Основные этапы изучения генетического кода

1. Гипотетический 1954г – Г.Гамов формулирует концепцию генетического кода как соответствие 2 текстов, записанных при помощи разных алфавитов, формулирует «гипотезу последовательности», согласно кот последовательности нуклеотидов в ДНК опред последовательность расположения АК в белковой молекуле.

В дальнейшем к этой работе подключился Ф.Крик. Совместно с Гамовым он предложил гипотезы, ввел понятия о кодонах, высказал предположения о триплетности генетического кода, кот в дальнейшем получил эксперементальное подтверждение.

2. Эксперементальный (1961-1967гг) – в 1961г Крик методом мутогенеза у бактерий установил важнейшие св-ва генетического кода:

· Триплетность;

· Считывание без знаков препинания;

· Фиксированное начало считывания генетич кода, ориентированное направление считывания, фиксированный конец считывания;

1961г Ниренберг, Матери приступили к эксперемент.расшифровке генетич кода в бесклеточных системах in vitro. 1967г завершена полная расшифровка генетич кода – Ниренберг с сотрудниками.

3. Этап углубленного системных св-в генетического кода и молекулярных механизмов кодирования генетич информации (1967-наст время).

Св-ва генетич кода(на примере кода РНК) – основные св-ва (7):

1. Триплетность – три нуклеотида РНК кодируют 1 АК в белковой молекуле (кодон (триплет) – 3 нуклеотида, кодирующ 1 АК);

2. Неперекрываемость – каждый нуклеотид входит в состав одного и только одного кодона;

3. Множественность (вырожденность) – 1 АК может кодировать неск триплетами;

· В РНК (ДНК) 4 нуклеотида (А, Г, Ц, У (Т))

· Можно составить 64 комбинации из 4 нуклеотидов по 3

· В составе белков 20 разновидностей АК (64/20=3 кодона на 1 АК). Число кодонов, кодир ту или иную АК

· прямопропорц частоте ее встречаемости в составе белков;

4. Однозначность – каждый кодон кодирует только 1 АК;

5. Непрерывность – считывание без знаков препинания – знаки препинания между кодонами отсутствуют, и при выполнении или вставке нуклеотидов происходит сдвиг рамки считывания;

6. Универсальность – генетич код универсален для всех живых орг-мов от вирусов до человека – это свидетельствует о елинстве происхождения жизни;

7. Фиксированная стартовая точка – ориентированное направление считывания, фиксированный конец считывания.

· Стартовый кодон АУГ, ГУГ

· Направление считывания 5’- 3’

· Окончание считывания УАГ, УГА, УАА

Системные св-ва (3):

1. Квазидуплетность (квази-сложный) – несмотря на триплетность генетического кода, главную смысловую нагрузку несет дуплет (2 нуклеотида), стоящие в начале кодона.

2 правила:

Правило неоднозначности кода (Крик) – определяют виды тРНК в ходе трансляции, могут узнавать 2 и более кодонов. Пример: аргининовая тРНК.

Аргининовая тРНК в ходе трансляции взаимод с 3 кодонами: 5’ ЦГУ 3’; 5’ ЦГЦ 3’; 5’ ЦГА 3’.

· Правило вырожденности кода – если 2 кодона имеют 2 одинаковых первых нуклеотида, и первый из них принадлежит к одному классу (пурин, пиримидин), то они кодируют одну и туже АК.

2 исключения: АУА – соотв изолейцину, а должен кодир метионин, УГА – терминирующий кодон, а должен кодир триптофан.

2. Регулярность – наличие опред закономерностей в составе кодонов и кодируемых ими АК.

Генетический код включ 16 различных основ (приставка + корень), кот можно разделить на 2 группы кодонов:

· Кодоны с сильными основаниями, когда 2 первых нуклеотида полностью кодируют к-ту: УЦ, ЦУ, ЦЦ, ЦГ, АЦ, ГУ, ГЦ, ГГ. Соотношения Ц: Г: У: А=7: 5:3: 1.

· Кодоны со слабыми основаниями, когда для кодирования АК нужен 3 нуклеотида: УУ, УА, УГ, ЦА, АУ, АА, АГ, ГА. Соотношения Ц: Г: У: А=1: 3: 5: 7.

Нуклеотидный состав корней, определяющие св-ва АК:

· Корень У – все АК малых размеров (серин);

· Корень Ц – все АК полярные, средних и больших размеров (гистидин);

· Корень Г – различные крайние и аномальные варианты АК (самая большая и плоская – триптофан).

3. Симметрия - при повороте на 180⁰ по часовой стрелке все сильные и слабые основы сохраняют свои позиции. При зеркальном отражении относительной вертикальной плоскости симметрии, сильные и слабые основы меняются местами.

Общий вывод: генетический код представляет собой не случайный конгломерат соответствия между кодонами и АК, а высоко организованную систему соответствий, поддерж сложными молекулярными механизмами.