Экспериментальная расшифровка генетического кода

Генетический код был расшифрован вскоре после открытия двуспиральной структуры ДНК.

В 1954 Гамов → соображение, что для кодирования одной аминокислоты нужно не меньше трех нуклеотидов.

Было известно, что недавно открытая молекула информационной, или матричной РНК (иРНК, или мРНК), несет информацию, записанную на ДНК. Биохимики Маршалл Уоррен Ниренберг и Дж. Генрих Маттеи(США) → эксперименты→ к разгадке генетич. кода.←синтезировали иск. мол. иРНК, € только из повторяющегося азотистого основания урацилаполиуридиловая кислота) (аналог «Т» связи с «А» из ДНК). →иРНК в тестовые пробирки со смесью АК(1 помечена радиоактивной меткой)→иРНК инициировала обр. белка лишь в 1 пробирке→меч. фенилаланин→ послед. «—У—У—У—» на молекуле иРНК («—А—А—А—» на молекуле ДНК) кодирует белок€ из аминокислоты Фен.

Сегодня известно, что три пары оснований молекулы ДНК (такой триплет получил название кодон) кодируют одну аминокислоту в белке. Выполняя эксперименты, аналогичные описанному выше, генетики в конце концов расшифровали весь генетический код, в котором каждому из 64 возможных кодонов соответствует определенная аминокислота.

однако в течение ряда лет оставалось неясным, перекрывают ли друг друга соседние кодоны. Входит ли каждый нуклеотид в состав лишь одного кодона или он может принадлежать трем кодонам? Чтобы выяснить это, была изучена последовательность аминокислот в пептидных цепях нескольких мутантных форм гемоглобина. Оказалось, что в каждой из них произошло замещение только одной аминокислоты. Но если бы кодоны перекрывались и каждый нуклеотид входил в состав трех соседних кодонов, то следовало бы ожидать одновременного изменения трех смежных аминокислот. Кроме того, «перекрывающийся» код накладывал бы ограничения на возможные последовательности аминокислот в пептидной цепи. Например, за аминокислотой, кодируемой триплетом ЦАГ, могла бы следовать лишь какая-нибудь из четырех аминокислот, кодируемых триплетами вида АГ(Х). Однако изучение последовательностей аминокислот в пептидах ясно показывало, что подобных ограничений не существует.

Ниренберг и Ледер обнаружили, что даже если синтез белка не происходит, специфические молекулы транспортных РНК способны присоединяться к рибосомам, но только в присутствии информационной РНК. К счастью, для этого не требуется длинных молекул информационной РНК (которые было бы трудно синтезировать); тринуклеотиды уже стимулируют специфическое присоединение транспортных РНК к рибосомам. В настоящее время возможен синтез тринуклеотидов с известной последовательностью оснований; используя такие тринуклеотиды, удалось выяснить кодовые значения всех 64 возможных триплетов. (техника белкового синтеза в бесклеточных системах, то есть в клеточных экстрактах, содержащих все необходимые компоненты аппарата трансляции (т-РНК, рибосомы, аминокислоты, ферменты, источник энергии и т.д.), кроме м-РНК.) Летом 1966 года на симпозиуме по количественной биологии в Колд-Спринг-Харборе (США) все полученные данные были сведены Ф. Криком воедино.

В 1961 году Ф. Крик и Сеймур Бензер показали, что: а) кодоны триплетны; б) между ними нет разделительных знаков ("запятых"); в) гены, кодирующие структуру белков (цистроны), имеют фиксированное начало, ориентированное направление и фиксированный конец; г) существует небольшое число некодирующих триплетов ("нонсенсов", бессмысленных кодонов), а код в целом сильно вырожден. (+и- мутация, если 1,2,4 нуклеотида→ портит весь ген. 3→только его часть)

В 1964 году Ч. Янофски с сотрудниками и С. Бреннер с сотрудниками показали, что ген и кодируемый им белок взаимно коллинеарны, то есть имеется последовательное соответствие между кодонами гена и аминокислотами белка.

Расшифрованный генетический код E. coli, исследованный in vitro, полностью согласовывался также с другими независимыми данными, полученными in vivo и для других видов. Этот вывод подтверждается также результатами секвенирования последних лет, когда найдено, что тысячи генов и кодируемых ими белков действительно соответствуют друг другу по правилам генетического кода.

То, что код информационной РНК считывается по триплетам, было впервые твердо установлено в экспериментах Корана и его сотрудников. Они синтезировали цепь поли-УЦ с правильным чередованием двух нуклеотидов (УЦУЦУЦУЦ). Когда этот полимер ввели в качестве информационной РНК в белоксинтезирующую систему, был получен полипептид из регулярно чередующихся остатков серина и лейцина. Математический анализ этого результата показал, что единица кода должна содержать нечетное число оснований. Тогда Корана синтезировал последовательность нуклеотидов ААГ ААГ ААГ ААГ, и когда этот полимер использовали в качестве матрицы для синтеза белка, то получали либо полилизин (ААГ), либо полиглутаминовую кислоту (ГАА), либо полиаргинин (АГА). Очевидно, тип синтезируемого полипептида зависел от того, с какого нуклеотида цепи-матрицы случайно начиналось считывание кода. Этот эффект, называемый сдвигом рамки, можно объяснить только в том случае, если код считывается последовательными отрезками по три нуклеотида начиная с определенного места.