Генетический код и его свойства.

Генетически код и его свойства. Уникальность текста более 50% ...

1. Введение
2. Общее понятие генетического кода
3. Основные свойства генетического кода
4. Заключение
5. Список литературы

Впервые идея о существовании генетического кода сформулирована А.Дауном и Дж.Гамовым в 1952-1954, которые показали, что последовательность нуклеотидов, однозначно определяющая синтез той или иной аминокислоты, должна содержать не менее трех звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном или триплетом. Т.к. молекулы нуклеиновых кислот, на которых происходит синтез мРНК или белка состоят из остатков только четырех разных нуклеотидов, кодонов, отличающихся между собой, может быть всего 64. Триплетная природа генетического кода была экспериментально продемонстрирована в 1961 году в работе Ф. Крика и С. Бреннера, выполненной на мутантах фага Т4 с делециями или вставками длиной в один, два или три нуклеотида.
Вершиной исследований стро ения нуклеиновых кислот явилась модель двойной спирали ДНК, предложенная в 1953 году американским биохимиком и генетиком Дж. Уотсоном и английским физиком Ф. Криком.

В основе этой колинеарности лежат молекулярные механизмы, определяющие каждую аминокислоту группой нуклеотидов. Генетические эксперименты убедительно показали, что одну аминокислоту действительно кодирует группа из трех нуклеотидов. Этот триплет получил название кодона.2. Код непрерывный. Это означает, что в коде отсутствуют сигналы, показывающие конец одного кодона и начало следующего. Поэтому рамка считывания должна быть правильно установлена в начале прочтения молекулы иРНК и затем двигаться последовательно от одного триплета к следующему. Если исходная рамка считывания оказалась «сбитой» в результате делеции или вставки на один или два нуклеотида, или же если рибосома случайно «пропустит» один нуклеотид в иРНК, все последующие кодоны выйдут из правильной рамки и это приводит к образованию белка с искаженной аминокислотной последовательностью.3. Код неперекрывающийся. В случае неперекрывающегося триплетного кода каждая группа из трех нуклеотидов кодирует только одну аминокислоту, тогда как в случае перекрывающегося триплетного кода ABC будет кодировать первую аминокислоту, BCD - вторую, CDE -третью и т.д. Вопрос, является ли код перекрывающимся, удалось решить посредством определения аминокислотной последовательности в белках у мутантов. Допустим, что основание С мутировало в С' Если код неперекрывающийся, в результате этой мутации в белке изменится только одна аминокислота. При перекрывающемся коде мутация С в С' неизбежно должна привести к замене трех аминокислот. Многочисленные генетические исследования, начиная с изучения мутантов вируса табачной мозаики и заканчивая анализом аномальных гемоглобинов, показали, что в подавляющем большинстве случаев происходит замена только одной аминокислоты. Это позволило сделать вывод, что генетический код не перекрывается.После расшифровки генетического кода на его основе была создана базовая концепция, что последовательность белка закодирована в последовательности ДНК в виде серии триплетных кодонов. В соответствии с этой концепцией предполагалось также, что только одна из трех возможных рамок считывания используется в каждом гене.Рамка считывания, содержащая последовательную серию кодонов, соответствующих аминокислотной последовательности, называется открытой. Открытая рамка считывания начинается с фиксированного стартового сигнала. Точно так же, как стоп-кодоны используются для терминации белкового синтеза, другой набор кодонов служит для его инициации. Общим сигналом инициации является соответствующий метионину кодон AUG в комбинации с предшествующей ему последовательностью, необходимой для связывания рибосом с иРНК. В некоторых случаях для инициации используется также кодон GUG, который вопреки коду транслируется как метионин, а не как валин. Таким образом, кодирующая область состоит из кодона AUG (или GUG), следующей за ним серии триплетов, составляющих открытую рамку считывания, и оканчивается одним из терминирующих кодонов - UAA. UAG или VGA.Две другие рамки считывания не могут быть использованы для синтеза белка, поскольку в их последовательности слишком часто встречаются кодоны-терминаторы. Такие рамки считывания называют блокированными. Поскольку давление отбора происходило в пользу открытой рамки считывания, в двух других рамках шло беспрепятственное накопление кодонов-терминаторов. Поэтому у мутантов со сдвигом рамки синтез полипептидной цепи прекращается обычно очень рано из-за стоп-кодона, оказавшегося в смещенной рамке. С другой стороны, именно благодаря давлению отбора против накопления кодонов-терминаторов, клетка получила возможность синтезировать белки, включающие большое число аминокислотных остатков.В настоящее время существует возможность определения последовательности ДНК практически любой длины. При анализе определяемых последовательностей довольно часто обнаруживают открытые рамки считывания, которые можно рассматривать как свидетельство их потенциальной трансляции. Вместе с тем белковые продукты таких последовательностей неизвестны. Таким образом, фактическое использование выявленных открытых рамок считывания может быть установлено путем идентификации белка.Совершенно необычная ситуация была впервые обнаружена у фага фХ 174, где были найдены две перекрывающиеся открытые рамки считывания с достаточно протяженным участком перекрывания. Подобные случаи были описаны позже у многих других вирусов и в митохондриях. Внутри первой открытой рамки считывания находится кодон AUG для другой рамки, что позволяет одной последовательности ДНК кодировать два белка. Небольшие вирусы используют перекрывающиеся гены для того, чтобы ввести больше информации в их маленькие молекулы ДНК. Однако за эту генетическую экономию приходится платить: на последовательности аминокислот, кодируемые перекрывающимися генами, накладываются жесткие ограничения. Действительно, изменение основания в третьем положении какого-либо кодона не повредит один белок, но приведет к искажению последовательности другого белка. Поэтому перекрывающиеся гены используются лишь в тех случаях, когда количество ДНК строго лимитировано. Труднее объяснить подобные случаи у млекопитающих и в митохондриях.4. Код вырожденный. Слово «вырожденность» - это математический термин, означающий в данном случае, что одной аминокислоте может соответствовать больше одного кодона. Вырожденность кода вовсе не означает его несовершенство, поскольку нет ни одного кодона, который бы кодировал несколько аминокислот. В физиологических условиях код однозначен: каждый кодон обозначает только одну аминокислоту. Вырожденность кода для различных аминокислот разная. Исключение составляют метионин (AUG) и триптофан (UGG), кодирующиеся одним кодоном. Эти две составляющие исключение аминокислоты встречаются в белках достаточно редко. Наибольшее число кодонов (по 6 кодонов) имеют лейцин и серии (см. рис. 9.1), которыми белки изобилуют.