Генетический код

Генетический код – это биологическая программа. Благодаря ей, происходит кодирование аминокислотных последовательностей белков с помощью соответствующих последовательностей нуклеотидов. Данная кодировка является триплетной. То есть одна аминокислота соответствует последовательности из 3-х нуклеотидов мРНК. Такая тройка нуклеотидов называется кодоном. Биологический текст, записанный в мРНК, считывает рибосома. Делает она это последовательно. Начинает с инициирующего кодона, то есть начального, а затем переходит к другим кодонам. Поясняющая схема указана ниже.

В схеме буквами "а" обозначены аминокислотные остатки белка. Существует их 20 типов. А типов кодонов существует 64. Отсюда видно, что не всякому кодону соответствует аминокислота. Такие незначащие ничего кодоны выполняют специальную функцию. На них возложена обязанность обозначать концы белковых цепей. Они носят название терминирующих кодонов. Другие кодоны соответствуют каким-либо аминокислотным остаткам.

Таким образом, видно, что рассматриваемый код является триплетным, неперекрывающимся (считывание происходит последовательно кодон за кодоном) и содержит терминирующие и инициирующие кодоны.

Как же специалистам удалось установить соответствие каждого аминокислотного остатка конкретным кодонам и определить, какие кодоны обозначают начало и конец синтеза белковой цепи? Для этого нужно было прочесть 2 параллельных биологических текста – генома и аминокислоты, соответствующей конкретному гену белка. Так как клеткам известен код, то им и предложили распознать разные нуклеотидные последовательности.

Для этого взяли клеточные экстракты, которые обладали способностью синтезировать белок на РНК, но при этом не содержали ферментов, способных расщеплять РНК. Такие экстракты получили название бесклеточной системы.

Экстракт получили из бактерии кишечной палочки, а затем добавили к нему искусственную РНК, состоящую лишь из одних урацилов. Таким способом бесклеточной системе задали вопрос: какой аминокислоте соответствует кодон УУУ? Оказалось, что ему соответствует фенилаланин. Так была найдена расшифровка кода. Затем сделали соответствующий перевод для других аминокислот.

Полностью расшифрованный генетический код изображён ниже. В центральном круге обозначены первые нуклеотиды кодонов, во втором круге – вторые, а в третьем – третьи. На внешней части указаны аминокислотные остатки, соответствующие кодонам.

Терминирующие кодоны обозначает символ ТЕР. А какие символы обозначают инициирующие кодоны? Таких специальных кодонов не существует. Эту роль в определённых условиях берут на себя кодоны АУГ и ГУГ. Они обычно соответствуют метионину и валину.

На рисунке легко просматривается определённая закономерность: то, какой кислоте будет соответствовать конкретный кодон, определяется 2-мя первыми нуклеотидами. Третий нуклеотид не играет важной роли. Главную нагрузку несёт дублет, который стоит в начале кодона. Иными словами, можно сказать, что код квазидублетный.

Эта главная особенность была отмечена на самой ранней стадии его расшифровки. Дублетами, естественно, невозможно закодировать все 20 аминокислот, так как количество дублетов равняется 16. Отсюда третий нуклеотид в кодоне и несёт определённую смысловую нагрузку.

Однако существует универсальное правило, основанное на том, что 4 нуклеотида – адениновый, цитозиновый, гуаниновый и урациловый по своему строению объединяются в 2 разных класса. Это пиримидиновый (У и Ц) и пуриновый (А и Г).

Отсюда правило вырожденности кода формулируется следующим образом: если 2 кодона, имеющих 2 одинаковых первых нуклеотида, и 3-й принадлежат к одному классу (пуриновый или пиримидиновый), то они кодируют одну и ту же аминокислоту.

Из рисунка видно, что правило выполняется неукоснительно. Но в нём есть 2 исключения. Кодон АУА отвечает изолейцину, а не метионину. Кодон УГА сигнализирует об окончании синтеза, а по идее должен был бы отвечать триптофану. Вот такие сюрпризы имеет генетический код. Их надо учитывать и в то же время понимать, что приведённое правило является универсальным.

Вячеслав Маркин