Свойства генетического кода
advertisement
Свойства генетического кода - след его возникновения. Генетический код не менялся больше 3,5 млрд. лет. Его свойства хранят следы тех событий, в которых он формировался. • Генетический код (ГК) - способ (правило) кодированиия белка на первичной структуре ДНК или РНК. • Часто пишут, что ГК - однозначное соответствие последовательности из трёх нуклеотидов в гене одной аминокислоте в синтезируемом белке или месту окончания синтеза белка. Однако в таком определении есть ошибка. • На самом деле канонических аминокислот не 20, а 19. Почему пролин – не аминокислота? • Аминокислотой мы называется вещество, которое одновременно содержит аминогруппу NH2 и карбоксильную группу - COOH. • В пролине вместо аминогруппы присутствует иминогруппа, поэтому пролин правильней называть иминокислотой. • Возникновение ГК означает возникновение кодируемого синтеза белка. • Это событие является одним из ключевых для эволюционного формирования первых живых организмов. Основные свойства ГК • 1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется последовательностью из трёх нуклеотидов. • 2. Наличие межгенных знаков препинания. К межгенным знакам препинания относятся последовательности нуклеиновой кислоты, на которых трансляция начинается или заканчивается. Трансляция может начаться не с любого кодона, а только со строго определённого – стартового. К стартовому кодону относится триплет AUG, с которого начинается трансляция. В этом случае этот триплет кодирует или метионин, или другую аминокислоту – формилметионин (у прокариот), который может включаться только в начале синтеза белка. В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию (так называется синтез белка на рибосоме). • 3. Компактность, или отсутствие внутригенных знаков препинания. Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона. • 4. Неперекрываемость. Кодоны не перекрываются друг с другом, каждый имеет своё упорядочённое множестов нуклеотидов, которое не перекрывается с аналогичными множествами соседних кодонов. • 5. Вырожденность. Обратное соответствие в направлении аминокислотакодон неоднозначно. Это свойство называется вырожденностью. Серия – это множество кодонов, кодирующих одну аминокислоту, другими словами, это группа эквивалентных кодонов. Представим себе кодон в виде XYZ. Если XY определяет “смысл” (т.е. аминокислоту), то кодон называется сильным. Если же для определения смысла кодона нужен определенный Z, то такой кодон называется слабым. • 6. Универсальность. После того, как в середине 60-х годов прошлого века расшифровка ГК была завершена,долгое время считалось, что код одинаков во всех организмах, что указывает на единство происхождения всего живого на Земле. • ГК почти не менялся со времени своего формирования более 3,5 млрд. лет назад. А, значит, его структура несёт в себе след его возникновения , и анализ этой структуры может помочь понять, как именно мог возникнуть ГК. • Регулярность свойств аминокислот по корням триплетов. Все аминокислоты, кодируемые триплетами скорнем U, являются неполярными, не крайних свойств и размеров, имеют алифатические радикалы. Все триплеты с корнем C имеют сильные основы, аминокислоты, кодируемые ими, имеют относительно малые размеры. Все триплеты с корнем A имеют слабые основы, кодируют полярные аминокислоты не малых размеров. Кодоны с корнем G характеризуются крайними и аномальными вариантами аминокислот и серий. Они кодируют самую маленькую аминокислоту (глицин), самую длинную и плоскую (триптофан), самую длинную и «корявую» (аргинин), самую реактивную (цистеин), образуетаномальную подсерию для серин. • Блочность. Универсальный ГК является «блоковым» кодом. Это означает, что аминокислоты со сходными физико-химическими свойствами, кодируются кодонами, отличающимися друг от друга одним основанием. Помехоустойчивость. • Помехоустойчивость. В самом общем виде помехоустойчивость ГК означает, что при случайных точковых мутациях и ошибках трансляции не очень сильно меняются физико-химические свойства аминокислот. • Замена одного нуклеотида в триплете в большинстве случаев или не приводит к замене кодируемой аминокислоты, или приводит к замене на аминокислоту с той же полярностью. • Из всех мыслимых кодов с 20 аминокилотами только 1 на миллион кодов имеют помехоустойчивость НЕ МЕНЬШЕ, чем у настоящего ГК. • Число возможных ГК для 20 аминокислот ~ 9.1х10145 У кодона выделют части • У кодона 5’-XYZ-3’ выделяют основу – первые два нуклеотида XY. • Если кодирование аминокислоты определяется только первыми двумя нуклеотидами, то такая основа называется сильной. • Пример сильной основы – GG. Все четыре кодона с основой GG кодируют аминокислоту глицин (Gly): GGA, GGU, GGC, GGG. Слабые основы кодонов • Если для кодирование аминокислоты определяется также и третьим нуклеотидом, то такая основа называется слабой. • Пример слабой основы: АА. • ААА и ААG кодируют аминокислоту лизин (Lys), тогда как AAU и AAC кодируют аминокилоту аспарагин (Asn). Симметрии – самые загадочные свойства ГК • Если сделать замену A ↔ C, U ↔ G во всех трёх нуклеотидах кодона, то сила основы сохранится. • Если же заменить в кодоне первый нуклеотид на комплементарный, то сила основа изменится на противоположную.
