Когда была выяснена генетическая роль ДНК в клетках (40-е годы), основной проблемой стало изучение способа кодирования генетической информации и механизмов сборки белков из отдельных аминокислот.

Физик Г. Гамов предложил схему считывания белка непосредственно с ДНК. Он допустил, что расположение аминокислот в белковой цепочке зависит от образования нестойких химических связей между определенными основаниями ДНК и аминокислотами. Эта схема прожила недолго. В то же время исподволь начало развиваться представление о молекулах РНК как непосредственных продуктах активности генов. Ф. Крик предположил, что РНК различных типов синтезируются на ДНК отдельных генов в ядрах клеток. В частности, последовательность белковых молекул определяется РНК, которую именуют информационной РНК (сокращенно и-РНК), или РНК-посредником, что отражает ее функцию в клетке: и-РНК считывается с ДНК соответствующих генов. Классическая двойная спираль ДНК генетически неактивна. Считывание с нее возможно лишь тогда, когда спиральная молекула ДНК расплетается на две нити. В этом случае копируются последовательности оснований с помощью фермента ДНК-полимеразы и образуются дочерние нити ДНК. Именно таким образом идет синтез ДНК в ходе подготовки клетки к делению или в процессе исправления повреждений одной из нитей ДНК. Активированные пуриновые или пиримидиновые основания присоединяются к растущей цепочке ДНК по принципу комплементарности: в его основе лежит специфическое спаривание аденина (А) с тимином (Т), а гуанина (Г) с цитозином (Ц) в противолежащих нитях нуклеиновой кислоты (рис. 5). Тем самым выполняется правило, отмеченное Чаргаффом:

А + Г=Т + Ц-

Аналогично репликации (удвоению) цепочек ДНК происходит и синтез рибонуклеиновых кислот как копий соответствующих генов. РНК очень сходна по химическому составу с отдельными участками ДНК генов. От ДНК она отличается лишь тем, что вместо дезоксирибозы, входящей в состав ДНК, РНК содержит рибозу, и вместо тимина в состав РНК входит другой пиримидин — урацил.

Образование РНК идет при участии фермента РНК-полимеразы и носит название транскрипция. Этот лингвистический термин отражает тот факт, что гены «произносятся» на языке РНК.

Как и при синтезе ДНК, образование РНК идет с использованием одной из цепочек ДНК. На рисунке, где показан синтез ДНК, видно, что РНК-полимераза прикрепляется к молекуле ДНК. Двойная спираль расплетается. С одной из нитей ДНК начинается транскрипция гена. По мере образования рибонуклеотидной последовательности РНК высвобождается с ДНК. Затем ДНК спирализуется и становится неактивной в отношении синтеза РНК.

Наращивание цепочки РНК в ходе транскрипции осуществляется, как и синтез ДНК, по принципу комплемен-тарности. Гуаниновым остаткам в копируемой нити ДНК соответствуют цитозиновые, а адениновым — урацильные (У). Таким образом, А Щ Г=У + Ц.

Вернемся к проблеме информационных РНК, которые кодируют последовательность аминокислот в белках. Разнообразие молекул и-РНК различных видов в клетках довольно велико. Так, в растущих клетках число РНК копий каждого активного гена составляет в среднем около 500. Конечно, объем выработки различных РНК определяется прежде всего физиологическим состоянием клетки и потребностью ее в белках.