Основні властивості генетичного коду і кодового словника

Властивості ГЕНЕТИЧНОГО КОДА

Як зазначалося вище, кодон складається з послідовності, що складається з трьох нуклеотидів, з цього випливає дуже важливий властивість коду - його триплетність. Кодон не може бути представлений послідовністю, що складається з двох нуклеотидів. Так як число відрізняються один від одного динуклеотидів, що складаються з чотирьох різних нуклеотидів, становила 42 = 16. Цього не достатньо для кодування 20 стандартних амінокислот. Число ж можливих трінуклеотідамі (триплетів), що складаються з чотирьох різних нуклеотидів, так само 43 = 64. 61 з 64 кодонів є смисловими кодонами, тобто кодують амінокислоти, 3 триплетів - некодуючими, тобто НОНС-кодонами, що відповідають за терминацию синтезу білка.

Кожен з 61 смислових кодонів кодує включення в білок одну з 20 стандартних амінокислот. Оскільки число кодонів перевершує число, закодованих ними амінокислот приблизно в 3 рази, включення однієї і тієї ж амінокислоти в білок визначає, як правило, кілька кодонів. Це особливість коду отримала назву вирожденність коду. Одним кодоном зашифровані тільки 2 амінокислоти - метіонін і триптофан. Лейцин, серин і аргінін кодуються шістьма кодонами, а валін, аланін, гліцин, пролін, треонін - чотирма кодонами (рис. 6.2). Триплети, що кодують одну і ту ж амінокислоту, найчастіше відрізняються один від одного останнім нуклеотидом (рис. 6.2). Очевидно, що, знаючи генетичний код, можна по первинно структурі іРНК встановити послідовність амінокислотних залишків в закодованої в ній поліпептидного ланцюга. У той же час через вирожденність коду не можна однозначно перевести амінокислотну послідовність білка в нуклеотидну послідовність мРНК.

Це властивості коду означає, що кожному кодону відповідає лише одна строго певна амінокислота. Наприклад, триплет ДКУ кодує тільки гліцин, але ні жодну іншу амінокислоту

Відповідно до цього властивістю наступні за який ініціює кодонів кодони Новомосковскются один за одним, не перекриваючи і без жодних перепусток до нонсенс-кодони (рис. 6.1).

Універсальність коду означає, що він однаковий для всіх організмів. Проте, є винятки. У мітохондріальної мРНК присутні триплети, що мають інший зміст, ніж в іРНК ядерного походження. Так в іРНК мітохондрій триплет УГА кодує триптофан, триплет АУА -метіонін. а АГА і AГГ прочитуються як стоп-кодони.

У з'ясуванні повного генетичного кодового «словника» видатну роль зіграли розроблені Г. Хорана підходи до синтезу полірібо-нуклеотидів (штучних мРНК) з певними повторюваними триплетними послідовностями (кополімер). Їх потім використовували як матрицю в белоксинтезирующей системі. Освічені при цьому поліпептиди містили рівні кількості амінокислот в повній відповідності з матрицею кополимеру.

Незабаром в лабораторіях М. Ниренберга, С. Очоа та Г. Хорана, користуючись цими штучно синтезованими мРНК, представили докази не тільки складу, а й послідовності триплетів всіх кодонів, відповідальних за включення кожної з 20 амінокислот у білкову молекулу. Наводимо повний кодовий «словник», тобто всі 64 кодони:

Повний кодовий «словник» - 64 кодони

Генетичний код для амінокислот є виродженим. Це означає, що значна більшість амінокислот кодується декількома кодонами. За винятком метіоніну і триптофану, по суті всі інші амінокислоти мають більш за один специфічний кодон. Впізнавання кодону мРНК антикодоном тРНК засноване не тільки на спарюванні підстав, коли кожна підстава кодону утворює пару основ з комплементарним азотистих основ антикодону. У цьому випадку кожен антикодон, відповідно кожна молекула тРНК, може в принципі дізнаватися тільки один кодон мРНК. Є дані про те, що деякі тРНК можуть дізнаватися більше одного кодону. Зокрема, показано, що аланіновую тРНК, виділена з дріжджів, дізнається 3 кодону: ГЦУ, ГЦЦ і ГЦА. Як видно, відмінності стосуються лише природи 3-го нуклеотиду. У зв'язку з цим була висунута гіпотеза «хитань», що припускає, що на спаровування 3-го підстави, очевидно, накладаються менш суворі обмеження і що є неповне, неоднозначне відповідність цього нуклеотиду, що є, найімовірніше, однією з причин вирожденність генетичного коду. Виродженість коду виявляється неоднаковою для різних амінокислот. Так, якщо для серину, аргініну і лейцину є по 6 кодових «слів», то ряд інших амінокислот, зокрема глутамінова кислота, гістидин і тирозин, мають по 2 кодону, а триптофан - тільки 1. Цілком допустимо тому припущення, що послідовність перших двох нуклеотидів визначає в основному специфічність кожного кодону, в той час як 3-й нуклеотид, очевидно, менш важливим є. Останнім часом з'явилися прихильники можливості існування гіпотези два з трьох, що означає, що код білкового синтезу, можливо, є квазі- або псевдодуплетним.