Кто нынче не знает, что напоминающая верёвочную лестницу двойная спираль на картинке - это ДНК? А кто знает, для чего ДНК требуется вторая цепь, если весь генетический код организма находится в цепи №1?
Да, вся нужная информация в первой цепи, за что и назвали её кодирующей или смысловой. А вторая зачем? Посмотришь на вторую - вроде бы ничем она не хуже первой, так же состоит из триплетов-кодонов, как и цепь №1. Может тоже что-нибудь кодирует? Но если попробовать собрать белок из аминокислот, которые соответствуют триплетам второй цепи ДНК, то получится нефункциональная бесполезная масса вместо полноценного протеина. Так зачем же природа, которая весьма экономна и рациональна, снабдила ДНК второй цепью, не несущей никакой полезной информации? Давайте разбираться.
Представим себе, что на рисунке изображён ген, то есть фрагмент первой (кодирующей=смысловой) цепи ДНК, несущий информацию о строении какого-то белка, необходимого клетке:
Используя таблицу генетического кода, мы легко можем определить из каких запчастей аминокислот состоит этот белок, и в какой последовательности эти запчасти аминокислоты должны быть соединены друг с другом.
Вот таблица генетического кода, которую мы используем:
А вот соответствующий гену состав аминокислот, что мы определили:
Итак, состав белка известен. Бери аминокислоты, соединяй друг с другом, не отклоняясь от схемы - вот и получится нужный белок. Кто этим будет заниматься? ДНК? Ну уж нет, не царское это дело. Аминокислоты в белковые цепочки соединяют особые структуры рангом пониже - рибосомы, а не ДНК. Так пусть рибосомы этим и занимаются! Но проблема в том, что рибосомы, как и запчасти для сборки белка (аминокислоты), находятся не в ядре, а в цитоплазме. Пусть бы рибосомы и собирали белок там, в цитоплазме, но им не хватает инструкции с последовательным перечнем аминокислот. Информация-то об этом в ДНК, а ядерная ДНК никогда не покидает пределов ядра.
Как же можно разрешить данное противоречие? Очень просто - переписать-скопировать с ДНК нужный фрагмент и отправить копию в цитоплазму. Именно так клетка и поступает, а копией гена является информационная (она же матричная) рибонуклеиновая кислота (и-РНК или м-РНК - так она обозначается). РНК подобно ДНК состоит из четырёх нуклеотидов: гуанинового, цитозинового, аденинового и урацилового (он вместо тиминового), и все эти нуклеотиды способны устанавливать временные водородные связи с соответствующими им комплементарными партнёрами из ДНК:
Вроде бы проблема решена - РНК-нуклеотиды присоединяются к нуклеотидам гена в соответствии с принципом комплементарности, вот так нужная копия и получается. Но вот копия ли? Посмотрите, какие аминокислоты рибосома соединила бы в белок, используй она выше полученную нами копию. Разве такой белок нужен клетке?
Нет, состав аминокислот в полученном белке совсем иной. Это какая-то ошибка-несовпадение! Так вот, вторая цепь ДНК как раз и пригодится для предотвращения подобного несовпадения. Именно на второй, а не на первой цепи ДНК, происходит сборка и-РНК. И посмотрите-ка, что получается в результате такой сборки.
Теперь информационная РНК - это действительно копия гена, находящегося в смысловой=кодирующей цепи. Совпадение - нуклеотид к нуклеотиду (только вместо тимина - его заместитель урацил). Вот такая-то копия-инструкция позволит рибосоме собрать все аминокислоты в правильной последовательности и получить полноценный функциональный белок!
Получается, что вторая цепь ДНК выступает в качестве необходимого промежуточного звена-посредника при создании копии генетического кода. Это чем-то напоминает двойное отражение в зеркале. Первое отражение не вполне соответствует реальности, так как левая и правая стороны в нём меняются местами, но если первое отражение отразить в зеркале ещё раз - всё встаёт на свои места. Так и с нуклеиновыми кислотами: комплементарная гену цепь искажает его, но вот если на этой цепи собрать ещё одну, опять же используя принцип комплементарности, тогда код восстанавливается и может быть использован для сборки белка.
Не только первая (смысловая=кодирующая), но и вторая цепь ДНК получила свои особые названия. Её именуют матричной, за то, что именно она выступает в качестве матрицы для сборки и-РНК, а ещё и транскрибируемой, так как сам процесс сборки и-РНК на цепи ДНК называется транскрипцией.
Подведём итоги
ДНК не может выступать матрицей для сборки аминокислот в белок, так как никогда не покидает пределов ядра. Такой матрицей является копия гена - информационная (матричная) РНК. Вторая (матричная = транскрибируемая) цепь ДНК, комплементарная генетическому коду - это необходимый для точного копирования гена посредник.
Природа не перестаёт удивлять своими инженерно-программистскими способностями! А двойная цепь ДНК объединяет всё живое планеты в единое целое, так как её свойства и принципы работы едины для всех организмов.
Что ещё можно почитать о генетическом коде и его свойствах:
«На роду написано». А точнее – где это написано и как?
Если ДНК кодирует исключительно белки, то где же в ней информация о нас?
Действительно ли наши гены на 50% совпадают с генами банана? - об универсальности генетического кода
Всего четыре буквы в алфавите. Что за язык? - об избыточности (вырожденности) генетического кода
О комплИментах, комплЕментах и заданиях ЕГЭ по биологии на генетический код - о комплементарности генетического кода
На концах цепей ДНК есть "этикетки". Зачем? - об антинаправленности цепей ДНК
Дорожная карта для... нуклеотида