Генетический код

система зашифровки наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, реализующаяся у животных, растений, бактерий и вирусов в виде последовательности нуклеотидов (См. Нуклеотиды). В природных нуклеиновых кислотах (См. Белки) — дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) — встречаются 5 распространённых типов нуклеотидов (по 4 в каждой нуклеиновой кислоте), различающихся по входящему в их состав азотистому основанию (см. Пуриновые основания, Пиримидиновые основания). В ДНК встречаются основания. Аденин (А), гуанин (См. Белки) (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т). В РНК вместо тимина присутствует Урацил (У). Кроме них, в составе нуклеиновых кислот обнаружено около 20 редко встречающихся (т. Н. Неканонических, или минорных) оснований, а также необычных сахаров.

Т. К. Количество кодирующих знаков Г. К. (4) и число разновидностей аминокислот в белке (20) не совпадают, кодовое число (т. Е. Количество нуклеотидов, кодирующих 1 аминокислоту) не может быть равно 1. Различных сочетаний по 2 нуклеотида возможно лишь 42=16, но этого также недостаточно для зашифровки всех аминокислот. Американский учёный Г. Гамов предложил (1954) модель триплетного Г. К., т. Е. Такого, в котором 1 аминокислоту кодирует группа из трёх нуклеотидов, наз. Кодоном. Число возможных Триплетов равно 43=64, а это более чем втрое превышает число распространённых аминокислот, в связи с чем было высказано предположение, что каждой аминокислоте соответствует несколько кодонов (т. Н. Вырожденность кода). Было предложено много различных моделей Г.

К., из которых серьёзного внимания заслуживали три модели (см. Рис.). Перекрывающийся код без запятых, неперекрывающийся код без запятых и код с запятыми. В 1961 Ф. Крик (Великобритания) с сотрудниками получил подтверждение гипотезы триплетного неперекрывающегося кода без запятых. Установлены следующие основные закономерности, касающиеся Г. К. 1) между последовательностью нуклеотидов и кодируемой последовательностью аминокислот существует линейное соответствие (колинеарность Г. К.). 2) считывание Г. К. Начинается с определённой точки. 3) считывание идёт в одном направлении в пределах одного гена. 4) код является неперекрывающимся. 5) при считывании не бывает промежутков (код без запятых). 6) Г. К., как правило, является вырожденным, т.

Е. 1 аминокислоту кодируют 2 и более триплетов-синонимов (вырожденность Г. К. Уменьшает вероятность того, что мутационная замена основания в триплете приведёт к ошибке). 7) кодовое число равно трём. 8) код в живой природе универсален (за некоторыми исключениями). Универсальность Г. К. Подтверждается экспериментами по синтезу белка in vitro. Если в бесклеточную систему, полученную из одного организма (например, кишечной палочки), добавить нуклеиновокислотную матрицу, полученную из др. Организма, далеко отстоящего от первого в эволюционном отношении (например, проростков гороха), то в такой системе, будет идти белковый синтез. Благодаря работам американских генетиков М. Ниренберга, С. Очоа, Х. Корана известен не только состав, но и порядок нуклеотидов во всех кодонах (см.

Табл., построенную по данным опытов с кишечной палочкой). Из 64 кодонов у бактерий и фагов 3 кодона — УАА, УАГ и УГА — не кодируют аминокислот. Они служат сигналом к освобождению полипептидной цепи с Рибосомы, т. Е. Сигнализируют о завершении синтеза полипептида. Их назыают терминирующими кодонами. Существуют также 3 сигнала о начале синтеза — это т. Н. Инициирующие кодоны — АУГ, ГУГ и УУГ, — которые, будучи включенными в начале соответствующей информационной РНК (и-РНК), определяют включение формилметионина в первое положение синтезируемой полипептидной цепи. Приведённые данные справедливы для бактериальных систем. Для высших организмов многое ещё не ясно. Так, кодон УГА у высших организмов может быть значащим. Не совсем понятен также механизм инициации полипептида.

Реализация Г. К. В клетке происходит в два этапа. Первый из них протекает в ядре. Он носит название транскрипции (См. Транскрипция) и заключается в синтезе молекул и-РНК на соответствующих участках ДНК. При этом последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность РНК. Второй этап — Трансляция — протекает в цитоплазме, на рибосомах. При этом последовательность нуклеотидов и-РНК переводится в последовательность аминокислот в белке. Этот этап протекает при участии транспортной РНК (т-РНК) и соответствующих ферментов (см. Белки, раздел Биосинтез). Полный «словарь» генетического кода для аминокислот ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ | Первая  | Вторая буква | Третья | | «буква»  |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| «буква»  | |  | У | Ц | А | Г | | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | У  | УУУ  | Фенила- | УЦУ  | Серин | УАУ | Тирозин | УГУ | Цистин | У | |------------------------------------| ланин  |------------| |------------| |------------| |---------------- | |  | УУЦ | | УЦЦ | | УАЦ |  | УГЦ | | Ц | |----------------------------------------------------------------------|  |---------------------------------------------------------------------------------------| |  | УУА | Лейцин | УЦА | | УАА  | Конец  | УГА  | Конец | А  | |  |  | | | | | синтеза | | синтеза  | | |------------------------------------| |------------| |------------| |-----------------------------------------------------| |  | УУГ*  | | УЦГ | | УАà |  | УГГ  | Триптофан  | Г | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Ц | ЦУУ | Лейцин | ЦЦУ | Пролин | ЦАУ | Гистидин  | ЦГУ | Аргинин | У | |------------------------------------| |------------| |------------| |------------| |---------------- | |  | ЦУЦ  | | ЦЦЦ  | | ЦАЦ  |  | ЦГЦ | | Ц | |------------------------------------| |------------| |----------------------------------------------|  |---------------- | |  | ЦУА | | ЦЦА  | | ЦАА | Глутамин | ЦГА  | | А  | |------------------------------------| |------------| |------------| |------------| |---------------- | |  | ЦУГ | | ЦЦГ | | ЦАГ  |  | ЦГà | | Г | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | А | АУУ | Изолей- | АЦУ | Треонин | ААУ  | Аспарагин | АГУ  | Серин | У | |------------------------------------| цин |------------| |------------| |------------| |---------------- | |  | АУЦ | | АЦЦ  | | ААЦ |  | АГЦ  | | Ц | |------------------------------------| |------------| |---------------------------------------------------------------------------------------| |  | АУА | | АЦА | | ААА | Лизин  | АГА | Аргинин | А  | |----------------------------------------------------------------------|  |------------| |------------| |---------------- | |  | АУГ* | Метионин | АЦГ  | | ААГ |  | АГГ | | Г | |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Г | ГУУ | Валин | ГЦУ | Аланин | ГАУ  | Аспараги-  | ГГУ  | Глицин | У | |------------------------------------| |------------| |------------| новая  |------------| |---------------- | |  | ГУЦ | | ГЦЦ | | ГАЦ  | кислота | ГГЦ  | | Ц | |------------------------------------| |------------| |----------------------------------------------|  |---------------- | |  | ГУА  | | ГЦА  | | ГАА | Глутами- | ГГА | | А  | |------------------------------------| |------------| |------------| новая  |------------| |---------------- | |  | ГУГ* | | ГЦà | | ГАГ | кислота | ГГГ | | Г | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ * В начале цепи и-РНК данный кодон определяет начало синтеза полипептидной цепи и кодирует аминокислоту формилметионин.

От готовых полиплоидных цепей формильная группа или вся аминокислота может быть отщеплена с помощью соответствующих ферментов. Лит. Общая природа генетического кода для белков, в сборнике. Молекулярная генетика, пер. С англ., М., 1963. Крик Ф., Генетический код (I), в кн. Структура и функция клетки, пер. С англ., М., 1964, с. 9—23. Ниренберг М., Генетический код (II), там же, с. 24—41. Хэйс У., Генетика бактерий и бактериофагов, пер. С англ., М., 1965. Хартман Ф., Саскайнд З., Действие гена, пер. С англ., М., 1966. Бреслер С. Е., Введение в молекулярную биологию, 2 изд., М. — Л., 1966. Ингрэм В., Биосинтез макромолекул, пер. С англ., М., 1966. Лобашев М. Е., Генетика, 2 изд., Л., 1967. Уотсон Дж., Молекулярная биология гена, пер. С англ., М., 1967.

Сойфер В. Н., Молекулярные механизмы мутагенеза, М., 1969. Дубинин Н. П. Общая генетика, М., 1970. Н. П. Дубинин, В. Н. Сойфер. Модели генетического кода. 1-й тип — перекрывающийся код без запятых. 2-й тип — неперекрывающийся код без запятых. 3-й тип — код с «промежутками», т. Е. Код с запятыми..