Выраджаных генетычнага кода: агульныя звесткі

Генетычны код, выражаны ў кодоном, гэта сістэма кадавання інфармацыі аб будынку бялкоў, уласцівая ўсім жывым арганізмам планеты. Яго расшыфроўка заняла дзесяцігоддзе, а вось тое, што ён існуе, навука разумела амаль стагоддзе. Ўніверсальнасць, спецыфічнасць, аднанакіраваныя, а асабліва выраджаных генетычнага кода маюць важнае біялагічнае значэнне.

Гісторыя адкрыццяў

Праблема кадавання генетычнай інфармацыі заўсёды была ключавой у біялогіі. Да матрычных будынку генетычнага кода навука прасоўвалася даволі павольна. З моманту выяўлення Дж. Уотсанам і Ф. Крыкам ў 1953 годзе двайны спіральнай структуры ДНК пачаўся этап разгадвання самой структуры кода, які заахвоціў веру ў веліч прыроды. Лінейная структура бялкоў і такая ж структура ДНК мела на ўвазе наяўнасць генетычнага кода як адпаведнасці двух тэкстаў, але запісаных пры дапамозе розных алфавітаў. І калі алфавіт бялкоў быў вядомы, то знакі ДНК сталі прадметам вывучэння біёлагаў, фізікаў і матэматыкаў.

Няма сэнсу апісваць усе крокі ў вырашэнні гэтай загадкі. Прамой эксперымент, які даказаў і які пацвердзіў, што паміж кодоном ДНК і амінакіслотамі бялку існуе выразная і паслядоўная адпаведна, правялі ў 1964 годзе Ч. Янаўскі і С. Бреннер. А далей - перыяд расшыфроўкі генетычнага кода in vitro (у прабірцы) з выкарыстаннем тэхнік сінтэзу бялку ў бясклетачнай структурах.

Цалкам расшыфраваны код E. Coli быў абнародаваны ў 1966 годзе на сімпозіуме біёлагаў ў вядзьмарыць-Спринг-Харбары (ЗША). Тады і адкрылася надмернасць (выраджаных) генетычнага кода. Што гэта значыць, усё тлумачылася даволі проста.

Раскодирование працягваецца

Атрыманне дадзеных аб расшыфроўцы спадчыннага кода стала адным з самых значных падзей мінулага стагоддзя. Сёння навука працягвае паглыблена даследаваць механізмы малекулярных кадовак і яго сістэмных асаблівасцяў і празмернасці знакаў, у чым выяўляецца ўласцівасць выраджаных генетычнага кода. Асобная галіна вывучэння - ўзнікненне і эвалюцыянаванні сістэмы кадавання спадчыннага матэрыялу. Доказы сувязі полинуклеотидов (ДНК) і поліпептыд (вавёркі) далі штуршок развіццю малекулярнай біялогіі. А тая, у сваю чаргу, біятэхналогіях, біяінжынерыі, адкрыццяў у селекцыі і раслінаводстве.

Догмы і правілы

Галоўная догма малекулярнай біялогіі - інфармацыя перадаецца з ДНК на інфармацыйную РНК, а пасля з яе на бялок. У адваротным кірунку перадача магчымая з РНК на ДНК і з РНК на іншую РНК.

Але матрыцай ці асновай заўсёды застаецца ДНК. І ўсе астатнія фундаментальныя асаблівасці перадачы інфармацыі - гэта адлюстраванне гэтага матрычнага характару перадачы. А менавіта перадачы шляхам ажыццяўлення сінтэзу на матрыцы іншых малекул, якія і стануць структурай ўзнаўлення спадчыннай інфармацыі.

генетычны код

Лінейнае кадаваньне структуры бялковых малекул ажыццяўляецца з дапамогай камплементарных кодонов (трыплет) нуклеатыдаў, якіх усяго 4 (адеин, Гуанінь, цитозин, тимин (урацил)), што спантанна прыводзіць да адукацыі іншы ланцужкі нуклеатыдаў. Аднолькавы лік і хімічная кампліментарнасць нуклеатыдаў - гэта галоўная ўмова такога сінтэзу. Але пры адукацыі бялковай малекулы якасці адпаведнасці колькасці і якасці мономеров няма (ДНК нуклеатыдаў - амінакіслоты бялку). Гэта і ёсць прыродны спадчынны код - сістэма запісы ў паслядоўнасці нуклеатыдаў (кодоном) паслядоўнасці амінакіслот ў бялку.

Генетычны код валодае некалькімі ўласцівасцямі:

• Триплетность.
• Адназначнасць.
• Накіраванасць.
• Неперекрываемость.
• Надмернасць (выраджаных) генетычнага кода.
• Ўніверсальнасць.

Прывядзём кароткую характарыстыку, канцэнтруючы ўвагу на біялагічным значэнні.

Триплетность, бесперапыннасць і наяўнасць стоп-сігналаў

Кожнай з 61 амінакіслоты адпавядае адзін сэнсавы трыплет (тройка) нуклеатыдаў. Тры трыплет не нясуць інфармацыю аб амінакіслот і з'яўляюцца стоп-кодон. Кожны нуклеатыд ў ланцужку ўваходзіць у склад трыплет, а не існуе сам па сабе. У канцы і ў пачатку ланцужкі нуклеатыдаў, якія адказваюць за адзін бялок, знаходзяцца стоп-кодон. Яны запускаюць або спыняюць трансляцыю (сінтэз бялковай малекулы).

Спецыфічнасць, неперекрываемость і аднанакіраваныя

Кожны кодон (трыплет) кадуе толькі адну амінакіслату. Кожны трыплет не залежыць ад суседняга і ня перакрываецца. Адзін нуклеатыд можа ўваходзіць толькі ў адзін трыплет у ланцужку. Сінтэз бялку ідзе заўсёды толькі ў адным кірунку, што рэгулююць стоп-кодон.

Надмернасці генетычнага кода

Кожны трыплет нуклеатыдаў кадуе адну амінакіслату. Усяго 64 нуклеатыдаў, з іх 61 - кадуюць амінакіслоты (сэнсавыя кодоном), а тры - бессэнсоўныя, то ёсць амінакіслату ня кадуюць (стоп-кодон). Надмернасць (выраджаных) генетычнага кода заключаецца ў тым, што ў кожным трыплет могуць быць выраблены замены - радыкальныя (прыводзяць да замены амінакіслоты) і кансерватыўныя (не мяняюць клас амінакіслоты). Лёгка палічыць, што калі ў трыплет можна правесці 9 замен (1, 2 і 3 пазіцыя), кожны нуклеатыд можна замяніць на 4 - 1 = 3 іншых варыянту, то агульная колькасць магчымых варыянтаў замен нуклеатыдаў будзе 61 па 9 = 549.

Выраджаных генетычнага кода праяўляецца ў тым, што 549 варыянтаў - гэта нашмат больш, чым неабходна для закодировки інфармацыі аб 21 амінакіслот. Пры гэтым з 549 варыянтаў 23 замены прывядуць да адукацыі стоп-кодонов, 134 + 230 замены - кансерватыўныя, і 162 замены - радыкальныя.

Правіла выраджэння і выключэння

Калі два кодона маюць два аднолькавых першых нуклеатыдаў, а тыя, што засталіся прадстаўлены нуклеатыдаў аднаго класа (пурынавых або пиримидиновые), то яны нясуць інфармацыю пра адну і тую ж амінакіслот. Гэта і ёсць правіла выраджаных або надмернасці генетычнага кода. Два выключэння - АУА і Уга - першы кадуе метионин, хоць павінен быў бы ізалейцын, а другі - стоп-кодон, хоць павінен быў бы кадзіраваць трыптафан.

Значэнне выраджэння і ўніверсальнасці

Менавіта гэтыя два ўласцівасці генетычнага кода маюць найбольшую біялагічнае значэнне. Усе ўласцівасці, пералічаныя вышэй, характэрныя для спадчыннай інфармацыі ўсіх формаў жывых арганізмаў на нашай планеце.

Выраджаных генетычнага кода мае прыстасоўвальны значэнне, як шматразовае дубляванне кода адной амінакіслоты. Акрамя таго, гэта азначае зніжэнне значнасці (звод) трэцяга нуклеатыдаў у кодоном. Такі варыянт зводзіць да мінімуму мутацыйных пашкоджанні ў ДНК, якія пацягнуць за сабой грубыя парушэнні ў структуры бялку. Гэта ахоўны механізм жывых арганізмаў планеты.