Генетический код представлен определенными кодовыми словами, - кодонами.
В 1955 г. Очоа. выделил бактериальный фермент полинуклеотидфосфорилазу, которая катализирует в обратимой реакции синтез полирибонуклеотидов из рибонуклеозиддифосфатов. С помощью этого фермента он получил синтетические РНК с различным составом азотистых оснований, что дало ему возможность расшифровать триплетный код для 11 аминокислот. Таким образом, в тестовой системе удалось синтезировать РНК и белковые молекулы с известной последовательностью азотистых оснований и составом аминокислот. Это достижение – первое в истории биологии – позволило ученым в дальнейшем расшифровать генетический код.
Очоа. разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1959 г. с Артуром Корнбергом «за открытие механизмов биологического синтеза рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот».
Первое кодовое слово было расшифровано Ниренбергом и Маттеи в 1961 г. Они получили из кишечной палочки экстракт, содержащий рибосомы и прочие факторы, необходимые для синтеза белка. Получилась бесклеточная система для синтеза белка, которая могла бы осуществлять сборку белка из аминокислот, если в среду добавить необходимую мРНК. Добавив в среду синтетическую РНК, состоящую только из урацилов, они обнаружили, что образовался белок, состоящий только из фенилаланина (полифенилаланин). Так было установлено, что триплет нуклеотидов УУУ (кодон) соответствует фенилаланину. В течение последующих 5-6 лет были определены все кодоны генетического кода.
Генетический код - своеобразный словарь, переводящий текст, записанный с помощью четырех нуклеотидов, в белковый текст, записанный с помощью 20 аминокислот. Остальные аминокислоты, встречающиеся в белке, являются модификациями одной из 20 аминокислот.
Свойства генетического кода
Генетический код имеет следующие свойства:
· Триплетность - каждой аминокислоте соответствует тройка нуклеотидов. Легко подсчитать, что существуют 43 = 64 кодона. Из них 61 является смысловым и 3 - бессмысленными (терминирующими, stop-кодонами).
· Непрерывность (нет разделительных знаков между нуклеотидами) - отсутствие внутригенных знаков препинания;
· Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона. В 1961г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода и его непрерывность (компактость) [показать]
· Наличие межгенных знаков препинания - наличие среди триплетов инициирующих кодонов (с них начинается биосинтез белка), кодонов - терминаторов (обозначают конец биосинтеза белка);
· Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот).
· В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию.
· Колинеарность - соответствие линейной последовательности кодонов мРНК и аминокислот в белке.
· Специфичность - каждой аминокислоте соответствуют только определенные кодоны, которые не могут использоваться для другой аминокислоты.
· Однонаправленность - кодоны считываются в одном направлении - от первого нуклеотида к последующим
· Вырожденность, или избыточность,- одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов (аминокислот – 20, возможных триплетов – 64, 61 из них смысловой, т. е. в среднем каждой аминокислоте соответствует около 3 кодонов); исключение составляет метионин (Met) и триптофан (Trp).
· Причина вырожденности кода состоит в том, что главную смысловую нагрузку несут два первых нуклеотида в триплете, а третий не так важен. Отсюда правило вырожденности кода: если два кодона имеют два одинаковых первых нуклеотида, а их третьи нуклеотиды принадлежат к одному классу (пуриновому или пиримидиновому), то они кодируют одну и ту же аминокислоту.
· Однако из этого идеального правила есть два исключения. Это кодон АUА, который должен соответствовать не изолейцину, а метионину и кодон UGА, который является терминирующим, тогда как должен соответствовать триптофану. Вырожденность кода имеет, очевидно, приспособительное значение.
· Универсальность - все перечисленные выше свойства генетического кода характерны для всех живых организмов.
· Неперекрываемость - каждый из триплетов генетического текста независим друг от друга, один нуклеотид входит в состав только одного триплета; На рис. показана разница между перекрывающимся и неперекрывающимся кодом.