Генетический код – это система записи генетической информации в виде определенной нуклеотидной последовательности в нуклеиновых кислотах (ДНК и РНК) о том, в какой последовательности аминокислоты располагаются в белке.
Каким образом нуклеотид кодирует аминокислоту
Каждая аминокислота белка кодируется так называемой последовательностью из трех нуклеотидов, расположенных друг за другом. Такая последовательность называется триплетом. Каждый триплет кодирует строго одну определенную аминокислоту, которая впоследствии встраивается в полипептидную цепь.
В состав ДНК входят четыре типа азотистых оснований:
- аденин (А);
- гуанин (Г);
- тимин (Т);
- цитозин (Ц).
Эти 4 основания в сочетаниях по три составляют 64 варианта. Другими словами ДНК кодирует 64 аминокислоты. Однако в реальности кодируется лишь 20 аминокислот. На практике открылся тот факт, что аминокислоте может соответствовать не только один, но и несколько кодонов.
Это свойство генетического кода называется вырожденностью. Оно необходимо для того, чтобы повысить надежность хранения генетической информации в клетках и ее сохранения при клеточном делении.
Примером подобного свойства является следующая закономерность – аминокислота аланин кодируется следующими триплетами: ЦГА, ЦГГ, ЦГЦ, ЦГТ. Таким образом, случайная ошибка в последней, третьей составляющей триплета не приводит к изменению в структуре белка. В любом случае это будет кодон аланина, который является одной из базовых аминокислот.
Карта генетического кода и его свойства
На сегодняшний день карта генетического кода составлена полностью, то есть известно, какие аминокислоты кодируются сочетанием триплетов тех или иных аминокислот. Такая карта называется таблицей генетического кода, и существуют определенные правила пользования ею:
- первый нуклеотид в триплете берется из левого вертикального ряда;
- второй из верхнего горизонтального ряда;
- третий берется из правого вертикального ряда.
Таким образом, на пересечении всех линий выбирается название аминокислоты.
Поскольку молекула ДНК включает в себя сотни генов, то в ее составе в обязательном порядке выделяются так называемые стоп – кодоны. Они являются «знаками препинания» и обозначают конец и начало того или иного гена.
Генетический код обладает рядом определенных свойств.
Свойства генетического кода – комплекс характеристик, которые позволяют проанализировать его последовательность в клетках того или иного организма.
Среди свойств генетического кода выделяют:
- триплетность, те кодировка состава одной аминокислоты из трех нуклеотидов;
- генетический код вырожден. Подробное описание данного свойства приведено выше;
- однозначность генетического кода говорит о том, что каждый триплет соответствует только одной аминокислоте;
- генетический код не перекрывается. Это говорит о том, что один нуклеотид не может входить в состав нескольких кондов цепи матричной РНК.
- универсальность генетического кода. Под ней подразумевает тот факт, что любой живой организм, начиная от бактерии и заканчивая человеком использует единый генетический код. Другими словами, ядерные гены всех организмов одинаковым образом кодируют информацию о белках вне зависимости от уровня организации и систематического положения этих организмов. Предполагается, что абсолютно все виды живых организмов образовались в результате эволюционного процесса от одного общего предка, именно поэтому они имеют один общий генетический код. Такая теория подтвердилась рядом исследований. Они имеют колоссальное значение, так как благодаря универсальности кода гены одного организма могут работать в другом организме и производить белки с должной степенью функциональной активности. Это позволяет развивать методы генной инженерии и получать белки, нужные для организма. Однако, универсальность генетического кода оказалось не полностью абсолютной. Известно несколько генетических систем, в которых генетический код немного отличается от универсального. К ним относят митохондрии, инфузории, паразитические бактерии, но считается, что эти отклонения незначительные;
Все указанные свойства генетического кода обуславливают реакции матричного синтеза. Термином «матрица» обозначают форму, для создания новых молекул в точном соответствии с поставленным планом, который заложен в структуре молекул, уже существующих на данный момент.
Такой матричный принцип лежит в основе важнейших реакций синтеза в клетке. Например, синтез белка и нуклеиновых кислот. В этих реакциях также заложена специфическая последовательность звеньев-мономеров внутри синтезируемого полимера. Впоследствии мономеры стягиваются в конкретное место клетки на те молекулы, которые служат матрицей. Если бы реакции происходили случайно, то они были бы слишком медленными. Синтез сложных молекул на основе матричного принципа осуществляется быстро и точно. Роль матрицы в матричных реакциях играют макромолекулы нуклеиновых кислот ДНК или РНК.
Основными этапами передачи генетической информации на основе всех вышеупомянутых свойств генетического кода являются:
- Синтез ДНК на созданной информационной матрице – РНК- транскрипция.
- Синтез полипептидной цепи на рибосоме по программе, заложенной в информационной РНК.
Приведенные этапы универсальных для всех живых клеток, как эукариот, так и прокариот. У прокариот транскрипция и трансляция осуществляются одновременно, так как ДНК находится у них в цитоплазме. У эукариот оба процесса строго разделяются во времени и пространстве. Синтез всех видов РНК проходит в ядре, после чего эти созданные молекулы покидают его пределы, минуя ядерную мембрану. Впоследствии РНК транспортируется к месту создания молекулы белка.
Подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод о том, что кодирование нуклеотидом аминокислоты является процессом, который обладает точным и закономерным характером.
