Генетическая информация

Генетическая информация — это совокупность сведений о свойствах организма, закодированная в молекулах нуклеиновых кислот и передающаяся по наследству от одного поколения другому.

Хранение и носители

Основным носителем генетической информации у подавляющего большинства живых организмов является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). У некоторых вирусов эту роль выполняет рибонуклеиновая кислота (РНК). Сама информация записана в виде уникальной последовательности нуклеотидов — «букв» генетического алфавита.

Содержание информации

Генетический код содержит инструкции для синтеза всех необходимых клетке молекул:

• Все ферменты (катализирующие биохимические реакции).
• Все структурные и транспортные белки.
• Различные виды РНК (рибосомальная, транспортная, матричная и др.).
• Сигналы, регулирующие работу генов (включение, выключение, интенсивность синтеза).

У человека и других сложных организмов количество генов оценивается в 20 000 — 25 000, а не в 10 000, как считалось ранее.

Считывание и реализация

Для расшифровки и использования генетической информации клетка использует сложные молекулярные машины:

• Аппарат трансляции (синтез белка) включает рибосомы, множество видов транспортных РНК и ферментов. Даже у бактерии Escherichia coli (кишечной палочки) он состоит из более чем 200 различных макромолекул. Этот аппарат считывает последовательность нуклеотидов в матричной РНК (мРНК) триплетами (кодонами), каждый из которых соответствует определённой аминокислоте или сигналу (старт/стоп синтеза).
• Аппараты репликации (удвоение ДНК), транскрипции (синтез РНК на матрице ДНК), репарации (исправление ошибок в ДНК).
• Системы, управляющие рекомбинацией, модификацией и сегрегацией (разделением) генетического материала.

Передача информации

• У многоклеточных организмов, размножающихся половым путём, генетическая информация передаётся следующему поколению через половые клетки (гаметы) — яйцеклетки и сперматозоиды.
• У бактерий и архей, помимо вертикального наследования (от клетки к дочерней клетке), существуют особые механизмы горизонтального переноса генов:
  • Трансформация — поглощение и включение в геном фрагментов «голой» ДНК из окружающей среды.
  • Трансдукция — перенос фрагментов ДНК от одной бактерии к другой с помощью вирусов (бактериофагов).
  • Конъюгация — прямой контакт между двумя бактериальными клетками и передача генетического материала через специальный белковый канал.

Современный контекст

Современная геномика показала, что понятие генетической информации стало значительно сложнее. Помимо последовательности генов, кодирующих белки, огромную регуляторную роль играют некодирующие участки ДНК, которые управляют активностью генов. Также важную роль играют эпигенетические факторы — химические модификации ДНК и гистонов (белков-упаковщиков), которые влияют на экспрессию генов, но не меняют саму нуклеотидную последовательность. Эти модификации могут наследоваться в ряде клеточных делений, а иногда и между поколениями организмов.