 |
 |
|
 |
|
|
ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД |
| Большая советская энциклопедия (БЭС) |
система зашифровки наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, реализующаяся у животных, растений, бактерий и вирусов в виде последовательности нуклеотидов (См. Нуклеотиды). В природных нуклеиновых кислотах (См. Белки) — дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеиновой (РНК) — встречаются 5 распространённых типов нуклеотидов (по 4 в каждой нуклеиновой кислоте), различающихся по входящему в их состав азотистому основанию (см. Пуриновые основания, Пиримидиновые основания). В ДНК встречаются основания: Аденин (А), гуанин (См. Белки) (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т); в РНК вместо тимина присутствует Урацил (У). Кроме них, в составе нуклеиновых кислот обнаружено около 20 редко встречающихся (т. н. неканонических, или минорных) оснований, а также необычных сахаров. Т. к. количество кодирующих знаков Г. к. (4) и число разновидностей аминокислот в белке (20) не совпадают, кодовое число (т. е. количество нуклеотидов, кодирующих 1 аминокислоту) не может быть равно 1. Различных сочетаний по 2 нуклеотида возможно лишь 42=16, но этого также недостаточно для зашифровки всех аминокислот. Американский учёный Г. Гамов предложил (1954) модель триплетного Г. к., т. е. такого, в котором 1 аминокислоту кодирует группа из трёх нуклеотидов, наз. Кодоном. Число возможных Триплетов равно 43=64, а это более чем втрое превышает число распространённых аминокислот, в связи с чем было высказано предположение, что каждой аминокислоте соответствует несколько кодонов (т. н. вырожденность кода). Было предложено много различных моделей Г. к., из которых серьёзного внимания заслуживали три модели (см. рис.): перекрывающийся код без запятых, неперекрывающийся код без запятых и код с запятыми. В 1961 Ф. Крик (Великобритания) с сотрудниками получил подтверждение гипотезы триплетного неперекрывающегося кода без запятых. Установлены следующие основные закономерности, касающиеся Г. к.: 1) между последовательностью нуклеотидов и кодируемой последовательностью аминокислот существует линейное соответствие (колинеарность Г. к.); 2) считывание Г. к. начинается с определённой точки; 3) считывание идёт в одном направлении в пределах одного гена; 4) код является неперекрывающимся; 5) при считывании не бывает промежутков (код без запятых); 6) Г. к., как правило, является вырожденным, т. е. 1 аминокислоту кодируют 2 и более триплетов-синонимов (вырожденность Г. к. уменьшает вероятность того, что мутационная замена основания в триплете приведёт к ошибке); 7) кодовое число равно трём; 8) код в живой природе универсален (за некоторыми исключениями). Универсальность Г. к. подтверждается экспериментами по синтезу белка in vitro. Если в бесклеточную систему, полученную из одного организма (например, кишечной палочки), добавить нуклеиновокислотную матрицу, полученную из др. организма, далеко отстоящего от первого в эволюционном отношении (например, проростков гороха), то в такой системе, будет идти белковый синтез. Благодаря работам американских генетиков М. Ниренберга, С. Очоа, Х. Корана известен не только состав, но и порядок нуклеотидов во всех кодонах (см. табл., построенную по данным опытов с кишечной палочкой).
Из 64 кодонов у бактерий и фагов 3 кодона — УАА, УАГ и УГА — не кодируют аминокислот; они служат сигналом к освобождению полипептидной цепи с Рибосомы, т. е. сигнализируют о завершении синтеза полипептида. Их назыают терминирующими кодонами. Существуют также 3 сигнала о начале синтеза — это т. н. инициирующие кодоны — АУГ, ГУГ и УУГ, — которые, будучи включенными в начале соответствующей информационной РНК (и-РНК), определяют включение формилметионина в первое положение синтезируемой полипептидной цепи. Приведённые данные справедливы для бактериальных систем; для высших организмов многое ещё не ясно. Так, кодон УГА у высших организмов может быть значащим; не совсем понятен также механизм инициации полипептида.
Реализация Г. к. в клетке происходит в два этапа. Первый из них протекает в ядре; он носит название транскрипции (См. Транскрипция) и заключается в синтезе молекул и-РНК на соответствующих участках ДНК. При этом последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нуклеотидную последовательность РНК. Второй этап — Трансляция — протекает в цитоплазме, на рибосомах; при этом последовательность нуклеотидов и-РНК переводится в последовательность аминокислот в белке: этот этап протекает при участии транспортной РНК (т-РНК) и соответствующих ферментов (см. Белки, раздел Биосинтез).
Полный «словарь» генетического кода для аминокислот
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| Первая | Вторая буква | Третья |
| «буква» |----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| «буква» |
| | У | Ц | А | Г | |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| У | УУУ | Фенила- | УЦУ | Серин | УАУ | Тирозин | УГУ | Цистин | У |
|------------------------------------| ланин |------------| |------------| |------------| |---------------- |
| | УУЦ | | УЦЦ | | УАЦ | | УГЦ | | Ц |
|----------------------------------------------------------------------| |---------------------------------------------------------------------------------------|
| | УУА | Лейцин | УЦА | | УАА | Конец | УГА | Конец | А |
| | | | | | | синтеза | | синтеза | |
|------------------------------------| |------------| |------------| |-----------------------------------------------------|
| | УУГ* | | УЦГ | | УАГ | | УГГ | Триптофан | Г |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Ц | ЦУУ | Лейцин | ЦЦУ | Пролин | ЦАУ | Гистидин | ЦГУ | Аргинин | У |
|------------------------------------| |------------| |------------| |------------| |---------------- |
| | ЦУЦ | | ЦЦЦ | | ЦАЦ | | ЦГЦ | | Ц |
|------------------------------------| |------------| |----------------------------------------------| |---------------- |
| | ЦУА | | ЦЦА | | ЦАА | Глутамин | ЦГА | | А |
|------------------------------------| |------------| |------------| |------------| |---------------- |
| | ЦУГ | | ЦЦГ | | ЦАГ | | ЦГГ | | Г |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| А | АУУ | Изолей- | АЦУ | Треонин | ААУ | Аспарагин | АГУ | Серин | У |
|------------------------------------| цин |------------| |------------| |------------| |---------------- |
| | АУЦ | | АЦЦ | | ААЦ | | АГЦ | | Ц |
|------------------------------------| |------------| |---------------------------------------------------------------------------------------|
| | АУА | | АЦА | | ААА | Лизин | АГА | Аргинин | А |
|----------------------------------------------------------------------| |------------| |------------| |---------------- |
| | АУГ* | Метионин | АЦГ | | ААГ | | АГГ | | Г |
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| Г | ГУУ | Валин | ГЦУ | Аланин | ГАУ | Аспараги- | ГГУ | Глицин | У |
|------------------------------------| |------------| |------------| новая |------------| |---------------- |
| | ГУЦ | | ГЦЦ | | ГАЦ | кислота | ГГЦ | | Ц |
|------------------------------------| |------------| |----------------------------------------------| |---------------- |
| | ГУА | | ГЦА | | ГАА | Глутами- | ГГА | | А |
|------------------------------------| |------------| |------------| новая |------------| |---------------- |
| | ГУГ* | | ГЦГ | | ГАГ | кислота | ГГГ | | Г |
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
* В начале цепи и-РНК данный кодон определяет начало синтеза полипептидной цепи и кодирует аминокислоту формилметионин. От готовых полиплоидных цепей формильная группа или вся аминокислота может быть отщеплена с помощью соответствующих ферментов.
Лит.: Общая природа генетического кода для белков, в сборнике: Молекулярная генетика, пер. с англ., М., 1963; Крик Ф., Генетический код (I), в кн.: Структура и функция клетки, пер. с англ., М., 1964, с. 9—23; Ниренберг М., Генетический код (II), там же, с. 24—41; Хэйс У., Генетика бактерий и бактериофагов, пер. с англ., М., 1965; Хартман Ф., Саскайнд З., Действие гена, пер. с англ., М., 1966; Бреслер С. Е., Введение в молекулярную биологию, 2 изд., М. — Л., 1966; Ингрэм В., Биосинтез макромолекул, пер. с англ., М., 1966; Лобашев М. Е., Генетика, 2 изд., Л., 1967; Уотсон Дж., Молекулярная биология гена, пер. с англ., М., 1967; Сойфер В. Н., Молекулярные механизмы мутагенеза, М., 1969; Дубинин Н. П.. Общая генетика, М., 1970.
Н. П. Дубинин, В. Н. Сойфер.
0215368619.tif
Модели генетического кода: 1-й тип — перекрывающийся код без запятых; 2-й тип — неперекрывающийся код без запятых; 3-й тип — код с «промежутками», т. е. код с запятыми.
|
| Современная Энциклопедия |
| ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, система записи наследственной информации в виде последовательности нуклеотидов в молекулах нуклеиновых кислот. Единицей генетического кода служит кодон, или триплет (тринуклеотид). Генетический код определяет порядок включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь. Реализация генетического кода в живых клетках осуществляется в процессе синтеза матричной РНК на ДНК гена (транскрипция) и синтеза белка (трансляция), при котором последовательность нуклеотидов этой РНК переводится в соответствующую последовательность аминокислот белковой молекулы. 61 кодон из 64 кодирует определенные аминокислоты, а 3 отвечают за окончание синтеза белка. Несколько кодонов могут кодировать одну и ту же аминокислоту (вырожденность генетического кода), но один и тот же кодон соответствует только одной аминокислоте. За редким исключением генетический код универсален - одинаков для всех организмов. |
| Антисери Д., Реале Дж. Западная философия от истоков до наших дней |
Генетический код
Долгое время наследственные механизмы были предметом внимания генетиков, но природа молекул, переносящих информацию от одного индивида к другому, оставалась неведомой. Была известна роль макромолекул протеина и нуклеиновых кислот в этом процессе. Однако только в 1944 г. сотрудником Нью-Йоркского института Рокфеллера Эйвери (О. Т. Avery, 1877—1955) были получены результаты, показавшие, что эту роль выполняют молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК. Было известно ранее, что ядра клеток животных, содержащих хромосомы (и, стало быть, гены), особенно богаты нуклеиновыми кислотами, в частности ДНК. Последние представляют собой полимеры, образованные из остатков фосфорной кислоты, сахара (дезоксирибоза) с азотистого основания, т.е. аденина, гуанина, цитозина и тимина.
В начале пятидесятых годов вслед за Полингом, который раскрыл структуру протеина, спиралевидной (геликоидальной) макромолекулы, образованной из различных комбинаций 20 аминокислот, удалось понять молекулу ДНК как образованную из комбинаций 4 различных нуклеотидов. Каждый нуклеотид образован из остатков фосфорной кислоты, одной молекулы дезоксирибозы и одного из четырех азотистых оснований.
Были проведены химические и кристаллографические исследования, результаты которых обобщил Э. Чаргафф (Е. Chargaff, p. 1905), показавший комплементарность остатков тимина и адеина и остатков цитозина и гуанина в пробах различных ДНК. Идея структурировать молекулярные компоненты ДНК в форме двойной спирали с комплементарными взаимодействиями в азотистых основаниях взаимодополнительным образом — аденин-тимин, цитозин-гуанин — разработана кембриджскими учеными Ф. Криком (F. Crick) и Дж. Уотсоном (J. Watson). Диффракцию х-лучей, необходимых для верификации модели, установил М. Уилкинс (М. Wilkins).
Модель двойной спирали состоит из двух полинуклеотидных цепей, структурные реквизиты которых — азотистые основания и водородные связи между ними. Эта их природа подтверждает процесс дублирования, т.е. формирования двух двойных спиралей, начиная с одной, внутри которой отделяются две нити. В ДНК имеет место так называемая полуконсервативная репликация (повтор): каждое ответвление ДНК дает начало новой двойной спирали. Это подтвердили Мезельсон (Meselson) и Шталь (Stahl).
Помимо ДНК есть другой тип нуклеиновой кислоты — рибонуклеиновая, или РНК, содержащаяся, главным образом, в клеточной цитоплазме. Структура РНК имеет одну нить, но активность РНК имеет решающий характер, ибо вместе с ДНК она образует молекулярную основу механизма генетической передачи. Раздел биологии, изучающий поведение молекул ДНК и РНК в процессе передачи генетической информации, называется молекулярной биологией.
В 1941 г. Дж. У. Бидл (G. W. Beadle) и Э. Л. Тейтем (Е. L. Tatum) исследовали формирование энзимов (ферментов). Поскольку эти протеины обладали тоже двойными спиралями и содержали азот, то вскоре выяснилась и последовательность аминокислот протеина. Проблема заключалась в том, как из алфавита с 4 буквами можно образовать группу, содержащую 20 букв. Комбинируя 4 основания (2x2), они получили 16 комбинаций, а умножая 3x3, получили 64 комбинации, более чем достаточные для кодирования триплет — 21 аминокислоты протеина Так триплет азотистых оснований кодирует аминокислоту.
В 1955 г. удалось синтезировать РНК С. Очоа (S.Ochoa), в 1956 г. А. Корнберг (A. Kornberg) искусственным путем получил ДНК. Еще через 5 лет Ф. Жакоб (F. Jacob) и Ж. Моно (J. Monod) доказали, что РНК является передатчиком. Макромолекула РНК синтезируется на ДНК (процесс транскрипции) и соединяется в рибосомы, субклеточные частицы цитоплазмы, где и происходит белковый синтез. Передатчик РНК есть своего рода пленка с записью трехчленного кода последовательности аминокислот. Эту «пленку» считывает рибосома, создающая протеин в последовательности, указанной молекулой РНК.
В 1960-х гг. М. У. Ниренберг (М. W. Nirenberg) и Дж. Маттеи (J. N. Matthei) синтезировали молекулу РНК на одной основе урацила. Они получили процесс формирования полипептида, состоящего из одной аминокислоты — полифенилаланина на основе трехчленного урацил-урацил-урацила. Это открытие позволило найти ключ к генетическому коду почти так же, как Розеттский камень помог расшифровать египетские иероглифы. Ниренберг, Крик, Корана и другие выяснили значение всех 64 триплетов, образующих генетический код. Процесс передачи генетической информации от ДНК к РНК называется транскрипцией, а энзим (РНК-полимероза) катализирует синтез передатчика (РНК) по образцу ДНК. Синтез полипептидной цепочки, конкретизирующий информацию, поступающую из ДНК, называется процессом перевода, трансляции.
В целом цепочку белкового синтеза кратко можно представить следующим образом:
ДНК транскрипция РНК трансляция полипептид (белок).
Репликация ДНК и транскрипция РНК-передатчика возможны в силу соединения стереоспепифическим образом азотистых оснований: аденин «признает» тимин, а цитозин «признает» гуанин. Процесс трансляции происходит посредством соединительных векторов — молекул Т-РНК. Последние задерживаются на рибосоме и «прочитывают» передаваемый генетический код. Аминокислотная цепочка синтезируется на рибосоме с энзиматическим механизмом, необходимым для прочтения записанной информации в РНК.
Открытие генетического кода позволило внятно объяснить и описать феномены репродукции, наследования, вариаций и мутаций. Оказалось, что на этом универсальном языке «говорят» все организмы — от вирусов и бактерий до животных и человека. Это стало важнейшим этапом в изучении феномена жизни и ее удивительно разумной основы. |
| Бренан - Словарь научной грамотности |
Способ, которым последовательности нуклеотидов ДНК сохраняют и передают информацию, необходимую живому организму для построения белков и выполнения определенных биохимических функций. Каждый из примерно 100 000 генов человеческого организма состоgjит из четырех одинаковых оснований ("букв" генетического кода): аденина (А), цитозина (С), гуанина (G) и тимина (Т), расположенных в определенной последовательности, которая и определяет функцию того или иного гена. Характер наследственности записан в алфавите именно этих четырех "букв", повторяющихся многие миллионы раз в разных сочетаниях вдоль нитей ДНК. Перечисленные четыре основания всегда соединяются попарно; эти пары и создают две нити молекулы ДНК, имеющие вид скрученной веревочной лестницы, называемой двойной спиралью. Ученые расшифровали генетический код и смогли проникнуть в информацию, "записанную" на нитях ДНК.
В любом отдельном организме любого вида последовательность оснований генетического кода дает сложное "описание" - "инструкцию", необходимую потомству для создания характерных черт облика и особенностей поведения будущего индивидуума. В этом коде имеется четкое химическое описание определенного живого организма: гены, по определению, управляют химизмом жизненных процессов и определяют все врожденные характеристики данного организма - от группы крови до цвета глаз. Гены "упакованы" в 23 пары человеческих хромосом. См. также <<проект "Геном">>. |
| Научнотехнический Энциклопедический Словарь |
| ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, системная информация, накопленная в ГЕНАХ. Точно устанавливает, каким образом в организме вырабатывается весь сложный комплекс веществ, находящихся в живой клетке, а также способ воспроизведения самой клетки. Это начальная ступень передачи НАСЛЕДСТВЕННОСТИ и основа формирования всего организма. Содержит все существующие в организме гены, которые, пребывая в молекулярных связях, зависят от формы организации НУКЛЕОТИДОВ в длинных молекулах ДНК ХРОМОСОМ клеток. Каждая группа из трех нуклеотидов точно определена или закодирована на АМИНОКИСЛОТУ или на такие действия, как «начало» или «конец». Аминокислоты - основа белков. Определяя, какой белок нужно выработать и в каком количестве, генетический код не только непосредственно контролирует производство веществ, из которых состоит клетка, но также, путем выработки определенных энзимов (тоже белков), регулирует все химические реакции в клетке, опосредованно влияя также и на выработку других веществ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
 |
|
 |
|
|
