Degenerarea codului genetic: informații generale

Codul genetic, exprimat în codoni, este un sistem de codificare a informațiilor despre structura proteinelor, inerentă tuturor organismelor vii ale planetei. Decodificarea lui a durat un deceniu, dar faptul că există, știința a înțeles aproape un secol. Universitatea, specificitatea, caracterul unic și, în special, degenerarea codului genetic, au o mare importanță biologică.

Istoria descoperirilor

Problema codării informațiilor genetice a fost întotdeauna cheia biologiei. Pentru structura matriceală a codului genetic, știința sa mișcat destul de încet. De la descoperirea J. Watson și Crick în 1953. dublu Structura helix a ADN-ului a intrat într-o fază de rezolvare a unei structuri de cod în sine, ceea ce a determinat credința în măreția naturii. Structura liniară a proteinelor și ADN din aceeași structură a presupus prezența codului genetic, corespondența dintre cele două texte, dar înregistrate cu alfabete diferite. Iar dacă alfabetul de proteine ​​a fost cunoscut, mărcile de ADN au fost obiectul de studiu de biologie, fizică și matematică.

Nu este nici un punct în descrierea tuturor pașilor în rezolvarea acestui puzzle. Experimentul Direct, a dovedit și au confirmat că între codonii ADN și aminoacizi ai proteinei există o clară și consecventă, respectiv, a avut loc în 1964, Charles Janowski și S. Brenner. Apoi - perioada de decodificare a codului genetic in vitro (in vitro), folosind tehnicile de sinteză a proteinelor în structuri fără celule.

Codul E. coli complet descifrat a fost publicat în 1966 la un simpozion de biologi din Cold Spring Harbor (SUA). Apoi a fost descoperită redundanța (degenerarea) codului genetic. Ceea ce înseamnă asta, a fost explicat foarte simplu.

Decodarea continuă

Obținerea datelor despre descifrarea codului ereditar a devenit unul dintre cele mai importante evenimente ale secolului trecut. Astăzi, știința continuă să exploreze în profunzime mecanismele de codificare moleculară și caracteristicile sale sistemice, precum și supraabundența semnelor, în care se exprimă degenerarea codului genetic. O ramură separată de studiu este apariția și evoluția sistemului de codificare pentru materialele ereditare. Dovada legăturii dintre polinucleotide (ADN) și polipeptide (proteine) a dat impuls dezvoltării biologiei moleculare. Și asta, la rândul ei, biotehnologia, bioingineria, descoperirile în creșterea și cultivarea plantelor.

Dogmele și regulile

Principala dogma a biologiei moleculare este informația transferată de la ADN-ul la ARN-ul de informare, și apoi de la acesta la proteină. În direcția opusă, transmiterea este posibilă cu ARN pe ADN și cu ARN pe alt ARN.

Dar matricea sau baza este întotdeauna ADN. Și toate celelalte caracteristici fundamentale ale transferului de informații sunt o reflectare a naturii matrice a transmisiei. Anume, transferul prin sinteza pe matricea altor molecule, care va deveni structura reproducerii informațiilor ereditare.

Codul genetic

Linia structura de molecule de proteine ​​de codificare prin codonii complementare nucleotide (tripleti), care doar 4 (adein, guanină, citozină, timină (uracil)), ceea ce conduce în mod spontan la formarea altor lanțuri de nucleotide. Același număr de nucleotide și complementaritatea chimică - aceasta este principala condiție pentru o astfel de sinteză. (- proteină aminoacizi nucleotide ADN) dar formarea unei molecule de proteină de potrivire cantitatea și calitatea monomerilor de calitate nu este. Acesta este natural codul ereditar - sistemul de înregistrare în secvența de nucleotide (codonii) secvența de aminoacizi a proteinei.

Codul genetic are câteva proprietăți:

• Tripletul.
• Unicitatea.
• Orientare.
• Disjuncte.
• Redundanță (degenerare) a codului genetic.
• Versatilitate.

Iată o scurtă descriere, concentrându-se asupra semnificației biologice.

Triplet, continuitate și prezența lămpilor de stop

Fiecare dintre cele 61 de aminoacizi corespunde unui triplet sens (triplet) de nucleotide. Trei tripleți nu conțin informații despre aminoacizi și sunt codoni stop. Fiecare nucleotidă din lanț este parte a tripletului și nu există în sine. La sfârșitul și la începutul lanțului de nucleotide responsabile pentru o singură proteină, există codoni stop. Ei încep sau opresc translația (sinteza moleculei de proteine).

Specificitate, non-suprapunere și caracter unic

Fiecare codon (triplet) codifică numai un aminoacid. Fiecare triplet nu depinde de cel vecin și nu se suprapune. O singură nucleotidă poate introduce doar un triplet în lanț. Sinteza proteinei este întotdeauna numai într-o singură direcție, care reglează codonii stop.

Redundanța codului genetic

Fiecare triplet de nucleotide codifică un aminoacid. Un total de 64 nucleotide, 61 dintre ele - aminoacid codificat (sens codon) și trei - fără sens, adică aminoacizi nu codifică (codoni stop). Redundanța (degenerării) codului genetic este ca substituții pot fi făcute în fiecare triplet - radical (conducând la amino înlocuirea acidului) și conservatoare (aminoacizii nu se schimbă de clasă). Este ușor de calculat că, dacă un triplet poate fi efectuat 9 substituții (1, 2 și 3 poziție), fiecare nucleotidă poate fi înlocuit cu 4 - 1 = 3 cealaltă variantă, numărul total de posibile substituții de nucleotide va este de 61 până la 9 = 549.

Degenerarea codului genetic se manifestă prin faptul că 549 de variante sunt mult mai mult decât necesare pentru codificarea informațiilor despre 21 de aminoacizi. Din cele 549 de variante, 23 înlocuiri vor duce la formarea codonilor stop, 134 + 230 înlocuiri sunt conservatoare, iar 162 substituții sunt radicale.

Regula de degenerare și excludere

Dacă doi codoni au două întâi nucleotidă identice, nucleotidele rămase sunt prezentate cu o clasă (purinică sau pirimidinică), informațiile pe care le poartă același aminoacid. Aceasta este regula de degenerare sau redundanță a codului genetic. Două excepții - AUA și UGA - codifică primul metionină, deși ar trebui să izoleucina, iar al doilea - un codon stop, dar ar trebui să codifice triptofan.

Semnificația degenerării și universalității

Aceste două proprietăți ale codului genetic au cea mai mare semnificație biologică. Toate proprietățile enumerate mai sus sunt caracteristice informațiilor ereditare ale tuturor formelor de organisme vii de pe planeta noastră.

Degenerarea codului genetic are o valoare adaptivă, cum ar fi dublarea multiplă a unui cod de aminoacizi. În plus, aceasta înseamnă o scădere a semnificației (degenerării) celei de-a treia nucleotide din codon. Această opțiune minimizează deteriorarea mutațională a ADN-ului, ceea ce va duce la încălcări grave în structura proteinei. Acesta este mecanismul de protecție al organismelor vii ale planetei.