Структура и базовые принципы
Хотя изначальным носителем информации выступает ДНК, генетический код традиционно представляют в виде кодонов информационной РНК (иРНК). Базовой единицей этой системы является триплет (или кодон) — сочетание из трех нуклеотидов.
Общая емкость генетического кода составляет 64 возможных сочетания. Из них подавляющее большинство — 61 кодон — являются смысловыми (кодирующими). Они отвечают за включение в белковую цепь одной из 20 стандартных аминокислот: аланина, аргинина, аспарагина, аспарагиновой кислоты, валина, гистидина, глицина, глутамина, глутаминовой кислоты, изолейцина, лейцина, лизина, метионина, пролина, серина, тирозина, треонина, триптофана, фенилаланина и цистеина.
Оставшиеся 3 триплета (УАА, УГА, УАГ) не кодируют ни одной аминокислоты. Они выполняют роль специфических знаков пунктуации — стоп-кодонов (терминирующих кодонов), которые подают сигнал об окончании синтеза белка.
Основные свойства генетического кода
Расшифровка генетического кода стала одним из главных биологических прорывов XX века. Сегодня выделяют несколько фундаментальных свойств этой системы, обеспечивающих точность передачи наследственной информации:
- Триплетность. Одна аминокислота всегда кодируется последовательностью из трех нуклеотидов.
- Вырожденность (избыточность). Так как смысловых кодонов (61) значительно больше, чем кодируемых аминокислот (20), многие аминокислоты шифруются двумя и более кодонами. Например, для глицина существует 4 кодона, а для серина — целых 6. Исключением из этого правила являются метионин и триптофан — каждой из этих аминокислот соответствует только один специфический триплет.
- Специфичность. Несмотря на избыточность, каждый отдельный триплет кодирует строго одну определенную аминокислоту и никогда не может кодировать другую.
- Неперекрываемость. При синтезе белка считывание кодонов в мРНК происходит строго последовательно. Один и тот же нуклеотид не может одновременно входить в состав двух соседних кодонов.
- Наличие знаков пунктуации. Трансляция строго регулируется: стартовый кодон АУГ запускает процесс сборки, а стоп-кодоны его останавливают.
- Универсальность. Код абсолютно един для подавляющего большинства живых организмов на планете, что доказывает единство происхождения жизни. Редкие исключения встречаются лишь в ДНК митохондрий и у некоторых специфических видов.
Роль старт-кодона
Кодон АУГ (AUG) играет двойную роль в клетке. Во-первых, он является инициирующим старт-кодоном: находясь в самом начале гена, он дает команду к запуску трансляции. Во-вторых, этот триплет является смысловым и кодирует аминокислоту метионин.
Важно отметить, что если кодон АУГ встречается в середине гена, а не в начале, он утрачивает функцию стартового сигнала и просто кодирует включение метионина в строящуюся полипептидную цепь.
История открытия и расшифровки
Путь к пониманию того, как нуклеиновые кислоты управляют синтезом белков, занял около двадцати лет напряженной работы ученых по всему миру:
- В 1950-е годы физик Г.А. Гамов сформулировал теоретическое положение о том, что система должна быть триплетной. Он математически доказал, что для кодирования 20 аминокислот с помощью 4 видов нуклеотидов необходимо использовать минимум комбинации из трех элементов.
- В 1960-е годы группа исследователей (Ф. Крик, С. Бреннер, Г. Виттман и другие) экспериментально подтвердила теорию Гамова. Они доказали, что код действительно является триплетным, а молекула мРНК считывается аппаратом клетки непрерывно.
- В 1966 году исследователи М. Ниренберг, С. Очоа и Х.Г. Корана завершили окончательную расшифровку генетического кода, установив точное соответствие всех смысловых триплетов двадцати аминокислотам.
Этапы реализации генетической информации
Генетический код реализуется через сложный каскад процессов. У эукариот этот путь состоит из следующих этапов:
- Транскрипция (синтез РНК на матрице ДНК).
- Процессинг (созревание молекулы РНК).
- Трансляция (непосредственная сборка полипептида на рибосоме).
- Посттрансляционные изменения белка (приобретение белком функциональной конфигурации).
Чтобы легко запомнить три стоп-кодона (УАА, УГА, УАГ), обратите внимание, что все они начинаются с Урацила (У) и состоят только из Аденина (А) и Гуанина (Г).
Вопросы с занятий и экзамена
Что означает термин «вырожденность» генетического кода?
Вырожденность, или избыточность, означает, что одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими разными триплетами. Это связано с тем, что смысловых кодонов 61, а аминокислот всего 20.
Существуют ли аминокислоты, которые кодируются только одним кодоном?
Да, это метионин (кодируется триплетом АУГ) и триптофан. Для остальных аминокислот существует от двух до шести кодонов-синонимов.
В чем заключается свойство неперекрываемости?
Неперекрываемость означает, что рамка считывания движется строго по три нуклеотида за шаг. Один нуклеотид не может быть одновременно концом первого кодона и началом второго.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы транскрипции генетической информации
- Процессинг и сплайсинг пре-мРНК у эукариот
- Трансляция: инициация, элонгация и терминация
- Структура и функции транспортных РНК (тРНК)
- Виды посттрансляционных модификаций белков
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Генетический код» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Молекулярная генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.