II.13. СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА
Белки выполняют огромное множество функций, и, в конечном счете, именно они определяют строение организма (фенотип).
Таким образом, информация передается в одном направлении — от ДНК к РНК и от РНК к белкам. Никаких механизмов переноса информации в обратную сторону — от белков к РНК или от РНК к ДНК — поначалу обнаружено не было, что и укрепило веру в невозможность такого переноса. Потом, правда, оказалось, что в природе существуют вирусы, у которых хранилищем наследственной информации служат молекулы РНК (а не ДНК, как у всех прочих организмов), и у них есть специальные ферменты, которые умеют осуществлять обратную транскрипцию, т. е. переписывать информацию из РНК в ДНК. Созданная таким путем ДНК встраивается в хромосомы клетки-хозяина и размножается вместе с ними. Поэтому с подобными РНК-вирусами очень трудно бороться (печально известный ВИЧ относится к их числу). Но вот обратной трансляции — переписывания информации из белков в РНК — не обнаружено и по сей день.
Генетический код обладает следующими свойствами:
A. Триплетность.
Б. Универсальность.
B. Вырожденность
Г. Отсутствие знаков препинания и наличие "стоп-кодонов"
Д. Неперекрываемость
А. ТРИПЛЕТНОСТЬ
Триплетность — каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Кодон (триплет) — последовательность из трех оснований в ДНК, которая соответствует информационной матричной РНК и кодирует какую-либо аминокислоту. Кодоны действительно включают три азотистых основания (тройка или триплет нуклеотидов). Например, триплет ЦАТ кодирует аминокислоту гистидин.
Б. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ.
Генетический код одинаков, универсален для всех живых организмов на Земле: от Е. соП до человека, т. е. в клетке любого из существ одинаковая последовательность нуклеотидов будет кодировать ту же аминокислоту. Впрочем, правильнее утверждать, что генетический код практически универсален, т. к. в некоторых генетических системах (например, в генах митохондрий и хлоропластов) есть некоторые отличия от стандартного кода, присущего организмам.
При исследовании генетического кода в опытах in vivo были также получены доказательства универсальности кода. Однако в последнее время выяснены некоторые отличия кода в митохондриях эукариот животных, включая человека, отличающегося четырьмя кодонами от генетического кода цитоплазмы, даже тех же клеток. В частности, АУГ, являющийся обычно инициаторным, начинающим, кодоном, кодирует также метионин в цепи, и УГА, являющийся нонсенс-кодоном, кодирует в митохондриях триптофан. Кроме того, кодоны АГА и АГГ являются для митохондрий скорее терминирующими, а не кодирующие аргинин. Как результат этих изменений, для считывания генетического кода митохондрий требуется меньше разных тРНК, в то время как цитоплазматическая система трансляции обладает полным набором тРНК.
В. ВЫРОЖДЕННОСТЬ ИЛИ РАЗМЫТОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА.
Генетический код для аминокислот является вырожденным. Вырожденность — это когда одна аминокислота может кодироваться несколькими разными триплетами. Это означает, что подавляющее число аминокислот кодируется несколькими кодонами, за исключением метионина и триптофана, по существу, все остальные аминокислоты имеют более одного специфического кодона. Вырожденность кода оказывается неодинаковой для разных аминокислот.
Так, если для серина, аргинина и лейцина имеется по 6 кодовых слов, то ряд других аминокислот, в частности глютаминовая кислота, гистидин и тирозин, имеют по два кодона, а триптофан — только 1. Следует отметить, что вырожденность чаще всего касается только третьего нуклеотида, в то время как для многих аминокислот первые два нуклеотида являются общими.
Вырожденность является следствием триплетности кода, т. к. четыре нуклеотида, взятые по 3, могут закодировать 43 = 64 разных объекта, тогда как аминокислот всего 20. Из 64 кодонов три кодона отведены для прекращения процесса и называются стоп-кодонами. Последовательность первых двух нуклеотидов определяет в основном специфичность каждого кодона, в то время как третий нуклеотид менее существен. В последнее время появились доказательства гипотезы "два из трех", означающей, что код белкового синтеза, возможно, является квази- или псевдодуплетным.
Из 64 триплетов 61 смысловые, то есть они кодируют 20 аминокислот, а три триплета, а именно УАГ, УАА, УГА, являются бессмысленными. Эти три триплета, которые обозначают конец транскрипции (стоп-кодоны). Еще один специальный кодон, стартовый (инициирующий) кодон, маркирует начало трансляции и кодирует метионин.