Što znači genetski kod? Kod u kodu: otkriven drugi genetski kod

- jedinstveni sustav za bilježenje nasljednih informacija u molekulama nukleinskih kiselina u obliku niza nukleotida. Genetski kod temelji se na upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri slova nukleotida koja se razlikuju po dušikovim bazama: A, T, G, C.

Glavna svojstva genetskog koda su sljedeća:

1. Genetski kod je triplet. Triplet (kodon) je niz od tri nukleotida koji kodira jednu aminokiselinu. Budući da proteini sadrže 20 aminokiselina, očito je da svaki od njih ne može biti kodiran jednim nukleotidom (budući da u DNK postoje samo četiri vrste nukleotida, u ovom slučaju 16 aminokiselina ostaje nekodirano). Dva nukleotida za kodiranje aminokiselina također nisu dovoljna, jer se u ovom slučaju može kodirati samo 16 aminokiselina. To znači da je najmanji broj nukleotida koji kodiraju jednu aminokiselinu tri. (U ovom slučaju, broj mogućih tripleta nukleotida je 4 3 = 64).

2. Redundantnost (degeneriranost) koda je posljedica njegove tripletne prirode i znači da jednu aminokiselinu može kodirati više tripleta (budući da ima 20 aminokiselina, a 64 tripleta). Iznimka su metionin i triptofan, koji su kodirani samo jednim tripletom. Osim toga, neke trojke obavljaju specifične funkcije. Dakle, u molekuli mRNA tri od njih - UAA, UAG, UGA - su terminirajući kodoni, tj. stop signali koji zaustavljaju sintezu polipeptidnog lanca. Triplet koji odgovara metioninu (AUG), koji stoji na početku lanca DNA, ne kodira aminokiselinu, već ima funkciju pokretanja (uzbudljivog) čitanja.

3. Istovremeno s redundancijom, kod ima svojstvo jednoznačnosti, što znači da svaki kodon odgovara samo jednoj određenoj aminokiselini.

4. Kod je kolinearan, tj. Sekvenca nukleotida u genu točno odgovara sekvenci aminokiselina u proteinu.

5. Genetski kod je nepreklapan i kompaktan, odnosno ne sadrži "interpunkcijske znakove". To znači da proces čitanja ne dopušta mogućnost preklapanja stupaca (tripleta), te, počevši od određenog kodona, čitanje ide kontinuirano triplet po triplet do signala za zaustavljanje (završni kodoni). Na primjer, u mRNA sljedeći niz dušične baze AUGGUGTSUUAAAUGUG čitat će samo ovakvi tripleti: AUG, GUG, CUU, AAU, GUG, a ne AUG, UGG, GGU, GUG itd. ili AUG, GGU, UGC, CUU itd. ili neki drugi ili u način (na primjer, kodon AUG, interpunkcijski znak G, kodon UHC, interpunkcijski znak Y itd.).

6. Genetski kod je univerzalan, odnosno nuklearni geni svih organizama na isti način kodiraju informacije o proteinima, bez obzira na razinu organizacije i sustavni položaj tih organizama.

Genetski kod je sustav za bilježenje nasljednih informacija u molekulama nukleinskih kiselina, koji se temelji na određenoj izmjeni nukleotidnih sekvenci u DNA ili RNA koji tvore kodone koji odgovaraju aminokiselinama u proteinu.

Svojstva genetskog koda.

Genetski kod ima nekoliko svojstava.

Trostrukost.

Degeneracija ili redundancija.

Jednoznačnost.

Polaritet.

Bez preklapanja.

Kompaktnost.

Svestranost.

Treba napomenuti da neki autori nude i druga svojstva koda koja se odnose na kemijske značajke nukleotida uključenih u kod ili na učestalost pojavljivanja pojedinih aminokiselina u proteinima tijela itd. Međutim, ova svojstva proizlaze iz navedenog, pa ćemo ih tamo razmotriti.

a. Trostrukost. Genetski kod, kao i mnogi složeno organizirani sustavi, ima najmanju strukturnu i najmanju funkcionalnu jedinicu. Trojka je najmanja strukturna jedinica genetskog koda. Sastoji se od tri nukleotida. Kodon je najmanja funkcionalna jedinica genetskog koda. U pravilu se tripleti mRNA nazivaju kodoni. U genetskom kodu kodon obavlja nekoliko funkcija. Prvo, njegova glavna funkcija je da kodira jednu aminokiselinu. Drugo, kodon možda ne kodira aminokiselinu, ali u ovom slučaju ima drugačiju funkciju (vidi dolje). Kao što se može vidjeti iz definicije, triplet je koncept koji karakterizira elementarni strukturna jedinica genetski kod (tri nukleotida). kodon karakterizira elementarna semantička jedinica genom – tri nukleotida određuju vezanje na polipeptidni lanac jedne aminokiseline.

Elementarna strukturna jedinica najprije je dešifrirana teorijski, a zatim je eksperimentalno potvrđeno njezino postojanje. Doista, 20 aminokiselina ne može biti kodirano s jednim ili dva nukleotida. potonji su samo 4. Tri od četiri nukleotida daju 4 3 = 64 varijante, što više nego pokriva broj aminokiselina prisutnih u živim organizmima (vidi tablicu 1).

Kombinacije nukleotida prikazane u tablici 64 imaju dvije značajke. Prvo, od 64 varijante tripleta, samo 61 su kodoni i kodiraju bilo koju aminokiselinu, tzv. osjetilni kodoni. Tri trojke ne kodiraju

aminokiseline a su stop signali koji označavaju kraj translacije. Postoje tri takve trojke UAA, UAG, UGA, nazivaju se i "besmisleni" (besmisleni kodoni). Kao rezultat mutacije, koja je povezana sa zamjenom jednog nukleotida u tripletu s drugim, besmisleni kodon može nastati iz osjetilnog kodona. Ova vrsta mutacije se zove besmislica mutacija. Ako se takav signal za zaustavljanje formira unutar gena (u njegovom informacijskom dijelu), tada će se tijekom sinteze proteina na ovom mjestu proces stalno prekidati - sintetizirat će se samo prvi (prije signala za zaustavljanje) dio proteina. Osoba s takvom patologijom osjetit će nedostatak proteina i simptome povezane s tim nedostatkom. Na primjer, ova vrsta mutacije pronađena je u genu koji kodira beta lanac hemoglobina. Sintetizira se skraćeni neaktivni lanac hemoglobina, koji se brzo uništava. Kao rezultat toga nastaje molekula hemoglobina bez beta lanca. Jasno je da takva molekula vjerojatno neće u potpunosti ispuniti svoje dužnosti. Teška bolest se razvija prema vrsti hemolitička anemija(beta-nula talasemija, od grčke riječi "Talas" - Sredozemno more, gdje je ova bolest prvi put otkrivena).

Mehanizam djelovanja stop kodona razlikuje se od mehanizma djelovanja sens kodona. To proizlazi iz činjenice da su za sve kodone koji kodiraju aminokiseline pronađene odgovarajuće tRNA. Nisu pronađene tRNA za besmislene kodone. Stoga tRNA ne sudjeluje u procesu zaustavljanja sinteze proteina.

kodonKOLOVOZ (ponekad GUG u bakterijama) ne samo da kodira aminokiselinu metionin i valin, već je iinicijator emitiranja .

b. Degeneracija ili redundancija.

61 od 64 tripleta kodira 20 aminokiselina. Takav trostruki višak broja tripleta u odnosu na broj aminokiselina sugerira da se u prijenosu informacija mogu koristiti dvije mogućnosti kodiranja. Prvo, ne mogu sva 64 kodona biti uključena u kodiranje 20 aminokiselina, već samo 20, i drugo, aminokiseline mogu biti kodirane s nekoliko kodona. Studije su pokazale da je priroda koristila potonju opciju.

Njegova preferencija je jasna. Kad bi samo 20 od 64 varijante tripleta bilo uključeno u kodiranje aminokiselina, tada bi 44 tripleta (od 64) ostala nekodirajuća, tj. besmisleni (besmisleni kodoni). Ranije smo istaknuli koliko je za život stanice opasna transformacija kodirajućeg tripleta kao rezultat mutacije u besmisleni kodon - to značajno krši normalan rad RNA polimeraza, što u konačnici dovodi do razvoja bolesti. Trenutačno postoje tri besmislena kodona u našem genomu, a sada zamislite što bi se dogodilo kada bi se broj besmislenih kodona povećao za oko 15 puta. Jasno je da će u takvoj situaciji prijelaz normalnih kodona u nonsens kodone biti nemjerljivo veći.

Kod u kojem je jedna aminokiselina kodirana s nekoliko tripleta naziva se degeneriranim ili redundantnim. Gotovo svaka aminokiselina ima nekoliko kodona. Dakle, aminokiselina leucin može biti kodirana sa šest tripleta - UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. Valin je kodiran sa četiri tripleta, fenilalanin sa samo dva triptofan i metionin kodiran jednim kodonom. Svojstvo koje je povezano sa snimanjem iste informacije s različitim znakovima naziva se izrođenost.

Broj kodona dodijeljenih jednoj aminokiselini dobro korelira s učestalošću pojavljivanja aminokiseline u proteinima.

I to najvjerojatnije nije slučajno. Kako više frekvencije učestalost pojavljivanja aminokiseline u proteinu, što je kodon te aminokiseline češće prisutan u genomu, veća je vjerojatnost njegovog oštećenja mutagenim čimbenicima. Stoga je jasno da je vjerojatnije da će mutirani kodon kodirati istu aminokiselinu ako je jako degeneriran. S ovih pozicija, degeneracija genetskog koda je mehanizam koji štiti ljudski genom od oštećenja.

Treba napomenuti da se termin degeneracija u molekularnoj genetici koristi iu drugom značenju. Budući da glavnina informacija u kodonu pada na prva dva nukleotida, ispada da je baza na trećem mjestu kodona od male važnosti. Taj se fenomen naziva "degeneracija treće baze". Potonja značajka minimizira učinak mutacija. Na primjer, poznato je da je glavna funkcija crvenih krvnih stanica prijenos kisika iz pluća u tkiva i ugljičnog dioksida iz tkiva u pluća. Ovu funkciju obavlja respiratorni pigment - hemoglobin, koji ispunjava cijelu citoplazmu eritrocita. Sastoji se od proteinskog dijela - globina, koji je kodiran odgovarajućim genom. Osim proteina, hemoglobin sadrži hem koji sadrži željezo. Mutacije u genima globina dovode do pojave različitih varijanti hemoglobina. Najčešće su mutacije povezane s supstitucija jednog nukleotida drugim i pojava novog kodona u genu, koji može kodirati novu aminokiselinu u polipeptidnom lancu hemoglobina. U tripletu, kao rezultat mutacije, može se zamijeniti bilo koji nukleotid - prvi, drugi ili treći. Poznato je da nekoliko stotina mutacija utječe na integritet globinskih gena. Blizu 400 od kojih su povezani sa zamjenom pojedinačnih nukleotida u genu i odgovarajućom zamjenom aminokiselina u polipeptidu. Samo od ovih 100 supstitucije dovode do nestabilnosti hemoglobina i raznih vrsta bolesti od blagih do vrlo teških. 300 (približno 64%) supstitucijskih mutacija ne utječe na funkciju hemoglobina i ne dovodi do patologije. Jedan od razloga za to je gore spomenuta "degeneracija treće baze", kada zamjena trećeg nukleotida u tripletu koji kodira serin, leucin, prolin, arginin i neke druge aminokiseline dovodi do pojave sinonimnog kodona koji kodiraju istu aminokiselinu. Fenotipski, takva se mutacija neće manifestirati. Nasuprot tome, svaka zamjena prvog ili drugog nukleotida u tripletu u 100% slučajeva dovodi do pojave nove varijante hemoglobina. Ali čak iu ovom slučaju možda neće biti teških fenotipskih poremećaja. Razlog tome je zamjena jedne aminokiseline u hemoglobinu drugom, sličnom prvoj po fizikalno-kemijskim svojstvima. Na primjer, ako se aminokiselina s hidrofilnim svojstvima zamijeni drugom aminokiselinom, ali s istim svojstvima.

Hemoglobin se sastoji od željezoporfirinske skupine hema (na njega su vezane molekule kisika i ugljičnog dioksida) i proteina - globina. Hemoglobin odrasle osobe (HbA) sadrži dva identična - lanci i dva -lanci. Molekula -lanac sadrži 141 aminokiselinski ostatak, - lanac - 146, - i -lanci se razlikuju po mnogim aminokiselinskim ostacima. Aminokiselinska sekvenca svakog globinskog lanca kodirana je vlastitim genom. Kodiranje gena - lanac se nalazi na kratkom kraku kromosoma 16, -gen - u kratkom kraku 11. kromosoma. Promjena u kodiranju gena - lanac hemoglobina prvog ili drugog nukleotida gotovo uvijek dovodi do pojave novih aminokiselina u proteinu, poremećaja funkcije hemoglobina i teške posljedice za pacijenta. Na primjer, zamjena "C" u jednom od tripleta CAU (histidin) s "U" dovest će do pojave novog tripleta UAU koji kodira drugu aminokiselinu - tirozin. Fenotipski, to će se očitovati u ozbiljnoj bolesti .. A slična zamjena na poziciji 63 -lanac polipeptida histidina do tirozina destabilizirat će hemoglobin. Razvija se bolest methemoglobinemija. Promjena, kao rezultat mutacije, glutaminske kiseline u valin na 6. poziciji lanac je uzrok teške bolesti – anemije srpastih stanica. Da ne nastavljamo tužan popis. Napominjemo samo da pri zamjeni prva dva nukleotida aminokiselina može izgledati slično fizičko-kemijskim svojstvima prethodnoj. Dakle, zamjena 2. nukleotida u jednom od tripleta koji kodiraju glutaminsku kiselinu (GAA) u -lanac na “Y” dovodi do pojave novog tripleta (GUA) koji kodira valin, a zamjenom prvog nukleotida s “A” nastaje AAA triplet koji kodira aminokiselinu lizin. Glutaminska kiselina i lizin slični su u fizikalno-kemijskim svojstvima – oba su hidrofilna. Valin je hidrofobna aminokiselina. Stoga zamjena hidrofilne glutaminske kiseline hidrofobnim valinom značajno mijenja svojstva hemoglobina, što u konačnici dovodi do razvoja anemije srpastih stanica, dok zamjena hidrofilne glutaminske kiseline hidrofilnim lizinom u manjoj mjeri mijenja funkciju hemoglobina – oboljeli razviti blagi oblik anemija. Kao rezultat zamjene treće baze, novi triplet može kodirati iste aminokiseline kao i prethodni. Na primjer, ako je uracil zamijenjen citozinom u tripletu CAH i nastao je triplet CAC, tada se neće otkriti praktički nikakve fenotipske promjene kod osobe. To je razumljivo, jer Oba tripleta kodiraju istu aminokiselinu, histidin.

Zaključno, umjesno je naglasiti da su degeneracija genetskog koda i degeneracija treće baze s opće biološke pozicije zaštitni mehanizmi koji su evolucijom ugrađeni u jedinstvenu strukturu DNA i RNA.

u. Jednoznačnost.

Svaki triplet (osim besmislenih) kodira samo jednu aminokiselinu. Dakle, u smjeru kodon – aminokiselina genetski kod je jednoznačan, u smjeru aminokiselina – kodon – višeznačan (degeneriran).

nedvosmislen

kodon aminokiselina

degenerirati

I u ovom slučaju očita je potreba za jednoznačnošću genetskog koda. U drugoj varijanti, tijekom translacije istog kodona, različite aminokiseline bile bi umetnute u proteinski lanac i kao rezultat bi nastali proteini različite primarne strukture i različitih funkcija. Metabolizam stanice bi se prebacio na način rada "jedan gen - više polipeptida". Jasno je da bi u takvoj situaciji regulatorna funkcija gena bila potpuno izgubljena.

g. Polaritet

Čitanje informacija s DNA i s mRNA događa se samo u jednom smjeru. Polaritet je bitan za definiranje struktura višeg reda (sekundarne, tercijarne, itd.). Ranije smo govorili o tome da strukture nižeg reda određuju strukture višeg reda. Tercijarna struktura i strukture višeg reda u proteinima nastaju odmah čim se sintetizirani lanac RNA udalji od molekule DNA ili se polipeptidni lanac udalji od ribosoma. Dok slobodni kraj RNA ili polipeptida dobiva tercijarnu strukturu, drugi kraj lanca i dalje se sintetizira na DNA (ako se RNA transkribira) ili ribosomu (ako se polipeptid transkribira).

Stoga je jednosmjerni proces čitanja informacija (u sintezi RNK i proteina) bitan ne samo za određivanje slijeda nukleotida ili aminokiselina u sintetiziranoj tvari, već i za kruto određivanje sekundarnih, tercijarnih itd. strukture.

e. Nepreklapanje.

Kod se može ali ne mora preklapati. Kod većine organizama kod se ne preklapa. Kod nekih faga pronađen je kod koji se preklapa.

Bit koda koji se ne preklapa je da nukleotid jednog kodona ne može istovremeno biti nukleotid drugog kodona. Ako se kod preklapa, tada sekvenca od sedam nukleotida (GCUGCUG) ne može kodirati dvije aminokiseline (alanin-alanin) (Sl. 33, A) kao u slučaju koda koji se ne preklapa, već tri (ako je jedan nukleotid je uobičajen) (Slika 33, B) ili pet (ako su dva nukleotida zajednička) (vidi Sliku 33, C). U posljednja dva slučaja, mutacija bilo kojeg nukleotida dovela bi do poremećaja u nizu dva, tri itd. aminokiseline.

Međutim, utvrđeno je da mutacija jednog nukleotida uvijek remeti uključivanje jedne aminokiseline u polipeptid. Ovo je značajan argument u prilog činjenici da se kod ne preklapa.

Objasnimo ovo na slici 34. Podebljane linije prikazuju triplete koji kodiraju aminokiseline u slučaju preklapajućeg koda i koda koji se preklapa. Eksperimenti su nedvosmisleno pokazali da se genetski kod ne preklapa. Ne ulazeći u detalje eksperimenta, napominjemo da ako zamijenimo treći nukleotid u nizu nukleotida (vidi sliku 34)Na (označeno zvjezdicom) nekom drugom, a zatim:

1. S kodom koji se ne preklapa, protein kontroliran ovom sekvencom imao bi zamjenu za jednu (prvu) aminokiselinu (označenu zvjezdicama).

2. S kodom koji se preklapa u opciji A, zamjena bi se dogodila u dvije (prvoj i drugoj) aminokiselini (označenoj zvjezdicama). Prema opciji B, zamjena bi utjecala na tri aminokiseline (označene zvjezdicama).

Međutim, brojni eksperimenti su pokazali da kada se jedan nukleotid u DNK razbije, protein uvijek utječe na samo jednu aminokiselinu, što je tipično za kod koji se ne preklapa.

GCUGCUG GCUGCUG GCUGCUG

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCC CUG

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

Alanin - Alanin Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

non-overlapping code preklapajući kod

Riža. 34. Shema koja objašnjava prisutnost koda koji se ne preklapa u genomu (objašnjenje u tekstu).

Nepreklapanje genetskog koda povezano je s još jednim svojstvom - čitanje informacija počinje od određene točke - signala inicijacije. Takav inicijacijski signal u mRNA je kodon koji kodira AUG metionin.

Treba napomenuti da osoba još uvijek ima mali broj gena koji odstupaju od opće pravilo i preklapaju se.

e. Kompaktnost.

Između kodona nema interpunkcijskih znakova. Drugim riječima, trojke nisu odvojene jedna od druge, na primjer, jednim besmislenim nukleotidom. Eksperimentima je dokazano nepostojanje "interpunkcijskih znakova" u genetskom kodu.

i. Svestranost.

Šifra je ista za sve organizme koji žive na Zemlji. Izravan dokaz univerzalnosti genetskog koda dobiven je usporedbom sekvenci DNK s odgovarajućim sekvencama proteina. Ispostavilo se da se isti skupovi kodnih vrijednosti koriste u svim bakterijskim i eukariotskim genomima. Ima izuzetaka, ali ih nema puno.

Prve iznimke od univerzalnosti genetskog koda pronađene su u mitohondrijima nekih životinjskih vrsta. To se odnosilo na terminatorski kodon UGA, koji je glasio isto kao i UGG kodon koji kodira aminokiselinu triptofan. Pronađena su i druga rjeđa odstupanja od univerzalnosti.

DNK kodni sustav.

Genetski kod DNK sastoji se od 64 tripleta nukleotida. Ti se tripleti nazivaju kodoni. Svaki kodon kodira jednu od 20 aminokiselina koje se koriste u sintezi proteina. Ovo daje određenu suvišnost koda: većinu aminokiselina kodira više od jednog kodona.
Jedan kodon obavlja dvije međusobno povezane funkcije: signalizira početak translacije i kodira ugradnju aminokiseline metionina (Met) u rastući polipeptidni lanac. Sustav DNK koda dizajniran je tako da se genetski kod može izraziti ili kao RNK kodon ili kao DNK kodon. RNA kodoni pojavljuju se u RNA (mRNA) i ti kodoni mogu čitati informacije tijekom sinteze polipeptida (proces koji se naziva translacija). Ali svaka molekula mRNA dobiva nukleotidnu sekvencu u transkripciji iz odgovarajućeg gena.

Sve osim dvije aminokiseline (Met i Trp) mogu biti kodirane s 2 do 6 različitih kodona. Međutim, genom većine organizama pokazuje da su određeni kodoni favorizirani u odnosu na druge. Kod ljudi, na primjer, alanin je kodiran GCC-om četiri puta češće nego GCG-om. To vjerojatno ukazuje na veću učinkovitost translacije translacijskog aparata (npr. ribosoma) za neke kodone.

Genetski kod je gotovo univerzalan. Isti kodoni dodijeljeni su istom nizu aminokiselina, a isti startni i stop signali većinom su isti kod životinja, biljaka i mikroorganizama. Međutim, pronađene su neke iznimke. Većina njih uključuje dodjeljivanje jednog ili dva od tri stop kodona aminokiselini.

Genetski kod je posebno kodiranje nasljednih informacija uz pomoć molekula.Na temelju toga geni na odgovarajući način kontroliraju sintezu proteina i enzima u tijelu, a time određuju metabolizam. S druge strane, struktura pojedinih proteina i njihove funkcije određene su položajem i sastavom aminokiselina - strukturnih jedinica proteinske molekule.

Sredinom prošlog stoljeća identificirani su geni koji su zasebni dijelovi (skraćeno DNK). Veze nukleotida tvore karakterističan dvostruki lanac, sastavljen u obliku spirale.

Znanstvenici su pronašli vezu između gena i kemijske strukture pojedinih proteina, čija je bit da strukturni poredak aminokiselina u proteinskim molekulama u potpunosti odgovara redoslijedu nukleotida u genu. Utvrdivši tu vezu, znanstvenici su odlučili dešifrirati genetski kod, tj. utvrditi zakone korespondencije između strukturnih redova nukleotida u DNA i aminokiselina u proteinima.

Postoje samo četiri vrste nukleotida:

1) A - adenil;

2) G - gvanil;

3) T - timidil;

4) C - citidil.

Proteini sadrže dvadeset vrsta esencijalnih aminokiselina. Poteškoće su se pojavile s dešifriranjem genetskog koda, jer ima mnogo manje nukleotida nego aminokiselina. Prilikom rješavanja ovog problema sugerirano je da su aminokiseline kodirane različitim kombinacijama tri nukleotida (tzv. kodon ili triplet).

Osim toga, trebalo je objasniti kako su trojke točno smještene duž gena. Tako su nastale tri glavne skupine teorija:

1) trojke slijede jedna za drugom kontinuirano, tj. formirati kontinuirani kod;

2) tripleti su raspoređeni s izmjenom "besmislenih" dionica, tj. u kodu se formiraju takozvani "zarezi" i "odlomci";

3) trojke se mogu preklapati, tj. kraj prvog tripleta može tvoriti početak sljedećeg.

Trenutno se uglavnom koristi teorija kontinuiteta koda.

Genetski kod i njegova svojstva

1) Kod je triplet – sastoji se od proizvoljnih kombinacija tri nukleotida koji tvore kodone.

2) Genetski kod je suvišan – njegove trojke. Jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko kodona, jer prema matematičkim proračunima ima tri puta više kodona nego aminokiselina. Neki kodoni obavljaju određene terminacijske funkcije: neki mogu biti "zaustavni signali" koji programiraju završetak proizvodnje lanca aminokiselina, dok drugi mogu ukazivati ​​na početak čitanja koda.

3) Genetski kod je nedvosmislen - svakom od kodona može odgovarati samo jedna aminokiselina.

4) Genetski kod je kolinearan, tj. sekvenca nukleotida i sekvenca aminokiselina jasno odgovaraju jedna drugoj.

5) Kod je napisan kontinuirano i kompaktno, u njemu nema "besmislenih" nukleotida. Započinje određenim tripletom, koji se zamjenjuje sljedećim bez prekida i završava terminacijskim kodonom.

6) Genetski kod je univerzalan - geni svakog organizma kodiraju informacije o proteinima na potpuno isti način. To ne ovisi o stupnju složenosti organizacije organizma ili njegovom sustavnom položaju.

moderna znanost sugerira da genetski kod nastaje izravno rođenjem novog organizma iz koštane tvari. Slučajne promjene i evolucijski procesi omogućuju bilo koje varijante koda, tj. aminokiseline se mogu preurediti bilo kojim redoslijedom. Zašto je ovakav kod preživio tijekom evolucije, zašto je kod univerzalan i ima sličnu strukturu? Što više znanost uči o fenomenu genetskog koda, to se više novih misterija pojavljuje.

Zahvaljujući procesu transkripcije u stanici dolazi do prijenosa informacija s DNA na protein: DNA - i-RNA - protein. Genetske informacije sadržane u DNA i mRNA sadržane su u nizu nukleotida u molekulama. Kako se odvija prevođenje informacija s "jezika" nukleotida na "jezik" aminokiselina? Ovaj prijevod se provodi pomoću genetskog koda. Kod, ili šifra, sustav je simbola za prevođenje jednog oblika informacije u drugi. Genetski kod je sustav za bilježenje informacija o slijedu aminokiselina u proteinima pomoću slijeda nukleotida u messenger RNA. Koliko je redoslijed istih elemenata (četiri nukleotida u RNK) bitan za razumijevanje i očuvanje značenja informacije može se vidjeti na jednostavnom primjeru: preslagivanjem slova u kodu riječi dobivamo riječ drugačijeg značenja - doc. Koja su svojstva genetskog koda?

1. Kod je triplet. RNA se sastoji od 4 nukleotida: A, G, C, U. Kada bismo jednu aminokiselinu pokušali označiti jednim nukleotidom, tada bi od 20 aminokiselina 16 ostalo nešifrirano. Kod od dva slova kodirao bi 16 aminokiselina (od četiri nukleotida može se napraviti 16 različitih kombinacija od kojih svaka ima po dva nukleotida). Priroda je stvorila kod od tri slova ili tripleta. To znači da je svaka od 20 aminokiselina kodirana nizom od tri nukleotida koji se naziva triplet ili kodon. Od 4 nukleotida možete napraviti 64 različite kombinacije od po 3 nukleotida (4*4*4=64). To je više nego dovoljno za kodiranje 20 aminokiselina, a čini se da su 44 kodona suvišna. Međutim, nije.

2. Kod je degeneriran. To znači da je svaka aminokiselina kodirana s više od jednog kodona (dva do šest). Izuzetak su aminokiseline metionin i triptofan, od kojih je svaka kodirana samo jednim tripletom. (To se vidi iz tablice genetskog koda.) Činjenica da je metionin kodiran jednim tripletom OUT ima posebno značenje, koje će vam kasnije postati jasno (16).

3. Šifra je nedvosmislena. Svaki kodon kodira samo jednu aminokiselinu. Kod svih zdravih ljudi u genu koji nosi informaciju o beta lancu hemoglobina, triplet GAA ili GAG, I, koji je na šestom mjestu, kodira glutaminsku kiselinu. U bolesnika s anemijom srpastih stanica drugi nukleotid u ovom tripletu zamijenjen je s U. Kao što je vidljivo iz tablice, tripleti GUA ili GUG, koji u ovom slučaju nastaju, kodiraju aminokiselinu valin. Do čega dovodi takva zamjena, već znate iz odjeljka o DNK.

4. Između gena postoje "interpunkcijski znakovi". U tiskanom tekstu na kraju svakog izraza stoji točka. Nekoliko povezanih izraza čini odlomak. U jeziku genetskih informacija, takav paragraf je operon i njegova komplementarna mRNA. Svaki gen u operonu kodira jedan polipeptidni lanac – frazu. Budući da se u nizu slučajeva nekoliko različitih polipeptidnih lanaca uzastopno stvara duž mRNA predloška, ​​oni moraju biti odvojeni jedni od drugih. Za to postoje tri posebna tripleta u genetskom kodu - UAA, UAG, UGA, od kojih svaki označava prestanak sinteze jednog polipeptidnog lanca. Dakle, ove trojke obavljaju funkciju interpunkcijskih znakova. Oni su na kraju svakog gena. Unutar gena nema "interpunkcijskih znakova". Budući da je genetski kod poput jezika, analizirajmo ovo svojstvo na primjeru takve fraze sastavljene od tripleta: mačka je mirno živjela, ta mačka je bila ljuta na mene. Značenje napisanog je jasno, unatoč nedostatku interpunkcijskih znakova. Ako uklonimo jedno slovo u prvoj riječi (jedan nukleotid u genu), ali čitamo i u trostrukim slovima, tada dobivamo besmislicu: ilb ylk ott ihb yls yls erm ilm no otk from događa se kada u genu nedostaju jedan ili dva nukleotida. Protein koji će se očitati s tako oštećenog gena neće imati nikakve veze s proteinom koji je kodiran normalnim genom.

6. Šifra je univerzalna. Genetski kod je isti za sva bića koja žive na Zemlji. U bakterijama i gljivama, pšenici i pamuku, ribama i crvima, žabama i ljudima, isti tripleti kodiraju iste aminokiseline.

GENETIČKI KOD, sustav za bilježenje nasljednih informacija u obliku niza nukleotidnih baza u molekulama DNA (kod nekih virusa - RNA), koji određuje primarnu strukturu (raspored aminokiselinskih ostataka) u molekulama proteina (polipeptidima). Problem genetskog koda formuliran je nakon dokazivanja genetske uloge DNA (američki mikrobiolozi O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944.) i dešifriranja njezine strukture (J. Watson, F. Crick, 1953.), nakon utvrđivanja da geni određuju strukturu i funkcije enzima (načelo "jedan gen - jedan enzim" J. Beadlea i E. Tateme, 1941.) te da postoji ovisnost prostorne strukture i aktivnosti proteina o njegovoj primarnoj strukturi. (F. Senger, 1955.). Pitanje kako kombinacije 4 baze nukleinskih kiselina određuju izmjenu 20 zajedničkih aminokiselinskih ostataka u polipeptidima prvi je postavio G. Gamow 1954. godine.

Na temelju pokusa u kojem su proučavane interakcije insercija i delecija para nukleotida, u jednom od gena bakteriofaga T4, F. Crick i drugi znanstvenici 1961. godine utvrdili su opća svojstva genetski kod: triplet, tj. svaki aminokiselinski ostatak u polipeptidnom lancu odgovara skupu od tri baze (tripleta ili kodona) u DNA gena; čitanje kodona unutar gena ide od fiksne točke, u jednom smjeru i "bez zareza", odnosno kodoni nisu međusobno odvojeni nikakvim predznakom; degeneracija, odnosno redundantnost, - isti aminokiselinski ostatak može kodirati nekoliko kodona (sinonimni kodoni). Autori su sugerirali da se kodoni ne preklapaju (svaka baza pripada samo jednom kodonu). Izravna studija sposobnosti kodiranja trojki nastavljena je korištenjem sustava za sintezu proteina bez stanica pod kontrolom sintetičke glasničke RNA (mRNA). Do 1965. genetski kod je u potpunosti dešifriran u djelima S. Ochoa, M. Nirenberg i H. G. Korana. Razotkrivanje misterija genetskog koda jedno je od izvanrednih postignuća biologije u 20. stoljeću.

Implementacija genetskog koda u stanici odvija se tijekom dva matrična procesa - transkripcije i translacije. Posrednik između gena i proteina je mRNA, koja nastaje tijekom transkripcije na jednom od lanaca DNA. U ovom slučaju, sekvenca baze DNA, koja nosi informaciju o primarnoj strukturi proteina, "prepisuje se" u obliku sekvence baze mRNA. Zatim, tijekom translacije na ribosomima, nukleotidna sekvenca mRNA čita se prijenosnom RNA (tRNA). Potonji imaju akceptorski kraj, na koji je vezan aminokiselinski ostatak, i adapterski kraj, ili tripletni antikodon, koji prepoznaje odgovarajući mRNA kodon. Međudjelovanje kodona i antikodona događa se na temelju komplementarnog sparivanja baza: adenin (A) - uracil (U), gvanin (G) - citozin (C); u ovom slučaju, sekvenca baze mRNA se prevodi u sekvencu aminokiselina sintetiziranog proteina. Različiti organizmi koriste različite sinonimne kodone za istu aminokiselinu na različitim frekvencijama. Čitanje mRNA koja kodira polipeptidni lanac počinje (počinje) od AUG kodona koji odgovara aminokiselini metioninu. Rjeđe u prokariota, inicijacijski kodoni su GUG (valin), UUG (leucin), AUU (izoleucin), u eukariotima - UUG (leucin), AUA (izoleucin), ACG (treonin), CUG (leucin). Ovo postavlja takozvani okvir ili fazu čitanja tijekom translacije, to jest, tada se cijela nukleotidna sekvenca mRNA čita triplet po triplet tRNA sve dok se bilo koji od tri terminatorska kodona, često nazivana stop kodonima, ne pronađe na mRNA: UAA, UAG, UGA (tablica). Očitavanje ovih tripleta dovodi do završetka sinteze polipeptidnog lanca.

AUG i stop kodon nalaze se na početku i kraju mRNA regija koje kodiraju polipeptide.

Genetski kod je kvazi-univerzalan. To znači da postoje male varijacije u značenju nekih kodona u različitim objektima, a to se prije svega tiče kodona terminatora, koji mogu biti značajni; na primjer, u mitohondrijima nekih eukariota iu mikoplazmama, UGA kodira triptofan. Osim toga, u nekim mRNA bakterija i eukariota, UGA kodira neobičnu aminokiselinu, selenocistein, a UAG, u jednoj od arhebakterija, kodira pirolizin.

Postoji gledište prema kojem je genetski kod nastao slučajno (hipoteza "zamrznutog slučaja"). Vjerojatnije je da je evoluirao. Ovu pretpostavku podupire postojanje jednostavnije i, očito, starije verzije koda, koji se čita u mitohondrijima prema pravilu "dva od tri", kada samo dvije od tri baze u tripletu određuju amino kiselina.

Lit .: Crick F. N. a. oko. Opća priroda genetskog koda za proteine ​​// Nature. 1961. sv. 192; Genetski kod. N.Y., 1966.; Ichas M. Biološki kod. M., 1971.; Inge-Vechtomov S. G. Kako se čita genetski kod: pravila i iznimke // Moderna prirodna znanost. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. Genetski kod kao sustav // Soros Educational Journal. 2000. V. 6. br. 3.

S. G. Inge-Vechtomov.