Kas yra genetinis kodas ir kokios jo savybės. Kas yra genetinis kodas: bendra informacija Ką reiškia genetinis kodas

Visas morfologines, anatomines ir funkcines bet kurios gyvos ląstelės ir viso organizmo ypatybes lemia specifinių baltymų, sudarančių ląsteles, struktūra. Gebėjimas sintetinti tik griežtai apibrėžtus baltymus yra paveldima organizmų savybė. Aminorūgščių seką polipeptidinėje grandinėje – pirminėje baltymo struktūroje, nuo kurios priklauso jo biologinės savybės – lemia nukleotidų seka DNR molekulėse. Pastarasis yra paveldimos informacijos saugotojas ląstelėse.

Nukleotidų seka DNR polinukleotidinėje grandinėje yra labai specifinė kiekvienai ląstelei ir atspindi genetinis kodas, per kurią fiksuojama informacija apie tam tikrų baltymų sintezę. Tai reiškia, kad DNR kiekvienas pranešimas yra užkoduotas tam tikra keturių simbolių seka – A, G, T, C, kaip ir parašyta žinutė koduojama abėcėlės ar Morzės abėcėlės simboliais (raidėmis). Genetinis kodas yra trynukas t.y., kiekvieną aminorūgštį koduoja žinoma trijų gretimų nukleotidų kombinacija, vadinama kodonas. Nesunku apskaičiuoti, kad galimų keturių nukleotidų kombinacijų skaičius trise bus 64.

Paaiškėjo, kad kodas yra daugkartinis arba „išsigimęs“, t.y. ta pati aminorūgštis gali būti koduota keliais tripletais kodonais (nuo 2 iki b), o kiekvienas tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį, pavyzdžiui, pasiuntinio RNR kalba:

• fenilalaninas - UUU, UUC;
• izoleucinas – AUC, AUC, AUA;
• prolinas - CCU, CCC, CCA, CCG;
• serinas - UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC.

Be to, kodas yra nesutampa, t.s. tas pats nukleotidas vienu metu negali būti dviejų gretimų tripletų dalis. Ir galiausiai šiame kode nėra kablelių, o tai reiškia, kad jei trūksta vieno nukleotido, tada jį skaitant vietą užims artimiausias nukleotidas iš gretimo kodono, kuris pakeis visą skaitymo tvarką. Todėl teisingą kodo nuskaitymą iš pasiuntinio RNR užtikrina telco, jei jis skaitomas iš griežtai apibrėžto taško. Pradiniai kodonai molekulėje ir RNR yra tripletai AUG ir GU G.

Nukleotidų kodas yra universalus visiems gyviems organizmams ir virusams: identiški tripletai koduoja identiškas aminorūgštis. Šis atradimas yra rimtas žingsnis siekiant gilesnio gyvosios materijos esmės supratimo, nes genetinio kodo universalumas rodo visų gyvų organizmų kilmės vienovę. Iki šiol trynukai buvo iššifruoti visoms 20 aminorūgščių, sudarančių natūralius baltymus. Todėl žinant tripletų eilę DNR molekulėje (genetinį kodą), galima nustatyti aminorūgščių tvarką baltyme.

Viena DNR molekulė gali koduoti daugelio baltymų aminorūgščių seką. Funkcinis DNR molekulės segmentas, kuriame yra informacija apie vieno polipeptido arba RNR molekulės struktūrą, vadinamas genomo. Yra struktūrinių genų, koduojančių informaciją struktūrinių ir fermentinių baltymų sintezei, ir genų, turinčių informaciją tRNR, rRNR ir kt. sintezei.

GENETINIS KODAS, paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules būdas šias rūgštis sudarančių nukleotidų sekos pavidalu. Tam tikra nukleotidų seka DNR ir RNR atitinka tam tikrą aminorūgščių seką baltymų polipeptidinėse grandinėse. Įprasta kodą rašyti didžiosiomis rusų arba lotynų abėcėlės raidėmis. Kiekvienas nukleotidas žymimas raide, kuria prasideda į jo molekulę įtrauktos azoto bazės pavadinimas: A (A) – adeninas, G (G) – guaninas, C (C) – citozinas, T (T) – timinas; RNR vietoj timino uracilas yra U (U). Kiekvienas iš jų yra užkoduotas trijų nukleotidų deriniu – tripletu arba kodonu. Trumpai genetinės informacijos perdavimo kelias apibendrintas vadinamajame. Pagrindinė molekulinės biologijos dogma: DNR RNR f baltymas.

Ypatingais atvejais informacija gali būti perkelta iš RNR į DNR, bet niekada iš baltymų į genus.

Genetinės informacijos įgyvendinimas atliekamas dviem etapais. Ląstelės branduolyje, informacinėje arba matricoje, RNR (transkripcija) sintetinama DNR. Šiuo atveju DNR nukleotidų seka „perrašoma“ (perkoduojama) į mRNR nukleotidų seką. Tada mRNR patenka į citoplazmą, prisitvirtina prie ribosomos ir ant jos, kaip ir ant matricos, susintetinama baltymo polipeptidinė grandinė (transliacija). Aminorūgštys prijungiamos prie kuriamos grandinės, naudojant perdavimo RNR seka, nustatyta pagal nukleotidų eilę mRNR.

Iš keturių „raidžių“ galite sudaryti 64 skirtingus trijų raidžių „žodžius“ (kodonus). Iš 64 kodonų 61 koduoja specifines aminorūgštis, o trys yra atsakingi už polipeptidinės grandinės sintezės užbaigimą. Kadangi 20 aminorūgščių, sudarančių baltymus, yra 61 kodonas, kai kurias aminorūgštis koduoja daugiau nei vienas kodonas (vadinamasis kodo degeneracija). Šis perteklius padidina kodo ir viso baltymų biosintezės mechanizmo patikimumą. Dar viena kodo savybė – jo specifiškumas (vienaprasmiškumas): vienas kodonas koduoja tik vieną aminorūgštį.

Be to, kodas nesutampa – informacija skaitoma viena kryptimi nuosekliai, tripletas po tripleto. Įspūdingiausia kodo savybė yra jo universalumas: jis yra vienodas visose gyvose būtybėse – nuo ​​bakterijų iki žmonių (išskyrus mitochondrijų genetinį kodą). Mokslininkai mano, kad tai patvirtina sampratą, kad visi organizmai kilę iš vieno bendro protėvio.

Genetinio kodo iššifravimas, ty kiekvieno kodono „prasmės“ ir informacijos skaitymo taisyklių nustatymas, buvo atliktas 1961–1965 m. ir laikomas vienu ryškiausių molekulinės biologijos laimėjimų.

Bet kurioje ląstelėje ir organizme visus anatominius, morfologinius ir funkcinius požymius lemia juos sudarančių baltymų struktūra. Paveldima organizmo savybė yra gebėjimas sintetinti tam tikrus baltymus. Aminorūgštys yra polipeptidinėje grandinėje, nuo kurios priklauso biologinės savybės.
Kiekviena ląstelė turi savo nukleotidų seką DNR polinukleotidų grandinėje. Tai yra genetinis DNR kodas. Per ją fiksuojama informacija apie tam tikrų baltymų sintezę. Šiame straipsnyje aprašoma, kas yra genetinis kodas, jo savybės ir genetinė informacija.

Šiek tiek istorijos

Idėją, kad gali būti genetinis kodas, XX amžiaus viduryje suformulavo J. Gamow ir A. Down. Jie aprašė, kad nukleotidų seka, atsakinga už tam tikros aminorūgšties sintezę, turi mažiausiai tris vienetus. Vėliau jie įrodė tikslų trijų nukleotidų skaičių (tai yra genetinio kodo vienetas), kuris buvo vadinamas tripletu arba kodonu. Iš viso yra šešiasdešimt keturi nukleotidai, nes rūgšties molekulė, kurioje atsiranda RNR, yra sudaryta iš keturių skirtingų nukleotidų liekanų.

Kas yra genetinis kodas

Aminorūgščių baltymų sekos kodavimo metodas dėl nukleotidų sekos būdingas visoms gyvoms ląstelėms ir organizmams. Štai koks yra genetinis kodas.
DNR yra keturi nukleotidai:

• adeninas - A;
• guaninas - G;
• citozinas – C;
• timinas - T.

Jie žymimi didžiosiomis lotyniškomis arba (rusų kalbos literatūroje) rusiškomis raidėmis.
RNR taip pat yra keturi nukleotidai, tačiau vienas iš jų skiriasi nuo DNR:

• adeninas - A;
• guaninas - G;
• citozinas – C;
• uracilas - U.

Visi nukleotidai yra išdėstyti grandinėmis, DNR turi dvigubą spiralę, o RNR - vieną spiralę.
Baltymai yra pastatyti ten, kur jie, išsidėstę tam tikra seka, lemia jo biologines savybes.

Genetinio kodo savybės

Trigubai. Genetinio kodo vienetas susideda iš trijų raidžių, tai yra tripletas. Tai reiškia, kad dvidešimt egzistuojančių aminorūgščių yra užkoduotos trijų specifinių nukleotidų, vadinamų kodonais arba trilpetais. Yra šešiasdešimt keturi deriniai, kuriuos galima sukurti iš keturių nukleotidų. Šio kiekio daugiau nei pakanka užkoduoti dvidešimčiai aminorūgščių.
Degeneracija. Kiekviena aminorūgštis atitinka daugiau nei vieną kodoną, išskyrus metioniną ir triptofaną.
Vienareikšmiškumas. Vienas kodonas koduoja vieną aminorūgštį. Pavyzdžiui, sveiko žmogaus gene, turinčiame informaciją apie hemoglobino beta taikinį, GAG ir GAA tripletas koduoja A kiekvienam, sergančiam pjautuvine anemija, vienas nukleotidas yra pakeistas.
Kolineariškumas. Aminorūgščių seka visada atitinka nukleotidų seką, kurią turi genas.
Genetinis kodas yra ištisinis ir kompaktiškas, o tai reiškia, kad jame nėra skyrybos ženklų. Tai yra, pradedant nuo tam tikro kodono, vyksta nuolatinis skaitymas. Pavyzdžiui, AUGGGUGTSUUAAUGUG bus skaitomas taip: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Bet ne AUG, UGG ir panašiai ar dar kas nors.
Universalumas. Tai vienoda absoliučiai visiems sausumos organizmams – nuo ​​žmonių iki žuvų, grybų ir bakterijų.

Lentelė

Į pateiktą lentelę įtrauktos ne visos turimos aminorūgštys. Hidroksiprolino, hidroksilizino, fosfoserino, tirozino jodo darinių, cistino ir kai kurių kitų nėra, nes jie yra kitų aminorūgščių, koduojamų m-RNR, dariniai, susidarę modifikavus baltymus dėl transliacijos.
Iš genetinio kodo savybių žinoma, kad vienas kodonas gali koduoti vieną aminorūgštį. Išimtis – genetinis kodas, kuris atlieka papildomas funkcijas ir koduoja valiną bei metioniną. iRNR, būdama kodono pradžioje, prijungia t-RNR, kuri neša formilmetioną. Pasibaigus sintezei, jis yra nuskilęs ir su savimi pasiima formilo liekaną, virsdamas metionino liekana. Taigi minėti kodonai yra polipeptidinės grandinės sintezės iniciatoriai. Jei jų nėra pradžioje, vadinasi, jie niekuo nesiskiria nuo kitų.

Genetinė informacija

Ši sąvoka reiškia savybių programą, perduodamą iš protėvių. Jis yra įtrauktas į paveldimumą kaip genetinis kodas.
Genetinis kodas realizuojamas baltymų sintezės metu:

• pasiuntinio RNR;
• ribosomų rRNR.

Informacija perduodama tiesioginiu ryšiu (DNR-RNR-baltymas) ir atvirkštiniu ryšiu (vidutinis baltymas-DNR).
Organizmai gali jį priimti, saugoti, perduoti ir panaudoti efektyviausiai.
Perduota paveldėjimo būdu, informacija lemia konkretaus organizmo vystymąsi. Tačiau dėl sąveikos su aplinka pastarosios reakcija iškreipiama, dėl to vyksta evoliucija ir vystymasis. Tokiu būdu į organizmą įvedama nauja informacija.

Molekulinės biologijos dėsnių skaičiavimas ir genetinio kodo atradimas iliustravo poreikį derinti genetiką su Darvino teorija, kurios pagrindu atsirado sintetinė evoliucijos teorija – neklasikinė biologija.
Darvino paveldimumą, variaciją ir natūralią atranką papildo genetiškai nulemta atranka. Evoliucija realizuojama genetiniame lygmenyje per atsitiktines mutacijas ir vertingiausių savybių, labiausiai pritaikytų prie aplinkos, paveldėjimą.

Žmogaus kodo dekodavimas

Devintajame dešimtmetyje buvo pradėtas įgyvendinti Žmogaus genomo projektas, kurio metu dvi tūkstantosiose buvo atrasti genomo fragmentai, kuriuose yra 99,99% žmogaus genų. Fragmentai, kurie nedalyvauja baltymų sintezėje ir nėra užkoduoti, lieka nežinomi. Jų vaidmuo kol kas nežinomas.

Paskutinį kartą aptikta 2006 m., 1 chromosoma yra ilgiausia genome. Daugiau nei trys šimtai penkiasdešimt ligų, įskaitant vėžį, atsiranda dėl jos sutrikimų ir mutacijų.

Tokių tyrimų vaidmens negalima pervertinti. Sužinojus, kas yra genetinis kodas, tapo žinoma, pagal kokius dėsningumus vyksta raida, kaip formuojasi individų morfologinė sandara, psichika, polinkis sirgti tam tikromis ligomis, medžiagų apykaita, defektai.

GENETINIS KODAS, paveldimos informacijos fiksavimo nukleotidų bazių sekos forma DNR molekulėse (kai kuriuose virusuose – RNR) sistema, kuri lemia pirminę struktūrą (aminorūgščių liekanų vietą) baltymų (polipeptidų) molekulėse. Genetinio kodo problema buvo suformuluota įrodžius genetinį DNR vaidmenį (amerikiečių mikrobiologai O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) ir iššifravus jos struktūrą (J. Watson, F. Crick, 1953), nustačius. kad genai lemia fermentų struktūrą ir funkcijas (principas „vienas genas – vienas fermentas“, J. Beadle ir E. Tatem, 1941) ir kad baltymo erdvinė struktūra ir aktyvumas priklauso nuo jo pirminės struktūros. (F. Sanger, 1955). Klausimą, kaip 4 nukleorūgščių bazių deriniai lemia 20 bendrų aminorūgščių liekanų kaitą polipeptiduose, pirmą kartą iškėlė G. Gamow 1954 m.

Remdamiesi eksperimentu, kurio metu tyrė nukleotidų poros intarpų ir ištrynimų sąveikas viename iš T4 bakteriofago genų, F. Crickas ir kiti mokslininkai 1961 metais nustatė bendrąsias genetinio kodo savybes: tripletiškumą, t.y. kiekviena aminorūgšties liekana polipeptidinėje grandinėje atitinka trijų bazių rinkinį (tripletą arba kodoną) geno DNR; geno kodonai skaitomi iš fiksuoto taško, viena kryptimi ir „be kablelių“, tai yra, kodonai vienas nuo kito nėra atskirti jokiais ženklais; degeneracija, arba perteklius – tą pačią aminorūgšties liekaną gali užkoduoti keli kodonai (sinoniminiai kodonai). Autoriai manė, kad kodonai nesutampa (kiekviena bazė priklauso tik vienam kodonui). Tiesioginis trynukų kodavimo pajėgumo tyrimas buvo tęsiamas naudojant baltymų sintezės sistemą be ląstelių, kontroliuojamą sintetinės pasiuntinio RNR (mRNR). Iki 1965 metų genetinis kodas buvo visiškai iššifruotas S. Ochoa, M. Nirenberg ir H. G. Korana darbuose. Genetinio kodo paslapčių išaiškinimas buvo vienas iškiliausių XX amžiaus biologijos laimėjimų.

Genetinio kodo įgyvendinimas ląstelėje vyksta dviejų matricos procesų – transkripcijos ir vertimo – metu. Tarpininkas tarp geno ir baltymo yra mRNR, kuri susidaro transkripcijos metu vienoje iš DNR grandinių. Šiuo atveju DNR bazių seka, kurioje yra informacija apie pirminę baltymo struktūrą, „perrašoma“ į mRNR bazių seką. Tada ribosomų transliacijos metu mRNR nukleotidų seka nuskaitoma pernešimo RNR (tRNR). Pastarieji turi akceptoriaus galą, prie kurio prijungta aminorūgšties liekana, ir adapterio galą arba antikodono tripletą, atpažįstantį atitinkamą mRNR kodoną. Kodono ir antikodono sąveika vyksta komplementarių bazių poravimosi pagrindu: Adeninas (A) – Uracilas (U), Guaninas (G) – Citozinas (C); šiuo atveju iRNR bazinė seka paverčiama susintetinto baltymo aminorūgščių seka. Skirtingi organizmai tai pačiai aminorūgščiai naudoja skirtingus sinoniminius kodonus, kurių dažnis skiriasi. Polipeptidinę grandinę koduojančios mRNR nuskaitymas prasideda (inicijuojasi) nuo AUG kodono, atitinkančio aminorūgštį metioniną. Rečiau prokariotuose iniciacijos kodonai yra GUG (valinas), UUG (leucinas), AUU (izoleucinas), o eukariotuose – UUG (leucinas), AUA (izoleucinas), ACG (treoninas), CUG (leucinas). Taip nustatomas vadinamasis skaitymo kadras arba fazė vertimo metu, tai yra, tada visa mRNR nukleotidų seka skaitoma tRNR tripletas po tripleto, kol atsiranda bet kuris iš trijų terminatoriaus kodonų, dažnai vadinamų stop kodonais. mRNR: UAA, UAG, UGA (lentelė). Šių tripletų skaitymas baigia polipeptidinės grandinės sintezę.

AUG ir stop kodonai atsiranda atitinkamai polipeptidus koduojančių mRNR sričių pradžioje ir pabaigoje.

Genetinis kodas yra beveik universalus. Tai reiškia, kad kai kurių kodonų reikšmė tarp objektų šiek tiek skiriasi, ir tai visų pirma taikoma terminatoriaus kodonams, kurie gali būti reikšmingi; pavyzdžiui, kai kurių eukariotų ir mikoplazmų mitochondrijose UGA koduoja triptofaną. Be to, kai kuriose bakterijų ir eukariotų mRNR UGA koduoja neįprastą aminorūgštį – selenocisteiną, o UAG – vienoje iš archebakterijų – piroliziną.

Yra požiūris, pagal kurį genetinis kodas atsirado atsitiktinai („užšaldytos atsitiktinumo“ hipotezė). Labiau tikėtina, kad jis išsivystė. Šią prielaidą patvirtina paprastesnė ir, matyt, senesnė kodo versija, kuri mitochondrijose skaitoma pagal taisyklę „du iš trijų“, kai aminorūgštį lemia tik dvi iš trijų bazių. trynukėje.

Lit.: Crick F. N. a. O. Bendras baltymų genetinio kodo pobūdis // Gamta. 1961. T. 192; Genetinis kodas. N.Y., 1966 m.; Ichas M. Biologinis kodas. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. Kaip skaitomas genetinis kodas: taisyklės ir išimtys // Šiuolaikinis gamtos mokslas. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. Genetinis kodas kaip sistema // Soroso edukacinis žurnalas. 2000. T. 6. Nr. 3.

S. G. Inge-Vechtomovas.

Genetinis kodas paprastai suprantamas kaip ženklų sistema, rodanti nuoseklų nukleotidų junginių išsidėstymą DNR ir RNR, atitinkančią kitą ženklų sistemą, rodančią aminorūgščių junginių seką baltymo molekulėje.

Svarbu!

Kai mokslininkams pavyko ištirti genetinio kodo savybes, universalumas buvo pripažintas vienu iš pagrindinių. Taip, kad ir kaip keistai tai skambėtų, viską vienija vienas, universalus, bendras genetinis kodas. Jis susiformavo per ilgą laiką, o procesas baigėsi maždaug prieš 3,5 mlrd. Vadinasi, kodo struktūroje galima atsekti jo raidos pėdsakus nuo jo atsiradimo iki šių dienų.

Kai kalbame apie elementų išdėstymo seką genetiniame kode, turime omenyje, kad ji toli gražu nėra chaotiška, bet turi griežtai apibrėžtą tvarką. Ir tai taip pat daugiausia lemia genetinio kodo savybes. Tai prilygsta raidžių ir skiemenų išdėstymui žodžiuose. Sulaužę įprastą tvarką, didžioji dalis to, ką skaitome knygų ar laikraščių puslapiuose, pavirs juokinga sloga.

Pagrindinės genetinio kodo savybės

Paprastai kode yra tam tikra informacija, užšifruota specialiu būdu. Norėdami iššifruoti kodą, turite žinoti skiriamuosius bruožus.

Taigi, pagrindinės genetinio kodo savybės yra šios:

• trigubas;
• degeneracija arba perteklius;
• vienareikšmiškumas;
• tęstinumas;
• jau minėtas universalumas.

Pažvelkime į kiekvieną nuosavybę atidžiau.

1. Trigubas

Tai yra tada, kai trys nukleotidų junginiai sudaro nuoseklią grandinę molekulėje (ty DNR arba RNR). Dėl to susidaro tripletas junginys arba koduoja vieną iš aminorūgščių, jos vietą peptidinėje grandinėje.

Kodonai (jie irgi kodiniai žodžiai!) išsiskiria jungčių seka ir tų azoto junginių (nukleotidų), kurie yra jų dalis, tipu.

Genetikoje įprasta išskirti 64 kodonų tipus. Jie gali sudaryti keturių tipų nukleotidų derinius, po 3 kiekviename. Tai prilygsta skaičiaus 4 pakėlimui į trečią laipsnį. Taigi galimas 64 nukleotidų derinių susidarymas.

2. Genetinio kodo perteklius

Ši savybė pastebima, kai vienai aminorūgščiai užšifruoti reikalingi keli kodonai, dažniausiai 2-6. Ir tik triptofanas gali būti užkoduotas naudojant vieną tripletą.

3. Vienareikšmiškumas

Jis įtrauktas į genetinio kodo savybes kaip sveiko genetinio paveldėjimo rodiklis. Pavyzdžiui, šeštoje grandinės vietoje esantis GAA tripletas gali pasakyti gydytojams apie gerą kraujo būklę, apie normalų hemoglobino kiekį. Tai jis neša informaciją apie hemoglobiną, o ji irgi jo užkoduota.O jei žmogus serga mažakraujyste, vienas iš nukleotidų pakeičiamas kita kodo raide - U, kuri yra ligos signalas.

4. Tęstinumas

Įrašant šią genetinio kodo savybę, reikia atsiminti, kad kodonai, kaip grandinės grandys, nukleorūgščių grandinėje vienas po kito yra išsidėstę ne per atstumą, o tiesioginėje arti, ir ši grandinė nenutrūksta. jis neturi nei pradžios, nei pabaigos.

5. Universalumas

Niekada neturėtume pamiršti, kad viską Žemėje vienija bendras genetinis kodas. Ir todėl primatuose ir žmonėse, vabzdžiuose ir paukščiuose, šimtamečiame baobabo medyje ir vos iš žemės išlindusiame žolės ašmenyje panašūs trynukai yra užkoduoti panašių aminorūgščių.

Būtent genuose yra pagrindinė informacija apie konkretaus organizmo savybes, tam tikra programa, kurią organizmas paveldi iš anksčiau gyvenusių ir kuri egzistuoja kaip genetinis kodas.