§ 28. Хранение наследственной информации

Понятие о генетическом коде. Одним из важнейших процессов, происходящих в клетках живых организмов, является синтез белков. Белки выполняют в организме самые разнообразные функции, поэтому необходимо синтезировать тысячи различных белков. Учитывая, что большинство белков имеют ограниченный срок функционирования, их синтез не должен прекращаться ни на минуту.

Каждый вид живых организмов имеет свой собственный, строго определенный набор белков. Белки являются основой уникальности каждого вида. В то же время некоторые из них, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими и даже одинаковыми. Кроме того, особи одного вида хоть немного, но отличаются друг от друга. Индивидуальную неповторимость каждой особи также обеспечивают различия в структуре белков.

Свойства белков определяются прежде всего их первичной структурой, т. е. последовательностью аминокислот. Информацию о первичной структуре всех белков организма содержат молекулы ДНК- Следовательно, информация

о строении и жизнедеятельности как каждой отдельной клетки, так и всего многоклеточного организма заключена в последовательности нуклеотидов ДНК- Эта информация называется наследственной или генетической.

Участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного белка, получил название ген. Кроме того, генами называют участки ДНК, содержащие информацию о структуре молекул рР НК и тР Н К В молекуле ДНК каждое «сообщение» представляет собой специфическую последовательность, «записанную» с использованием четырех «знаков» — нуклеотидов А, Т, Г, Ц, подобно тому как письменные сообщения записываются буквами алфавита.

Система записи информации о первичной структуре белков в виде последовательности нуклеотидов получила название генетического кода.

Свойства генетического кода. Генетический код характеризуется следующими свойствами.

1. Код является триплетным, т. е. каждая аминокислота кодируется триплетом (кодоном) — сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов. К настоящему времени известно, какие триплеты информационной РНК (и, соответственно, ДНК) кодируют каждую из 20 белокобразующих аминокислот (табл. 3).

Таблица 3. Генетический код, указаны нуклеотиды иРНК

(первый нуклеотид триплета берут из левого вертикального ряда, второй — из горизонтального ряда, третий — из правого вертикального )

Обратите внимание, что некоторые триплеты иРНК (УАА, ЖГ, УГА) не кодируют аминокислоты. Это так называемые терминирующие кодоны (стоп-кодоны). Они служат сигналом окончания синтеза белка.

2.  Код не перекрывается — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов.

3.  Код однозначен — каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

4.  Нетрудно подсчитать, что число возможных комбинаций из четырех типов нуклеотидов по три составляет 4¹ = 64. Этого более чем достаточно для кодирования 20 аминокислот, входящих в состав белков. В связи с этим код является избыточным (вырожденным) — одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими разными триплетами. Например, в иРНК фенилаланин может кодироваться триплетом УУУ или триплетом УУЦ; изолейцин — АУУ, АУЦ, АУА; пролин — ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ; серии — УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ.

Исключение составляют метионин и триптофан. Метионин кодируется только одним триплетом — АУГ, триптофан — только триплетом УГГ.

Б. Код непрерывен, или, иначе говоря, не имеет знаков препинания. Это

значит, что если произойдет выпадение одного нуклеотида, то при считывании его место займет ближайший нуклеотид из соседнего кодона. Из-за этого изменится и весь порядок считывания. Изменение порядка считывания происходит не только в случае выпадения нуклеотидов, но и из-за вставки лишних нуклеотидов.

Правильное считывание кода с иРНК обеспечивается только в том случае, если оно начинается со строго определенного пункта. В молекуле иРНК стартовым кодоном является АУГ, именно с него начинается считывание.

6. Код универсален — у всех живых организмов одним и тем же триплетам соответствуют одни и те же аминокислоты. Иными словами, у всех живых организмов генетический код расшифровывается одинаково (за редким исключением). Универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения живых организмов.

В каждой молекуле ДНК, как правило, закодирована информация о первичной структуре множества разных белков, т. е. в каждой хромосоме содержится много генов. Различают гены, в которых закодирована информация о структуре белков (на этих генах происходит синтез иРНК), а также гены, на которых происходит синтез рРНК и тРНК