Ajutor la Tele2, tarife, intrebari

Conform codului genetic, se obișnuiește să se înțeleagă un astfel de sistem de semne care denotă aranjarea secvențială a compușilor nucleotidici în ADN și ARN, care corespunde unui alt sistem de semne care afișează secvența compușilor de aminoacizi într-o moleculă de proteină.

Este important!

Când oamenii de știință au reușit să studieze proprietățile codului genetic, universalitatea a fost recunoscută ca una dintre principalele. Da, oricât de ciudat ar suna, totul este unit printr-un singur cod genetic universal, comun. S-a format pe o perioadă lungă de timp, iar procesul s-a încheiat cu aproximativ 3,5 miliarde de ani în urmă. Prin urmare, în structura codului pot fi urmărite urme ale evoluției acestuia, de la momentul înființării până în zilele noastre.

Când vorbim despre secvența elementelor din codul genetic, înseamnă că este departe de a fi haotică, dar are o ordine strict definită. Și acest lucru determină în mare măsură proprietățile codului genetic. Acest lucru este echivalent cu aranjarea literelor și silabelor în cuvinte. Merită să rupeți ordinea obișnuită și cea mai mare parte a ceea ce vom citi pe paginile cărților sau ziarelor se va transforma în farfurie ridicole.

Proprietățile de bază ale codului genetic

De obicei, codul poartă unele informații criptate într-un mod special. Pentru a descifra codul, trebuie să cunoașteți caracteristicile distinctive.

Deci, principalele proprietăți ale codului genetic sunt:

• triplet;
• degenerare sau redundanță;
• unicitate;
• continuitate;
• versatilitatea deja menționată mai sus.

Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare proprietate.

1. Tripletate

Acesta este momentul în care trei compuși nucleotidici formează un lanț secvenţial în cadrul unei molecule (adică ADN sau ARN). Ca rezultat, un compus triplet este creat sau codifică unul dintre aminoacizi, locația sa în lanțul peptidic.

Codonii (sunt cuvinte de cod!) se disting prin secvența lor de conexiune și prin tipul acelor compuși azotați (nucleotide) care fac parte din ei.

În genetică, se obișnuiește să se distingă 64 de tipuri de codoni. Ele pot forma combinații de patru tipuri de nucleotide, câte 3 în fiecare. Acest lucru este echivalent cu ridicarea numărului 4 la a treia putere. Astfel, este posibilă formarea a 64 de combinații de nucleotide.

2. Redundanța codului genetic

Această proprietate este observată atunci când sunt necesari mai mulți codoni pentru a cripta un aminoacid, de obicei în interval de 2-6. Și doar triptofanul poate fi codificat cu un singur triplet.

3. Unicitatea

Este inclus în proprietățile codului genetic ca indicator al moștenirii genice sănătoase. De exemplu, tripletul GAA pe locul șase în lanț poate spune medicilor despre o stare bună a sângelui, despre hemoglobina normală. El este cel care poartă informații despre hemoglobină și este, de asemenea, codificată de el. Și dacă o persoană este anemică, una dintre nucleotide este înlocuită cu o altă literă a codului - U, care este un semnal al bolii.

4. Continuitate

Când scrieți această proprietate a codului genetic, trebuie amintit că codonii, precum legăturile de lanț, nu sunt localizați la distanță, ci în imediata apropiere, unul după altul în lanțul de acid nucleic, iar acest lanț nu este întrerupt - nu are început sau sfârșit.

5. Versatilitate

Nu trebuie uitat niciodată că totul pe Pământ este unit printr-un cod genetic comun. Și, prin urmare, la o primată și o persoană, la o insectă și o pasăre, un baobab de o sută de ani și un fir de iarbă care abia a ieșit din pământ, aminoacizi similari sunt codificați în tripleți identici.

În gene sunt stocate informațiile de bază despre proprietățile unui organism, un fel de program pe care organismul îl moștenește de la cei care au trăit mai devreme și care există ca cod genetic.

Datorită procesului de transcripție într-o celulă, informațiile sunt transferate de la ADN la proteină: ADN - i-ARN - proteină. Informația genetică conținută în ADN și ARNm este conținută în secvența de nucleotide din molecule. Cum are loc traducerea informațiilor din „limbajul” nucleotidelor în „limbajul” aminoacizilor? Această traducere se realizează folosind codul genetic. Un cod, sau un cifr, este un sistem de simboluri pentru a traduce o formă de informație în alta. Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteine ​​folosind secvența de nucleotide din ARN-ul mesager. Cât de importantă este succesiunea acelorași elemente (patru nucleotide în ARN) pentru înțelegerea și păstrarea sensului informației se vede cu un exemplu simplu: prin rearanjarea literelor din codul cuvântului, obținem un cuvânt cu un sens diferit - doc. Care sunt proprietățile codului genetic?

1. Codul este triplet. ARN-ul este format din 4 nucleotide: A, G, C, U. Dacă am încerca să desemnăm un aminoacid cu o nucleotidă, atunci 16 din 20 de aminoacizi ar rămâne necriptați. Un cod din două litere ar codifica 16 aminoacizi (din patru nucleotide se pot face 16 combinații diferite, fiecare având două nucleotide). Natura a creat un cod de trei litere, sau triplet. Aceasta înseamnă că fiecare dintre cei 20 de aminoacizi este codificat de o secvență de trei nucleotide numită triplet sau codon. Din 4 nucleotide, puteți crea 64 de combinații diferite a câte 3 nucleotide fiecare (4*4*4=64). Acest lucru este mai mult decât suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi și, se pare, 44 de codoni sunt de prisos. Cu toate acestea, nu este.

2. Codul este degenerat. Aceasta înseamnă că fiecare aminoacid este codificat de mai mult de un codon (doi până la șase). Excepție fac aminoacizii metionină și triptofan, fiecare dintre care este codificat de un singur triplet. (Acest lucru poate fi văzut din tabelul codului genetic.) Faptul că metionina este codificată de un triplet OUT are o semnificație specială, care vă va deveni clar mai târziu (16).

3. Codul este lipsit de ambiguitate. Fiecare codon codifică doar un aminoacid. La toți oamenii sănătoși, în gena care poartă informații despre lanțul beta al hemoglobinei, tripletul GAA sau GAG, I, care se află pe locul șase, codifică acidul glutamic. La pacienții cu anemie falciforme, a doua nucleotidă din acest triplet este înlocuită cu U. După cum se poate observa din tabel, tripleții GUA sau GUG, care se formează în acest caz, codifică aminoacidul valină. La ce duce o astfel de înlocuire, știți deja din secțiunea DNA.

4. Există „semne de punctuație” între gene. În textul tipărit, există un punct la sfârșitul fiecărei fraze. Mai multe fraze înrudite formează un paragraf. În limbajul informațiilor genetice, un astfel de paragraf este un operon și mARN-ul său complementar. Fiecare genă din operon codifică un lanț polipeptidic - o frază. Deoarece într-un număr de cazuri mai multe lanțuri polipeptidice diferite sunt create secvenţial de-a lungul matriţei ARNm, acestea trebuie separate unele de altele. Pentru aceasta, există trei tripleți speciali în codul genetic - UAA, UAG, UGA, fiecare dintre acestea indicând încetarea sintezei unui lanț polipeptidic. Astfel, aceste triplete îndeplinesc funcția de semne de punctuație. Ele sunt la sfârșitul fiecărei gene. Nu există „semne de punctuație” în interiorul genei. Întrucât codul genetic este ca un limbaj, să analizăm această proprietate folosind exemplul unei astfel de fraze compuse din tripleți: pisica trăia liniștită, pisica aceea era supărată pe mine. Semnificația a ceea ce este scris este de înțeles, în ciuda absenței „semnelor de punctuație. Dacă eliminăm o literă din primul cuvânt (o nucleotidă în genă), dar citim și în triplete de litere, atunci obținem o prostie: ilb ylk ott ihb yls erm ilm no otk from O încălcare a sensului are loc și atunci când o astfel de proteină va fi citită sau două gene. e nu va avea nimic în comun cu proteina codificată de gena normală.

6. Codul este universal. Codul genetic este același pentru toate creaturile care trăiesc pe Pământ. În bacterii și ciuperci, grâu și bumbac, pești și viermi, broaște și oameni, aceleași tripleți codifică aceiași aminoacizi.

COD GENETIC, sistem de înregistrare a informațiilor ereditare sub forma unei secvențe de baze nucleotidice din moleculele de ADN (la unele virusuri - ARN), care determină structura primară (aranjarea resturilor de aminoacizi) în moleculele proteice (polipeptide). Problema codului genetic a fost formulată după ce s-a dovedit rolul genetic al ADN-ului (microbiologii americani O. Avery, C. McLeod, M. McCarthy, 1944) și descifrarea structurii acestuia (J. Watson, F. Crick, 1953), după ce s-a stabilit că genele determină structura și funcțiile enzimelor (principiul „onezimei, acea enzimă” și acea enzimă E.1. este o dependență a structurii și activității unei proteine ​​​​de structura sa primară (F. Sanger, 1955). Întrebarea modului în care combinațiile a 4 baze de acizi nucleici determină alternanța a 20 de reziduuri comune de aminoacizi în polipeptide a fost ridicată pentru prima dată de G. Gamow în 1954.

Pe baza unui experiment în care s-au studiat interacțiunile inserțiilor și delețiilor unei perechi de nucleotide, într-una dintre genele bacteriofagului T4, F. Crick și alți oameni de știință au determinat în 1961 proprietățile generale ale codului genetic: triplet, adică fiecare reziduu de aminoacid din setul polipeptidic de trei sau baze ale ADN-ului, corespunde unui set de gene a trei sau cotriple din lanțul de cotriple din ADN. citirea codonilor în cadrul unei gene merge dintr-un punct fix, într-o direcție și „fără virgule”, adică codonii nu sunt separați prin semne unul de celălalt; degenerare, sau redundanță, - același rest de aminoacizi poate codifica mai mulți codoni (codoni sinonimi). Autorii au sugerat că codonii nu se suprapun (fiecare bază aparține unui singur codon). Studiul direct al capacității de codare a tripleților a fost continuat folosind un sistem de sinteză a proteinelor fără celule sub controlul ARN mesager sintetic (ARNm). Până în 1965, codul genetic a fost complet descifrat în lucrările lui S. Ochoa, M. Nirenberg și H. G. Korana. Dezvăluirea misterului codului genetic a fost una dintre realizările remarcabile ale biologiei în secolul al XX-lea.

Implementarea codului genetic în celulă are loc în cursul a două procese matrice - transcripție și traducere. Mediatorul dintre o genă și o proteină este ARNm, care se formează în timpul transcripției pe una dintre catenele de ADN. În acest caz, secvența de baze ADN, care poartă informații despre structura primară a proteinei, este „rescrisă” sub forma unei secvențe de baze de ARNm. Apoi, în timpul translației pe ribozomi, secvența de nucleotide a ARNm este citită de ARN de transfer (ARNt). Acestea din urmă au un capăt acceptor, la care este atașat un rest de aminoacid și un capăt adaptor, sau triplet anticodon, care recunoaște codonul ARNm corespunzător. Interacțiunea codonului și anti-codonului are loc pe baza împerecherii de baze complementare: Adenină (A) - Uracil (U), Guanină (G) - Citozină (C); în acest caz, secvența de baze ARNm este tradusă în secvența de aminoacizi a proteinei sintetizate. Organisme diferite folosesc codoni sinonimi diferiți pentru același aminoacid la frecvențe diferite. Citirea ARNm care codifică lanțul polipeptidic începe (inițiază) de la codonul AUG corespunzător aminoacidului metionină. Mai rar la procariote, codonii de inițiere sunt GUG (valină), UUG (leucină), AUU (izoleucină), la eucariote - UUG (leucină), AUA (izoleucină), ACG (treonină), CUG (leucină). Aceasta stabilește așa-numitul cadru, sau fază, de citire în timpul translației, adică atunci întreaga secvență de nucleotide a ARNm este citită triplet cu triplet de ARNt până când oricare dintre cei trei codoni terminatori, adesea numiți codoni stop, se găsesc pe ARNm: UAA, UAG, UGA (tabel). Citirea acestor tripleți duce la finalizarea sintezei lanțului polipeptidic.

Codonii AUG și stop sunt localizați la începutul și, respectiv, la sfârșitul regiunilor ARNm care codifică polipeptide.

Codul genetic este cvasi-universal. Aceasta înseamnă că există mici variații în sensul unor codoni în diferite obiecte, iar aceasta se referă, în primul rând, la codonii terminatori, care pot fi semnificativi; de exemplu, în mitocondriile unor eucariote și în micoplasme, codurile UGA pentru triptofan. În plus, în unele ARNm de bacterii și eucariote, UGA codifică un aminoacid neobișnuit, selenocisteina, iar UAG, într-una dintre arhebacterii, codifică pirolizina.

Există un punct de vedere conform căruia codul genetic a apărut întâmplător (ipoteza „cazului înghețat”). Este mai probabil să fi evoluat. Această presupunere este susținută de existența unei versiuni mai simple și, aparent, mai vechi a codului, care se citește în mitocondrii conform regulii „două din trei”, când doar două din cele trei baze din triplet determină aminoacidul.

Lit.: Crick F. N. a. O. Natura generală a codului genetic pentru proteine ​​// Nature. 1961 Vol. 192; Codul genetic. N.Y., 1966; Ichas M. Cod biologic. M., 1971; Inge-Vechtomov S. G. Cum se citește codul genetic: reguli și excepții // Știința naturală modernă. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. Codul genetic ca sistem // Soros Educational Journal. 2000. V. 6. Nr. 3.

S. G. Inge-Vechtomov.

Codul genetic, care se mai numește și codul aminoacizilor, este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi dintr-o proteină folosind secvența reziduurilor de nucleotide din ADN care conțin una dintre cele 4 baze azotate: adenină (A), guanină (G), citozină (C) și timină (T). Cu toate acestea, deoarece helixul ADN dublu catenar nu este implicat direct în sinteza proteinei care este codificată de una dintre aceste catene (adică ARN), codul este scris în limbajul ARN, în care este inclus uracil (U) în loc de timină. Din același motiv, se obișnuiește să se spună că un cod este o secvență de nucleotide, nu perechi de baze.

Codul genetic este reprezentat de anumite cuvinte de cod - codoni.

Primul cuvânt de cod a fost descifrat de Nirenberg și Mattei în 1961. Aceștia au obținut un extract din E. coli care conținea ribozomi și alți factori necesari pentru sinteza proteinelor. Rezultatul a fost un sistem fără celule pentru sinteza proteinelor, care ar putea asambla o proteină din aminoacizi dacă ARNm-ul necesar a fost adăugat în mediu. Adăugând în mediu ARN sintetic, constând numai din uracili, au constatat că s-a format o proteină constând doar din fenilalanină (polifenilalanină). Deci s-a constatat că tripletul nucleotidelor UUU (codon) corespunde fenilalaninei. În următorii 5-6 ani, toți codonii codului genetic au fost determinați.

Codul genetic este un fel de dicționar care traduce un text scris cu patru nucleotide într-un text proteic scris cu 20 de aminoacizi. Restul aminoacizilor găsiți în proteină sunt modificări ale unuia dintre cei 20 de aminoacizi.

Proprietățile codului genetic

Codul genetic are următoarele proprietăți.

1. Tripletate Fiecare aminoacid corespunde unui triplu de nucleotide. Este ușor de calculat că există 4 3 = 64 de codoni. Dintre acestea, 61 sunt semantice și 3 sunt lipsite de sens (terminând, codoni stop).
2. Continuitate(nu există caractere de separare între nucleotide) - absența semnelor de punctuație intragenice;

   În cadrul unei gene, fiecare nucleotidă face parte dintr-un codon semnificativ. În 1961 Seymour Benzer și Francis Crick au demonstrat experimental codul triplet și continuitatea acestuia (compacitatea) [spectacol]

   

   Esența experimentului: mutația „+” - inserția unei nucleotide. Mutația „-” - pierderea unei nucleotide.

   O singură mutație ("+" sau "-") la începutul unei gene sau o mutație dublă ("+" sau "-") strică întreaga genă.

   O triplă mutație ("+" sau "-") la începutul unei gene strică doar o parte a genei.

   O mutație cvadruplă „+” sau „-” strică din nou întreaga genă.

   Experimentul a fost efectuat pe două gene fagice adiacente și a arătat că

   1. codul este triplet și nu există semne de punctuație în interiorul genei
   2. există semne de punctuație între gene
3. Prezența semnelor de punctuație intergenice- prezența printre tripleți a codoni inițiatori (încep biosinteza proteinelor), codoni - terminatori (indică sfârșitul biosintezei proteinelor);

   În mod convențional, codonul AUG aparține și semnelor de punctuație - primul după secvența lider. Îndeplinește funcția de majuscule. În această poziție, codifică formilmetionina (la procariote).

   La sfârșitul fiecărei gene care codifică o polipeptidă, există cel puțin unul dintre cei 3 codoni de terminare sau semnale de oprire: UAA, UAG, UGA. Ei termină emisiunea.

4. Coliniaritate- corespondența secvenței liniare a codonilor ARNm și a aminoacizilor din proteină.
5. Specificitate- fiecărui aminoacid îi corespunde doar anumiți codoni care nu pot fi folosiți pentru un alt aminoacid.
6. Unidirecțional- codonii se citesc intr-o directie - de la prima nucleotida la alta
7. Degenerare, sau redundanță, - un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete (aminoacizi - 20, posibile triplete - 64, 61 dintre ei sunt semantici, adică, în medie, fiecare aminoacid corespunde la aproximativ 3 codoni); excepția este metionina (Met) și triptofanul (Trp).

   Motivul degenerării codului este că sarcina semantică principală este purtată de primele două nucleotide din triplet, iar a treia nu este atât de importantă. De aici regula degenerării codului : dacă doi codoni au două primele nucleotide identice, iar a treia lor nucleotidă aparțin aceleiași clase (purină sau pirimidină), atunci codifică același aminoacid.

   Cu toate acestea, există două excepții de la această regulă ideală. Acestea sunt codonul AUA, care ar trebui să corespundă nu izoleucinei, ci metioninei, și codonul UGA, care este terminatorul, în timp ce ar trebui să corespundă triptofanului. Degenerarea codului are, evident, o valoare adaptativă.

8. Versatilitate- toate proprietățile codului genetic enumerate mai sus sunt caracteristice tuturor organismelor vii.

   codon	Cod universal	Codurile mitocondriale
   		Vertebrate	Nevertebrate	Drojdie	Plante
   UGA	STOP	trp	trp	trp	STOP
   AUA	ile	Întâlnit	Întâlnit	Întâlnit	ile
   CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
   AGA	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg
   AGG	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg

   Recent, principiul universalității codului a fost zdruncinat în legătură cu descoperirea de către Berell în 1979 a codului ideal al mitocondriilor umane, în care regula degenerării codului este îndeplinită. În codul mitocondrial, codonul UGA corespunde triptofanului și AUA metioninei, așa cum este cerut de regula degenerării codului.

   Poate că, la începutul evoluției, toate cele mai simple organisme aveau același cod ca și mitocondriile, iar apoi au suferit ușoare abateri.

9. nesuprapunere- fiecare dintre tripletele textului genetic este independent unul de celălalt, o nucleotidă face parte dintr-un singur triplet; Pe fig. arată diferența dintre codul suprapus și cel care nu se suprapun.

   În 1976 ADN-ul fagului φX174 a fost secvențiat. Are un ADN circular monocatenar de 5375 nucleotide. Fagul era cunoscut că codifică 9 proteine. Pentru 6 dintre ele au fost identificate gene situate una după alta.

   S-a dovedit că există o suprapunere. Gena E se află complet în gena D. Codonul său de început apare ca urmare a unei deplasări de o nucleotidă în citire. Gena J începe acolo unde se termină gena D. Codonul de început al genei J se suprapune cu codonul de oprire al genei D printr-o deplasare cu două nucleotide. Designul este numit „schimbarea cadrului de citire” printr-un număr de nucleotide care nu este un multiplu de trei. Până în prezent, suprapunerea a fost demonstrată doar pentru câțiva fagi.

10. Imunitate la zgomot- raportul dintre numărul de substituții conservatoare și numărul de substituții de radicali.

    Mutațiile substituțiilor de nucleotide care nu duc la o schimbare a clasei aminoacidului codificat se numesc conservatoare. Mutațiile substituțiilor de nucleotide care conduc la o schimbare a clasei aminoacizilor codificați se numesc radical.

    Deoarece același aminoacid poate fi codificat de diferiți tripleți, unele substituții în tripleți nu conduc la o schimbare a aminoacidului codificat (de exemplu, UUU -> UUC lasă fenilalanina). Unele substituții schimbă un aminoacid cu altul din aceeași clasă (nepolar, polar, bazic, acid), alte substituții schimbă și clasa aminoacidului.

    În fiecare triplet se pot face 9 înlocuiri simple, adică puteți alege care dintre poziții să schimbați - în trei moduri (1 sau 2 sau 3), iar litera selectată (nucleotidă) poate fi schimbată în 4-1 = alte 3 litere (nucleotide). Numărul total de substituții posibile de nucleotide este 61 cu 9 = 549.

    Prin numărarea directă pe tabelul codului genetic se poate verifica că dintre acestea: 23 de substituții de nucleotide duc la apariția codonilor - terminatori de traducere. Substituțiile 134 nu modifică aminoacidul codificat. Substituțiile 230 nu schimbă clasa aminoacidului codificat. 162 de substituții conduc la o schimbare a clasei de aminoacizi, adică. sunt radicali. Din cele 183 de substituții ale celei de-a treia nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor de translație, iar 176 sunt conservatoare. Din cele 183 de substituții ale primei nucleotide, 9 duc la apariția terminatorilor, 114 sunt conservatoare și 60 sunt radicale. Din cele 183 de substituții ale celei de-a 2-a nucleotide, 7 duc la apariția terminatorilor, 74 sunt conservatoare și 102 sunt radicale.

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 cursul vieții celulare se realizează prin 3 tipuri de ARN: informațional (ARNm sau ARNm), ribozomal (ARNr) și de transport (ARNt), care sunt sintetizate pe ADN ca pe o matrice cu ajutorul enzimei ARN 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 în compoziția proteinei, problema lui G. la.

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 pentru transferul trăsăturilor 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), pornind de la această regulă și datele de difracție de raze X (vezi), au ajuns la concluzia că o moleculă de ADN este o dublă helix, constând din două catene polinucleotidice interconectate 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.

Descifrarea 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 aminoacizi diferiți. 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 în organismele tratate cu mutageni (vezi) cu un mecanism de acțiune cunoscut, de exemplu, azotat la-un, marginile provoacă înlocuirea lui C cu U și A cu G în molecula de ADN Analiza mutațiilor cauzate de mutageni nespecifici, compararea diferențelor de proteine ​​​​în structura diferitelor proteine, corelarea structurii proteinelor etc. ., oferă, de asemenea, informații utile.

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) la trinucleotide de compoziție cunoscută (M. Nirenberg și colab., 1965), legarea aminoacil-ARNt la polinucleotide începând cu nucleotidele și tripletele (începând cu anumite nucleotide și triplete (ordinul Kortiana et al., 1965). et al., 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 bazelor a fost determinată într-un fragment de 57 de nucleotide lungime și comparată cu secvența de aminoacizi a proteinei sale de 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 Y 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 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 corespunzătoare denumirii fagilor mutanți (UAA-ocru, UAG-chihlimbar, UGA-opal), deși nu codifică niciun aminoacid, ei au o importanță deosebită la citirea informațiilor, 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 de natură doar indirectă, permițând deocamdată înțelegerea naturii bolilor, a mecanismului de acțiune al agenților patogeni și al substanțelor medicamentoase. 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.