Кодондармен көрсетілген генетикалық код – планетадағы барлық тірі организмдерге тән белоктардың құрылымы туралы ақпаратты кодтауға арналған жүйе. Оның декодтауына он жыл қажет болды, бірақ оның бар екенін ғылым ғасырға жуық уақыт бойы түсінді. Әмбебаптылық, ерекшелік, бір бағыттылық және әсіресе генетикалық кодтың азғындауы үлкен биологиялық мәнге ие.
Табу тарихы
Генетикалық ақпаратты кодтау мәселесі әрқашан биологиядағы басты мәселе болды. Ғылым генетикалық кодтың матрицалық құрылымына өте баяу жылжыды. 1953 жылы ДНҚ-ның қос бұрандалы құрылымын Дж. Уотсон мен Ф. Крик ашқаннан бері табиғаттың ұлылығына сенім тудырған код құрылымының өзін ашу кезеңі басталды. Белоктардың сызықтық құрылымы және ДНҚ-ның бірдей құрылымы екі мәтіннің сәйкестігі ретінде генетикалық кодтың болуын білдіреді, бірақ әртүрлі алфавиттерді қолдану арқылы жазылған. Ал егербелоктардың алфавиті белгілі болды, содан кейін ДНҚ белгілері биологтардың, физиктердің және математиктердің зерттеу нысанына айналды.
Бұл жұмбақты шешудің барлық қадамдарын сипаттаудың мағынасы жоқ. ДНҚ кодондары мен белок аминқышқылдары арасында анық және дәйекті сәйкестік бар екенін дәлелдеген және растаған тікелей экспериментті 1964 жылы К. Яновски мен С. Бреннер жүргізді. Содан кейін - жасушасыз құрылымдарда ақуыз синтезі әдістерін қолдану арқылы in vitro (in vitro) генетикалық кодты ашу кезеңі.
Толығымен шифрланған E. coli коды 1966 жылы Cold Spring Harbor (АҚШ) биологтарының симпозиумында көпшілікке жарияланды. Содан кейін генетикалық кодтың артықтығы (дегенерациясы) ашылды. Мұның нені білдіретіні өте қарапайым түсіндірілді.
декодтау жалғасуда
Тұқым қуалайтын кодты декодтау туралы мәліметтерді алу өткен ғасырдың ең маңызды оқиғаларының біріне айналды. Бүгінгі таңда ғылым молекулалық кодтаудың механизмдерін және оның жүйелік ерекшеліктерін және генетикалық кодтың азғындау қасиетін білдіретін белгілердің шамадан тыс көптігін терең зерттеуді жалғастыруда. Зерттеудің жеке саласы - тұқым қуалайтын материалды кодтау жүйесінің пайда болуы және эволюциясы. Полинуклеотидтер (ДНҚ) мен полипептидтер (белоктар) арасындағы байланыстың дәлелі молекулалық биологияның дамуына серпін берді. Ал бұл, өз кезегінде, биотехнология, биоинженерия, селекция және өсімдік шаруашылығы саласындағы жаңалықтарға.
Догмалар мен ережелер
Молекулалық биологияның негізгі догмасы – ақпарат ДНҚ-дан ақпаратқа ауысадыРНҚ, содан кейін одан белок. Қарама-қарсы бағытта РНҚ-дан ДНҚ-ға және РНҚ-дан басқа РНҚ-ға берілу мүмкін.
Бірақ матрица немесе негіз әрқашан ДНҚ болып табылады. Ал ақпаратты жіберудің барлық басқа іргелі ерекшеліктері – бұл жіберудің матрицалық сипатының көрінісі. Атап айтқанда, басқа молекулалардың матрицасына синтез арқылы тасымалдануы, ол тұқым қуалайтын ақпараттың көбею құрылымына айналады.
Генетикалық код
Белок молекулаларының құрылымын сызықтық кодтау нуклеотидтердің комплементарлы кодондарын (триплеттерін) қолдану арқылы жүзеге асырылады, олардың ішінде тек 4 (адеин, гуанин, цитозин, тимин (урацил)) өздігінен түзілуіне әкеледі. басқа нуклеотидтер тізбегі. Нуклеотидтердің бірдей саны мен химиялық комплементарлылығы мұндай синтездің негізгі шарты болып табылады. Бірақ белок молекуласының түзілуі кезінде мономерлердің саны мен сапасы арасында сәйкестік болмайды (ДНҚ нуклеотидтері ақуыз аминқышқылдары). Бұл табиғи тұқым қуалайтын код – ақуыздағы амин қышқылдарының ретін нуклеотидтер (кодондар) тізбегінде жазу жүйесі.
Генетикалық кодтың бірнеше қасиеті бар:
- Үштік.
- Бірегейлік.
- Бағдар.
- Қайталас емес.
- Генетикалық кодтың артық болуы (азғындау).
- Әмбебаптық.
Биологиялық маңызына тоқталып, қысқаша сипаттама берейік.
Үштік, үздіксіздік және бағдаршамдар
61 аминқышқылдарының әрқайсысы нуклеотидтердің бір семантикалық триплетіне (үштік) сәйкес келеді. Үш триплет амин қышқылы туралы ақпаратты тасымалдамайды және тоқтау кодондары болып табылады. Тізбектегі әрбір нуклеотид триплеттің бөлігі болып табылады және өздігінен болмайды. Бір ақуызға жауапты нуклеотидтер тізбегінің соңында және басында тоқтау кодондары болады. Олар трансляцияны бастайды немесе тоқтатады (ақуыз молекуласының синтезі).
Арнайы, қабаттаспайтын және бір бағытты
Әр кодон (үштік) тек бір амин қышқылын кодтайды. Әрбір триплет көршісіне тәуелсіз және бір-біріне сәйкес келмейді. Бір нуклеотидті тізбектегі бір триплетке ғана қосуға болады. Ақуыз синтезі әрқашан тек бір бағытта жүреді, ол тоқтау кодондарымен реттеледі.
Генетикалық кодтың артықшылығы
Нуклеотидтердің әрбір триплеті бір амин қышқылын кодтайды. Барлығы 64 нуклеотид бар, оның 61-і амин қышқылдарын (сезім кодондары) кодтайды, ал үшеуі мағынасыз, яғни амин қышқылын (тоқтату кодондары) кодтамайды. Генетикалық кодтың артықтығы (дегенерациясы) әрбір триплетте - радикалды (амин қышқылын ауыстыруға әкеледі) және консервативті (аминқышқылдарының класын өзгертпейді) алмастырулар жасалуы мүмкін екендігінде. Есептеу оңай, егер үштікте 9 алмастыруды (1, 2 және 3-позициялар) жасауға болатын болса, әрбір нуклеотидті 4 - 1=3 басқа нұсқамен ауыстыруға болады, онда нуклеотидтерді ауыстырудың мүмкін нұсқаларының жалпы саны 61 болады. x 9=549.
Генетикалық кодтың деградациясы 549 нұсқаның бұрынғыдан әлдеқайда көп болуымен көрінеді.21 аминқышқылдары туралы ақпаратты кодтау үшін қажет. Бұл ретте 549 нұсқаның 23 алмастыру тоқтау кодондарының түзілуіне әкеледі, 134 + 230 алмастыру консервативті, 162 алмастыру радикалды.
Азғындау және шеттету ережесі
Егер екі кодонның екі бірдей бірінші нуклеотидтері болса, ал қалғандары бір кластың нуклеотидтері (пурин немесе пиримидин) болса, онда олар бір амин қышқылы туралы ақпаратты тасымалдайды. Бұл генетикалық кодтың азғындау немесе артық болу ережесі. Екі ерекшелік - AUA және UGA - біріншісі метионинді кодтайды, бірақ ол изолейцин болуы керек, ал екіншісі триптофанды кодтауы керек болса да, тоқтату кодоны болып табылады.
Азғындық пен әмбебаптықтың мәні
Генетикалық кодтың осы екі қасиеті ең үлкен биологиялық мәнге ие. Жоғарыда аталған қасиеттердің барлығы біздің планетамыздағы тірі ағзалардың барлық формаларының тұқым қуалайтын ақпаратына тән.
Генетикалық кодтың азғындауы бір амин қышқылының кодының бірнеше рет қайталануы сияқты адаптивті мәнге ие. Сонымен қатар, бұл кодондағы үшінші нуклеотидтің маңыздылығының (дегенерациясының) төмендеуін білдіреді. Бұл опция ДНҚ-дағы мутациялық зақымдануды азайтады, бұл ақуыз құрылымында өрескел бұзушылықтарға әкеледі. Бұл планетаның тірі ағзаларының қорғаныс механизмі.
