Генетичний код (послідовність іРНК)

1 - й нуклео-тид	2-й нуклеотид	3-й нуклеотид
У	Ц	А	Г
У	Фенілаланін	Серін	Тирозин	Цистеїн	У
Фенілаланін	Серін	Тирозин	Цистеїн	Ц
Лейцин	Серін	Стоп-сигнал	Стоп-сигнал	А
Лейцин	Серін	Стоп-сигнал	Триптофан	Г
Ц	Лейцин	Пролін	Гістидин	Аргінін	У
Лейцин	Пролін	Гістидин	Аргінин	Ц
Лейцин	Пролін	Глутамін	Аргінін	А
Лейцин	Пролін	Глутамін	Аргінин	Г
А	Ізолейцин	Треонін	Аспаргін	Серін	У
Ізолейцин	Треонін	Аспаргін	Серін	Ц
Ізолейцин	Треонін	Лізін	Аргінин	А
Метіонін	Треонін	Лізін	Аргінін	Г
Г	Валін	Аланін	Аспарагінова кислота	Гліцин	У
Валін	Аланін	Аспарагінова кислота	Гліцин	Ц
Валін	Аланін	Глютамінова кислота	Гліцин	А
Валін	Аланін	Глутамінова кислота	Гліцин	Г

Гіпотеза про існування коду, який містить три нуклеотиди в кожному кодоні, була запропонована А.Гамовим (1954) і експериментально доведена Ф.Кріком та співробітниками (1961). Встановлено, що кожна амінокислота кодується послідовністю трьох азотистих основ (триплетом або кодоном). Код триплетний, тобто одній амінокислоті відповідають три нуклеотиди. Оскільки до складу ДНК входить 4 азотистих основи, а до складу білка-20 амінокислот, то триплетний код утворює 4 х 4 х 4 = 64 різних кодони. Наприклад, у послідовності ААА ЦАЦ ГАГ ГГТ АТЦ ГТА перші три основи ААА кодують амінокислоту 1, далі: ЦАЦ- 2, ГАГ З, ГГТ-4, АТЦ-5, ГТА-6.

Генетичний код наступні характеристики: а) триплетність -одну амінокислоту кодують три нуклеотиди, розміщені поруч (триплет в іРНК називають кодоном); створено кодовий словник- Г. Кораном, М.Ніренбергом, П.Ледером у 1964р.; б) виродженість -кожну амінокислоту (крім метіоніну і триптофану) кодує більше, ніж один триплет; в) колінеарність -послідовність триплетів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептиді; г) неперехресні сть-два розміщені поруч триплети (шість нуклеотидів) кодують лише дві амінокислоти; ґ) універсальність -для неклітинних і клітинних форм життя.

Для пунктуації генетичної інформації під час трансляції мають значення п'ять кодонів. Кодони АУГ і ГУГ називають ініціюючими. Вони визначають початок синтезу генного продукту при трансляції іРНК. Ці кодони розміщуються на межі послідовностей нуклеотидів іРНК, що списуються з регуляторної і структурної частин гена. Вони вказують на крапку, від якої починається синтез поліпептидного ланцюга, тому що регуляторна частина гена не транслюється. Якщо ці кодони знаходяться в структурній частині гена, то вони відповідно, спрямовують включення метіоніну і валіну та втрачають своє значення. Існують також термінуючі, або нонсенс (беззмістовні) кодони -УАА, УАГ, УГА, що визначають закінчення синтезу поліпептидного ланцюга і не несуть інформації про жодну амінокислоту. Старт-кодоном будь-якого гена (початком зчитування) є кодони АУГ і ГУГ, а кінець зчитування визначають стоп-кодони УАА, УАГ або УГА, які дають сигнал на закінчення синтезу білка. Відстань між АУГ і стоп-кодонами називається рамкою зчитування(ORF (open reading frame).н

Генетичний код був повністю розшифрований в працях М.Ніренберга, Дж.Маттеї (1961) і С.Очоа (1962). Вони показали можливість конструювання штучних молекул РНК з відомим складом нуклеотидів, здатних спрямовувати синтез поліпептидів in vitro. Було виявлено, що РНК, утворена уридиновими нуклеотидами, де основою є урацил, спрямовує синтез поліпептиду, що складається тільки з фенілаланіну. Змінюючи відносний зміст різних нуклеотидів, можна отримати молекули РНК з різною частотою вияву кожного з 64 кодонів, створенних цими нуклеотидами, і з'ясувати взаємозв'язок між нуклеотидним складом РНК та амінокислотним складом синтезованих під контролем цих РНК поліпептидів. Прямі кореляції цих двох показників було отримано в працях Г.Корані, який використав у системі синтезу білка in vitro синтетичні іРНК з точно відомою послідовністю нуклеотидів.

СТРУКТУРА ХРОМАТИНУ

Хроматин -комплекс молекул ДНК та специфічних білків, що складає хромосоми. Слово «хроматин» походить від лат. Chroma- «колір», і виникло через його контрастне фарбування деякими барвниками. В клітинах еукаріотів хроматин знаходиться в ядрі.

До складу хроматину входить близько 500 різних білків. Розрізняють два класи білків: 1) кислі (збагачені кислими амінокислотами) негістонові білки; 2) основні (збагачені основними амінокислотами) - гістони.

На першому рівні організації хроматину ДНК формує за рахунок взаємодії з білками елементарні утворення- нуклеосоми. Структура нуклеосом нагадує намисто. Виділено 5 основних видів гістонів: H1, Н2А, Р2В, НЗ і Н4. Гістон Н1 видоспецифічний, кількість його в два рази менша порівняно з іншими гістонами. Нуклеосоми є дископодібними частинами діаметром 11 нм. Нуклеосоми утворюються в результаті взаємодії чотирьох класів гістонів: димерів Н2А, Н2В і тетрамерів НЗ і Н4. Ділянка ДНК, що займає 145 пар нуклеотидів, утворює 1 або 3-4 оберти навколо серцевини нуклеосоми. Гістон Н1 взаємодіє з ДНК між нуклеосомами, утворюючи ділянку лінкера завдовжки від 15 до 100 полінуклеотидів. У хроматині вся ДНК формує нуклеосоми із середньою щільністю одна нуклеосома на 200 пар основ, сусідні нуклеосоми з'єднані міжнуклеосомними лінкерними ділянками. Нуклеосомна ДНК разом із лінкерною ділянкою становлять так званий нуклеосомний повтор, довжина якого варіює як уздовж полінуклеосомного ланцюга, так і залежно від функціонального стану, типу клітин тощо. Серцевина нуклеосоми з лінкером складає повну нуклеосому (рис.3.1).

 

 

Рис. 3.1. Схема будови нуклеосом хроматину (за Су Жей Лі)

 

Гістони Н1 у лінкерних ділянках взаємодіють між собою і утворюють спіраль більш високого порядку- соленоїд - структуру завтовшки близько 30 нанометрів (фібрилу) (рис.3.2).

Рис. 3.2. Рівні компактизації ДНК: 1-ДНК (2нм); 2-нуклеосома (8 гістонових молекул, 11нм), 3-хроматин у формі соленоїда (30нм), 4-хроматинове волокно, 5-хроматин, 6-утворення петель і суперспіралізація (700нм), 7-хромосома (700нм).

 

Подальша упаковка цієї фібрили може мати різну щільність. Якщо хроматин упакований щільно, його називають конденсованим або гетерохроматином. ДНК, що знаходиться в гетерохроматині не доступна для транскрипції, звичайний цей стан характерний для незначущих ділянок, не потрібних на даній стадії розвитку клітини. Повна конденсація хромосом відбувається перед поділом клітини (період інтерфази). Утворення гетеро хроматину здійснюється головним чином у ділянках, що містять повтори-у центромерах, теломерах, субтеломерних ділянках, зонах концентрації мобільних елементів. Якщо хроматин упакований нещільно, його називають еухроматином. Цей тип хроматину менш щільний і характеризується активацією транскрипції. Щільність упаковки хроматину багато в чому визначається модифікаціями пістонів- ацетилилюванням і фосфорилюванням.

На наступному рівні структурної організації у клітинному ядрі хроматинова фібрила формує петлі, кінці яких жорстко закріплені на скелетних білкових структурах клітинного ядра- ядерному матриксі. Ядерний матрикс-це система білкових філаментів, яка формує каркас ядра. На периферії ядра розташована внутрішня ядерна оболонка (ядерна ламіна). Від ламіни всередину ядра протягнуті філаменти внутрішнього ядерного матриксу. З ламіною взаємодіє значна частина гетерохроматину (центромери і теломери хромосом). Еухроматинова частина хромосоми «звисає» всередину ядра, де хроматинові петлі закріплюються на внутрішній частині матриксу. В результаті хромосома займає певну зону в об´ємі ядра- хромосомну територію.

Одна петля, що містить від 20 до 200 тис. пар основ ДНК (один або кілька генів) і часто розглядається як важливий елемент регуляції процесів транскрипції та реплікації. Кожна петля є окремим геномним доменом. Найбільшими і найстабільнішими структурними доменами є реплікони. Середній розмір ДНК, яка входить до складу петлі у ссавців, становить 50-100 тис. полінуклеотидів або 1700-3400 нм. На відміну від нуклеосомного та соленоїдного рівнів, петлеподібний рівень організації хроматину носить не тільки структурний, але й функціональний характер.

На четвертому рівні компактизації ДНК відбувається вкладання ДНК у метафазну хромосому за рахунок складання скелетних ниток, до яких прикріплені соленоподібні петлі. Найбільш вірогідною (за Г.П.Георгієвим) є спіральна укладка ниток з утворенням соленоїда другого порядку.

Зміни хроматину, що відбуваються при мітотичному поділі, зачіпають в основному скелетні структури, що не впливає на більш низькі рівні організації хромосоми. Далі йдуть більш високі рівні компактизації ДНК, майже до хроматидного. Однак вони ще достатньо повно не вивчені.