Генетичен код

Спирала на ДНК

Закономерностите, които съпоставят аминокиселини на нуклеотидите от мРНК, представляват т. нар. генетичен код.

Същност

Преди да се разгледа механизмът на транслацията, уместно е да се обсъди крайният й резултат. Информацията за даден белтък по същество се запазва по пътя от ДНК до белтъка, само се преобразува от нуклеотиден в аминокиселинен запис. Всеки начин да се прехвърля информация от една в друга система от знаци се нарича код. Терминът транслация е създаден по аналогия с превеждането от един език на друг; ако продължим сравнението, то генетичният код е нуклеиново-белтъчният речник.

Видове генетични кодове

Синглетен

Най-простият тип код е синглетният, който на един знак съпоставя също един знак. Генетичният код обаче не би могъл да бъде синглетен. В мРНК има 4 вида нуклеотиди. При синглетен код те биха съответствали на 4 аминокиселини, а в белтъчната синтеза участват 20 различни аминокиселини.

Дублетен

Следващата възможност е дублетен код: на 2 нуклеотида да се съпоставя 1 аминокиселина. Съчетанията от 2 нуклеотида са 4 на квадрат = 16 не достигат за малко. При триплетен код 3 нуклеотида биха кодирали 1 аминокиселина. Възможните съчетания от 3 нуклеотида, наречени триплети, са 4 на куб = 64. Това е повече от достатъчно за кодиране на 20 аминокиселини. Принципно нищо не пречи една аминокиселина да се кодира от 4 или 5 нуклеотида, но това изглежда излишно усложняване и разточителство. Така още преди да е направен първият опит за установяване на генетичния код, е станало ясно, че кодът трябва да е триплетен.

Триплетен

Триплетите в мРНК са били наречени кодони. На този етап са възникнали други въпроси: дали от възможните 64 кодона се използват само 20 или кодът е изроден, т.е. някои аминокиселини се кодират от 2 или повече триплета; дали има нуклеотиди, които участват едновременно в 2 съседни кодона (кодът се припокрива);дали, обратно, има разделителни знаци (нуклеотиди, които разделят съседни кодони, без да участват в нито един от тях); има ли специални кодони или други съчетания за начало и край; и, разбира се, кой кодон на коя аминокиселина отговаря и дали в това отношение има разлики при различните организми.

Проучвания

Натрупването на познания за РНК, белтъците и белтъкосинтезиращия апарат е позволило да се отговори на тези въпроси. Първо изкуствено (без участието на ДНК-матрица) са били синтезирани къси вериги РНК с известна последователност. Те са били прибавяни вместо мРНК в система за транслация in vitro. Полученият полипептид е бил подлаган на секвениране (определяне на първичната структура) и сравняван с изкуствената РНК.

Резултатът от тези проучвания е таблицата, която показва кой кодон на коя аминокиселина съответства.

Вижда се, че кодът е изроден. От 64-те кодона 61 кодират аминокиселини. Останалите три, а именно УАА, УАГ и УГА, служат като сигнали за край на транслацията. Наричат се завършващи, терминални, безсмислени или стоп-кодони. За повечето аминокиселини има 2 или 4 кодона. Те се различават по третия си нуклеотид. Някои аминокиселини разполагат с по цели 6 кодона. Две аминокиселини, метионин и триптофан, се кодират само от по 1 кодон. Метиониновият кодон АУГ, когато е разположен подходящо в предния край на мРНК, служи и като сигнал за започване на синтезата. Генетичният код притежава целесъобразност: за тези аминокиселини, които по-често се срещат в белтъците, има повече кодони. А може да е било и обратното: примитивната клетка, след като се е снабдила с този генетичен код, да е възприела и нагоден към него белтъчен състав. Появата на транслацията е безспорно най-неясният момент от произхода на живота. По-рано се е смятало, че описаният код е абсолютно универсален, т.е. има посочения вид за всички геноми. Впоследствие се е наложило в това твърдение да се добави думата почти. Има някои геноми-изключения, в които отделни кодони имат друго значение. Например при най-малките и прости микроорганизми микоплазмите, УГА не е завършващ кодон, а кодира триптофан. Понеже даденият в горната таблица код е почти, но не изцяло универсален, днес той се означава като стандартен.

Доколкото можем да съдим, редките отклонения от стандартния код са вторични, т.е. по някаква причина са се появили в еволюцията на генетична система, която първоначално е спазвала стандартния код. Тези отклонения никога не са големи. Дори и най-простият организъм се нуждае от много белтъци и е трудно да се правят "рационализации" на генетичния код в движение, без при това да се увреди първичната структура на някой жизнено важен белтък. Универсалността на стандартния код е принудителна.

Други свойства, които не личат от таблицата, са, че кодът е неприпокриващ се и без разделителни знаци (запетаи). Поради липсата на разделителни знаци точката, откъдето започва разчитането, има голямо значение. Всяко групиране на нуклеотидите в кодони се нарича рамка на четене. Тъй като кодът е триплетен, за всяка мРНК са възможни 3 рамки на четене. За ДНК те са 6, защото трябва да се вземат предвид и двете вериги.

Вижте още

Източници

Charles Walters, Minerals for the Genetic Code: An Exposition & Anaylsis of the Dr. Olree Standard Genetic Periodic Chart & the Physical, Chemical & Biological Connection
Isaac Asimov, The Genetic Code
Jennifer O'Neill, Soul DNA: Your Spiritual Genetic Code Defines Your Purpose
Martin Schonberger, I Ching and the Genetic Code: The Hidden Key to Life

Външи препратки