¿Qué significa el código genético? Código en Código: Segundo Código Genético Revelado

- un sistema unificado para registrar información hereditaria en moléculas de ácido nucleico en forma de secuencia de nucleótidos. El código genético se basa en el uso de un alfabeto que consta de solo cuatro letras de nucleótidos que se diferencian en las bases nitrogenadas: A, T, G, C.

Las principales propiedades del código genético son las siguientes:

1. El código genético es triplete. Un triplete (codón) es una secuencia de tres nucleótidos que codifica un aminoácido. Dado que las proteínas contienen 20 aminoácidos, es obvio que cada uno de ellos no puede ser codificado por un nucleótido (dado que solo hay cuatro tipos de nucleótidos en el ADN, en este caso quedan 16 aminoácidos sin codificar). Dos nucleótidos para codificar aminoácidos tampoco son suficientes, ya que en este caso solo se pueden codificar 16 aminoácidos. Esto significa que el número más pequeño de nucleótidos que codifican un aminoácido es tres. (En este caso, el número de posibles tripletes de nucleótidos es 4 3 = 64).

2. La redundancia (degeneración) del código es consecuencia de su naturaleza de triplete y significa que un aminoácido puede ser codificado por varios tripletes (ya que hay 20 aminoácidos y 64 tripletes). Las excepciones son la metionina y el triptófano, que están codificados por un solo triplete. Además, algunos trillizos realizan funciones específicas. Entonces, en una molécula de ARNm, tres de ellos, UAA, UAG, UGA, son codones de terminación, es decir, señales de parada que detienen la síntesis de la cadena polipeptídica. El triplete correspondiente a la metionina (AUG), que se encuentra al comienzo de la cadena de ADN, no codifica un aminoácido, pero realiza la función de iniciar (excitar) la lectura.

3. Simultáneamente con la redundancia, el código tiene la propiedad de no ambigüedad, lo que significa que cada codón corresponde a un solo aminoácido específico.

4. El código es colineal, es decir La secuencia de nucleótidos de un gen coincide exactamente con la secuencia de aminoácidos de una proteína.

5. El código genético no se superpone y es compacto, es decir, no contiene "signos de puntuación". Esto significa que el proceso de lectura no permite la posibilidad de superposición de columnas (tripletes) y, a partir de un determinado codón, la lectura se triplica de forma continua hasta llegar a las señales de parada (codones de terminación). Por ejemplo, en el ARNm siguiente secuencia Las bases nitrogenadas AUGGUGTSUUAAAUGUG serán leídas únicamente por dichos tripletes: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG, y no AUG, UGG, GGU, GUG, etc. o AUG, GGU, UGC, CUU, etc. o algún otro o en un forma (por ejemplo, codón AUG, signo de puntuación G, codón UHC, signo de puntuación Y, etc.).

6. El código genético es universal, es decir, los genes nucleares de todos los organismos codifican información sobre las proteínas de la misma manera, independientemente del nivel de organización y la posición sistemática de estos organismos.

El código genético es un sistema de registro de información hereditaria en moléculas de ácido nucleico, basado en una cierta alternancia de secuencias de nucleótidos en el ADN o el ARN que forman codones correspondientes a aminoácidos en una proteína.

Propiedades del código genético.

El código genético tiene varias propiedades.

Triplicidad.

Degeneración o redundancia.

Unambigüedad.

Polaridad.

No superpuesto.

Compacidad.

Versatilidad.

Cabe señalar que algunos autores también ofrecen otras propiedades del código relacionadas con las características químicas de los nucleótidos incluidos en el código o con la frecuencia de aparición de aminoácidos individuales en las proteínas del cuerpo, etc. Sin embargo, estas propiedades se derivan de las anteriores, por lo que las consideraremos allí.

una. Triplicidad. El código genético, como muchos sistemas organizados de manera compleja, tiene la unidad estructural y funcional más pequeña. Un triplete es la unidad estructural más pequeña del código genético. Consta de tres nucleótidos. Un codón es la unidad funcional más pequeña del código genético. Como regla general, los tripletes de ARNm se denominan codones. En el código genético, un codón realiza varias funciones. Primero, su función principal es que codifica para un aminoácido. En segundo lugar, es posible que un codón no codifique un aminoácido, pero en este caso tiene una función diferente (ver más abajo). Como puede verse en la definición, un triplete es un concepto que caracteriza elemental unidad estructural código genético (tres nucleótidos). el codón caracteriza unidad semántica elemental genoma: tres nucleótidos determinan la unión a la cadena polipeptídica de un aminoácido.

La unidad estructural elemental primero fue descifrada teóricamente, y luego su existencia fue confirmada experimentalmente. De hecho, 20 aminoácidos no pueden ser codificados por uno o dos nucleótidos. los últimos son solo 4. Tres de cuatro nucleótidos dan 4 3 = 64 variantes, lo que cubre con creces el número de aminoácidos presentes en los organismos vivos (ver Tabla 1).

Las combinaciones de nucleótidos presentadas en la Tabla 64 tienen dos características. Primero, de las 64 variantes de tripletes, solo 61 son codones y codifican algún aminoácido, se les llama sentido codones. Tres tripletes no codifican

los aminoácidos a son señales de parada que marcan el final de la traducción. Hay tres de esos trillizos. UAA, UAG, UGA, también se denominan "sin sentido" (codones sin sentido). Como resultado de una mutación, que está asociada con el reemplazo de un nucleótido en un triplete con otro, puede surgir un codón sin sentido a partir de un codón con sentido. Este tipo de mutación se llama mutación sin sentido. Si se forma una señal de parada de este tipo dentro del gen (en su parte informativa), durante la síntesis de proteínas en este lugar, el proceso se interrumpirá constantemente; solo se sintetizará la primera parte (antes de la señal de parada) de la proteína. Una persona con tal patología experimentará una falta de proteínas y experimentará síntomas asociados con esta falta. Por ejemplo, este tipo de mutación se encontró en el gen que codifica la cadena beta de la hemoglobina. Se sintetiza una cadena de hemoglobina inactiva acortada, que se destruye rápidamente. Como resultado, se forma una molécula de hemoglobina desprovista de una cadena beta. Está claro que es poco probable que tal molécula cumpla completamente con sus funciones. Una enfermedad grave se desarrolla de acuerdo con el tipo anemia hemolítica(talasemia beta-cero, de la palabra griega "Talas" - el mar Mediterráneo, donde se descubrió por primera vez esta enfermedad).

El mecanismo de acción de los codones de parada es diferente del mecanismo de acción de los codones sentido. Esto se deriva del hecho de que para todos los codones que codifican aminoácidos, se encontraron los ARNt correspondientes. No se encontraron ARNt para codones sin sentido. Por lo tanto, el ARNt no participa en el proceso de detener la síntesis de proteínas.

codónAGO (a veces GUG en bacterias) no solo codifica el aminoácido metionina y valina, sino que también esiniciador de la transmisión .

b. Degeneración o redundancia.

61 de los 64 tripletes codifican 20 aminoácidos. Este triple exceso del número de tripletes sobre el número de aminoácidos sugiere que se pueden utilizar dos opciones de codificación en la transferencia de información. En primer lugar, no todos los 64 codones pueden participar en la codificación de 20 aminoácidos, sino solo 20, y en segundo lugar, los aminoácidos pueden estar codificados por varios codones. Los estudios han demostrado que la naturaleza utilizó la última opción.

Su preferencia es clara. Si solo 20 de las 64 variantes de triplete estuvieran involucradas en la codificación de aminoácidos, entonces 44 tripletes (de 64) permanecerían sin codificación, es decir, sin sentido (codones sin sentido). Anteriormente, señalamos cuán peligrosa para la vida de una célula es la transformación de un triplete de codificación como resultado de una mutación en un codón sin sentido; esto viola significativamente trabajo normal ARN polimerasa, lo que en última instancia conduce al desarrollo de enfermedades. Actualmente hay tres codones sin sentido en nuestro genoma, y ​​ahora imagina lo que sucedería si el número de codones sin sentido aumentara unas 15 veces. Está claro que en tal situación la transición de codones normales a codones sin sentido será inmensamente mayor.

Un código en el que un aminoácido está codificado por varios tripletes se denomina degenerado o redundante. Casi todos los aminoácidos tienen varios codones. Entonces, el aminoácido leucina puede ser codificado por seis tripletes: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. La valina está codificada por cuatro tripletes, la fenilalanina por dos y solo triptófano y metionina codificado por un codón. La propiedad que está asociada con el registro de la misma información con diferentes caracteres se llama degeneración.

El número de codones asignados a un aminoácido se correlaciona bien con la frecuencia de aparición del aminoácido en las proteínas.

Y esto probablemente no sea accidental. Cómo más frecuencia la frecuencia de aparición de un aminoácido en una proteína, cuanto más a menudo esté presente el codón de este aminoácido en el genoma, mayor será la probabilidad de que se dañe por factores mutagénicos. Por lo tanto, está claro que es más probable que un codón mutado codifique el mismo aminoácido si está muy degenerado. Desde estas posiciones, la degeneración del código genético es un mecanismo que protege al genoma humano del daño.

Cabe señalar que el término degeneración también se usa en genética molecular en otro sentido. Dado que la mayor parte de la información en el codón recae en los dos primeros nucleótidos, la base en la tercera posición del codón resulta ser de poca importancia. Este fenómeno se denomina “degeneración de la tercera base”. Esta última característica minimiza el efecto de las mutaciones. Por ejemplo, se sabe que la función principal de los glóbulos rojos es el transporte de oxígeno de los pulmones a los tejidos y de dióxido de carbono de los tejidos a los pulmones. Esta función la lleva a cabo el pigmento respiratorio, la hemoglobina, que llena todo el citoplasma del eritrocito. Consiste en una parte de proteína, la globina, que está codificada por el gen correspondiente. Además de proteínas, la hemoglobina contiene hemo, que contiene hierro. Las mutaciones en los genes de las globinas conducen a la aparición de diferentes variantes de hemoglobinas. Muy a menudo, las mutaciones se asocian con sustitución de un nucleótido por otro y aparición de un nuevo codón en el gen, que puede codificar un nuevo aminoácido en la cadena polipeptídica de la hemoglobina. En un triplete, como resultado de una mutación, cualquier nucleótido puede ser reemplazado: el primero, el segundo o el tercero. Se sabe que varios cientos de mutaciones afectan la integridad de los genes de globina. Cerca 400 de los cuales están asociados con la sustitución de nucleótidos individuales en el gen y la correspondiente sustitución de aminoácidos en el polipéptido. De estos, solo 100 las sustituciones conducen a la inestabilidad de la hemoglobina y varios tipos de enfermedades, desde leves hasta muy graves. 300 (aproximadamente 64%) mutaciones de sustitución no afectan la función de la hemoglobina y no conducen a patología. Una de las razones de esto es la "degeneración de la tercera base" mencionada anteriormente, cuando el reemplazo del tercer nucleótido en el triplete que codifica serina, leucina, prolina, arginina y algunos otros aminoácidos conduce a la aparición de un codón sinónimo. codificando el mismo aminoácido. Fenotípicamente, tal mutación no se manifestará. Por el contrario, cualquier reemplazo del primer o segundo nucleótido en un triplete en el 100% de los casos conduce a la aparición de una nueva variante de hemoglobina. Pero incluso en este caso, puede que no haya trastornos fenotípicos graves. La razón de esto es la sustitución de un aminoácido de la hemoglobina por otro similar al primero en cuanto a propiedades fisicoquímicas. Por ejemplo, si se reemplaza un aminoácido con propiedades hidrofílicas por otro aminoácido, pero con las mismas propiedades.

La hemoglobina consiste en un grupo de porfirina de hierro de hemo (las moléculas de oxígeno y dióxido de carbono están unidas a él) y una proteína: la globina. La hemoglobina adulta (HbA) contiene dos idénticos - cadenas y dos -cadenas. Molécula -la cadena contiene 141 residuos de aminoácidos, - cadena - 146, - y Las cadenas se diferencian en muchos residuos de aminoácidos. La secuencia de aminoácidos de cada cadena de globina está codificada por su propio gen. La codificación del gen - la cadena se encuentra en el brazo corto del cromosoma 16, -gen - en el brazo corto del cromosoma 11. Cambio en la codificación del gen - la cadena de hemoglobina del primer o segundo nucleótido casi siempre conduce a la aparición de nuevos aminoácidos en la proteína, alteración de las funciones de la hemoglobina y consecuencias severas para el paciente Por ejemplo, reemplazar "C" en uno de los tripletes CAU (histidina) con "U" conducirá a la aparición de un nuevo triplete UAU que codifica otro aminoácido: tirosina. Fenotípicamente, esto se manifestará en una enfermedad grave.. A reemplazo similar en la posición 63 La cadena del polipéptido de histidina a tirosina desestabilizará la hemoglobina. Se desarrolla la enfermedad metahemoglobinemia. Cambio, como resultado de mutación, de ácido glutámico a valina en la 6ª posición cadena es la causa de una enfermedad grave - anemia de células falciformes. No sigamos con la triste lista. Solo notamos que al reemplazar los dos primeros nucleótidos, un aminoácido puede aparecer similar en propiedades fisicoquímicas al anterior. Así, la sustitución del segundo nucleótido en uno de los tripletes que codifican ácido glutámico (GAA) en -la cadena en “Y” conduce a la aparición de un nuevo triplete (GUA) que codifica valina, y el reemplazo del primer nucleótido con “A” forma un triplete AAA que codifica el aminoácido lisina. El ácido glutámico y la lisina tienen propiedades fisicoquímicas similares: ambos son hidrofílicos. La valina es un aminoácido hidrofóbico. Por lo tanto, el reemplazo del ácido glutámico hidrofílico con valina hidrofóbica cambia significativamente las propiedades de la hemoglobina, lo que finalmente conduce al desarrollo de anemia de células falciformes, mientras que el reemplazo del ácido glutámico hidrofílico con lisina hidrofílica cambia la función de la hemoglobina en menor medida: los pacientes desarrollar forma leve anemia. Como resultado del reemplazo de la tercera base, el nuevo triplete puede codificar los mismos aminoácidos que el anterior. Por ejemplo, si el uracilo fue reemplazado por citosina en el triplete CAH y surgió un triplete CAC, entonces prácticamente no se detectarán cambios fenotípicos en una persona. Esto es comprensible, porque Ambos tripletes codifican el mismo aminoácido, histidina.

En conclusión, es oportuno enfatizar que la degeneración del código genético y la degeneración de la tercera base desde una posición biológica general son mecanismos protectores que se incorporan en la evolución en la estructura única del ADN y el ARN.

en. Unambigüedad.

Cada triplete (excepto los que no tienen sentido) codifica solo un aminoácido. Así, en la dirección del codón - aminoácido, el código genético es inequívoco, en la dirección del aminoácido - codón - es ambiguo (degenerado).

inequívoco

aminoácido codón

degenerar

Y en este caso, la necesidad de ausencia de ambigüedad en el código genético es obvia. En otra variante, durante la traducción de un mismo codón, se insertarían diferentes aminoácidos en la cadena de la proteína y, como resultado, se formarían proteínas con diferentes estructuras primarias y diferentes funciones. El metabolismo de la célula cambiaría al modo de operación "un gen - varios polipéptidos". Está claro que en tal situación la función reguladora de los genes se perdería por completo.

G. Polaridad

La lectura de información del ADN y del ARNm ocurre solo en una dirección. La polaridad es fundamental para definir estructuras de orden superior (secundario, terciario, etc.). Anteriormente hablamos sobre el hecho de que las estructuras de orden inferior determinan las estructuras de orden superior. La estructura terciaria y las estructuras de orden superior en las proteínas se forman inmediatamente tan pronto como la cadena de ARN sintetizada se aleja de la molécula de ADN o la cadena polipeptídica se aleja del ribosoma. Mientras que el extremo libre del ARN o polipéptido adquiere una estructura terciaria, el otro extremo de la cadena continúa sintetizándose en el ADN (si se transcribe ARN) o en el ribosoma (si se transcribe polipéptido).

Por lo tanto, el proceso unidireccional de lectura de información (en la síntesis de ARN y proteína) es fundamental no solo para determinar la secuencia de nucleótidos o aminoácidos en la sustancia sintetizada, sino para la determinación rígida de secundaria, terciaria, etc. estructuras

e. No superposición.

El código puede o no superponerse. En la mayoría de los organismos, el código no se superpone. Se ha encontrado un código superpuesto en algunos fagos.

La esencia de un código que no se superpone es que el nucleótido de un codón no puede ser el nucleótido de otro codón al mismo tiempo. Si el código se superpusiera, entonces la secuencia de siete nucleótidos (GCUGCUG) podría codificar no dos aminoácidos (alanina-alanina) (Fig. 33, A) como en el caso de un código no superpuesto, sino tres (si un nucleótido es común) (Fig. 33, B) o cinco (si dos nucleótidos son comunes) (ver Fig. 33, C). En los dos últimos casos, una mutación de cualquier nucleótido daría lugar a una violación en la secuencia de dos, tres, etc. aminoácidos.

Sin embargo, se ha encontrado que una mutación de un nucleótido siempre interrumpe la inclusión de un aminoácido en un polipéptido. Este es un argumento importante a favor del hecho de que el código no se superpone.

Expliquemos esto en la Figura 34. Las líneas en negrita muestran trillizos que codifican aminoácidos en el caso de código superpuesto y no superpuesto. Los experimentos han demostrado sin ambigüedades que el código genético no se superpone. Sin entrar en los detalles del experimento, notamos que si reemplazamos el tercer nucleótido en la secuencia de nucleótidos (ver Fig. 34)A (marcado con un asterisco) a algún otro entonces:

1. Con un código no superpuesto, la proteína controlada por esta secuencia tendría un reemplazo para un (primer) aminoácido (marcado con asteriscos).

2. Con un código superpuesto en la opción A, se produciría un reemplazo en dos (primero y segundo) aminoácidos (marcados con asteriscos). Bajo la opción B, la sustitución afectaría a tres aminoácidos (marcados con asteriscos).

Sin embargo, numerosos experimentos han demostrado que cuando se rompe un nucleótido en el ADN, la proteína siempre afecta solo a un aminoácido, lo cual es típico para un código que no se superpone.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCC CUG

*** *** *** *** *** ***

Alanina - Alanina Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

código no superpuesto código superpuesto

Arroz. 34. Esquema explicativo de la presencia de un código no superpuesto en el genoma (explicación en el texto).

La no superposición del código genético está asociada con otra propiedad: la lectura de la información comienza desde un punto determinado: la señal de iniciación. Tal señal de iniciación en el ARNm es el codón que codifica la metionina AUG.

Cabe señalar que una persona todavía tiene una pequeña cantidad de genes que se desvían de regla general y se superponen.

E. Compacidad.

No hay signos de puntuación entre los codones. En otras palabras, los tripletes no están separados entre sí, por ejemplo, por un nucleótido sin sentido. La ausencia de "signos de puntuación" en el código genético ha sido comprobada en experimentos.

y. Versatilidad.

El código es el mismo para todos los organismos que viven en la Tierra. La prueba directa de la universalidad del código genético se obtuvo comparando las secuencias de ADN con las correspondientes secuencias de proteínas. Resultó que se utilizan los mismos conjuntos de valores de código en todos los genomas bacterianos y eucariotas. Hay excepciones, pero no muchas.

Las primeras excepciones a la universalidad del código genético se encontraron en las mitocondrias de algunas especies animales. Esto se refería al codón terminador UGA, que decía lo mismo que el codón UGG que codifica el aminoácido triptófano. También se han encontrado otras desviaciones más raras de la universalidad.

Sistema de código de ADN.

El código genético del ADN consta de 64 tripletes de nucleótidos. Estos tripletes se llaman codones. Cada codón codifica uno de los 20 aminoácidos utilizados en la síntesis de proteínas. Esto da cierta redundancia en el código: la mayoría de los aminoácidos están codificados por más de un codón.
Un codón realiza dos funciones interrelacionadas: señala el comienzo de la traducción y codifica la incorporación del aminoácido metionina (Met) en la cadena polipeptídica en crecimiento. El sistema de código de ADN está diseñado para que el código genético pueda expresarse como codones de ARN o como codones de ADN. Los codones de ARN ocurren en el ARN (ARNm) y estos codones pueden leer información durante la síntesis de polipéptidos (un proceso llamado traducción). Pero cada molécula de ARNm adquiere una secuencia de nucleótidos en la transcripción del gen correspondiente.

Todos menos dos aminoácidos (Met y Trp) pueden codificarse mediante 2 a 6 codones diferentes. Sin embargo, el genoma de la mayoría de los organismos muestra que ciertos codones se ven favorecidos sobre otros. En humanos, por ejemplo, la alanina es codificada por GCC cuatro veces más que en GCG. Esto probablemente indica una mayor eficiencia de traducción del aparato de traducción (p. ej., el ribosoma) para algunos codones.

El código genético es casi universal. Los mismos codones se asignan al mismo tramo de aminoácidos y las mismas señales de inicio y fin son abrumadoramente las mismas en animales, plantas y microorganismos. Sin embargo, se han encontrado algunas excepciones. La mayoría de estos implican asignar uno o dos de los tres codones de parada a un aminoácido.

El código genético es una codificación especial de información hereditaria con la ayuda de moléculas.En base a esto, los genes controlan adecuadamente la síntesis de proteínas y enzimas en el cuerpo, determinando así el metabolismo. A su vez, la estructura de las proteínas individuales y sus funciones están determinadas por la ubicación y composición de los aminoácidos, las unidades estructurales de la molécula de proteína.

A mediados del siglo pasado se identificaron genes que son secciones separadas (abreviado como ADN). Los enlaces de nucleótidos forman una doble cadena característica, ensamblada en forma de espiral.

Los científicos han encontrado una conexión entre los genes y la estructura química de las proteínas individuales, cuya esencia es que el orden estructural de los aminoácidos en las moléculas de proteína corresponde completamente al orden de los nucleótidos en el gen. Habiendo establecido esta conexión, los científicos decidieron descifrar el código genético, es decir. establecer las leyes de correspondencia entre los órdenes estructurales de los nucleótidos en el ADN y los aminoácidos en las proteínas.

Sólo hay cuatro tipos de nucleótidos:

1) A - adenilo;

2) G - guanilo;

3) T - timidilo;

4) C - citidilo.

Las proteínas contienen veinte tipos de aminoácidos esenciales. Surgieron dificultades para descifrar el código genético, ya que hay muchos menos nucleótidos que aminoácidos. Al resolver este problema, se sugirió que los aminoácidos están codificados por varias combinaciones de tres nucleótidos (el llamado codón o triplete).

Además, era necesario explicar exactamente cómo se ubican los tripletes a lo largo del gen. Así, surgieron tres grupos principales de teorías:

1) los trillizos se suceden continuamente, es decir, formar un código continuo;

2) los tripletes están dispuestos con alternancia de secciones "sin sentido", es decir las llamadas "comas" y "párrafos" se forman en el código;

3) los tripletes pueden superponerse, es decir, el final del primer triplete puede formar el comienzo del siguiente.

Actualmente, se utiliza principalmente la teoría de la continuidad del código.

El código genético y sus propiedades.

1) El código es triplete: consiste en combinaciones arbitrarias de tres nucleótidos que forman codones.

2) El código genético es redundante - sus trillizos. Un aminoácido puede estar codificado por varios codones, ya que, según cálculos matemáticos, hay tres veces más codones que aminoácidos. Algunos codones realizan ciertas funciones de terminación: algunos pueden ser "señales de parada" que programan el final de la producción de una cadena de aminoácidos, mientras que otros pueden indicar el inicio de la lectura del código.

3) El código genético es inequívoco: solo un aminoácido puede corresponder a cada uno de los codones.

4) El código genético es colineal, es decir la secuencia de nucleótidos y la secuencia de aminoácidos se corresponden claramente entre sí.

5) El código está escrito de forma continua y compacta, no contiene nucleótidos "sin sentido". Comienza con un determinado triplete, que se reemplaza por el siguiente sin interrupción y termina con un codón de terminación.

6) El código genético es universal: los genes de cualquier organismo codifican información sobre proteínas exactamente de la misma manera. Esto no depende del nivel de complejidad de la organización del organismo o de su posición sistémica.

ciencia moderna sugiere que el código genético surge directamente del nacimiento de un nuevo organismo a partir de materia ósea. Los cambios aleatorios y los procesos evolutivos hacen posible cualquier variante del código, es decir, Los aminoácidos se pueden reorganizar en cualquier orden. ¿Por qué este tipo de código sobrevivió en el curso de la evolución, por qué el código es universal y tiene una estructura similar? Cuanto más aprende la ciencia sobre el fenómeno del código genético, más misterios nuevos surgen.

Gracias al proceso de transcripción en una célula, la información se transfiere del ADN a la proteína: ADN - i-ARN - proteína. La información genética contenida en el ADN y el ARNm está contenida en la secuencia de nucleótidos en las moléculas. ¿Cómo se lleva a cabo la traducción de la información del "lenguaje" de los nucleótidos al "lenguaje" de los aminoácidos? Esta traducción se lleva a cabo utilizando el código genético. Un código, o cifrado, es un sistema de símbolos para traducir una forma de información a otra. El código genético es un sistema para registrar información sobre la secuencia de aminoácidos en las proteínas utilizando la secuencia de nucleótidos en el ARN mensajero. La importancia de la secuencia de los mismos elementos (cuatro nucleótidos en el ARN) para comprender y preservar el significado de la información se puede ver con un ejemplo simple: al reorganizar las letras en el código de la palabra, obtenemos una palabra con un significado diferente: doc. ¿Cuáles son las propiedades del código genético?

1. El código es triplete. El ARN consta de 4 nucleótidos: A, G, C, U. Si intentáramos designar un aminoácido con un nucleótido, entonces 16 de 20 aminoácidos permanecerían sin cifrar. Un código de dos letras codificaría 16 aminoácidos (a partir de cuatro nucleótidos se pueden hacer 16 combinaciones diferentes, cada una de las cuales tiene dos nucleótidos). La naturaleza ha creado un código de tres letras o triplete. Esto significa que cada uno de los 20 aminoácidos está codificado por una secuencia de tres nucleótidos llamada triplete o codón. A partir de 4 nucleótidos, puedes crear 64 combinaciones diferentes de 3 nucleótidos cada una (4*4*4=64). Esto es más que suficiente para codificar 20 aminoácidos y, al parecer, 44 codones son superfluos. Sin embargo, no lo es.

2. El código es degenerado. Esto significa que cada aminoácido está codificado por más de un codón (de dos a seis). Las excepciones son los aminoácidos metionina y triptófano, cada uno de los cuales está codificado por un solo triplete. (Esto se puede ver en la tabla del código genético). El hecho de que la metionina esté codificada por un triplete OUT tiene un significado especial, que se aclarará más adelante (16).

3. El código es inequívoco. Cada codón codifica para un solo aminoácido. En todas las personas sanas, en el gen que lleva información sobre la cadena beta de la hemoglobina, el triplete GAA o GAG, I, que ocupa el sexto lugar, codifica el ácido glutámico. En pacientes con anemia de células falciformes, el segundo nucleótido de este triplete se reemplaza por U. Como puede verse en la tabla, los tripletes GUA o GUG, que se forman en este caso, codifican el aminoácido valina. A qué conduce tal reemplazo, ya lo sabe de la sección sobre ADN.

4. Hay "signos de puntuación" entre los genes. En el texto impreso, hay un punto al final de cada frase. Varias frases relacionadas forman un párrafo. En el lenguaje de la información genética, tal párrafo es un operón y su ARNm complementario. Cada gen en el operón codifica una cadena polipeptídica: una frase. Dado que en varios casos se crean secuencialmente varias cadenas polipeptídicas diferentes a lo largo de la plantilla de ARNm, deben separarse entre sí. Para esto, hay tres tripletes especiales en el código genético: UAA, UAG, UGA, cada uno de los cuales indica el cese de la síntesis de una cadena polipeptídica. Así, estos tresillos cumplen la función de signos de puntuación. Están al final de cada gen. No hay "signos de puntuación" dentro del gen. Dado que el código genético es como un lenguaje, analicemos esta propiedad usando el ejemplo de una frase compuesta de trillizos: el gato vivía tranquilo, ese gato estaba enojado conmigo. El significado de lo que está escrito es claro, a pesar de la ausencia de "signos de puntuación". Si eliminamos una letra en la primera palabra (un nucleótido en el gen), pero también leemos en triples de letras, obtenemos una tontería: ilb ylk ott ihb yls yls erm ilm no otk from ocurre cuando faltan uno o dos nucleótidos en el gen. La proteína que se leerá de un gen dañado no tendrá nada que ver con la proteína codificada por el gen normal.

6. El código es universal. El código genético es el mismo para todas las criaturas que viven en la Tierra. En bacterias y hongos, trigo y algodón, peces y gusanos, ranas y humanos, los mismos tripletes codifican los mismos aminoácidos.

CÓDIGO GENÉTICO, un sistema para registrar información hereditaria en forma de una secuencia de bases de nucleótidos en moléculas de ADN (en algunos virus - ARN), que determina la estructura primaria (disposición de residuos de aminoácidos) en moléculas de proteína (polipéptidos). El problema del código genético se formuló tras probar el papel genético del ADN (microbiólogos estadounidenses O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) y descifrar su estructura (J. Watson, F. Crick, 1953), tras establecer que los genes determinan la estructura y funciones de las enzimas (el principio de "un gen, una enzima" de J. Beadle y E. Tatema, 1941) y que existe una dependencia de la estructura espacial y la actividad de una proteína en su estructura primaria (F. Senger, 1955). La cuestión de cómo las combinaciones de 4 bases de ácidos nucleicos determinan la alternancia de 20 residuos de aminoácidos comunes en los polipéptidos fue planteada por primera vez por G. Gamow en 1954.

Con base en un experimento en el que se estudiaron las interacciones de inserciones y deleciones de un par de nucleótidos, en uno de los genes del bacteriófago T4, F. Crick y otros científicos en 1961 determinaron propiedades generales código genético: triplete, es decir, cada residuo de aminoácido en la cadena polipeptídica corresponde a un conjunto de tres bases (triplete o codón) en el ADN del gen; la lectura de codones dentro de un gen va desde un punto fijo, en una dirección y "sin comas", es decir, los codones no están separados por ningún signo entre sí; degeneración o redundancia: el mismo residuo de aminoácido puede codificar varios codones (codones sinónimos). Los autores sugirieron que los codones no se superponen (cada base pertenece a un solo codón). Se continuó con el estudio directo de la capacidad de codificación de los trillizos utilizando un sistema de síntesis de proteínas libres de células bajo el control del ARN mensajero (ARNm) sintético. Para 1965, el código genético fue completamente descifrado en los trabajos de S. Ochoa, M. Nirenberg y H. G. Korana. Desentrañar el misterio del código genético fue uno de los logros sobresalientes de la biología en el siglo XX.

La implementación del código genético en la célula ocurre en el curso de dos procesos de matriz: transcripción y traducción. El mediador entre un gen y una proteína es el ARNm, que se forma durante la transcripción en una de las cadenas de ADN. En este caso, la secuencia de bases de ADN, que contiene información sobre la estructura primaria de la proteína, se "reescribe" en forma de secuencia de bases de ARNm. Luego, durante la traducción en los ribosomas, el ARN de transferencia (ARNt) lee la secuencia de nucleótidos del ARNm. Estos últimos tienen un extremo aceptor, al que se une un residuo de aminoácido, y un extremo adaptador, o anticodón triplete, que reconoce el codón de ARNm correspondiente. La interacción de codón y anticodón se produce sobre la base del apareamiento de bases complementarias: Adenina (A) - Uracilo (U), Guanina (G) - Citosina (C); en este caso, la secuencia de bases del ARNm se traduce en la secuencia de aminoácidos de la proteína sintetizada. Diferentes organismos usan diferentes codones sinónimos para el mismo aminoácido en diferentes frecuencias. La lectura del ARNm que codifica la cadena polipeptídica comienza (se inicia) a partir del codón AUG correspondiente al aminoácido metionina. Menos comúnmente en procariotas, los codones de iniciación son GUG (valina), UUG (leucina), AUU (isoleucina), en eucariotas - UUG (leucina), AUA (isoleucina), ACG (treonina), CUG (leucina). Esto establece el llamado marco, o fase, de lectura durante la traducción, es decir, luego la secuencia de nucleótidos completa del ARNm se lee triple por triplete del ARNt hasta que cualquiera de los tres codones de terminación, a menudo llamados codones de parada, se encuentra en el ARNm: UAA, UAG, UGA (tabla). La lectura de estos tripletes conduce a la finalización de la síntesis de la cadena polipeptídica.

Los codones AUG y de terminación están ubicados al principio y al final de las regiones de ARNm que codifican los polipéptidos, respectivamente.

El código genético es casi universal. Esto significa que existen pequeñas variaciones en el significado de algunos codones en diferentes objetos, y esto concierne, en primer lugar, a los codones terminadores, que pueden ser significativos; por ejemplo, en las mitocondrias de algunos eucariotas y en micoplasmas, UGA codifica triptófano. Además, en algunos ARNm de bacterias y eucariotas, UGA codifica un aminoácido inusual, selenocisteína, y UAG, en una de las arqueobacterias, codifica pirrolisina.

Existe un punto de vista según el cual el código genético surgió por casualidad (la hipótesis del “caso congelado”). Es más probable que haya evolucionado. Esta suposición está respaldada por la existencia de una versión más simple y, aparentemente, más antigua del código, que se lee en las mitocondrias de acuerdo con la regla "dos de tres", cuando solo dos de las tres bases en el triplete determinan el amino ácido.

Lit.: Crick F. N. a. sobre. Naturaleza general del código genético de las proteínas // Naturaleza. 1961 vol. 192; El código genético. Nueva York, 1966; Ichas M. Código biológico. M., 1971; Inge-Vechtomov S. G. Cómo se lee el código genético: reglas y excepciones // Ciencias naturales modernas. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. El código genético como sistema // Soros Educational Journal. 2000. V. 6. No. 3.

S. G. Inge-Vechtomov.