У генетической информации – свой код.

Способ кодирования в нуклеиновых кислотах информации о первичной структуре белка получил название генетического кода (он же биологический, аминокислотный, нуклеотидный). Первый вопрос, который возникает при изучении свойств такого кода, это вопрос о числе нуклеотидов, которые необходимы для кодирования аминокислот. Эта проблема математически была решена Г. Гамовым в 1953 году. Хотя его рассуждения относились к молекуле ДНК, принцип рассуждений оказался верным. Молекула нуклеиновый кислоты состоит из 4 нуклеотидов (алфавит – 4 буквы). Если слова будут состоять из 2-х букв, то можно составить 4²=16 разных слов. Этого недостаточно для 20 аминокислот (слов). Значит, слово должно быть трехбуквенным, тогда 4³=64. Это предположение было полностью подтверждено экспериментально в последующем. Для расшифровки генетического кода использовались бесклеточные системы синтеза белков. Если в качестве матрицы для синтеза белков к такой системе добавить полинуклеотид, состоящий из одного и того же нуклеотида, то исследование аминокислотного состава продукта синтеза позволяет определить последовательность нуклеотидов в кодирующем элементе полинуклеотида. Так, использование полиуридиловой кислоты приводило к образованию полифенилаланина, а полицитидиловой кислоты- пролипролина.

Рис..Один из первых подходов на пути расшифровки генетического кода.

Использование полинуклеотидов, синтезированных из смеси нуклеотидов позволило не только расшифровать кодоны для некоторых аминокислот, но и подтвердило идею триплетности кода. Полная дешифровка кода стала возможной после работ Ниренберга М., который воспользовался способностью рибосом связывать синтетические тринуклеотиды, которые могли формировать пары оснований с комплементарными им основаниями на тРНК. Это позволило ему синтезировать и испытать все 64 теоретически возможных тринуклеотида и составить полную таблицу генетического кода.

Таблица генетического кода
У	Ц	А	Г
У	Фен	Сер	Тир	Цис	У
Фен	Сер	Тир	Цис	Ц
Лей	Сер	Терм	Терм	А
Лей	Сер	Терм	Три	Г
Ц	Лей	Про	Гис	Арг	У
Лей	Про	Гис	Арг	Ц
Лей	Про	Глн	Арг	А
Лей	Про	Глн	Арг	Г
А	Иле	Тре	Асн	Сер	У
Иле	Тре	Асн	Сер	Ц
Иле	Тре	Лиз	Арг	А
Мет	Тре	Лиз	Арг	Г
Г	Вал	Ала	Асп	Гли	У
Вал	Ала	Асп	Гли	Ц
Вал	Ала	Глю	Гли	А
Вал	Ала	Глю	Гли	Г

 

 

Число кодонов в три раза превышало число аминокислот, что свидетельствует о вырожденности генетического кода. Лишь 2 аминокислоты, метионин и триптофан кодируются одним кодоном. Большинство аминокислот кодируются несколькими кодонами. Это связано с тем, что тРНК, специфичная к определенной аминокислоте, может взаимодейство

Рис..Схема гипотезы «качания».

 

ватьболее чем с одним кодоном. Точное образование комплементарных пар в таком случае обязательно только для первых двух букв кодона. Третья буква кодона может формировать «неканонические» пары. Идея о том, что на спаривание третьего основания накладываются менее жесткие ограничения, высказал Ф. Крик. Эта идея получила название гипотезы «качания» или неоднозначного соответствия (wobble –гипотеза). Показано, что третье основание кодона может формировать неканонические пары с первым основанием антикодона. Возможные варианты такого взаимодействия показаны в следующей таблице

 

Таблица. Возможные комплементарные пары оснований образующиеся согласно гипотезе «качания"
Основание в 5 ' позиции в антикодоне	Основание в 3 ' позиции в кодоне	Основание в 3 ' позиции в кодоне	Основание в 5 ' позиции в антикодоне
Г	Ц или У	Ц	Г, И
Ц	Г	А	У, И
А	У	Г	С, У
У	А или Г	У	А,Г,И
И	А.У или Ц

 

Гипотеза колебания, свидетельствующая о вырожденности генетического кода, дает возможность предположить, что код, по-видимому, развился из дуплетного кода.

Неоднозначность соответствия оснований – важный элемент, уменьшающий вероятность неблагоприятных последствий мутаций.

Каждый триплет кодирует только одну аминокислоту. Это свойство кода получило название специфичности генетического кода. Кодоны в молекуле иРНК расположены линейно и между ними нет каких-либо дополнительных знаков «препинания». Код читается в последовательной манере, начинаясь с фиксированного пункта в гене. Код не перекрывающийся и последовательность аминокислот коллинеарна последовательности нуклеотидов. Сдвиг рамки считывания может приводить к синтезу дефектного белка. Некоторые вирусы используют возможность сдвига рамки считывания для кодирования нескольких белков одной и той же последовательностью нуклеотидов.

К настоящему времени генетический код изучен у большого количества организмов от вирусов и бактерий до млекопитающих. Он оказался практически одинаковым у всех, что дает право говорить об универсальности генетического кода и о единстве происхождения всех форм жизни на Земле. Некоторые различия в кодировании приводятся в следующей таблице.

 

. Различия в значении кодонов у разных живых организмов.
Геном	Организм	Кодон	Универсальное значение	Необычное значение
Митохондрии	Позвоночные, дрозофила, дрожжи, плесени, трипаносомы	УГА	Стоп	Три
Сахаромицеты	ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ	Лей	Три
ЦГГ	Арг	Три
Позвоночные, дрозофила, сахаромицеты	АУА	Иле	Мет
Морская звезда	ААА	Лиз	Асн
Позвоночные	АГА АГГ	Арг	Стоп
Морская звезда дрозофила	АГА АГА*	Арг	Сер
Аскарида, нематода	УУГ	Лей	Старт
АУУ	Иле	Старт
Нематода	АУА	Иле	Старт
Млекопитающие	АУУ АУЦ АУА	Иле	Старт
Ядро	Микоплазма	УГУ	Стоп	Три
	Цилиаты	УАА	Стоп	Глн
Гриб кандида цилиндрика	ЦУГ	Лей	Сер
А* -модифицированый аденин