Лекция 25.

Происхождение жизни. Молекулярные основы жизни

 

 

2. Генетический код

 

Процесс   транскрипции.   ДНК – носитель всей генетической инфор­мации в клетке — непосредственного участия в синтезе белков не прини­мает. В клетках животных и расте­ний молекулы ДНК содержатся в хромосомах ядра и отделены ядер­ной оболочкой от цитоплазмы, где происходит синтез белков. К рибо­сомам — местам сборки белков – высылается из ядра несущий инфор­мацию посредник, способный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредником является информацион­ная РНК (и-РНК). По принципу комплементарности она считывается с ДНК при участии фермента, назы­ваемого РНК-полимеразой. Процесс считывания (вернее, «списывания»), или синтеза РНК, осуществляемый  РНК-полимеразой, называется транскрипцией (лат. transcriptio — переписывание). Информационная РНК — это однонитевая молекула, и транскрипция идет с одной нити двунитевой   молекулы   ДНК.    Если в транскрибируемой нити ДНК стоит нуклеотид  Г, то РНК-полимераза включает в РНК Ц, если стоит Т, включает А, если стоит А, включает У.

Пример 1: Участок молекулы ДНК имеет последовательность нуклеотидов: АТГЦЦА. Синтезируемая на нем  молекула и-РНК должна иметь следующую последовательность нуклеотидов: УАЦГГУ.

По длине каждая из молекул и-РНК в сотни раз короче ДНК. Информационная РНК является ко­пией не всей молекулы ДНК, а толь­ко части ее — одного гена или груп­пы рядом лежащих генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции. Процесс происходит с участием особого фермента – РНК-полимеразы. Дойдя до конца участка, фермент встречает сигнал (в виде определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец считывания. Готовая и-РНК отходит от ДНК и направляется к месту синтеза белков.

В рибосомах осуществляется расшифровка генетической информации, т.е. перевод ее с «языка» нуклеотидов на язык аминокислот. Синтех полипептидных цепей белков по матрице и-РНК, называется трансляцией.

Благодаря процессам транскрипции и трансляции в клетке осуществляется передача информации от ДНК к белку:

ДНК ® и-РНК ® белок

Генетическая информация, содер­жащаяся в ДНК и в и-РНК, заклю­чена в последовательности располо­жения    нуклеотидов    в    молекулах. Каким   же   образом   происходит перевод информации с «языка» нук­леотидов   на   «язык»   аминокислот? Такой перевод осуществляется с по­мощью генетического кода. Код, или шифр,— это система  символов для перевода одной формы информации в другую.

 

2.1. Свойства генетического кода

 

1. Код триплетен. В состав РНК входят 4 нуклеотида: А, Г, Ц, У. Если бы мы пытались обозначить одну аминокислоту одним нуклеотидом, то 16 из 20 аминокислот остались бы не зашифрованы. Двухбуквенный код позволил бы зашифровать 16 амино­кислот (из четырех нуклеотидов можно составить 16 различных комбина­ций, в каждой из которых имеется два нуклеотида). Природа создала трехбуквенный, или триплетный, код. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последо­вательностью трех нуклеотидов, на­зываемых триплетом или кодоном.

Пример 2: Молекула ДНК содержит информативный участок из 90 нуклеотидов, который кодирует первичную структуру белка. Число аминокислот, входящих в состав белка, который шифруется этим участком ДНК, равно 30.

Пример 3. Белок состоит из 120 аминокислот. Число нуклеотидов одной полинуклеотидной цепи ДНК, шифрующих последовательность аминокислот в этом белке, равно 360.

 

Из 4 нуклеотидов можно создать 64 различные комбинации по 3 нук­леотида в каждой (4´4´4 = 64). Это­го с избытком хватает для кодиро­вания 20 аминокислот и, казалось бы, 44 кодона являются лишними. Однако это не так.

2. Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (от двух до шести).     Исключение     составляют аминокислоты   метионин   и   трипто­фан, каждая из которых кодируется только одним триплетом.

3. Код однозначен.  Каждый кодон шифрует только одну аминокис­лоту. У всех здоровых людей в гене,несущем информацию о {J-цепи гемо­глобина, триплет ГАА или ГАГ, стоя­щий   на    шестом   месте,    кодирует глутаминовую  кислоту.   У   больных серповидноклеточной   анемией   вто­рой    нуклеотид    в    этом    триплете заменен на У. Как видно из таблицы, триплеты  ГУА или  ГУГ, которые в этом   случае  образуются,   кодируют аминокислоту валин, который, в оличие от гемоглобина, не способен эффективно переносить кислород к клеткам.

4. Между генами имеются «знаки препинания».    В    печатном    текстев конце каждой фразы стоит точка. Несколько    связанных    по    смыслу фраз  составляют   абзац.   На   языке генетической информации таким абзацем являются оперон и компле­ментарная ему и-РНК. Каждый ген в опероне кодирует одну полипеп­тидную цепочку — фразу. Так как в ряде случаев по матрице и-РНК последовательно создается несколь­ко разных полипептидных цепей, они должны быть отделены друг от друга. Для этого в генетическом коде существуют три специальных триплета — УАА, УАГ, УГА, каждый из которых обозначает прекращение синтеза одной полипептидной цепи. Таким образом, эти триплеты выполняют функцию знаков препинания. Они находятся в конце каждого гена.

5. Внутри гена нет знаков препинания. Генетический код подобен языку, поэтому можно провести следующую аналогию.

Пример 4. Составим из триплетов фразу:

жил был кот тих был сер мил мне тот кот

Смысл написанного понятен и без наков препинания. Но если убрать в первом слове одну букву (аналогия: один нуклеотид в гене) получится бессмыслица:

илб ылк отт ихб ылс ерм илм нет отк от

Нарушение смысла возникает и при выпадении одного или двух нуклеотидов из гена, и белок, который будет считываться с такого «испорченного» гена, не будет в корне отличаться от того белка, который кодировался нормальным геном.

6. Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле существ. У бактерий, грибов, пшеницы, червя, змеи, человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.