Genetski kod: opis, karakteristike, povijest istraživanja

Svaki živi organizam ima poseban skup proteina. Određeni nukleotidni spojevi i njihova sekvenca u Molekula DNA oblikuju genetski kod. Ona prenosi informacije o strukturi proteina. U genetici je usvojen određeni koncept. Prema njoj, jedan enzim (polipeptid) odgovarao je jednom genu. Treba reći da su istraživanja nukleinskih kiselina i proteina provedena tijekom prilično dugog razdoblja. U nastavku ćemo detaljnije razmotriti genetski kod i njegova svojstva. Također će se dati kratka kronologija istraživanja.

terminologija

Genetski kod je metoda za kodiranje niza aminokiselinskih proteina koji uključuju nukleotidni slijed. Ova metoda formiranja informacija karakteristična je za sve žive organizme. Proteini su prirodne organske tvari visoke molekularne težine. Ovi spojevi su također prisutni u živim organizmima. Sastoje se od 20 vrsta aminokiselina koje se nazivaju kanonskim. Aminokiseline su raspoređene u lancu i povezane u strogo definiranom nizu. Ona definira struktura proteina i njegova biološka svojstva. U proteinu postoji i nekoliko lanaca aminokiselina.

DNA i RNA

Deoksiribonukleinska kiselina je makromolekula. Odgovorna je za prijenos, pohranu i primjenu nasljednih informacija. DNA koristi četiri dušične baze. Oni uključuju adenin, gvanin, citozin, timin. RNA se sastoji od istih nukleotida, osim one koja sadrži timin. Umjesto toga, postoji nukleotid koji sadrži uracil (U). RNA i DNA molekule su nukleotidni lanci. Zbog te strukture nastaju sekvence - "genetska abeceda".

Implementacija informacija

Sinteza proteina, koji je kodiran genom, ostvaruje se kombiniranjem mRNA na DNA predložku (transkripcija). Također, prijenos genetskog koda u aminokiselinsku sekvencu. To jest, postoji sinteza polipeptidnog lanca na mRNA. Za šifriranje svih aminokiselina i signalni kraj proteinske sekvence dovoljno je 3 nukleotida. Ovaj lanac se naziva trojka.

Povijest istraživanja

Proučavanje proteina i nukleinske kiseline dugo vremena. Konačno, sredinom 20. stoljeća pojavile su se prve ideje o prirodi genetskog koda. Godine 1953. pronađeno je da su neki proteini sastavljeni od aminokiselinskih sekvenci. Istina, još nisu mogli utvrditi njihov točan broj, a bilo je i brojnih sporova po tom pitanju. Godine 1953. objavljena su dva rada autora Watsona i Cricka. Prva je deklarirala sekundarnu strukturu DNA, druga je govorila o dopuštenom kopiranju pomoću sinteze matrice. Osim toga, naglasak je stavljen na činjenicu da je određeni slijed baza kod koji nosi nasljedne informacije. Američki i sovjetski fizičar Georgy Gamov dopustio je hipotezu kodiranja i pronašao metodu za njezinu provjeru. Godine 1954. objavljen je njegov rad, tijekom kojeg je iznio prijedlog za uspostavljanje podudarnosti između bočnih lanaca aminokiselina i "rupa" koji imaju romboidni oblik i koriste ga kao mehanizam kodiranja. Onda su ga zvali rombičkim. Objašnjavajući svoj rad, Gamow je priznao da genetski kod može biti trojka. Radna fizika bila je jedna od prvih među onima koji su smatrani bliskim istini.

klasifikacija

Nakon nekoliko godina predloženi su različiti modeli genetskih kodova koji predstavljaju dvije vrste: preklapanje i ne-preklapanje. Osnova prvog je ulazak jednog nukleotida u nekoliko kodona. Njemu pripada trokutni, sekvencijalni i glavni manji genetski kod. Drugi model uključuje dvije vrste. Ne-preklapanja su kombinacijska i "kod bez zareza". Prva varijanta temelji se na kodiranju aminokiselina tripleta nukleotida, a glavna stvar je njegov sastav. Prema "kodu bez zareza", određeni trojci odgovaraju aminokiselinama, a ostali ne. U ovom slučaju, smatralo se da ako bi se bilo koji značajni trojki sekvencijalno rasporedili, drugi koji su bili u drugačijem okviru čitanja bili bi nepotrebni. Znanstvenici vjeruju da postoji mogućnost odabira nukleotidne sekvence koja će zadovoljiti te zahtjeve, te da postoji točno 20 trojki. Premda su Gamow i ostali pod znakom pitanja o takvom modelu, smatrali su se najpouzdanijim za sljedećih pet godina. Na početku druge polovice 20. stoljeća pojavili su se novi podaci koji su otkrili neke nedostatke u "kodu bez zareza". Utvrđeno je da kodoni mogu izazvati sintezu proteina in vitro. Prema 1965, shvaćen je princip svih 64 trojke. Kao rezultat toga, otkrili su redundanciju nekih kodona. Drugim riječima, aminokiselinski slijed je kodiran s nekoliko trojki.

Posebne značajke

Svojstva genetskog koda uključuju:

1. Trojka. Slijed od tri nukleotida je značajna jedinica koda.
2. Kontinuitet. Trojke nemaju znakove interpunkcije postoji stalno čitanje informacija.
3. Disjointness. Nukleotid je dio samo jednog tripleta. U nekim genima virusa, bakterija i mitohondrija, kodirano je nekoliko proteina, a dolazi do čitanja pomaka okvira.
4. Jedinstvenost. Specifični kodon odgovara ne više od jedne aminokiseline. Istina, Euplotescrassus UGA može kodirati cistein i silenocistein.
5. Degeneracije. Specifična aminokiselina odgovara nekoliko kodona.
6. Svestranost. Genetski kod djeluje prema istom principu u organizmima različite složenosti. To je suština genetskog inženjeringa. Međutim, postoje neke iznimke.
7. Imunitet na buku. Mutacijske nukleotidne supstitucije su konzervativne i radikalne. Prvi ne dovodi do promjene u klasi kodirane aminokiseline. Radikalne mutacije mijenjaju klasu kodirane aminokiseline.

varijacije

Po prvi put otkriće se odstupanje genetskog koda od standardnog 1979. godine, dok se proučavaju mitohondrijski geni u ljudskom tijelu. Nadalje, identificirane su sličnije varijante, uključujući mnoštvo alternativnih mitohondrijskih kodova. To uključuje dekodiranje CAA stop kodona, koji se koristi kao definicija triptofana u mikoplazmi. GUG i CCG u arhejama i bakterijama često se koriste kao početne varijante. Ponekad geni kodiraju protein iz početnog kodona koji se razlikuje od standarda koji koristi ova vrsta. Osim toga, u nekim proteinima, ribosom je umetnut selenocisteinom i pirolizinom, koji su nestandardne aminokiseline. Ona čita stop kodon. To ovisi o sljedovima pronađenim u mRNA. Trenutno se selenocistein smatra 21., pirolizanom - 22. aminokiselinom prisutnom u sastavu proteina.

Zajednička obilježja genetskog koda

Međutim, sve iznimke su rijetke. U živim organizmima uglavnom genetski kod ima brojne zajedničke značajke. Oni uključuju sastav kodona koji uključuje tri nukleotida (prva dva pripadaju odlučujućem), prijenos kodova tRNA i ribosoma u aminokiselinskoj sekvenci.