Генетический код.
То что передача генетической информации ДНК происходит с помощью молекулы мРНК впервые предположили в 1961 году Ф.Жакоб и Ж.Моно. Последующие работы (М.Ниренберг, Х.Г.Корана, РУ.Холли):
М.Ниренберг – изучал синтез полипептидов и связывание аминоацил-тРНК с рибосомами.
Х.Г.Корана – разработал метод химического синтеза поли- и олигонуклеотидов.
Р.У.Холии – расшифровал структуру ДНК с антикодоновым участком.
1) Подтвердили гипотезу об участии мРНК
2) Показали триплетную природу кода, согласно которой каждая АК програмируется в мРНК 3 основаниями, названными кодоном
3) Установили, что код мРНК читается путем комплементарного узнавания кодоном антикодоновым триплетом тРНК.
4) Установили соответствие между АК и большинством из 64 возможных кодонов. В настоящее время известно что 61 кодон кодируют АК, а 3 являются сигналами терминации (нонсенс-кодон).
Считалось, что генетический код универсален, то есть для всех организмов и всех видов клеток одни и те же значения используются для всех кодонов. Однако, последние исследования митохондриальной ДНК показали, что генетическая система митохондрий в значительной мере отличается от генетической системы других образований (ядра, хлоропластов), то есть тРНК митохондрий некоторые кодоны считывают иначе, чем тРНК других образований. В результате для митохондрий необходимо только 22 вида тРНК. В то время, как для синтеза белка в цитоплазме используются 31 – 32 вида тРНК, то есть весь набор тРНК.
18 из 20 АК кодируются более чем одним кодоном (2, 3, 4, 6) – это свойство называется «вырожденностью» кода и имеет важное значение для организма. Вследствие вырожденности некоторые ошибки при репликации или транскрипции не вызывают искажения генетической информации. Генетический код не перекрывается и не имеет знаков пунктуации, то есть считывание идет без каких-либо пропусков, последовательно, до достижения нонсенс-кодона. В то же время для вирусов отмечено совершенно другое свойство – кодоны могут «перекрываться»:
хромосома
А С Д Т
Положение генов
В Е
И более того, было установлено, что некоторые из соседних генов используют инициаторный кодон, перекрывающийся с кодонами терминации предшествующих гену. Нуклеотидная последовательность генов может подвергаться мутации. Различают 2 вида мутаций: 1)транзиции – когда происходит замена пуриновых АО на пуриновые, а пиримидиновых на пиримидиновые; 2) трансверсии – замена пуриновых АО на пиримидиновые и наоборот. При возникновении мутаций могут быть 3 варианта последовательностей:
1) Если замена приходится на 3-й нуклеотид кодона, то , вследствии «вырожденности» кода, существует вероятность того, что последовательность АК останется неизменной и мутация не проявится.
2) Может иметь место миссенс-эффект, когда одна АК заменяется другой; эта замена может быть приемлима, частично приемлима или неприемлима, то есть функция белка страдает, нарушается или полностью теряется.
3) В результате мутаций может образоваться нонсенс-кодон. Образование нонсенс-кодона (терминирующего кодона) может привести к преждевременной терминации синтеза белка.
Суммируя сказанное:
1) Генетически код («язык жизни») состоит из последовательности кодонов, которая, собственно и образует ген.
2) Генетический код обладает триплетностью, то есть каждый кодон состоит из трех нуклеотидов, то есть каждый кодон кодирует 1 АК. При этом из 4 видов нуклеотидов ДНК возможно образование 64 сочетаний, что более чем достаточно для 20 АК.
3) Код «вырожденный» - то есть одна АК может кодироваться 2, 3, 4, 6 кодонами.
4) Код однозначный, то есть один кодон кодирует только одну АК.
5) Код не перекрывающийся, то отсутствуют нуклеотиды, входящие в два соседние кодона.
6) Код «без запятых», то есть отсутствуют нуклеотиды между двумя соседними кодонами.
Последовательность АК в полипептиде соответствует последовательности кодонов в гене – это свойство называется коллинеарность.