IV. 5. Генетический код

Дж. Уотсон и Ф. Крик определили, что генетическая информа­ция заключена в последовательности нуклеиновых оснований струк­туры ДНК. После того как было установлено, что синтез белка происходит в цитоплазме, стало очевидным, что должен суще­ствовать точный механизм переноса информации от ДНК, нахо­дящейся в ядре, к белку.

Зависимость между последовательностью оснований ДНК и последовательностью аминокислотных остатков в белке получила название генетического кода.

Если бы каждый отдельный из нуклеотидов кодировал одну аминокислоту, то белок мог включать только четыре аминокисло­ты. Если каждая аминокислота кодировалась бы только двумя ос­нованиями, то это позволило бы закодировать 16 аминокислот. Од­нако лишь код, состоящий из трех оснований, может обеспечить включение в белок всех известных аминокислот. Подобный код со­держит 64 различных сочетания из трех нуклеотидов. Доказатель­ства триплетности генетического кода были впервые получены Ф. Криком в экспериментах с фагом Т4.

В конце пятидесятых годов два ученых, М. Нирснберг и Г. Маттеи, искусственно получили (синтезировали) РНК, состоящую из многократно повторяющегося урацила (поли-У). Это соедине­ние (полиуридиловая кислота) было использовано в качестве мРНК. В каждую из 20 пробирок (по числу известных аминокислот) был внесен бесклеточный экстракт Е. соli, содержащий все необходи­мые компоненты для синтеза белка (рибосомы, тРНК, АТФ, дру­гие ферменты), и одна из аминокислот. Затем в каждую пробирку добавляли поли-У. Анализ содержимого пробирок показал, что полипептид образовался только в той пробирке, которая содержа­ла аминокислоту фенилаланин. Таким образом, было доказано, что триплет, или кодон УУУ,

входящий в мРНК,определяет вклю­чение в полипептид аминокислоты фенилаланин. Аналогичные опыты показали, что триплет ЦЦЦ кодирует аминокислоту пролин, а типлет ААА — лизин. Это открытие явилось первым шагом к расшифровке генетического кода. К 1965 г. генетический код был полностью расшифрован (рис. IV. 13). Из 64 кодонов три кодона УАГ, УАА, УГА не кодируют аминокислот и поэтому были назва­ны бессмысленными или нонсенс-кодонами. Позднее оказалось, что они являются терминирующими кодонами. Назовем основные свойства генетического кода.

1. Генетический код тршиетен. Триплет (кодон) — это после­довательность трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.

2. Генетический код является вырожденным: данная аминокис­лота может кодироваться более чем одним кодоном. Вырожден­ность кода обусловлена тем, что у кодонов, определяющих одну и ту же аминокислоту, первые два основания фиксированы, а тре­тье положение может занимать другое основание. Исключение составляют метионин и триптофан, которые кодируются только одним триплетом. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), ини­циирует считывание и не кодирует аминокислоту, если стоит в начале цепи ДНК.

3. Генетический код однозначен. Каждому кодону соответствует только одна аминокислота, т.е. триплет шифрует только одну ами­нокислоту.

4. Генетический код не перекрываем — процесс считывания гене-угичсского кода не допускает возможности перекрывания кодонов.

5. Генетический код универсален: одни и те же триплеты коди­руют одни и те же аминокислоты у всех живых существ на Земле независимо от уровня их организации.