Ген і генетичний код
Поняття “ген”. Білки – найважливіший компонент живої клітини, вони складають найбільшу за масою частина органічних речовин клітини і забезпечують унікальність її хімічного складу, структурної організації та функціональної активності. Клітини кожного організму мають свій специфічний набір білків. Він відрізняється від набору білків, характерного для клітин іншого організму.
Інформація про те, які білки повинні синтезуватися в клітинах даного організму, зберігається в хромосомах, а саме в ДНК. Спадкова інформація існує у вигляді послідовності нуклеотидів в молекулі ДНК. Ділянка молекули ДНК, в якому закодована інформація про первинну структуру одного білка, отримав назву ген. Термін “ген” (від грец. Genos – народження, який утворює) запропонував в 1909 р датський біолог В. Йогансен (замість раніше вживаних понять “спадковий зачаток”, “спадковий фактор”).
Існує кілька визначень поняття “ген”, але найбільш прийнятне наступне. Ген – елементарна одиниця спадковості, що представляє собою ділянку молекули ДНК, який містить інформацію про первинну структуру одного білка.
Гени в хромосомах розташовані лінійно. Одні з них кодують білки, інші несуть інформацію про рРНК і тРНК. Крім того, є гени, які нічого не кодують, а контролюють функцію інших генів. Є “мовчазні” гени, функції яких не проявляються.
Генетичним код. Завдяки спеціальним дослідженням було доведено, що нуклеїнові кислоти (ДНК, РНК) і білок – універсальні визначальні чинники спадковості.
Вперше американський біохімік М. Ніренберг отримав штучно синтезовану РНК, що складається суцільно з однакових нуклеотидів, що містять тільки одне азотна основа – урацил. При приміщенні її в спеціальний апарат був отриманий білок, утворений з однієї амінокислоти – фенілаланіну. В результаті був зроблений висновок, що ланцюжок, що складається з послідовності нуклеотидів, які містять тільки азотна основа урацил, визначає синтез молекули білка, утвореної тільки молекулами амінокислоти фенілаланіну. Незабаром вдалося знайти поєднання нуклеотидів, які кодують всі 20 амінокислот, і розшифрувати так званий генетичний код.
Генетичний код – це певна система запису спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів. Сутність генетичного коду полягає в тому, що кожній амінокислоті в білкової молекулі відповідає ділянку ланцюга ДНК із трьох поруч стоять нуклеотидів – триплет (або кодон).
Згадаймо, що кожна з двох ланцюгів молекули ДНК побудована з нуклеотидів чотирьох типів, до складу яких входять чотири різних азотистих підстави: аденін (А), гуанін (Г), тимін (Т), цитозин (Ц). Нуклеотиди з’єднані в полінуклеотидних ланцюг (див. § 5).
Назви нуклеотидів умовно позначають початковими буквами відповідних азотистих основ. За допомогою цього чотирибуквене алфавіту “записується” вся інформація про безліч різних білкових молекул.
До складу білків входять 20 різних амінокислот. Інформацію про молекулі білка можна розглядати як інформацію про послідовність амінокислот. Будемо міркувати так: якби кожна амінокислота кодувалася одним нуклеотидів з певним азотистих основ, то молекули білка містили б не 20 різних амінокислот, а тільки 4. Якщо б одну амінокислоту кодували два поруч стоять нуклеотиду, то таким кодом можна було б закодувати лише 16 амінокислот (42). І тільки код, що складається з трьох поруч розташованих нуклеотидів, з надлишком може забезпечити запис інформації про всі 20 амінокислотах (43 – 64). Такий код складається з 64 різних триплетів.
Отже, кожен з триплетів відповідає строго визначеної амінокислоті.
М. Ніренберг синтезував і випробував всі 64 теоретично можливих триплетів і встановив їх значення (рис. 15). Виявилося, що є амінокислоти, які кодуються 6 триплетами (наприклад, лейцин), є також 5 амінокислот, кожна з яких кодується 4 різними кодонами (наприклад, амінокислота аланін кодується триплетами ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ). З 64 триплетів амінокислоти кодує тільки 61 триплет. Три кодону (УАА, УАГ і УГА) не несуть інформації про амінокислотах. Ці кодони називають стоп-кодонами, так як вони служать сигналами закінчення складання білкової молекули в рибосомі (див. Рис. 15).
Властивості генетичного коду. Для генетичного коду характерні певні властивості.
Триплетність, т. Е. Код триплетів. Це означає, що число нуклеотидів, які кодують одну амінокислоту, дорівнює 3.
Надмірність (або вирожденність). Ця властивість полягає в тому, що одна і та ж амінокислота може бути закодована кількома різними триплетами, оскільки амінокислот 20, а триплетів 64 (тільки 3 з них є стоп-Кодак). Виняток становлять амінокислоти метіонін і триптофан, які кодуються тільки одним кодоном. Надмірність коду знижує ймовірність помилки і забезпечує надійність функціонування коду.
Однозначність. Відповідно до названого властивості кожному триплети відповідає тільки одна певна амінокислота.
Колінеарність. Колінеарність означає, що послідовність нуклеотидів в гені точно відповідає послідовності амінокислот у білку.
Неперекриваемость. Ця властивість проявляється в тому, що певний нуклеотид може входити до складу лише одного кодону, а генетичний код “читається” з певного знака. Наприклад, послідовність нуклеотидів ААГТГЦГГА можна прочитати лише як послідовність трьох наступних один за одним триплетів: ААГ – ТГЦ – МДА.
Універсальність означає спільність генетичного коду для всіх живих організмів, незалежно від рівня їх організації та систематичного положення.
Універсальність генетичного коду – одне з найбільш переконливих доказів спільності походження всієї живої природи.
Існують безглузді триплети (або стоп-кодони), що не кодують амінокислоти. Вони вказують на початок і кінець синтезу білка.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)