Роль нуклеїнових кислот. Генетичний код

У живих організмах синтезуються тисячі різних специфічних білків. Вони відрізняються один від одного в першу чергу первинною структурою, інформація про яку міститься в молекулі ДНК. Проте сама ДНК не використовується як безпосередня матриця для синтезу білка.

Інформація про структуру білка, яка записана в геномі ДНК, передається до рибосоми за допомогою інформаційної РНК (іРНК), яка служить сполучною ланкою між генами та системою білкового синтезу. Цей процес називається транскрипцією або переписуванням.

Транскрипція - процес, за допомогою якого наявна в ДНК генетична інформація «переписується» у молекулу РНК. Вона утворюється на ділянці одного ланцюга ДНК за принципом комплементар-ності й подібна до ділянки другого полінуклеотидного ланцюга ДНК. Різниця полягає лише в тому, що замість тимідилового нукле-отиду в РНК знаходиться уридиловий, і замість дезоксирибози нук-леотиди містять рибозу.

Таким чином, іРНК є точною копією генетичної інформації, яка закодована у певній ділянці ДНК, а саме - інформації про послідовність амінокислот у білках. У прокаріотів іРНК утворюється одразу ж у процесі транскрипції на ДНК. У міру поступового відділення іРНК від матриці ДНК, до неї приєднуються рибосоми і починається синтез білка. В еукаріотичних клітинах у процесі транскрипції спочатку синтезується попередник - пре-іРНК, який згодом уже перетворюється в іРНК. Потім іРНК переходить у цитоплазму до рибосом і виконує роль матриці -тому її частіше називають матричною РНК (мРНК).

Генетичний код об'єднує послідовність нуклеотидів у ДНК і послідовність амінокислот у білках. Отже, для кожної амінокислоти існує свій кодон (кодове слово) для перекладу послідовності нуклео-тидів у кодовану амінокислоту. код або кодон - це триплет із трьох поспіль розташованих пуринових або піримідинових основ на мРНК, які відповідають за приєднання певної амінокислоти в поліпептидному ланцюзі.

Генетичний код має такі властивості: триплетність, виродженість, неперекриваємість, специфічність, універсальність, колінеарність.

Триплетна природа генетичного коду була підтверджена численними експериментами. Генетична інформація (порядок розміщення нуклеотидів у гені ДНК) передається в процесі біосинтезу білків на мРНК.

Вирішальна роль у розшифруванні генетичного коду належить роботам американських учених М.Ніренберга, С.Очоа, М.Маттеї та ін. (1954-1961 рр.). Вони в безклітинну білокси-нтезуючу систему, одержану з кишкової палички, ввели штучно синтезовану поліуридилову кислоту (УУУУУ) як матрицю і додали суміш із 20 амінокислот.

З'ясувалось, що з 20 амінокислот у біосинтезі брав участь лише фенілаланін, тобто триплетом для цієї амінокислоти можна вважати три поспіль розташовані урацили (УУУ).

Унаслідок проведених експериментів були розкриті всі 64 триплети, із них 61 триплет, будучи змістовними, відповідали певним амінокислотам, а три (УАА, УАГ, УГА), які не кодували амінокислот, названо «беззмістовними». Проте цим кодонам належить важлива роль у біосинтезі білка - вони забезпечують кінець синтезу по-ліпептидного ланцюга (термінацію).

У більшості випадків триплети, які кодують одну й ту ж амінокислоту, розрізняються лише завдяки третьому нуклеотиду в кодоні. Так, у кодонах аланіну (ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ) перші два нуклеотиди однакові, відрізняється лише третій.

Важливою властивістю генетичного коду є його неперекриває-мість - кожен із триплетів не залежить від іншого. Кожен із нуклео-тидів кодону не може транслюватися в сполученні з іншими триплетами.

Код не має сигналів розділення (знаків пунктуації), які позначають початок одного або кінець другого триплету. Тому набуває виключно великого значення визначення початку зчитування (рамки). Якщо буде збита рамка зчитування, може синтезуватися дефектний білок, що має місце, наприклад, при дії окремих антибіотиків на біосинтез білка в мікроорганізмів і є причиною їх загибелі (наприклад, стрептоміцин та ін.).

Код є специфічним - кожній амінокислоті відповідають тільки певні кодони, які не можуть кодувати інші амінокислоти.

Код є колінеарним, тобто дотримується відповідність лінійної послідовності триплетів у мРНК і амінокислот у поліпептиді.

Одна з важливих властивостей коду - його універсальність. Три-нуклеотиди, які кодують одну й ту ж саму амінокислоту, мають однаковий склад і послідовність для всіх організмів (бактерій, рослин, тварин та людини).