Властивості і принципи генетичного коду

1. Поняття генетичного коду

2. Властивості генетичного коду

Поняття генетичного коду

Генетііческій код - властивий всім живим організмам спосіб кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів. З моделі структури ДНК, запропонованої Уотсоном і Криком, випливало, що генетична інформація передається за допомогою якоїсь специфічної послідовності нуклеотидів в її молекулі.

Вперше ідея про існування генетичного коду сформульована А.Дауном і Дж.Гамовим в 1952-1954, які показали, що послідовність нуклеотидів, однозначно визначає синтез тієї чи іншої амінокислоти, повинна містити не менше трьох ланок. Пізніше було доведено, що така послідовність складається з трьох нуклеотидів, названих кодоном або кодоном. Оскільки молекули нуклеїнових кислот, на яких відбувається синтез мРНК або білка складаються із залишків тільки чотирьох різних нуклеотидів, кодонів, що відрізняються між собою, може бути всього 64.

У ДНК використовується чотири азотистих підстави - аденін (А), гуанін (G), цитозин (С), тимін (T), які в російськомовній літературі позначаються буквами А, Г, Ц і Т. Ці букви складають алфавіт генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тиміну, який замінений схожим нуклеотидом - урацілом, який позначається буквою U (У в російськомовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди шикуються в ланцюжки і, таким чином, виходять послідовності генетичних букв.

Генетичний код специфічний: це означає, що кожен кодон кодує тільки одну амінокислоту. Лише два кодони, що кодують валін (ГУГ) і метіонін (АУГ), здатні виконувати додаткові функції. Якщо вони знаходяться на початку зчитується області мРНК, до них приєднується транспортна РНК (тРНК), що несе формілметіонін, який завжди знаходиться на початку будується поліпептидного ланцюга, а по завершенні синтезу відщеплюється цілком або отщепляет формільний залишок, перетворюючись в залишок метіоніну. Таким чином, кодони ГУГ і АУГ-ініціатори синтезу поліпептидного ланцюга. Якщо ж вони не стоять першими, то не відрізняються за функціями від інших кодонів.

Для побудови білків в природі використовується 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або кілька ланцюжків амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність визначає будову білка, а отже всі його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для майже всіх живих організмів.

Реалізація генетичного коду в клітині відбувається в два етапи: транскрипцію і трансляцію.

Перший з них протікає в ядрі; він полягає в синтезі молекул і-РНК на відповідних ділянках ДНК. При цьому послідовність нуклеотидів ДНК "переписується" в нуклеотидну послідовність РНК. Другий етап протікає в цитоплазмі, на рибосомах; при цьому послідовність нуклеотидів і-РНК переводиться в послідовність амінокислот у білку: цей етап протікає за участю транспортної РНК (т-РНК) і відповідних ферментів.

Властивості і принципи генетичного коду.

Уявлення про загальні принципи і основні властивості генетичного коду були розроблені Ф. Криком в 1957-1965. Завдяки роботам X.Корани, X.Маттеі, М. Ніренберг і С.Очоа До 1966 був розшифрований нуклеотідний складу всіх кодонів.

Триплетність - значущою одиницею коду є поєднання трьох нуклеотидів (триплет, або кодон).

Безперервність - між триплетами немає розділових знаків, тобто інформація зчитується безперервно.

Однозначність (специфічність) - певний кодон відповідає тільки однієї амінокислоті

Генетичний код називають виродженим, оскільки 61 кодон кодує всього 20 амінокислот. Тому майже кожній амінокислоті відповідає більш ніж один кодон. Виродженість генетичного коду нерівномірна: для аргініну, серину і лейцину вона шестиразовий (тобто для кожної з цих амінокислот є по шість кодонів), тоді як для багатьох інших амінокислот (тирозину, гістидину, фенілаланіну і ін.) Лише дворазовим. Дві амінокислоти (метіонін і триптофан) представлені єдиними кодонами. Кодони-синоніми майже завжди відрізняються один від одного за останнім з трьох нуклеотидів, тоді як перші два збігаються. Таким чином, код амінокислоти визначається в основному першими двома "буквами". Виродженість генетичного коду має важливе значення для підвищення стійкості генетичної інформації.

З механізмами трансляції пов'язана ще одна особливість генетичного коду: він неперекривающійся. Кодони транслюються завжди цілком; для кодування неможливе використання елементів одного з них в поєднанні з елементами сусіднього. "Рамкою", що обмежує трансльований кодон і переміщається стрибком відразу на три нуклеотиду, служить антикодон тРНК, який являє собою триплет нуклеотидів, комплементарний одному з кодонів і обумовлює специфічність до нього. Таким чином, спостерігається лінійна відповідність між послідовністю кодують триплетів і розташуванням залишків амінокислот в синтезованих поліпептиді, тобто код має лінійний неперервні порядок зчитування.

Найважливіша властивість генетичного коду - його односпрямованість. Кодони інформативні тільки в тому випадку, якщо вони зчитуються в одному напрямку - від першого нуклеотиду до наступним.

Генетичний код універсальний для всіх живих істот. Можливі тільки невеликі видові зміни, що виникли, ймовірно, при еволюції і диференціювання клітин. Більшість з них пов'язано з виродженням коду і проявляється в переваг. використанні різних кодонів однієї і тієї ж амінокислоти і у відмінностях у структурі відповідних тРНК в різних організмах або в різних тканинах одного організму.

1) П. Л. Іванов. Ічасо М. Біологічний код, пров. з англ. М. тисячу дев'ятсот сімдесят один.