Kwasy nukleinowe są nośnikami informacji genetycznej. Aby ta informacja mogła być wykorzystana, musi nastąpić jej podwojenie. U większości organizmów podstawową matrycę stanowi DNA. Tylko u nielicznych wirusów matrycą jest RNA /przekopiowany i tak w komórce gospodarza na jego DNA/. Gdy komórka dzieli się na komórki potomne, cząsteczka DNA kopiowana jest w całości – ulega replikacji. Jeśli kopiowany jest fragment DNA, zawierający informację o jednym lub kilku białkach – zachodzi transkrypcja.
Replikacja DNA
Cząsteczka DNA jest podwajana, czyli replikowana poprzez polimeryzację nowych łańcuchów na matrycy, którą jest każdy z łańcuchów istniejącego już DNA. Stąd replikacja jest procesem semikonserwatywnym – każda potomna cząsteczka uzyskuje jeden łańcuch z rodzicielskiej cząsteczki DNA i drugi nowo syntetyzowany.
Ekspresja informacji genetycznej
Obejmuje transkrypcję oraz translację i prowadzi do zsyntetyzowania określonego białka. Współzależność między sekwencjami zasad w DNA /lub mRNA powstałym w wyniku transkrypcji/, a sekwencją aminokwasów w białku określona jest mianem kodu genetycznego. W sekwencji nukleotydów zaszyfrowana jest informacja o sekwencji aminokwasów w białku.
Kod genetyczny jest:
– trójkowy – trzy sąsiadujące ze sobą nukleotydy /tzw. kodon/ określają jeden aminokwas,– bezprzecinkowy – sekwencja zasad jest odczytywana kolejno,– niezachodzący – kodony leżą kolejno jeden za drugim i nie mają elementów wspólnych,– jednoznaczny – jeden kodon koduje tylko jeden aminokwas,– zdegenerowany – jeden aminokwas może być kodowany przez kilka różnych kodonów,– kolinearny – kolejność ułożenia kodonów w łańcuchu polinukleotydowym kwasu odpowiada kolejności ułożenia aminokwasów w białku,– uniwersalny – zasady kodowania oraz znaczenie kodonów są takie same u wszystkich organizmów.
Transkrypcja polega na przekopiowaniu informacji genetycznej z matrycy, jaką stanowi DNA na RNA. Cząsteczki RNA są zatem komplementarne do fragmentu jednej z dwóch nici DNA. Powstające w wyniku transkrypcji cząsteczki RNA mogą pełnić różną funkcję podczas syntezy białka.
Informacyjny RNA /mRNA/ w sekwencji swoich nukleotydów ma zakodowaną informację o sekwencji aminokwasów w białku. Geny eukariotyczne składają się z sekwencji kodujących białko /tzw. eksonów/ oraz z sekwencji niekodujących białko /tzw. intronów/. Z utworzonej cząsteczki RNA wycinane są introny, a eksony łączone w cząsteczkę mRNA, która dopiero wtedy opuszcza jądro.
Rybosomalny RNA /rRNA/ jest głównym składnikiem rybosomów, pełni funkcje katalityczne i strukturalne.
Transportujący RNA /tRNA/ przenosi zaktywowane aminokwasy do rybosomów. Ma unikalną strukturę przestrzenną określaną mianem „liścia koniczyny” Najistotniejsza w tRNA jest pętla antykodonowa, zawierająca tzw. antykodon, tj. trójkę nukleotydów, która umożliwia rozpoznanie kodonów w mRNA. Do końca 3’ następuje przyłączenie właściwego aminokwasu.
Translacja polega na przetłumaczeniu informacji genetycznej zawartej w sekwencji nukleotydów w mRNA na sekwencję aminokwasów w syntetyzowanym białku. Proces translacji poprzedza aktywacja aminokwasu /aminoacylacja/, która polega na przyłączeniu do tRNA odpowiedniego aminokwasu. Biosynteza białek odbywa się na rybosomach.