Генетический код

В любом данном участке ДНК только одна из двух нитей ДНК кодирует аминокислоты, поэтому код – это последовательность нуклеотидов, а не пар нуклеотидов. Генетический код имеет следующие свойства:

1. Генетический код читается группами по три нуклеотида, т.е. код триплетный. Каждый триплет кодирует аминокислоту, каждый триплет называется кодоном.

2. Основные закономерности организации генетического кода были открыты с помощью генетического анализа района II фага Т6. В 1961 г. Ф. Крик и его коллеги показали, что код должен читаться неперекрывающимися триплетами с фиксированной стартовой точки.

а) неперекрывание подразумевает, что каждый кодон состоит из трех нуклеотидов и каждый последующий кодон представлен следующими тремя нуклеотидами.

б) Фиксированная стартовая точка означает, что считывание начинается на одном конце и завершается на другом; различные части кодирующей последовательности не могут считываться независимо друг от друга.

Началом трансляции любого гена является кодон AUG. В конце гена обязательно стоят кодоны UAA, UAG или UGA, которые не кодируют аминокислот и являются сигналами на окончание синтеза белка - стоп-кодоны. Для повышения надежности процесса терминации стоп-кодоны обычно дублируются. Первым при этом, как правило, выступает кодон UAA (основной терминирующий триплет), а вслед за ним на очень
близком расстоянии в той же рамке считывания следует один из запасных
терминирующих триплетов - UAG или UGA.

Таблица –Соответствие кодонов генетического кода аминокислотам белка

Примечание

U - урацил, С - цитозин, А - Аденин, G - гуанин, F, L, I и т.д. - однобуквенные сокращения названий аминокислот, Фен, Сер и т.д. -трехбуквенные сокращения. Кодоны UAA, UAG, UGA - не кодируют аминокислот. Эти кодоны являются сигналами терминации трансляции - стоп-кодонами

в) Если генетический код считывается неперекрывающимися триплетами, есть только три возможности транслирования нуклеотидной последовательности в аминокислотную, в зависимости от стартовой точки. Эти три возможности называют рамками считывания.

Мутация, в результате которой инсертируется или делетируется один нуклеотид и изменяется рамка считывания всей последующей последовательности, называется сдвигом рамки. Поскольку последовательность новой рамки считывания полностью отлична от первоначальной, вся аминокислотная последовательность будет измененной ниже мутации. Функция такого белка полностью утрачена.

Дополнение

Проблема кодирования в молекулярной биологии была впервые поставлена Г. Гамовым еще в начале 50х годов, т.е. задолго до открытия самой мРНК. Размышляя над тем, как линейная последовательность четырех различных нуклеотидов может определить последовательность двадцати разных аминокислот в белке, Гамов предположил, что генетический код является триплетным. Он же поставил вопросы и о других свойствах генетического кода: перекрываемости, запятых между кодонами, вырожденности.

3. Генетический код является вырожденным, в том смысле, что одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов (Таблица). Однако, кодоны используются не с одинаковой частотой. Например, у дрозофилы, в результате параллельного изучения последовательностей кодонов в генах и аминокислот, кодированных ими, при этом суммарная длина генов соответствовала 269 т.п.н., было показано, что кодоны используются с разными частотами.

Дополнение

В 1968 году за открытие и интерпретацию генетического кода и его функции в белковом синтезе Нобелевская премия была присуждена Р. Холли, X. Г. Хоране и М.В. Ниренбергу.

4. Генетический код универсален, в том смысле, что определённому кодону соответствует определённая аминокислота. Например, AUG-кодон кодирует метионин у любого организма. Однако, по мере расширения круга объектов молекулярной генетики стали накапливаться исключения, сделавшие код "квазиуниверсальным". Касается это прежде всего митохондриальных геномов.