Таким образом, в ДНК имеются 4 разных основани, первоначально кодирующих всю информацию. Триплетность кода приводит к существованию 64 разных тринуклеотидных последовательностей (4*4*4). Природа кода триплетна – каждая аминокислота программируется в мРНК тремя основаниями, названными кодонами. Из простых математических вытекало, что каждая АК кодируется небольшим числом последовательно расположенных нуклеотидных остатков в цепи ДНК. Для кодирования одной АК требуется более одного нуклеотида, поскольку в ДНК обнаружено 4 типа оснований, а в белках 20 разных аминокислот. Далее, поскольку из 4 нуклеотидов (А,Г,Ц,Т) возможно лишь 16 различных сочетаний по 2 нуклеотида (42=16), кодовое “слово” для АК должно состоять более чем из двух букв. При помощи четырех разных оснований, взятых в комбинациях по три, возможно закодировать 64 (43) различные АК. Таким образом, триплетный код достаточен для кодирования всех 20 аминокислот, входящих в состав природных белков.
Характерные особенности генетического кода.
Генетический код вырожден, что означает, что почти каждой АК (кроме триптофана и метионина) соответствует более чем один кодон. Термин вырожденный, не означает неточный, поскольку один кодон не может кодировать более одной АК. Вырожденность генетического кода имеет важное биологическое значение. Существует неравномерность вырожденности кода. Например, код для серина и лейцина вырожден шестикратно, т.е. имеется 6 кодонов для серина и 6 - для лейцина, тогда как для многих других аминокислот (глутаминовая кислота, тирозин, гистидин) код характеризуется лишь двукратной вырожденностью.
Во многих случаях вырожденность затрагивает только третье основание в кодоне. Например, аланин кодируется : 2 первых основания одинаковы для всех четырех кодонов аланина. Иногда, если 2 аминокислоты имеют кодоны, в которых 2 первых основания одинаковы, то третье может быть только пурин или пиримидин.
Другая существенная особенность генетического кода состоит в том, что в нем полностью отсутствуют “сигналы” указывающие на конец и начало другого (т.е. знаки препинания). Поэтому считывание должно начинаться с определенного места молекулы матричной РНК и продолжаться последовательно от одного триплета к другому, иначе нуклеотидная последовательность во всех кодонах окажется измененной, что в свою очередь приведет к образованию белка с искаженной АК последовательностью.
Третья существенная особенность кода состоит в том, что из 64 триплетов –3 не кодируют АК. Они используются в качестве сигнала окончания синтеза (терминации полипептидной цепи).
Универсальность кода. Триплеты, кодирующие одну и туже АК одинаковы у человека, растений табака и инфузорий. Ряд экспериментов подтверждает вывод об универсальности кода. Можно заключить, что “генетический язык” в основном одинаков для всех видов, но возможны небольшие видовые отклонения, возникшие, вероятно в процессе эволюции и дифференцировки.
Вырожденность генетического кода обеспечивает организмам селективное преимущество. Если бы 20 АК кодировалось только 20 из 64 возможных кодонов, то большинство мутаций в кодирующих триплетах приводило бы к возникновению бессмысленных триплетов на кодирующих АК. При существующем генетическом коле мутация вызывает появление кодона с измененным смыслом, кодирующего другую АК или кодона синонима. Мутантный белок при этом оказывается не только функционально полноценным, но и даже полезным. Вырожденность кода способствует совершенствованию генома и его продуктов, поскольку в результате мутации происходят различные АК замены из которых в процессе эволюции отбираются наиболее ценные для выживания.
Несмотря на универсальность кода, относительное содержание четырех оснований в ДНК может существенно варьировать от вида к виду.
Как мы уже отмечали, в генетическом коде отсутствуют “запятые” между соседними кодонами, но имеются специальные знаки, отмечающие начало и конец полипептидной цепи.
Три триплета ( УАГ, УАА И УГА) вообще не кодируют АК. Они идентифицированы как сигналы терминации, т.е. окончания синтеза полипептидной цепи. В полипептидных цепях некоторых белков содержатся АК, для которых нет соответствующих “слов” в генетическом коде. Эти “некодируемые” АК являются производными “обычных” АК, которым соответствуют определенные кодоны. Эти редкие АК образуются в результате ферментативной модификации из АК, производными которых они являются уже после того, как эти аминокислоты включились в полипепдидную цепь в соответствии с кодом.
ЛИТЕРАТУРА
| 1. | Мецлер Д. Биохимия. Т. 1, 2, 3. “Мир” | 2000 |
| 2. | Ленинджер Д. Основы биохимии. Т.1, 2, 3. “Мир” | 2002 |
| 3. | Фримель Г. Иммунологические методы. М. “Медицина” | 2007 |
| 4. | Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения. М. | 2001 |
| 5. | Резников А.Г. Методы определения гормонов. Киев “Наукова думка” | 2000 |
| 6. | Бредикис Ю.Ю. Очерки клинической электроники. М. “Медицина” | 1999 |