Ядро: экспрессия генов и транскрипционные факторы

Как известно, в ДНК содержится определенная генетическая информация:
- о структуре всех белков и РНК организма,
- а также о порядке реализации этой информации в разных клетках в процессе онтогенеза и при различных функциональных состояниях.
Поскольку во всех соматических клетках организма — один и тот же набор из 46 хромосом, — то, несмотря на подчас сильные отличия между клетками, все они содержат в своих ДНК одну и ту же генетическую информацию. (Некоторое исключение составляют лимфоциты, в процессе формирования которых происходит перестройка генов иммуноглобулинов.)
Данное обстоятельство — генетическая эквивалентность ядер всех соматических клеток организма — и послужило основанием для клонирования животных. Правда, как отмечалось выше, одного этого основания оказывается недостаточно.
В процессе уже знакомой нам репликации ДНК генетическая информация воспроизводится целиком, чтобы затем передаваться дочерним клеткам.
Но, кроме того, эта информация экспрессируется (реализу ется) в клетке, обуславливая все проявления ее жизнедеятельности. Однако экспрессии подвергается отнюдь не вся имеющаяся в ядре генетическая информация, а лишь какая-то (обычно весьма небольшая) ее часть.
Этим-то и обусловлены особенности тех или иных клеток тем, каков спектр (набор) функционирующих генов и каковы при этом уровни их активности.
Экспрессия информации о структуре определенного белка включает 2 основных этапа.
а) Первый из них — транскрипция: образование в клеточном ядре на соответствующем гене (локализующемся в одной из хромосом) специального посредника - матричной РНК (мРНК).
Смысл этого процесса — переписывание информации о структуре белка с огромного неподвижного носителя (ДНК в составе хромосомы) на небольшой подвижный носитель — мРНК. Примерно так же обстоит дело, когда с жесткого диска компьютера, содержащего тысячи файлов, переписывают один из них на дискету. С той лишь разницей, что мРНК в процессе записи информации образуется de novo из нуклеотидов. Следовательно, мРНК, считанные с разных генов, должны отличаться друг от друга — как отличаются друг от друга сами гены.
Другое важное обстоятельство: непосредственный продукт транскрипции гена правильней называть предшественником мРНК (пре-мРНК). Дело в том, что новообразованная мРНК подвергается
тут же (в ядре) созреванию, или процессингу. При этом она претерпевает существенную модификацию.
И лишь после того зрелая мРНК (видимо, в комплексе со специальными белками) поступает из ядра в цитоплазму.
б) Второй из основных этапов экспрессии гена — трансляция: синтез белка на рибосомах по программе, диктуемой мРНК. Суть этой программы — определение очередности, в которой аминокислоты должны включаться в строящуюся пептидную цепь.
Причем в процессе участвуют не свободные, а активированные аминокислоты: каждая из них связана с т. н. транспортной РНК (тРНК), т. е. находится в виде аминоацил тРНК (аа-тРНК). Для каждой из 20 аминокислот имеется своя специфическая форма тРНК, а чаще — даже не одна, а несколько форм.
Рибосомы же играют в трансляции роль молекулярных машин, обеспечивающих правильное взаимодействие участников. В состав рибосомы входят четыре молекулы т. н. рибосомной РНК (рРНК) — по одной молекуле каждого из 4-х видов рРНК. Объединяясь с рибосомными белками, они образуют две субъединицы рибосомы и выполняют в них структурную, а также, возможно, каталитическую функции.
Таким образом, в трансляции участвуют РНК трех классов — мРНК, тРНК и рРНК.