Genetinis kodas – tai ypatingas paveldimos informacijos šifravimas molekulių pagalba, kurio pagrindu genai tinkamai kontroliuoja baltymų ir fermentų sintezę organizme, taip nulemdami medžiagų apykaitą. Savo ruožtu atskirų baltymų struktūrą ir jų funkcijas lemia aminorūgščių – baltymo molekulės struktūrinių vienetų – vieta ir sudėtis.

Praėjusio amžiaus viduryje buvo nustatyti genai, kurie yra atskiri skyriai (sutrumpintai kaip DNR). Nukleotidų vienetai sudaro būdingą dvigubą grandinę, surinktą spiralės pavidalu.

Mokslininkai nustatė ryšį tarp genų ir atskirų baltymų cheminės struktūros, kurios esmė yra ta, kad aminorūgščių struktūrinė tvarka baltymų molekulėse visiškai atitinka geno nukleotidų tvarką. Nustačius šį ryšį, mokslininkai nusprendė iššifruoti genetinį kodą, t.y. nustatyti DNR nukleotidų ir baltymų aminorūgščių struktūrinių eilių atitikimo dėsnius.

Yra tik keturi nukleotidų tipai:

1) A - adenilas;

2) G - guanilas;

3) T-timidilas;

4) C – citidilas.

Baltymų sudėtis apima dvidešimt pagrindinių aminorūgščių tipų. Sunkumų kilo iššifruojant genetinį kodą, nes nukleotidų yra daug mažiau nei aminorūgščių. Sprendžiant šią problemą buvo pasiūlyta, kad aminorūgštys koduoja skirtingomis trijų nukleotidų kombinacijomis (vadinamasis kodonas arba tripletas).

Be to, reikėjo tiksliai paaiškinti, kaip trynukai išsidėstę palei geną. Taip susidarė trys pagrindinės teorijų grupės:

1) trynukai nuolat seka vienas kitą, t.y. suformuoti vientisą kodą;

2) trynukai išdėstyti kintančiomis „beprasmėmis“ atkarpomis, t.y. kodekse formuojami vadinamieji „kableliai“ ir „pastraipos“;

3) trynukai gali persidengti, t.y. pirmojo tripleto pabaiga gali būti kito pradžia.

Šiuo metu daugiausiai naudojama kodo tęstinumo teorija.

Genetinis kodas ir jo savybės

1) Kodas yra tripletas – jį sudaro savavališki trijų nukleotidų deriniai, kurie sudaro kodonus.

2) Genetinis kodas yra perteklinis – jo trynukai. Viena aminorūgštis gali būti koduota keliais kodonais, nes, remiantis matematiniais skaičiavimais, kodonų yra tris kartus daugiau nei aminorūgščių. Kai kurie kodonai atlieka specifines nutraukimo funkcijas: vieni gali būti „stop signalai“, užprogramuojantys aminorūgščių grandinės gamybos pabaigą, kiti gali nurodyti kodo skaitymo pradžią.

3) Genetinis kodas yra vienareikšmis – kiekvieną kodoną gali atitikti tik viena aminorūgštis.

4) Genetinis kodas yra kolinearinis, t.y. nukleotidų seka ir aminorūgščių seka glaudžiai atitinka viena kitą.

5) Kodas užrašomas nuolat ir kompaktiškai, jame nėra „beprasmių“ nukleotidų. Jis prasideda tam tikru tripletu, kuris nepertraukiamai pakeičiamas kitu, ir baigiasi termino kodonu.

6) Genetinis kodas yra universalus – bet kurio organizmo genai informaciją apie baltymus koduoja lygiai taip pat. Tai nepriklauso nuo organizmo organizavimo sudėtingumo lygio ar jo sisteminės padėties.

Šiuolaikinis mokslas teigia, kad genetinis kodas atsiranda tiesiogiai gimus naujam organizmui iš kaulų medžiagos. Atsitiktiniai pokyčiai ir evoliuciniai procesai įgalina bet kokius kodo variantus, t.y. aminorūgštys gali būti pertvarkytos bet kokia seka. Kodėl toks kodas išliko evoliucijos eigoje, kodėl kodas yra universalus ir panašios struktūros? Kuo daugiau mokslas sužino apie genetinio kodo reiškinį, tuo daugiau kyla naujų paslapčių.

Genetinės DNR funkcijos Tai yra tai, kad ji saugo, perduoda ir įgyvendina paveldimą informaciją, kuri yra informacija apie pirminę baltymų struktūrą (ty jų aminorūgščių sudėtį). Ryšį tarp DNR ir baltymų sintezės biochemikai J. Beadlas ir E. Tatumas numatė dar 1944 m., tyrinėdami pelėsių Neurospora mutacijų mechanizmą. Informacija įrašoma kaip specifinė azotinių bazių seka DNR molekulėje naudojant genetinį kodą. Genetinio kodo iššifravimas laikomas vienu didžiausių XX amžiaus gamtos mokslo atradimų. ir pagal svarbą prilyginamas branduolinės energijos atradimui fizikoje. Sėkmė šioje srityje siejama su amerikiečių mokslininko M. Nirenbergo vardu, kurio laboratorijoje buvo iššifruotas pirmasis kodonas YYY. Tačiau visas dekodavimo procesas užtruko daugiau nei 10 metų, jame dalyvavo daug žinomų mokslininkų iš įvairių šalių ir ne tik biologai, bet ir fizikai, matematikai, kibernetikai. Lemiamą indėlį kuriant genetinės informacijos registravimo mechanizmą įnešė G. Gamow, kuris pirmasis pasiūlė, kad kodonas susideda iš trijų nukleotidų. Bendromis mokslininkų pastangomis buvo pateiktas išsamus genetinio kodo apibūdinimas.

Vidiniame apskritime esančios raidės yra kodono 1-oje padėtyje esančios bazės, o antrajame apskritime esančios raidės yra
2-oje padėtyje esantys pagrindai ir už antrojo apskritimo esančios raidės yra 3-ioje padėtyje esantys pagrindai.
Paskutiniame apskritime yra sutrumpinti aminorūgščių pavadinimai. NP - nepolinis,
P – polinės aminorūgščių liekanos.

Pagrindinės genetinio kodo savybės yra šios: trigubas, degeneracija ir nepersidengimo... Tripletas reiškia, kad trijų bazių seka lemia konkrečios aminorūgšties įtraukimą į baltymo molekulę (pavyzdžiui, AUG – metioninas). Kodo išsigimimas slypi tame, kad tą pačią aminorūgštį gali užkoduoti du ar daugiau kodonų. Nepersidengimas reiškia, kad ta pati bazė negali būti įtraukta į du gretimus kodonus.

Nustatyta, kad kodas yra Universalus, t.y. genetinės informacijos registravimo principas yra vienodas visiems organizmams.

Tą pačią aminorūgštį koduojantys trynukai vadinami sinoniminiais kodonais. Paprastai jie turi tas pačias bazes 1 ir 2 pozicijose ir skiriasi tik trečioje bazėje. Pavyzdžiui, aminorūgšties alanino įtraukimas į baltymo molekulę yra užkoduotas sinonimų kodonais RNR molekulėje – GCA, GCC, GCG, GCY. Genetiniame kode yra trys nekoduojantys tripletai (nesąmonių kodonai – UAG, UGA, UAA), kurie informacijos skaitymo procese atlieka stop signalų vaidmenį.

Nustatyta, kad genetinio kodo universalumas nėra absoliutus. Išlaikant visiems organizmams bendrą kodavimo principą ir kodo ypatybes, kai kuriais atvejais pastebimas atskirų kodo žodžių semantinės apkrovos pokytis. Šis reiškinys buvo vadinamas genetinio kodo dviprasmiškumu, o pats kodas – beveik universalus.

Taip pat skaitykite kitus straipsnius 6 tema „Molekulinis paveldimumo pagrindas“:

Pereikite prie kitų knygos temų skaitymo "Genetika ir atranka. Teorija. Užduotys. Atsakymai".

Genetinis kodas- genetinės informacijos įrašymo į DNR (RNR) sistema specifinės nukleotidų sekos pavidalu Specifinė nukleotidų seka DNR ir RNR atitinka specifinę aminorūgščių seką baltymų polipeptidinėse grandinėse. Įprasta kodą rašyti didžiosiomis rusų arba lotynų abėcėlės raidėmis. Kiekvienas nukleotidas žymimas raide, kuria prasideda į jo molekulę įtrauktos azoto bazės pavadinimas: A (A) – adeninas, G (G) – guaninas, C (C) – citozinas, T (T) – timinas; RNR vietoj timinauracilo – U (U). Nukleotidų seka lemia AA įsijungimo į sintezuojamą baltymą seką.

Genetinio kodo savybės:

1. Trijulė- reikšmingas kodo vienetas yra trijų nukleotidų derinys (tripletas arba kodonas).
2. Tęstinumas- tarp trynukų nėra skyrybos ženklų, tai yra, informacija skaitoma nuolat.
3. Nepersidengimas- tas pats nukleotidas negali būti vienu metu įtrauktas į du ar daugiau tripletų (tai nepastebėta kai kuriems persidengintiems virusų, mitochondrijų ir bakterijų genams, kurie koduoja kelis baltymus, kurie nuskaitomi su kadro poslinkiu).
4. Vienareikšmiškumas(specifiškumas) - tam tikras kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį (tačiau UGA kodonas Euplotescrassus koduoja dvi aminorūgštis - cisteiną ir selenocisteiną)
5. Degeneracija(redundancija) – tą pačią aminorūgštį gali atitikti keli kodonai.
6. Universalumas- genetinis kodas vienodai veikia įvairaus sudėtingumo organizmuose – nuo ​​virusų iki žmonių (tuo pagrįsti genų inžinerijos metodai; yra nemažai išimčių, pateiktų lentelėje, esančioje skiltyje „Standartinio genetinio kodo variacijos “ žemiau).

Biosintezės sąlygos

Baltymų biosintezei reikalinga genetinė DNR molekulės informacija; informacinė RNR – šios informacijos nešėja iš branduolio į sintezės vietą; ribosomos – organelės, kuriose vyksta pati baltymų sintezė; aminorūgščių rinkinys citoplazmoje; transportuoti RNR, koduojančias aminorūgštis, ir pernešti jas į sintezės vietą ribosomose; ATP yra medžiaga, suteikianti energijos kodavimo ir biosintezės procesui.

Etapai

Transkripcija– visų tipų RNR biosintezės DNR matricoje procesas, vykstantis branduolyje.

Tam tikra DNR molekulės dalis yra despiralizuojama, vandeniliniai ryšiai tarp dviejų grandinių sunaikinami veikiant fermentams. Vienoje DNR grandinėje, kaip ir šablone, RNR kopija sintetinama pagal komplementarumo iš nukleotidų principą. Priklausomai nuo DNR vietos, tokiu būdu sintetinamos ribosominės, transportinės, informacinės RNR.

Po iRNR sintezės ji palieka branduolį ir siunčiama į citoplazmą į baltymų sintezės vietą ribosomose.

Transliacija- polipeptidinių grandinių sintezės procesas, atliekamas ribosomose, kur mRNR yra informacijos apie pirminę baltymo struktūrą perdavimo tarpininkas.

Baltymų biosintezė susideda iš daugybės reakcijų.

1. Aminorūgščių aktyvinimas ir kodavimas. tRNR atrodo kaip dobilo lapas, kurio centrinėje kilpoje yra tripletas antikodonas, atitinkantis tam tikros aminorūgšties kodą ir kodoną ant mRNR. Kiekviena aminorūgštis susijungia su atitinkama tRNR per ATP energiją. Susidaro tRNR-aminorūgščių kompleksas, kuris patenka į ribosomas.

2. iRNR-ribosomų komplekso susidarymas. iRNR citoplazmoje yra sujungta ribosomomis ant granuliuoto EPS.

3. Polipeptidinės grandinės surinkimas. tRNR su amino rūgštimis, pagal antikodono ir kodono komplementarumo principą, susijungia su mRNR ir patenka į ribosomą. Ribosomos peptidiniame centre tarp dviejų aminorūgščių susidaro peptidinis ryšys, o išsiskyrusi tRNR palieka ribosomą. Tokiu atveju iRNR kiekvieną kartą perkelia po vieną tripletą, įvesdama naują tRNR – aminorūgštį ir pašalindama iš ribosomos išsilaisvinusią tRNR. Visas procesas yra maitinamas ATP energija. Viena mRNR gali susijungti su keliomis ribosomomis, sudarydama polisomą, kurioje vienu metu sintetinama daug vieno baltymo molekulių. Sintezė baigiasi, kai mRNR prasideda beprasmiai kodonai (stop kodai). Ribosomos atskiriamos nuo mRNR, iš jų pašalinamos polipeptidinės grandinės. Kadangi visas sintezės procesas vyksta granuliuotame endoplazminiame tinkle, susidariusios polipeptidinės grandinės patenka į EPS kanalėlius, kur įgauna galutinę struktūrą ir virsta baltymų molekulėmis.

Visas sintezės reakcijas katalizuoja specialūs fermentai, naudojant ATP energiją. Sintezės greitis yra labai didelis ir priklauso nuo polipeptido ilgio. Pavyzdžiui, E. coli ribosomoje 300 aminorūgščių baltymas susintetinamas maždaug per 15-20 sekundžių.

GENETINIS KODAS, paveldimos informacijos registravimo sistema DNR molekulėse esančių nukleotidų bazių sekos pavidalu (kai kuriuose virusuose – RNR), kuri lemia pirminę struktūrą (aminorūgščių liekanų vietą) baltymų molekulėse (polipeptiduose). Genetinio kodo problema buvo suformuluota įrodžius genetinį DNR vaidmenį (amerikiečių mikrobiologai O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) ir iššifravus jos struktūrą (J. Watson, F. Crick, 1953), nustačius. kad genai lemia fermentų struktūrą ir funkciją (principas „vienas genas – vienas fermentas“, J. Beadle ir E. Tatem, 1941) ir kad baltymo erdvinė struktūra ir aktyvumas priklauso nuo jo pirminės struktūros. (F. Senger, 1955). Klausimą, kaip 4 nukleorūgščių bazių deriniai lemia 20 bendrų aminorūgščių liekanų kaitą polipeptiduose, G. Gamow pirmą kartą iškėlė 1954 m.

Remdamiesi eksperimentu, kurio metu buvo tiriama nukleotidų poros intarpų ir ištrynimų sąveika, viename iš bakteriofago T4 genų F. Crickas ir kiti mokslininkai 1961 m. nustatė bendrąsias genetinio kodo savybes: tripletiškumą. ty kiekviena aminorūgšties liekana polipeptidinėje grandinėje atitinka trijų bazių rinkinį (tripletą arba kodoną) geno DNR; kodonų skaitymas geno viduje vyksta iš fiksuoto taško, viena kryptimi ir „be kablelių“, tai yra, kodonai vienas nuo kito nėra atskirti jokiais ženklais; degeneracija, arba perteklius – tą pačią aminorūgšties liekaną gali užkoduoti keli kodonai (sinoniminiai kodonai). Autoriai manė, kad kodonai nesutampa (kiekviena bazė priklauso tik vienam kodonui). Tiesioginis trynukų kodavimo gebėjimo tyrimas buvo tęsiamas naudojant baltymų sintezės sistemą be ląstelių, kontroliuojamą sintetinės pasiuntinio RNR (mRNR). Iki 1965 metų genetinis kodas buvo visiškai iššifruotas S. Ochoa, M. Nirenberg ir H. G. Koranos darbuose. Genetinio kodo paslapčių atskleidimas buvo vienas iškiliausių XX amžiaus biologijos laimėjimų.

Genetinio kodo įdiegimas ląstelėje vyksta dviejų matricos procesų – transkripcijos ir vertimo – eigoje. Tarpininkas tarp geno ir baltymo yra mRNR, kuri susidaro transkripcijos metu vienoje iš DNR grandinių. Šiuo atveju DNR bazių seka, kuri neša informaciją apie pirminę baltymo struktūrą, „perrašoma“ į mRNR bazinės sekos formą. Tada, transliuojant ribosomose, mRNR nukleotidų seką nuskaito transportinės RNR (tRNR). Pastarieji turi akceptoriaus galą, prie kurio yra prijungta aminorūgšties liekana, ir adapterio galą arba antikodoną-tripletą, kuris atpažįsta atitinkamą mRNR kodoną. Kodono ir antikodono sąveika vyksta komplementarių bazių poravimosi pagrindu: Adeninas (A) – Uracilas (U), Guaninas (G) – Citozinas (C); iRNR bazės seka paverčiama susintetinto baltymo aminorūgščių seka. Skirtingi organizmai tai pačiai aminorūgščiai naudoja skirtingus sinonimų kodonus, kurių dažnis skiriasi. Polipeptidinę grandinę koduojančios mRNR skaitymas pradedamas (pradėtas) nuo AUG kodono, atitinkančio aminorūgštį metioniną. Rečiau prokariotuose iniciacijos kodonai yra GUG (valinas), UUG (leucinas), AUU (izoleucinas), eukariotuose - UUG (leucinas), AUA (izoleucinas), ACG (treoninas), CUG (leucinas). Taip nustatomas vadinamasis skaitymo kadras arba fazė vertimo metu, tai yra, tada visa mRNR nukleotidų seka skaitoma tRNR tripletas po tripleto, kol ekrane aptinkamas bet kuris iš trijų terminatoriaus kodonų, dažnai vadinamų stop kodonais. mRNR: UAA, UAG, UGA (lentelė). Šių tripletų nuskaitymas baigia polipeptidinės grandinės sintezę.

AUG kodonai ir stop kodonai yra atitinkamai polipeptidus koduojančių mRNR sričių pradžioje ir pabaigoje.

Genetinis kodas yra beveik universalus. Tai reiškia, kad kai kurių kodonų reikšmė skirtinguose objektuose yra nedidelių skirtumų, ir tai visų pirma liečia terminatoriaus kodonus, kurie gali būti reikšmingi; pavyzdžiui, kai kurių eukariotų mitochondrijose ir mikoplazmose UGA koduoja triptofaną. Be to, kai kuriose bakterijų ir eukariotų mRNR UGA koduoja neįprastą aminorūgštį – selenocisteiną ir UAG vienoje iš archejų – piroliziną.

Yra požiūris, pagal kurį genetinis kodas atsirado atsitiktinai („užšaldyto atvejo“ hipotezė). Labiau tikėtina, kad jis išsivystė. Šią prielaidą patvirtina paprastesnė ir, matyt, senesnė kodo versija, kuri mitochondrijose skaitoma pagal taisyklę „du iš trijų“, kai aminorūgštį lemia tik dvi iš trijų bazių. trynukėje.

Lit .: Crick F. N. ir. O. Bendras baltymų genetinio kodo pobūdis // Gamta. 1961. T. 192; Genetinis kodas. N. Y. 1966; Ichas M. Biologinis kodas. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. Kaip skaitomas genetinis kodas: taisyklės ir išimtys // Šiuolaikinis gamtos mokslas. M., 2000. T. 8; Ratner V.A. Genetinis kodas kaip sistema // Soroso edukacinis žurnalas. 2000. T. 6. Nr. 3.

S. G. Inge-Vechtomovas.

GENETINIS KODAS(Graikų kalba, genetika reiškia kilmę; sin.: kodas, biologinis kodas, aminorūgščių kodas, baltymo kodas, nukleino rūgšties kodas) yra sistema, skirta įrašyti paveldimą informaciją gyvūnų, augalų, bakterijų ir virusų nukleorūgščių molekulėse, kaitaliojant nukleotidų seką.

Genetinė informacija (pav.) Iš ląstelės į ląstelę, iš kartos į kartą, išskyrus RNR turinčius virusus, perduodama dubliuojant DNR molekules (žr. Replikacija). Paveldima DNR informacija ląstelės gyvavimo procese realizuojama per 3 RNR tipus: informacinę (mRNR arba mRNR), ribosominę (rRNR) ir transportinę (tRNR), kurios sintezuojamos DNR kaip šablone, naudojant RNR polimerazės fermentą. . Šiuo atveju nukleotidų seka DNR molekulėje vienareikšmiškai nustato nukleotidų seką visose trijose RNR rūšyse (žr. Transkripcija). Geno (žr.), koduojančio baltymo molekulę, informaciją neša tik mRNR. Galutinis paveldimos informacijos realizavimo produktas yra baltymų molekulių sintezė, kurios specifiškumą lemia jų aminorūgščių seka (žr. Vertimas).

Kadangi DNR arba RNR yra tik 4 skirtingos azoto bazės [DNR - adeninas (A), timinas (T), guaninas (G), citozinas (C); RNR - adeninas (A), uracilas (U), citozinas (C), guaninas (G)], kurių seka lemia 20 aminorūgščių seką baltyme, iškyla G. to. problema, kad yra 4 nukleino rūgšties abėcėlės raidės vertimo į t 20 raidžių polipeptidų abėcėlės problema.

Pirmą kartą idėją apie baltymų molekulių matricinę sintezę, teisingai numatant hipotetinės matricos savybes, suformulavo N.K. ... 1948 metais E. Chargaffas parodė, kad visose DNR molekulėse yra kiekybinė atitinkamų nukleotidų (A-T, G-C) lygybė. 1953 m. F. Crick, J. Watson ir Wilkins (M. HF Wilkins), remdamiesi šia taisykle ir rentgeno spindulių difrakcijos analizės duomenimis (žr.), padarė išvadą, kad DNR molekulės yra dviguba spiralė, susidedanti iš dviejų polinukleotidų. siūlai, sujungti vandeniliniais ryšiais. Be to, tik T gali būti antroje grandinėje prieš A, o tik C prieš G. Šis komplementarumas lemia tai, kad vienos grandinės nukleotidų seka vienareikšmiškai lemia kitos grandinės seką. Antra reikšminga išvada, išplaukianti iš šio modelio, yra ta, kad DNR molekulė gali savaime daugintis.

1954 metais G. Gamow suformulavo G. to problemą. Šiuolaikine forma. 1957 metais F. Crickas išreiškė Adapterio hipotezę, teigdamas, kad aminorūgštys sąveikauja su nukleorūgštimi ne tiesiogiai, o per tarpininkus (dabar žinomas kaip tRNR). Vėlesniais metais buvo eksperimentiškai patvirtintos visos pagrindinės genetinės informacijos perdavimo schemos, iš pradžių hipotetinės, sąsajos. 1957 m. buvo atrastos mRNR [A. S. Spirin, A. N. Belozersky ir kt.; Folkinas ir Astrachanė (E. Volkin, L. Astrachan)] ir tRNR [Hoagland (MV Hoagland)]; 1960 m. DNR buvo susintetinta už ląstelės ribų, naudojant esamas DNR makromolekules kaip matricą (A. Kornberg) ir buvo atrasta nuo DNR priklausoma RNR sintezė [Weiss ir kt.]. 1961 metais buvo sukurta sistema be ląstelių, pjūvyje, dalyvaujant natūraliai RNR arba sintetiniams poliribonukleotidams, buvo vykdoma į baltymus panašių medžiagų sintezė [M. J. H. Matthaei]. Genetikos pažinimo problema. Susideda iš bendrųjų kodo savybių tyrimo ir jo tikrojo dekodavimo, tai yra išsiaiškinimo, kurios nukleotidų (kodonų) kombinacijos koduoja tam tikras aminorūgštis.

Bendrosios kodo savybės buvo išaiškintos nepriklausomai nuo jo dekodavimo ir daugiausia prieš jį analizuojant molekulinius mutacijų susidarymo dėsnius (F. Crick ir kt., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Jie susiveda į šiuos dalykus:

1. Kodas yra universalus, tai yra identiškas, bent jau iš esmės, visoms gyvoms būtybėms.

2. Kodas yra tripletas, tai yra, kiekviena aminorūgštis yra koduota trigubu nukleotidu.

3. Kodas yra nepersidengęs, tai yra, tam tikras nukleotidas negali būti įtrauktas į daugiau nei vieną kodoną.

4. Kodas yra išsigimęs, tai yra, vieną aminorūgštį gali užkoduoti keli tripletai.

5. Informacija apie pirminę baltymo struktūrą skaitoma iš iRNR nuosekliai, pradedant nuo fiksuoto taško.

6. Dauguma galimų trynukų turi „prasmę“, tai yra, koduoja aminorūgštis.

7. Iš trijų kodono „raidžių“ tik dvi (įpareigojamosios) turi vyraujančią reikšmę, o trečioji (neprivaloma) neša daug mažiau informacijos.

Tiesioginis kodo dekodavimas būtų lyginamas struktūrinio geno (arba jame susintetintos mRNR) nukleotidų seka su aminorūgščių seka atitinkamame baltyme. Tačiau šis kelias vis dar techniškai neįmanomas. Buvo naudojami kiti du būdai: baltymų sintezė sistemoje be ląstelių, naudojant žinomos sudėties dirbtinius poliribonukleotidus kaip matricą ir mutacijų formavimosi molekulinių modelių analizė (žr.). Pirmasis atnešė teigiamų rezultatų anksčiau ir istoriškai suvaidino svarbų vaidmenį iššifruojant G. iki...

1961 m. M. Nirenbergas ir Mattei kaip matricą panaudojo homopolimerą – sintetinį poliuridilą (t. y. dirbtinę RNR kompoziciją UUUU...) ir gavo polifenilalaniną. Iš to išplaukė, kad fenilalanino kodonas susideda iš kelių Y, ty tripleto kodo atveju jis iššifruojamas kaip UUU. Vėliau kartu su homopolimerais buvo naudojami poliribonukleotidai, susidedantys iš skirtingų nukleotidų. Šiuo atveju buvo žinoma tik polimerų sudėtis, nukleotidų išsidėstymas juose buvo statistinis, todėl rezultatų analizė buvo statistinė ir davė netiesiogines išvadas. Gana greitai pavyko rasti bent vieną tripletą visoms 20 aminorūgščių. Paaiškėjo, kad organinių tirpiklių buvimas, pH ar temperatūros pokyčiai, kai kurie katijonai ir ypač antibiotikai kodą daro dviprasmišką: tie patys kodonai pradeda skatinti kitų aminorūgščių įtraukimą, kai kuriais atvejais vienas kodonas pradėjo koduoti iki keturių. skirtingos aminorūgštys. Streptomicinas veikė informacijos skaitymą tiek sistemose, kuriose nėra ląstelių, tiek in vivo, ir buvo veiksmingas tik streptomicinui jautrioms bakterijų padermėms. Nuo streptomicino priklausomose padermėse jis „pataisė“ rodmenis iš kodonų, pasikeitusių dėl mutacijos. Panašūs rezultatai davė pagrindo abejoti G. iššifravimo teisingumu į. Neląstelinės sistemos pagalba; buvo reikalingas patvirtinimas, pirmiausia naudojant in vivo duomenis.

Pagrindiniai duomenys apie G. to. In vivo buvo gauti analizuojant baltymų aminorūgščių sudėtį organizmuose, apdorotuose mutagenais (žr.), kurių veikimo mechanizmas yra žinomas, pavyzdžiui, azotiniai ir DNR molekulės kraštai sukelia C pakeitimas U, o A - D. Naudingos informacijos taip pat suteikia nespecifinių mutagenų sukeltų mutacijų analizė, skirtingų rūšių giminingų baltymų pirminės struktūros skirtumų palyginimas, DNR ir baltymų sudėties koreliacija ir kt. .

G. dekodavimas į. Remiantis duomenimis in vivo ir in vitro davė tuos pačius rezultatus. Vėliau buvo sukurti dar trys kodo dekodavimo sistemose be ląstelių metodai: aminoacil-tRNR (ty tRNR su prijungta aktyvuota aminorūgštimi) surišimas su žinomos sudėties trinukleotidais (M. Nirenberg ir kt., 1965), aminoacil-tRNR surišimas su polinukleotidais, pradedant tam tikru tripletu (Mattei ir kt., 1966), ir polimerų kaip mRNR panaudojimas, kuriame žinoma ne tik sudėtis, bet ir nukleotidų tvarka (X. Korana ir kt. , 1965). Visi trys metodai papildo vienas kitą, o rezultatai atitinka duomenis, gautus atliekant eksperimentus in vivo.

70-aisiais. 20 amžiaus atsirado ypač patikimi G. dekodavimo rezultatų patikrinimo metodai.. Yra žinoma, kad proflavino įtakoje atsirandančios mutacijos susideda iš atskirų nukleotidų praradimo arba įterpimo, o tai lemia skaitymo rėmo poslinkį. Fage T4 keletą mutacijų sukėlė proflavinas, kurio metu pasikeitė lizocimo sudėtis. Ši kompozicija buvo išanalizuota ir palyginta su kodonais, kurie turėjo būti gauti pakeitus skaitymo rėmą. Tai pasirodė visiška rungtynės. Be to, šis metodas leido nustatyti, kurie konkretūs išsigimusio kodo tripletai koduoja kiekvieną aminorūgštį. 1970 m. J. M. Adamsui ir jo bendradarbiams pavyko atlikti dalinį G. dekodavimą. Tiesioginiu metodu: R17 fage buvo nustatyta bazių seka 57 nukleotidų ilgio fragmente ir palyginta su jo apvalkalo baltymo aminorūgščių seka. Rezultatai visiškai sutapo su gautais mažiau tiesioginiais metodais. Taigi kodas buvo visiškai ir teisingai iššifruotas.

Iššifravimo rezultatai apibendrinti lentelėje. Jame yra kodonų ir RNR sudėtis. tRNR antikodonų sudėtis yra komplementari mRNR kodonams, ty vietoj Y juose yra A, vietoj A - Y, vietoj C - G ir vietoj G - C, ir atitinka struktūrinio geno (tos DNR) kodonus. grandinė, iš kurios skaitoma informacija), vienintelis skirtumas, kad uracilas užima timino vietą. Iš 64 tripletų, kuriuos galima susidaryti sujungus 4 nukleotidus, 61 turi „prasmę“, tai yra, koduoja aminorūgštis, o 3 yra „nesąmonė“ (beprasmiška). Yra gana aiškus ryšys tarp trynukų sudėties ir jų reikšmės, kuris buvo atrastas net analizuojant bendras kodo savybes. Kai kuriais atvejais tam tikrą aminorūgštį (pvz., proliną, alaniną) koduojantiems tripletams būdinga tai, kad pirmieji du (privalomi) nukleotidai yra vienodi, o trečiasis (nebūtina) gali būti bet koks. Kitais atvejais (koduojant, pavyzdžiui, asparaginą, glutaminą) du panašūs tripletai turi tą pačią reikšmę, kai pirmieji du nukleotidai sutampa, o bet koks purinas arba bet koks pirimidinas yra vietoje trečiojo.

Nesąmoningi kodonai, iš kurių 2 turi specialius pavadinimus, atitinkančius fagų mutantų žymėjimą (UAA-ochra, UAG-gintaras, UGA-opalas), nors jie nekoduoja jokių aminorūgščių, tačiau turi didelę reikšmę skaitant informaciją, koduojant polipeptidinės grandinės galas...

Informacija skaitoma kryptimi nuo 5 1 -> 3 1 - iki nukleotidų grandinės galo (žr. Dezoksiribonukleino rūgštys). Šiuo atveju baltymų sintezė vyksta nuo aminorūgšties su laisva aminogrupe iki aminorūgšties su laisvąja karboksilo grupe. Sintezės pradžią koduoja tripletai AUG ir GUG, kurie šiuo atveju apima specifinę pradinę aminoacil-tRNR, būtent N-formilmetionil-tRNR. Tie patys tripletai, lokalizuoti grandinėje, koduoja atitinkamai metioniną ir valiną. Dviprasmybę pašalina tai, kad prieš skaitymo pradžią yra nesąmonių. Yra duomenų, kad siena tarp skirtingus baltymus koduojančių mRNR sričių susideda iš daugiau nei dviejų tripletų ir šiose vietose pakinta antrinė RNR struktūra; šis klausimas tiriamas. Jei struktūriniame gene yra nesąmoningas kodonas, atitinkamas baltymas sukuriamas tik iki šio kodono vietos.

Genetinio kodo atradimas ir iššifravimas – išskirtinis molekulinės biologijos pasiekimas – daugeliu atvejų paveikė visą biologiją, mokslus, padėdamas pagrindą specialių didelių skyrių kūrimui (žr. Molekulinė genetika). G. atidarymo poveikis. Ir susiję tyrimai lyginami su poveikiu, kurį Darvino teorija turėjo biol, mokslui.

G. universalumas iki. Ar tiesioginis pagrindinių molekulinių gyvybės mechanizmų universalumo įrodymas visuose organinio pasaulio atstovuose. Tuo tarpu dideli genetinio aparato funkcijų ir jo struktūros skirtumai pereinant iš prokariotų į eukariotus ir iš vienaląsčių į daugialąsčius organizmus greičiausiai siejami su molekuliniais skirtumais, kurių tyrimas yra vienas iš ateities uždavinių. Kadangi G. tyrimai yra tik pastarųjų metų reikalas, gautų rezultatų reikšmė praktinei medicinai yra tik netiesioginio pobūdžio, kol kas leidžia suprasti ligų prigimtį, patogenų veikimo mechanizmą. ir vaistinių medžiagų. Tačiau tokių reiškinių kaip transformacija (žr.), transdukcija (žr.), slopinimas (žr.) atradimas rodo esminę patologiškai pakitusios paveldimos informacijos pataisymo ar jos korekcijos galimybę – vadinamąją. genų inžinerija (žr.).

Lentelė. GENETINIS KODAS

Pirmasis nukleotido kodonas	Antrasis nukleotido kodonas								Trečia, nukleotido kodonas
		Fenilalaninas
						J Nesąmonė
								Triptofanas
						Histidinas
						Glutamo rūgštis
		Izoleucinas				Aspartas
		metioninas
						Asparaginas
						Glutaminas

* Užkoduoja grandinės galą.

** Taip pat koduoja grandinės pradžią.

Bibliografija: Ichas M. Biologinis kodas, vert. iš anglų k., M., 1971; Lankininkas N.B. Citogenetinių pažeidimų biofizika ir genetinis kodas, L., 1968; Molekulinė genetika, trans. iš anglų kalbos, red. A.N.Belozersky, 1 dalis, M., 1964; Nukleino rūgštys, trans. iš anglų kalbos, red. A.N.Belozersky, M., 1965; Watson JD Geno molekulinė biologija, trans. iš anglų k., M., 1967; Fiziologinė genetika, red. ME Lobaševa SG, Inge-Vechtomo-va, L., 1976, bibliogr .; Desoxyribonuc-leins & ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v & E. Geissler, B., 1972; Genetinis kodas, Gold Spr. Harb. Symp. kvant. Biol., V. 31, 1966; W o e s e C. R. Genetinis kodas, N. Y. a. o., 1967 m.