Центральные регионы каждой хромосомы называются центромерами. Они содержат большое количество повторяющихся последовательностей ДНК. Центромеры имеют длину миллионы (возможно десятки миллионов) пар нуклеотидов. На ДНК, расположенной в центромерномрайоне хромосомы, не синтезируются РНК.
II.2. ТЕЛОМЕРЫ
На концах линейных хромосом находятся специализированные структуры ДНК, называемые теломерами, которые характеризуются тем, что они не спирализуются на гистоновых белках и не могут соединяться с другими хромосомами в процессе обычного клеточного деления или полового деления. У большинства эукариотических организмов теломеры или концевые участки двойной цепи ДНК не кодируют белки или РНК, а состоят из коротких повторяющихся последовательностей нуклеотидов, не содержащих наследственной информации как таковой. Например, у всех позвоночных они состоят из шести нуклеотидов: ТТАГГГ, у насекомых — ТТАГГ, у большей части растений — ТТТАГГГ. Концы нитей ДНК в области теломеров не просто заканчиваются на каком-то нуклеотиде, а они сначала разделены, а потом склеены в противоположном направлении, образуя петли.
ДНК-полимераза, фермент, который синтезирует копию ДНК, не может доходить до самого конца двойной цепи ДНК и поэтому часть молекулы ДНК не копируется (реплицируется), что ведет к тому, что при каждом копировании и последующем делении клеток, ДНК укорачивается.
Существует специальный фермент — теломераза, который синтезирует теломерные повторяющиеся последовательности при помощи встроенной в него молекулы мРНК и удлиняет теломеры.
Эта молекула РНК выполняет роль матрицы, на которой копируются повторяющиеся последовательности так же, как это делает ретровирус (см. ниже). В большинстве созревших (дифференцированных) клеток теломераза заблокирована, однако она функционирует в стволовых и половых клетках. Впервые о наличии теломеразы стало известно по эффекту Хайфлика — прекращение деления клеток после 60–80 делений из-за исчерпания длины теломера.
II.3. ПРОЦЕСС РЕПЛИКАЦИИ
А теперь я чуть подробнее остановлюсь на особенностях процесса переработки информации. В ядре происходит два процесса: синтез цепей ДНК и РНК. Первый процесс называется репликация, так как цепь ДНК образуется исходя из одной цепей скрученного двойного полимера ДНК.
Молекулы ДНК (как и РНК) способны к самокопированию, правда, для этого нужны катализаторы — белки или рибозимы, образованные молекулами РНК. Наследственная информация, хранящаяся в ДНК в виде последовательности нуклеотидов, может "переписываться" на РНК (так создаются информационные РНК) и обратно. В двойной цепи ДНК нити не равнозначны. На условно названной первой нити, образуются РНК, а вторая служит, для того, чтобы восстанавливать повреждения, появляющиеся на первой нити.
Точность копирования обеспечивается в значительной мере автоматически, благодаря особому свойству нуклеотидов: против каждого нуклеотида исходной молекулы (матрицы) в синтезируемой копии (реплике) может встать только один строго определенный нуклеотид из четырех возможных (например, напротив гуанина — только цитозин). Когда на этой реплике синтезируется новая реплика, она окажется точной копией исходной молекулы (66/65).
Последовательность нуклеотидов ДНК может использоваться двояким способом. Первый способ — она копируется в процессе репликации. На основе двух нитей ДНК создается ещё одна пара нитей, абсолютно одинаковая с первой. Второй способ — создание на основе главной нити ДНК комплементарной ей нити РНК. Этот процесс называется транскрипцией. Наличие двух комплементарных цепей ДНК обеспечивает дублирование информации и позволяет реализовать два процесса. 1. Восстановление утраченной информации — если одна спираль будет повреждена, то на основе другой, как на матрице, можно будет восстановить первую. 2. На основе одной из спиралей синтезируется комплементарная молекула РНК, которая имеет только одну цепь и затем перемещается из ядра в цитоплазму клетки, где на ее основе синтезируется уже другой гетерополимер, полипептид или белок.