ЗАПИС ГЕНЕТИЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ В МОЛЕКУЛАХ НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ. ГЕНЕТИЧНИЙ КОД

Одне з основних положень сучасної молекулярної генетики пов'язано з визнанням ролі нуклеїнових кислот як зберігачів і переносників генетичної інформації, яка визначає первинну структуру всіх білків (поліпептидів), синтезованих в клітці. Численні дослідження структури і функцій молекул ДНК і РНК привели до розуміння способу запису цієї інформації (генетичного коду). Відповідно до сучасних уявлень первинна генетична інформація всіх живих організмів (за винятком РНК-вірусів) зберігається і відтворюється в структурі їх молекул ДНК, будучи закодованої в формі специфічного чергування чотирьох нуклеотидів, які можуть бути диференційовані за змістом відповідного азотистого підстави (А, Г , Т, Ц), в ділянках полінук- леотідной ланцюжка, мають орієнтацію 3 '-> 5'.

Інформація кодує ділянки нитки ДНК переписується (передається) на основі принципу комплементарності в лінійну послідовність чотирьох нуклеотидів РНК (А, Г, У, Ц) з орієнтацією 5 '-> 3' (код РНК) в процесі матричного синтезу молекули РНК на одній з ниток ДНК і використовується потім при синтезі відповідного поліпептиду. Результатом є лінійне відповідність амінокислотноїпослідовності синтезованого поліпептиду нуклеотидноїпослідовності ділянки нитки ДНК, що кодує цей поліпептид, т. Е. Дотримується принцип Колінеарність полинуклеотида і кодованого їм поліпептиду.

Сучасні уявлення про принципи і структурі генетичного коду отримали переконливі експериментальні обґрунтування на початку 1960-х рр., Коли була розроблена система штучного (бесклеточного) синтезу білкових молекул in vitro з використанням в якості матриць синтетичних полирибонуклеотидов, що мають заданий будова, а також рибосом та інших необхідних компонентів, виділених з бактеріальних клітин. Проведені експерименти підтвердили існуючі припущення про те, що одиниця кодування (кодон) являє собою трійку нуклеотидів (триплет), яка визначає місце відповідної амінокислоти в поліпептидному ланцюжку, т. Е. Генетичний код є тріплетним.

За допомогою зазначених методів вдалося розшифрувати структуру всіх 64 триплетів матричної молекули РНК (число теоретично можливих поєднань по три з чотирьох різних нуклеотидів ДНК або РНК становить 4³ - 64). Так, наприклад, в перших біохімічних експериментах по вивченню матричної активності синтезованих фрагментів РНК, що складаються тільки з нуклеотидів з урацілом (поліуріділовой кислоти), був виявлений синтез поліпептидних фрагментів, що містять лише одну амінокислоту (фенілаланін). Ці дані дозволили зробити висновок, що триплет УУУ молекули РНК (і відповідний комплементарний триплет ААА в молекулі ДНК) є кодоном для фенілаланіну. Аналогічним чином було розшифровано зміст і інших кодонів РНК. Відомості про генетичному коді матричної РНК (мРНК) наведені в табл. 5.3.

Таблиця 5.3

Генетичний кол мРНК

Примітка: У таблиці використані наступні скорочення назв амінокислот: Ала - аланін, Apr аргінін, АСН - аспарагін, Асп - аспарагінова кислота, Вал - валін, Гіс - гістидин, Гли - гліцин, Глн - глутамин, Гли - глутамінова кислота, Ілі - ізолейцин , Лей - лейцин, Ліз - лізин, Мет - метіонін, Про - пролін, Сер - серин, Тир - тирозин, Тре - треонін, Три - триптофан, Фен - фенілаланін, Цис - цистеїн.

Як видно з табл. 5.3, більшості з 20 амінокислот, що входять до складу білкових молекул, відповідає більш ніж один триплет, тому такий код стали позначати терміном «вироджений», а різні триплети для однієї і тієї ж амінокислоти називають триплету-синонімами.

Поряд з 61 кодонів мРНК, що містить інформацію про ту чи іншу амінокислоті, були виявлені також три триплета (УАА, УАГ і УГА), які не несуть такої інформації, але здатні зупиняти процес зчитування нуклеотидноїпослідовності під час синтезу поліпептиду. Ці триплети були названі термінують, або «стошнгріплетамі.

До числа інших властивостей генетичного коду відносяться також його неперекриваемость і безперервність. під неперекриваемостью коду розуміють здатність кожного нуклеотиду мРНК входити до складу лише одного інформаційного триплета. безперервність коду пов'язана з тим, що між лінійно розташованими триплету, складовими одну групу зчитування інформації в молекулах нуклеїнових кислот, т. е. що кодують один поліпептид, немає будь-яких фізичних інтервалів, здатних перервати процес зчитування.

код є виродженим, т. к. майже кожна амінокислота пов'язана більш ніж з одним кодоном, які визначають їх розстановку в первинній структурі синтезується поліпептидного ланцюга. Тільки дві амінокислоти - метіонін і триптофан - пов'язані з одиничними кодонами - АУТ і УГТ відповідно. Розстановку кожної з трьох амінокислот - аргініну, лейцину і серину - в первинній структурі поліпептидного ланцюга визначають шість кодонів (табл. 5.4).

Шість колонів первинної структури поліпептиду

* Триплети УАА, УАГ, УГА не кодують амінокислот, а служать сигналами термінації поліпегпідних ланцюгів і отримали назву нонсенс-кодонів (безглуздих кодонів).

** Триплети АУТ і ГУТ одночасно виконують роль старт-кодонів (кодонов- ініціаторів).

До числа особливостей генетичного коду відноситься також його універсальність (Він в основному однаковий для всіх живих організмів). Однак виявлені і виключення з цього правила. У 1981 р було завершено визначення повної нуклеотидної послідовності мітохондріальної ДНК людини, що містить 16 569 нуклеотидних пар. Отримані результати свідчать про те, що мітохондріальні геноми вищих і нижчих еукаріот, які кодують приблизно один і той же набір функцій, характеризуються відмінностями в смисловому значенні деяких кодонів, правилах антикодон-кодонового впізнавання і загальної структурної організації. Так, виявилося, що на відміну від звичайного універсального коду кодон АУА замість изолейцина кодує метіонін, а триплети АГА і АГГ не є аргініновая кодонами, а сигналами термінації трансляції; триптофан кодується як кодоном УГГ, так і кодонів УГА, який зазвичай виконує функцію термінаторного кодону.

У генетичному коді різні кодони однієї амінокислоти, т. Е. Кодони-синоніми, майже завжди знаходяться в одному і тому ж квадраті і відрізняються один від одного за останнім з трьох нуклеотиду (виняток составлякгг лише кодони аргініну, серину і лейцину, що мають по шість кодонів , які не можуть розміститися в одному квадраті, де поміщаються всього чотири кодону).

Генетичний код має лінійний порядок зчитування і характеризується колінеарність, т. е. збігом порядку розташування кодонів в мРНК з порядком розташування амінокислот в синтезирующейся поліпептид ний ланцюга.

Слід, однак, мати на увазі, що в процесі еволюції органічного світу виникали, ймовірно, і інші варіанти генетичного коду, які як правило елімінувати завдяки дії стабілізуючого природного відбору. Проте до теперішнього часу зберігся генетичний код ДНК мітохондрій, який має деякі структурні відмінності від універсального коду хромосомної ДНК різних організмів. Так, наприклад, триплети хромосомної ДНК: ГА А, ГАГ, ДАТ, ГАЦ - (і відповідні триплети мРНК) кодують амінокислоту лейцин, тоді як в мітохондріальної ДНК дріжджів ці ж триплети несуть інформацію про амінокислоті треоніну.

Успіхи у вивченні генетичного коду нуклеїнових кислот і пов'язаного з ним процесу біосинтезу білків в клітині послужили основою для створення нового напряму сучасної генетики, який отримав назву теорії генетичної інформації. Справедливість встановлених раніше принципів і структури генетичного коду знаходить подальше практичне підтвердження при використанні сучасних технологій генетичної інженерії, основне завдання якої полягає в експериментальному конструюванні молекул ДНК і РНК, що містять бажану для дослідника послідовність нуклеотидів, і в отриманні білкових продуктів, кодованих такими молекулами.

1. Зовнішні прояви діяльності серця - вікова анатомія і фізіологія. Т.2 опорно-рухова і вісцеральні системи
   Про функціональний стан серця, його скорочувальної діяльності можна судити по ряду зовнішніх проявів, які реєструються з поверхні тіла. Можна зареєструвати: серцевий поштовх; прослухати тони серця; записати електрокардіограму (ЕКГ). серцевий поштовх визначається при пальпації. Його можна відчути,
2. Зоровий аналізатор - ендокринна і центральна нервова системи, вища нервова діяльність, аналізатори, етологія
   Адекватним подразником для зорового аналізатора тварин служить електромагнітне випромінювання в діапазоні хвиль 380 ... 760 нм. Електромагнітне випромінювання носить переривчастий - квантовий характер. Кванти електромагнітного випромінювання отримали назви фотонів. Зоровий аналізатор відіграє
3. Зорова сенсорна система, будова очі - вікова анатомія і фізіологія
   Велика частина наших відомостей про зовнішній світ пов'язана із зором. Цей процес забезпечує зорова сенсорна система - сукупність світлочутливих органів і відділів мозку, з якими пов'язані отримання і аналіз зорової інформації. Периферична частина зорової сенсорної системи - орган зору, очей
4. Значення сну - вікова анатомія та фізіологія
   Головне функціональне значення сну - забезпечення відновних процесів організму. Зазвичай «відновлювальні» функції пов'язують з повільним сном, в той час як протягом швидкого сну відбувається переробка інформації, що надходить в мозок при стані. Одним із доказів цього може служити велика тривалість
5. Значення індукованого рекомбіногенеза в селекції рослин - генетика
   Селекція рослин - двоетапний процес, що включає формування генотипичної мінливості і відбір господарсько-цінних генотипів. Для того щоб створити сорт, треба його вже мати в розщеплюється популяції. До проблеми індукованого рекомбіногенеза слід підходити з урахуванням того, що метод комбінаційної
6. Зміни клітини в мітотичного циклу - біологія. Частина 1
   По двох головних подій митотичного циклу в ньому виділяють репродуктивну і розділову фази, відповідні інтер фазетл митозу класичної цитології (рис. 2.11). У початковий відрізок інтерфази ( постмітотічних, пресинтетичний, або G ^ -nepuod) відновлюються риси організації інтерфазних клітини,
7. Збирання сечі для аналізу - сестринська справа в хірургії
   У нормі сеча прозора, має солом'яно-жовтий колір, який може змінюватися в червонуватий - від появи в ній гемоглобіну, в коричневий - через перехід в сечу жовчних пігментів. Для їх виявлення досить збовтати порцію сечі, жовта піна вкаже на наявність в сечі жовчних пігментів. Молочно-білий відтінок
8. Запліднення і початок розвитку ембріона - фізіологія людини і тварин
   У родили жінки матка має розмір близько 5 см, у народжували - в 1,5-2 рази більше. У порожнину піхви вдається циліндрична шийка мітки. Усередині шийки є канал, але якому сперматозоїди потрапляють в порожнину матки, а потім - в фаллопієві труби. При наявності в яйцепровід яйцеклітини, готової