И триплетность генетического кода

Особенности того или иного организма определяются специфичностью его белков, влияющих на обмен веществ в каждом из них.

Генетическая инженерия возникла на стыке таких биологических дисциплин, как молекулярная генетика, энзимология и др. Все процессы, связанные с наследственностью на молекулярном уровне исследует молекулярная генетика, а генявляется участком молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, несущей информацию об одной полипептидной цепи.

Специфичность белков каждого отдельного организма формирует и его индивидуальные, неповторимые особенности индивидуального развития. Сюда можно отнести влияние на обмен веществ в организме, его жизнедеятельность и функционирование как единое целое, а также ответная реакция на внешние раздражители. Специфичность белков и в их наследственности, т. е. передаче от родителей потомству, что в полной мере и реализует всё разнообразие генетической информации. Сами белки состоят из 20 аминокислот, которые соединены между собой пептидной связью. Генетическая информация о строении каждого из белков записана и сохраняется в молекуле ДНК.

Молекула ДНК – полимер, состоящий из двух цепочек нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, моносахарида дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания в ДНК бывают четырёх типов: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц).

По всей длине нити ДНК азотистые основания прочно связаны между собой через моносахарид и остаток фосфорной кислоты,между цепочками – через водородные связи, как это наглядно видно на рис. 8.3.

Внешне ДНК имеет форму спиралеобразной лестницы (рис. 8.4). При этом каждая пара цепочек азотистых оснований распологается в неизменном порядке друг к другу: аденин против тимина, гуанин – против цитозина. Такое расположение носит название комплементарности одного основания к другому, т. е. аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину.

Рис. 8.3. Строение цепочки ДНК

Молекулы ДНК имеют способность удваиваться (реплицировать). В основе процесса удвоения лежит принцип комплементарности. Количество комплементарных оснований А + Т и Г + Ц у каждого животного имеет своё отличие. Например, отношение ∑ (Г + Ц) / ∑ (А + Т) является индивидуальной характеристи-кой ДНК как показателя специфичности её нуклеотидного состава.

Коэффециент специфичности у ДНК варьирует от 0,54 до 0,81 – у животных; от 0,45 до 2,57 – у микроорганизмов; от 0,58 до 0,94 – у высших растений.

Информация, характеризующая специи-фичность расположения аминокислот в молекуле белка записана и хранится в ДНК в форме определённой последовательности нуклеотидов. Считывание информации с ДНК осуществляется с помощью рибонуклеиновых кислот (РНК). Процесс расшифровки начинается с синтеза информационной РНК (и-РНК).

Информационная РНК – полимер, состоящий из одной цепочки нуклеотидов. В состав нуклеотидов также входят азотистые основания, моносахарид рибоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистых оснований в РНК четыре: аденин (А), урацил (У), гуанин (Г), цитозин (Ц).

Информационная РНК по принципу комплементарности снимает информацию с ДНК. Этот процесс называется транскрипцией. Важно, что и- РНК транскрибируется всегда только с одной цепочки ДНК в направлении от 3 ^’ – к5 ^’ – концу (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Схема строения ДНК и транскрипции и-РНК

Другой этап расшифровки генетической информации происходит на рибосомах, где осуществляется синтез полипептидной цепи белков по матрице и- РНК. Этот процесс называется трансляцией. В данном процессе кроме и- РНК также принимают участие транспортные РНК (т- РНК), основное назначение которых и состоит в транспортировке аминокислоты к рибосомам, а также нахождении им своего места в полипептидной цепи, предусмотренное кодом.

Важным моментом указанного процесса является то, что в ходе трансляции считывание генетической информации осуществляется с молекулы и-РНК в направлении от 5^’ – к 3’-концу цепочки. Генетический код в настоящее время расшифрован для всех 20 аминокислот и составлен по и-РНК в виде таблицы (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Соответствие кодонов и-РНК аминокислотам

Генетический код триплетен, т. е. каждую аминокислоту кодируют три рядом стоящих нуклеотида (кодон). Триплеты УАА, УАГ и УГА являются стоп-кодонами.

Генетический код вырожден, т. е. 18 из 20 аминокислот кодируются более чем одним кодоном. Например, каждая из 5 аминокислот – пролин, треонин, валин, аланин и глицин – кодируются четырьмя различными кодонами, а лейцин, аргинин и серин – шестью.

В основе генетической инженерии лежит технология получения рекомбинантной ДНК. Эта технология включает ряд последовательных процедур, в ходе которых осуществляется перенос ДНК одного организма в другой.