Лекція 3

МОЛЕКУЛЯРНІ ОСНОВИ СПАДКОВОСТІ (продовження)

Генетичний код, його властивості.-Структура хроматину.-Ген, його структура і механізм дії.-Ген як одиниця генетичної інформації.-Організація генів еукаріотів у хромосомах.-Молекулярна організація генів еукаріотів.-Синтез білка в клітині.-Реалізація генетичної інформації в клітині.

3.1. Генетичний код і його властивості

Унікальність кожної клітини полягає в унікальності її білків. Клітини, що виконують різні функції, здатні синтезувати свої власні білки, використовуючи інформацію, що записана в молекулі ДНК. Ця інформація існує у вигляді особливої послідовності азотистих основ у ДНК і називається генетичним кодом. Генетичний код описується в символах іРНК, яка є посередником між ДНК і рибосомами, де відбувається синтез білка (табл.3.1). Генетичний код іРНК є комплементарним коду ДНК.

3.1. Генетичний код (послідовність іРнк)

1 - й нуклео-тид	2-й нуклеотид				3-й нуклеотид
	У	Ц	А	Г
У	Фенілаланін	Серін	Тирозин	Цистеїн	У
	Фенілаланін	Серін	Тирозин	Цистеїн	Ц
	Лейцин	Серін	Стоп-сигнал	Стоп-сигнал	А
	Лейцин	Серін	Стоп-сигнал	Триптофан	Г
Ц	Лейцин	Пролін	Гістидин	Аргінін	У
	Лейцин	Пролін	Гістидин	Аргінин	Ц
	Лейцин	Пролін	Глутамін	Аргінін	А
	Лейцин	Пролін	Глутамін	Аргінин	Г
А	Ізолейцин	Треонін	Аспаргін	Серін	У
	Ізолейцин	Треонін	Аспаргін	Серін	Ц
	Ізолейцин	Треонін	Лізін	Аргінин	А
	Метіонін	Треонін	Лізін	Аргінін	Г
Г	Валін	Аланін	Аспарагінова кислота	Гліцин	У
	Валін	Аланін	Аспарагінова кислота	Гліцин	Ц
	Валін	Аланін	Глютамінова кислота	Гліцин	А
	Валін	Аланін	Глутамінова кислота	Гліцин	Г

Гіпотеза про існування коду, який містить три нуклеотиди в кожному кодоні, була запропонована А.Гамовим (1954) і експериментально доведена Ф.Кріком та співробітниками (1961). Встановлено, що кожна амінокислота кодується послідовністю трьох азотистих основ (триплетом або кодоном). Код триплетний, тобто одній амінокислоті відповідають три нуклеотиди. Оскільки до складу ДНК входить 4 азотистих основи, а до складу білка-20 амінокислот, то триплетний код утворює 4 х 4 х 4 = 64 різних кодони. Наприклад, у послідовності ААА ЦАЦ ГАГ ГГТ АТЦ ГТА перші три основи ААА кодують амінокислоту 1, далі: ЦАЦ- 2, ГАГ З, ГГТ-4, АТЦ-5, ГТА-6.

Генетичний код наступні характеристики: а) триплетність-одну амінокислоту кодують три нуклеотиди, розміщені поруч (триплет в іРНК називають кодоном); створено кодовий словник-Г. Кораном, М.Ніренбергом, П.Ледером у 1964р.; б) виродженість-кожну амінокислоту (крім метіоніну і триптофану) кодує більше, ніж один триплет; в) колінеарність-послідовність триплетів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептиді; г) неперехресність-два розміщені поруч триплети (шість нуклеотидів) кодують лише дві амінокислоти; ґ) універсальність-для неклітинних і клітинних форм життя.

Для пунктуації генетичної інформації під час трансляції мають значення п'ять кодонів. Кодони АУГ і ГУГ називають ініціюючими. Вони визначають початок синтезу генного продукту при трансляції іРНК. Ці кодони розміщуються на межі послідовностей нуклеотидів іРНК, що списуються з регуляторної і структурної частин гена. Вони вказують на крапку, від якої починається синтез поліпептидного ланцюга, тому що регуляторна частина гена не транслюється. Якщо ці кодони знаходяться в структурній частині гена, то вони відповідно, спрямовують включення метіоніну і валіну та втрачають своє значення. Існують також термінуючі, або нонсенс (беззмістовні) кодони-УАА, УАГ, УГА, що визначають закінчення синтезу поліпептидного ланцюга і не несуть інформації про жодну амінокислоту. Старт-кодоном будь-якого гена (початком зчитування) є кодони АУГ і ГУГ, а кінець зчитування визначають стоп-кодони УАА, УАГ або УГА, які дають сигнал на закінчення синтезу білка. Відстань між АУГ і стоп-кодонами називається рамкою зчитування(ORF (open reading frame).н

Генетичний код був повністю розшифрований в працях М.Ніренберга, Дж.Маттеї (1961) і С.Очоа (1962). Вони показали можливість конструювання штучних молекул РНК з відомим складом нуклеотидів, здатних спрямовувати синтез поліпептидів in vitro. Було виявлено, що РНК, утворена уридиновими нуклеотидами, де основою є урацил, спрямовує синтез поліпептиду, що складається тільки з фенілаланіну. Змінюючи відносний зміст різних нуклеотидів, можна отримати молекули РНК з різною частотою вияву кожного з 64 кодонів, створенних цими нуклеотидами, і з'ясувати взаємозв'язок між нуклеотидним складом РНК та амінокислотним складом синтезованих під контролем цих РНК поліпептидів. Прямі кореляції цих двох показників було отримано в працях Г.Корані, який використав у системі синтезу білка in vitro синтетичні іРНК з точно відомою послідовністю нуклеотидів.