2. Вырожден ли код? Для кодирования 20 аминокислот достаточно 20 триплетных кодонов. Существуют ли кодоны-синонимы или остальные 44 кодона просто не имеют смысла?

Некоторые аргументы в пользу вырожденности кода содержатся в работе Ф. Крика с сотрудниками. Взаимная супрессия мутаций типа «сдвиг считывания», т. е. вставок и выпадений, происходила на участке фагового гена, соответствующем приблизительно 1/10 всего гена. Ген rII кодирует белок, состоящий приблизительно из 200 аминокислотных остатков, и, следовательно, мутации взаимодействовали на расстоянии, достаточном для кодирования около 20 аминокислотных остатков. Если бы код не был вырожденным, между вставкой и выпадением с большой вероятностью должны были возникать бессмысленные триплеты, и тогда нормальное считывание было бы невозможным. Прямые данные в пользу вырожденности кода были получены в экспериментах X. Виттмана, работавшего с вирусом табачной мозаики (ВТМ), а также при расшифровке кодонов химическим путем.

В 1961 г. на одном из заседаний V Международного биохимического конгресса в Москве М. Ниренберг и Дж. Маттей сообщили о расшифровке первого кодона и, что еще более важно, предложили метод установления состава кодонов в бесклеточной системе белкового синтеза. Эксперименты по изучению бесклеточного синтеза белка уже в течение ряда лет велись несколькими группами биохимиков.

К началу 60-х годов в этой области исследований сложилась следующая ситуация. При добавлении меченых аминокислот к бесклеточным гомогенатам наблюдалось включение радиоактивной метки в белки. Добавление к таким гомогенатам ДНКазы снижало, а добавление ДНК стимулировало включение метки в белки. Это не противоречило представлениям о роли иРНК, переносящей информацию от ДНК к рибосомам, на которых синтезируется белок. Синтез белка в таких системах происходил очень недолго. М. Ниренберг и Дж. Маттей усовершенствовали бесклеточную систему, сделав ее более стабильной, а главное, показали, что она может работать под контролем экзогенной РНК, естественной или искусственной. Добавив синтетическую полиуридиловую рибонуклеиновую кислоту в бесклеточную систему, приготовленную из Е. соli, они обнаружили, что поли-и стимулирует включение в полипептид только одного типа аминокислотных остатков – фенилаланина. Таким образом, учитывая триплетность генетического кода, кодон для фенилаланина был расшифрован как UUU в иРНК.

В течение последующих трех-четырех лет проблему генетического кода усиленно исследовали с использованием бесклеточных систем белкового синтеза, программируемого так называемыми статистическими сополимерами, содержащими рибонуклеотиды А, U, G, и С в разных соотношениях. За это время в лаборатории М. Ниренберга был выяснен состав большинства кодонов. Однако определить последовательность нуклеотидов в кодонах этим способом было невозможно.

Последовательность нуклеотидов в кодонах удалось определить при помощи метода Г. Кораны с сотрудниками. Они разработали метод химического синтеза ДНК-подобных полимеров с заданной последовательностью нуклеотидов. Применяя такие полидезоксирибонуклеотиды в качестве матрицы для синтеза РНК при помощи ДНК-зависимой РНК-полимеразы, можно было получить РНК с заранее известной последовательностью и использовать ее в бесклеточной системе белкового синтеза.

В результате в 1965 г., был составлен кодовый словарь в его современном виде. Исследование мутаций, приводящих к сдвигу считывания в ряде генов, кодирующих первичную структуру белков (их называют структурные гены), в дальнейшем блестяще подтвердило справедливость кодовой таблицы и выводов, сделанных Ф. Криком на основе генетического анализа кода.

Итак. Генетический код является триплетным, неперекрывающимся, вырожденным, не имеет «запятых», т.е. кодоны ничем не отделены друг от друга. Он считывается с фиксированной точки в пределах гена в одном направлении. Код универсален для всех живых организмов (исключения: митохондриальные коды).