Роль комплементарных взаимодействий

в осуществлении биологической функции ДНК

Комплементарность цепей составляет химическую основу важ­нейшей функции ДНК—хранения и передачи наследственных признаков.

При делении клеток двойная спираль ДНК раскручивается и разделяется на две цепи. На каждой отдельной цепи, как на матрице, происходит биосинтез новой цепи ДНК с учетом принципа ком-плементарности. Вновь образовав­шаяся цепь не идентична, но ком­плементарна исходной матрице. В результате воссоздаются две новые двойные спирали ДНК, каждая из которых включает одну «старую» и одну вновь синтезированную цепи. Такой процесс точного копирования молекулы ДНК, в результате которого образуются две одинаковые двуспиральные мо­лекулы, называется реплика­цией (рис. 98). Репликация лежит в основе обеспечения дочерних клеток молекулами ДНК, полностью идентичными с ДНК родительских клеток.

Аналогичным образом на деспи-рализованной цепи ДНК в ядре происходит синтез молекулы мат­ричной (информационной) РНК

Рис. 98. Репликация ДНК.

 

(мРНК), которая затем сама служит матрицей для биосинтеза белка в цитоплазме (рис. 99). Возникающая цепь мРНК компле­ментарна той цепи ДНК, на которой она синтезируется. При этом адениновому основанию в ДНК будет соответствовать урациловое основание в РНК, а в качестве углеводного остатка в цепи РНК будет использоваться рибоза. Синтез мРНК является по существу переписыванием, транскрипцией, генетической информации с ДНК на мРНК.

Генетическая информация, т. е. информация о синтезе опреде­ленных белков, записана (закодирована) в нуклеотидной последо­вательности ДНК. Одну аминокислоту кодирует трехнуклеотид-ная последовательность, поэтому код называется триплетным. Три нуклеотида, контролирующие включение данной аминокисло­ты в определенный белок в процессе его биосинтеза, называются кодоном.

Сохранность нуклеотидной последовательности и точность ее транскрипции являются залогом безошибочной передачи генетиче­ской информации. Однако нуклеотидная последовательность ДНК под воздействием различных факторов может подвергаться изме­нениям, которые называются мутациями.

Наиболее распространенный вид мутации — замещение какой-либо пары оснований на другую. Одной из причин такого

замещения может явиться сдвиг таутомерного равновесия. Напри­мер, тимин в лактамной форме не может образовывать водород­ные связи с пуриновым основанием — гуанином (рис. 100,а). Если же тимин будет иметь лактимную форму, то у него появляется такая возможность (рис. 100, б). Это приводит к замене обычной пары ТА на пару ТГ.

Аналогичная картина наблюдается, когда сдвиг в сторону лактимной формы происходит у гуанина. Тогда гуанин образует водородные связи с необычным для него основанием тимином. Замена «нормальных» пар оснований передается при транскрипции генетического кода с ДНК на мРНК и приводит в итоге к изменению аминокислотной последовательности в синтезируемом белке. При накоплении мутаций возрастает число ошибок в биосинтезе белка.

Другой причиной возникновения мутаций служит воздействие химических факторов, а также различных видов излучений. Например, если на аденозин подействовать азотистой кислотой, то

в результате известной реакции дезаминирования аминогруппа в адениновом основании превратится в гидроксильную группу. Результатом этой реакции будет превращение аденозина в другой нуклеозид — инозин, содержащий гипоксантин. Это может привести к замене в ДНК комплементарной пары оснований, так как адениловый нуклеотид комплементарен тимину, а образо­вавшийся инозин может образовывать комплементарную пару только с цитозином.

Мутации под действием различных химических соединений, называемых мутагенными веществами, имеют большое значе­ние для управления наследственностью с целью ее улучшения. Результаты этих исследований нашли применение в селекции сельскохозяйственных культур, в создании штаммов микроорга­низмов, производящих антибиотики, витамины, кормовые дрожжи.