Ген. Принцип генетического кодирования. Все признаки организма, его свойства прямо или косвенно связаны с белками, входящими в состав его органов, тканей, каждой клетки.
Как мы уже знаем, организмы состоят не только из белков, а из множества других веществ, например жиров, жироподобных веществ, углеводов, нуклеиновых кислот и других органических и неорганических веществ.
Однако все органические, а также некоторые неорганические вещества образуются в клетке только благодаря ферментативной роли белков.
Иными словами, наличие или отсутствие в организме какого-либо вещества зависит от того, есть ли в этом организме определенный фермент или несколько ферментов который обеспечивает синтез такого вещества.
Следовательно, можно сказать, что все индивидуальные свойства организма связаны со строго индивидуальным набором определенных белков. В организме человека, например, синтезируется до 100 000 различных белков. Каким же образом все живые существа на земле передают своему потомству признаки строения, особенности развития, дыхания, питания, размножения Очевидно, что для достижения такой цели достаточно уметь передавать другим поколениям информацию о строении своих белков. Природа около двух с половиной миллиардов лет назад научилась это делать.
Структура любого белка зашифрована в молекуле ДНК или РНК у некоторых вирусов. Участок ДНК, в котором закодировано строение одного белка называется геном. В молекуле ДНК множество генов, следовательно, столько же и белков закодировано. Не трудно догадаться, что в ядре клетки человека содержатся около 100 000 генов. Каков же -принцип генетического кодирования строения белка? Мы знаем, что белки образованы длинными цепочками из аминокислот, а гены - цепочками из нуклеотидов.
Если допустить, что один нуклеотид кодирует одну аминокислоту, то мы можем ожидать белки, состоящие всего из четырех различных аминокис- 16 лот, поскольку в ДНК встречаются четыре разновидности нуклеотидов А, Т, Ц, Г . Но в состав белков входят 20 различных аминокислот, следовательно, в природе должно существовать не менее 20 различных единиц кода кодонов. Предположим, что единицей кода кодоном является не один нуклеотид, а определенное сочетание из двух нуклеотидов.
Например, сочетание АА кодирует одну аминокислоту, сочетание АТ - другую, сочетание ТА - третью и так далее. В этом случае подсчет возможных сочетаний таких дуплетов пар нуклеотидов показывает, что общее их число будет 16, что так же недостаточно для кодирования двадцати аминокислот. Для обеспечения всего многообразия белков, в состав которых входят до 20 различных аминокислот, природа выработала триплетный принцип кодирования наследственной информации.
Он встречается у всех живых форм населяющих нашу планету! Триплетный принцип кодирования заключается в том, что единицей кода является сочетание из трех нуклеотидов. Такой триплетный кодон кодирует одну аминокислоту. Однако четыре нуклеотида дают нам 64 сочетания по три, то есть единиц кода больше, чем необходимо почти в три раза. Следовательно, для кодирования одной аминокислоты можно использовать три и даже более кодонов. Так и происходит в природе см. таблицу 1 . Однако не может быть обратного, то есть, какой либо триплет не может кодировать более одной аминокислоты, так как в этом случае смысл кодирования был бы полностью нарушен, допускалась бы замена аминокислот при синтезе одного белка, а, следовательно, и свойства белка в разное время синтеза менялись.
В этих условиях была бы невозможной передача наследственной информации новым клеткам и организмам. Так мы определили два важнейшие свойства генетического кода 1. Вырожденность кода - кодирование какой-либо аминокислоты, несколькими различными триплетами, 2. Специфичность кода - кодирование каким-либо триплетом строго определенной аминокислоты. 17 Таблица 1 . Примеры некоторых аминокислот и кодонов, их кодирующих.
Кодоны, как и принято, будем записывать начальными буквами нуклеотидов информационной РНК, а не ДНК . Аминокислоты Обозначения Кодирующие триплеты Валин Вал ГУУ, ГУЦ, ГУА Лейцин Лей УУГ, ЦУГ, ЦУЦ Аланин Ала ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА Серин Сер УЦУ, АГУ, АГЦ Глицин Гли ГГА, ГГЦ, ГГГ, ГГУ Аргинин Арг ЦГА, АГА, АГГ, ЦГГ Гистеин Гис ЦАУ, ЦАЦ, ЦАА Воспользовавшись таблицей 1 проиллюстрируем принцип триплетного генетического кодирования на рисунке 4. Участок и-РНК ГУУГЦУГУЦГГАЦГАЦГАЦАЦГГЦ Участок белка Вал - Ала - Вал - Гли - Арг - Арг - Гис - Гли Рисунок 4 . Принцип генетического кодирования на примере участка информационной РНК, кодирующей белок. 1.4.