Генетический код
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Генетический код

Генетический код, система зашифровки наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, реализующаяся у животных, растений, бактерий и вирусов в виде последовательности нуклеотидов. В природных нуклеиновых кислотах — 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(дезоксирибонуклеиновая кислота) встречаются основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т); в РНК(рибонуклеиновая кислота) 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.(назыв) 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.(рисунок)): 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).

загрузка...

  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(рибонуклеиновая кислота) (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 и заключается в синтезе молекул и-РНК на соответствующих участках ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота). При этом последовательность нуклеотидов ДНК(дезоксирибонуклеиновая кислота) «переписывается» в нуклеотидную последовательность РНК(рибонуклеиновая кислота). 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(рибонуклеиновая кислота) (т-РНК) и соответствующих ферментов (см. Белки, раздел Биосинтез).

Полный «словарь» генетического кода для аминокислот

Первая «буква»

Вторая буква

Третья «буква»

У

Ц

А

Г

У

УУУ

Фенила-
ланин

УЦУ

Серин

УАУ

Тирозин

УГУ

Цистин

У

 

УУЦ

УЦЦ

УАЦ

УГЦ

Ц

 

УУА

Лейцин

УЦА

УАА

Конец синтеза

УГА

Конец синтеза

А

 

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-
цин

АЦУ

Треонин

ААУ

Аспарагин

АГУ

Серин

У

 

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-
новая кислота

ГГУ

Глицин

У

 

ГУЦ

ГЦЦ

ГАЦ

ГГЦ

Ц

 

ГУА

ГЦА

ГАА

Глутами-
новая кислота

ГГА

А

 

ГУГ*

ГЦГ

ГАГ

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.(перевод) с англ.(английский), М., 1963; Крик Ф., Генетический код (I), в кн.: Структура и функция клетки, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1964, с. 9—23; Ниренберг М., Генетический код (II), там же, с. 24—41; Хэйс У., Генетика бактерий и бактериофагов, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1965; Хартман Ф., Саскайнд З., Действие гена, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1966; Бреслер С. Е., Введение в молекулярную биологию, 2 изд., М. — Л., 1966; Ингрэм В., Биосинтез макромолекул, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1966; Лобашев М. Е., Генетика, 2 изд., Л., 1967; Уотсон Дж., Молекулярная биология гена, пер.(перевод) с англ.(английский), М., 1967; Сойфер В. Н., Молекулярные механизмы мутагенеза, М., 1969; Дубинин Н. П.. Общая генетика, М., 1970.

  Н. П. Дубинин, В. Н. Сойфер.

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.