2) РНК – ДНК – белок
3) ДНК – РНК – белок (+)
4) белок – РНК – ДНК
Реализация наследственной информации в эукариотической клетке основана на последовательной передаче генетического кода от ДНК к РНК и далее к белку. Сначала участок ДНК, содержащий ген, транскрибируется с образованием первичной РНК; у эукариот она проходит созревание: кэпирование, сплайсинг с удалением интронов и полиаденилирование. Зрелая информационная РНК транспортируется из ядра в цитоплазму и используется рибосомой как матрица для синтеза полипептидной цепи.
Транскрипцию осуществляют РНК-полимеразы, а трансляция происходит на рибосомах с участием транспортных и рибосомных РНК. Последовательность кодонов иРНК определяет порядок аминокислот в белке согласно генетическому коду, который является триплетным, вырожденным и практически универсальным. Поэтому белок является конечным функциональным продуктом экспрессии большинства генов, а обратное направление передачи информации от белка к нуклеиновым кислотам не реализуется.
Следует отличать экспрессию генов от репликации: удвоение ДНК обеспечивает сохранение и передачу наследственного материала дочерним клеткам, но не приводит непосредственно к образованию белка. Пространственное разделение процессов у эукариот повышает уровень регуляции: транскрипция и созревание РНК преимущественно происходят в ядре, а трансляция — в цитоплазме или на мембранах шероховатой эндоплазматической сети.
| Процесс | Матрица | Основной продукт | Локализация и биологическое значение |
|---|---|---|---|
| Репликация | ДНК | Две дочерние молекулы ДНК | Ядро; обеспечивает удвоение генома перед делением клетки, но не является этапом синтеза белка |
| Транскрипция | Матричная цепь ДНК | Первичная РНК | Ядро; выполняется РНК-полимеразами и переносит информацию с гена на молекулу РНК |
| Созревание РНК | Первичный транскрипт | Зрелая иРНК, тРНК или рРНК | В основном ядро; включает сплайсинг, кэпирование и полиаденилирование иРНК |
| Трансляция | иРНК | Полипептидная цепь | Рибосомы цитоплазмы или шероховатой эндоплазматической сети; кодоны иРНК определяют последовательность аминокислот |
| Посттрансляционные изменения | Первичный полипептид | Функциональный белок | Цитоплазма, эндоплазматическая сеть и аппарат Гольджи; включают фолдинг, протеолиз, фосфорилирование и гликозилирование |
| Обратная транскрипция | РНК | ДНК-копия | Специальный механизм ретровирусов и некоторых мобильных генетических элементов; не изменяет общий принцип экспрессии клеточных генов |
Нарушения транскрипции, сплайсинга или трансляции могут приводить к синтезу дефектных белков и развитию наследственных заболеваний. Регуляция экспрессии осуществляется на хроматиновом, транскрипционном, посттранскрипционном и трансляционном уровнях. Митохондрии эукариот имеют собственный геном и аппарат синтеза части белков, однако общая схема передачи информации в них сохраняется. Таким образом, классическая последовательность выражает центральную догму молекулярной биологии: генетическая информация реализуется через этапы ДНК — РНК — белок .