechanizmy pozwalające na usuwanie tej nieprawidłowej zasady" - mówi Kuśmierek. "Kluczowym elementem tego układu są dwa enzymy hOGGl (8-oksoguanino-glikozylaza) i hMTH1 (8-okso-dGTPaza). Rolą hOGG1 jest wycinanie 8-oksoG obecnej DNA, natomiast hMTH1 eliminuje uszkodzone prekursory DNA zawierające 8-oksoG i tym samym nie dopuszcza do wbudowywania 8-oksoG do nowopowstającej nici DNA. Wykazanie kluczowej roli hMTH1 w utrzymaniu integralności struktury DNA w komórkach ludzkich było najważniejszym wynikiem naszych badań" - tłumaczy.

"W naszej pracy porównywaliśmy wpływ aktywności tych enzymów na poziom 8-oksoG w DNA tkanki nowotworu płuca i dla porównania tkanki zdrowej - wyjaśnia Kuśmierek. - Okazało się, że w tej pierwszej aktywność hOGG1 jest zmniejszona, natomiast hMTH1 zwiększona, w porównaniu z tkanką zdrową".

"Wydaje nam się, że różnica ta spowodowana jest odmienną regulacją tworzenia tych enzymów w komórkach zdrowych i zmienionych nowotworowo lub późniejszych oddziaływań z innymi komponentami szlaków naprawy DNA. Istnieje także możliwość, że zmiana aktywności jest wynikiem modyfikacji ich struktury przez produkty stresu oksydacyjnego, czyli właśnie reaktywne formy tlenu. Niektóre z tych możliwości badamy w naszych pracowniach" - opowiada naukowiec.

Na razie nie wiadomo, czy można w jakiś sposób wzmocnić korzystne działanie tych enzymów. Naukowcy jednak nie wykluczają tego. "Jeśli poznamy czynniki wpływające na aktywność hOGG1 i hMTH1, być może uda nam się zaprojektować jakieś substancje, które zwiększą ich aktywność, a przez to obniżą poziom uszkodzeń oksydacyjnych" - mówi Kuśmierek

Na razie prof. Kuśmierek poleca jednak stosowanie diety bogatej w antyoksydanty (tzn. dużo jarzyn i owoców), które neutralizują reaktywne formy tlenu, a tym samym zmniejszają prawdopodobieństwo uszkodzeń DNA i mutacji inicjujących proces nowotworowy

1 5 1
2010-03-24T18:49:38+01:00
DNA występuje w komórkach Eucaryota głównie w chromosomach, choć niewielkie jego ilości występują w mitochondriach, a także w chloroplastach komórek roślinnych. Ilość DNA w jądrach komórkowych danego gatunku jest stała, a dla różnych gatunków różna.
Organizmy ewolucyjnie wyżej postawione, o bardziej złożonej strukturze, mają zwykle więcej DNA. Oto kilka przykładów: najprostsze wirusy mają DNA złożony z kilku tysięcy par nukleotydów, bakterie - z około 4 milionów par nukleotydów, drożdże - z około 13,5 miliona par nukleotydów, Drosophila - z 165 milionów par nukleotydów, zaś człowiek ma DNA złożony z 2900 milionów par nukleotydów. Oczywiście w komórkach diploidalnych jest dwa razy więcej DNA niż w haploidalnych komórkach płciowych. DNA jest jedynym związkiem chemicznym, którego ilość w komórkach jest stała bez względu na typ zróżnicowa¬nia komórek, z wyjątkiem komórek płciowych. Już sam ten fakt wskazuje na zupełnie wyjątkową rolę, jaką DNA spełnia w komórkach.
W skład DNA wchodzą podstawowe jednostki, które nazywamy nukleotydami. Nukleotydy zbudowane są z trzech odrębnych składników. W skład każdego nukleotydu wchodzi cząsteczka pięcio- węglowego cukru (czyli pentozy) zwanego deoksyrybozą. Do cząsteczki deoksyrybozy z jednej strony dołączona jest cząsteczka kwasu fosforowego, a z drugiej strony organiczna zasada azotowa.
W nukleotydach występują cztery rodzaje zasad azotowych. Są to związki pierścieniowe o dość złożo¬nej budowie należące do dwóch grup chemicz¬nych - puryn bądź pirymidyn. Spośród puryn należy wymienić adeninę (symbol A) i guaninę (symbol G), zaś z grupy pirymidyn - cytozynę (symbol C) i tyminę (symbol T). Wobec tego, w DNA występują cztery rodzaje nukleotydów zależnie od tego, która z czterech róż¬nych zasad jest powiązana z resztą składników nukleo¬tydu.
Te cztery rodzaje nukleotydów różnią się między sobą jedynie rodzajem zasady azotowej przyłączonej do deoksyrybozy.
W cząsteczkach DNA liczne nukleotydy połą¬czone są w długie łańcuchy. Łańcuchy DNA mogą być bardzo różnej długości i są złożone z tysięcy czy nawet milionów powiązanych ze sobą nukleotydów. Poje¬dyncze nukleotydy w łańcuchu DNA łączą się z sobą dość silnymi wiązaniami chemicznymi zwanymi wią¬zaniami estrowymi, tworzącymi się między cząsteczką cukru deoksyrybozy jednego nukleotydu z cząsteczką kwasu fosforowego i między tą cząsteczką kwasu fosforowego a cząsteczką deoksyrybozy drugiego nukleotydu. Takie łańcuchy nukleotydowe zwane inaczej łańcuchami polinukleotydowymi, przedstawiają jakby rodzaj mocno powiązanej i złożonej z tych samych elementów (cząsteczek deoksyry-bozy powiązanych resztkami kwasu fosforowego) sztywnej osi, z której sterczą przyczepione do cząste¬czek deoksyrybozy cztery rodzaje zasad azotowych.
Rodzaj składników DNA i sposób ich wzajemnego powiązania w łańcuchach polinukleotydowych są identyczne we wszystkich organizmach.
Pojedyncze łańcuchy polinukleotydowe jako forma trwała DNA występują w przyrodzie rzadko i odkryte zostały tylko u niektórych wirusów. DNA chromoso¬mów organizmów tak prokariotycznych jak i eukario¬tycznych występuje zawsze w postaci dwu łańcuchów DNA skręconych helikoidalnie wokół siebie. Jaką postać DNA nazywa się podwójnym heliksem. Jak¬kolwiek w ciągu kilku pierwszych lat intensywnych badań nad DNA już wiele wiedziano o nukleotydach i sposobie ich powiązania w łańcuchach polinukleoty¬dowych, to nie umiano wyjaśnić budowy cząsteczek DNA w tej postaci, w jakiej występują one w komór¬kach. Dopiero dwaj badacze F. Crick i J. Watson zaproponowali w 1953 roku model podwójnego heliksu DNA. Model ten, oparty na danych o składzie chemicznym DNA i na danych krystalograficznych, wyjaśniał wszystkie znane właściwości chemiczne i fizyczne cząsteczek DNA, a jednocześnie wyjaśniał rolę DNA w procesach życiowych, zwłaszcza w zjawi¬skach dziedziczności.
Był to olbrzymi krok w poznaniu budowy DNA i autorzy tego modelu otrzymali wkrótce Nagrodę Nobla.
W podwójnym heliksie DNA dwa łańcuchy polinu¬kleotydowe występują naprzeciw siebie. Na zewnątrz znajdują się sztywne jakby kręgosłupy złożone z reszt cząsteczek deoksyrybozy połączonych wiązaniami fosforowymi (wiązania fosfodiestrowe). Sterczące ku środkowi heliksu zasady azotowe obu łańcuchów polinukleotydowych są połączone między sobą sto¬sunkowo słabymi wiązaniami wodorowymi. Podsta¬wową regułą struktury heliksu DNA jest to, iż zawsze naprzeciw zasady purynowej w jednym łańcuchu występuje zasada pirymidynowa w drugim łańcuchu. Zatem zawsze naprzeciw adeniny w jednym łańcu¬chu znajduje się tymina w drugim łańcuchu, przy czym połączone są one ze sobą dwoma wiązaniami wodorowymi. Oczywiście naprzeciw tyminy w jednym łańcuchu znajduje się adenina w drugim łańcuchu.
Podobnie naprzeciw guaniny w jednym łańcuchu znajduje się cytozyna w drugim łańcuchu, i te dwie zasady połączone są trzema wiązaniami wodorowymi. Jeśli wyobrazimy sobie podwójny heliks DNA przed¬stawiony na płaszczyźnie, to otrzymamy obraz jakby drabiny o dwóch dość sztywnych bokach złożonych z elementów cukrowo-fosforanowych, między którymi występują jak szczeble drabiny pary zasad puryno¬wych i pirymidynowych połączonych wiązaniami wodorowymi.
W rzeczywistości podwójny heliks jest bryłą trój¬wymiarową, w której oba łańcuchy DNA powiązane zasadami są jeszcze helikoidalnie skręcone wokół siebie.
Oba łańcuchy podwójnego heliksu są względem siebie uzupełniające, inaczej mówiąc są komplemen¬tarne. Znając kolejność zasad w jednym łańcuchu można powiedzieć natychmiast, jakie zasady będą w łańcuchu komplementarnym. O ile powiązanie kolej¬nych nukleotydów w pojedynczym łańcuchu DNA jest silne i trudne do zerwania, o tyle wiązania wodorowe między zasadami z dwóch odrębnych łańcuchów są słabe i łatwe do zerwania. Wystarczy podwyższyć temperaturę do około 70-80"C, aby wiązania te zostały zerwane i podwójny heliks DNA rozdzielił się na pojedyncze łańcuchy polinukleotydowe. Te właści¬wości DNA są bardzo ważne dla jego funkcji biologicz¬nych, gdyż jak będziemy q tym mówić, przy replikacji DNA czy też tak zwanej transkrypcji przynajmniej chwilowo i przejściowo dwa komplementarne łańcu¬chy podwójnego heliksu muszą być w komórkach rozdzielane.
Łańcuchy DNA wykazują także jakby bieguno¬wość, czyli polarność. Wiązania fosfodiestrowe mię¬dzy deoksyrybozami dwóch sąsiadujących w DNA nukleotydów powstają przy innych węglach pierście¬nia deoksyrybozy. Pozycje te oznaczane są symbolem 3' i 5'. Wobec tego dwa końce liniowej cząsteczki DNA są różne - na jednym końcu pozycja 3' deoksyry¬bozy jest nie powiązana z resztą fosforanową, a na drugim końcu łańcucha przy pozycji 5' deoksyry¬bozy znajduje się reszta fosforanowa. Tak więc łańcuch polinukleotydowy ma odrębne końce 3' i 5'. W podwójnym heliksie DNA dwa łańcuchy polinukleoty¬dowe mają nie tylko komplementarny układ zasad wzdłuż łańcucha, ale także przeciwną polarność. To znaczy, że jeśli od określonego końca jeden łańcuch będzie wykazywał polarność od 5' do 3', to drugi łańcuch komplementarny będzie miał polarność odwrotną-od końca 3' do końca 5'. Ta polarność łańcuchów DNA ma istotne znaczenie biologiczne. Jeśli kolejność ułożenia nukleotydów wzdłuż łańcucha DNA oznacza informację genetyczną odczytywaną w jakiś sposób przez komórkę, to informacja musi być odczytywana w jakimś określonym kierunku na okre¬ślonym łańcuchu podwójnego heliksu DNA. Polarność łańcuchów DNA stanowi więc informację dla komórki określającą kierunek odczytu zapisanej w DNA infor¬macji genetycznej.
Jednym słowem struktura DNA w postaci pod¬wójnego heliksu jest określona całym szeregiem obo¬wiązujących bardzo istotnych prawideł.
W podwójnym heliksie DNA sąsiadują cztery możliwe pary zasad: AT, TA, GC i CG. Dlatego okreś¬lając wielkość cząsteczek DNA w różnych organiz¬mach podajemy je jako liczbę par zasad. W podwójnym heliksie DNA oczywiście ilość puryn, a więc A+G, równa się ilości pirymidyn T +C, ponieważ zawsze naprzeciw puryny w jednym łańcuchu znajduje się pirymidyna w drugim łańcuchu. Należy również pamię¬tać, że w pojedynczych łańcuchach DNA cztery różne nukleotydy mogą występować w zupełnie dowolnej kolejności i dowolnie ze sobą sąsiadować. Toteż w DNA pochodzącym z różnych organizmów stosunek ilościowy na przykład par GC i AT może być bardzo różny. Ilość możliwych odrębnych zapisów genetycz¬nych w DNA w postaci długich szeregów dowolnie ułożonych obok siebie czterech rodzajów nukleoty¬dów jest prawie nieograniczona, podobnie jak przy użyciu niewielkiej liczby odrębnych znaków w postaci liter alfabetu można napisać nieograniczoną liczbę książek. .
Jeśli na jednym łańcuchu podwójnego heliksu DNA zapisana jest informacja genetyczna w postaci określonej sekwencji nukleotydów odczytywanej w jednym, określonym kierunku łańcucha polinukleoty¬dowego, to drugi komplementarny łańcuch podwój¬nego heliksu DNA jest jakby negatywem tego zapisu. Na tym łańcuchu jako na wzorcu, czyli na matrycy, może być odtwarzany komplementarny łańcuch z zapisem informacji genetycznej. Na tym nowym łańcu¬chu z zapisem genetycznym może analogicznie być odtworzony negatyw zapisu w postaci łańcucha komplementarnego, który w następnym podziale będzie znowu służył jako wzorzec do odtworzenia łańcucha z zapisem genetycznym. Tak więc struktura DNA w postaci podwójnego heliksu ma istotne znaczenie dla funkcjonowania DNA jako substancji dziedzicznej, gdyż umożliwia precyzyjne kopiowa¬nie cząsteczek DNA w procesie zwanym replikacją DNA.
Proces replikacji DNA, czyli kopiowania jego cząste¬czek, został najpierw dokładniej zbadany w komórkach bakteryjnych, w których odpowiednikiem chromo¬somu jest jedna kolista cząsteczka podwójnego heliksu DNA. W replikacji DNA bierze udział szereg białek enzymatycznych, z których podstawowym jest enzym polimeraza DNA. Enzym ten powoduje wiąza¬nie w łańcuchy polinukleotydowe wolnych nukleoty¬dów wytwarzanych w komórkach.
Polimeraza DNA dokonuje łączenia nukleotydów jedynie na matrycy istniejących w komórce łańcuchów DNA. W procesie syntezy łańcucha polinukleotydo¬wego matrycą wykorzystywaną przez polimerazę jest pojedynczy łańcuch DNA. Polimeraza rozpoczynając i łącząc się z pojedynczym łańcuchem DNA syntetyzuje drugi łańcuch komplementarny o przeciwnej polarnoś¬ci. Jeśli w łańcuchu matrycowym będą występować kolejno zasady np. 5' AGCT AA TCCGG3', to w łańcuchu nowo syntetyzowanym nukleotydy będą ułożone w kolejności 3TCGATTAGGCC5', przy czym jeśli w łań¬cuchu matrycowym koniec 5' będzie na lewo, a koniec 3' na prawo, to w syntetyzowanym łańcuchu będzie odwrotnie - koniec 3' na lewo, a koniec 5' na prawo. W wyniku tego procesu powstanie podwójny hel iks DNA, w którym jeden łańcuch będzie stary, matrycowy, a drugi nowy.
W komórce występuje podwójny heliks DNA i replikacji ulegają jednocześnie oba łańcuchy DNA. Aby te łańcuchy mogły służyć jako matryce do syntezy nowych cząsteczek DNA, muszą być one od siebie oddzielone i występować w postaci pojedynczych łańcuchów. Jak wiemy, oba łańcuchy podwójnego heliksu są powiązane słabymi wiązaniami wodoro¬wymi między zasadami purynowymi i pirymidyno¬wymi obu komplementarnych łańcuchów. Wiązania te mogą być w komórce łatwo rozerwane. Z reguły początkiem replikacji chromosomu bakteryjnego jest lokalne oddzielenie się i rozplecenie łańcuchów DNA podwójnego heliksu. W chromosomie bakterii istnieje jedno określone miejsce w kolistej cząsteczce DNA, stanowiące miejsce startu replikacji DNA. W miejscu tym następuje lokalne rozplecenie obu łańcuchów podwójnego heliksu w wyniku czego powstają tak zwane widełki replikacyjne złożone z pojedynczych łańcuchów DNA. Jest to bardzo złożony proces, prze-prowadzany przez szereg białek enzymatycznych. Z miejsca startu w widełkach replikacyjnych polimeraza DNA na obu łańcuchach DNA przeprowadza syntezę nowych komplementarnych łańcuchów DNA. Synteza nowych łańcuchów DNA przebiega w obu kierunkach kolistej cząsteczki DNA w ten sposób, że widełki replikacyjne przesuwają się coraz dalej od miejsca startu odsłaniając coraz to nowe odcinki pojedynczych łańcuchów DNA. Gdy cała cząsteczka DNA zostanie w ten sposób zreplikowana, powstają dwa koliste pod¬wójne heliksy DNA, każdy złożony z jednego "starego", matrycowego łańcucha DNA i jednego "nowego". Replikacja chromosomu bakterii pałeczki okrężnicy (Escherichia coli), najczęściej używanej w doświadcze¬niach genetycznych, zachodzi mniej więcej w ciągu 40 minut. Ponieważ DNA tej bakterii zawiera około 4 milionów par nukleotydów, to w ciągu minuty jest replikowanych około 100 tysięcy nukleotydów. Przy¬pomnijmy jeszcze, że oprócz polimerazy DNA w pro¬cesie replikacji bierze udział wiele innych białek enzy¬matycznych koniecznych do właściwego startu, prze¬biegu i zakończenia replikacji.
Wytworzone w procesie replikacji dwa identyczne podwójne heliksy DNA są następnie rozdzielane do potomnych komórek w czasie wzrostu i podziału komórkowego bakterii.
W komórkach organizmów eukariotycznych, w których DNA występuje w wielu chromosomach, rep¬likacja DNA zachodzi w identyczny sposób jak u bakterii. Zważywszy, że w chromosomach eukarion¬tów jest znacznie więcej DNA niż- w pojedynczym chromosomie bakterii, replikacja DNA nie może się zaczynać tylko w jednym określonym miejscu, tak jak w chromosomie bakteryjnym, trwałaby bowiem zbyt długo - do replikacji DNA jednego chromosomu trzeba by było dziesiątków czy setek godzin. Toteż w chro¬mosomach eukariontów występują bardzo liczne miejsca. startu replikacji DNA, w nich to- jednocześ¬nie - rozpoczyna się replikacja DNA; trwa ona 6-8 godzin.
Replikacja DNA z reguły poprzedza każdy podział komórkowy bakterii i innych organizmów prokario¬tycznych, a u organizmów eukariotycznych poprzedza mitozę. W czasie mitozy zachodzi już tylko rozdział zreplikowanego DNA w postaci potomnych chromo¬somów rozdzielanych do jąder komórek siostrzanych. W ten sposób wszystkie potomne komórki powsta¬jące w wyniku kolejnych mitoz będą miały w zasadzie identyczne cząsteczki DNA i wobec tego będą gene¬tycznie identyczne.
Również w przypadku podziałów mejotycznych, występujących u organizmów rozmnażających się płciowo, replikacja DNA poprzedza pierwszy podział mejotyczny. W profazie pierwszego podziału mejo¬tycznego, kiedy chromosomy homologiczne łączą się w pary, czyli biwalenty, są już one zreplikowane i składają się z dwóch siostrzanych chromatyd. W biwalencie więc znajdują się już cztery chromatydy. Mogący nastąpić w tym czasie crossing-over odbywa się, jak już wspominaliśmy, między chromatydami obu homologicznych chromosomów. Haploidalne "pro¬dukty" mejozy nie są identyczne, co wynika zarówno z segregacji całych chromosomów, jak i wymiany odcin¬ków DNA wskutek crossing-over między homologicz¬nymi chromosomami.
Proces replikacji DNA jest podstawą zjawiska dziedziczności. Dzięki stałej, powtarzającej się w kolejnych cyklach, replikacji cząsteczek DNA informa¬cja genetyczna zawarta w DNA jest przekazywana komórkom potomnym. Możliwość replikowania DNA oczywiście jest ściśle związane ze strukturą podwój¬nego heliksu.
DNA, aby spełniać rolę substancji związanej z dzie¬dzicznością, musi nie tylko mieć zdolność replikowania się, dzięki czemu identyczne jego kopie są przekazy¬wane do komórek potomnych, lecz musi także zawie¬rać istotną i'1formację genetyczną.
Na ogół DNA w całym świecie ożywionym wyka¬zuje tę samą budowę w postaci podwójnego heliksu i składa się z tych samych czterech rodzajów nukleoty¬dów.
Gdy porównujemy DNA pochodzący z różnych organizmów, to pomijając istotne różnice w ilości tego związku w jądrach, stwierdzamy przede wszystkim różnice w składzie ilościowym zasad występujących w DNA różnych gatunków. Jak już mówiliśmy, w DNA ilość różnych puryn (A+G) musi się zawsze równać ilości różnych pirymidyn (T +C). Wynika to ze struktury podwójnego heliksu. Jednak stosunek ilości A+ T do ilości G+C jest u różnych gatunków bardzo różny. Na przykład stosunek A + T/ G+C w DNA niektórych bakterii wynosi około 0,5, u człowieka wynosi on 1,66, a u drożdży 1,77. A więc w heliksie DNA bakterii liczba par GC czy CG jest dwa razy większa niż liczba par AT bądź TA, a u człowieka liczba par AT czy TA jest ponad 1,5 raza większa niż liczba par GC bądź CG.
Ponieważ, jak już pisałam, kolejność występo¬wania czterech różnych nukleotydów wzdłuż łańcucha DNA jest niczym nie ograniczona, DNA pochodzący z różnych organizmów różni się przede wszystkim ułożeniem, czyli sekwencją różnych nukleotydów w łańcuchach polinukleotydowych, a nie ich sto¬sunkiem ilościowym.
Wyobraźmy sobie, że dwa teksty, na przykład "Ogniem i mieczem" i "Pan Tadeusz", mogą zawierać w przybliżeniu tę samą liczbę, a nawet podobne wzajemne proporcje koniecznych do ich napisania znaków alfabetu. O całkowitej odrębności tych dwóch utworów decyduje nie liczba użytych różnych liter, ale właśnie ich kolejność występowania w słowach i zdaniach, czyli sekwencja.
Analogicznie, o różnych DNA pochodzących z różnych gatunków decyduje przede wszystkim kolej¬ność, czyli sekwencja nukleotydów wzdłuż łańcuchów polinukleotydowych.
Jeśli sekwencja nukleotydów w DNA decyduje o treści informacji genetycznej komórek, to przede wszystkim musimy odpowiedzieć na dwa zasadnicze pytania. Czego ta informacja genetyczna dotyczy? Jak ta informacja zostaje zrealizowana w komórkach orga¬nizmów? Dzięki wspólnym wysiłkom licznych genety¬ków i biochemików, w wyniku wielu bardzo pomysło¬wych doświadczeń wykonanych na początku lat 60¬tych naszego stulecia, można już na oba te pytania dać jednoznaczne odpowiedzi.
Odpowiedź na pierwsze pytanie brzmi: sekwencja nukleotydów w DNA jest jakby matrycą w procesie syntezy licznych, odrębnych białek wytwarzanych przez komórki organizmu. Odpowiedź na drugie pyta¬nie brzmi zaś: te zsyntetyzowane na matrycy DNA białka, a zwłaszcza enzymatyczne, decydują o metabo¬lizmie komórek, wpływają na wzrost, rozwój i na wykształcenie wszelkich właściwości dziedzicznych organizmów.
Zapis w DNA o zdolności do syntezy białek nie jest przez komórkę wykorzystywany bezpośrednio, ponie¬waż sekwencja nukleotydów w DNA jest niejako szyfrem, czyli kodem, który w komórkach musi być odczytany i "przetłumaczony" na odpowiedni "zapis białkowy".
W każdym piśmie istnieje określona liczba znaków pisarskich, czyli liter. W naszym alfabecie jest 27 znaków. Można jednak jakiś tekst zaszyfrować za pomocą innego systemu zapisu używając znacznie mniejszej liczby znaków, na przykład alfabetem Mor¬se'a, w którym występują tylko dwa rodzaje zna¬ków - kreska i kropka. Aby taki zaszyfrowany tekst odczytać, trzeba tylko znać zasady szyfru.
Tysiące różnych białek wytwarzanych przez różne organizmy to, jak już wspominaliśmy, związki łańcu¬chowe złożone z 20 rodzajów aminokwasów powiąza¬nych z sobą wiązaniami peptydowymi. Wiązanie pep¬tydowe między dwoma dowolnymi aminokwasami tworzy się między grupą aminową (NH2) jednego aminokwasu i grupą karboksylową (COOH) drugiego aminokwasu. Powstające długie łańcuchy polipepty¬dowe składają się z reszt licznych aminokwasów powiązanych w łańcuchy wiązaniami peptydowymi; łańcuchy te, podobnie jak i łańcuchy DNA, są polarne. W łańcuchu polipeptydowym jeden aminokwas koń¬cowy będzie zawierał wolną grupę aminową, a ostatni aminokwas na drugim końcu łańcucha będzie miał wolną grupę karboksylową. Łańcuchy polipeptydowe mogą mieć różną długość i mogą składać się z różnej liczby powiązanych w łańcuch reszt aminokwasów. Nie ma żadnych ograniczeń co do rodzaju aminokwa¬sów, które mogą ze sobą sąsiadować w łańcuchach białkowych. W zależności od tego jakie aminokwasy, w jakiej sekwencji i w jakiej ilości występują w łańcuchach białkowych, wyróżniamy tysiące różnych białek o odrębnych właściwościach biologicznych. O odrębności białek decyduje przede wszystkim se¬kwencja ułożenia różnych aminokwasów w łańcu¬chach polipeptydowych.
Polipeptydy nie występują w komórkach w postaci nitkowatych łańcuchów, ale zwykle są poskrę¬cane i pozwijane w złożone bryły, mniej lub więcej kuliste. W jednym białku może występować kilka różnych łańcuchów polipeptydowych, które mogą nawet przyłączać związki niebiałkowe. Badanie właś¬ciwości białek jest już dziedziną biochemii.
W komórkach, aby zostały zsyntetyzowane łańcu¬chy polipeptydowe i białka, muszą być najpierw wytworzone (bądź niekiedy dostarczone z zewnątrz) poszczególne jednostki budulcowe, wolne amino¬kwasy 20 rodzajów. Wracając do porównania z pismem - komórka, podobnie jak zecer, musi składać pojedyncze czcionki, czyli aminokwasy w długie zło¬żone wyrazy, czyli łańcuchy polipeptydowe, zgodnie z odpowiednią instrukcją, niejako maszynopisem.
Taką instrukcją. konieczną do składania pojedyn¬czych aminokwasów w łańcuchy polipeptydowe, są w komórkach właśnie łańcuchy polinukleotydowe DNA, a kolejność ułożenia nukleotydów w odpowiadających genom odcinkach DNA stanowi dla komórki informa¬cję o syntezie określonego białka. W komórce może być syntetyzowanych tyle odrębnych łańcuchów polipeptydowych białek, ile w DNA jest odrębnych genów kodujących te białka.
Powstaje pytanie: jak za pomocą tylko czterech różnych zasad występujących w DNA można zapisać informację o syntezie łańcuchów białkowych, złożo¬nych przecież z 20 rodzajów aminokwasów?
Najprostszym założeniem byłoby, że kolejne nukleotydy w DNA wyznaczają pozycje kolejnych aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym. Ale wtedy DNA mogłoby wyznaczać pozycję tylko czte¬rech, a nie dwudziestu różnych aminokwasów. Gdyby kolejne pary nukleotydów w DNA wyznaczały położe¬nie aminokwasu w polipeptydzie, to - jak łatwo obli-czyć - różnych dwójek spośród czterech rodzajów nukleotydów mogłoby być 42, czyli 16, a więc mniej niż aminokwasów występujących w białkach. Dopiero gdyby różne trójki nukleotydów łańcucha DNA wyzna¬czały położenie aminokwasów w łańcuchach białko¬wych, to liczba kombinacji trójek nukleotydów w DNA, która wynosi 43, czyli 64, byłaby w pełni wystarczająca do zakodowania wszystkich 20 rodzajów aminokwa¬sów występujących w białkach.
Już z tych prostych teoretycznych rozważań wynika, że zapis genetyczny w DNA o syntezie łańcu¬chów białkowych powinien być raczej trójkowy. Ozna¬czałoby to, że kolejne trójki nukleotydów w genie wyznaczają pozycję kolejnych aminokwasów w białku podczas syntezy łańcucha polipeptydowego.
W wyniku wielu bardzo ciekawych i pomysłowych doświadczeń, których ze względu na brak miejsca nie możemy tu przedstawić szczegółowo, wykazano, że rzeczywiście trzy kolejne nukleotydy w DNA wyzna¬czają pozycję jednego aminokwasu w łańcuchu poli¬peptydowym białek. Takie trójki nukleotydów nazy¬wamy kodonami. Liczba różnych kodonów wynosi 64, czyli znacznie więcej niż liczba występujących w białkach aminokwasów, których jest tylko 20. Powstaje więc pytanie, w jaki sposób są wykorzysty¬wane te nadliczbowe kodony?
Przede wszystkim trzeba było najpierw określić, jaki kodon - czy ewentualnie kilka różnych kodo¬nów - odpowiadają danemu aminokwasowi. Przepro¬wadzono wiele doświadczeń, celem rozszyfrowania kodu genetycznego, ale krokiem milowym w tej dzie-dzinie były wyniki prac G. Khorany, biochemika hindu¬skiego pracującego w USA. Syntetyzował on czꜬciowo chemicznie, a częściowo przy użyciu enzymu polimerazy DNA, cząsteczki DNA o znanej sekwencji nukleotydów, które następnie posłużyły mu do wyka-zania, jakie kodony w DNA odpowiadają pojedynczym aminokwasom. Powiedzmy, że sztucznie zsyntetyzo¬wany DNA składał się tylko z dwóch rodzajów nukleo¬tydów - C i T, które ułożone były na przemian wzdłuż łańcucha nukleotydowego, CTCTCTCTCTCT. W takim polinukleotydzie, jak się łatwo przekonać, występo¬wały tylko dwa rodzaje kodonów -CTC I TCT. Tego rodzaju DNA zawierał więc informację o syntezie polipeptydu złożonego tylko z dwóch aminokwasów, ułożonych na przemian, wzdłuż łańcucha białkowe¬go - oczywiście, jeśli te dwa kodony oznaczały dwa różne aminokwasy. Okazało się, że rzeczywiście tego rodzaju DNA może powodować syntezę polipeptydu złożonego tylko z dwóch aminokwasów naprzemian¬ległych.
W ten sposób, w stosunkowo krótkim czasie, Khorana rozszyfrował kod genetyczny. Dziś posia¬damy jakby słownik kodonów, który zawiera zestaw kodonów i odpowiadających im aminokwasów. Wyka¬zano też, że dla wielu aminokwasów istnieje po cztery, a nawet po sześć odrębnych kodony synonimowych, a niektóre aminokwasy są wyzna¬czane tylko przez jeden kodon. W ten sposób spo¬śród 64 istniejących kodonów 61 wyznacza 20 róż¬nych aminokwasów. Trzy kodony nie wyznaczają żadnego aminokwasu. Są to tak zwane kodony nonsensowne. W DNA występują one zwykle na końcu zapisu o syntezie łańcucha polipeptydowego i służą jako sygnały zakończenia jego syntezy.
Trzeba pamiętać, że DNA jest to jeden ciągły, łańcuch połączonych ze sobą nukleotydów, który może być nawet kolisty, jak u bakterii, i wobec tego nie będzie miał żadnego początku i końca. W łańcuchu DNA poszczególne kodony nie są w żaden szczególny sposób wyodrębnione, natomiast w komórkach musi istnieć specjalny aparat do odczytywania zapisu zawartego w kolejnych trójkach nukleotydów począ¬wszy od jakiegoś ustalonego miejsca zwanego miejs¬cem startu. Te rozważania prowadzą nas bezpośrednio do następnego istotnego problemu, w jaki sposób w komórce jest odczytywana i realizowana informacja genetyczna zawarta w DNA.
Zastanówmy się teraz nad przepływem informacji genetycznej, skoro wiemy, że kwas deoksyrybonuklei¬nowy mieszczący się w chromosomach znajduje się w jądrze komórkowym, a synteza łańcuchów polipepty¬dowych białek odbywa się w cytoplazmie.
Wynika z tego, że choć DNA zawiera informację o syntezie polipeptydów, to jednak ich synteza nie odbywa się bezpośrednio na matrycy DNA.
W cytoplazmie występują licznie bardzo drobne twory zwane rybosomami, które są głównymi ośrod¬kami syntezy białek w komórce.
Badania nad biosyntezą białek w komórkach róż¬nych organizmów wykazały, że w procesie tym bardzo istotną rolę odgrywa inny kwas nukleinowy, zwany kwasem rybonukleinowym, który oznaczany jest skró¬tem RNA. .
RNA odgrywa istotną rolę w odczytywaniu informacji genetycznej zawartej w DNA. Jego struktura jest bardzo zbliżona do DNA. Podstawowe różnice między DNA i RNA są następujące: zamiast cukru deoksyry¬bozy w nukleotydach RNA występuje, również pięcio-węglowy, cukier - ryboza. RNA jest z reguły pojedyn¬czym łańcuchem polinukleotydowym złożonym z czte¬rech rodzajów nukleotydów, z tym że w RNA zamiast pirymidyny-tyminy występuje pirymidyna-uracyl. Łańcuchy polinukleotydowe RNA nie tworzą podwój¬nego heliksu i nie replikują się w sposób analogiczny jak DNA; są syntetyzowane w komórkach na matrycynDNA. Cząsteczki RNA są więc syntetyzowane w jądrze, a następnie przenoszone do cytoplazmy komórkowej. Synteza RNA, podobnie jak synteza DNA. jest proce¬sem enzymatycznym, w którym. podstawową rolę odgrywa specyficzny enzym - polimeraza RNA, synte¬tyzująca łańcuch RNA na matrycy pojedynczego łań¬cucha DNA. Podobnie jak polimeraza DNA. polimeraza RNA przyłącza się do pojedynczego łańcucha DNA, który stanowi matrycę w syntezie RNA. i następnie łączy pojedyncze nukleotydy w łańcuch polinukleoty¬dowy RNA. przy czym dobór poszczególnych nukleo¬tydów w nowo syntetyzowanym łańcuchu RNA zależy od kolejności występowania odpowiednich nukleoty-dów w łańcuchu (matrycowym) DNA. Na przykład naprzeciw nukleotydu zawierającego zasadę G w łań¬cuchu DNA polimeraza RNA wbudowuje w łańcuch RNA nukleotyd z zasadą C i odwrotnie, natomiast fragment nowo powstałego RNA na matrycy DNA naprzeciw nukleotydu z zasadą T w DNA wbudowuje w syntetyzowany łańcuch RNA nukleotyd z zasadą A. a więc tak samo jak w syntezie łańcucha DNA. Jedynie wówczas, gdy w matrycy DNA znajduje się nukleotyd z adeniną (A), to polimeraza RNA przyłącza nukleotyd z uracylem (U). Tak więc powstający w wyniku działal¬ności polimerazy RNA łańcuch RNA jest komplemen¬tarny w stosunku do łańcucha DNA. który służył jako matryca w syntezie RNA. Jedyną różnicą jest to, że w RNA zamiast tyminy występuje uracyl.
Jak już wspominałam, syntetyzowany na matrycy DNA łańcuch RNA nie tworzy podwójnego heliksu z DNA. ale zostaje odłączony od niego i tworzy odrębną jednołańcuchową cząsteczkę RNA.
W procesie replikacji DNA u bakterii polimeraza DNA "pracując" wzdłuż całej cząsteczki DNA. wytwa¬rza dwa potomne heliksy DNA. Natomiast polimeraza RNA wytwarza cząsteczki RNA na matrycy różnych, stosunkowo niewielkich odcinków DNA i działa w okresie, w którym DNA się nie replikuje. W cząsteczce DNA bakterii jest wiele miejsc, zwanych promotorami, w których polimeraza RNA może przyłączać się i syntetyzować cząsteczki RNA. Sygnałami zapoczątko¬wującymi i kończącymi działanie polimerazy RNA są występujące w DNA krótkie, określone sekwencje nukleotydów, rozpoznawane przez polimerazę RNA.
Podobnie jak w procesie replikacji DNA polime¬raza RNA rozpoczyna swe działanie wówczas, gdy lokalnie, w miejscu promotorowym, nastąpi rozplece¬nie obu nici podwójnego heliksu DNA i wtedy polime¬raza RNA może przyłączyć się do jednoniciowego DNA. W podwójnym heliksie DNA jeden z tańcu chów zawiera właściwą informację genetyczną, która musi być odczytywana w odpowiednim kierunku. Drugi komplementarny łańcuch DNA jest, jak już pisałam, jakby negatywem tej informacji, który dopiero po następnej replikacji wytworzy komplementarny łań¬cuch z informacją dziedziczną. Polimeraza RNA, wni¬kając między dwa rozkręcone lokalnie łańcuchy DNA, syntetyzuje RNA tylko na jednym z tych dwóch łańcu¬chów. Polimeraza RNA musi mieć więc zdolność wyboru właściwego łańcucha, na którym będzie syn¬tetyzowała cząsteczki RNA.
Proces syntezy RNA na matrycy DNA nazy¬wamy transkrypcją. W procesie transkrypcji sekwen¬cja nukleotydów w DNA zostaje jakby przepisana na sekwencje nukleotydów w RNA. Wyobraźmy sobie, że skład nukleotydowy jakiegoś odcinka DNA, w którym zaczyna się proces transkrypcji, jest następujący:
DNA 3' GGTATCGA TTGG 5'
5' CCATAGCTAACC 3'
RNA 3' GGUAUCGAUUGG 5'

kierunek transkrypcji
Jeśli polimeraza RNA będzie używać jako matrycy do syntezy RNA łańcuch DNA zapisany na dole, wytworzy kopię zapisu łańcucha górnego z tym, że zamiast tyminy będzie występował uracyl. Tak więc w syntezie RNA, czyli w procesie transkrypcji, sekwencja zasad w DNA zostaje przepisana na sekwencję zasad w RNA. Polimeraza RNA dokonuje wyboru właściwego matrycowego łańcucha DNA rozpoznając w nim ugru¬powania reszt pirymidynowych, a nowo powstający łańcuch RNA na końcu 5' zawiera zawsze nukleotyd z zasadą purynową. Powstające w jądrze, w wyniku transkrypcji, cząsteczki RNA są następnie transporto¬wane do cytoplazmy. Wyróżniamy 3 podstawowe ro¬dzaje cząsteczek RNA, z których każdy odgrywa bar¬dzo istotną, odrębną rolę w procesie biosyntezy białek.
1. Rybosomowy RNA (skrót rRNA). W rybosomach komórek występują trzy albo cztery rodzaje cząsteczek rybosomowego RNA; różnią się one m.in. długością w zakresie około 100-4000 nukleotydów. Rybosomy pełnią rolę ośrodków biosyntezy białek w komórkach. Na przykład w rybosomach bakterii Escherichia coli występują trzy rodzaje cząsteczek rRNA, o różnej długości, powiązane z 55 różnymi białkami. Tworzą one razem bardzo złożony kompleksowy twór, w którym zarówno cząsteczki RNA, jak i białka zajmują ściśle określone położenie i tworzą złożoną strukturę rybosomu, konieczną do jego funkcji w syntezie łańcu¬chów polipeptydowych. W cytoplazmie komórek występują dziesiątki tysięcy rybosomów, wszystkie o identycznym składzie i budowie. Cząsteczki rRNA powstają w wyniku transkrypcji odpowiednich genów rybosomowego RNA, które znajdują się w chromosomach. Ze względu na duże zapotrzebowanie w komórce na cząsteczki rRNA, w jądrach, zwłaszcza wyższych organizmów, występuje czasem po kilkaset genów dla każdego rodzaju rRNA, dzięki czemu komórka może je masowo produko¬wać.
2. Transportujący RNA (skrót tRNA). Są to bardzo mate cząsteczki RNA złożone zaledwie z 70-80 nukleotydów. Mają bardzo skomplikowaną i ciekawą budowę. Krótki łańcuch tRNA jest w kilku miejscach zwinięty wokół' siebie tak, że pewne jego odcinki tworzą podwójny heliks oddzielony od siebie jedno łań¬cuchowymi pętlami. Cząsteczka tRNA w rzucie pozio¬mym ma kształt podobny do listka koniczyny. W rzeczywistości cząsteczka tRNA tworzy bryłę trójwymiarową o bardzo złożonym kształcie, nie w pełni jeszcze poznanym. W komórkach występuje zwykle kilkadziesiąt rodzajów tRNA różniących się sekwencją nukleotydową. Ta znaczna różnorodność cząsteczek tRNA wynika z ich niezwykle ważnej roli w procesie syntezy łańcuchów białkowych. W komórkach przy udziale specyficznych enzy¬mów do cząsteczek tRNA przyczepiane są aminokwa¬sy. Oczywiście dla każdego rodzaju aminokwasu musi istnieć specjalny rodzaj cząsteczki tRNA. Odpowiednie białka enzymatyczne, rozpoznając jednocześnie z jed¬nej strony aminokwas, a z drugiej strony odpowiedni rodzaj tRNA, łączą je ze sobą. Dla jednego rodzaju aminokwasu może być kilka odrębnych rodzajów tRNA, z którymi może on być połączony. Stąd duża ilość różnych rodzajów tRNA występujących w komór¬kach. Cząsteczki tRNA połączone z aminokwasami spełniają rolę transporterów doprowadzających aminokwasy do rybosomów, w których syntetyzo¬wane są łańcuchy polipeptydowe białek. Oczywiście, w DNA chromosomów muszą istnieć liczne odrębne geny kodujące tRNA, na których poli¬meraza RNA, w wyniku transkrypcji, syntetyzuje czą¬steczki tRNA przenoszone następnie do cytoplazmy. Na przykładzie syntezy cząsteczek rRNA i tRNA widzimy, że nie wszystkie geny znajdujące się w DNA służą do syntezy białek. Geny kodujące rRNA i tRNA znajdujące się w chromosomach niosą informację jedynie o zdolności do syntezy przez organizm tych rodzajów RNA.
3. Matrycowy, czyli informacyjny RNA (skrót mRNA). Cząsteczki matrycowego RNA, czyli mRNA, powstają w wyniku transkrypcji genów, które zawie¬rają informację o syntezie różnych białek w komór¬kach. Sekwencja nukleotydów w kodującym polipep-tyd białkowy genie, który w odróżnieniu od genów kodujących rRNA i tRNA nazywany jest genem struk¬tury, zostaje przepisana, czyli transkrybowana na sekwencje nukleotydów w cząsteczce mRNA. Tak utworzone w jądrze komórkowym cząsteczki mRNA są następnie przenoszone do cytoplazmy komórki. W cytoplazmie cząsteczki mRNA są rozpoznawane przez rybosomy, które przyłączają się do określonego końca cząsteczki mRNA. W ten sposób do rybosomu, który ma przeprowadzać syntezę polipeptydu, zostaje dołą¬czona informacja, w postaci sekwencji nukleotydów w mRNA, o kolejności łączenia aminokwasów w łańcu¬chu polipeptydowym. Gdy połączone z aminokwasami tRNA zaczną dostarczać te aminokwasy do rybosomu, może się już rozpocząć właściwy proces syntezy białek, zwany translacją.
Jak widzimy, proces biosyntezy białek jest bardzo złożony i składa się z dwóch zasadniczych etapów. Najpierw informacja genetyczna, zapisana w postaci sekwencji nukleotydów genu kodującego białko, jest przepisana, czyli transkrybowana na cząsteczkę mRNA. Następnie, po przeniesieniu jej do cytoplazmy i połączeniu z rybosomami, przy udziale tRNA związa¬nego z aminokwasami, informacja ta zostaje przetłu¬maczona na sekwencję aminokwasów w syntetyzo¬wanym łańcuchu polipeptydowym. Tak więc drugim etapem jest proces translacji, czyli przetłumaczenia informacji w postaci sekwencji nukleotydów w mRNA na sekwencję aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym.
Można by zrobić następujące porównanie. W jądrze komórkowym znajduje się centralny ośrodek informacji genetycznej w postaci DNA. Jest to jakby centralna biblioteka zawierająca pojedyncze egzemp¬larze z informacją genetyczną (genami) o biosyntezie różnych białek. Przy podziale komórek informacja ta zostaje podwojona i przekazana dwom potomnym komórkom. Z owej biblioteki do "czytania" tych infor¬macji nie są wypożyczane bezpośrednio wspomniane egzemplarze, lecz przekazywane są do cytoplazmy niejako ich "robocze" kopie, w postaci cząsteczek mRNA. Trwałość cząsteczek mRNA jest ograniczona, ale mogą one być produkowane w dużych ilościach, różnych dla różnych genów, w zależności od zapotrze-bowania komórki.
W procesie translacji biorą udział następujące podsta¬wowe składniki:
1) rybosomy, które są jakby czytnikiem odczytującym na matrycy mRNA kolejne kodony (trójki nukleotydów) odpowiadające kolejnym aminokwasom syntetyzowa¬nego łańcucha polipeptydowego białka;
2) mRNA, jako matryca z zapisem instrukcji o kolej¬ności wbudowywanych aminokwasów w nowo synte¬tyzowany łańcuch polipeptydowy;
3) cząsteczki tRNA przenoszące aminokwasy.
Poza tym w procesie translacji bierze udział wiele białek umożliwiających przebieg poszczególnych eta¬pów translacji, o których bliżej mówić nie będziemy.
Rybosom rozpoznaje na końcu 5' cząsteczki mRNA określoną sekwencję nukleotydów i łączy się z mRNA. Aby translacja mogła się rozpocząć, rybosom musi rozpoznać sygnał rozpoczęcia tego procesu. Sygnałem tym jest trójka nukleotydów, czyli kodon oznaczający aminokwas metioninę. Metioninę wyzna¬cza tylko jeden kodon AUG. Trzeba tu zwrócić uwagę, iż w podwójnym heliksie DNA będzie się znajdowała sekwencja ATG/TAC która po transkrypcji wy¬tworzy w mRNA kodon AUG. Zwykle kodony dla aminokwasów oznaczamy w mRNA, a więc już po transkrypcji DNA. Jest to zrozumiałe, skoro proces translacji odbywa się na matrycach mRNA. Rybosomy rozpoznają więc kodon AUG i ustawiają się w ten sposób w stosunku do cząsteczki mRNA, aby pier¬wszym aminokwasem włączanym przy syntezie poli¬peptydu była metionina. Jest to bardzo ważny etap w procesie translacji. Trzeba pamiętać, że w mRNA, podobnie jak i w DNA, istnieje jedynie ciągły łańcuch nukleotydów. Aby od określonego miejsca poprawnie można było odczytywać kolejne trójki nukleotydów, musi istnieć sygnał, od którego miejsca będą kolejne trójki odczytywane. W ten sposób zostaje do mRNA przyłożona jakby ramka odczytu, od której w kierunku końca 3' będą wyróżniane następne kolejne kodony.
Gdy rybosom rozpoznał już trójkę AU G, zajmuje wobec niej właściwą pozycję, która umożliwia rozpo¬częcie syntezy polipeptydu. Zatem pierwszym krokiem w syntezie polipeptydu będzie doprowadzenie do rybosomu tRNA połączonego z metioniną.
Pamiętajmy, że aminokwas ma zupełnie inną budowę chemiczną niż kwasy nukleinowe i nie potrafi rozpoznać sekwencji nukleotydów w DNA czy mRNA. Do rozpoznania kodonu w mRNA służy cząsteczka tRNA związana z aminokwasem. W cząsteczce tRNA, specyficznej dla danego aminokwasu, w jednej z jego jednołańcuchowych pętli występuje trójka nukleotydów, która jest komplementarna do kodonu w mRNA. Na drugim wolnym końcu cząsteczki tRNA jest przyłączony aminokwas. W przypadku tRNA wiążą¬cego się z metioniną występuje trójka nukleotydów UAC. Taka trójka nukleotydów w tRNA nazywana jest antykodonem. Tak więc nie sama metionina rozpo¬znaje kodon inicjujący translację, ale jest on rozpozna¬wany przez antykodon cząsteczki tRNA niosącej metioninę. Po rozpoznaniu kodonu przez antykodon cząsteczka tRNA niosąca metioninę zostaje przyłą¬czona do rybosomu i mRNA. W ten sposób zostanie przyłączony za pośrednictwem tRNA pierwszy amino¬kwas polipeptydu. Nastąpiło zapoczątkowanie, czyli inicjacja procesu translacji.
Z kolei rybosom w stosunku do mRNA przesuwa się o następne trzy nukleotydy i w odpowiednim miejscu rybosomu, jakby w rodzaju kieszeni, pojawia się drugi kodo n wyznaczający odpowiedni amino¬kwas. Kodon ten zostanie rozpoznany przez tRNA z odpowiednim antykodonem, niosący następny amino¬kwas.
Teraz między metioniną a drugim aminokwasem przyłączonym do tRNA zajdzie reakcja chemiczna powodująca powstanie wiązania peptydowego mię¬dzy tymi dwoma aminokwasami. W wyniku tej reakcji cząsteczka tRNA transportująca metioninę (inicjująca) została uwolniona od metioniny i odłącza się od rybosomu, a aminokwasy połączone ze sobą wiąza¬niami peptydowymi, zostają przyłączone do cząsteczki tRNA która transportowała drugi aminokwas. Teraz rybosom przesuwa się o następne trzy nukleotydy i zachodzą znowu te same reakcje. Wraz z przesuwa¬niem się rybosomu o kolejne trzy nukleotydy będzie na
nim powstawał coraz dłuższy łańcuch polipeptydowy złożony z kolejno dołączanych aminokwasów. Jedno¬cześnie zwolnione cząsteczki tRNA będą wracały do cytoplazmy, gdzie ponownie będą się mogły łączyć z aminokwasami. Jeśli więc w genie kodującym białko było na przykład 900 nukleotydów, co odpowiada 300 kodonom, to w wyniku procesu translacji powstanie na rybosomie polipeptyd złożony z 300 aminokwasów połączonych wiązaniami peptydowymi.
Po trójce nukleotydów kodującej ostatni amino¬kwas łańcucha polipeptydowego następuje zakończe¬nie translacji. Sygnałem do zakończenia translacji sątrzy kodony nonsensowne mRNA (UAA, UAG i UGA), które występują na końcu zapisu o syntezie polipepty¬du. Rybosomy po dojściu do kodonów nonsensow¬nych oddzielają się od mRNA a jednocześnie nowo zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy odłącza się od rybosomu. Translacja jest zakończona.
Łańcuch mRNA może służyć do syntezy licznych łańcuchów polipeptydowych. W miarę jak do końca 5' na cząsteczkę mRNA wchodzi rybosom i przesuwa się w kierunku końca 3', z cząsteczką mRNA łączą ",się następne rybosomy. .
Otrzymano fotografię cząsteczek bakteryjnego mRNA, na którym kilkadziesiąt rybosąmów syntety¬zuje polipeptydy. Im bliżej końca 3' cząsteczki mRNA znajduje się rybosom, tym dłuższy polipeptyd jest z nim powiązany.
Cząsteczki mRNA są narażone na zniszczenie przez różne enzymy występujące w cytoplazmie. Obli¬czono, że u bakterii okres trwania jednej cząsteczki mRNA wynosi zaledwie parę minut. A więc jeśli komórka ma produkować stale pewien typ białka, to stale musi zachodzić transkrypcja i produkcja nowych cząsteczek mRNA. Jeśli z jakichś względów produkcja cząsteczek mRNA kodującego określone białko usta¬nie, to po paru minutach ustanie też i produkcja samego białka.
Regulując transkrypcję różnych genów komórka może regulować także syntezę różnych białek. W ten właśnie sposób komórka wykorzystuje wybiórczo informacje o możliwości syntezy tysięcy różnych bia¬łek, produkując tylko te białka, które w danym momen¬cie są dla niej konieczne.

1 1 1
2010-03-24T18:49:43+01:00
Wiązania te powstają miedzy parami zasad azotowych wg bardzo prostych reguł wynikających ze struktury tych zasad. Tak więc adenina zawsze łączy się z tyminą ,zaś cytozyna z guaniną .W ten sposób jedna nić DNA wyznacza budowę drugiej nici ,mówimy zatem że dwie nici są komplementarne ,czyli wzajemnie się uzupełniające . Ze względu na formę przestrzenną dwuniciowa cząsteczka DNA nosi nazwę podwójnej helisy .Pod takim tytułem Watson wydał wspomnienia o odkryciu budowy DNA.
2 5 2