Генетичний код - основні поняття про молекулярної біохімічної генетики
Однією з найбільш інтригуючих головоломок молекулярної біології було з'ясування питання яким чином чотирибуквений "мову" ДНК, що містить всього 4 різних азотистих підстави (А, Г, Ц, Т) перекладається на двадцатібуквенную мова білків через освіту м РНК. З чого складається код? Код не може складатися з одного нуклеотиду, оскільки тільки 4 амінокислоти можуть кодуватися. Також код не може бути дуплетним, комбінація двох нуклеотидів з чотирибуквене "алфавіту" не може охопити всіх АК, тому що подібних комбінацій 16 (4 2 = 16), а до складу білка входять 20 АК.
Для кодування всіх АК білкової молекули потрібен триплетний код, де число можливих комбінацій - 64 (4 3 = 64). Генетичний код для АК є виродженим, це означає, що більшість АК кодується декількома кодонами. Виродженість коду неоднакова для різних АК. Виродженість найчастіше стосується тільки третього нуклеотиду, в той час як майже для всіх АК перші 2 нуклеотиду є загальними. Вона несе біологічний сенс. тому в процесі мутації різні АК можуть бути замінені, найбільш цінні відбираються в процесі еволюції.
Інша відмінна риса генетичного коду - відсутність "розділових знаків", тобто сигналів, які вказують на кінець одного кодону і початок іншого. Іншими словами код є лінійним, односпрямованим і неперервним. Це забезпечує синтез надзвичайно впорядкованої послідовності молекули білків.
Третя істотна особливість коду полягає в тому, що 3 триплетів не кодують амінокислоти, вони використовуються в якості закінчення синтезу (термінації) поліпептидного ланцюга.
Код універсальний для всіх живих організмів, від інфузорій до людини. Можна зробити висновок, що "генетичний мова" в основному, однаковий для всіх видів, але можливі невеликі видові відхилення, що виникли, ймовірно, в процесі еволюції і диференціювання.
Таким чином, в ДНК є 4 різних підставі Указу Президента України, спочатку кодують всю інформацію. Триплетність коду призводить до існування 64 різних тринуклеотидних послідовностей (4 * 4 * 4). Природа коду триплетних - кожна амінокислота програмується в мРНК трьома підставами, названими кодонами. З простих математичних випливало, що кожна АК кодується невеликим числом послідовно розташованих нуклеотидних залишків в ланцюзі ДНК. Для кодування однієї АК потрібно більше одного нуклеотиду, оскільки в ДНК виявлено 4 типи підстав, а в білках 20 різних амінокислот. Далі, оскільки з 4 нуклеотидів (А, Г, Ц, Т) можливо лише 16 різних сполучень по 2 нуклеотида (4 2 = 16), кодове "слово" для АК повинно складатися більш ніж з двох літер. За допомогою чотирьох різних підстав, взятих в комбінаціях по три, можливо закодувати 64 (4 3) різні АК. Таким чином, триплетний код достатній для кодування всіх 20 амінокислот, що входять до складу природних білків.
Характерні особливості генетичного коду.
Генетичний код виродилися, що означає, що майже кожної АК (крім триптофану і метіоніну) відповідає більш ніж один кодон. Термін вироджений, не означає неточний, оскільки один кодон не може кодувати більше однієї АК. Виродженість генетичного коду має важливе біологічне значення. Існує нерівномірність вирожденність коду. Наприклад, код для серину і лейцину виродилися шестикратно, тобто є 6 кодонів для серину і 6 - для лейцину, тоді як для багатьох інших амінокислот (глутамінова кислота, тирозин, гістидин) код характеризується лише дворазової виродження.
У багатьох випадках вирожденність зачіпає тільки третя підстава в кодоні. Наприклад, аланін кодується. 2 перших підстави однакові для всіх чотирьох кодонів аланина. Іноді, якщо 2 амінокислоти мають кодони, в яких 2 перших підстави однакові, то третє може бути тільки пурин або піримідин.
Інша суттєва особливість генетичного коду полягає в тому, що в ньому повністю відсутні "сигнали" вказують на кінець і початок іншого (тобто знаки пунктуації). Тому зчитування повинно починатися з певного місця молекули матричної РНК і тривати послідовно від одного триплетів до іншого, інакше нуклеотидних послідовність у всіх кодонах виявиться зміненою, що в свою чергу призведе до утворення білка з перекрученою АК послідовністю.
Третя істотна особливість коду полягає в тому, що з 64 кодонів -3 не кодують АК. Вони використовуються в якості сигналу закінчення синтезу (термінації поліпептидного ланцюга).
Універсальність коду. Триплети, що кодують одну і ту ж саму АК однакові у людини, рослин тютюну та інфузорій. Ряд експериментів підтверджує висновок про універсальність коду. Можна зробити висновок, що "генетичний мова" в основному однаковий для всіх видів, але можливі невеликі видові відхилення, що виникли, ймовірно в процесі еволюції і диференціювання.
Виродженість генетичного коду забезпечує організмам селективну перевагу. Якби 20 АК кодувалося тільки 20 з 64 можливих кодонів, то більшість мутацій в кодують триплетах призводило б до виникнення безглуздих триплетів на кодують АК. При існуючому генетичному колі мутація викликає поява кодону зі зміненим змістом, що кодує іншу АК або кодону синоніма. Мутантний білок при цьому виявляється не тільки функціонально повноцінним, але і навіть корисним. Виродженість коду сприяє вдосконаленню геному і його продуктів, оскільки в результаті мутації відбуваються різні АК заміни з яких в процесі еволюції відбираються найбільш цінні для виживання.
Як ми вже відзначали, в генетичному коді відсутні "коми" між сусідніми кодонами, але є спеціальні знаки, що відзначають початок і кінець поліпептидного ланцюга.
Три триплета (УАГ, УАА І УГА) взагалі не кодують АК. Вони ідентифіковані як сигнали термінації, тобто закінчення синтезу поліпептидного ланцюга. В поліпептидних ланцюгах деяких білків містяться АК, для яких немає відповідних "слів" в генетичному коді. Ці "некодіруемие" АК є похідними "звичайних" АК, яким відповідають певні кодони. Ці рідкісні АК утворюються в результаті ферментативної модифікації з АК, похідними яких вони є вже після того, як ці амінокислоти включилися в поліпепдідную ланцюг відповідно до кодом.