Задания № 7, 8, 27, 28 · ЕГЭ

Экспрессия гена

Как генетическая информация превращается в функциональную РНК или белок

7 мин чтенияСложность: Обновлено 29 сентября 2026

Экспрессия гена — это реализация наследственной информации, записанной в гене, в виде функциональной молекулы: РНК или белка. Для белок-кодирующего гена обычно выделяют два главных этапа: транскрипцию и трансляцию.

Общая схема экспрессии гена

Ген расположен в молекуле ДНК. При его экспрессии информация сначала переписывается с участка ДНК на информационную РНК, или иРНК. Этот процесс называется транскрипцией. Затем последовательность нуклеотидов иРНК используется рибосомой для построения полипептидной цепи. Такой этап называется трансляцией.

\[\text{ДНК} \xrightarrow{\text{транскрипция}} \text{иРНК} \xrightarrow{\text{трансляция}} \text{белок}\]

Схема «ДНК → РНК → белок» отражает направление передачи информации, но не означает, что каждый ген обязательно кодирует белок. Некоторые гены содержат информацию о функциональных молекулах РНК, например транспортной РНК или рибосомной РНК. В таком случае после транскрипции готовая РНК выполняет свою функцию, а трансляции нет.

Экспрессия гена

Экспрессия гена — совокупность процессов, благодаря которым наследственная информация гена реализуется в виде функциональной РНК или белка.

Главное правило

Для белок-кодирующего гена информация передаётся в направлении ДНК → иРНК → белок. Обратное направление от белка к нуклеиновой кислоте невозможно.

Транскрипция: синтез РНК на матрице ДНК

Транскрипция происходит на участке ДНК, содержащем ген. Фермент РНК-полимераза присоединяется к промотору — участку, с которого начинается считывание, и разъединяет цепи ДНК на небольшом отрезке. Одна цепь используется как матричная, или транскрибируемая. По её последовательности строится цепь РНК.

РНК-полимераза соединяет рибонуклеотиды по принципу комплементарности. В РНК вместо тимина содержится урацил: аденину ДНК соответствует урацил РНК, тимину — аденин, гуанину — цитозин, цитозину — гуанин. При этом новая цепь РНК строится в направлении \(5'\to3'\), а матричная цепь ДНК считывается в направлении \(3'\to5'\).

\[A_{ДНК}\leftrightarrow U_{РНК},\quad T_{ДНК}\leftrightarrow A_{РНК},\quad G_{ДНК}\leftrightarrow C_{РНК},\quad C_{ДНК}\leftrightarrow G_{РНК}\]

Транскрипция начинается у промотора и заканчивается при достижении участка терминации. У эукариот первичная РНК обычно созревает: из неё удаляются интроны, а экзоны соединяются. На концах иРНК формируются специальные участки, повышающие её устойчивость и помогающие рибосоме распознать молекулу.

Свойство	Транскрипция
Матрица	Одна цепь ДНК
Продукт	РНК
Фермент	РНК-полимераза
Принцип	Комплементарность
Место у эукариот	Ядро
Направление синтеза	\(5'\to3'\)

Проверь себя

Какую цепь ДНК непосредственно использует РНК-полимераза при синтезе иРНК?

Трансляция и генетический код

Трансляция — синтез полипептидной цепи на рибосоме по последовательности иРНК. Рибосома движется по иРНК в направлении \(5'\to3'\), а тРНК доставляют аминокислоты. Антикодон тРНК комплементарен кодону иРНК.

Генетический код — соответствие между триплетами нуклеотидов иРНК и аминокислотами. Один кодон состоит из трёх нуклеотидов. Всего возможно \(4^3=64\) кодона: 61 кодон кодирует аминокислоты, три являются стоп-сигналами. Кодон AUG обычно одновременно кодирует метионин и служит стартовым кодоном. Стоп-кодоны UAA, UAG и UGA не кодируют аминокислоту и завершают синтез цепи.

\[N_{\text{кодонов}}=4^3=64;\qquad N_{\text{смысловых}}=61;\qquad N_{\text{стоп}}=3\]

Триплетность: один кодон содержит три нуклеотида.
Однозначность: конкретный кодон обозначает только одну аминокислоту или сигнал остановки.
Вырожденность: одну аминокислоту могут кодировать несколько кодонов.
Универсальность: у большинства организмов код практически одинаков.
Неперекрываемость: обычно один нуклеотид входит только в один кодон данной рамки считывания.

Рамка считывания

Рамка считывания — способ разбить последовательность иРНК на последовательные триплеты, начиная со стартового кодона. Смещение рамки изменяет все последующие кодоны.

Разобранный пример: определение аминокислотной последовательности

Дана кодирующая цепь ДНК: \(5'-ATG\,GCC\,TAA-3'\). Определим иРНК и продукт трансляции.

№

Решение по шагам

Сначала важно установить, что дана кодирующая, а не матричная цепь. Последовательность иРНК совпадает с кодирующей цепью, но тимин заменяется на урацил.

Заменяем тимин кодирующей цепи ДНК на урацил и сохраняем направление \(5'\to3'\).

\(\displaystyle 5'-ATG\,GCC\,TAA-3'\;\Rightarrow\;5'-AUG\,GCC\,UAA-3'\)

Разбиваем иРНК на кодоны от стартового кодона AUG.

\(\displaystyle AUG\;|\;GCC\;|\;UAA\)

По таблице генетического кода определяем значения кодонов.

\(\displaystyle AUG\to\text{метионин},\quad GCC\to\text{аланин},\quad UAA\to\text{стоп}\)

Стоп-кодон не добавляет аминокислоту, поэтому полипептид состоит из двух аминокислот.

\(\displaystyle \text{метионин--аланин}\)

Если в условии дана матричная цепь ДНК, иРНК строят по комплементарности. Например, матрице \(3'-TAC\,CGG\,ATT-5'\) соответствует иРНК \(5'-AUG\,GCC\,UAA-3'\). Поэтому направление цепей и указание типа ДНК необходимо проверять до составления кодонов.

Регуляция экспрессии и значение процесса

Клетка не синтезирует все белки постоянно и в одинаковом количестве. Экспрессия регулируется на разных уровнях: при начале транскрипции, созревании иРНК, её выходе из ядра, начале трансляции и изменении активности готового белка. Благодаря этому клетки с одинаковым набором генов могут иметь разное строение и выполнять разные функции.

На экспрессию влияют условия среды, гормоны, наличие питательных веществ и сигналы от других клеток. Изменение последовательности ДНК может изменить иРНК, аминокислотную последовательность и свойства белка. Однако не всякая замена нуклеотида меняет белок: из-за вырожденности кода возможна синонимичная замена.

Частые ошибки

1. Путают кодирующую и матричную цепи ДНК. 2. Записывают в иРНК тимин вместо урацила. 3. Считают стоп-кодон аминокислотой. 4. Начинают чтение не со стартового кодона, хотя он задан условием. 5. Полагают, что все гены завершаются образованием белка: гены РНК кодируют функциональные молекулы РНК. 6. Путают экспрессию гена с экспрессивностью признака: экспрессивность описывает степень проявления признака, а не сам процесс считывания гена.

Алгоритм решения задач

Определите тип данной цепи ДНК; запишите иРНК в направлении \(5'\to3'\); найдите стартовый кодон; разбейте последовательность на триплеты; переведите кодоны в аминокислоты; остановитесь на стоп-кодоне. Если спрашивают число аминокислот, стоп-кодон не учитывайте.

Расчёт нуклеотидов и аминокислот

В задачах часто требуется связать длину гена с числом аминокислот. Один кодон содержит три нуклеотида и соответствует одной аминокислоте, кроме стоп-кодона. Если полипептид содержит \(n\) аминокислот, участок иРНК должен включать как минимум \(3n\) нуклеотидов для кодирующих кодонов и ещё три нуклеотида стоп-кодона.

\[N_{\text{нуклеотидов иРНК}}=3n+3\]

Длина двуцепочечного участка ДНК, кодирующего такой полипептид, содержит столько же пар нуклеотидов, сколько нуклеотидов в иРНК, если рассматривается только кодирующая область. Общее число нуклеотидов в двух цепях вдвое больше: \(2(3n+3)\). В реальном гене могут присутствовать некодирующие участки, поэтому формулу применяют только при соответствующем условии задачи.

Быстрый тест по теме

Итоговая проверка

~ 2 мин4 вопроса

Вопрос 1 / 4

Вопрос 1 из 4 · транскрипция

Какой фермент синтезирует иРНК?

Главное за минуту

Главное

Экспрессия гена — реализация информации в виде функциональной РНК или белка.
Для белок-кодирующего гена схема такова: ДНК → транскрипция → иРНК → трансляция → белок.
При транскрипции РНК-полимераза использует одну, матричную, цепь ДНК; в РНК урацил заменяет тимин.
Генетический код триплетен, вырожден и почти универсален; AUG — стартовый, UAA, UAG и UGA — стоп-кодоны.
При решении задач нужно различать матричную и кодирующую цепи, соблюдать направления \(5'\to3'\) и не считать стоп-кодон аминокислотой.