Genetinis kodas, išreikštas kodonais, yra informacijos apie b altymų struktūrą kodavimo sistema, būdinga visiems gyviems planetos organizmams. Jo dekodavimas užtruko dešimtmetį, tačiau tai, kad jis egzistuoja, mokslas suprato beveik šimtmetį. Universalumas, specifiškumas, vienakryptiškumas ir ypač genetinio kodo išsigimimas turi didelę biologinę reikšmę.
Atradimų istorija
Genetinės informacijos kodavimo problema visada buvo pagrindinė biologijos problema. Mokslas gana lėtai judėjo link genetinio kodo matricinės struktūros. Nuo tada, kai J. Watson ir F. Crick 1953 metais atrado dvigubą spiralinę DNR struktūrą, prasidėjo pačios kodo struktūros išnarpliojimo etapas, paskatinęs tikėti gamtos didybe. Linijinė b altymų struktūra ir ta pati DNR struktūra reiškė genetinio kodo buvimą kaip dviejų tekstų atitikimą, tačiau parašytų naudojant skirtingas abėcėles. Ir jeigub altymų abėcėlė buvo žinoma, tada DNR ženklai tapo biologų, fizikų ir matematikų tyrimo objektu.
Nėra prasmės aprašyti visų šios mįslės sprendimo žingsnių. Tiesioginį eksperimentą, kuris įrodė ir patvirtino, kad tarp DNR kodonų ir b altymų aminorūgščių yra aiškus ir nuoseklus atitikimas, 1964 metais atliko C. Janowski ir S. Brenneris. Ir tada - genetinio kodo iššifravimo laikotarpis in vitro (in vitro), naudojant b altymų sintezės metodus ląstelėse neturinčiose struktūrose.
Visiškai iššifruotas E. coli kodas buvo paviešintas 1966 m. Cold Spring Harbore (JAV) vykusiame biologų simpoziume. Tada buvo atrastas genetinio kodo perteklius (degeneracija). Ką tai reiškia, buvo paaiškinta gana paprastai.
Dekodavimas tęsiamas
Duomenų apie paveldimo kodo iššifravimą gavimas tapo vienu reikšmingiausių praėjusio amžiaus įvykių. Šiandien mokslas toliau nuodugniai tiria molekulinių kodavimo mechanizmus ir jų sistemines ypatybes bei ženklų gausą, išreiškiančią genetinio kodo degeneracijos savybę. Atskira studijų šaka yra paveldimos medžiagos kodavimo sistemos atsiradimas ir raida. Polinukleotidų (DNR) ir polipeptidų (b altymų) ryšio įrodymai davė impulsą molekulinės biologijos vystymuisi. Ir tai, savo ruožtu, į biotechnologijas, bioinžineriją, selekcijos ir augalininkystės atradimus.
Dogmos ir taisyklės
Pagrindinė molekulinės biologijos dogma – informacija perkeliama iš DNR į informacijąRNR, o tada iš jos į b altymus. Priešinga kryptimi galimas perdavimas iš RNR į DNR ir iš RNR į kitą RNR.
Bet matrica arba pagrindas visada yra DNR. Ir visi kiti esminiai informacijos perdavimo bruožai yra šios perdavimo matricinės prigimties atspindys. Būtent, kitų molekulių perkėlimas sintezės būdu ant matricos, kuri taps paveldimos informacijos atkūrimo struktūra.
Genetinis kodas
Linijinis b altymų molekulių struktūros kodavimas atliekamas naudojant papildomus nukleotidų kodonus (tripletus), kurių yra tik 4 (adeinas, guaninas, citozinas, timinas (uracilas)), o tai spontaniškai sukelia formavimąsi. kitos nukleotidų grandinės. Toks pat nukleotidų skaičius ir cheminis komplementarumas yra pagrindinė tokios sintezės sąlyga. Tačiau formuojantis b altymo molekulei nėra monomerų kiekio ir kokybės atitikimo (DNR nukleotidai yra b altymų aminorūgštys). Tai natūralus paveldimas kodas – b altymo aminorūgščių sekos įrašymo į nukleotidų (kodonų) seką sistema.
Genetinis kodas turi keletą savybių:
- Tripletity.
- Unikalumas.
- Orientacija.
- Nepersidengiantis.
- Genetinio kodo perteklius (degeneracija).
- Universalumas.
Pateikime trumpą aprašymą, sutelkdami dėmesį į biologinę reikšmę.
Trejybė, tęstinumas ir stabdžių žibintai
Kiekviena iš 61 aminorūgšties atitinka vieną semantinį nukleotidų tripletą (trigubą). Trys tripletai neturi informacijos apie aminorūgštį ir yra stop kodonai. Kiekvienas grandinės nukleotidas yra tripleto dalis ir neegzistuoja vienas. Nukleotidų grandinės, atsakingos už vieną b altymą, pabaigoje ir pradžioje yra stop kodonai. Jie pradeda arba sustabdo vertimą (b altymų molekulės sintezę).
Specialus, nepersidengiantis ir vienakryptis
Kiekvienas kodonas (tripletas) koduoja tik vieną aminorūgštį. Kiekvienas trynukas nepriklauso nuo gretimo ir nesutampa. Vienas nukleotidas gali būti įtrauktas tik į vieną grandinės tripletą. B altymų sintezė visada vyksta tik viena kryptimi, kurią reguliuoja stop kodonai.
Genetinio kodo atleidimas
Kiekvienas nukleotidų tripletas koduoja vieną aminorūgštį. Iš viso yra 64 nukleotidai, iš kurių 61 koduoja aminorūgštis (jutimo kodonus), o trys yra beprasmiai, tai yra, jie nekoduoja aminorūgšties (stop kodonai). Genetinio kodo perteklius (degeneracija) slypi tame, kad kiekviename triplete gali būti atlikti pakaitalai - radikalūs (atsižvelgiant į aminorūgščių pakeitimą) ir konservatyvūs (nekeičiama aminorūgščių klasė). Nesunku apskaičiuoti, kad jei triplete (1, 2 ir 3 pozicijose) galima atlikti 9 pakeitimus, kiekvieną nukleotidą galima pakeisti 4 - 1=3 kitais variantais, tada bendras galimų nukleotidų pakeitimo variantų skaičius bus 61. x 9=549.
Genetinio kodo išsigimimas pasireiškia tuo, kad 549 variantai yra daug daugiau neireikalinga informacijai apie 21 aminorūgštį užkoduoti. Tuo pačiu metu iš 549 variantų 23 pakaitalai sukels stop kodonų susidarymą, 134 + 230 pakeitimų yra konservatyvūs, o 162 pakeitimai yra radikalūs.
Degeneracijos ir atskirties taisyklė
Jei du kodonai turi du identiškus pirmuosius nukleotidus, o likusieji yra tos pačios klasės (purino arba pirimidino) nukleotidai, jie turi informaciją apie tą pačią aminorūgštį. Tai yra genetinio kodo išsigimimo arba pertekliaus taisyklė. Dvi išimtys – AUA ir UGA – pirmoji koduoja metioniną, nors tai turėtų būti izoleucinas, o antrasis yra stop kodonas, nors turėtų koduoti triptofaną.
Degeneracijos ir universalumo prasmė
Būtent šios dvi genetinio kodo savybės turi didžiausią biologinę reikšmę. Visos aukščiau išvardytos savybės būdingos visų mūsų planetos gyvų organizmų formų paveldimai informacijai.
Genetinio kodo išsigimimas turi adaptacinę reikšmę, pavyzdžiui, daugkartinis vienos aminorūgšties kodo dubliavimas. Be to, tai reiškia trečiojo kodono nukleotido reikšmės (degeneracijos) sumažėjimą. Ši parinktis sumažina DNR mutacijų pažeidimus, dėl kurių gali atsirasti didelių b altymų struktūros pažeidimų. Tai yra gyvųjų planetos organizmų gynybos mechanizmas.
