Понятие о генетическом коде
Генетический код - это принцип записи информации о последовательности аминокислот белка в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК и РНК.
Свойства генетического кода.
1) Колинеальность
Последовательность нуклеотидов ДНК или РНК определяет собой последовательность аминокислот полипептида.
2) Триплетность
Кодовый знак, соответствующий одной аминокислоте, включает в себя три нуклеотида и называется триплет. Триплеты в молекулах ДНК и и-РНК называют кодонами, а комплементарные кодонам и-РНК триплеты т-РНК называют антикодонами.
3) Однозначность (специфичность)
Каждый триплет кодирует только один вид аминокислот.
4) Вырожденность
Одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами.
5) Непрерывность
Любой конкретный нуклеотид является членом только одного кодона, и никогда не входит в два кодона.
6) Универсальность
Генетический код един для всех живущих на земле организмов. У всех организмов одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.
7) Однонаправленность
Считывание кода в гене всегда происходит в одном направлении, начиная с одной точки.
8) Наличие в коде знаков пунктуации инициирующих кодонов. Инициирующими являются метиониновый (АУГ), валиновый (ГУГ) кодоны. Если они находятся в начале считывания последовательностей и-РНК при трансляции, а ответственность за окончание биосинтеза кодонов несут УАА, УАГ, УГА. Их называют нонсенс-кодоны, стоп-кодоны, кодоны-терминаторы. Они отделяют один ген от другого.
9) Внутри отдельного гена отсутствие знаков пунктуации.
10) Помеха устойчивости.
Однако, считается, что кодирование не всегда происходит с абсолютной точностью. Определенный уровень ложного кодирования запрограммирован эволюционно и в тех случаях, когда вследствие мутации изменен один из кодонов и-РНК, он может транслироваться, как неизмененный («ложь во спасение»). Это помогает клеткам выжить в неблагоприятных условиях. Все основные свойства генетического кода были выявлены в 1961 году в экспериментах английского физика и генетика Френсиса Крика и американского биохимика и генетика Синди Зигфрида Бреннера.
Расшифровка генетического кода.
То есть нахождение соответствия между кодонами и аминокислотами было осуществлено в период 1961-1965 г.г. в работах американских биохимиков М.У. Ниренберга, С.Очоа и американского молекулярного генетика Х. Корана.
В середине 50-х годов Очоа выделил из клеток бактерий фермент полинуклеотидфосфорилазу, способный синтезировать полирибонуклеотиды из нуклеозиддифосфатов. Фермент не нуждался в матрице и состав синтезируемого полирибонуклеотида определялся соотношением нуклеозиддифосфатов в реакционной смеси.
В 1961 г. Ниренберг использовал этот фермент для синтеза искусственной РНК, в которой повторялось одно основание - урацил полиуридиновой кислоты (поли-У). когда эта кислота была добавлена в бесклеточную систему кишечной палочки, способной к белковому синтезу. Был получен полипептид - полифенилаланин. Был сделан вывод, что последовательность УУУ кодирует фенилаланин. Также были синтезированы и другие гомополирибонуклеотиды и определено кодирование еще нескольких аминокислот.
Далее испытывали полирибонуклеотиды, состоящие из повторяющихся динуклеотидов и т.д. За четыре года в лабораториях Ниренберга и Очоа был выяснен состав большинства кодонов, но определить последовательность нуклеотидов в кодонах этот способ не позволял. Ее удалось определить при помощи двух различных методов:
Хар Корана с сотрудниками разработал метод химического синтеза ДНК-подобных полимеров с заданной последовательностью нуклеотидов, применяя такие полидезоксирибонуклеотиды в качестве матрицы для синтеза и-РНК при помощи ДНК-зависимой РНК-полимеразы можно было получить РНК с заранее известной последовательностью нуклеотидов и использовать ее в бесклеточной системе белкового синтеза.
Второй метод, предложенный Ниренбергом, был основан на том, что промежуточными продуктами в синтезе белка являются связанные с т-РНК аминокислотами. Молекулы т-РНК поставляют аминокислотные остатки в растущую полипептидную цепь в соответствии с кодонами и-РНК, находящейся на рибосоме. Ученые убедились в том, что одного триплета на рибосоме достаточно для связывания т-РНК с рибосомами. Тринуклеотидные матрицы с определенным чередованием оснований были использованы для изучения связывания с рибосомами т-РНК с определенными аминокислотами. В результате использования описанных выше методов в 1965 году был составлен словарь генетического кода.
Реализация генетического кода в клетках, то есть синтез белка, кодируемого геном (экпрессия гена), осуществляется с помощью двух сложных последовательных матричных процессов: транскрипции и трансляции.
