Genetski kod: opis, značilnosti, zgodovina raziskav

Vsak živi organizem ima poseben sklop beljakovin. Nekatere nukleotidne spojine in njihovo zaporedje v Molekula DNA tvorijo genetsko kodo. Prenaša informacije o strukturi proteina. V genetiki je bil sprejet določen koncept. Po njenem mnenju je en encim (polipeptid) ustrezal enemu genu. Treba je povedati, da so bile raziskave nukleinskih kislin in beljakovin izvedene v precej dolgem obdobju. V nadaljevanju bomo podrobneje preučili genetski kod in njegove lastnosti. Podana bo tudi kratka kronologija raziskav.

Terminologija

Genetska koda je metoda za kodiranje zaporedja aminokislinskih proteinov, ki vključujejo nukleotidno zaporedje. Ta metoda oblikovanja informacij je značilna za vse žive organizme. Beljakovine so naravne organske snovi z visoko molekulsko maso. Te spojine so prisotne tudi v živih organizmih. Sestavljeni so iz 20 vrst aminokislin, ki se imenujejo kanonične. Aminokisline so razporejene v verigi in povezane v strogo določenem zaporedju. Opredeljuje struktura beljakovin in njegove biološke lastnosti. V proteinu je tudi več verig aminokislin.

DNA in RNA

Deoksiribonukleinska kislina je makromolekula. Odgovorna je za prenos, shranjevanje in izvajanje dednih informacij. DNA uporablja štiri dušikove baze. Sem spadajo adenin, gvanin, citozin, timin. RNA je sestavljena iz istih nukleotidov, ki poleg tega vsebujejo timin. Namesto tega obstaja nukleotid, ki vsebuje uracil (U). RNA in DNA molekule so nukleotidne verige. Zaradi te strukture se oblikujejo sekvence - "genetska abeceda".

Izvajanje informacij

Sinteza beljakovin, ki ga kodira gen, se realizira z združevanjem mRNA na DNA vzorcu (transkripcija). Tudi prenos genetske kode v aminokislinsko zaporedje. To je sinteza polipeptidne verige na mRNA. Za šifriranje vseh aminokislin in signaliziranje konca proteinske sekvence je dovolj 3 nukleotidov. Ta veriga se imenuje triplet.

Zgodovina raziskav

Študija beljakovin in. T nukleinske kisline dolgo časa. Sredi 20. stoletja so se končno pojavile prve ideje o naravi genetskega koda. Leta 1953 je bilo ugotovljeno, da so nekateri proteini sestavljeni iz aminokislinskih sekvenc. Res je, da še niso mogli določiti njihovega natančnega števila, glede tega pa je bilo veliko sporov. Leta 1953 sta avtorja Watson in Crick objavila dva prispevka. Prva je razglasila sekundarno strukturo DNK, druga je govorila o dopustnem kopiranju z uporabo matrične sinteze. Poleg tega je bil poudarek na dejstvu, da je specifično zaporedje baz koda, ki nosi dedne informacije. Ameriški in sovjetski fizik Georgy Gamov je dovolil hipotezo o kodiranju in našel metodo za njegovo preverjanje. Leta 1954 je bilo objavljeno njegovo delo, v katerem je predstavil predlog za vzpostavitev ustreznosti med stranskimi verigami aminokislin in "luknjicami", ki imajo romboidno obliko, in ga uporablja kot mehanizem za kodiranje. Potem so ga imenovali rombični. Ob pojasnjevanju svojega dela je Gamow priznal, da je genetska koda lahko trojček. Delovna fizika je bila med prvimi med tistimi, ki so bili obravnavani kot blizu resnici.

Razvrstitev

Po nekaj letih so bili predlagani različni modeli genetskih kod, ki so predstavljali dve vrsti: prekrivanje in neprekrivanje. Osnova prvega je bil vnos enega nukleotida v več kodonov. Zanj spada trikotni, zaporedni in večji manjši genetski kod. Drugi model vključuje dve vrsti. Neprekrivanja so kombinacijska in "koda brez vejic". Prva varianta temelji na aminokislinskem kodiranju triplejev nukleotidov in glavna stvar je njegova sestava. Po "kodi brez vejic" nekateri trojčki ustrezajo aminokislinam, ostali pa ne. V tem primeru je veljalo, da bi bili, če bi bili pomembni trojčki zaporedno razporejeni, drugi, ki so bili v drugačnem bralnem okviru, nepotrebni. Znanstveniki so verjeli, da obstaja možnost izbire nukleotidnega zaporedja, ki bo zadostilo tem zahtevam, in da obstaja točno 20 trojčkov. Čeprav je Gamow in drugi podvomil o takšnem modelu, se je štela za najbolj pravilno za naslednjih pet let. Na začetku druge polovice 20. stoletja so se pojavili novi podatki, ki so razkrili nekatere pomanjkljivosti v kodi brez vej. Ugotovljeno je bilo, da so kodoni sposobni izzvati sintezo beljakovin in vitro. Do leta 1965 je bilo zajeto načelo vseh 64 trojčkov. Kot rezultat, odkrili redundanco nekaterih kodonov. Z drugimi besedami, aminokislinsko zaporedje kodira več trojčki.

Posebnosti

Lastnosti genetske kode so:

1. Triplet. Zaporedje treh nukleotidov je pomembna enota kode.
2. Kontinuiteta. Trojčki nimajo ločila informacije se nenehno berejo.
3. Prekrivanje. Nukleotid je del samo enega tripleta. V nekaterih genih virusov, bakterij in mitohondrij je kodiranih več proteinov in pojavlja se odčitavanje okvirja.
4. Nedvoumnost. Specifični kodon ustreza največ eni aminokislini. Res je, da lahko Euplotescrassus UGA kodira cistein in silenocistein.
5. Degeneracija Specifična aminokislina ustreza več kodonom.
6. Vsestranskost. Genetski kod deluje po enakem principu v organizmih različne kompleksnosti. To je bistvo genskega inženiringa. Vendar pa obstajajo nekatere izjeme.
7. Odpornost proti hrupu. Mutacijske nukleotidne substitucije so konzervativne in radikalne. Prvi ne vodi v spremembo razreda kodirane aminokisline. Radikalne mutacije spreminjajo razred kodirane aminokisline.

Različice

Prvič smo odkrili odstopanje genetske kode od standardnega leta 1979 med proučevanjem mitohondrijskih genov v človeškem telesu. Poleg tega so bile identificirane bolj podobne različice, vključno z množico alternativnih mitohondrijskih kod. Ti vključujejo dekodiranje zaustavitvenega kodona CAA, ki se uporablja kot definicija triptofana v mikoplazmi. GUG in CCG v arhejah in bakterijah se pogosto uporabljata kot starter variante. Včasih geni kodirajo protein iz začetnega kodona, ki se razlikuje od standarda, ki ga uporabljajo te vrste. Poleg tega v nekaterih beljakovinah ribosom vstavlja selenocistein in pirolizin, ki sta nestandardne aminokisline. Prebere stop-kodon. To je odvisno od sekvenc, najdenih v mRNA. Trenutno se selenocistein šteje za 21., pirolizan - 22. aminokisline, prisotne v sestavi beljakovin.

Skupne značilnosti genetske kode

Vendar so vse izjeme redke. V živih organizmih ima večinoma genetsko kodo številne skupne značilnosti. Ti vključujejo sestavo kodona, ki vključuje tri nukleotide (prva dva pripadata odločilnemu), transfer kodonov tRNA in ribosomov v aminokislinskem zaporedju.