Генетический код объединяет последовательность нуклеотидов в ДНК и последовательность аминокислот в белках. Итак, для каждой аминокислоты существует свой кодон (кодовое слово) для перевода последовательности нуклеотидов в кодированную аминокислоту. Используя 4-буквенный алфавит нуклеотидных оснований ДНК (А, Г, Т, Ц), сделав лишь математические расчеты, можно предположить следующее:

 

1. Если аминокислота кодируется одной основой, то можно получить полипептидная цепь только с 4 разновидностей аминокислот (41 = 4).

 

2. Если предположить, что кодон для каждой аминокислоты содержит два подряд расположены нуклеотиды (дуплет), то возможны 42 = 16 сообщений (такого количества кодонов тоже недостаточно для кодирования 20 аминокислот). В этом случае полипептидная цепь состоял бы только из 16 разновидностей аминокислот.

 

3. Если взять комбинации по три нуклеотида (триплет), то получим 43 = 64 кодона, то есть с избытком. Триплетного природа генетического кода была подтверждена многочисленными экспериментами. Генетическая информация (порядок размещения нуклеотидов в гене ДНК) передается в процессе биосинтеза белков на мРНК. Процесс перевода (трансляции) с 4-буквенного нуклеотидного алфавита мРНК на 20-буквенный алфавит полипептидной цепи стал основой для расшифровки нуклеотидной-аминокислотного кода. После установки триплетности кода, необходимо было выяснить, какие нуклеотиды и в какой последовательности в триплет молекулы мРНК соответствуют различным аминокислотам. Решающая роль в расшифровке генетического кода принадлежит работам американских ученых М.Ниренберга, С.Очоа, М.Маттеи и др.. (1954-1961 гг.) Они в бесклеточной Билокси-нтезуючу систему, полученную из кишечной палочки, ввели искусственно синтезированную полиуридилову кислоту (уууу) как матрицу и добавили смесь из 20 аминокислот.

 

Выяснилось, что из 20 аминокислот в биосинтезе участвовал только фенилаланин, т.е. триплетом для этой аминокислоты можно считать три подряд расположены урацил (УУУ). В аналогичных экспериментах выяснилось, что при добавлении полицитидиловои кислоты кодируется пролин, полиадениловои - лизин, полигуаниловои - глицин. В дальнейшем, сочетая методы органической химии с ферментативными, в опытах были использованы искусственно синтезированы как гетерополинуклеотиды, так и тринуклеотиды с различным сочетанием пуриновых и пиримидиновых оснований. Так, например, тринуклеотид ГЦУ отвечал аминокислоте аланина. Таким образом, исследованиями М.Ниренберга, С.Очоа, Г.Корана, Р.Крика и др.. полностью расшифрован РНК - аминокислотный код (табл. 13). Итак, код или кодон - это триплет из трех подряд расположенных пуриновых или пиримидиновых оснований на мРНК, отвечающих за присоединение определенной аминокислоты в полипептидной цепи. В результате проведенных экспериментов были раскрыты все 64 триплеты, из них 61 триплет, будучи содержательными, соответствовали определенным аминокислотам, а три (УАА, УАГ, УГА), не кодировали аминокислот, названо «бессодержательными». Однако этим кодоном принадлежит важная роль в биосинтезе белка - они обеспечивают конец синтеза по-липептидного цепи (терминацию). Генетический код имеет следующие свойства: триплетнисть, вырожденность, неперекриваемисть, специфичность, универсальность, коллинеарность.

 

Как видно из таблицы, генетический код оказался вырожденным (избыточным), поскольку каждой аминокислоте (кроме метионина и триптофана) соответствует более одного кодона. Например, для глицина, аланина существует четыре, для серина - шесть, для многих других аминокислот - по два кодона. Исключением является кодон Ауа, который должен отвечать не изолейцина, а метионина, и кодон УГА (терминуючий), тогда как должен отвечать триптофана. В большинстве случаев триплеты, кодирующие одну и ту же аминокислоту, различаются лишь благодаря третьему нуклеотида в кодоне. Так, в кодонах аланина (ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ) первые два нуклеотида одинаковы, отличается лишь третий. Это повышает надежность функционирования белоксинтезирующей системы. Вырожденность кода сформировалась в процессе эволюции как фактор приспособления. Она делает надежной системе хранения и передачи генетической информации, особенно тогда, когда происходит мутация на мРНК и тРНК, т.е. вырожденность может свести к минимуму пагубное воздействие мутаций. Это подтверждается тем, что в случае изменения третья основа в 32 кодонах их содержание не меняется. В 26 кодонах содержание не меняется, если одна пуринового или пиримидиновых оснований заменяется на такие же другие.

 

Важным свойством генетического кода является его неперекривае-мость - каждый из триплетов не зависит от другого. Каждый из нуклеотидов кодона не может транслироваться в сочетании с другими триплетами. Ниже показана разница между триплетами, которые не перекрываются и перекрываются. Исключений из этого правила очень мало.

 

В 1975 г. в лаборатории Ф. Сэнгера обнаружили кодона, которые перекрывались, в бактериофага ФХ, где один ген полностью был расположен на участке другого.

 

Код не имеет сигналов разделения (знаков препинания), обозначающие начало одного или конец второго триплета. Поэтому приобретает исключительно большое значение определения начала считывания (рамки). Если сбита рамка считывания, может синтезироваться дефектный белок, имеет место, например, при воздействии отдельных антибиотиков на биосинтез белка у микроорганизмов и является причиной их гибели (например, стрептомицин и др..).

 

Код является специфическим - каждой аминокислоте соответствуют только определенные кодоны, которые не могут кодировать другие аминокислоты.

 

Коды коллинеарных, т.е. соблюдается соответствие линейной последовательности триплетов в мРНК и аминокислот в полипептиде.

 

Одно из важных свойств кода - его универсальность. Три-нуклеотиды, кодирующие одну и ту же аминокислоту, имеют одинаковый состав и последовательность для всех организмов (бактерий, растений, животных и человека).

 

Все вышеперечисленные свойства генетического кода характерны для всех живых организмов. Благодаря универсальности кода становится возможной генетическая инженерия (см. ниже). Тождество кода является доказательством эволюционного пути происхождения разных видов организмов. Хотя код универсален, одинаков для всех видов, возможны незначительные видовые отклонения, которые возникли в процессе эволюции и дифференциации. Незначительным исключением из правила универсальности кода является код синтеза белков, например, в митохондриях человека и дрожжевых клетках. Код митохондрий человека подобен вышесказанного (табл.13), только четыре триплеты имеют иной смысл: Ауа - кодирует метионин, УГА-триптофан, АГА и АГГ - бессодержательные (терминуючи). В кодонах дрожжевых клеток установлены те же изменения, что и для митохондрий человека. Неоднократно высказывалось мнение, что митохондрии - это «потомки» одноклеточного организма, который издавна вступил в симбиоз с еу-кариотичною клетки. В пользу этого предположения свидетельствует наличие в митохондрий особенностей бактериального кода, что должно учитываться при фармакотерапии некоторыми антибиотиками, которые вызывают нарушения в процессе биосинтеза белка в митохондриях человека и животных (например, левомицетин и др.)..


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+