Страница 5 из 7
Самым удивительным результатом этого научного штурма было установление того факта, что – код шифрования – это генетический код, является универсальным и одинаков для всех земных организмов от вирусов до человека.
На основании многочисленных работ теперь можно коротко сформулировать основные свойства генетического кода.
Генетический код – это механизм, определяющий зависимость строения белков от наследственной информации, заключенной в молекулах ДНК.
Специфика белковых молекул определяется последовательным соединением в длинные цепочки молекул аминокислот (amino acids).
Аминокислоты – это низкомолекулярные органические соединения, состоящие из углерода, кислорода, водорода и азота. Обязательными группами в них являются кислотная группа СООН и аминогруппа – NH2.
Аминокислот, участвующих в синтезе белка – 20.
Соединение аминокислот в белковые цепочки происходит на структурах клетки – рибосомах.
План соединения аминокислот определяется последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК.
За положение одной аминокислоты в молекуле белка отвечает не один, а три нуклеотида – триплет (кодон).
Всего таких групп–сочетаний из четырех нуклеотидов по три – насчитывается 64 (4 в третьей степени). Каждая аминокислота кодируется несколькими триплетами (как бы запасный вариант, обеспечивающий скорость синтеза).
Информация о расположении триплетов на молекуле ДНК переносится в цитоплазму на рибосомы с помощью молекул – информационной РНК (и-РНК, m-RNA), которая предварительно синтезируется в ядре.
Различные аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью специфических коротких молекул – транспортных РНК (т-РНК)
Источником и поставщиком аминокислот в клетки является пища.
Скорость синтеза огромна – за одну секунду в клетках образуется тысячи белковых молекул. Главная функция их – ферментативная. Ни одна реакция в клетках не происходит самопроизвольно, все контролируется ферментами. Жизнь белковых молекул недолговечна. Большинство из них живут и работают только по нескольку часов, потом распадаются и строятся вновь. Т.е. конвеер – «ДНК – РНК – белок» работает постоянно. Никто не сидит без дела. Вот поэтому главным условием существования организмов на нашей планете – это регулярное питание. Человек не исключение. В основном его белки-ферменты живут по 8 часов. Отсюда, установившееся веками трехразовое питание.
Рис. 4. Схема процесса белкового синтеза в клетках
Так осуществляется реализация той наследственной информации, которую каждый организм получает от материнского и отцовского организма в момент оплодотворения. Но ведь белки – это вещества, а конкретные признаки организма так структурны, а органы так различны по строению и функциям!
Молекулы ДНК не имеют четких разделительных знаков. С какого участка списывать информацию? Какой длины должна быть молекула информационной РНК, где начало, где конец нужного участка? И вообще существуют ли они?
Поиски ответа на эти вопросы заставили молекулярных биологов вспомнить о классической генетике, где уже прочно установилось понятие ген. Так что же такое ген применительно к молекулярным механизмам клетки?
2.4. Что такое ген?
Получая наследство от своих родителей, мы часто ссылаемся на гены. В каком же виде принимаем мы это наследство, и каким образом полученная нами информация реализуется в конкретные и сугубо индивидуальные черты нашей личности? И что потом мы передадим нашим будущим потомкам?
Когда родители сердятся на своих детей, особенно маленьких, за то, что они не такие, как нам хотелось бы, надо им – родителям – напомнить, что дети не виноваты. Они не сами сформировали свой генотип – они получили его уже в готовом виде от предков. Это родительские гены гуляют. Но оказывается и родители тоже не виноваты!!! Они не властны над теми комбинациями генов, которые создаются в их половых клетках. У каждой женщины за свою жизнь образуется порядка 4,5 миллионов половых клеток. Многие из них погибают еще в процессе эмбрионального развития, к моменту рождения девочки в ее организме их будет около 2 миллионов, но до стадии зрелых яйцеклеток доходит только порядка 450 клеток и каждая будет генетически разной. Как за этим уследишь, если все происходит независимо от нашего сознания?
Так что такое ген? Выше мы уже говорили, что наследственная информация записывается на молекуле ДНК путем последовательности нуклеотидов. При расшифровке генетического кода (Ниренберг, Маттеи, 1961) было установлено и экспериментально проверено, что минимальной информационной единицей ДНК является триплет – комбинация из трех нуклеотидов. Поскольку нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями, их обозначают условно начальной буквой названия этого азотистого основания. Так аденин обозначается как А, гуанин – Г, Цитозин – Ц, тимин – Т, урацил – У. Если на молекуле ДНК нуклеотиды располагаются в порядке азотистых оснований – аденин-гуанин-тимин, то триплет получится АГТ.
Каждый из триплетов генетически связан с какой–то аминокислотой, которая должна включиться в состав белка. Следовательно, порядок триплетов в ДНК будет определять последовательность аминокислот в белке. Это, в свою очередь, будет определять структуру белковой молекулы и ее функции. Расшифровка связи ДНК и белка сделана по информационной РНК Триплеты РНК комплементарны триплетам ДНК. Выше названный типлет ДНК – АГТ будет соответствовать триплету РНК УЦА, и он будет отвечать за включение в белковую молекулу серосодержащей аминокислоты – серин (табл. 1). Но! От функции данной белковой молекулы до внешнего вида вашего лица и физиологического здоровья еще довольно далеко.
Таблица 1. Основы универсального генетического кода – состав нуклеотидных триплетов и кодируемые ими аминокислоты
1–й
нуклеотид
Второй нуклеотид
3–й
нуклеотид
У
Ц
А
Г
У
УУУ – ф–аланин
УУЦ – ф–аланин
УУА – лейцин
УУГ – лейцин
УЦУ – серин
УЦЦ – серин
УЦА – серин
УЦГ – серин
УАУ – тирозин
УАЦ – тирозин
УАА – охр
УАГ – Янт
УГУ – цистеин
УГЦ – цистеин
УГА – стоп
УГГ – триптоф
У, Ц
А, Г
Ц
ЦУУ – лейцин
ЦУЦ – лейцин
ЦУА – лейцин
ЦУГ – лейцин
ЦЦУ – пролин
ЦЦЦ – пролин
ЦЦА – пролин
ЦЦГ – пролин
ЦАУ – гистидин
ЦАЦ – гистидин
ЦАА – глутамин