Den genetiska koden, uttryckt i kodoner, är ett system för att koda information om strukturen hos proteiner, som är inneboende i alla levande organismer på planeten. Dess avkodning tog ett decennium, men det faktum att den existerar har vetenskapen förstått i nästan ett sekel. Universalitet, specificitet, enkelriktad, och särskilt degenerationen av den genetiska koden är av stor biologisk betydelse.
Upptäcktshistorik
Problemet med att koda genetisk information har alltid varit ett nyckelproblem inom biologin. Vetenskapen rörde sig ganska långsamt mot den genetiska kodens matrisstruktur. Sedan upptäckten av J. Watson och F. Crick 1953 av DNA:s dubbla spiralformade struktur, började stadiet för att reda ut själva strukturen i koden, vilket föranledde tro på naturens storhet. Den linjära strukturen av proteiner och samma struktur av DNA antydde närvaron av en genetisk kod som en överensstämmelse mellan två texter, men skrivna med olika alfabet. Och omproteinernas alfabet var känt, sedan blev DNA-tecknen föremål för studier för biologer, fysiker och matematiker.
Det är ingen mening att beskriva alla steg för att lösa denna gåta. Ett direkt experiment, som bevisade och bekräftade att det finns en tydlig och konsekvent överensstämmelse mellan DNA-kodon och proteinaminosyror, utfördes 1964 av C. Janowski och S. Brenner. Och sedan - perioden för att dechiffrera den genetiska koden in vitro (in vitro) med hjälp av teknikerna för proteinsyntes i cellfria strukturer.
Den helt dechiffrerade E. coli-koden offentliggjordes 1966 vid ett symposium för biologer i Cold Spring Harbor (USA). Sedan upptäcktes redundansen (degenerationen) av den genetiska koden. Vad detta betyder förklarades ganska enkelt.
Avkodningen fortsätter
Att erhålla data om avkodningen av den ärftliga koden har blivit en av de viktigaste händelserna under det senaste århundradet. Idag fortsätter vetenskapen att på djupet studera mekanismerna för molekylära kodningar och dess systemiska egenskaper och ett överflöd av tecken, vilket uttrycker egenskapen hos den genetiska kodens degeneration. En separat studiegren är uppkomsten och utvecklingen av kodningssystemet för ärftligt material. Bevis på sambandet mellan polynukleotider (DNA) och polypeptider (proteiner) gav impulser till utvecklingen av molekylärbiologi. Och det i sin tur till bioteknik, bioteknik, upptäckter inom urval och växtodling.
Dogmer och regler
Den huvudsakliga dogmen inom molekylärbiologi - information överförs från DNA till informationRNA, och sedan från det till protein. I motsatt riktning är överföring möjlig från RNA till DNA och från RNA till ett annat RNA.
Men matrisen eller basen är alltid DNA. Och alla andra grundläggande egenskaper hos överföringen av information är en återspegling av denna matrisnatur hos överföringen. Nämligen överföringen genom syntes på matrisen av andra molekyler, vilket kommer att bli strukturen för reproduktionen av ärftlig information.
Genetisk kod
Linjär kodning av strukturen hos proteinmolekyler utförs med hjälp av komplementära kodon (tripletter) av nukleotider, av vilka det bara finns 4 (adein, guanin, cytosin, tymin (uracil)), vilket spontant leder till bildningen av en annan kedja av nukleotider. Samma antal och kemiska komplementaritet av nukleotider är huvudvillkoret för en sådan syntes. Men under bildandet av en proteinmolekyl finns det ingen överensstämmelse mellan kvantiteten och kvaliteten på monomerer (DNA-nukleotider är proteinaminosyror). Detta är den naturliga ärftliga koden - ett system för att i sekvensen av nukleotider (kodon) registrera sekvensen av aminosyror i ett protein.
Den genetiska koden har flera egenskaper:
- Triplety.
- Uniqueness.
- Orientering.
- Icke-överlappande.
- Redundans (degeneration) av den genetiska koden.
- Mångsidighet.
Låt oss ge en kort beskrivning, med fokus på den biologiska betydelsen.
Trippelitet, kontinuitet och stoppljus
Var och en av de 61 aminosyrorna motsvarar en semantisk triplett (trippel) av nukleotider. Tre tripletter har ingen information om aminosyran och är stoppkodon. Varje nukleotid i kedjan är en del av en triplett och existerar inte på egen hand. I slutet och i början av kedjan av nukleotider som ansvarar för ett protein finns det stoppkodon. De startar eller stoppar translation (syntesen av en proteinmolekyl).
Specifik, icke-överlappande och enkelriktad
Varje kodon (triplett) kodar endast för en aminosyra. Varje triplett är oberoende av den intilliggande och överlappar inte. En nukleotid kan inkluderas i endast en triplett i kedjan. Proteinsyntesen går alltid bara i en riktning, som regleras av stoppkodon.
Redundanser av den genetiska koden
Varje triplett av nukleotider kodar för en aminosyra. Det finns tot alt 64 nukleotider, varav 61 kodar för aminosyror (sense-kodon), och tre är meningslösa, det vill säga de kodar inte för en aminosyra (stoppkodon). Redundansen (degenerationen) av den genetiska koden ligger i det faktum att i varje triplett kan substitutioner göras - radikal (leder till aminosyraersättning) och konservativ (ändrar inte aminosyraklassen). Det är lätt att beräkna att om 9 substitutioner kan göras i en triplett (position 1, 2 och 3), kan varje nukleotid ersättas med 4 - 1=3 andra alternativ, då blir det totala antalet möjliga nukleotidsubstitutions alternativ 61 x 9=549.
Degenerationen av den genetiska koden manifesteras i det faktum att 549 varianter är mycket mer ännödvändigt för att koda information om 21 aminosyror. Samtidigt kommer 23 substitutioner av 549 varianter att leda till bildandet av stoppkodon, 134 + 230 substitutioner är konservativa och 162 substitutioner är radikala.
Regeln om degeneration och utanförskap
Om två kodon har två identiska första nukleotider, och resten är nukleotider av samma klass (purin eller pyrimidin), så bär de information om samma aminosyra. Detta är regeln om degeneration eller redundans av den genetiska koden. Två undantag - AUA och UGA - det första kodar för metionin, även om det borde vara isoleucin, och det andra är ett stoppkodon, även om det bör koda för tryptofan.
Meningen av degeneration och universalitet
Det är dessa två egenskaper hos den genetiska koden som har den största biologiska betydelsen. Alla egenskaper som anges ovan är karakteristiska för den ärftliga informationen från alla former av levande organismer på vår planet.
Degenerationen av den genetiska koden har ett adaptivt värde, som multipel duplicering av koden för en aminosyra. Dessutom innebär detta en minskning av signifikansen (degenerationen) av den tredje nukleotiden i kodonet. Detta alternativ minimerar mutationsskador i DNA, vilket kommer att leda till grova kränkningar i proteinstrukturen. Detta är försvarsmekanismen för planetens levande organismer.
