Генетичний код, його властивості

Генетичний код ДНК

Унікальність кожної клітини полягає в унікальності її білків. Клітини, що виконують різні функції, здатні синтезувати свої власні білки, використовуючи інформацію, що записана в моле­кулі ДНК. Ця інформація існує у вигляді особливої послідовності азотистих основ у ДНК і називається генетичним кодом. М. Гамов ще в 1954 р. припустив, що кодування інформації в ДНК може здійснюватися сполученням декількох нуклеотидів. Порядок азо­тистих основ у іРНК, що побудована відповідно до матриці ДНК, визначає порядок зв'язування амінокислот у синтезованому по­ліпептиді. Установлено, що кожца амінокислота кодується послі­довністю трьох азотистих основ (триплетом, або кодоном). Одне з визначних досягнень біології XX ст. — розшифрування триплет­ного генетичного коду. Генетичний код є послідовністю триплетів у молекулі ДНК, що контролює порядок розміщення амінокислот у молекулі білка.

Послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК кодує певну послі­довність нуклеотидів в іРНК. Кожний триплет нуклеотидів кодує одну конкретну амінокислоту. Унаслідок трансляції на основі ге­нетичного коду на рибосомах синтезується потрібний білок.

Чотири азотистих основи в комбінаціях по 3, тобто 4³, можуть утворювати 64 різних кодони. У молекулі ДНК кожна основа входить до складу лише одного кодону. Тому код ДНК не пере­кривається. Кодони розташовуються один за одним безперерв­но. Оскільки можливих варіантів кодонів 64, амінокислот — 20, то певні амінокислоти можуть кодуватися різними триплетами (кодонами-синонімами). Унаслідок цього генетичний код нази­вають виродженим, або надмірним. Дублювальні триплети від­різняються лише третім нуклеотидом. Є декілька амінокислот, які кодуються 3—4 різними кодонами (наприклад, амінокисло­та аланін кодується триплетами ЦГА, ЦГГ, ЦГТ, ГЦГ). Поряд з ними є амінокислоти, які кодуються двома триплетами, і тільки дві амінокислоти — одним. Однак кожний триплет кодує тільки одну певну амінокислоту, що свідчить про його специфічність. Крім того, деякі триплети (АТТ, АЦТ, АТЦ) не кодують аміно­кислот, а є своєрідними "точками" термінації процесу зчитуван­ня інформації. Якщо процес синтезу доходить до такої "точки" в молекулі ДНК, то синтез цієї РНК припиняється. Установлено кодони для всіх 20 амінокислот. Послідовність триплетів у ДНК визначає порядок розташування амінокислот у молекулі білка, тобто має місце колінеарність. Це означає, що положення кожної амінокислоти в поліпептидному ланцюгу залежить від положен­ня триплету універсального генетичного коду. Він однаковий для всіх живих організмів, від бактерій до рослин і ссавців. Тобто у всіх живих організмів той самий триплет кодує ту саму амінокис­лоту. Це один з найбільш переконливих доказів спільності похо­дження живої природи.

Таким чином, генетичний код ДНК має такі фундаментальні характеристики: 1) триплетність (три сусідні азотисті основи на­зиваються кодоном і кодують одну амінокислоту); 2) специфіч­ність (кожний окремий триплет кодує тільки одну певну аміно­кислоту); 3) неперервність (кожна азотиста основа одного кодону ніколи не входить до складу іншого кодону); 4) відсутність розді­лових знаків (генетичний код не має "пунктуаційних позначок" між кодувальними триплетами у структурних генах); 5) універ­сальність (даний кодон у ДНК або ІРНК визначає ту саму аміно­кислоту в білкових системах усіх організмів — від бактерій до людини); 6) надмірність (одна амінокислота часто має більше ніж один кодовий триплет); 7) колінеарність (ДНК є лінійним поліну-клеотидним ланцюгом, а білок — лінійним поліпептидним. По­

слідовність амінокислот у білку відповідає послідовності трипле­тів у його гені. Тому ген і поліпептид, який він кодує, називають колінеарними); 8) відповідність генів — поліпептидам (клітина може мати стільки поліпептидів, скільки в ній генів).

Генетичний код ІРНК

При транскрипції закодована інформація з матричного лан­цюга ДНК переписується на комплементарну молекулу РНК. При цьому генетичний код ДНК перекладається в генетичний код іРНК. Наприклад, якщо в матричному ланцюгу ДНК розташова­ні кодони ААГ ЦТА ТГЦ ЦАА, то в молекулі іРНК знаходяться відповідні їм кодони УУЦ ГАУ АЦГ ГУУ. Таким чином, ті самі амінокислоти кодуються на молекулі ІРНК комплементарними триплетами. Крім цього, іРНК має старт-кодон, а кодони АУЦ, УАГ, УГА зупиняють процес трансляції (табл. 2).

Процес зчитування інформації відбувається в одному напрям­ку. Так, якщо в молекулі ІРНК азотисті основи будуть розміще­ні в такому порядку: ААА ЦЦЦ УГУ УЦУ то це означає, що послідовно закодовані такі амінокислоти: лізин, пролін, цистеїн, серин. Саме в такій послідовності вони мають розташовуватися в поліпептидному ланцюгу під час синтезу білка. Якщо в першо­му триплеті ІРНК буде втрачений один аденін, то порядок основ набуде такого вигляду: АА ЦЦЦ УГУ УЦУ ... У результаті склад усіх триплетів зміниться. Перший триплет стане не ААА, а ААЦ. Подібний триплет кодує аспарагінову кислоту, а не лізин, як ра­ніше. Другий триплет буде вже не ЦЦЦ, а ЦЦУ і т. д. Те саме від­бувається при вставленні нових основ. Таким чином, зникнення або вставлення лише однієї основи може порушити синтез певної молекули білка.