Kodoneina ilmaistu geneettinen koodi on järjestelmä, joka koodaa tietoa proteiinien rakenteesta, joka on luonnostaan kaikille planeetan eläville organismeille. Sen purkaminen kesti vuosikymmenen, mutta tosiasian, että se on olemassa, tiede ymmärsi melkein vuosisadan. Universaalisuus, spesifisyys, yksisuuntaisuus ja erityisesti geneettisen koodin rappeutuminen ovat biologisesti erittäin tärkeitä.
Löytöhistoria
Geneettisen tiedon koodausongelma on aina ollut keskeinen ongelma biologiassa. Tiede eteni melko hitaasti kohti geneettisen koodin matriisirakennetta. Siitä lähtien, kun J. Watson ja F. Crick löysivät vuonna 1953 DNA:n kaksoiskierteisen rakenteen, alkoi koodin rakenteen purkamisen vaihe, mikä sai uskoon luonnon suuruuteen. Proteiinien lineaarinen rakenne ja sama DNA:n rakenne merkitsivät geneettisen koodin olemassaoloa kahden tekstin vastaavuudena, mutta kirjoitettuna eri aakkosilla. Ja josproteiinien aakkoset tunnettiin, sitten DNA:n merkit tulivat biologien, fyysikkojen ja matemaatikoiden tutkittavaksi.
Ei ole mitään järkeä kuvata kaikkia tämän arvoituksen ratkaisemisen vaiheita. C. Janowski ja S. Brenner suorittivat vuonna 1964 suoran kokeen, joka osoitti ja vahvisti, että DNA-kodonien ja proteiinien aminohappojen välillä on selkeä ja johdonmukainen vastaavuus. Ja sitten - geneettisen koodin purkamisen aika in vitro (in vitro) käyttämällä proteiinisynteesin tekniikoita soluttomissa rakenteissa.
Täysin purettu E. coli -koodi julkistettiin vuonna 1966 biologien symposiumissa Cold Spring Harborissa (USA). Sitten havaittiin geneettisen koodin redundanssi (degeneraatio). Mitä tämä tarkoittaa, selitettiin yksinkertaisesti.
Dekoodaus jatkuu
Perinnöllisen koodin purkamista koskevien tietojen hankkimisesta on tullut yksi viime vuosisadan merkittävimmistä tapahtumista. Nykyään tiede jatkaa syvällistä molekyylikoodausten mekanismien ja sen systeemisten piirteiden tutkimista sekä merkkien ylimäärää, joka ilmaisee geneettisen koodin degeneroitumisen ominaisuutta. Erillinen tutkimusala on perinnöllisen materiaalin koodausjärjestelmän syntyminen ja kehitys. Todisteet polynukleotidien (DNA) ja polypeptidien (proteiinien) välisestä suhteesta antoivat sysäyksen molekyylibiologian kehitykselle. Ja se puolestaan bioteknologiaan, biotekniikkaan, löytöihin valinnassa ja kasvinviljelyssä.
Dogmat ja säännöt
Molekyylibiologian päädoppi - tieto siirtyy DNA:sta informaatioonRNA:ta ja sitten siitä proteiiniin. Päinvastaiseen suuntaan siirtyminen RNA:sta DNA:han ja RNA:sta toiseen RNA:han on mahdollista.
Mutta matriisi tai perusta on aina DNA. Ja kaikki muut tiedon siirron peruspiirteet ovat heijastus tästä siirron matriisiluonteesta. Nimittäin synteesillä tapahtuva siirto muiden molekyylien matriisiin, josta tulee perinnöllisen tiedon lisääntymisen rakenne.
Geneettinen koodi
Proteiinimolekyylien rakenteen lineaarinen koodaus suoritetaan käyttämällä nukleotidien komplementaarisia kodoneja (triplettejä), joita on vain 4 (adeiini, guaniini, sytosiini, tymiini (urasiili)), mikä johtaa spontaanisti muodostumiseen toisesta nukleotidiketjusta. Sama nukleotidien lukumäärä ja kemiallinen komplementaarisuus on tällaisen synteesin pääehto. Mutta proteiinimolekyylin muodostumisen aikana monomeerien määrän ja laadun välillä ei ole vastaavuutta (DNA-nukleotidit ovat proteiinin aminohappoja). Tämä on luonnollinen perinnöllinen koodi - järjestelmä, joka tallentaa nukleotidisekvenssiin (kodonien) aminohapposekvenssin proteiinissa.
Geneettisellä koodilla on useita ominaisuuksia:
- Kolmio.
- Ainutlaatuisuus.
- Orientaatio.
- Ei päällekkäisiä.
- Geenikoodin redundanssi (degeneroituminen).
- Monipuolisuus.
Annetaan lyhyt kuvaus, jossa keskitytään biologiseen merkitykseen.
Kolmeisuus, jatkuvuus ja jarruvalot
Jokainen 61 aminohaposta vastaa yhtä semanttista nukleotiditriplettiä (kolmikkoa). Kolme triplettiä ei sisällä tietoa aminohaposta ja ovat lopetuskodoneja. Jokainen ketjun nukleotidi on osa triplettiä, eikä sitä ole olemassa yksinään. Yhdestä proteiinista vastaavan nukleotidiketjun lopussa ja alussa on lopetuskodoneja. Ne aloittavat tai lopettavat translaation (proteiinimolekyylin synteesin).
Erityinen, ei-päällekkäinen ja yksisuuntainen
Jokainen kodoni (tripletti) koodaa vain yhtä aminohappoa. Jokainen tripletti on riippumaton viereisestä eikä mene päällekkäin. Yksi nukleotidi voidaan sisällyttää vain yhteen ketjun triplettiin. Proteiinisynteesi kulkee aina vain yhteen suuntaan, jota säätelevät stop-kodonit.
Geenikoodin irtisanomiset
Jokainen nukleotiditripletti koodaa yhtä aminohappoa. Nukleotideja on yhteensä 64, joista 61 koodaa aminohappoja (sense-kodoneja) ja kolme on merkityksettömiä, eli ne eivät koodaa aminohappoa (stop-kodonit). Geneettisen koodin redundanssi (degeneraatio) piilee siinä, että jokaisessa triplettissa voidaan tehdä substituutioita - radikaaleja (johtaa aminohappojen korvaamiseen) ja konservatiivisia (älä muuta aminohappoluokkaa). On helppo laskea, että jos tripletissä voidaan tehdä 9 substituutiota (paikat 1, 2 ja 3), kukin nukleotidi voidaan korvata 4 - 1=3 muulla vaihtoehdolla, niin mahdollisten nukleotidisubstituutioiden kokonaismäärä on 61 x 9=549.
Geenikoodin rappeutuminen ilmenee siinä, että 549 muunnelmaa on paljon enemmän kuintarvitaan koodaamaan tietoa 21 aminohaposta. Samaan aikaan 549 vaihtoehdosta 23 substituutiota johtaa lopetuskodonien muodostumiseen, 134 + 230 substituutiota ovat konservatiivisia ja 162 substituutiota radikaaleja.
Degeneroitumisen ja poissulkemisen sääntö
Jos kahdella kodonilla on kaksi identtistä ensimmäistä nukleotidiä ja loput ovat saman luokan nukleotideja (puriini tai pyrimidiini), ne sisältävät tietoa samasta aminohaposta. Tämä on geneettisen koodin rappeutumisen tai redundanssin sääntö. Kaksi poikkeusta - AUA ja UGA - ensimmäinen koodaa metioniinia, vaikka sen pitäisi olla isoleusiini, ja toinen on stop-kodoni, vaikka sen pitäisi koodata tryptofaania.
Degeneraation ja universaalisuuden merkitys
Näillä kahdella geneettisen koodin ominaisuudella on suurin biologinen merkitys. Kaikki yllä luetellut ominaisuudet ovat ominaisia kaikkien planeettamme elävien organismien muotojen perinnöllisille tiedoille.
Geneettisen koodin rappeutumisella on mukautuva arvo, kuten yhden aminohapon koodin moninkertainen kopiointi. Lisäksi tämä tarkoittaa kodonin kolmannen nukleotidin merkityksen (degeneroitumisen) vähenemistä. Tämä vaihtoehto minimoi DNA:n mutaatiovauriot, jotka johtavat vakaviin häiriöihin proteiinin rakenteessa. Tämä on planeetan elävien organismien puolustusmekanismi.
