Генетический код и его свойства

Реализация генетической информации – это путь от гена к признаку. В основе признака лежит белок.

Каждая аминокислота кодируется триплетом ДНК, ДНК состоит из мономеров – нуклеотидов.

Молекула ДНК – двуцепочечная. Одна цепь – смысловая, несёт информацию, а вторая – транскрибируемая (матричная). Между нуклеотидами двух цепей ДНК реализуется принцип комплементарности: нуклеотиды с азотистым основанием аденином комплементарны нуклеотидам с тимином, нуклеотиды с цитозином комплементарны нуклеотидам с гуанином.

А = Т, Г ≡ Ц

С матричной цепи ДНК синтезируются все виды РНК, в том числе иРНК.

При синтезе также реализуется принцип комплементарности, только тимин в РНК заменяется на урацил (У).

ДНК находится в ядре, а синтез белка происходит на рибосомах (на шЭПС или в цитоплазме). иРНК выходит из ядра и несёт информацию к рибосомам.

Белки организма формируют признак, несколько признаков объединяются в свойства.

Например, ферменты – это вещества белковой природы, являются продуктом реализации генетической информации. Признаком будет наличие в клетке/организме ферментов определённого вида, например, пищеварительных – пепсина, трипсина и т.д . Совокупность таких признаков, наряду с другими признаками организма (наличие других ферментов, поддержание определённого уровня кислотности и температуры тела), объединяются в свойство – способность организма к саморегуляции.

Задачи геномики:

• секвенирование генов – определение нуклеотидной последовательности суммарного набора молекул ДНК клетки организма
• картирование генома – идентификация генов и локализация места их расположения на хромосоме
• сравнительный анализ структур геномов разных организмов.

Задачи протеомики:

• идентификация белков
• количественный анализ белков

Основу наследственности составляют нуклеиновые кислоты – ДНК (РНК в случае некоторых вирусов). Они несут в себе информацию о том, какие белки будет синтезировать клетка. Эта информация носит название генетический код.

Генетический код имеет несколько свойств:

• Триплетность.
• Вырожденность или избыточность.
• Однозначность.
• Полярность.
• Неперекрываемость.
• Компактность.
• Универсальность.

Элементарная структурная единица генетического кода – триплет – тройка расположенных рядом нуклеотидов, кодирующих аминокислоту.

Синтез белка происходит по матрице иРНК. Триплеты иРНК называются кодонами.

Особые триплеты тРНК, связывающиеся с кодонами иРНК, называются антикодонами.

Возникновение дополнительного термина обусловлено тем, что не каждый триплет несёт информацию об аминокислоте. Только 61 кодон из 64 кодируют какую-либо аминокислоту. Эти кодоны называются смысловыми. Три триплета не кодируют аминокислоты – это стоп-кодоны (УАА, УАГ, УГА), они несут информацию о прекращении синтеза белка. Также отдельно выделяют старт-кодон (инициаторный кодон), с которого начинается синтез белка. У эукариот такиме кодоном, как правило, является триплет АУГ.

61 из 64 триплетов кодируют 20 аминокислот.

Многим аминокислотам соответствует несколько кодонов. Так, аминокислота лейцин может кодироваться шестью триплетами – УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ; валин кодируется четырьмя триплетами; фенилаланин – двумя (только триптофан и метионин кодируются одним кодоном). Это свойство генетического кода – вырожденность.

Вырожденность предохраняет организм от генных мутаций: при замене одного нуклеотида в триплете есть вероятность, что будет синтезироваться всё та же аминокислота, и мутация не повлечёт за собой последствий для организма.

Каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

Таким образом, в направлении «кодон – аминокислота» генетический код однозначен, а в направлении «аминокислота – кодон» – неоднозначен (вырожденный).

У гена есть начало и конец, а информация считывается в одном направлении(от 5` к 3` концу), именно поэтому присутствуют кодоны, с которых начинается считывание, и стоп-кодоны, которые это считывание останавливают.

Каждый нуклеотид может входить в состав только одного триплета.

• Так, первый нуклеотид следующего триплета всегда стоит после третьего нуклеотида предшествующего триплета.
• Кодон не может начаться со второго или третьего нуклеотида предшествующего кодона. Другими словами, код не перекрывается.

Пример:

Если есть последовательность нуклеотидов: ABCDEFGHI,

то кодон ABC – кодирует одну аминокислоту, DEF – другую, и так далее.

Так как ген кодирует информацию об одном белке, то информация внутри гена считывается непрерывно, ген не разделён на части. Стоп-кодоны – «знаки препинания» – расположены между генами, которые кодируют разные белки.

Отсутствие в генетическом коде «знаков препинания» было доказано экспериментально.

Один и тот же триплет в разных организмах будет кодировать одну и ту же аминокислоту.

Прямое доказательство универсальности генетического кода было получено при сравнении последовательностей ДНК с соответствующими белковыми последовательностями. Оказалось, что во всех бактериальных и эукариотических геномах используется одни и те же наборы кодовых значений. Есть и исключения, но их не много.

Несмотря на то, что у всех организмов генетический код обладает одинаковыми свойствами, геномы (совокупность генов в гаплоидном наборе хромосом) организмов отличаются. Их изучением занимается наука геномика.

*Прочитайте тему “Биосинтез белка” и выполните тестирование.