Хромосомы – материальные носители генетической информации. Единый генетический код
Генетический код
Это система зашифровки наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, реализующаяся у животных, растений, бактерий и вирусов в виде последовательности нуклеотидов. Как уже известно - в природных нуклеиновых кислотах -- дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) -- встречаются 5 распространённых типов нуклеотидов (по 4 в каждой нуклеиновой кислоте), различающихся по входящему в их состав азотистому основанию В ДНК встречаются основания: Аденин (А), гуанин (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т); в РНК вместо тимина присутствует Урацил (У). Кроме них, в составе нуклеиновых кислот обнаружено около 20 редко встречающихся оснований, а также необычных сахаров. Т. к. количество кодирующих знаков и число разновидностей аминокислот в белке не совпадают, кодовое число (т. е. количество нуклеотидов, кодирующих 1 аминокислоту) не может быть равно 1. Различных сочетаний по 2 нуклеотида возможно лишь 42=16, но этого также недостаточно для зашифровки всех аминокислот.
Триплетность -- значащей единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).
Непрерывность -- между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.
Неперекрываемость -- один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов (не соблюдается для некоторых перекрывающихся генов вирусов, митохондрий и бактерий, которые кодируют несколько белков, считывающихся со сдвигом рамки).
Однозначность (специфичность) -- определённый кодон соответствует только одной аминокислоте.
Вырожденность (избыточность) -- одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.
Универсальность -- генетический код работает одинаково в организмах разного уровня сложности -- от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии; есть ряд исключений, показанный в таблице раздела «Вариации стандартного генетического кода» ниже).
Помехоустойчивость -- мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными; мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.
Американский учёный Г. Гамов предложил (1954) модель триплетного генетического кода, т. е. такого, в котором 1 аминокислоту кодирует группа из трёх нуклеотидов, называющихся Кодоном. Число возможных Триплетов равно 43=64, а это более чем втрое превышает число распространённых аминокислот, в связи с чем было высказано предположение, что каждой аминокислоте соответствует несколько кодонов (вырожденность кода). Было предложено много различных моделей генетического кодирования., из которых серьёзного внимания заслуживали три модели.
В 1961 Ф. Крик с сотрудниками получил подтверждение гипотезы триплетного неперекрывающегося кода без запятых. Установлены следующие основные закономерности, касающиеся генетического кодирования:
1) между последовательностью нуклеотидов и кодируемой последовательностью аминокислот существует линейное соответствие (колинеарность);
2) считывание генетического кода начинается с определённой точки;
3) считывание идёт в одном направлении в пределах одного гена;
4) код является неперекрывающимся;
5) при считывании не бывает промежутков (код без запятых);
6) генетический код, как правило, является вырожденным, т. е. 1 аминокислоту кодируют 2 и более триплетов-синонимов (вырожденность уменьшает вероятность того, что мутационная замена основания в триплете приведёт к ошибке);
7) кодовое число равно трём;
8) код в живой природе универсален (за некоторыми исключениями). Универсальность генетического кода подтверждается экспериментами по синтезу белка in vitro. Если в бесклеточную систему, полученную из одного организма (например, кишечной палочки), добавить нуклеиновокислотную матрицу, полученную из др. организма, далеко отстоящего от первого в эволюционном отношении (например, проростков гороха), то в такой системе, будет идти белковый синтез.
Реализация генетического кода в клетке происходит в два этапа:
Первый из них протекает в ядре; он носит название транскрипции и заключается в синтезе молекул и-РНК на соответствующих участках ДНК. При этом последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность РНК.
Второй этап -- Трансляция -- протекает в цитоплазме, на рибосомах; при этом последовательность нуклеотидов и-РНК переводится в последовательность аминокислот в белке: этот этап протекает при участии транспортной РНК (т-РНК) и соответствующих ферментов.