Генетический код и явление трансляции

Трансляция с молекул и - РНК в рибосомах происходит благодаря комплементарному соответствию кодона и – РНК и антикодона в молекулах т – РНК. Начало прямого генетико-биохимического анализа природы кодонов было получено в 1961г. Ниренбергом и Матти, которые создали простейшие синтетические полимеры и заменили ими молекулу и- РНК в системе из компонентов клеток бактерий и смеси аминокислот. В смеси каждого типа одна из аминокислот была помечена радиоактивным углеродом- С¹⁴, другие 19 аминокислот не обладали меткой. Было найдено, что синтетический полирибонуклеотид, составленный только из урацилов–полиурациловая кислота определяла синтез белка, в котором каждая аминокислота была фенилаланином. В другом опыте было показано, что полинуклеотид, состоящий только из цитозинов, определял включение в белок аминокислоты пролин. Синтетические полинуклеотиды были составлены только из одного типа нуклеотидов. Затем были найдены пути более сложных синтезов молекул из разных нуклеотидов с разными взаимоположениями. Это новая методика была широко использована Очоа и его сотрудниками. Она позволила им определить триплеты для всех 20 аминокислот. При этом были определены свойства генетического кода: Генетический код имеет вырожденный характер, что означает способность для одной и той же аминокислоты быть кодированной несколькими разными триплетами, при условии квазидуплетности. Например: аланин кодируется триплетами: АЦГ, ЦЦГ, УЦГ, ГЦГ, в которые вовсех случаях входят нуклеотиды цитозин и гуанин. Для всех двацати аминокислот были найдены их кодоны.

Язык, на котором клетка дает генетические приказы для синтеза молекул белков, оказался исключительно универсальным. В опыте, Эренштейн и Липман – 1961г., молекулы и – РНК и рибосомы были взяти из ретикулятов кролика, а т – РНК из клеток бактерии Е. Colu. В бесклеточной системе были синтезированы белки, аналогичные гемоглобину кролика. Такие полинуклеотиды могли образоваться лишь в том случае, когда антикодоны в т – РНК Е. Colu соответствуют кодонам в молекуле и – РНК кролика. Огромную роль в генетическом коде играют так называемые бессмысленные триплеты. Эти триплеты не соответствуют ни каким аминокислотам, и на них обрывается синтез белковой цепи. Они играют роль пунктуации, определяя границы между генами и давая сигналы для конца транскрипции.

В некоторых условиях код может оказаться двуссмысленным, это означает, что один триплет может кодировать несколько аминокислот. Так кодон УУУ в обычных условиях кодирует аминокислоту фенилаланин. Однако, если рибосомы обработать стрептомоцином, этот кодон начинает кодировать также:

серин и изоцелин.

Генетический код характеризуется также неперекрываемостью. Этот принцип был доказан исследованием мутаций нарушающих синтез белка. В случае перекрываемости кода изменения в одной паре нуклеотидов неизбежно должны вести к нарушению в трансляции трех аминокислот, ибо при перекрещивающемся коде каждый из нуклеотидов входит в три кодона. На самом же деле эксперименты показали, что мутации изменяют транслирование только одной аминокислоты, что подтверждает неперекрываемость генетического кода. Для теории генетического кода существенна характеристика протекания процесса транскрипции. Было показано, что триплетный генетический код считывается постепенно со стартовой точки в начале гена и постепенно доходит до конца.

Справедливость этой концепции была показана в опытах Крика и др. в 1961г. изучивших акридиновые мутации у фага Т₄. Было показано, что действие акердиновых оснований имеет специфику. Акредин вызывает в нити ДНК вставку отдельных азотистых оснований или их потерию. Эти факты позволили Крику предположить, что генетический код начинает считываться со стартовой точки, что этот процесс считывание идет в определенном направлении. Так, если мы имеем нить ДНК в виде ряда оснований, считывание кода в нормальной гене идет

авс авс авс авс авс авс - нор.

авс авс авс савсавсавс вст.- с

авс авс авс аавсавсавсавс

дубликация – а

авс авс авс всавсавсавсавс

делеция – а

авс авс с авсав авс авс авс

вставка –с и потерия - с

от стартового триплета направо. Появление вставки ведет к тому, что все три плеты после вставки изменяются. То же происходит при потере нуклеотида – делеции. При появлении нехватки в хромосоме уже имевшей вставку, код оказывается нарушенным только между мутантными сайтами. В первом случае синтез белка нарушен, во втором он оказывается в значительной мере восстановлен. Факт триплетности кода в этих опытах следовал из того, что нить имевшая две вставки нарушила синтез белка, однако при добавлении третьей вставки он восстанавливался или наоборот три нехватки.

авс авс авс с авс авс с авс авс с авс авс авс

авс авс ав авс авс ав авс авс ав авс авс авс

Теория генетического кода предполагает, что аминокислоты в белке располагаются в той же последовательности, в какой кодоны расположены в гене. Это положение получило название линейного соответствия аминокислот и кодирующих их триплетов в соответствующем отрезке ДНК. Правильность этого положения доказана экспериментально.