Можем ли мы раскрыть генетический код?

Что такое генетический код: общие сведения

В любой клетке и организме все особенности анатомического, морфологического и функционального характера определяются структурой белков, которые входят в них. Наследственным свойством организма является способность к синтезу определенных белков.

В молекуле ДНК аминокислоты расположены в полипептидной цепочке, от которой зависят биологические признаки.Для каждой клетки характерна своя последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК. Это и есть генетический код ДНК. Посредством его записывается информация о синтезе тех или иных белков.

О том, что такое генетический код, о его свойствах и генетической информации рассказывается в этой статье.

Немного истории

Идея о том, что, возможно, генетический код существует, была сформулирована Дж.Гамовым и А.Дауном в середине двадцатого столетия. Они описали, что последовательность нуклеотидов, отвечающая за синтез определенной аминокислоты, содержит по меньшей мере три звена.

Позже доказали точное количество из трех нуклеотидов (это единица генетического кода), которое назвали триплет или кодон.

Всего нуклеотидов насчитывается шестьдесят четыре, потому что молекулы кислот, где происходит синтез белка или РНК, состоит из остатков четырех различных нуклеотидов.

Что такое генетический код

Способ кодирования последовательности белков аминокислот благодаря последовательности нуклеотидов характерен для всех живых клеток и организмов. Вот что такое генетический код. В ДНК есть четыре нуклеотида:

• аденин — А;
• гуанин — Г;
• цитозин — Ц;
• тимин — Т.

Они обозначаются заглавными буквами латинскими или (в русскоязычной литературе) русскими. В РНК также присутствуют четыре нуклеотида, однако один из них отличается от ДНК:

• аденин — А;
• гуанин — Г;
• цитозин — Ц;
• урацил — У.

Все нуклеотиды выстраиваются в цепочки, причем в ДНК получается двойная спираль, а в РНК — одинарная.Белки строятся на двадцати аминокислотах, где они, расположенные в определенной последовательности, определяют его биологические свойства.

Генетическая информация

Под этим понятием подразумевается программа свойств, которая передается от предков. Она заложена в наследственности как генетический код.Реализуется при синтезе белка генетический код РНК (рибонуклеиновыми кислотами):

• информационной и-РНК;
• транспортной т-РНК;
• рибосомальной р-РНК.

Информация передается прямой связью (ДНК-РНК-белок) и обратной (среда-белок-ДНК).Организмы могут получать, сохранять, передавать ее и использовать при этом наиболее эффективно.

Передаваясь по наследству, информация определяет развитие того или иного организма. Но из-за взаимодействия с окружающей средой реакция последнего искажается, благодаря чему и происходит эволюция и развитие.

Таким образом в организм закладывается новая информация.

Вычисление закономерностей молекулярной биологии и открытие генетического кода проиллюстрировали то, что необходимо соединить генетику с теорией Дарвина, на основе чего появилась синтетическая теория эволюции — неклассическая биология.

Наследственность, изменчивость и естественный отбор Дарвина дополняются генетически определяемым отбором.

Эволюция реализуется на генетическом уровне путем случайных мутаций и наследованием самых ценных признаков, которые наиболее адаптированы к окружающей среде.

Расшифровка кода у человека

В девяностых годах был начат проект Human Genome, в результате чего в двухтысячных были открыты фрагменты генома, содержащие 99,99% генов человека. Неизвестными остались фрагменты, которые не участвуют в синтезе белков и не кодируются. Их роль пока остается неизвестной.

Последняя открытая в 2006 году хромосома 1 является самой длинной в геноме. Более трехсот пятидесяти заболеваний, в том числе рак, появляются в результате нарушений и мутаций в ней.

Роль подобных исследований трудно переоценить. Когда открыли, что такое генетический код, стало известно, по каким закономерностям происходит развитие, как формируется морфологическое строение, психика, предрасположенность к тем или иным заболеваниям, обмен веществ и пороки индивидов.

викторина

1. Основными правилами спаривания ДНК и РНК являются:

• A – T / U (урацил используется вместо тимина в РНК.)
• C – G
• G – C
• T / U – A

Учитывая это, что из следующего будет анти-кодонной последовательностью для кодона мРНК, читающего «UUGCUGCAG?»A. AAGGACGUCB. AACGAGGUCC. AACGACGUCD. AACGACGUG

Ответ на вопрос № 1

С верно. Он содержит правильный комплимент всех букв в трех предоставленных кодонах мРНК.

2. Что из нижеперечисленного НЕ могло произойти в результате делеции одного нуклеотида?A. Ошибочная ошибка.B. Глупая ошибка.C. Мутация сдвига кадров.D. Ни один из вышеперечисленных.

Ответ на вопрос № 2

верно. Удаление одного нуклеотида приведет к мутации сдвига рамки, поскольку каждая аминокислота кодируется тремя основаниями. Рибосома будет продолжать считывать нуклеотиды в наборах по три – и поскольку один нуклеотид отсутствует, каждый набор из трех после этой делеции будет неправильным.

3. Для какой последовательности аминокислот кодируется последовательность мРНК UUGCUGCAG?A. Лейцин-изолейцин-глютаминB. Лейцин-лейцин-глютаминC. Лейцин-лейцин-АргининD. Изолейцин-изолейцин-глютамин

Ответ на вопрос № 3

В верно. Если вы обратитесь к таблице генетического кода в верхней части этой статьи, вы увидите, что это правильный перевод этой нуклеотидной последовательности.

Что такое генетический код?

На каком «языке» в ДНК зашифровано строение белков? Белки живых существ сложены из 20–22 «кирпичиков» – аминокислот. Повторяясь и комбинируясь, они и образуют миллиарды вариантов. Значит, в ДНК должны быть некие «значки», которые будут соответствовать каждой из этих аминокислот. Такие «значки» есть. Это особые вещества – азотистые основания. В молекулу ДНК входит четыре их вида: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Комбинации этих «букв» и образуют генетический код – систему записи в ДНК информации о порядке аминокислот в молекуле белка.

У генетического кода несколько важных свойств:

– «трёхбуквенность»;

– непрерывность;

– неперекрываемость;

– однозначность;

– универсальность.

Почему код «трёхбуквенный»? Потому что если брать только две «буквы», то из них можно составить лишь 16 «слов» (АТ, ТА, ГА, АГ и т.д.). А аминокислот-то 20! Из троек же можно построить 64 сочетания.

Каждой аминокислоте соответствует своя тройка. Например, ААЦ – аминокислоте лейцину, ЦАТ – валину, АТА – тирозину. Вдоль нити ДНК выстроена запись из коротких «слов». Например: ААЦЦАТАТААТАААЦ. Эта «абракадабра» значит, что в каком-то белке аминокислоты должны стоять так: лейцин–валин–тирозин–тирозин–лейцин. Есть ещё и тройки «букв», которые показывают, с какого места начать и где закончить «чтение».

«Слова» записаны непрерывно, без пробелов. Это позволяет втиснуть больше информации, не увеличивая размер гена. Да и считывать сплошную строку не так трудно. Вам ведь понятна надпись: ДЫМШЁЛТРИДНЯ? (Кстати, ещё лет четыреста назад на Руси так и писали – не разделяя слов).

Универсальность кода означает, что он един для всех существ Земли. У ромашки, тигра, человека и вируса гриппа тройка ААЦ означает лейцин, ЦАТ – валин и т. д. Исключения единичны. Это даёт зелёный свет генетической инженерии: гены одних организмов вполне могут работать, попав в другие. Кстати, о зелёном свете. У одной из медуз есть белок, который излучает его во мраке океанских глубин. Южнокорейские биологи пересадили ген этого белка… кошкам. На новом месте он прижился, передался котятам по наследству, а главное – заработал! Интересно, труднее ли стало светящимся кошкам ловить мышей?

История

Генетический код

Попытки понять, как кодируются белки, начались после того , как в 1953 году была открыта структура ДНК . Джордж Гамов постулировал, что для кодирования 20 стандартных аминокислот, используемых живыми клетками для создания белков, необходимо использовать наборы из трех оснований, что позволило бы получить максимум 4 3 = 64 аминокислоты.

Кодоны

Крика, Бреннер, Барнетта и Уоттс-Тобин эксперимент впервые продемонстрировали , что кодоны состоят из трех оснований ДНК. Маршалл Ниренберг и Генрих Дж. Маттай были первыми, кто раскрыл природу кодона в 1961 году.

Они использовали бесклеточной системы для перевода с поли урацил РНК — последовательности (т.е. UUUUU …) и обнаружил , что полипептид , который они синтезировали состоял только из аминокислоты фенилаланина . Таким образом, они пришли к выводу, что кодон UUU определяет аминокислоту фенилаланин.

За этим последовало экспериментов в Северо Очоа лаборатории о том , что показано , что поли — аденин — последовательность РНК (ААААА …) кодируется для полипептида поли- лизина и что поли цитозин последовательности РНК (ККККК …) кодируется для полипептид поли- пролина . Следовательно, кодон AAA определяет аминокислоту лизин , а кодон CCC определяет аминокислоту пролин . Затем с использованием различных сополимеров было определено большинство оставшихся кодонов.

Последующая работа Хар Гобинд Хорана определила остальную часть генетического кода. Вскоре после этого Роберт У. Холли определил структуру транспортной РНК (тРНК), адапторной молекулы, которая облегчает процесс трансляции РНК в белок. Эта работа была основана на более ранних исследованиях Очоа, которые принесли последнему Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1959 году за работу по энзимологии синтеза РНК.

Продолжая эту работу, Ниренберг и Филип Ледер раскрыли триплетную природу кода и расшифровали его кодоны. В этих экспериментах различные комбинации мРНК пропускались через фильтр, содержащий рибосомы , компоненты клеток, которые переводят РНК в белок. Уникальные триплеты способствовали связыванию специфических тРНК с рибосомой. Ледер и Ниренберг в своих экспериментах смогли определить последовательности 54 из 64 кодонов. Хорана, Холли и Ниренберг получили Нобелевскую премию 1968 года за свою работу.

Три стоп-кодона были названы первооткрывателями Ричардом Эпштейном и Чарльзом Стейнбергом. «Янтарь» был назван в честь их друга Харриса Бернстайна, фамилия которого в переводе с немецкого означает «янтарь». Два других стоп-кодона были названы «охра» и «опал», чтобы сохранить тему «названий цветов».

Расширенные генетические коды (синтетическая биология)

В широкой академической аудитории широко принята концепция эволюции генетического кода от исходного и неоднозначного генетического кода к четко определенному («замороженному») коду с репертуаром из 20 (+2) канонических аминокислот. Однако есть разные мнения, концепции, подходы и идеи, что лучше всего изменить экспериментальным путем. Предлагаются даже модели, которые предсказывают «точки входа» для инвазии синтетических аминокислот в генетический код.

С 2001 года 40 неприродных аминокислот были добавлены в белок путем создания уникального кодона (перекодирования) и соответствующей пары трансфер-РНК: аминоацил-тРНК-синтетаза, чтобы кодировать его с различными физико-химическими и биологическими свойствами для использования в качестве инструмент для изучения структуры и функции белков или для создания новых или улучшенных белков.

Х. Мураками и М. Сисидо расширили некоторые кодоны до четырех и пяти оснований. Стивен А. Беннер сконструировал функциональный 65-й ( in vivo ) кодон.

В 2015 году Н. Будиса , Д. Сёлль и соавторы сообщили о полной замене всех 20 899 остатков триптофана (кодонов UGG) на неестественный тиенопирролаланин в генетическом коде бактерии Escherichia coli .

В 2016 году был создан первый стабильный полусинтетический организм. Это была (одноклеточная) бактерия с двумя синтетическими основаниями (называемыми X и Y). Основания пережили деление клеток.

В 2017 году исследователи из Южной Кореи сообщили, что они создали мышь с расширенным генетическим кодом, которая может производить белки с неестественными аминокислотами.

В мае 2019 года исследователи, предприняв знаковые усилия, сообщили о создании новой (возможно, ) формы жизнеспособной жизни , варианта бактерии Escherichia coli , путем сокращения естественного числа 64 кодонов в бактериальном геноме до 59 кодонов. вместо этого, чтобы кодировать 20 аминокислот .

Основная суть методики гемокода

Отправная идея «гемокодчиков» не нова. Еще древние утверждали, что «мы — это то, что мы едим», то есть, все твои болячки, лишний вес, нездоровый вид, преждевременное старение идут от неправильного питания. Причем, даже если какие-то продукты полезны для твоего соседа, для тебя они могут оказаться только что не ядом. Как с этим разобраться? Конечно же, с помощью гемокод-диагностики!

Непереносимость того или иного продукта — это борьба клеток нашей крови (лейкоцитов-нейтрофилов) с его частицами, которые вы проглотили во время ланча. Чтобы узнать с какими именно продуктами будет воевать ваш организм, вы должны пойти и просто сдать примерно 20 мл крови на гемокод-тест, заплатив, разумеется, деньги.

Спустя неделю, вы получите на руки два списка продуктов, один красненький, а другой зелененький. Чем выше находится продукт питания в красном списке, тем он для вас вреднее. Соответственно первые места в зеленом списке занимает не просто полезная пища, а пища, полезная индивидуально для вас.

Тест основан на том, что кровь соединяется с экстрактом каждого продукта

К алкоголю и пище из красного списка вам категорически запрещено притрагиваться в течение шести недель, зато «зеленую» еду загружайте в себя сколько хотите. За это время организм:

• воспрянет
• самоотрегулируется
• самоочистится

и большинство ваших проблем с весом, недомоганиями и проч. будут решены.

Если не почувствуете ухудшения самочувствия, переходите к следующему по списку и так до первой строчки. Правда, тут тоже не все просто. Продукты придется чередовать. То есть, поужинав в субботу свиной отбивной, в следующий раз ее можно будет себе позволить только в четверг, а съеденный во вторник соленый огурец снова попадет к вам на стол не раньше выходных.

Альтернативные кодоны в других таблицах перевода

Когда-то считалось, что генетический код универсален: кодон будет кодировать одну и ту же аминокислоту независимо от организма или источника. Однако сейчас все согласны с тем, что генетический код развивается, что приводит к расхождениям в том, как кодон транслируется в зависимости от генетического источника. Например, в 1981 году было обнаружено, что использование кодонов AUA, UGA, AGA и AGG системой кодирования в митохондриях млекопитающих отличается от универсального кода. Стоп-кодоны также могут быть затронуты: у реснитчатых простейших универсальные стоп-кодоны UAA и UAG кодируют глутамин. В следующей таблице показаны эти альтернативные кодоны.

Аминокислотные биохимические свойства

Неполярный

Полярный

Базовый

Кислый ↓

Прекращение: стоп-кодон *

Сравнение трансляций кодонов с альтернативными и стандартными генетическими кодами

Код	Таблица перевода	Кодон ДНК задействован	РНК-кодон вовлечен	Перевод с этим кодом	Стандартный перевод	Заметки
	1					Включает таблицу перевода 8 ( хлоропласты растений ).
Митохондрии позвоночных	2	AGA	AGA	Стоп *	Арг (R)
AGG	AGG	Стоп *	Арг (R)
ATA	AUA	Встреча (M)	Иль (I)
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Митохондриальные дрожжи	3	ATA	AUA	Встреча (M)	Иль (I)
CTT	CUU	Thr (T)	Лей (L)
CTC	CUC	Thr (T)	Лей (L)
CTA	CUA	Thr (T)	Лей (L)
CTG	CUG	Thr (T)	Лей (L)
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
CGA	CGA	отсутствующий	Арг (R)
CGC	CGC	отсутствующий	Арг (R)
Плесень, простейшие и кишечнополостные митохондрии + микоплазма / спироплазма	4	TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *	Включает таблицу трансляции 7 ( кинетопласты ).
Митохондриальные беспозвоночные	5	AGA	AGA	Сер (S)	Арг (R)
AGG	AGG	Сер (S)	Арг (R)
ATA	AUA	Встреча (M)	Иль (I)
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Инфузорное, дазикладовое и гексамитовое ядерное	6	TAA	UAA	Gln (Q)	Стоп *
ТЕГ	UAG	Gln (Q)	Стоп *
Митохондрии иглокожих и плоских червей	9	AAA	AAA	Asn (N)	Лис (К)
AGA	AGA	Сер (S)	Арг (R)
AGG	AGG	Сер (S)	Арг (R)
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Эуплотид ядерный	10	TGA	UGA	Цис (С)	Стоп *
Бактериальные, архейные и растительные пластиды	11					См. .
Альтернативные дрожжевые ядерные	12	CTG	CUG	Сер (S)	Лей (L)
Асцидий митохондриальный	13	AGA	AGA	Гли (G)	Арг (R)
AGG	AGG	Гли (G)	Арг (R)
ATA	AUA	Встреча (M)	Иль (I)
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Альтернативный митохондриальный плоский червь	14	AAA	AAA	Asn (N)	Лис (К)
AGA	AGA	Сер (S)	Арг (R)
AGG	AGG	Сер (S)	Арг (R)
TAA	UAA	Тюр (Y)	Стоп *
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Ядерная блефария	15	ТЕГ	UAG	Gln (Q)	Стоп *	По состоянию на 18 ноября 2016 г .: отсутствует в обновлении NCBI. Аналогично .
Митохондрии Chlorophycean	16	ТЕГ	UAG	Лей (L)	Стоп *
Митохондриальные трематоды	21 год	TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
ATA	AUA	Встреча (M)	Иль (I)
AGA	AGA	Сер (S)	Арг (R)
AGG	AGG	Сер (S)	Арг (R)
AAA	AAA	Asn (N)	Лис (К)
Scenedesmus obliquus митохондриальный	22	TCA	УЦА	Стоп *	Сер (S)
ТЕГ	UAG	Лей (L)	Стоп *
Митохондриальный Thraustochytrium	23	TTA	UUA	Стоп *	Лей (L)	Аналогично .
Птеробранхии митохондриальные	24	AGA	AGA	Сер (S)	Арг (R)
AGG	AGG	Лис (К)	Арг (R)
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Кандидат в разделение SR1 и Gracilibacteria	25	TGA	UGA	Гли (G)	Стоп *
Пахисолен tannophilus ядерный	26 год	CTG	CUG	Ала (А)	Лей (L)
Кариореликт ядерный	27	TAA	UAA	Gln (Q)	Стоп *
ТЕГ	UAG	Gln (Q)	Стоп *
TG	UGA	Стоп *	или же	Trp (Вт)	Стоп *
Кондилостома ядерная	28 год	TAA	UAA	Стоп *	или же	Gln (Q)	Стоп *
ТЕГ	UAG	Стоп *	или же	Gln (Q)	Стоп *
TGA	UGA	Стоп *	или же	Trp (Вт)	Стоп *
Мезодиниум ядерный	29	TAA	UAA	Тюр (Y)	Стоп *
ТЕГ	UAG	Тюр (Y)	Стоп *
Перитрих ядерный	30	TA	UAA	Glu (E) ↓	Стоп *
ТЕГ	UAG	Glu (E) ↓	Стоп *
Бластокритидия ядерная	31 год	TAA	UAA	Стоп *	или же	Glu (E) ↓	Стоп *
ТЕГ	UAG	Стоп *	или же	Glu (E) ↓	Стоп *
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *
Митохондриальный код Cephalodiscidae	33	AGA	AGA	Сер (S)	Арг (R)	Аналогично .
AGG	AGG	Лис (К)	Арг (R)
TAA	UAA	Тюр (Y)	Стоп *
TGA	UGA	Trp (Вт)	Стоп *

Альтернативные генетические коды

Нестандартные аминокислоты

В некоторых белках нестандартные аминокислоты заменяются стандартными стоп-кодонами в зависимости от ассоциированных сигнальных последовательностей в матричной РНК. Например, UGA может кодировать селеноцистеин, а UAG может кодировать пирролизин . Селеноцистеин стал считаться 21-й аминокислотой, а пирролизин — 22-й. В отличие от селеноцистеина, UAG, кодируемый пирролизином, транслируется с участием специальной аминоацил-тРНК синтетазы . И селеноцистеин, и пирролизин могут присутствовать в одном организме. Хотя генетический код обычно фиксируется в организме, ахеальный прокариот Acetohalobium arabaticum может расширять свой генетический код с 20 до 21 аминокислоты (за счет включения пирролизина) в различных условиях роста.

Вариации

Генетический код логотипа на Globobulimina pseudospinescens митохондриального генома. На логотипе слева направо показаны 64 кодона, предсказанные альтернативы показаны красным цветом (относительно стандартного генетического кода). Красная линия: стоп-кодоны. Высота каждой аминокислоты в стопке показывает, как часто она выравнивается с кодоном в гомологичных доменах белка. Высота стека указывает на поддержку прогноза.

Варианты стандартного кода были предсказаны в 1970-х годах. Первый был открыт в 1979 году исследователями митохондриальных генов человека . После этого было обнаружено множество небольших вариантов, включая различные альтернативные митохондриальные коды. Эти второстепенные варианты, например, включают трансляцию кодона UGA в виде триптофана у видов Mycoplasma и трансляцию CUG в виде серина, а не лейцина в дрожжах «клады CTG» (таких как Candida albicans ). Поскольку вирусы должны использовать тот же генетический код, что и их хозяева, модификации стандартного генетического кода могут мешать синтезу или функционированию вирусного белка. Однако вирусы, такие как тотивирусы , адаптировались к модификации генетического кода хозяина. У бактерий и архей обычными стартовыми кодонами являются GUG и UUG. В редких случаях некоторые белки могут использовать альтернативные стартовые кодоны. Удивительно, но вариации в интерпретации генетического кода существуют также в человеческих генах, кодируемых ядром: в 2016 году исследователи, изучающие трансляцию малатдегидрогеназы, обнаружили, что примерно в 4% мРНК, кодирующих этот фермент, стоп-кодон естественным образом используется для кодирования аминокислоты триптофан и аргинин. Этот тип перекодирования вызывается контекстом стоп-кодонов с высоким уровнем считывания и называется функциональным считыванием трансляций .

Несмотря на эти различия, все известные природные коды очень похожи. Механизм кодирования одинаков для всех организмов: трехосновные кодоны, тРНК , рибосомы, чтение в одном направлении и перевод отдельных кодонов в отдельные аминокислоты. Самые крайние вариации встречаются у некоторых инфузорий, где значение стоп-кодонов зависит от их положения в мРНК. Находясь близко к 3′-концу, они действуют как терминаторы, в то время как во внутренних положениях они либо кодируют аминокислоты, как у Condylostoma magnum, либо запускают рибосомный сдвиг рамки считывания, как у Euplotes .

Худеть без диет возможно?

Взгляд непроизвольно задерживается на всяких рекламах о моментальном похудании, об очищении организма от шлаков, о чудодейственных тренажерах, но… Ты же сам читал, что почти 80% биодобавок, ввозимых в Россию, — это контрабанда и контрафакт. Садиться на жесткую диету, пить лимонный сок с оливковым маслом и лежать сначала с грелкой, а потом часами сидеть в клозете, тебе вообще никогда в голову не приходило.

Про очистительные клизмы лучше просто умолчать — это, знаете, на любителя. Может, все-таки купить крутой тренажер, записаться в зал, заняться:

• теннисом
• плаванием
• бегом
• фитнесом.

Да, но где на это взять время, да и давление что-то скачет… В общем, лучше зеркало развернуть к стене и купить костюмчик посвободней, а тому кто «докопается» до твоей внешности можно и в репу дать.

Оказывается, знающие люди, среди которых известные:

• топ-модели
• артисты
• режиссеры
• адвокаты
• бизнесмены

давно не потеют в спортзалах и фитнес-центрах, не сидят на голодном пайке, не глотают пилюли для сжигания жира, едят сладости и мясо, и… худеют, обретая красоту, энергию и наливаясь здоровьем. Скажете, нет такого способа? Есть — утверждает суперсовременная методика под «кодовым» названием гемокод.

Неперекрываемость

Код может быть перекрывающимся и не перекрывающимся. У большинства организмов код не перекрывающийся. Перекрывающийся код найден у некоторых фагов.

Сущность не перекрывающего кода заключается в том, что нуклеотид одного кодона не может быть одновременно нуклеотидом другого кодона. Если бы код был перекрывающим, то последовательность из семи нуклеотидов (ГЦУГЦУГ) могла кодировать не две аминокислоты (аланин-аланин) как в случае с не перекрывающимся кодом, а три (если общим является один нуклеотид) или пять (если общими являются два нуклеотида). В последних двух случаях мутация любого нуклеотида привела бы к нарушению в последовательности двух, трёх и т.д. аминокислот.

Однако установлено, что мутация одного нуклеотида всегда нарушает включение в полипептид одной аминокислоты. Это существенный довод в пользу того, что код является не перекрывающимся. Неперекрываемость генетического кода связана с ещё одним свойством ― считывание информации начинается с определённой точки ― сигнала инициации. Таким сигналом инициации в иРНК является кодон, кодирующий метионин АУГ. Следует отметить, что у человека всё-таки имеется небольшое число генов, которые отступают от общего правила и перекрываются.

Приведёт ли это всё к «редактированию» будущих детей?

Огромные усилия в медицине направлены на то, чтобы исправить дефектные гены у детей и взрослых. Но некоторые исследования показали, что есть возможность редактировать гены у эмбрионов. В 2017 году учёные, созванные Национальной Академией Наук и Национальной Академией Медицины США, сдержанно поддержали редактирование генома у человеческих эмбрионов для предотвращения самых серьёзных заболеваний, но только один такой опыт оказался безопасным.

Любые изменения на эмбриональной стадии повлияют на все клетки человека и будут переданы его детям, поэтому очень важно избегать вредоносных ошибок и побочных эффектов. Проектирование человеческих эмбрионов также поднимает вопрос непростой перспективы «дизайна» детей, когда эмбрионы редактируются больше по социальным, чем по медицинским причинам; например, чтобы сделать человека выше или умнее

Однако такие черты могут контролироваться тысячами генов, большинство из которых ещё неизвестны. Поэтому на данный момент перспектива редактирования генома будущего потомства весьма отдалённая.

Триплетность

Генетический код, как и многое сложно организованные система имеет наименьшую структурную и наименьшую функциональную единицу. Триплет ― наименьшая структурная единица генетического кода. Состоит она из трёх нуклеотидов. Кодон ― наименьшая функциональная единица генетического кода. Как правило, кодонами называют триплеты иРНК. В генетическом коде кодон выполняет несколько функций. Во-первых, главная его функция заключается в том, что он кодирует одну аминокислоту. Во-вторых, кодон может не кодировать аминокислоту, но, в этом случае, он выполняет другую функцию (см. далее). Как видно из определения, триплет ― это понятие, которое характеризует элементарную структурную единицу генетического кода (три нуклеотидов). Кодон ― характеризует элементарную смысловую единицу генома ― три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепочки одной аминокислоты.

Элементарную структурную единицу вначале расшифровали теоретически, а затем её существование подтвердили экспериментально. И действительно, 20 аминокислот невозможно закодировать одним или двумя нуклеотидом т.к. последних всего 4. Три нуклеотида из четырёх дают 43 = 64 варианта, что с избытком перекрывает число имеющихся у живых организмах аминокислот (см.табл. 1).

Представленные в таблице 64 сочетания нуклеотидов имеют две особенности. Во-первых, из 64 вариантов триплетов только 61 являются кодонами и кодируют какую-либо аминокислоту, их называют смысловые кодоны. Три триплета не кодируют.

Таблица 1.

Как пользоваться этой таблицей, смотрите в этом видео:

Стоп-кодоны

Кодоны информационной РНК и соответствующие им аминокислоты являются стоп-сигналами, обозначающие конец трансляции. Таких триплетов три ― УАА, УАГ, УГА, их ещё называют «бессмысленные» (нонсенс кодоны). В результате мутации, которая связана с заменой в триплете одного нуклеотида на другой, из смыслового кодона может возникнуть бессмысленный кодон. Такой тип мутации называют нонсенс-мутация. Если такой стоп-сигнал сформировался внутри гена (в его информационной части), то при синтезе белка в этом месте процесс будет постоянно прерываться ― синтезироваться будет только первая (до стоп-сигнала) часть белка. У человека с такой патологией будет ощущаться нехватка белка и возникнут симптомы, связанные с этой нехваткой. Например, такого рода мутация выявлена в гене, кодирующем бета-цепь гемоглобина. Синтезируется укороченная неактивная цепь гемоглобина, которая быстро разрушается. В результате формируется молекула гемоглобина, лишённая бета-цепи. Понятно, что такая молекула вряд ли будет полноценно выполнять свои обязанности. Возникает тяжёлое заболевания, развивающееся по типу гемолитической анемии (бета-ноль талассемия, от греческого слова «Таласа» ― Средиземное море, где эта болезнь впервые обнаружена).

Механизм действия стоп-кодонов отличается от механизма действия смысловых кодонов. Это следует из того, что для всех кодоны, кодирующие аминокислоты, найдены соответствующие тРНК. Для нонсенс-кодонов тРНК не найдены. Следовательно, в процессе остановки синтеза белка тРНК не принимает участие.

Кодон АУГ (у бактерий иногда ГУГ) не только кодируют аминокислоту метионин и валин, но и является инициатором трансляции.

Неканонические значения кодонов

По крайней мере у 16 типов организмов генетический код отличается от канонического. Например многие виды зелёных водорослей Acetabularia транслируют стандартные стоп-кодоны UAG и UAA в аминокислоту глицин, а гриб Candida интерпретирует РНК-кодон CUG не как лейцин, а как серин. А у митохондрий пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) четыре из шести кодонов, обычно транслирующихся в лейцин, кодируют треонин.
Существование таких вариаций свидетельствует о возможной эволюции генетического кода.

Представители всех трёх доменов живых организмов иногда прочитывают стандартный стоп-кодон UGA как 21-ю аминокислоту селеноцистеин, не относящуюся к 20 стандартным. Селеноцистеин образуется при химической модификации серина на стадии, когда последний ещё не отсоединился от тРНК в составе рибосомы.

Аналогично у представителей двух доменов (архебактерий и бактерий) стоп-кодон UAG прочитывается как 22-я аминокислота пирролизин.

«Гены. Генетический код»

Раздел ЕГЭ: 2.6. Генетическая информация в клетке. Гены, генетический код и его свойства. Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот

На Земле живет уже более 6 млрд людей. Если не считать 25-30 млн пар однояйцевых близнецов, то генетически все люди разные. Это означает, что каждый из них уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом и многими другими качествами. Чем же определяются такие различия между людьми? Конечно различиями в их генотипах, т.е. наборах генов данного организма. У каждого человека он уникален, так же как уникален генотип отдельного животного или растения. Но генетические признаки данного человека воплощаются в белках, синтезированных в его организме. Следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека. Вот почему возникает проблема пересадки органов, вот почему возникают аллергические реакции на продукты, укусы насекомых, пыльцу растений и т.д. Сказанное не означает, что у людей не встречается совершенно одинаковых белков. Белки, выполняющие одни и те же функции, могут быть одинаковыми или совсем незначительно отличаться одной-двумя аминокислотами друг от друга. Но не существует на Земле людей (за исключением однояйцевых близнецов), у которых все белки были бы одинаковы.

Информация о первичной структуре белка закодирована в виде последовательности нуклеотидов в участке молекулы ДНК — гене. Ген — это единица наследственной информации организма. Каждая молекула ДНК содержит множество генов. Совокупность всех генов организма составляет его генотип.

Кодирование наследственной информации происходит с помощью генетического кода. Код подобен всем известной азбуке Морзе, которая точками и тире кодирует информацию. Азбука Морзе универсальна для всех радистов, и различия состоят только в переводе сигналов на разные языки. Генетический код также универсален для всех организмов и отличается лишь чередованием нуклеотидов, образующих гены и кодирующих белки конкретных организмов.

Свойства генетического кода: триплетность, специфичность, универсальность, избыточность и неперекрываемость.

Итак, что же собой представляет генетический код? Изначально он состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности. Например, ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д. Каждый триплет нуклеотидов кодирует определенную аминокислоту, которая будет встроена в полипептидную цепь. Так, например, триплет ЦГТ кодирует аминокислоту аланин, а триплет ААГ — аминокислоту фенилаланин. Аминокислот 20, а возможностей для комбинаций четырех нуклеотидов в группы по три — 64. Следовательно, четырех нуклеотидов вполне достаточно, чтобы кодировать 20 аминокислот. Вот почему одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами. Часть триплетов вовсе не кодирует аминокислоты, а запускает или останавливает биосинтез белка.

Собственно генетическим кодом считается последовательность нуклеотидов в молекуле иРНК, ибо она снимает информацию с ДНК (процесс транскрипции) и переводит ее в последовательность аминокислот в молекулах синтезируемых белков (процесс трансляции). В состав иРНК входят нуклеотиды АЦГУ. Триплеты нуклеотидов иРНК называются кодонами. Уже приведенные примеры триплетов ДНК на иРНК будут выглядеть следующим образом — триплет ЦГТ на иРНК станет триплетом ГЦА, а триплет ДНК — ААГ — станет триплетом УУЦ. Именно кодонами иРНК отражается генетический код в записи. Итак, генетический код триплетен, универсален для всех организмов на земле, вырожден (каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном). Между генами имеются знаки препинания — это триплеты, которые называются стоп-кодонами. Они сигнализируют об окончании синтеза одной полипептидной цепи. Существуют таблицы генетического кода, которыми нужно уметь пользоваться, для расшифровки кодонов иРНК и построения цепочек белковых молекул (в скобках — комплементарные ДНК).

• Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот.
• Вернуться в Кодификатор ЕГЭ.