Генетический код

Важнейшим процессом ассимиляции в клетке является синтез присущих ей белков. Каждая клетка содержит тысячи белков, в том числе и присущих только данному виду клеток. Так как в процессе жизнедеятельности все белки рано или поздно разрушаются, клетка должна непрерывно синтезировать белки для восстановления своих мембран, органоидов и т. п. Кроме того, многие клетки «изготовляют» белки для нужд всего организма, например клетки желез внутренней секреции, выделяющие в кровь белковые гормоны. В таких клетках синтез белка идет особенно интенсивно.

Синтез белка требует больших затрат энергии. Источником этой энергии, как и для всех клеточных процессов, является АТФ.

Многообразие функций белков определяется их первичной структурой, т.е. последовательностью аминокислот в их молекуле. В свою очередь наследственная информация о первичной структуре белка заключена в последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного белка, называется геном. В одной хромосоме находится информация о структуре многих сотен белков. Кроме того, есть гены, которые кодируют рибосомные РНК (каждая рибосома состоит из рибосомных РНК и белков) и транспортные РНК.

Триплетность. Каждой аминокислоте белка в ДНК соответствует последовательность из трех расположенных друг за другом нуклеотидов — триплет. К настоящему времени составлена карта генетического кода, т. е. известно, какие триплетные сочетания нуклеотидов ДНК соответствуют той или иной из 20 аминокислот, входящих в состав белков (рис. 33).

Избыточность. Как известно, в состав ДНК могут входить четыре азотистых основания: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Число сочетаний из 4 по 3 составляет: 4³ = 64, т. е. можно закодировать 64 различные аминокислоты, тогда как кодируется только 20 аминокислот.

Избыточность. Оказалось, что многим аминокислотам соответствует не один, а несколько различных триплетов — кодонов. Предполагается, что такое свойство генетического кода повышает надежность хранения и передачи генетической информации при делении клеток. Например, аминокислоте аланину соответствуют 4 кодона: ЦГА, ЦГГ, ЦГТ, ЦГЦ, и получается, что случайная ошибка в третьем нуклеотиде не может отразиться на структуре белка — все равно это будет кодон аланина.

Знаки препинания. Так как в молекуле ДНК содержатся сотни генов, то в ее состав обязательно входят триплеты, являющиеся «знаками препинания» и обозначающие начало и конец того или иного гена. Начинается синтез белка с кодона АУГ (старт-кодона), заканчивается – одним из трех кодонов, которые не несут информации об аминокислотах – УАА, УАГ, УГА (стоп-кодоном).

Неперекрываемость. Считывание информации происходит триплетами, кодонами и нуклеотид не может входить в состав двух кодонов. Например, в предложении «жил был кот тих был сер» шесть слов по три буквы и одна буква не может входить одновременно в два слова.

Очень важное свойство генетического кода — специфичность, т. е. один триплет всегда обозначает только одну-единственную аминокислоту. Генетический код универсален – одинаков для всех живых организмов от бактерий до человека.