Медична генетика - В. М. Запорожан 2005

Вступ до медичної генетики
Молекулярні основи спадковості
Експресія гена

Під експресією гена розуміють реалізацію записаної в ньому спадкової інформації (рис. 1.7). Згідно з центральною догмою молекулярної біології, вона відбувається в такому напрямку:

Class="center">

Перша стадія реалізації генетичної інформації — Транскрипція. Це процес, внаслідок якого послідовність нуклеотидів ДНК переписується у послідовність РНК. Транскрипція відбувається в ядрі клітини уздовж матричного ланцюга ДНК за принципом комплементарності. Утворена молекула РНК має екзонно-інтронну організацію і є незрілою (про-іРНК). При її дозріванні (процесингу) інтрони вирізуються, екзони з’єднуються (сплайсинг), до 5' кінця приєднується метилгуанін (кепування), а до 3' кінця приєднується полі-А-послідовність (поліаденування). Внаслідок процесингу утворюється зріла іРНК. Посттранскрипційні зміни необхідні для транспорту іРНК у цитоплазму, вони підвищують стабільність молекули і забезпечують приєднання рибосом до іРНК.

Потім іРНК виходить у цитоплазму і потрапляє у процес трансляції або синтезу білка. До неї приєднуються Рибосоми, які, просуваючись по нитці іРНК, синтезують поліпептид у відповідності до послідовності нуклеотидів. У трансляції беруть участь тРНК.

Синтезований поліпептид піддається посттранс- ляційним модифікаціям: утворення відповідної просторової структури, модифікація амінокислот тощо.

СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ПРО реалізацію спадкової інформації дещо ширші. Перш за все, білок може складатися з кількох поліпептидів і, отже, кодуватися кількома генами (наприклад, гемоглобін). З іншого боку, один ген може кодувати кілька поліпептидів. Це можливо завдяки таким механізмам:

— кожен із ланцюгів дволанцюгового фрагмента ДНК може кодувати свій білок;

— інтронні ділянки усередині гена можуть кодувати самостійні невеликі білки;

— усередині одного гена можливі альтернативні промотори, або різні рамки зчитування спадкової інформації (різні ділянки початку транскрипції і, отже, різні іРНК, і різні білки);

— існує Альтернативний сплайсинг і альтернативне поліаденування при дозріванні РНК і, отже, утворення різних зрілих іРНК;

— останнім часом відкрито процес редагування зрілої іРНК у цитоплазмі — заміна окремих нуклеотидів, що може спричинювати утворення стоп-кодонів і синтез скороченого ланцюга білка.

Рис. 1.7. Схема реалізації спадкової інформації в еукаріотичній клітині

Ці і, ймовірно, інші, невідкриті поки механізми пояснюють той факт, що при наявності близько 30 тис. білок-кодуючих генів у людини в процесі онтогенезу синтезується близько 250 тис. білків.

Зараз відомо, що процес зчитування спадкової інформації не є односпрямованим (ДНК→РНК). Інформаційна РНК може служити матрицею для синтезу ДНК (РНК→ДНК). Цей процес називається зворотною транскрипцією. Синтезована ДНК позбавлена інтронів і має назву кДНК (комплементарна ДНК). Синтез нуклеїнових кислот на матриці білка поки не доведений, проте виявилося, що деякі білки (пріони), що надійшли ззовні, здатні змінювати просторову організацію та властивості аналогічних власних білків організму.