Ajutor la Tele2, tarife, intrebari

Codul genetic al diferitelor organisme are câteva proprietăți comune:
1) Tripletate. Pentru a înregistra orice informație, inclusiv informații ereditare, se folosește un anumit cifru, al cărui element este o literă sau un simbol. Colecția de astfel de simboluri alcătuiește alfabetul. Mesajele individuale sunt scrise ca o combinație de caractere numite grupuri de coduri sau codoni. Este cunoscut un alfabet format din doar două caractere - acesta este codul Morse. În ADN există 4 litere - primele litere ale numelor bazelor azotate (A, G, T, C), ceea ce înseamnă că alfabetul genetic este format din doar 4 caractere. Ce este un grup de coduri sau, într-un cuvânt, un cod genetic? Sunt cunoscuți 20 de aminoacizi bazici, al căror conținut trebuie să fie scris în codul genetic, adică 4 litere trebuie să dea 20 de cuvinte de cod. Să presupunem că cuvântul este format dintr-un caracter, atunci vom obține doar 4 grupuri de coduri. Dacă cuvântul este format din două caractere, atunci vor exista doar 16 astfel de grupuri, iar acest lucru nu este suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi. Prin urmare, trebuie să existe cel puțin 3 nucleotide în cuvântul de cod, care va da 64 (43) combinații. Acest număr de combinații triplete este suficient pentru a codifica toți aminoacizii. Astfel, codonul codului genetic este un triplet de nucleotide.
2) Degenerare (redundanță) - o proprietate a codului genetic constând, pe de o parte, în faptul că conține tripleți redundanți, adică sinonime, iar pe de altă parte, tripleți „fără sens”. Deoarece codul include 64 de combinații și doar 20 de aminoacizi sunt codificați, unii aminoacizi sunt codificați de mai multe triplete (arginina, serină, leucină - șase; valină, prolină, alanină, glicină, treonină - patru; izoleucină - trei; fenilalanină, tirozină, histidină, lizină, asparagină, glutamină, cisteină, acizi aspartic și glutamic - doi; metionină și triptofan - un triplet). Unele grupuri de coduri (UAA, UAG, UGA) nu poartă deloc o încărcare semantică, adică sunt tripleți „fără sens”. „Fără sens”, sau aiurea, codonii acționează ca terminatori de lanț - semne de punctuație în textul genetic - servesc ca semnal pentru sfârșitul sintezei lanțului proteic. O astfel de redundanță de cod este de mare importanță pentru creșterea fiabilității transmiterii informațiilor genetice.
3) Nesuprapunere. Tripleții de cod nu se suprapun niciodată, adică sunt întotdeauna difuzați împreună. Când citiți informații dintr-o moleculă de ADN, este imposibil să folosiți baza azotată a unui triplet în combinație cu bazele altui triplet.
4) Unicitatea. Nu există cazuri în care același triplet ar corespunde mai mult de un acid.
5) Absența caracterelor de separare în cadrul genei. Codul genetic este citit dintr-un anumit loc fără virgule.
6) Versatilitate. În diferite tipuri de organisme vii (viruși, bacterii, plante, ciuperci și animale), aceleași tripleți codifică aceiași aminoacizi.
7) Specificitatea speciei. Numărul și secvența bazelor azotate din lanțul ADN variază de la organism la organism.

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

Terminologie

Codul genetic este o modalitate de codificare a secvenței proteinei de aminoacizi folosind secvența de nucleotide. Această metodă de formare a informațiilor este caracteristică tuturor organismelor vii. Proteinele sunt substanțe organice naturale cu greutate moleculară mare. 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 în 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 celei care conține timină. În schimb, este prezentă 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 unei proteine ​​codificate de o genă se realizează prin combinarea ARNm pe o matriță de ADN (transcripție). Există, de asemenea, un transfer al codului genetic într-o secvență de aminoacizi. Adică, are loc sinteza lanțului polipeptidic pe ARNm. Pentru a codifica toți aminoacizii și a semnala sfârșitul secvenței proteice, sunt suficiente 3 nucleotide. Acest lanț se numește triplet.

Istoria cercetării

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 ​​sunt formate 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, Watson și Crick au publicat două lucrări. Primul a declarat structura secundară a ADN-ului, al doilea a vorbit despre copierea sa admisibilă prin intermediul sintezei matriceale. 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 Georgy Gamov a admis ipoteza de codificare și a găsit o metodă pentru a o testa. În 1954, lucrarea sa a fost publicată, în timpul căreia a înaintat o propunere de a stabili corespondențe între lanțurile laterale de aminoacizi și „găurile” în formă de diamant și de a folosi acest lucru ca mecanism de codare. Apoi a fost numit rombic. Explicându-și munca, Gamow a recunoscut că codul genetic ar putea fi triplet. Lucrarea unui fizician a fost una dintre primele dintre cele care au fost considerate apropiate de adevăr.

Clasificare

După câțiva ani, au fost propuse diverse modele de coduri genetice, reprezentând două tipuri: suprapuse și nesuprapuse. Prima sa bazat pe apariția unei nucleotide în compoziția mai multor codoni. Codul genetic triunghiular, secvențial și major-minor îi aparține. Al doilea model presupune două tipuri. Nesuprapunerea includ combinații și „cod fără virgule”. Prima variantă se bazează pe codificarea unui aminoacid de către tripleți de nucleotide, iar compoziția sa este cea principală. Conform „codului fără virgulă”, anumite triplete corespund aminoacizilor, în timp ce restul nu. În acest caz, s-a crezut că dacă orice triplete semnificative ar fi aranjate secvenţial, altele situate într-un cadru de citire diferit s-ar dovedi a fi inutile. Oamenii de știință au crezut că este posibil să se selecteze o secvență de nucleotide care să îndeplinească aceste cerințe și că există exact 20 de tripleți.

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

Trăsături distinctive

Proprietățile codului genetic includ:

Variante

Pentru prima dată, abaterea codului genetic de la standard a fost descoperită în 1979 în timpul studiului genelor mitocondriale din corpul uman. Au fost identificate și alte variante similare, inclusiv multe coduri mitocondriale alternative. Acestea includ descifrarea codonului stop UGA folosit ca definiție a triptofanului în micoplasme. GUG și UUG în arhee și bacterii sunt adesea folosite ca variante de pornire. Uneori, genele codifică o proteină dintr-un codon de început care diferă de cel utilizat în mod normal de acea specie. De asemenea, în unele proteine, selenocisteina și pirolizina, care sunt aminoacizi nestandard, sunt inserate de ribozom. Ea citește codonul de oprire. Depinde de secvențele găsite în ARNm. În prezent, selenocisteina este considerată al 21-lea, pirolizan - al 22-lea aminoacid prezent în proteine.

Caracteristicile generale ale codului genetic

Cu toate acestea, toate excepțiile sunt rare. În organismele vii, în general, codul genetic are o serie de trăsături comune. Acestea includ compoziția codonului, care include trei nucleotide (primele două aparțin celor determinante), transferul codonilor de către tARN și ribozomi într-o secvență de aminoacizi.

Gene- o unitate structurală și funcțională a eredității care controlează dezvoltarea unei anumite trăsături sau proprietăți. Părinții transmit un set de gene descendenților lor în timpul reproducerii O mare contribuție la studiul genei a fost adusă de oamenii de știință ruși: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V. (2011)

În prezent, în biologia moleculară, s-a stabilit că genele sunt secțiuni de ADN care poartă orice informație integrală - despre structura unei molecule de proteine ​​sau a unei molecule de ARN. Acestea și alte molecule funcționale determină dezvoltarea, creșterea și funcționarea organismului.

În același timp, fiecare genă este caracterizată de un număr de secvențe de ADN reglatoare specifice, cum ar fi promotorii, care sunt direct implicați în reglarea expresiei genei. Secvențele de reglare pot fi localizate fie în imediata vecinătate a cadrului deschis de citire care codifică proteina, fie începutul secvenței de ARN, așa cum este cazul promotorilor (așa-numitii cis elemente de reglare cis), și la o distanță de multe milioane de perechi de baze (nucleotide), ca în cazul amplificatorilor, izolatorilor și supresoarelor (uneori clasificate ca trans-elementele de reglementare elemente trans-regulatoare). Astfel, conceptul de genă nu se limitează la regiunea de codificare a ADN-ului, ci este un concept mai larg care include secvențe reglatoare.

Inițial termenul gena a apărut ca o unitate teoretică de transmitere a informaţiilor ereditare discrete. Istoria biologiei amintește disputele despre care molecule pot fi purtătoare de informații ereditare. Majoritatea cercetătorilor au crezut că numai proteinele pot fi astfel de purtători, deoarece structura lor (20 de aminoacizi) vă permite să creați mai multe opțiuni decât structura ADN-ului, care este compusă din doar patru tipuri de nucleotide. Mai târziu, s-a dovedit experimental că este ADN-ul care include informații ereditare, care a fost exprimată ca dogma centrală a biologiei moleculare.

Genele pot suferi mutații - modificări aleatorii sau intenționate în secvența nucleotidelor din lanțul ADN. Mutațiile pot duce la o modificare a secvenței și, prin urmare, la o modificare a caracteristicilor biologice ale unei proteine ​​sau ARN, care, la rândul său, poate duce la o funcționare generală sau locală alterată sau anormală a organismului. Astfel de mutații în unele cazuri sunt patogene, deoarece rezultatul lor este o boală sau letal la nivel embrionar. Cu toate acestea, nu toate modificările secvenței de nucleotide duc la o modificare a structurii proteinei (datorită efectului degenerării codului genetic) sau la o modificare semnificativă a secvenței și nu sunt patogene. În special, genomul uman este caracterizat prin polimorfisme cu un singur nucleotide și variații ale numărului de copii. variații ale numărului de copii), cum ar fi delețiile și dublările, care reprezintă aproximativ 1% din întreaga secvență de nucleotide umane. Polimorfismele cu un singur nucleotide, în special, definesc alele diferite ale aceleiași gene.

Monomerii care alcătuiesc fiecare dintre lanțurile ADN sunt compuși organici complecși care includ baze azotate: adenină (A) sau timină (T) sau citozină (C) sau guanină (G), o zahăr-pentoză-dezoxiriboză cu cinci atomi, numită după care și a primit numele de ADN în sine, precum și reziduul de acid fosforic.Acești compuși se numesc nucleotide.

Proprietăți genetice

1. discretitatea - nemiscibilitatea genelor;
2. stabilitate - capacitatea de a menține o structură;
3. labilitate - capacitatea de a muta în mod repetat;
4. alelism multiplu - multe gene există într-o populație într-o varietate de forme moleculare;
5. alelism - în genotipul organismelor diploide, doar două forme ale genei;
6. specificitate - fiecare genă codifică propria trăsătură;
7. pleiotropie - efect multiplu al unei gene;
8. expresivitate - gradul de exprimare al unei gene într-o trăsătură;
9. penetranță - frecvența de manifestare a unei gene în fenotip;
10. amplificare - o creștere a numărului de copii ale unei gene.

Clasificare

1. Genele structurale sunt componente unice ale genomului, reprezentând o singură secvență care codifică o proteină specifică sau unele tipuri de ARN. (Vezi și articolul gene de menaj).
2. Genele funcționale - reglează activitatea genelor structurale.

Cod genetic- o metodă inerentă tuturor organismelor vii pentru a codifica secvența de aminoacizi a proteinelor folosind o secvență de nucleotide.

În ADN sunt utilizate patru nucleotide - adenina (A), guanina (G), citozina (C), timina (T), care în literatura de limbă rusă sunt notate cu literele A, G, C și T. Aceste litere alcătuiesc alfabetul codului genetic. În ARN, se folosesc aceleași nucleotide, cu excepția timinei, care este înlocuită cu o nucleotidă similară - uracil, care este notat cu litera U (U în literatura de limbă rusă). În moleculele de ADN și ARN, nucleotidele se aliniază în lanțuri și, astfel, se obțin secvențe de litere genetice.

Cod genetic

Există 20 de aminoacizi diferiți folosiți în natură pentru a construi proteine. Fiecare proteină este un lanț sau mai multe lanțuri de aminoacizi într-o secvență strict definită. Această secvență determină structura proteinei și, prin urmare, toate proprietățile sale biologice. Setul de aminoacizi este, de asemenea, universal pentru aproape toate organismele vii.

Implementarea informațiilor genetice în celulele vii (adică sinteza unei proteine ​​codificate de o genă) se realizează folosind două procese matriceale: transcripția (adică sinteza ARNm pe un șablon ADN) și traducerea codului genetic. într-o secvență de aminoacizi (sinteza unui lanț polipeptidic pe ARNm). Trei nucleotide consecutive sunt suficiente pentru a codifica 20 de aminoacizi, precum și semnalul stop, ceea ce înseamnă sfârșitul secvenței proteinelor. Un set de trei nucleotide se numește triplet. Abrevierile acceptate corespunzătoare aminoacizilor și codonilor sunt prezentate în figură.

Proprietăți

1. Tripletate- o unitate semnificativă a codului este o combinație de trei nucleotide (triplet sau codon).
2. Continuitate- nu exista semne de punctuatie intre triplete, adica informatia se citeste continuu.
3. nesuprapunere- aceeași nucleotidă nu poate face parte simultan din două sau mai multe triplete (nu este observată pentru unele gene suprapuse ale virușilor, mitocondriilor și bacteriilor care codifică mai multe proteine ​​frameshift).
4. Neambiguitate (specificitate)- un anumit codon corespunde unui singur aminoacid (cu toate acestea, codonul UGA în Euplotes crassus codifică doi aminoacizi - cisteină și selenocisteină)
5. Degenerare (redundanță) Mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
6. Versatilitate- codul genetic funcționează în același mod în organisme cu diferite niveluri de complexitate - de la viruși la oameni (metodele de inginerie genetică se bazează pe aceasta; există o serie de excepții, prezentate în tabelul din „Variațiile codului genetic standard " secțiunea de mai jos).
7. Imunitate la zgomot- mutațiile substituțiilor de nucleotide care nu duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc conservator; se numesc mutații de substituție nucleotidică care duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat radical.

Biosinteza proteinelor și etapele acesteia

Biosinteza proteinelor- un proces complex în mai multe etape de sinteză a unui lanț polipeptidic din reziduuri de aminoacizi, care are loc pe ribozomii celulelor organismelor vii cu participarea moleculelor de ARNm și ARNt.

Biosinteza proteinelor poate fi împărțită în etape de transcripție, procesare și traducere. În timpul transcripției, informația genetică codificată în moleculele de ADN este citită și această informație este scrisă în moleculele de ARNm. În timpul unei serii de etape succesive de procesare, unele fragmente care nu sunt necesare în etapele ulterioare sunt îndepărtate din ARNm și secvențele de nucleotide sunt editate. După ce codul este transportat de la nucleu la ribozomi, sinteza reală a moleculelor de proteine ​​are loc prin atașarea reziduurilor individuale de aminoacizi la lanțul polipeptidic în creștere.

Între transcripție și traducere, molecula de ARNm suferă o serie de modificări succesive care asigură maturarea unui șablon funcțional pentru sinteza lanțului polipeptidic. Un capac este atașat la capătul 5’, iar o coadă poli-A este atașată la capătul 3’, ceea ce crește durata de viață a ARNm. Odată cu apariția procesării într-o celulă eucariotă, a devenit posibilă combinarea exonilor genici pentru a obține o varietate mai mare de proteine ​​codificate de o singură secvență de nucleotide ADN - splicing alternativ.

Traducerea constă în sinteza unui lanț polipeptidic în conformitate cu informațiile codificate în ARN mesager. Secvența de aminoacizi este aranjată folosind transport ARN (ARNt), care formează complexe cu aminoacizi - aminoacil-ARNt. Fiecare aminoacid are propriul său ARNt, care are un anticodon corespunzător care „se potrivește” cu codonul ARNm. În timpul translației, ribozomul se mișcă de-a lungul ARNm, pe măsură ce lanțul polipeptidic se acumulează. Energia pentru sinteza proteinelor este furnizată de ATP.

Molecula de proteină finită este apoi scindată din ribozom și transportată în locul potrivit în celulă. Unele proteine ​​necesită modificări post-translaționale suplimentare pentru a ajunge la starea lor activă.

COD GENETIC(greacă, genetikos referindu-se la origine; sin.: cod, cod biologic, cod aminoacizi, cod proteine, cod acid nucleic) - un sistem de înregistrare a informațiilor ereditare în moleculele de acid nucleic ale animalelor, plantelor, bacteriilor și virușilor prin alternarea secvenței de nucleotide.

Informația genetică (Fig.) de la celulă la celulă, de la generație la generație, cu excepția virusurilor care conțin ARN, este transmisă prin reduplicarea moleculelor de ADN (vezi Replicare). Implementarea informațiilor ereditare ADN în procesul vieții celulare se realizează prin intermediul a 3 tipuri de ARN: informațional (ARNm sau ARNm), ribozomal (ARNr) și de transport (ARNt), care sunt sintetizate pe ADN ca pe o matrice folosind ARN. enzimă polimerază. În același timp, secvența de nucleotide dintr-o moleculă de ADN determină în mod unic secvența de nucleotide în toate cele trei tipuri de ARN (vezi Transcriere). Informația unei gene (vezi) care codifică o moleculă proteică este transportată numai de ARNm. Produsul final al implementării informațiilor ereditare este sinteza moleculelor de proteine, a căror specificitate este determinată de secvența aminoacizilor lor (vezi Traducerea).

Deoarece în ADN sau ARN sunt prezente doar 4 baze azotate diferite [în ADN - adenină (A), timină (T), guanină (G), citozină (C); în ARN - adenină (A), uracil (U), citozină (C), guanină (G)], a cărei secvență determină secvența a 20 de aminoacizi din proteină, problema lui G. to., adică problema traducerii unui alfabet de 4 litere de acizi nucleici în alfabetul de 20 de litere de polipeptide.

Pentru prima dată, ideea sintezei matricei a moleculelor de proteine ​​cu predicția corectă a proprietăților unei matrice ipotetice a fost formulată de N.K. Koltsov în 1928. În 1944, Avery și colab. au stabilit că moleculele de ADN sunt responsabile de transfer. de trăsături ereditare în timpul transformării în pneumococi . În 1948, E. Chargaff a arătat că în toate moleculele de ADN există o egalitate cantitativă a nucleotidelor corespunzătoare (A-T, G-C). În 1953, F. Crick, J. Watson și Wilkins (M. H. F. Wilkins), pe baza acestei reguli și a datelor din analiza de difracție cu raze X (vezi), au ajuns la concluzia că o moleculă de ADN este un dublu helix, format din două polinucleotide. catene legate între ele prin legături de hidrogen. Mai mult decât atât, numai T poate fi localizat împotriva A a unui lanț în al doilea și numai C față de G. Această complementaritate duce la faptul că secvența de nucleotide a unui lanț determină în mod unic secvența celuilalt. A doua concluzie semnificativă care decurge din acest model este că molecula de ADN este capabilă de auto-reproducere.

În 1954, G. Gamow a formulat problema lui G. în forma sa modernă. În 1957, F. Crick a exprimat ipoteza adaptorului, presupunând că aminoacizii interacționează cu acidul nucleic nu direct, ci prin intermediari (cunoscut acum ca tARN). În anii care au urmat, toate verigile principale din schema generală de transmitere a informaţiei genetice, iniţial ipotetice, au fost confirmate experimental. În 1957 s-au descoperit ARNm [A. S. Spirin, A. N. Belozersky şi colab.; Folkin și Astrakhan (E. Volkin, L. Astrachan)] și ARNt [Hoagland (M. V. Hoagland)]; în 1960, ADN-ul a fost sintetizat în afara celulei folosind macromoleculele de ADN existente ca matriță (A. Kornberg) și a fost descoperită sinteza ARN dependentă de ADN [Weiss (S. V. Weiss) și colab.]. În 1961, a fost creat un sistem fără celule, în care, în prezența ARN-ului natural sau a poliribonucleotidelor sintetice, au fost sintetizate substanțe asemănătoare proteinelor [M. Nirenberg și Matthaei (J. H. Matthaei)]. Problema cunoașterii lui G. to. a constat în studierea proprietăților generale ale codului și descifrarea efectivă a acestuia, adică aflarea ce combinații de nucleotide (codoni) codifică anumiți aminoacizi.

Proprietățile generale ale codului au fost elucidate indiferent de decodificarea lui și în principal înaintea acestuia prin analizarea modelelor moleculare de formare a mutațiilor (F. Crick și colab., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Ei ajung la asta:

1. Codul este universal, adică identic, cel puțin în principal, pentru toate ființele vii.

2. Codul este triplet, adică fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide.

3. Codul nu se suprapune, adică o anumită nucleotidă nu poate face parte din mai mult de un codon.

4. Codul este degenerat, adică un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete.

5. Informațiile despre structura primară a proteinei sunt citite din ARNm secvenţial, pornind de la un punct fix.

6. Majoritatea tripleților posibili au „sens”, adică codifică aminoacizi.

7. Din cele trei „litere” ale codonului, doar două (obligate) au o importanță primordială, în timp ce a treia (opțională) poartă mult mai puține informații.

Decodificarea directă a codului ar consta în compararea secvenței de nucleotide din gena structurală (sau ARNm sintetizat pe aceasta) cu secvența de aminoacizi din proteina corespunzătoare. Cu toate acestea, acest mod este încă imposibil din punct de vedere tehnic. Au fost utilizate alte două moduri: sinteza proteinelor într-un sistem fără celule folosind poliribonucleotide artificiale cu compoziție cunoscută ca matrice și analiza modelelor moleculare de formare a mutațiilor (vezi). Primul a adus rezultate pozitive mai devreme și a jucat istoric un rol important în descifrarea lui G. to.

În 1961, M. Nirenberg și Mattei au folosit ca matrice un homo-polimer - un acid poliuridilic sintetic (adică ARN artificial din compoziția UUUU ...) și au primit polifenilalanină. Din aceasta a rezultat că codonul fenilalaninei este format din mai multe U, adică, în cazul unui cod triplet, reprezintă UUU. Ulterior, alături de homopolimeri, au fost utilizate poliribonucleotide constând din diferite nucleotide. În acest caz, se cunoștea doar compoziția polimerilor, în timp ce aranjarea nucleotidelor în ei a fost statistică și, prin urmare, analiza rezultatelor a fost statistică și a dat concluzii indirecte. Destul de repede, am reușit să găsim cel puțin un triplet pentru toți cei 20 de aminoacizi. S-a dovedit că prezența solvenților organici, modificările pH-ului sau temperaturii, unii cationi și mai ales antibiotice fac codul ambiguu: aceiași codoni încep să stimuleze includerea altor aminoacizi, în unele cazuri un codon a început să codifice până la patru. diferiți aminoacizi. Streptomicina a afectat citirea informațiilor atât în ​​sistemele fără celule, cât și in vivo și a fost eficientă numai asupra tulpinilor bacteriene sensibile la streptomicina. La tulpinile dependente de streptomicina, el a „corectat” citirea de la codoni care se schimbaseră ca urmare a mutației. Rezultate similare au dat motive să ne îndoim de corectitudinea decodării lui G. cu ajutorul unui sistem fără celule; a fost necesară confirmarea și în primul rând prin date in vivo.

Principalele date despre G. to. in vivo au fost obținute prin analiza compoziției de aminoacizi a proteinelor din organismele tratate cu mutageni (vezi) cu un mecanism de acțiune cunoscut, de exemplu, azotat to-one, care determină înlocuirea C cu U și A de către D. Informații utile sunt furnizate și de analiza mutațiilor cauzate de mutageni nespecifici, compararea diferențelor în structura primară a proteinelor înrudite la diferite specii, corelația dintre compoziția ADN-ului și proteinelor etc.

Decodificarea lui G. pe baza datelor in vivo și in vitro a dat rezultate coincidente. Ulterior, au fost dezvoltate alte trei metode de descifrare a codului în sistemele fără celule: legarea aminoacil-ARNt (adică, ARNt cu un aminoacid activat atașat) cu trinucleotide cu o compoziție cunoscută (M. Nirenberg și colab., 1965), legarea aminoacil-ARNt cu polinucleotide începând cu un anumit triplet (Mattei și colab., 1966) și utilizarea polimerilor ca ARNm, în care este cunoscută nu numai compoziția, ci și ordinea nucleotidelor (X. Korana și colab. ., 1965). Toate cele trei metode se completează reciproc, iar rezultatele sunt în concordanță cu datele obținute în experimente in vivo.

În anii 70. Secolului 20 au existat metode de verificare deosebit de sigură a rezultatelor decodării G. la. Se știe că mutațiile care apar sub influența proflavinei constau în pierderea sau inserția de nucleotide separate care duce la o schimbare a cadrului de citire. În fagul T4, un număr de mutații au fost induse de proflavină, în care compoziția lizozimei s-a schimbat. Această compoziție a fost analizată și comparată cu acei codoni care ar fi trebuit să fie obținuți printr-o schimbare a cadrului de citire. A fost un meci complet. În plus, această metodă a făcut posibil să se stabilească ce tripleți ai codului degenerat codifică fiecare dintre aminoacizi. În 1970, Adams (J. M. Adams) și colaboratorii săi au reușit să descifreze parțial G. to. printr-o metodă directă: în fagul R17, secvența de baze a fost determinată într-un fragment de 57 de nucleotide lungime și comparată cu secvența de aminoacizi a proteina sa înveliș. Rezultatele au fost în total acord cu cele obţinute prin metode mai puţin directe. Astfel, codul este descifrat complet și corect.

Rezultatele decodării sunt rezumate într-un tabel. Enumeră compoziția codonilor și a ARN-ului. Compoziția anticodonilor de ARNt este complementară codonilor de ARNm, adică în loc de U conțin A, în loc de A - U, în loc de C - G și în loc de G - C, și corespunde codonilor genei structurale (aceea catenă de ADN, cu care se citește informația) cu singura diferență fiind că uracilul ia locul timinei. Dintre cele 64 de triplete care pot fi formate printr-o combinație de 4 nucleotide, 61 au „sens”, adică codifică aminoacizi, iar 3 sunt „prostii” (fără sens). Există o relație destul de clară între compoziția tripleților și semnificația lor, care a fost descoperită chiar și la analiza proprietăților generale ale codului. În unele cazuri, tripleții care codifică un aminoacid specific (de exemplu, prolină, alanină) sunt caracterizați prin faptul că primele două nucleotide (obligate) sunt aceleași, iar a treia (opțional) poate fi orice. În alte cazuri (când codifică, de exemplu, asparagină, glutamina), două triplete similare au aceeași semnificație, în care primele două nucleotide coincid, iar orice purină sau orice pirimidină ia locul celei de-a treia.

Codoni prostii, dintre care 2 au denumiri speciale corespunzând denumirii fagilor mutanți (UAA-ocru, UAG-chihlimbar, UGA-opal), deși nu codifică niciun aminoacid, sunt de mare importanță atunci când citiți informații, codificând capătul lanțului polipeptidic.

Informațiile sunt citite în direcția de la 5 1 -> 3 1 - până la sfârșitul lanțului de nucleotide (vezi Acizi dezoxiribonucleici). În acest caz, sinteza proteinelor trece de la un aminoacid cu o grupare amino liberă la un aminoacid cu o grupare carboxil liberă. Începutul sintezei este codificat de tripleții AUG și GUG, care în acest caz includ un aminoacil-ARNt de pornire specific, și anume N-formilmetionil-ARNt. Aceleași tripleți, atunci când sunt localizați în lanț, codifică metionina și, respectiv, valina. Ambiguitatea este înlăturată de faptul că începutul lecturii este precedat de prostii. Există dovezi că granița dintre regiunile ARNm care codifică diferite proteine ​​constă din mai mult de doi tripleți și că structura secundară a ARN-ului se modifică în aceste locuri; această problemă este în curs de investigare. Dacă un codon nonsens apare într-o genă structurală, atunci proteina corespunzătoare este construită numai până la locația acestui codon.

Descoperirea și decodificarea codului genetic - o realizare remarcabilă a biologiei moleculare - a avut un impact asupra tuturor științelor biologice, punând în unele cazuri bazele dezvoltării unor secțiuni mari speciale (vezi Genetica moleculară). Efectul de deschidere al lui G. și cercetările legate de acesta se compară cu acel efect care a fost redat asupra științelor biol de teoria lui Darwin.

Universalitatea lui G. to. este o dovadă directă a universalității mecanismelor moleculare de bază ale vieții în toți reprezentanții lumii organice. Între timp, diferențele mari în funcțiile aparatului genetic și structura acestuia în timpul tranziției de la procariote la eucariote și de la cele unicelulare la cele multicelulare sunt probabil asociate cu diferențele moleculare, al căror studiu este una dintre sarcinile viitorului. Întrucât cercetările lui G. sunt doar o chestiune din ultimii ani, semnificația rezultatelor obținute pentru medicina practică este doar de natură indirectă, permițând deocamdată înțelegerea naturii bolilor, a mecanismului de acțiune al agenților patogeni și substanțe medicinale. Cu toate acestea, descoperirea unor fenomene precum transformarea (vezi), transducția (vezi), suprimarea (vezi), indică posibilitatea fundamentală de corectare a informațiilor ereditare alterate patologic sau corectarea acesteia - așa-numita. inginerie genetică (vezi).

Masa. COD GENETIC

* Codifică sfârșitul lanțului.

** De asemenea, codifică începutul lanțului.

Bibliografie: Ichas M. Cod biologic, trad. din engleză, M., 1971; Archer N.B. Biophysics of cytogenetic defeats and a genetic code, L., 1968; Genetica moleculară, trans. din engleză, ed. A. N. Belozersky, partea 1, M., 1964; Acizi nucleici, trans. din engleză, ed. A. N. Belozersky, Moscova, 1965. Watson JD Biologia moleculară a genei, trans. din engleză, M., 1967; Genetica fiziologică, ed. M. E. Lobasheva S. G., Inge-Vechtoma-va, L., 1976, bibliogr.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „E. Geissler, B., 1972; Codul genetic, Gold Spr. Harb. Symp. cuant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Codul genetic, N. Y. a. o., 1967.

Funcțiile genetice ale ADN-ului constă în faptul că asigură stocarea, transmiterea și implementarea informațiilor ereditare, care sunt informații despre structura primară a proteinelor (adică, compoziția lor de aminoacizi). Relația ADN-ului cu sinteza proteinelor a fost prezisă de biochimiștii J. Beadle și E. Tatum încă din 1944, în timp ce studiau mecanismul mutațiilor în ciuperca de mucegai Neurospora. Informațiile sunt înregistrate ca o secvență specifică de baze azotate într-o moleculă de ADN folosind codul genetic. Descifrarea codului genetic este considerată una dintre marile descoperiri ale științelor naturale din secolul XX. și sunt echivalate ca importanță cu descoperirea energiei nucleare în 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 decodificare a durat mai mult de 10 ani, mulți oameni de știință celebri din diferite țări au participat la el și nu numai biologi, ci și fizicieni, matematicieni, 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, s-a oferit o caracterizare completă a codului genetic.

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

Principalele proprietăți ale codului genetic sunt: tripletate, degenerareȘi nesuprapunere. Tripletatea înseamnă că secvența a trei baze determină includerea unui aminoacid specific în molecula proteică (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 fi prezentă în doi codoni adiacenți.

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

Tripleții care codifică același aminoacid se numesc codoni sinonimi. De obicei au aceleași baze în pozițiile 1 și 2 și diferă doar în baza a treia. De exemplu, includerea aminoacidului alanină 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, în unele cazuri se observă o schimbare a încărcăturii semantice a cuvintelor cod individuale. Acest fenomen a fost numit ambiguitatea codului genetic, iar codul în sine a fost numit cvasi-universal.

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

Mergeți la citirea altor subiecte ale cărții "Genetica și selecția. Teorie. Sarcini. Răspunsuri".