Biologia definiției codului genetic. Codul genetic ca modalitate de înregistrare a informațiilor ereditare

Seria de articole care descriu originile Codului civil poate fi tratată ca o anchetă asupra unor evenimente despre care avem încă multe urme. Cu toate acestea, înțelegerea acestor articole necesită un efort pentru a înțelege mecanismele moleculare ale sintezei proteinelor. Acest articol este cel introductiv pentru o serie de auto-publicații dedicate originii codului genetic și este cel mai bun loc pentru a începe să vă familiarizați cu acest subiect.
De obicei cod genetic(GC) este definită ca o metodă (regulă) pentru codificarea unei proteine ​​pe structura primară a ADN-ului sau ARN-ului. În literatură, cel mai adesea este scris că aceasta este o corespondență unică a unei secvențe de trei nucleotide dintr-o genă cu un aminoacid dintr-o proteină sintetizată sau punctul final al sintezei proteinelor. Cu toate acestea, există două erori în această definiție. Aceasta se referă la 20 de așa-numiți aminoacizi canonici, care fac parte din proteinele tuturor organismelor vii fără excepție. Acești aminoacizi sunt monomeri proteici. Erorile sunt următoarele:

1) Nu există 20 de aminoacizi canonici, ci doar 19. Putem numi un aminoacid o substanță care conține simultan o grupare amino -NH 2 și o grupare carboxil - COOH. Faptul este că monomerul proteic - prolina - nu este un aminoacid, deoarece conține o grupare imino în loc de o grupare amino, de aceea este mai corect să numim prolina un iminoacid. Cu toate acestea, în viitor, în toate articolele dedicate HA, pentru comoditate, voi scrie aproximativ 20 de aminoacizi, implicând nuanța specificată. Structurile aminoacizilor sunt prezentate în Fig. 1.

Orez. 1. Structuri ale aminoacizilor canonici. Aminoacizii au părți constante, indicate cu negru în figură, și părți variabile (sau radicali), indicate cu roșu.

2) Corespondența aminoacizilor cu codonii nu este întotdeauna clară. Pentru încălcarea cazurilor de lipsă de ambiguitate, a se vedea mai jos.

Apariția GC înseamnă apariția sintezei proteinelor codificate. Acest eveniment este unul dintre evenimentele cheie pentru formarea evolutivă a primelor organisme vii.

Structura HA este prezentată într-o formă circulară în Fig. 2.

Orez. 2. Cod genetic într-o formă circulară. Cercul interior este prima literă a codonului, a doua cerc - a doua literă a codonului, al treilea cerc - a treia literă a codonului, al patrulea cerc - desemnarea aminoacizilor într-o abreviere de trei litere; P - aminoacizi polari, NP - aminoacizi nepolari. Pentru claritatea simetriei, ordinea aleasă a simbolurilor este importantă U - C - A - G .

Deci, să începem să descriem principalele proprietăți ale HA.

1. Tripletate. Fiecare aminoacid este codificat de o secvență de trei nucleotide.

2. Prezența semnelor de punctuație intergenice. Semnele de punctuație intergenice includ secvențe de acid nucleic la care începe sau se termină translația.

Traducerea nu poate începe de la niciun codon, ci doar de la unul strict definit - pornire. Codonul de început include tripletul AUG, de la care începe traducerea. În acest caz, acest triplet codifică fie metionina, fie un alt aminoacid - formilmetionina (la procariote), care poate fi inclus doar la începutul sintezei proteinelor. La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă există cel puțin una din 3 codoni de oprire, sau lumini de frână: UAA, UAG, UGA. Ele termină translația (așa-numita sinteză a proteinelor pe ribozom).

3. Compactitate sau absența semnelor de punctuație intragenice.În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon semnificativ.

4. Nesuprapunere. Codonii nu se suprapun unul cu celălalt; fiecare are propriul său set ordonat de nucleotide, care nu se suprapun cu seturi similare de codoni vecini.

5. Degenerare. Corespondența inversă în direcția aminoacid-codon este ambiguă. Această proprietate se numește degenerare. Serie este un set de codoni care codifică un aminoacid, cu alte cuvinte, este un grup codoni echivalenti. Să ne gândim la un codon ca XYZ. Dacă XY specifică „sensul” (adică un aminoacid), atunci codonul se numește puternic. Dacă, pentru a determina semnificația unui codon, este nevoie de un anumit Z, atunci se numește un astfel de codon slab.

Degenerarea codului este strâns legată de ambiguitatea împerecherii codon-anticodon (un anticodon înseamnă o secvență de trei nucleotide pe ARNt, care se pot împerechea în mod complementar cu un codon pe ARN mesager (a se vedea două articole pentru mai multe detalii despre aceasta: Mecanisme moleculare pentru asigurarea degenerării coduluiȘi regula lui Lagerquist. Justificarea fizico-chimică a simetriilor și relațiilor lui Rumer). Un anticodon pe un ARNt poate recunoaște unul până la trei codoni pe un ARNm.

6.Neambiguitate. Fiecare triplet codifică doar un aminoacid sau este un terminator de translație.

Există trei excepții cunoscute.

Primul. La procariote, în prima poziție (litera majusculă) codifică formilmetionina, iar în orice altă poziție - metionina La începutul genei, formilmetionina este codificată atât de codonul obișnuit de metionină AUG, cât și de codonul de valină GUG sau leucină UUG. care în cadrul genei codifică valină și, respectiv, leucină.

În multe proteine, formilmetionina este scindată sau gruparea formil este îndepărtată, ceea ce duce la transformarea formilmetioninei în metionină obișnuită.

Al doilea. În 1986, mai multe grupuri de cercetători au descoperit că codonul stop UGA de pe ARNm poate codifica selenocisteina (vezi Fig. 3), cu condiția ca acesta să fie urmat de o secvență specială de nucleotide.

Orez. 3. Structura celui de-al 21-lea aminoacid - selenocisteina.

U E coli(acesta este numele latin pentru Escherichia coli) selenocysteyl-ARNt în timpul translației recunoaște codonul UGA în ARNm, dar numai într-un anumit context: pentru recunoașterea codonului UGA ca semnificativ, o secvență de 45 de nucleotide în lungime situată după codonul UGA este important.

Exemplul luat în considerare arată că, dacă este necesar, un organism viu poate schimba semnificația codului genetic standard. În acest caz, informația genetică conținută în gene este codificată într-un mod mai complex. Semnificația unui codon este determinată în contextul unei secvențe de nucleotide extinse specifice și cu participarea mai multor factori proteici foarte specifici. Este important ca ARNt-ul selenocisteinei să fi fost găsit la reprezentanții tuturor celor trei ramuri ale vieții (arheea, eubacterii și eucariote), ceea ce indică originea antică a sintezei selenocisteinei și posibila prezență a acestuia în ultimul strămoș comun universal (care va fi discutat în alte articole). Cel mai probabil, selenocisteina se găsește în toate organismele vii fără excepție. Dar în orice organism dat, selenocisteina se găsește în nu mai mult de zeci de proteine. Face parte din centrii activi ai enzimelor, într-un număr de omologi ai cărora cisteina obișnuită poate funcționa într-o poziție similară.

Până de curând, se credea că codonul UGA poate fi citit fie ca selenocisteină, fie ca terminal, dar recent s-a demonstrat că în ciliați Euplotes Codonul UGA codifică fie cisteină, fie selenocisteină. Cm. " Cod genetic permite discrepanțe"

A treia excepție. Unele procariote (5 specii de arhei și o eubacterie - informațiile de pe Wikipedia sunt foarte depășite) conțin un acid special - pirolizina (Fig. 4). Este codificat de tripletul UAG, care în codul canonic servește ca un terminator de traducere. Se presupune că în acest caz, similar cu cazul codificării selenocisteinei, citirea UAG ca codon pirolizină are loc datorită unei structuri speciale pe ARNm. ARNt de pirolizină conține anticodonul CTA și este aminoacilat de către ARSazele de clasa 2 (pentru clasificarea ARSazelor, vezi articolul „Codazele ajută la înțelegerea modului în care cod genetic ").

UAG este rareori folosit ca un codon stop, iar atunci când este utilizat, este adesea urmat de un alt codon stop.

Orez. 4. Structura celui de-al 22-lea aminoacid al pirolizinei.

7. Versatilitate. După ce descifrarea Codului civil a fost finalizată la mijlocul anilor '60 ai secolului trecut, pentru o lungă perioadă de timp se credea că codul era același în toate organismele, ceea ce indică unitatea de origine a întregii vieți de pe Pământ.

Să încercăm să înțelegem de ce Codul civil este universal. Faptul este că, dacă cel puțin o regulă de codare s-ar schimba în organism, aceasta ar duce la o modificare a structurii unei părți semnificative a proteinelor. O astfel de schimbare ar fi prea drastică și, prin urmare, aproape întotdeauna letală, deoarece o schimbare a semnificației unui singur codon poate afecta în medie 1/64 din toate secvențele de aminoacizi.

Acest lucru duce la o idee foarte importantă - GC cu greu s-a schimbat de la formarea sa, acum mai bine de 3,5 miliarde de ani. Aceasta înseamnă că structura sa poartă o urmă a originii sale, iar analiza acestei structuri poate ajuta la înțelegerea exactă a modului în care ar fi putut apărea GC.

De fapt, HA poate diferi oarecum în bacterii, mitocondrii, codul nuclear al unor ciliați și drojdie. În prezent, există cel puțin 17 coduri genetice care diferă de cel canonic prin 1-5 codoni În total, în toate variantele cunoscute de abateri de la GK universal, sunt utilizate 18 substituții diferite ale semnificației unui codon. Cele mai multe abateri de la codul standard sunt cunoscute pentru mitocondrii - 10. Este de remarcat faptul că mitocondriile vertebratelor, viermilor plati și echinodermelor sunt codificate prin coduri diferite, în timp ce ciupercile de mucegai, protozoarele și celenteratele sunt codificate de unul singur.

Apropierea evolutivă a speciilor nu garantează deloc că au GC similare. Codurile genetice pot varia chiar și între tipuri diferite micoplasme (unele specii au un cod canonic, în timp ce altele au unul diferit). O situație similară se observă pentru drojdie.

Este important de menționat că mitocondriile sunt descendenți ai organismelor simbiotice care s-au adaptat să trăiască în interiorul celulelor. Au un genom foarte redus; unele gene s-au mutat în nucleul celulei. Prin urmare, modificările HA din ele nu mai sunt atât de dramatice.

Excepțiile descoperite mai târziu prezintă un interes deosebit din punct de vedere evolutiv, deoarece pot ajuta la luminarea mecanismelor evoluției codului.

Tabelul 1.

Codurile mitocondriale în diferite organisme.

Trei mecanisme de schimbare a aminoacidului codificat de cod.

Primul este atunci când un anumit codon nu este utilizat (sau aproape nu este utilizat) de către un organism din cauza apariției inegale a unor nucleotide (compoziția GC) sau a combinațiilor de nucleotide. Ca rezultat, un astfel de codon poate dispărea complet din utilizare (de exemplu, din cauza pierderii ARNt-ului corespunzător) și poate fi utilizat ulterior pentru a codifica un alt aminoacid fără a provoca daune semnificative organismului. Acest mecanism poate fi responsabil pentru apariția unor dialecte cod în mitocondrii.

Al doilea este transformarea codonului stop în sensul ovulelor. În acest caz, unele dintre proteinele traduse pot avea adaosuri. Cu toate acestea, situația este parțial salvată de faptul că multe gene se termină adesea cu nu unul, ci doi codoni stop, deoarece sunt posibile erori de traducere, în care codonii stop sunt citiți ca aminoacizi.

A treia este o posibilă citire ambiguă a anumitor codoni, așa cum este cazul unor ciuperci.

8 . Conectivitate. Sunt numite grupuri de codoni echivalenți (adică codoni care codifică același aminoacid). în serie. GC conține 21 de serii, inclusiv codoni stop. În cele ce urmează, pentru certitudine, va fi numit orice grup de codoni legătură, dacă din fiecare codon al acestui grup se poate trece la toți ceilalți codoni ai aceleiași grupe prin substituții succesive de nucleotide. Din cele 21 de serii, 18 sunt conectate, 2 serii conțin fiecare câte un codon și doar 1 serie pentru aminoacizii serina este neconectată și se descompune în două subseri conectate.

Orez. 5. Grafice de conectivitate pentru unele serii de coduri. a - serie conectată de valine; b - seria conexă de leucină; Seria serină este incoerentă și se împarte în două subseri conectate. Cifra este preluată din articolul lui V.A. Ratner" Cod genetic ca un sistem.”

Proprietatea de conectivitate poate fi explicată prin faptul că în timpul perioadei de formare, GC a capturat noi codoni care erau minim diferiți de cei deja utilizați.

9. Regularitate proprietățile aminoacizilor bazate pe rădăcinile tripleților. Toți aminoacizii codificați de tripleții rădăcinii U sunt nepolari, nu au proprietăți și dimensiuni extreme și au radicali alifatici. Toate tripletele cu rădăcina C au baze puternice, iar aminoacizii pe care îi codifică sunt relativ mici. Toate tripleții cu rădăcina A au baze slabe și codifică aminoacizi polari de dimensiuni nu mici. Codonii cu rădăcină G se caracterizează prin variante extreme și anormale de aminoacizi și serii. Ele codifică cel mai mic aminoacid (glicină), cel mai lung și mai plat (triptofan), cel mai lung și mai noduros (arginina), cel mai reactiv (cisteină) și formează o subserie anormală pentru serină.

10. Blocare. Codul civil universal este un cod „bloc”. Aceasta înseamnă că aminoacizii cu proprietăți fizico-chimice similare sunt codificați de codoni care diferă unul de celălalt printr-o bază. Natura bloc a codului este clar vizibilă în figura următoare.

Orez. 6. Structura bloc a Codului civil. Aminoacizii cu o grupare alchil sunt indicați cu alb.

Orez. 7. Reprezentarea color a proprietăților fizico-chimice ale aminoacizilor, pe baza valorilor descrise în carteStyers "Biochimie". În stânga este hidrofobicitatea. În partea dreaptă este capacitatea de a forma o spirală alfa într-o proteină. Culorile roșu, galben și albastru indică aminoacizi cu hidrofobicitate ridicată, medie și scăzută (stânga) sau gradul corespunzător de capacitate de a forma o helix alfa (dreapta).

Proprietatea de blocare și regularitate poate fi explicată și prin faptul că în timpul perioadei de formare GC a capturat noi codoni, care erau minim diferiți de cei deja utilizați.

Codonii cu aceleași primele baze (prefixe de codon) codifică aminoacizi cu căi de biosinteză similare. Codonii aminoacizilor aparținând familiilor shikimat, piruvat, aspartat și glutamat au ca prefixe U, G, A și respectiv C. Despre căile biosintezei antice a aminoacizilor și conexiunea acesteia cu proprietățile codului modern, a se vedea „Dubletul antic cod genetic a fost predeterminată de căile sintezei aminoacizilor.” Pe baza acestor date, unii cercetători ajung la concluzia că formarea codului influență mare a avut relații de biosinteză între aminoacizi. Cu toate acestea, asemănarea căilor biosintetice nu înseamnă deloc asemănarea proprietăților fizico-chimice.

11. Imunitate la zgomot.În chiar vedere generala Imunitatea la zgomot a HA înseamnă că, cu mutații punctuale aleatorii și erori de translație, proprietățile fizico-chimice ale aminoacizilor nu se schimbă foarte mult.

Înlocuirea unei nucleotide într-un triplet în cele mai multe cazuri fie nu duce la o modificare a aminoacidului codificat, fie conduce la o schimbare la un aminoacid cu aceeași polaritate.

Unul dintre mecanismele care asigură imunitatea la zgomot a unui GC este degenerarea acestuia. Degenerarea medie este egală cu numărul de semnale codificate/numărul total de codoni, unde semnalele codificate includ 20 de aminoacizi și semnul de terminare a translației. Degenerarea medie pentru toți aminoacizii și semnul de terminare este de trei codoni per semnal codificat.

Pentru a cuantifica imunitatea la zgomot, introducem două concepte. Mutațiile de substituție nucleotidică care nu duc la o schimbare a clasei aminoacizilor codificați se numesc conservator. Mutațiile substituțiilor de nucleotide care conduc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc radical .

Fiecare triplet permite 9 înlocuiri simple. Există 61 de tripleți care codifică aminoacizi în total. Prin urmare, numărul posibilelor substituții de nucleotide pentru toți codonii este

61 x 9 = 549. Dintre acestea:

Substituțiile cu 23 de nucleotide au ca rezultat codoni stop.

Substituțiile 134 nu modifică aminoacidul codificat.
Substituțiile 230 nu schimbă clasa aminoacidului codificat.
162 de substituții conduc la o schimbare a clasei de aminoacizi, adică. sunt radicali.
Din cele 183 de substituții ale celei de-a treia nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor de translație, iar 176 sunt conservatoare.
Din cele 183 de substituții ale primei nucleotide, 9 duc la apariția terminatorilor, 114 sunt conservatoare și 60 sunt radicale.
Din cele 183 de substituții ale celei de-a 2-a nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor, 74 sunt conservatoare, 102 sunt radicale.

Pe baza acestor calcule, obținem o evaluare cantitativă a imunității la zgomot a codului ca raport dintre numărul de înlocuiri conservatoare și numărul de înlocuiri radicale. Este egal cu 364/162=2,25

Atunci când se evaluează în mod realist contribuția degenerenței la imunitatea la zgomot, este necesar să se ia în considerare frecvența de apariție a aminoacizilor în proteine, care variază în funcție de specii.

Care este motivul imunității la zgomot a codului? Majoritatea cercetătorilor cred că această proprietate este o consecință a selecției de GC alternative.

Stephen Freeland și Lawrence Hurst au generat astfel de coduri aleatoriu și au descoperit că doar unul din o sută de coduri alternative nu era mai puțin rezistent la zgomot decât codul universal.
Chiar mai mult fapt interesant a fost descoperit atunci când acești cercetători au introdus o constrângere suplimentară pentru a ține cont de tendințele din lumea reală în modelele de mutații ADN și erorile de traducere. În astfel de condiții, NUMAI UN COD DIN UN MILION POSIBIL s-a dovedit a fi mai bun decât codul canonic.
Această vitalitate fără precedent a codului genetic poate fi explicată cel mai ușor prin faptul că s-a format ca rezultat selecție naturală. Poate că au existat odată multe coduri în lumea biologică, fiecare cu propria sa sensibilitate la erori. Organismul care le-a făcut față mai bine a avut șanse mai mari de supraviețuire, iar codul canonic pur și simplu a câștigat lupta pentru existență. Această presupunere pare destul de realistă - la urma urmei, știm că codurile alternative există cu adevărat. Pentru mai multe informații despre imunitatea la zgomot, vezi Evoluția codificată (S. Freeland, L. Hirst „Evoluția codificată”. // În lumea științei. - 2004, nr. 7).

În concluzie, îmi propun să numărăm numărul de coduri genetice posibile care pot fi generate pentru cei 20 de aminoacizi canonici. Din anumite motive, nu am întâlnit acest număr nicăieri. Așadar, avem nevoie ca GC-urile generate trebuie să conțină 20 de aminoacizi și un semnal de oprire, codificat de MĂȚIN UN CODON.

Să numerotăm mental codonii într-o anumită ordine. Vom raționa în felul următor. Dacă avem exact 21 de codoni, atunci fiecare aminoacid și semnal de oprire va ocupa exact un codon. În acest caz, vor exista 21 de GC-uri posibile!

Dacă există 22 de codoni, atunci apare un codon suplimentar, care poate avea unul dintre cele 21 de simțuri, iar acest codon poate fi localizat în oricare dintre cele 22 de locuri, în timp ce codonii rămași au exact un sens diferit, ca în cazul celor 21. codoni. Apoi obținem numărul de combinații 21!x(21x22).

Dacă sunt 23 de codoni, atunci, raționând în mod similar, obținem că 21 de codoni au exact o semnificație diferită fiecare (21! opțiuni), iar doi codoni au 21 de semnificații diferite fiecare (21 2 semnificații cu o poziție FIXĂ a acestor codoni). Numărul de poziții diferite pentru acești doi codoni va fi 23x22. Numărul total de variante GC pentru 23 de codoni este 21!x21 2 x23x22

Dacă există 24 de codoni, atunci numărul de GC va fi 21!x21 3 x24x23x22,...

....................................................................................................................

Dacă există 64 de codoni, atunci numărul posibilelor GC va fi 21!x21 43 x64!/21! = 21 43 x64! ~ 9,1x10 145

Codul genetic este o modalitate de codificare a secvenței de aminoacizi dintr-o moleculă de proteină folosind secvența de nucleotide dintr-o moleculă de acid nucleic. Proprietățile codului genetic decurg din caracteristicile acestei codificări.

Fiecare aminoacid proteic este asociat cu trei nucleotide consecutive de acid nucleic - triplet, sau codon. Fiecare nucleotidă poate conține una dintre cele patru baze azotate. În ARN acestea sunt adenina (A), uracilul (U), guanina (G), citozina (C). Prin combinarea bazelor azotate (în acest caz, nucleotide care le conțin) în moduri diferite, puteți obține multe triplete diferite: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC etc. Numărul total de combinații posibile este de 64, adică 43.

Proteinele organismelor vii conțin aproximativ 20 de aminoacizi. Dacă natura „ar fi planificat” să codifice fiecare aminoacid nu cu trei, ci cu două nucleotide, atunci varietatea unor astfel de perechi nu ar fi suficientă, deoarece ar fi doar 16 dintre ele, adică. 42.

Prin urmare, principala proprietate a codului genetic este triplicitatea acestuia. Fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide.

Deoarece există mult mai multe triplete posibile decât aminoacizii utilizați în moleculele biologice, următoarea proprietate a fost realizată în natura vie: redundanţă cod genetic. Mulți aminoacizi au început să fie codificați nu de un codon, ci de mai mulți. De exemplu, aminoacidul glicina este codificat de patru codoni diferiți: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundanța se mai numește degenerare.

Corespondența dintre aminoacizi și codoni este prezentată în tabele. De exemplu, acestea:

În legătură cu nucleotidele, codul genetic are următoarea proprietate: neambiguitate(sau specificitate): fiecărui codon îi corespunde doar un aminoacid. De exemplu, codonul GGU poate codifica numai glicină și nici un alt aminoacid.

Din nou. Redundanța înseamnă că mai mulți tripleți pot codifica același aminoacid. Specificitate - Fiecare codon specific poate codifica doar un aminoacid.

Nu există semne de punctuație speciale în codul genetic (cu excepția codonilor stop, care indică sfârșitul sintezei polipeptidelor). Funcția semnelor de punctuație este îndeplinită de tripleți înșiși - sfârșitul unuia înseamnă că altul va începe în continuare. Aceasta implică următoarele două proprietăți ale codului genetic: continuitateȘi nesuprapunere. Continuitatea se referă la citirea tripleților imediat după cealaltă. Nesuprapunerea înseamnă că fiecare nucleotidă poate face parte dintr-un singur triplet. Deci prima nucleotidă a următoarei triplete vine întotdeauna după a treia nucleotidă a tripletului precedent. Un codon nu poate începe cu a doua sau a treia nucleotidă a codonului precedent. Cu alte cuvinte, codul nu se suprapune.

Codul genetic are proprietatea versatilitate. Este același pentru toate organismele de pe Pământ, ceea ce indică unitatea originii vieții. Există excepții foarte rare de la aceasta. De exemplu, unele triplete din mitocondrii și cloroplaste codifică aminoacizi alții decât cei obișnuiți. Acest lucru poate sugera că în zorii vieții au existat variații ușor diferite ale codului genetic.

În cele din urmă, codul genetic are imunitate la zgomot, care este o consecință a proprietății sale de redundanță. Mutațiile punctiforme, care apar uneori în ADN, duc de obicei la înlocuirea unei baze azotate cu alta. Acest lucru schimbă tripletul. De exemplu, a fost AAA, dar după mutație a devenit AAG. Cu toate acestea, astfel de modificări nu conduc întotdeauna la o modificare a aminoacidului din polipeptida sintetizată, deoarece ambele triplete, datorită proprietății de redundanță a codului genetic, pot corespunde aceluiași aminoacid. Având în vedere că mutațiile sunt adesea dăunătoare, proprietatea imunității la zgomot este utilă.

Codul genetic, sau biologic, este una dintre proprietățile universale ale naturii vii, dovedind unitatea originii sale. Cod genetic este o metodă de codificare a secvenței de aminoacizi a unei polipeptide folosind o secvență de nucleotide de acid nucleic (ARN mesager sau o secțiune de ADN complementară pe care este sintetizat ARNm).

Există și alte definiții.

Cod genetic- aceasta este corespondența fiecărui aminoacid (parte a proteinelor vii) cu o secvență specifică de trei nucleotide. Cod genetic- aceasta este relația dintre baze acizi nucleiciși aminoacizi proteici.

În literatura științifică, codul genetic nu înseamnă secvența de nucleotide din ADN-ul unui organism care determină individualitatea acestuia.

Este incorect să presupunem că un organism sau o specie are un cod, iar altul are altul. Codul genetic este modul în care aminoacizii sunt codificați de nucleotide (adică principiu, mecanism); este universal pentru toate ființele vii, la fel pentru toate organismele.

Prin urmare, este incorect să spunem, de exemplu, „Codul genetic al unei persoane” sau „Codul genetic al unui organism”, care este adesea folosit în literatura și filmele pseudoștiințifice.

În aceste cazuri, ne referim de obicei la genomul unei persoane, al unui organism etc.

Diversitatea organismelor vii și caracteristicile activității lor de viață se datorează în primul rând diversității proteinelor.

Structura specifică a unei proteine ​​este determinată de ordinea și cantitatea diferiților aminoacizi care alcătuiesc compoziția acesteia. Secvența de aminoacizi a peptidei este codificată în ADN folosind un cod biologic. Din punctul de vedere al diversităţii setului de monomeri, ADN-ul este o moleculă mai primitivă decât o peptidă. ADN-ul este diverse opțiuni alternând doar patru nucleotide. Acest lucru i-a împiedicat mult timp pe cercetători să considere ADN-ul ca material al eredității.

Cum sunt codificați aminoacizii de nucleotide?

1) Acizii nucleici (ADN și ARN) sunt polimeri formați din nucleotide.

Fiecare nucleotidă poate conține una dintre cele patru baze azotate: adenină (A, en: A), guanină (G, G), citozină (C, en: C), timină (T, en: T). În cazul ARN, timina este înlocuită cu uracil (U, U).

Când se ia în considerare codul genetic, sunt luate în considerare doar bazele azotate.

Apoi lanțul de ADN poate fi reprezentat ca secvența lor liniară. De exemplu:

Secțiunea ARNm complementară acestui cod va fi după cum urmează:

2) Proteinele (polipeptidele) sunt polimeri formați din aminoacizi.

În organismele vii, 20 de aminoacizi sunt utilizați pentru a construi polipeptide (încă câțiva sunt foarte rari). Pentru a le desemna, puteți folosi și o literă (deși mai des folosesc trei - o abreviere pentru numele aminoacidului).

Aminoacizii dintr-o polipeptidă sunt, de asemenea, legați liniar printr-o legătură peptidică. De exemplu, să presupunem că există o secțiune a unei proteine ​​cu următoarea secvență de aminoacizi (fiecare aminoacid este desemnat printr-o literă):

3) Dacă sarcina este de a codifica fiecare aminoacid folosind nucleotide, atunci se rezumă la modul de codificare a 20 de litere folosind 4 litere.

Acest lucru se poate face prin potrivirea literelor unui alfabet de 20 de litere cu cuvinte formate din mai multe litere ale unui alfabet de 4 litere.

Dacă un aminoacid este codificat de o nucleotidă, atunci pot fi codificați doar patru aminoacizi.

Dacă fiecare aminoacid este asociat cu două nucleotide consecutive în lanțul ARN, atunci pot fi codificați șaisprezece aminoacizi.

Într-adevăr, dacă există patru litere (A, U, G, C), atunci numărul diferitelor lor combinații de perechi va fi 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), ( UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Parantezele sunt folosite pentru ușurința percepției.] Aceasta înseamnă că doar 16 aminoacizi diferiți pot fi codificați cu un astfel de cod (un cuvânt din două litere): fiecare va avea propriul său cuvânt (două nucleotide consecutive).

Din matematică, formula pentru determinarea numărului de combinații arată astfel: ab = n.

Aici n este numărul de combinații diferite, a este numărul de litere ale alfabetului (sau baza sistemului numeric), b este numărul de litere din cuvânt (sau cifre din număr). Dacă înlocuim alfabetul de 4 litere și cuvintele formate din două litere în această formulă, obținem 42 = 16.

Dacă sunt folosite trei nucleotide consecutive ca cuvânt de cod pentru fiecare aminoacid, atunci pot fi codificați 43 = 64 de aminoacizi diferiți, deoarece 64 diferite combinații poate fi compus din patru litere luate în grupuri de trei (de exemplu, AUG, GAA, CAU, GGU etc.)

d.). Acest lucru este deja mai mult decât suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi.

Exact codul din trei litere folosit în codul genetic. Se numesc trei nucleotide consecutive care codifică un aminoacid triplet(sau codon).

Fiecare aminoacid este asociat cu un triplet specific de nucleotide.

În plus, deoarece combinațiile de tripleți se suprapun cu numărul de aminoacizi în exces, mulți aminoacizi sunt codificați de mai mulți tripleți.

Trei tripleți nu codifică niciunul dintre aminoacizi (UAA, UAG, UGA).

Ele indică sfârşitul emisiunii şi sunt chemate codoni de oprire(sau codoni aiurea).

Tripletul AUG codifică nu numai aminoacidul metionină, dar inițiază și translația (joacă rolul unui codon de start).

Mai jos sunt tabele cu corespondența aminoacizilor cu tripleții nucleoitid.

Folosind primul tabel, este convenabil să se determine aminoacidul corespunzător dintr-un triplet dat. Pentru al doilea - pentru un aminoacid dat, tripleții corespunzătoare acestuia.

Să luăm în considerare un exemplu de implementare a unui cod genetic. Să existe un ARNm cu următorul conținut:

Să împărțim secvența de nucleotide în tripleți:

Să asociem fiecare triplet cu aminoacidul polipeptidei pe care o codifică:

Metionina - Acid aspartic - Serina - Treonina - Triptofan - Leucina - Leucina - Lizina - Asparagina - Glutamina

Ultimul triplet este un codon stop.

Proprietățile codului genetic

Proprietățile codului genetic sunt în mare măsură o consecință a modului în care sunt codificați aminoacizii.

Prima și evidentă proprietate este triplicitatea.

Se referă la faptul că unitatea de cod este o secvență de trei nucleotide.

O proprietate importantă a codului genetic este sa nesuprapunere. O nucleotidă inclusă într-un triplet nu poate fi inclusă într-un altul.

Adică, secvența AGUGAA poate fi citită doar ca AGU-GAA, dar nu, de exemplu, așa: AGU-GUG-GAA. Adică, dacă o pereche GU este inclusă într-un triplet, nu poate fi deja parte integrantă o alta.

Sub neambiguitate Codul genetic înțelege că fiecare triplet îi corespunde doar un aminoacid.

De exemplu, tripletul AGU codifică aminoacidul serină și nimic altceva.

Cod genetic

Acest triplet corespunde în mod unic unui singur aminoacid.

Pe de altă parte, mai mulți tripleți pot corespunde unui aminoacid. De exemplu, aceeași serină, în plus față de AGU, corespunde codonului AGC. Această proprietate se numește degenerare cod genetic.

Degenerarea permite multor mutații să rămână inofensive, deoarece adesea înlocuirea unei nucleotide în ADN nu duce la o schimbare a valorii tripletului. Dacă te uiți îndeaproape la tabelul corespondenței aminoacizilor cu tripleți, poți vedea că, dacă un aminoacid este codificat de mai multe triplete, acestea diferă adesea în ultima nucleotidă, adică poate fi orice.

Se notează și alte proprietăți ale codului genetic (continuitate, imunitate la zgomot, universalitate etc.).

Reziliența ca adaptare a plantelor la condițiile de viață. Reacțiile de bază ale plantelor la acțiunea factorilor nefavorabili.

Rezistenta plantelor este capacitatea de a rezista la efectele factorilor de mediu extremi (seceta din sol si aer).

Unicitatea codului genetic se manifestă prin faptul că

Această proprietate a fost dezvoltată în timpul procesului de evoluție și a fost fixată genetic. În zonele cu condiții nefavorabile s-au format forme decorative rezistente și soiuri locale plante cultivate– rezistent la secetă. Un anumit nivel de rezistență inerent plantelor este dezvăluit numai sub influența factorilor de mediu extremi.

Ca urmare a apariției unui astfel de factor, începe faza de iritație - o abatere bruscă de la norma unui număr de parametri fiziologici și revenirea lor rapidă la normal. Apoi, există o modificare a ratei metabolice și deteriorarea structurilor intracelulare. În același timp, toate cele sintetice sunt suprimate, toate hidrolitice sunt activate, iar aportul general de energie al organismului scade. Dacă efectul factorului nu depășește valoarea de prag, începe faza de adaptare.

O plantă adaptată reacționează mai puțin la expunerea repetată sau în creștere la un factor extrem. La nivel de organism, la mecanismele de adaptare se adaugă interacțiunea dintre organe. Slăbirea mișcării fluxurilor de apă, a compușilor minerali și organici prin plantă exacerbează competiția dintre organe, iar creșterea acestora se oprește.

Biostabilitatea în plante definită. valoarea maximă a factorului extrem la care plantele încă mai formează semințe viabile. Stabilitatea agronomică este determinată de gradul de reducere a randamentului. Plantele se caracterizează prin rezistența lor la un anumit tip de factor extrem - iernat, rezistent la gaz, rezistent la sare, rezistent la secetă.

Viermii rotunzi de tip, spre deosebire de viermii plati, au o cavitate corporală primară - un schizocel, format din cauza distrugerii parenchimului care umple spațiile dintre peretele corpului și organe interne– funcția sa este de transport.

Menține homeostazia. Forma corpului este rotundă în diametru. Tegumentul este cuticulat. Mușchii sunt reprezentați de un strat de mușchi longitudinali. Intestinul este traversant și este format din 3 secțiuni: anterioară, mijlocie și posterioară. Deschiderea bucală este situată pe suprafața ventrală a capătului anterior al corpului. Faringele are un lumen triunghiular caracteristic. Sistemul excretor reprezentată de protonefridie sau piele specială – glande hipodermice. Majoritatea speciilor sunt dioice și se reproduc numai sexual.

Dezvoltarea este directă, mai rar cu metamorfoză. Au o compoziție celulară constantă a corpului și nu au capacitatea de a se regenera. Intestinul anterior este format din cavitatea bucală, faringe, esofag.

Nu au o secțiune medie sau posterioară. Sistemul excretor este format din 1-2 celule gigantice ale hipodermului. Canalele excretoare longitudinale se află în crestele laterale ale hipodermului.

Proprietățile codului genetic. Dovezi pentru codul triplet. Decodificarea codonilor. Opriți codonii. Conceptul de suprimare genetică.

Ideea că o genă codifică informații în structura primară a unei proteine ​​a fost concretizată de F.

Crick în ipoteza sa de secvență, conform căreia secvența elementelor genice determină secvența resturilor de aminoacizi din lanțul polipeptidic. Valabilitatea ipotezei secvenței este dovedită de coliniaritatea structurilor genei și a polipeptidei pe care o codifică. Cea mai semnificativă dezvoltare din 1953 a fost ideea că. Că codul este cel mai probabil triplet.

; Perechile de baze ADN: A-T, T-A, G-C, C-G - pot codifica doar 4 aminoacizi dacă fiecare pereche corespunde unui aminoacid. După cum știți, proteinele conțin 20 de aminoacizi de bază. Dacă presupunem că fiecare aminoacid are 2 perechi de baze, atunci pot fi codificați 16 aminoacizi (4*4) - acest lucru nu este din nou suficient.

Dacă codul este triplet, atunci 4 perechi de baze pot alcătui 64 de codoni (4*4*4), ceea ce este mai mult decât suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi. Crick și colegii săi au presupus că codul era triplet, nu existau „virgule” între codoni, adică semne de separare; Codul dintr-o genă este citit dintr-un punct fix într-o direcție. În vara anului 1961, Kirenberg și Mattei au raportat decodificarea primului codon și au sugerat o metodă pentru stabilirea compoziției codonilor într-un sistem de sinteză a proteinelor fără celule.

Astfel, codonul pentru fenilalanină a fost transcris ca UUU în ARNm. Mai mult, ca urmare a aplicării metodelor dezvoltate de Korana, Nirenberg și Leder în 1965.

în el a fost alcătuit un dicţionar de coduri formă modernă. Astfel, apariția mutațiilor în fagii T4 cauzate de pierderea sau adăugarea de baze a fost o dovadă a naturii triplete a codului (proprietatea 1). Aceste ștergeri și adăugiri, care au dus la deplasări de cadre la „citirea” codului, au fost eliminate doar prin restabilirea corectitudinii codului, ceea ce a prevenit apariția mutanților; Aceste experimente au arătat, de asemenea, că tripletele nu se suprapun, adică fiecare bază poate aparține doar unui triplet (proprietatea 2).

Majoritatea aminoacizilor au mai mulți codoni. Cod în care numărul de aminoacizi număr mai mic Codonii sunt numiți degenerați (proprietatea 3), adică.

e. un aminoacid dat poate fi codificat de mai mult de un triplet. În plus, trei codoni nu codifică deloc niciun aminoacid („codoni prostii”) și acționează ca un „semnal de oprire”. Un codon stop este punctul final al unei unități funcționale a ADN-ului, cistronul. Codonii de oprire sunt aceiași la toate speciile și sunt reprezentați ca UAA, UAG, UGA. O caracteristică notabilă a codului este că este universal (proprietatea 4).

În toate organismele vii, aceleași tripleți codifică aceiași aminoacizi.

Existența a trei tipuri de terminatori de codon mutanți și suprimarea lor au fost demonstrate în E. coli și drojdie. Descoperirea genelor supresoare care „interpretează” alele aiurea ale diferitelor gene indică faptul că traducerea codului genetic se poate schimba.

Mutațiile care afectează anticodonul ARNt își modifică specificitatea codonului și creează posibilitatea suprimării mutațiilor la nivel de translație. Suprimarea la nivel translațional poate apărea din cauza mutațiilor în genele care codifică anumite proteine ​​ribozomale. Ca urmare a acestor mutații, ribozomul „face greșeli”, de exemplu, citind codoni aiurea și îi „interpretează” folosind niște ARNt non-mutant. Alături de supresia genotipică care acționează la nivel de translație, este posibilă și supresia fenotipică a alelelor nonsens: când temperatura scade, când celulele sunt expuse la antibiotice aminoglicozide care se leagă de ribozomi, de exemplu streptomicina.

22. Reproducerea plantelor superioare: vegetativă și asexuată. Sporulația, structura sporilor, egală și heterosporă Reproducerea ca proprietate a materiei vii, adică capacitatea unui individ de a da naștere unui fel propriu, a existat în stadiile incipiente ale evoluției.

Formele de reproducere pot fi împărțite în 2 tipuri: asexuate și sexuale. Reproducerea asexuată în sine se realizează fără participarea celulelor germinale, cu ajutorul celulelor specializate - spori. Ele se formează în organele de reproducere asexuată - sporangii ca urmare a diviziunii mitotice.

Sporul, în timpul germinării, reproduce un individ nou, asemănător mamei, cu excepția sporilor plantelor cu semințe, în care sporul și-a pierdut funcția de reproducere și răspândire. Sporii pot fi formați și prin diviziune de reducere, cu spori unicelulari revărsându-se.

Reproducerea plantelor folosind vegetativ (parte a unui lăstar, frunză, rădăcină) sau împărțirea în jumătate a algelor unicelulare se numește vegetativă (bulb, butași).

Reproducerea sexuală este realizată de celule sexuale speciale - gameți.

Gameții se formează ca urmare a meiozei, există femei și bărbați. Ca urmare a fuziunii lor, apare un zigot, din care se dezvoltă ulterior un nou organism.

Plantele diferă prin tipurile de gameți. În unele organisme unicelulare anumit timp funcţionează ca un gamet. Organismele de sexe diferite (gameții) fuzionează - acest proces sexual se numește hologamia. Dacă gameții masculini și feminini sunt similari din punct de vedere morfologic și sunt mobili, aceștia sunt izogameți.

Și procesul sexual - izogam. Dacă gameții feminini sunt ceva mai mari și mai puțin mobili decât cei masculini, atunci aceștia sunt heterogameți, iar procesul este heterogamie. Oogamie - gameții feminini sunt foarte mari și imobili, gameții masculini sunt mici și mobili.

12345678910Următorul ⇒

Cod genetic - corespondența dintre tripletele ADN și aminoacizii proteici

Necesitatea de a codifica structura proteinelor în secvența liniară a nucleotidelor ARNm și ADN-ului este dictată de faptul că în timpul translației:

• nu există corespondență între numărul de monomeri din matricea ARNm și produsul - proteina sintetizată;
• nu există nicio asemănare structurală între ARN și monomerii proteici.

Acest lucru elimină interacțiunea complementară dintre matrice și produs - principiul prin care se realizează construcția de noi molecule de ADN și ARN în timpul replicării și transcripției.

Din aceasta devine clar că trebuie să existe un „dicționar” care să permită să se afle ce secvență de nucleotide ARNm asigură includerea aminoacizilor într-o proteină dintr-o anumită secvență. Acest „dicționar” se numește cod genetic, biologic, nucleotid sau cod de aminoacizi. Vă permite să criptați aminoacizii care alcătuiesc proteinele folosind o secvență specifică de nucleotide din ADN și ARNm. Se caracterizează prin anumite proprietăți.

Tripletate. Una dintre principalele întrebări în determinarea proprietăților codului a fost întrebarea numărului de nucleotide, care ar trebui să determine includerea unui aminoacid în proteină.

S-a descoperit că elementele de codificare din criptarea unei secvențe de aminoacizi sunt într-adevăr triple de nucleotide sau tripleti, care au fost numite „codoni”.

Semnificația codonilor.

S-a putut stabili că din 64 de codoni, includerea aminoacizilor în lanțul polipeptidic sintetizat codifică 61 de tripleți, iar restul de 3 - UAA, UAG, UGA - nu codifică includerea aminoacizilor în proteină și au fost inițial numiți codoni fără sens sau fără sens. Cu toate acestea, s-a demonstrat mai târziu că acești tripleți semnalează finalizarea traducerii și, prin urmare, au ajuns să fie numiți codoni de terminare sau de oprire.

Codonii ARNm și tripleții de nucleotide din catena codificatoare a ADN-ului cu direcția de la capătul 5′ la capătul 3′ au aceeași secvență de baze azotate, cu excepția faptului că în ADN în loc de uracil (U), caracteristic ARNm, există este timină (T).

Specificitate.

Fiecare codon corespunde unui singur aminoacid specific. În acest sens, codul genetic este strict lipsit de ambiguitate.

Tabelul 4-3.

Neambiguitatea este una dintre proprietățile codului genetic, manifestată prin faptul că...

Componentele principale ale sistemului de sinteză a proteinelor

Note: elf( factori de inițiere eucarioți) — factori de inițiere; eEF ( factori de alungire eucarioti) — factori de alungire; eRF ( factori de eliberare eucarioti) sunt factori de terminare.

Degenerare. Există 61 de tripleți în ARNm și ADN, fiecare dintre care codifică includerea unuia dintre cei 20 de aminoacizi în proteină.

De aici rezultă că în moleculele informaționale includerea aceluiași aminoacid într-o proteină este determinată de mai mulți codoni. Această proprietate a codului biologic se numește degenerare.

La om, doar 2 aminoacizi sunt codificați cu un codon - Met și Tri, în timp ce Leu, Ser și Apr - cu șase codoni și Ala, Val, Gly, Pro, Tre - cu patru codoni (Tabel

Redundanța secvențelor de codare este cea mai valoroasă proprietate a unui cod, deoarece crește stabilitatea fluxului de informații la efectele adverse ale mediului extern și intern. Atunci când se determină natura aminoacidului care urmează să fie inclus într-o proteină, a treia nucleotidă dintr-un codon nu este la fel de importantă ca primele două. După cum se vede din tabel. 4-4, pentru mulți aminoacizi, înlocuirea unei nucleotide în poziția a treia a unui codon nu afectează semnificația acestuia.

Linearitatea înregistrării informațiilor.

În timpul traducerii, codonii ARNm sunt „citiți” dintr-un punct de pornire fix secvențial și nu se suprapun. Fișa de informații nu conține semnale care să indice sfârșitul unui codon și începutul următorului. Codonul AUG este codonul de inițiere și este citit atât la început, cât și în alte părți ale ARNm ca Met. Tripleții care îl urmăresc sunt citite secvenţial fără nicio lacune până la codonul stop, la care sinteza lanțului polipeptidic este finalizată.

Versatilitate.

Până de curând, se credea că codul este absolut universal, adică. sensul cuvintelor cod este același pentru toate organismele studiate: viruși, bacterii, plante, amfibieni, mamifere, inclusiv oameni.

Cu toate acestea, o excepție a devenit mai târziu cunoscută, s-a dovedit că ARNm mitocondrial conține 4 tripleți care au o semnificație diferită de ARNm de origine nucleară. Astfel, în ARNm mitocondrial, tripletul UGA codifică Tri, AUA codifică Met și ACA și AGG sunt citite ca codoni stop suplimentari.

Colinearitatea genei și a produsului.

La procariote, a fost găsită o corespondență liniară între secvența de codon a unei gene și secvența de aminoacizi din produsul proteic sau, după cum se spune, există o coliniaritate între genă și produs.

Tabelul 4-4.

Cod genetic

Note: U - uracil; C - citozină; A - adenina; G - guanina; *—codon de terminare.

La eucariote, secvențele de baze dintr-o genă care sunt coliniare cu secvența de aminoacizi din proteină sunt întrerupte de nitroni.

Prin urmare, în celulele eucariote, secvența de aminoacizi a unei proteine ​​este coliniară cu secvența exonilor dintr-o genă sau ARNm matur după îndepărtarea post-transcripțională a intronilor.

Funcțiile genetice ale ADN-ului sunt că asigură stocarea, transmiterea și implementarea informațiilor ereditare, care sunt informații despre structura primară a proteinelor (adică compoziția lor de aminoacizi). Legătura dintre ADN și sinteza proteinelor a fost prezisă de biochimiștii J. Beadle și E. Tatum încă din 1944, când studiau mecanismul mutațiilor în mucegaiul Neurospora. Informațiile sunt înregistrate ca o secvență specifică de baze azotate într-o moleculă de ADN folosind un cod genetic. Descifrarea codului genetic este considerată una dintre marile descoperiri ale științelor naturale ale secolului XX. iar în semnificaţie este echivalată cu descoperirea energie nuclearăîn fizică. Succesul în acest domeniu este asociat cu numele omului de știință american M. Nirenberg, în laboratorul căruia a fost descifrat primul codon, YYY. Cu toate acestea, întregul proces de decriptare a durat mai mult de 10 ani, de la mulți oameni de știință celebri tari diferite, și nu numai biologi, ci și fizicieni, matematicieni și cibernetici. O contribuție decisivă la dezvoltarea mecanismului de înregistrare a informațiilor genetice a avut-o G. Gamow, care a fost primul care a sugerat că un codon este format din trei nucleotide. Prin eforturile comune ale oamenilor de știință, a fost dat caracteristici complete cod genetic.

Literele din cercul interior sunt baze în prima poziție în codon, literele din al doilea cerc sunt
bazele sunt în poziţia a 2-a iar literele din afara celui de-al doilea cerc sunt bazele în poziţia a 3-a.
În ultimul cerc sunt denumirile prescurtate ale aminoacizilor. NP - nepolar,
P - reziduuri polare de aminoacizi.

Principalele proprietăți ale codului genetic sunt: triplicitatea, degenerareȘi nesuprapunere. Tripletatea înseamnă că o secvență de trei baze determină includerea unui aminoacid specific într-o moleculă de proteină (de exemplu, AUG - metionină). Degenerarea codului este că același aminoacid poate fi codificat de doi sau mai mulți codoni. Nesuprapunerea înseamnă că aceeași bază nu poate apărea în doi codoni adiacenți.

S-a stabilit că codul este universal, adică Principiul înregistrării informațiilor genetice este același în toate organismele.

Tripleții care codifică același aminoacid sunt numiți codoni sinonimi. De obicei au aceleași baze în pozițiile 1 și 2 și diferă doar în baza a treia. De exemplu, includerea aminoacidului alaninei într-o moleculă de proteină este codificată de codoni sinonimi în molecula de ARN - GCA, GCC, GCG, GCY. Codul genetic conține trei tripleți necodificatori (codoni nonsens - UAG, UGA, UAA), care joacă rolul de semnale de stop în procesul de citire a informațiilor.

S-a stabilit că universalitatea codului genetic nu este absolută. În timp ce se menține principiul de codificare comun tuturor organismelor și caracteristicile codului, într-un număr de cazuri se observă o schimbare a încărcăturii semantice a cuvintelor de cod individuale. Acest fenomen a fost numit ambiguitatea codului genetic și codul însuși a fost numit cvasi-universal.

Citeste si alte articole Subiectul 6 „Bazele moleculare ale eredității”:

Continuați să citiți alte subiecte din carte "Genetica și selecția. Teorie. Teme. Răspunsuri".

Ele se aliniază în lanțuri și astfel produc secvențe de litere genetice.

Cod genetic

Proteinele aproape tuturor organismelor vii sunt construite din doar 20 de tipuri de aminoacizi. Acești aminoacizi sunt numiți canonici. Fiecare proteină este un lanț sau mai multe lanțuri de aminoacizi conectate într-o secvență strict definită. Această secvență determină structura proteinei și, prin urmare, toate proprietățile sale biologice.

CUU (Leu/L)Leucină
CUC (Leu/L)Leucină
CUA (Leu/L)Leucină
CUG (Leu/L)Leucină

În unele proteine, aminoacizii non-standard, cum ar fi selenocisteina și pirolizina, sunt inserați de un ribozom care citește codonul stop, în funcție de secvențele din ARNm. Selenocisteina este acum considerată al 21-lea, iar pirolizina al 22-lea, aminoacizi care alcătuiesc proteinele.

În ciuda acestor excepții, toate organismele vii au coduri genetice comune: un codon este format din trei nucleotide, unde primii doi codoni sunt traduși de tARN și ribozomi într-o secvență de aminoacizi;

Istoria ideilor despre codul genetic

Cu toate acestea, la începutul anilor 60 ai secolului XX, noi date au relevat inconsecvența ipotezei „cod fără virgule”. Apoi experimentele au arătat că codonii, considerați fără sens de Crick, pot provoca sinteza proteinei in vitro, iar până în 1965 a fost stabilit semnificația tuturor celor 64 de tripleți. S-a dovedit că unii codoni sunt pur și simplu redundanți, adică o serie întreagă de aminoacizi sunt codificați de doi, patru sau chiar șase tripleți.

Vezi si

Note

1. Codul genetic acceptă inserția țintită a doi aminoacizi de către un codon. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Ştiinţă. 9 ianuarie 2009;323(5911):259-61.
2. Codonul AUG codifică metionina, dar în același timp servește ca un codon de început - traducerea începe de obicei cu primul codon AUG al ARNm.
3. NCBI: „Codurile genetice”, compilat de Andrzej (Anjay) Elzanowski și Jim Ostell
4. Jukes TH, Osawa S, Codul genetic în mitocondrii și cloroplaste., Experiență. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (martie 1992). „Dovezi recente pentru evoluția codului genetic”. Microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). „Dispunerea aminoacizilor în proteine”. Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251.
7. M. Ichas Cod biologic. - Lumea, 1971.
8. WATSON JD, CRICK FH. (aprilie 1953). „Structura moleculară a acizilor nucleici; o structură pentru acidul nucleic dezoxiriboză”. Natură 171 : 737-738. PMID 13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (mai 1953). „Implicații genetice ale structurii acidului dezoxiribonucleic”. Natură 171 : 964-967. PMID 13063483.
10. Crick FH. (aprilie 1966). „Codul genetic – ieri, azi și mâine.” Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (februarie 1954). „Posibilă relație între acidul dezoxiribonucleic și structurile proteice”. Natură 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID 13882203.
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). „Problema transferului de informații de la acizii nucleici la proteine”. Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508.
13. Gamow G, Ycas M. (1955). „CORELAȚIA STATISTICĂ A COMPOZIȚIEI PROTEINELOR ȘI A ACIDULUI RIBONUCLEIC. " Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019. PMID 16589789.
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). „CODURI FĂRĂ virgule. " Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. Hayes B. (1998). „Invenția codului genetic”. (Retipărire PDF). om de știință american 86 : 8-14.

Literatură

• Azimov A. Cod genetic. De la teoria evoluției la descifrarea ADN-ului. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 p. - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratner V. A. Genetic code as a system - Soros educational journal, 2000, 6, No. 3, pp. 17-22.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Natura generală a codului genetic pentru proteine ​​- Nature, 1961 (192), pp. 1227-32

Legături

• Cod genetic- articol din Marea Enciclopedie Sovietică

Fundația Wikimedia. 2010.

Fiecare organism viu are un set special de proteine. Anumiți compuși nucleotidici și secvența lor în molecula de ADN formează codul genetic. Transmite informații despre structura proteinei. Un anumit concept a fost acceptat în genetică. Potrivit acesteia, o genă corespundea unei enzime (polipeptidă). Trebuie spus că cercetările asupra acizilor nucleici și proteinelor au fost efectuate pe o perioadă destul de lungă. Mai târziu în articol vom arunca o privire mai atentă asupra codului genetic și proprietăților acestuia. De asemenea, va fi oferită o scurtă cronologie a cercetării.

Terminologie

Codul genetic este o modalitate de codificare a secvenței proteinelor de aminoacizi folosind secvența de nucleotide. Această metodă de generare a informațiilor este caracteristică tuturor organismelor vii. Proteinele sunt substanțe organice naturale cu molecularitate ridicată. Acești compuși sunt prezenți și în organismele vii. Ele constau din 20 de tipuri de aminoacizi, care se numesc canonici. Aminoacizii sunt aranjați într-un lanț și legați într-o secvență strict stabilită. Determină structura proteinei și proprietățile sale biologice. Există, de asemenea, mai multe lanțuri de aminoacizi într-o proteină.

ADN și ARN

Acidul dezoxiribonucleic este o macromoleculă. Ea este responsabilă de transmiterea, stocarea și implementarea informațiilor ereditare. ADN-ul folosește patru baze azotate. Acestea includ adenina, guanina, citozina, timina. ARN-ul este format din aceleași nucleotide, cu excepția faptului că conține timină. În schimb, există o nucleotidă care conține uracil (U). Moleculele de ARN și ADN sunt lanțuri de nucleotide. Datorită acestei structuri, se formează secvențe - „alfabetul genetic”.

Implementarea informatiilor

Sinteza proteinelor, care este codificată de genă, este realizată prin combinarea ARNm pe un model de ADN (transcripție). Codul genetic este, de asemenea, transferat în secvența de aminoacizi. Adică, are loc sinteza lanțului polipeptidic pe ARNm. Pentru a cripta toți aminoacizii și semnalul pentru sfârșitul secvenței proteice, sunt suficiente 3 nucleotide. Acest lanț se numește triplet.

Istoria studiului

Studiul proteinelor și acizilor nucleici a fost realizat de mult timp. La mijlocul secolului al XX-lea au apărut în sfârșit primele idei despre natura codului genetic. În 1953, s-a descoperit că unele proteine ​​constau din secvențe de aminoacizi. Adevărat, la acea vreme nu puteau încă determina numărul lor exact și au existat numeroase dispute în acest sens. În 1953, două lucrări au fost publicate de autorii Watson și Crick. Primul a spus despre structura secundară a ADN-ului, al doilea a vorbit despre copierea sa permisă folosind sinteza șablonului. În plus, s-a pus accent pe faptul că o anumită secvență de baze este un cod care poartă informații ereditare. Fizicianul american și sovietic Georgiy Gamow și-a asumat ipoteza de codificare și a găsit o metodă pentru a o testa. În 1954, lucrarea sa a fost publicată, timp în care și-a propus să stabilească corespondențe între lanțurile laterale de aminoacizi și „găurile” în formă de diamant și să folosească acest lucru ca mecanism de codare. Apoi a fost numit rombic. Explicându-și munca, Gamow a recunoscut că codul genetic ar putea fi un triplet. Lucrarea fizicianului a fost una dintre primele dintre cele care au fost considerate apropiate de adevăr.

Clasificare

De-a lungul anilor, au fost propuse diverse modele de coduri genetice, de două tipuri: suprapuse și nesuprapuse. Prima sa bazat pe includerea unei nucleotide în mai mulți codoni. Include un cod genetic triunghiular, secvențial și major-minor. Al doilea model presupune două tipuri. Codurile care nu se suprapun includ codul combinat și codul fără virgulă. Prima opțiune se bazează pe codificarea unui aminoacid prin tripleți de nucleotide, iar principalul lucru este compoziția sa. Conform „codului fără virgule”, anumite triplete corespund aminoacizilor, dar altele nu. În acest caz, s-a crezut că dacă orice triplete semnificative ar fi aranjate secvenţial, altele situate într-un cadru de citire diferit ar fi inutile. Oamenii de știință au crezut că este posibil să se selecteze o secvență de nucleotide care să satisfacă aceste cerințe și că există exact 20 de tripleți.

Deși Gamow și coautorii săi au pus sub semnul întrebării acest model, acesta a fost considerat cel mai corect în următorii cinci ani. La începutul celei de-a doua jumătate a secolului al XX-lea au apărut noi date care au făcut posibilă descoperirea unor neajunsuri în „codul fără virgule”. S-a descoperit că codonii sunt capabili să inducă sinteza proteinelor in vitro. Mai aproape de 1965, principiul tuturor celor 64 de tripleți a fost înțeles. Ca urmare, a fost descoperită redundanța unor codoni. Cu alte cuvinte, secvența de aminoacizi este codificată de mai mulți tripleți.

Trăsături distinctive

Proprietățile codului genetic includ:

Variante

Prima abatere a codului genetic de la standard a fost descoperită în 1979 în timpul studiului genelor mitocondriale din corpul uman. Alte variante similare au fost identificate în continuare, inclusiv multe coduri mitocondriale alternative. Acestea includ decodificarea codonului stop UGA, care este utilizat pentru a determina triptofanul în micoplasme. GUG și UUG în arhee și bacterii sunt adesea folosite ca opțiuni de pornire. Uneori, genele codifică o proteină cu un codon de început care diferă de cel utilizat în mod normal de specie. În plus, în unele proteine, selenocisteina și pirolizina, care sunt aminoacizi nestandard, sunt inserate de ribozom. Ea citește codonul de oprire. Aceasta depinde de secvențele găsite în ARNm. În prezent, selenocisteina este considerată al 21-lea aminoacid, iar pirolizanul al 22-lea prezent în proteine.

Caracteristicile generale ale codului genetic

Cu toate acestea, toate excepțiile sunt rare. În organismele vii, codul genetic are în general o serie de caracteristici comune. Acestea includ compoziția unui codon, care include trei nucleotide (primele două aparțin celor definitorii), transferul de codoni prin ARNt și ribozomi în secvența de aminoacizi.