V vsaki celici in organizmu so vse anatomske, morfološke in funkcionalne značilnosti določene s strukturo beljakovin, ki jih sestavljajo. Dedna lastnost telesa je sposobnost sintetiziranja določenih beljakovin. Aminokisline se nahajajo v polipeptidni verigi, od katere so odvisne biološke značilnosti.
Vsaka celica ima svoje zaporedje nukleotidov v polinukleotidni verigi DNA. To je genetska koda DNK. Preko njega se beležijo informacije o sintezi določenih proteinov. Ta članek opisuje, kaj je genetska koda, njene lastnosti in genetske informacije.

Malo zgodovine

Zamisel, da bi lahko obstajal genetski kod, sta oblikovala J. Gamow in A. Down sredi dvajsetega stoletja. Opisali so, da nukleotidno zaporedje, ki je odgovorno za sintezo določene aminokisline, vsebuje vsaj tri enote. Kasneje so dokazali natančno število treh nukleotidov (to je enota genetske kode), ki so ga poimenovali triplet ali kodon. Skupaj je štiriinšestdeset nukleotidov, ker je molekula kisline, kjer se pojavi RNA, sestavljena iz štirih različnih nukleotidnih ostankov.

Kaj je genetska koda

Način kodiranja zaporedja aminokislinskih proteinov zaradi zaporedja nukleotidov je značilen za vse žive celice in organizme. To je genetska koda.
V DNK so štirje nukleotidi:

adenin - A;
gvanin - G;
citozin - C;
timin - T.

Označeni so z velikimi latiničnimi ali (v literaturi v ruskem jeziku) ruskimi črkami.
RNK vsebuje tudi štiri nukleotide, vendar je eden od njih drugačen od DNK:

adenin - A;
gvanin - G;
citozin - C;
uracil - U.

Vsi nukleotidi so razporejeni v verige, pri čemer ima DNK dvojno vijačnico, RNK pa enojno vijačnico.
Beljakovine so zgrajene tam, kjer v določenem zaporedju določajo njegove biološke lastnosti.

Lastnosti genetske kode

Trojnost. Enota genetske kode je sestavljena iz treh črk, je trojček. To pomeni, da je dvajset aminokislin, ki obstajajo, kodiranih s tremi specifičnimi nukleotidi, imenovanimi kodoni ali trilpeti. Obstaja štiriinšestdeset kombinacij, ki jih je mogoče ustvariti iz štirih nukleotidov. Ta količina je več kot dovolj za kodiranje dvajsetih aminokislin.
Degeneracija. Vsaka aminokislina ustreza več kot enemu kodonu, z izjemo metionina in triptofana.
Nedvoumnost. En kodon kodira eno aminokislino. Na primer v genu zdrava oseba z informacijo o beta tarči hemoglobina, triplet GAG in GAA kodira A pri vseh z anemijo srpastih celic, se en nukleotid spremeni.
kolinearnost. Zaporedje aminokislin vedno ustreza zaporedju nukleotidov, ki jih vsebuje gen.
Genetska koda je zvezen in kompakten, kar pomeni, da nima "ločil". To pomeni, da se začne pri določenem kodonu neprekinjeno branje. Na primer, AUGGGUGTSUUAAUGUG se bo prebral kot: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG. Ampak ne AUG, UGG in tako naprej ali karkoli drugega.
Vsestranskost. Enako velja za absolutno vse kopenske organizme, od ljudi do rib, gliv in bakterij.

Tabela

Vse razpoložljive aminokisline niso vključene v predstavljeno tabelo. Hidroksiprolin, hidroksilizin, fosfoserin, jodovi derivati tirozina, cistina in nekateri drugi so odsotni, ker so derivati drugih aminokislin, ki jih kodira m-RNA in nastanejo po modifikaciji proteinov kot rezultat prevajanja.
Iz lastnosti genetske kode je znano, da je en kodon sposoben kodirati eno aminokislino. Izjema je genetska koda, ki opravlja dodatne funkcije in kodira valin in metionin. MRNA, ki je na začetku kodona, veže t-RNA, ki nosi formilmetion. Po zaključku sinteze se odcepi in s seboj odnese formilni ostanek ter se spremeni v ostanek metionina. Tako so zgornji kodoni iniciatorji sinteze polipeptidne verige. Če niso na začetku, potem niso nič drugačni od drugih.

Genetske informacije

Ta koncept pomeni program lastnosti, ki se prenaša od prednikov. V dednost je vgrajena kot genetska koda.
Genetska koda se realizira med sintezo beljakovin:

messenger RNA;
ribosomska rRNA.

Informacije se prenašajo z neposredno komunikacijo (DNA-RNA-protein) in obratno komunikacijo (medij-protein-DNA).
Organizmi ga lahko sprejemajo, hranijo, prenašajo in najučinkoviteje uporabljajo.
Informacije, ki se prenašajo z dedovanjem, določajo razvoj določenega organizma. Toda zaradi interakcije z okolju reakcija slednjega je popačena, zaradi česar pride do evolucije in razvoja. Na ta način se v telo vnašajo nove informacije.

Izračun zakonitosti molekularne biologije in odkritje genetske kode sta ponazorila potrebo po združitvi genetike z Darwinovo teorijo, na podlagi katere je nastala sintetična teorija evolucije – neklasična biologija.
Dednost, variabilnost in naravna selekcija Darwinove ideje dopolnjuje genetsko pogojena selekcija. Evolucija se uresničuje na genetski ravni z naključnimi mutacijami in dedovanjem najbolj dragocenih lastnosti, ki so najbolj prilagojene okolju.

Dekodiranje človeške kode

V devetdesetih letih se je začel projekt Human Genome Project, s katerim so v dvatisočih odkrili fragmente genoma, ki vsebujejo 99,99 % človeških genov. Fragmenti, ki niso vključeni v sintezo beljakovin in niso kodirani, ostajajo neznani. Njuna vloga za zdaj ostaja neznanka.

Kromosom 1 je bil nazadnje odkrit leta 2006 in je najdaljši v genomu. Več kot tristo petdeset bolezni, vključno z rakom, se pojavi kot posledica motenj in mutacij v njem.

Vloge takih študij ni mogoče preceniti. Ko so odkrili, kaj je genetska koda, je postalo znano, po kakšnih vzorcih poteka razvoj, kako se oblikuje morfološka zgradba, psiho, nagnjenost k nekaterim boleznim, metabolizem in okvare posameznikov.

Znak ustvarjalca Filatov Felix Petrovich

Poglavje 496. Zakaj obstaja dvajset kodiranih aminokislin? (XII)

Zakaj obstaja dvajset kodiranih aminokislin? (XII)

Neizkušenemu bralcu se lahko zdi, da so bili elementi genetskega kodirnega stroja v prejšnjem poglavju tako podrobno opisani, da se je ob koncu branja začel celo nekako utrujati, saj se mu je zdelo, da je začetek knjige, ki ga je nekoliko navdušil. , spremeni v strani iz srednješolskega učbenika, ki lahko razočarajo vsakogar, ki se spomni domača šola. Izkušeni bralec, nasprotno, dobro pozna vse, kar je bilo povedano, in grešno razmišlja, ali bi sam napisal novejši učbenik - za iste višje razrede. Ne da bi mislil zabavati ponosni svet– z drugimi besedami, brez namena dolgočasiti enega ali drugega, želi avtor poudariti, da razume: hudič je v podrobnostih. Toda v molekularni biologiji jih je toliko, da se vsaka formalizacija zdi nezaslišana poenostavitev. Vendar se pogosto zgodi, da je skušnjava po formalizaciji neustavljiva in avtor si tu ne more odreči užitka, da še enkrat citira španskega filozofa Joséja Ortego y Gasseta:

« Siva barva je asketska. To je njegova simbolika v vsakdanjem jeziku in Goethe namiguje na ta simbol: "Teorija, prijatelj, je suha, a drevo življenja ozeleni." Največ, kar zmore barva, ki noče biti barva, je, da postane siva; ampak življenje se zdi kot zeleno drevo - kakšna ekstravaganca!.. Elegantna želja, da bi dali prednost sivi barvi kot čudoviti in protislovni barvni ekstravaganci življenja, nas vodi v teoretiziranje. V teoriji realnost zamenjamo za tisti njen vidik, ki so koncepti. Namesto da bi živeli v njej, razmišljamo o njej. Toda kdo ve, ali se za tem očitnim asketizmom in umikom iz življenja skriva čisto mišljenje, najpopolnejša oblika vitalnosti, njen najvišji luksuz?

- Bravo, Jose! Točno tako mislim – v to sem celo prepričan.

Glavni, čeprav manjši po obsegu, preostanek knjige, h kateremu se avtor sedaj posveča, je posvečen formalizaciji, teoretiziranju, shemam in oblikovanju genetske kode. Prva formalna hipoteza o strukturi genetskega koda daje možen odgovor na vprašanje zakaj kodiranih aminokislin je točno dvajset .

Leta 1954 je Gamow prvi pokazal, da " ko 4 nukleotide združimo v triplete, dobimo 64 kombinacij, kar je povsem dovolj za zapis dednih informacij" Bil je prvi, ki je predlagal, da so aminokisline kodirane s trojčki nukleotidov in izrazil upanje, da "Nekateri mlajši znanstveniki bodo dočakali, da bo [genska koda] dešifrirana". Leta 1968 so Američani Robert Holley, Har Korana in Marshall Nirenberg prejeli Nobelovo nagrado za dešifriranje genetske kode. Nagrado so podelili po smrti Georgea Gamowa istega leta štiri mesece prej.

Števili 64 (teoretična kapaciteta kode) in 20 (dejanska kapaciteta kodiranja, to je število kodiranih aminokislin) tvorita razmerje pravil kombinatorike za umestitve in kombinacije s ponovitvami: število A umestitev (urejenih nizov) s ponovitvami iz r. (r = 3; velikost kodona) elementov niza M, ki vsebuje k (k = 4; število baz) elementov, je enako

A k r= k r= A 4 3= 64,

in število C kombinacij s ponovitvami k elementov v r, tj. katera koli podmnožica 3 elementov množice, ki vsebuje 4 elemente, je enako:

S k r= [(k+r-1)!] : = C 4 3= 20.

To takoj privede do ideje, da bi se lahko razvoj genetske kode začel s stopnjo kodiranja "seta", ko produkt ni bil kodiran z zaporedjem tripletnih baz, temveč z njihovim nizom, to je dvema skupinama kodonov, kot je npr. SAA, ASA, AAS oz TGC, TCG, GCT, GTC, CTG, CGT bili funkcionalno enakovredni (znotraj skupine) in vsak je usmerjal sintezo iste aminokisline. Podobna razmišljanja pridejo na misel, ko beremo delo Ishigamija in Nagana (1975), z njuno idejo, da lahko vsaka primarna aminokislina ustreza širokemu spektru kodonov, ter Folsoma (1977) in Trainorja (1984), z njuno idejo o osnovna permutacija znotraj tripleta. Očitno manjše število kodonov ni zagotovilo zahtevane raznolikosti produktov in b O Ostalo je bilo odvečno in vsaj ni ustrezalo številu danes znanih aminokislin. Nekoč smo k tem idejam prispevali tudi (zelo) skromno, saj je število kombinacij oz. 4 Avtor: 3 ponazorjeno s ponovitvami s številom kvantnih stanj bosejevega plina treh delcev s štirimi verjetnimi kvantnimi lastnimi stanji54.

Kasneje je Gamow predlagal shemo za implementacijo genetske kode, ki je vključevala sestavljanje polipeptida neposredno na molekulo DNA. Po tem modelu je vsaka aminokislina postavljena v rombično vdolbino med štiri nukleotide, po dva iz vsake komplementarne verige. Čeprav je tak diamant sestavljen iz štirih nukleotidov in je zato število kombinacij 256, je zaradi omejitev, povezanih z vodikovimi vezmi nukleotidnih ostankov, možnih le 20 variant takih diamantov. Ta shema, imenovana diamantna koda, nakazuje korelacijo med zaporednimi aminokislinskimi ostanki, saj se dva nukleotida vedno pojavita v dveh sosednjih diamantih (prekrivajoča se koda). Nadaljnje raziskave pa so pokazale, da se tudi ta Gamow model ne ujema z eksperimentalnimi podatki.

Če bi zmogljivost genetske kode uporabili brez rezerve, to je, da bi vsakemu trojčku ustrezala samo ena aminokislina, bi bila njena varnost zelo dvomljiva: vsaka nukleotidna mutacija bi bila lahko katastrofalna. V primeru trenutne različice se tretjina naključnih točkovnih mutacij pojavi v zadnjih črkah kodonov, od tega polovica (kodoni okteta jaz) sploh ni občutljiv na mutacije: tretja črka kodona je lahko katera koli od štirih - T, C, A oz G. Odpornost na točkovne mutacije oktetnih kodonov II v veliki meri določata dva dejavnika - (1) možnost poljubne zamenjave tretje baze (čeprav že pri izbiri le dveh - bodisi purinov ali pirimidinov), ki sploh ne spremeni kodirane aminokisline, in (2) možnost nadomeščanja purinov s pirimidini in obratno, kar ohranja podobno hidrofilnost/hidrofobnost produktov, vendar ne ohranja njihove mase. Tako Narava uporablja izjemno uspešen "povratni udar", imenovan degeneracija kodo, ko kodirani znak ustreza več kot enemu kodirnemu znaku.

Evolucija je zaporedno izpopolnila funkcije vsake od treh baz kodona, kar je na koncu pripeljalo do stroge trojnosti samo dveh kodonov: ATG- Za M(metionin) in TTG- Za W(triptofan). Na podlagi zmožnosti trojčka samo za kodiranje eno aminokisline, ti dve uvrščamo v degenerativno skupino jaz. Ko je produkt kodiran s fiksnim dubletom baz, je lahko tretja katera koli od štiri mogoče in dejansko služi kot ločilo med funkcionalnimi dubleti, govorijo o aminokislinah degeneracijske skupine IV; Takih aminokislin je osem: alanin, A, arginin, R, valin, V, glicin, G levcin, L, prolin, p, serin, S, treonin, T. Splošni kodon za vsako aminokislino v tej skupini, na primer levcin, je zapisan takole: STn (n -poljubna osnova).

Dvanajst kodiranih produktov spada v skupino degeneracij II; v tej skupini je tretja osnova ena od dva (ne od štiri, kot v prejšnjem primeru): to je purin ( R), to je bodisi adenin, A ali gvanin, G, – ali pirimidin ( Y), to je bodisi citozin, Z ali timidin, T. Ta skupina vključuje tri aminokisline, ki so nam znane iz četrte degeneracijske skupine - arginin, levcin in serin, vendar jih tukaj kodirajo drugi dvojniki, dva para - asparagin / asparaginska kislina ( N/D) in glutamin/glutaminska kislina ( Q/E), kot tudi histidin H, lizin K in tirozin Y. Univerzalna genetska koda vključuje tudi cistein v to skupino. Z, s svojima dvema kodirnima trojčkoma – TGC in TGT, to je s tretjim pirimidinom in tremi stop kodoni, OZNAKA, TAA in TGA, ki delujejo samo kot ločila za označevanje konca gena, vendar ne kodirajo nobene aminokisline. Splošni kodon za aminokisline te skupine, na primer asparagin, je zapisan na naslednji način: AAY in asparaginsko kislino – G.A.R..

Končno skupina degeneracij III vsebuje izolevcin, kodiran tri trojčki ATA, ATC in A.T.T.. Razlogi A, Z in T, tretji v kodonih za jaz, imajo skupen simbol n, zato je generaliziran izolevcinski kodon zapisan takole: ATN. Vse te značilnosti kode dobro prikazuje zgornja tabela.

Zanimivo je, da je molekulska masa kodirane aminokisline obratno odvisna od števila degeneracijske skupine, ki ji pripada (V. Shcherbak). To je prvi tukaj omenjeni dokaz o očitni vpletenosti molekulske mase komponent genetske kode v njeno racionalno organizacijo.

V zgornji tabeli se vrstni red glede na naraščajočo molekulsko maso nanaša na aminokisline v sestavi, razvrščene po številu degeneracijskih skupin (rimske številke), združene v dva okteta (arabske številke). V tem primeru je položaj cisteina Z prilagojeno, o čemer bomo govorili v naslednjem poglavju; Tam bomo govorili tudi o oktetih.

Vrnitev k izbiri dvajset aminokislin za kodiranje, velja opozoriti še na eno zanimivo okoliščino: tudi to izbiro bi lahko določili kvantna teorija informacijo, ki predlaga optimalen algoritem (Groverjev algoritem) za pakiranje in branje informacijske vsebine DNK (Apoorva Patel, 2001). Ta algoritem določa število predmetov n, ki se razlikuje po številu odgovorov res ne na vprašanja Q, kot sledi:

(2Q +1) sin -1 (1 / ?N ) = ? /2 .

Rešitve te enačbe za majhne vrednosti Q zelo značilno:

Q= 1ln n= 04.0

Q= 2ln n= 10.5

Q= 3ln n= 20.2.

Teoretično ni nujno, da so te vrednosti cela števila. Zanimivo je, da v prvem približku ustrezajo zaporedju tetraedrskih števil, kot tudi razvoju velikosti funkcionalnega kodona od singleta do tripleta. Z drugimi besedami, tetraeder je lahko zgrajen tudi iz desetih in iz štirih monomerov; Te številke so označene v rešitvah zgornje enačbe. Kasneje bomo pokazali, da kombinacija parametrov velikosti aminokislin in nukleotidov, ki temelji na pravilih, ki jih predlagamo, vodi do prostorsko ravnovesje tetraeder dvajsetih monomerov, ki ustreza tem aminokislinam. Tukaj morda velja spomniti na še vedno aktualne besede V?se (1973): » Zdi se skoraj kruta šala, da bi narava izbrala takšno število[kodirano] aminokislin, ki se zlahka pridobi kot rezultat številnih

matematične operacije" Toda tako ali drugače se je izkazalo, da je dvajset alfa aminokislin (od stotin, ki jih najdemo v naravi) dovolj za zagotavljanje potrebne raznolikosti beljakovin.

…………………

številka 496 , ki zaznamuje to poglavje, je zanimiv po tem, da spada v razred t.i popolne številke in to je edina stvar trimestno popolno število. Pravijo mu popolno naravno število, enako vsoti vseh lastnih deliteljev (tj. vseh pozitivnih deliteljev razen števila samega). Vsota vseh deliteljev števila 496 , to je 1+2+4+8+16+31+62+124+248, je enako samemu sebi. Zapomnili smo si popolna števila in opazili edinstvenost te posebne številke, ker je, prvič, trimestno - tako kot trimestni kodirni elementi, o katerih govorimo, in drugič, kot vse prej omenjene številke, je naključno oz. ne – označuje enega od formalnih parametrov genetske kode, o katerem bomo še razpravljali. Potrpežljivost bralca ni neomejena in avtor v zvezi s tem opozarja na odlomek iz pisma enega od bralcev slavnemu popularizatorju matematike Martinu Gardnerju: Nehajte iskati zanimive številke! Za obresti pustite vsaj eno nezanimivo številko! Toda skušnjava je velika in težko se ji je upreti.

Iz knjige Najnovejša knjiga dejstva. Zvezek 1 [Astronomija in astrofizika. Geografija in druge vede o zemlji. Biologija in medicina] avtor

Iz knjige Potovanje v preteklost avtor Golosnitsky Lev Petrovich

Pred petindvajsetimi milijoni let Julijsko popoldne v kazahstanski stepi je vroče. Vse je preplavljeno s sončno svetlobo: hribovita ravnina, jezera, ki se nahajajo v depresijah in obrobljena s trstičjem, rumene peščene površine, poraščene s saksaulom, se strmo spuščajo proti jezerom

Iz knjige Farmacevtska in živilska mafija avtorja Brouwer Louis

Dvajset glavnih razlogov za oprostitev služenja vojaškega roka v vseh nabornih centrih za leto 1986 Št. Bolezni in patološka stanja Število oproščenih služenja vojaškega roka Razmerje med oproščenimi služenja vojaškega roka in za služenje sposobnimi osebami.

Iz knjige USTVARJALČEV PEČAT. Hipoteza o nastanku življenja na Zemlji. avtor Filatov Feliks Petrovič

Poglavje 496. Zakaj obstaja dvajset kodiranih aminokislin? (XII) Neizkušenemu bralcu se morda zdi, da so bili elementi genetskega kodirnega stroja v prejšnjem poglavju opisani tako podrobno, da se je ob koncu branja začel celo nekako utrujati, saj se je počutil nekoliko

Iz knjige Geslo prekrižanih anten avtor Khalifman Joseph Aronovich

PETINDVAJSET LET KASNEJE Leta minevajo in drobna, kot naprstnik velika embrionalna kamrica, izgubljena v zemlji, raste in postane opazna gomila. Zgoraj je tesno obložen z glino, peskom, cementom in v tem bloku, zunaj mrtvem in nemem kot kamen, teče

Iz knjige Najnovejša knjiga dejstev. Zvezek 1. Astronomija in astrofizika. Geografija in druge vede o zemlji. Biologija in medicina avtor Kondrašov Anatolij Pavlovič

Kaj pomeni izraz "petindvajseti okvir"? Ta izraz se je prvič pojavil sredi prejšnjega stoletja v ZDA in je bil povezan s kinematografijo. Dejstvo je, da filmska kamera in s tem projekcijska filmska kamera film premikata s hitrostjo 24 sličic na sekundo. Toda leta 1957

Iz knjige Biološka kemija avtor Lelevič Vladimir Valerijanovič

Iz avtorjeve knjige

Poglavje 23. Presnova aminokislin. Dinamično stanje telesnih beljakovin Pomen aminokislin za telo je predvsem v tem, da se uporabljajo za sintezo beljakovin, katerih metabolizem traja posebno mesto v presnovnih procesih med telesom in

Iz avtorjeve knjige

Absorpcija aminokislin. Pojavlja se pri aktivni prevoz s sodelovanjem vektorjev. Največja koncentracija aminokislin v krvi je dosežena 30–50 minut po zaužitju beljakovinskega obroka. Prenos skozi mejo krtače izvajajo številni vektorji

Iz avtorjeve knjige

Dedne motnje transporta aminokislin Hartnupova bolezen je motnja absorpcije triptofana v črevesju in njegove reabsorpcije v ledvičnih tubulih. Ker triptofan služi kot začetni produkt za sintezo vitamina PP, so glavne manifestacije Hartnupove bolezni

Iz avtorjeve knjige

Poti presnove aminokislin v tkivih Aminokisline so bifunkcionalne spojine, ki vsebujejo aminsko in karboksilno skupino. Reakcije v teh skupinah so skupne različnim aminokislinam. Ti vključujejo: 1. na aminsko skupino – reakcije deaminacije in

Iz avtorjeve knjige

Transaminacija aminokislin Transaminacija je reakcija prenosa a-amino skupine iz aminokisline v a-ketokislino, kar povzroči nastanek nove ketokisline in nove aminokisline. Reakcije katalizirajo encimi aminotransferaze. To so kompleksni encimi, koencimi

Iz avtorjeve knjige

Deaminacija aminokislin Deaminacija aminokislin je reakcija eliminacije a-amino skupine iz aminokisline s sproščanjem amoniaka. Obstajata dve vrsti reakcij deaminacije: neposredna in posredna deaminacija je neposredna eliminacija amino skupine iz

Iz avtorjeve knjige

Posredna deaminacija aminokislin Večina aminokislin ni sposobna deaminacije v enem koraku, kot glutamat. Amino skupine takih aminokislin se prenesejo v β-ketoglutarat, da nastane glutaminska kislina, ki je nato izpostavljena neposredni

Iz avtorjeve knjige

Dekarboksilacija aminokislin Nekatere aminokisline in njihovi derivati so lahko podvrženi dekarboksilaciji. Reakcije dekarboksilacije so ireverzibilne in jih katalizirajo encimi dekarboksilaze, ki potrebujejo piridoksal fosfat kot koencim.

Iz avtorjeve knjige

Poglavje 25. Presnova posameznih aminokislin Presnova metionina Metionin je esencialna aminokislina. Metilna skupina metionina je mobilni enoogljični fragment, ki se uporablja za sintezo številnih spojin. Prenos metilne skupine metionina na ustrezno

Predavanje 5. Genetska koda

Opredelitev pojma

Genska koda je sistem za zapis informacij o zaporedju aminokislin v beljakovinah z uporabo zaporedja nukleotidov v DNK.

Ker DNK ni neposredno vključena v sintezo beljakovin, je koda zapisana v jeziku RNK. RNA vsebuje uracil namesto timina.

Lastnosti genetske kode

1. Trojček

Vsaka aminokislina je kodirana z zaporedjem 3 nukleotidov.

Definicija: triplet ali kodon je zaporedje treh nukleotidov, ki kodirajo eno aminokislino.

Koda ne more biti monopletna, saj je 4 (število različnih nukleotidov v DNK) manjše od 20. Koda ne more biti dubletna, ker 16 (število kombinacij in permutacij 4 nukleotidov z 2) je manjše od 20. Koda je lahko tripletna, ker 64 (število kombinacij in permutacij od 4 do 3) je več kot 20.

2. Degeneracija.

Vse aminokisline, razen metionina in triptofana, so kodirane z več kot enim tripletom:

2 AK za 1 trojček = 2.

9 AK, po 2 trojčki = 18.

1 AK 3 trojčki = 3.

5 AK od 4 trojčkov = 20.

3 AK od 6 trojčkov = 18.

Skupaj 61 trojčkov kodira 20 aminokislin.

3. Prisotnost intergenskih ločil.

definicija:

Gene - del DNA, ki kodira eno polipeptidno verigo ali eno molekulo tRNA, rRNA ozsRNA.

GenitRNA, rRNA, sRNAbeljakovine niso kodirane.

Na koncu vsakega gena, ki kodira polipeptid, je vsaj eden od 3 tripletov, ki kodirajo stop kodone RNA ali stop signale. V mRNA imajo naslednjo obliko: UAA, UAG, UGA . Prekinejo (končajo) oddajo.

Običajno tudi kodon spada med ločila AVG - prvi za vodilnim nizom. (Glej predavanje 8) Deluje kot velika začetnica. V tem položaju kodira formilmetionin (pri prokariontih).

4. Nedvoumnost.

Vsak triplet kodira le eno aminokislino ali pa je prevodni terminator.

Izjema je kodon AVG . Pri prokariontih na prvem mestu (velika začetnica) kodira formilmetionin, na katerem koli drugem mestu pa metionin.

5. Kompaktnost ali odsotnost znotrajgenih ločil.
Znotraj gena je vsak nukleotid del pomembnega kodona.

Leta 1961 sta Seymour Benzer in Francis Crick eksperimentalno dokazala trojno naravo kode in njeno kompaktnost.

Bistvo poskusa: “+” mutacija - vstavitev enega nukleotida. "-" mutacija - izguba enega nukleotida. Ena sama mutacija "+" ali "-" na začetku gena pokvari celoten gen. Tudi dvojna "+" ali "-" mutacija pokvari celoten gen.

Trojna mutacija "+" ali "-" na začetku gena pokvari le del gena. Štirikratna mutacija "+" ali "-" spet pokvari celoten gen.

Eksperiment to dokazuje Koda je prepisana in znotraj gena ni ločil. Poskus je bil izveden na dveh sosednjih fagnih genih in je poleg tega pokazal, prisotnost ločil med geni.

6. Vsestranskost.

Genetska koda je enaka za vsa bitja, ki živijo na Zemlji.

Leta 1979 se je odprl Burrell idealno koda človeških mitohondrijev.

definicija:

»Idealno« je genetska koda, v kateri je izpolnjeno pravilo degeneracije kode kvazi-dubleta: Če v dveh trojčkih prva dva nukleotida sovpadata, tretji nukleotid pa pripada istemu razredu (oba sta purina ali oba pirimidina) , potem ti trojčki kodirajo isto aminokislino.

V univerzalnem zakoniku sta od tega pravila dve izjemi. Oba odstopanja od idealne kode v univerzalnem se nanašata na temeljne točke: začetek in konec sinteze beljakovin:

kodon	Univerzalni kodo	Mitohondrijske kode
kodon	Univerzalni kodo	Vretenčarji	Nevretenčarji	kvas	Rastline
	STOP				STOP

Z UA
A G A		STOP
		STOP			230 zamenjav ne spremeni razreda kodirane aminokisline. do trganja. Leta 1956 je Georgiy Gamow predlagal različico prekrivajoče se kode. Po kodi Gamow je vsak nukleotid, začenši s tretjim v genu, del 3 kodonov. Ko so genetsko kodo dešifrirali, se je izkazalo, da je neprekrivajoča se, tj. Vsak nukleotid je del samo enega kodona. Prednosti prekrivajočega se genetskega zapisa: kompaktnost, manjša odvisnost strukture proteina od vstavitve ali delecije nukleotida. Slabost: struktura proteina je močno odvisna od zamenjave nukleotidov in omejitev sosedov. Leta 1976 je bila sekvencirana DNK faga φX174. Ima enoverižno krožno DNA, sestavljeno iz 5375 nukleotidov. Znano je, da fag kodira 9 proteinov. Za 6 od njih so identificirali gene, ki se nahajajo drug za drugim. Izkazalo se je, da obstaja prekrivanje. Gen E se nahaja v celoti znotraj gena D . Njegov začetni kodon je posledica premika okvirja za en nukleotid. Gene J se začne tam, kjer se konča gen D . Začetni kodon gena J prekriva s stop kodonom gena D kot posledica premika dveh nukleotidov. Konstrukcija se imenuje "premik bralnega okvirja" za število nukleotidov, ki ni večkratnik treh. Do danes je bilo prekrivanje prikazano le za nekaj fagov. Informacijska zmogljivost DNK Na Zemlji živi 6 milijard ljudi. Dedni podatki o njih zaprta v 6x10 9 semenčic. Po različnih ocenah jih ima oseba od 30 do 50 tisoč genov. Vsi ljudje imamo ~30x10 13 genov ali 30x10 16 baznih parov, ki tvorijo 10 17 kodonov. Povprečna knjižna stran vsebuje 25 x 10 2 znakov. DNK 6x10 9 semenčic vsebuje informacije, ki so po volumnu enake približno 4x10 13 knjižnih strani. Te strani bi zavzele prostor 6 stavb NSU. 6x10 9 semenčic zavzema polovico naprstka. Njihov DNK zavzema manj kot četrtino naprstka.

Nukleotidi DNA in RNA Purini: adenin, gvanin Pirimidin: citozin, timin (uracil)	kodon- triplet nukleotidov, ki kodirajo specifično aminokislino.
zavihek. 1. Aminokisline, ki jih običajno najdemo v beljakovinah
Ime	Okrajšava
1. Alanin	Ala
2. Arginin	Arg
3. Asparagin	Asn
4. Asparaginska kislina	Asp
5. Cistein	Cys
6. Glutaminska kislina	Glu
7. Glutamin	Gln
8. Glicin	Gly
9. Histidin	Njegovo
10. Izolevcin	Ile
11. Levcin	Leu
12. Lizin	Lys
13. Metionin	Met
14. Fenilalanin	Phe
15. Prolin	Pro
16. Serija	Ser
17. Treonin	Thr
18. Triptofan	Trp
19. Tirozin	Tyr
20. Valin	Val

Genetska koda, imenovana tudi aminokislinska koda, je sistem za zapis informacij o zaporedju aminokislin v beljakovini z uporabo zaporedja nukleotidnih ostankov v DNK, ki vsebujejo eno od 4 dušikovih baz: adenin (A), gvanin (G ), citozin (C) in timin (T). Ker pa vijačnica dvojne vijačnice DNA ni neposredno vključena v sintezo proteina, ki ga kodira ena od teh verig (tj. RNA), je koda zapisana v jeziku RNA, ki namesto tega vsebuje uracil (U). timina. Iz istega razloga je običajno reči, da je koda zaporedje nukleotidov in ne parov nukleotidov.

Gensko kodo predstavljajo določene kodne besede, imenovane kodoni.

Prvo kodno besedo sta razvozlala Nirenberg in Mattei leta 1961. Dobila sta izvleček E. coli, ki je vseboval ribosome in druge dejavnike, potrebne za sintezo beljakovin. Rezultat je bil brezcelični sistem za sintezo beljakovin, ki bi lahko sestavil beljakovine iz aminokislin, če bi mediju dodali potrebno mRNA. Z dodajanjem sintetične RNK, sestavljene le iz uracilov, v medij so odkrili, da je nastala beljakovina, ki je sestavljena samo iz fenilalanina (polifenilalanin). Tako je bilo ugotovljeno, da triplet nukleotidov UUU (kodon) ustreza fenilalaninu. V naslednjih 5-6 letih so bili določeni vsi kodoni genetske kode.

Genska koda je nekakšen slovar, ki besedilo, zapisano s štirimi nukleotidi, prevede v besedilo beljakovin, zapisano z 20 aminokislinami. Preostale aminokisline, ki jih najdemo v beljakovinah, so modifikacije ene od 20 aminokislin.

Lastnosti genetske kode

Genetska koda ima naslednje lastnosti.

Trojček- Vsaka aminokislina ustreza trojniku nukleotidov. Enostavno je izračunati, da obstaja 4 3 = 64 kodonov. Od tega jih je 61 semantičnih in 3 nesmiselni (terminacijski, stop kodoni).
Kontinuiteta(brez ločil med nukleotidi) - odsotnost intragenskih ločil;
Znotraj gena je vsak nukleotid del pomembnega kodona. Leta 1961 Seymour Benzer in Francis Crick sta eksperimentalno dokazala trojno naravo kode in njeno kontinuiteto (kompaktnost) [pokaži]

Bistvo eksperimenta: “+” mutacija - vstavitev enega nukleotida. "-" mutacija - izguba enega nukleotida.
Ena sama mutacija ("+" ali "-") na začetku gena ali dvojna mutacija ("+" ali "-") pokvari celoten gen.
Trojna mutacija ("+" ali "-") na začetku gena pokvari le del gena.
Štirikratna mutacija "+" ali "-" spet pokvari celoten gen.
Poskus je bil izveden na dveh sosednjih fagnih genih in je pokazal, da
1. koda je triplet in znotraj gena ni ločil
2. med geni so ločila
Prisotnost intergenskih ločil- prisotnost med trojčki začetnih kodonov (začnejo biosintezo beljakovin) in terminatorskih kodonov (označujejo konec biosinteze beljakovin);
Običajno med ločila spada tudi kodon AUG, prvi za vodilnim zaporedjem. Deluje kot velika začetnica. V tem položaju kodira formilmetionin (pri prokariontih).
Na koncu vsakega gena, ki kodira polipeptid, je vsaj eden od 3 stop kodonov ali stop signalov: UAA, UAG, UGA. Prekinejo oddajo.
Kolinearnost- ujemanje linearnega zaporedja kodonov mRNA in aminokislin v proteinu.
Specifičnost- vsaka aminokislina ustreza samo določenim kodonom, ki jih ni mogoče uporabiti za drugo aminokislino.
Enosmernost- kodone beremo enosmerno - od prvega nukleotida do naslednjih
Degeneracija ali redundanca, - eno aminokislino lahko kodira več trojčkov (aminokisline - 20, možni trojčki - 64, 61 jih je semantičnih, tj. V povprečju vsaka aminokislina ustreza približno 3 kodonom); izjemi sta metionin (Met) in triptofan (Trp).
Razlog za degeneracijo kode je v tem, da glavno semantično obremenitev nosita prva dva nukleotida v tripletu, tretji pa ni tako pomemben. Od tukaj pravilo degeneracije kode : Če imata dva kodona enaka prva dva nukleotida in njuna tretja nukleotida pripadata istemu razredu (purin ali pirimidin), potem kodirata isto aminokislino.
Vendar pa obstajata dve izjemi od tega idealnega pravila. To je kodon AUA, ki ne bi smel ustrezati izolevcinu, ampak metioninu, in kodon UGA, ki je stop kodon, medtem ko bi moral ustrezati triptofanu. Degeneracija kode ima očitno prilagoditveni pomen.
Vsestranskost- vse zgoraj navedene lastnosti genetske kode so značilne za vse žive organizme.
kodon Univerzalna koda Mitohondrijske kode
Vretenčarji Nevretenčarji kvas Rastline
U.G.A. STOP Trp Trp Trp STOP
AUA Ile Met Met Met Ile
CUA Leu Leu Leu Thr Leu
A.G.A. Arg STOP Ser Arg Arg
AGG Arg STOP Ser Arg Arg
IN v zadnjem času načelo univerzalnosti kode je bilo omajano v povezavi z Berrellovim odkritjem leta 1979 idealne kode človeških mitohondrijev, v kateri je zadoščeno pravilu degeneracije kode. V mitohondrijski kodi kodon UGA ustreza triptofanu, AUA pa metioninu, kot zahteva pravilo o degeneraciji kode.
Morda so imeli na začetku evolucije vsi preprosti organizmi enako kodo kot mitohondriji, nato pa je prišlo do manjših odstopanj.
Brez prekrivanja- vsak od trojčkov genetskega besedila je neodvisen drug od drugega, en nukleotid je vključen le v en trojček; Na sl. prikazuje razliko med prekrivajočo se in neprekrivajočo kodo.
Leta 1976 DNK faga φX174 smo sekvencirali. Ima enoverižno krožno DNA, sestavljeno iz 5375 nukleotidov. Znano je, da fag kodira 9 proteinov. Za 6 od njih so identificirali gene, ki se nahajajo drug za drugim.
Izkazalo se je, da obstaja prekrivanje. Gen E se v celoti nahaja znotraj gena D. Njegov začetni kodon se pojavi kot posledica premika okvirja za en nukleotid.
Gen J se začne tam, kjer se konča gen D, ki se prekriva s stop kodonom gena D zaradi dvonukleotidnega premika. Konstrukcija se imenuje "premik bralnega okvira" za število nukleotidov, ki ni večkratnik treh. Do danes je bilo prekrivanje prikazano le za nekaj fagov. Odpornost proti hrupu
- razmerje med številom konzervativnih substitucij in številom radikalnih substitucij.
Nukleotidne substitucijske mutacije, ki ne vodijo do spremembe razreda kodirane aminokisline, imenujemo konzervativne. Nukleotidne substitucijske mutacije, ki povzročijo spremembo razreda kodirane aminokisline, imenujemo radikalne.
Ker lahko isto aminokislino kodirajo različni tripleti, nekatere zamenjave v trojčkih ne vodijo do spremembe kodirane aminokisline (na primer UUU -> UUC zapusti fenilalanin). Nekatere zamenjave spremenijo aminokislino v drugo iz istega razreda (nepolarne, polarne, bazične, kisle), druge zamenjave spremenijo tudi razred aminokisline.
V vsakem trojčku je mogoče narediti 9 posameznih zamenjav, tj. Obstajajo trije načini za izbiro položaja, ki ga želite spremeniti (1. ali 2. ali 3.), izbrano črko (nukleotid) pa lahko spremenite v 4-1=3 druge črke (nukleotid). Skupno število možnih nukleotidnih substitucij je 61 x 9 = 549.

Z neposrednim izračunom z uporabo genetske kodne tabele lahko preverite, da od teh: 23 nukleotidnih substitucij vodi do pojava kodonov - terminatorjev prevoda.

Beljakovine skoraj vseh živih organizmov so zgrajene le iz 20 vrst aminokislin. Te aminokisline se imenujejo kanonične. Vsak protein je veriga ali več verig aminokislin, povezanih v strogo določenem zaporedju. To zaporedje določa strukturo proteina in s tem vse njegove biološke lastnosti.

Vendar pa so v zgodnjih 60. letih 20. stoletja novi podatki razkrili nedoslednost hipoteze o »kodi brez vejic«. Nato so poskusi pokazali, da lahko kodoni, ki jih je Crick smatral za nesmiselne, in vitro izzovejo sintezo beljakovin in do leta 1965 je bil ugotovljen pomen vseh 64 trojčkov. Izkazalo se je, da so nekateri kodoni preprosto odveč, to pomeni, da je cela vrsta aminokislin kodirana z dvema, štirimi ali celo šestimi trojčki.

Lastnosti

Tabele ujemanja med kodoni mRNA in aminokislin

Genetska koda, ki je skupna večini pro- in evkariontov. Tabela prikazuje vseh 64 kodonov in pripadajoče aminokisline. Osnovni vrstni red je od 5" do 3" konca mRNA.

Standardna genetska koda

1 osnova	2. osnova								3 osnova
1 osnova	U		C		A		G		3 osnova
U	UUU	(Phe/F) fenilalanin	UCU	(Ser/S) Serin	UAU	(Tyr/Y) Tirozin	UGU	(Cys/C) Cistein	U
	UUC	(Phe/F) fenilalanin	UCC		UAC	(Tyr/Y) Tirozin	UGC	(Cys/C) Cistein	C
	UUA	(lev/l) levcin	UCA		UAA	Ustavi ( Oker)	U.G.A.	Ustavi ( Opal)	A
	UUG		UCG		UAG	Ustavi ( Jantar)	UGG	(Trp/W) Triptofan	G
C	CUU		CCU	(Pro/P) Prolin	CAU	(Njegov/H) Histidin	C.G.U.	(Arg/R) Arginin	U
	CUC		CCC		C.A.C.	(Njegov/H) Histidin	C.G.C.		C
	CUA		CCA		CAA	(Gln/Q) Glutamin	C.G.A.		A
	C.U.G.		CCG		CAG	(Gln/Q) Glutamin	CGG		G
A	AUU	(Ile/I) izolevcin	ACU	(Thr/T) Treonin	AAU	(Asn/N) Asparagin	AGU	(Ser/S) Serin	U
	AUC		ACC		A.A.C.	(Asn/N) Asparagin	A.G.C.	(Ser/S) Serin	C
	AUA		ACA		AAA	(Lys/K) Lizin	A.G.A.	(Arg/R) Arginin	A
	AVG	(Met/M) metionin	A.C.G.		AAG	(Lys/K) Lizin	AGG	(Arg/R) Arginin	G
G	GUU	(Val/V) Valin	G.C.U.	(Ala/A) Alanin	GAU	(Asp/D) Asparaginska kislina	GGU	(Gly/G) glicin	U
	GUC		GCC		GAC	(Asp/D) Asparaginska kislina	GGC		C
	GUA		G.C.A.		GAA	(Glu/E) Glutaminska kislina	G.G.A.		A
	G.U.G.		GCG		GAG	(Glu/E) Glutaminska kislina	GGG		G

Kodon AUG kodira metionin in je tudi mesto iniciacije prevajanja: prvi kodon AUG v kodirni regiji mRNA služi kot začetek sinteze beljakovin. Obratna tabela (prikazani so kodoni za vsako aminokislino, pa tudi stop kodoni)

Ala/A	GCU, GCC, GCA, GCG	lev/L	UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG
Arg/R	CGU, CGC, CGA, CGG, AGA, AGG	Lys/K	AAA, AAG
Asn/N	AAU, AAC	Met/M	AVG
Asp/D	GAU, GAC	Phe/F	UUU, UUC
Cys/C	UGU, UGC	Pro/P	CCU, CCC, CCA, CCG
Gln/Q	CAA, CAG	Ser/S	UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC
Glu/E	GAA, GAG	Thr/T	ACU, ACC, ACA, ACG
Gly/G	GGU, GGC, GGA, GGG	Trp/W	UGG
Njegov/H	CAU, CAC	Tyr/Y	UAU, UAC
Ile/I	AUU, AUC, AUA	Val/V	GUU, GUC, GUA, GUG
START	AVG	STOP	UAG, UGA, UAA

Različice v standardnem genetskem kodu

Prvi primer odstopanja od standardne genetske kode je bil odkrit leta 1979 med študijo človeških mitohondrijskih genov. Od takrat je bilo najdenih več podobnih različic, vključno z različnimi alternativnimi mitohondrijskimi kodami, na primer branje stop kodona UGA kot kodona, ki določa triptofan v mikoplazmah. V bakterijah in arhejah se HUG in UUG pogosto uporabljata kot začetna kodona. V nekaterih primerih začnejo geni kodirati protein na začetnem kodonu, ki se razlikuje od tistega, ki ga vrsta običajno uporablja.

V nekatere proteine so nestandardne aminokisline, kot sta selenocistein in pirolizin, vstavljene z ribosomom, ki bere stop kodon, odvisno od sekvenc v mRNA. Selenocistein se zdaj šteje za 21., pirolizin pa za 22. aminokisline, ki sestavljajo beljakovine.

Kljub tem izjemam imajo vsi živi organizmi genetsko kodo skupne značilnosti: kodoni so sestavljeni iz treh nukleotidov, pri čemer sta prva dva odločilna; kodone prevedejo tRNA in ribosomi v aminokislinsko zaporedje.

Odstopanja od standardne genetske kode.

Primer	kodon	Normalen pomen	Bere se kot:
Nekatere vrste kvasa Candida	C.U.G.	levcin	Serin
Mitohondrije, zlasti v Saccharomyces cerevisiae	CU(U, C, A, G)	levcin	Serin
Mitohondriji višjih rastlin	CGG	Arginin	Triptofan
Mitohondriji (v vseh proučevanih organizmih brez izjeme)	U.G.A.	Stop	Triptofan
Jedrski genom migetalk Euplotes	U.G.A.	Stop	Cistein ali selenocistein
Mitohondriji sesalcev, Drosophila, S. cerevisiae in številne praživali	AUA	Izolevcin	Metionin = Začetek
Prokarioti	G.U.G.	Valin	Začetek
evkarionti (redki)	C.U.G.	levcin	Začetek
evkarionti (redki)	G.U.G.	Valin	Začetek
Prokarioti (redki)	UUG	levcin	Začetek
evkarionti (redki)	A.C.G.	treonin	Začetek
Mitohondriji sesalcev	AGC, AGU	Serin	Stop
Mitohondriji Drosophila	A.G.A.	Arginin	Stop
Mitohondriji sesalcev	AG(A, G)	Arginin	Stop

Evolucija

Domneva se, da se je trojna koda razvila precej zgodaj v evoluciji življenja. Toda obstoj razlik v nekaterih organizmih, ki so se pojavili na različnih evolucijskih stopnjah, kaže, da ni bil vedno tak.

Po nekaterih modelih je koda najprej obstajala v primitivni obliki, ko je majhno število kodonov označevalo relativno majhno število aminokislin. Natančnejše pomene kodonov in več aminokislin bi lahko uvedli pozneje. Sprva sta se lahko za prepoznavanje uporabljali samo prvi dve od treh baz [kar je odvisno od strukture tRNA].

- Lewin B. Geni. M.: 1987. Str. 62.

Glej tudi

Opombe

Sanger F. (1952). "Razporeditev aminokislin v beljakovinah." Adv. Protein Chem. 7 : 1-67. PMID.
Ichas M. Biološka koda. - M.: Mir, 1971.
Watson J. D., Crick F. H. (april 1953). “Molekularna struktura nukleinskih kislin; struktura za deoksiribozno nukleinsko kislino." Narava. 171 : 737-738. PMID. referenca)
Watson J. D., Crick F. H. (maj 1953). "Genetske posledice strukture deoksiribonukleinske kisline." Narava. 171 : 964-967. PMID. Uporablja zastareli parameter |month= (pomoč)
Crick F. H. (april 1966). "Genetska koda - včeraj, danes in jutri." Cold Spring Harb. Symp. Količina Biol.: 1-9. PMID. Uporablja zastareli parameter |month= (pomoč)
Gamow G. (februar 1954). "Možna povezava med deoksiribonukleinsko kislino in proteinskimi strukturami." Narava. 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID. Uporablja zastareli parameter |month= (pomoč)
Gamow G., Rich A., Ycas M. (1956). "Problem prenosa informacij iz nukleinskih kislin v proteine." Adv. Bio.l Med. Phys.. 4 : 23-68. PMID.
Gamow G, Ycas M. (1955). “Statistična korelacija sestave proteina in ribonukleinske kisline . Proc. Natl. Akad. Sci. ZDA. 41 : 1011-1019. PMID.
Crick F. H., Griffith J. S., Orgel L. E. (1957).