Kokią informaciją koduoja genetinis kodas? Genetinis kodas: aprašymas, charakteristikos, tyrimo istorija

Pagrindinis mokslo žurnalas Gamta pranešė apie antrojo genetinio kodo atradimą – savotišką „kodą kode“, kurį neseniai nulaužė molekuliniai biologai ir kompiuterių programuotojai. Be to, norėdami ją identifikuoti, pasitelkė ne evoliucijos teoriją, o informacines technologijas.

Naujasis kodas vadinamas sujungimo kodu. Jis yra DNR viduje. Šis kodas labai sudėtingu, tačiau nuspėjamu būdu valdo pagrindinį genetinį kodą. Sujungimo kodas kontroliuoja, kaip ir kada surenkami genai ir reguliavimo elementai. Šio kodo atskleidimas kode padeda atskleisti kai kurias ilgalaikes genetikos paslaptis, iškilusias po Žmogaus genomo sekos nustatymo projekto. Viena iš šių paslapčių buvo, kodėl tokiame sudėtingame organizme kaip žmogus yra tik 20 000 genų? (Mokslininkai tikėjosi rasti daug daugiau.) Kodėl genai suskaidomi į segmentus (egzonus), kuriuos skiria nekoduojantys elementai (intronai), o po transkripcijos sujungiami (ty sujungiami)? Ir kodėl kai kuriose ląstelėse ir audiniuose genai įsijungia, o kitose ne? Jau du dešimtmečius molekuliniai biologai bandė išsiaiškinti genetinio reguliavimo mechanizmus. Šiame straipsnyje labai svarbu suprasti, kas iš tikrųjų vyksta. Tai neatsako į visus klausimus, tačiau parodo, kad vidinis kodas egzistuoja. Šis kodas yra informacijos perdavimo sistema, kurią galima taip aiškiai iššifruoti, kad mokslininkai galėtų nepaaiškinamu tikslumu numatyti, kaip genomas gali elgtis tam tikrose situacijose.

Įsivaizduokite, kad kitame kambaryje girdite orkestrą. Atidarai duris, pažvelgi į vidų ir pamatai kambaryje tris ar keturis muzikantus, grojančius muzikos instrumentais. Taip sako kodą sulaužyti padėjęs Brandonas Frey'us, kaip atrodo žmogaus genomas. Jis sako: „Galėjome aptikti tik 20 000 genų, bet žinojome, kad jie sudaro daugybę baltymų produktų ir reguliavimo elementų. Kaip? Vienas metodas vadinamas alternatyviu sujungimu.. Įvairūs egzonai (genų dalys) gali būti surinkti skirtingais būdais. "Pavyzdžiui, trys baltymo neureksino genai gali sukurti daugiau nei 3000 genetinių pranešimų, kurie padeda kontroliuoti smegenų laidus."“, – sako Frey. Straipsnyje taip pat rašoma, kad mokslininkai žino, kad 95% mūsų genų yra alternatyviai sujungti, o daugeliu atvejų transkriptai (RNR molekulės, susidarančios dėl transkripcijos) yra skirtingai išreikšti skirtingų tipų ląstelėse ir audiniuose. Turi būti kažkas, kas valdo, kaip šie tūkstančiai derinių surenkami ir išreiškiami. Tai yra sujungimo kodekso užduotis.

Skaitytojai, norintys greitai apžvelgti atradimą, gali perskaityti straipsnį adresu Mokslo dienraštis teisę „Mokslininkai, sulaužę „sujungimo kodą“, atskleidžia paslaptį, slypinčią už biologinio sudėtingumo“. Straipsnyje rašoma: „Toronto universiteto mokslininkai įgijo esminių naujų įžvalgų apie tai, kaip gyvos ląstelės naudoja ribotą genų skaičių, kad sudarytų neįtikėtinai sudėtingus organus, tokius kaip smegenys.. Pati gamta prasideda Heidi Ledford straipsniu „Kodas kode“. Po to buvo paskelbtas Tejedor ir Valcárcel pranešimas „Genų reguliavimas: antrojo genetinio kodo nulaužimas. Galiausiai, klineris buvo Toronto universiteto mokslininkų komandos, vadovaujamos Benjamino D. Blencowe'o ir Brandono D. Frey'io, darbas „Sujungimo kodo nulaužimas“.

Šis straipsnis yra informacijos mokslo pergalė, primenanti Antrojo pasaulinio karo kodų laužytojus. Jų metodai apėmė algebrą, geometriją, tikimybių teoriją, vektorių skaičiavimą, informacijos teoriją, programos kodo optimizavimą ir kitus pažangius metodus. Jiems nereikėjo evoliucijos teorijos, kuris niekada nebuvo paminėtas moksliniuose straipsniuose. Skaitydami šį straipsnį galite pamatyti, kiek streso patiria šios uvertiūros autoriai:

"Mes aprašome" sujungimo kodo "schemą, kuri naudoja šimtų RNR savybių derinius, kad prognozuotų specifinius audinių pokyčius alternatyviame tūkstančių egzonų sujungime. Kodas nustato naujas sujungimo modelių klases, atpažįsta skirtingas reguliavimo programas skirtinguose audiniuose ir nustato mutacijų valdomas reguliavimo sekas. Mes atskleidėme plačiai paplitusias reguliavimo strategijas, įskaitant: netikėtai didelių nekilnojamojo turto fondų naudojimą; žemų egzonų įtraukimo lygių, kuriuos susilpnina specifinių audinių savybės, nustatymas; savybių pasireiškimas intronuose yra gilesnis, nei manyta anksčiau; ir sandūrų variantų lygių moduliavimas struktūrinėmis nuorašo charakteristikomis. Kodas padėjo nustatyti egzonų klasę, kurių įtraukimas slopina ekspresiją suaugusiųjų audiniuose, aktyvindamas mRNR skaidymą, ir kurių pašalinimas skatina ekspresiją embriogenezės metu. Kodas palengvina reguliuojamų alternatyvių sujungimo įvykių atradimą ir išsamų apibūdinimą genomo mastu.

Kodą nulaužusioje komandoje buvo Elektronikos ir kompiuterių inžinerijos katedros, taip pat Molekulinės genetikos katedros specialistai. (Pats Frey dirba „Microsoft Corporation“ padalinyje, „Microsoft Research“) Kaip ir praeitų metų kodų laužytojai, Frey ir Barash sukūrė "Naujas kompiuterinės biologinės analizės metodas, aptinkantis genome paslėptus "kodo žodžius". Naudodama didžiulius molekulinių genetikų sugeneruotus duomenų kiekius, tyrėjų komanda apgręžė sujungimo kodą. kol negalėjo numatyti, kaip jis pasielgs. Kai mokslininkai tai išsiaiškino, jie išbandė kodą prieš mutacijas ir pamatė, kaip buvo įterpiami arba ištrinami egzonai. Jie nustatė, kad kodas netgi gali sukelti specifinius audinių pokyčius arba veikti skirtingai, priklausomai nuo to, ar pelė buvo suaugusi, ar embrionas. Vienas genas, Xpo4, yra susijęs su vėžiu; Tyrėjai pažymėjo: „Šie duomenys patvirtina išvadą, kad Xpo4 geno ekspresija turi būti griežtai kontroliuojama, kad būtų išvengta galimų žalingų pasekmių, įskaitant navikogenezę (vėžį), nes jis yra aktyvus embriogenezės metu, bet sumažėja suaugusiųjų audiniuose. Pasirodo, jie buvo visiškai nustebinti pamatyto kontrolės lygio. Sąmoningai ar ne, Frey kaip užuominą naudojo protingo dizaino kalbą, o ne atsitiktinį variantą ir pasirinkimą. Jis pažymėjo: "Sudėtingos biologinės sistemos supratimas yra kaip sudėtingos elektroninės grandinės supratimas."

Heidi Ledford sakė, kad akivaizdus Watson-Crick genetinio kodo paprastumas su keturiomis bazėmis, tripletais kodonais, 20 aminorūgščių ir 64 DNR „simboliais“ po juo slepiasi visas sudėtingas pasaulis. Įtrauktas į šį paprastesnį kodą, sujungimo kodas yra daug sudėtingesnis.

Tačiau tarp DNR ir baltymų slypi RNR – visas sudėtingas pasaulis. RNR yra transformatorius, kuris kartais neša genetinius pranešimus, o kartais juos kontroliuoja, įtraukdamas daugybę struktūrų, kurios gali turėti įtakos jo funkcijai. Tame pačiame numeryje publikuotame dokumente tyrėjų komanda, vadovaujama Benjamino D. Blencowe ir Brandono D. Frey iš Toronto universiteto Ontarijo mieste, Kanadoje, praneša apie pastangas atskleisti antrąjį genetinį kodą, galintį numatyti, kaip pasiuntinio RNR segmentai. transkribuotas iš konkretaus geno, gali maišytis ir derinti, kad susidarytų įvairūs produktai skirtinguose audiniuose. Šis procesas žinomas kaip alternatyvus sujungimas. Šį kartą nėra paprastos lentelės – vietoj jos yra algoritmai, kurie sujungia daugiau nei 200 skirtingų DNR savybių su RNR struktūros nustatymais.

Šių tyrinėtojų darbas rodo sparčią pažangą, kurią skaičiavimo metodai padarė renkant RNR modelį. Be to, kad suprastų alternatyvų sujungimą, kompiuterių mokslas padeda mokslininkams numatyti RNR struktūras ir nustatyti mažas reguliuojančias RNR dalis, kurios nekoduoja baltymų. "Tai nuostabus laikas", sako Christopheris Bergas, skaičiavimo biologas iš Masačusetso technologijos instituto Kembridže. „Ateityje mūsų laukia didžiulė sėkmė“.

Kompiuterių mokslas, skaičiavimo biologija, algoritmai ir kodai – šios sąvokos nebuvo įtrauktos į Darvino žodyną, kai jis kūrė savo teoriją. Mendelis turėjo labai supaprastintą bruožų pasiskirstymo paveldėjimo metu modelį. Be to, idėja, kad funkcijos yra užkoduotos, buvo pristatyta tik 1953 m. Matome, kad pradinį genetinį kodą reguliuoja dar sudėtingesnis kodas, įtrauktas į jį. Tai revoliucinės idėjos. Be to, yra visi ženklai, kad šis kontrolės lygis nėra paskutinis. Ledfordas primena, kad, pavyzdžiui, RNR ir baltymai turi trimatę struktūrą. Molekulių funkcijos gali keistis pasikeitus jų formai.Turi būti kažkas, kas valdo lankstymą, kad trimatė struktūra atliktų tai, ko reikalauja funkcija. Be to, atrodo, kad prieiga prie genų yra kontroliuojama kitas kodas, histono kodas. Šį kodą užkoduoja molekuliniai žymenys arba „uodegos“ ant histono baltymų, kurie tarnauja kaip DNR sukimo ir superspiralių centrai. Apibūdindamas mūsų laikus, Ledfordas kalba apie „Nuolatinis RNR informatikos renesansas“.

Tejedor ir Valcárcel sutinka, kad už paprastumo slypi sudėtingumas. „Koncepcija labai paprasta: DNR gamina RNR, kuri vėliau gamina baltymus., – jie pradeda savo straipsnį. "Bet iš tikrųjų viskas yra daug sudėtingiau". 1950-aisiais sužinojome, kad visi gyvi organizmai – nuo ​​bakterijų iki žmonių – turi pagrindinį genetinį kodą. Tačiau netrukus supratome, kad sudėtingi organizmai (eukariotai) turi nenatūralių ir sunkiai suprantamų savybių: jų genomai turi savotiškas dalis, intronus, kuriuos reikia pašalinti, kad egzonai galėtų susijungti. Kodėl? Šiandien rūkas išsisklaidys: „Pagrindinis šio mechanizmo privalumas yra tas, kad jis leidžia skirtingoms ląstelėms pasirinkti alternatyvius būdus, kaip sujungti pirmtaką pasiuntinio RNR (pre-mRNR) ir taip gaminti skirtingus pranešimus iš to paties geno.- jie paaiškina, - "ir tada skirtingos mRNR gali koduoti skirtingus baltymus su skirtingomis funkcijomis". Daugiau informacijos gausite naudodami mažiau kodo, jei kode yra kitas kodas, kuris žino, kaip tai padaryti.

Sujungimo kodo sulaužymas yra toks sudėtingas, kad veiksnius, kurie kontroliuoja egzonų surinkimą, nustato daugelis kitų veiksnių: sekos, esančios netoli egzonų ribų, intronų sekos ir reguliavimo veiksniai, kurie padeda arba slopina sujungimo mechanizmus. Be to, "tam tikros sekos ar faktoriaus poveikis gali skirtis priklausomai nuo jo vietos, palyginti su introno-egzono ribomis arba kitais reguliavimo motyvais", paaiškina Tejedor ir Valcárcel. "Todėl didžiausias iššūkis numatant specifinį audinių susiliejimą yra daugybės motyvų algebros ir juos atpažįstančių reguliavimo veiksnių santykių skaičiavimas.".

Kad išspręstų šią problemą, tyrėjų komanda į kompiuterį padavė didžiulį kiekį duomenų apie RNR sekas ir sąlygas, kuriomis jos susidarė. „Tada kompiuteriui buvo pavesta nustatyti savybių derinį, kuris geriausiai paaiškintų eksperimentiškai nustatytą audiniams būdingą egzonų pasirinkimą.. Kitaip tariant, mokslininkai apgręžė kodą. Kaip ir Antrojo pasaulinio karo kodų laužytojai, sužinoję algoritmą, mokslininkai gali daryti prognozes: „Jis teisingai ir tiksliai nustatė alternatyvius egzonus ir numatė skirtingą jų reguliavimą tarp audinių tipų porų“. Kaip ir bet kuri gera mokslinė teorija, atradimas suteikė naujų įžvalgų: "Tai leido mums pateikti naują įžvalgą apie anksčiau nustatytus reguliavimo motyvus ir nurodė anksčiau nežinomas žinomų reguliatorių savybes, taip pat netikėtus funkcinius ryšius tarp jų.", pažymėjo mokslininkai. "Pavyzdžiui, kodas reiškia, kad egzonų, vedančių į apdorotus baltymus, įtraukimas yra bendras mechanizmas, skirtas kontroliuoti genų ekspresijos procesą perėjimo iš embriono audinio į suaugusiųjų audinį.".

Tejedor ir Valcárcel mano, kad jų dokumentas yra svarbus pirmasis žingsnis: „Darbas... geriau vertinamas kaip pirmojo daug didesnio Rosetta akmens fragmento, reikalingo alternatyvioms mūsų genomo žinutėms iššifruoti, atradimas. Pasak šių mokslininkų, būsimi tyrimai neabejotinai pagerins jų žinias apie šį naują kodą. Savo straipsnio pabaigoje jie trumpai pamini evoliuciją ir tai daro labai neįprastu būdu. Jie sako: „Tai nereiškia, kad evoliucija sukūrė šiuos kodus. Tai reiškia, kad pažangai reikės suprasti, kaip kodai sąveikauja. Kitas netikėtumas buvo tai, kad iki šiol stebimas išsaugojimo laipsnis kelia klausimą dėl galimo „rūšiai būdingų kodų“..

Kodas tikriausiai veikia kiekvienoje ląstelėje, todėl turi būti atsakingas už daugiau nei 200 žinduolių ląstelių tipų. Jis taip pat turi susidoroti su daugybe alternatyvių sujungimo modelių, jau nekalbant apie paprastus sprendimus įtraukti arba praleisti vieną egzoną. Ribotas evoliucinis alternatyvaus sujungimo reguliavimo išsaugojimas (manoma, kad tarp žmonių ir pelių yra apie 20%), kyla klausimas dėl rūšiai būdingų kodų egzistavimo. Be to, DNR apdorojimo ir genų transkripcijos ryšys turi įtakos alternatyviam sujungimui, o naujausi įrodymai rodo, kad DNR pakuoja histono baltymai ir kovalentinės histonų modifikacijos (vadinamasis epigenetinis kodas) reguliuojant splaisingumą. Todėl būsimi metodai turės nustatyti tikslią histono kodo ir sujungimo kodo sąveiką. Tas pats pasakytina apie vis dar mažai suprantamą sudėtingų RNR struktūrų įtaką alternatyviam sujungimui.

Kodai, kodai ir dar daugiau kodų. Tai, kad mokslininkai šiuose straipsniuose beveik nieko nesako apie darvinizmą, rodo, kad evoliucijos teoretikai, besilaikantys senų idėjų ir tradicijų, turi daug ką pagalvoti perskaitę šiuos straipsnius. Tačiau tie, kurie entuziastingai domisi kodų biologija, atsidurs priešakyje. Jie turi puikią galimybę pasinaudoti įdomia žiniatinklio programa, kurią sukūrė kodų laužytojai, kad paskatintų tolesnius tyrimus. Jį galima rasti Toronto universiteto svetainėje, pavadintoje Alternatyvios sujungimo prognozės svetainė. Lankytojai veltui ieškos, ar čia paminėta evoliucija, nepaisant senos aksiomos, kad be jos biologijoje nieko nėra prasmės. Naujoji 2010 m. šios išraiškos versija gali skambėti taip: „Niekas biologijoje nėra prasmingas, nebent į jį būtų žiūrima informatikos šviesoje. .

Nuorodos ir pastabos

Džiaugiamės, kad galėjome jums papasakoti apie šią istoriją jos paskelbimo dieną. Tai gali būti vienas reikšmingiausių mokslo straipsnių šiais metais. (Žinoma, kiekvienas didelis atradimas, kurį padarė kitos mokslininkų grupės, pvz., Watson ir Crick's, yra reikšmingas.) Vienintelis dalykas, kurį galime pasakyti, yra: „Oho! Šis atradimas yra puikus sukūrimo pagal planą patvirtinimas ir didžiulis iššūkis Darvino imperijai. Įdomu, kaip evoliucionistai, atsižvelgdami į šiuos naujus duomenis, bandys pataisyti savo supaprastintą istoriją apie atsitiktines mutacijas ir natūralią atranką, kuri datuojama XIX amžiuje.

Ar suprantate, apie ką kalba Tejedoras ir Valcárcel? Rūšys gali turėti savo kodą, unikalų toms rūšims. "Todėl būsimi metodai priklausys nuo tikslios histono [epigenetinio] kodo ir sujungimo kodo sąveikos nustatymo", - pažymi jie. Išvertus tai reiškia: „Darvinistai su tuo neturi nieko bendra. Jie tiesiog negali to susitvarkyti“. Jei paprastas Watson-Crick genetinis kodas būtų problema darviniečiams, ką jie dabar pasakytų apie sujungimo kodą, kuris sukuria tūkstančius nuorašų iš tų pačių genų? Kaip jie susidoroja su epigenetiniu kodu, kuris kontroliuoja genų ekspresiją? Ir kas žino, gal šioje neįtikėtinoje „sąveikoje“, apie kurią tik pradedame pažinti, dalyvauja kiti kodai, primenantys Rozetos akmenį, tik pradedantį lįsti iš smėlio?

Dabar, kai galvojame apie kodus ir kompiuterių mokslą, pradedame galvoti apie skirtingas naujų tyrimų paradigmas. Ką daryti, jei genomas iš dalies veikia kaip saugojimo tinklas? Ką daryti, jei tai susiję su kriptografija ar glaudinimo algoritmais? Reikėtų prisiminti apie šiuolaikines informacines sistemas ir informacijos saugojimo technologijas. Mes netgi galime atrasti steganografijos elementus. Neabejotinai yra papildomų atsparumo mechanizmų, tokių kaip dubliavimas ir pataisymai, kurie gali padėti paaiškinti pseudogenų egzistavimą. Viso genomo kopijos gali būti atsakas į stresą. Kai kurie iš šių reiškinių gali būti naudingi istorinių įvykių, kurie neturi nieko bendra su visuotiniu bendru protėviu, rodikliai, tačiau padeda ištirti lyginamąją genomiką kompiuterių mokslo ir atsparumo projektavimo rėmuose bei padeda suprasti ligos priežastį.

Evoliucionistai susiduria su dideliais sunkumais. Tyrėjai bandė modifikuoti kodą, bet viskas, ką jie gavo, buvo vėžys ir mutacijos. Kaip jie ketina naršyti kūno rengybos srityje, jei visa tai užplūsta nelaimėmis, kurios laukia įvykti, kai tik kas nors pradės kištis į šiuos neatsiejamai susijusius kodus? Žinome, kad yra tam tikras įtaisytas stabilumas ir perkeliamumas, tačiau visas vaizdas yra neįtikėtinai sudėtinga, suprojektuota, optimizuota informacinė sistema, o ne atsitiktinis dalių rinkinys, su kuriuo galima žaisti be galo. Visa kodo idėja yra protingo dizaino koncepcija.

A. E. Wilder-Smith skyrė tam ypatingą reikšmę. Kodeksas reiškia susitarimą tarp dviejų dalių. Susitarimas yra išankstinis susitarimas. Tai apima planavimą ir tikslą. Mes naudojame SOS simbolį, kaip pasakytų Wilder-Smith, kaip nelaimės signalą. SOS neatrodo kaip nelaimė. Tai nekvepia katastrofa. Tai nesijaučia kaip katastrofa. Žmonės nesuprastų, kad šie laiškai reiškia nelaimę, jei nesuprastų paties susitarimo esmės. Taip pat alanino kodonas, HCC, neatrodo, kvepia ir nesijaučia kaip alaninas. Kodonas neturėtų nieko bendra su alaninu, nebent būtų iš anksto nustatytas susitarimas tarp dviejų kodavimo sistemų (baltymų kodo ir DNR kodo), kad „GCC turi reikšti alaniną“. Šiam susitarimui perteikti naudojama keitiklių šeima – aminoacil-tRNR sintetazės, kurios vieną kodą paverčia kitu.

Tai turėjo sustiprinti dizaino teoriją šeštajame dešimtmetyje, ir daugelis kreacionistų ją veiksmingai skelbė. Tačiau evoliucionistai yra kaip sklandžiai kalbantys pardavėjai. Jie sukūrė savo pasakas apie Tinkerbell, kuris sulaužo kodą ir sukuria naujas rūšis per mutaciją ir atranką, ir įtikino daugelį žmonių, kad stebuklai gali įvykti ir šiandien. Na, gerai, šiandien mes esame XXI amžiuje ir žinome epigenetinį kodą ir sujungimo kodą – du kodus, kurie yra daug sudėtingesni ir dinamiškesni nei paprastas DNR kodas. Mes žinome apie kodus esančius kodus, apie kodus virš kodų ir po kodais – žinome visą kodų hierarchiją. Šį kartą evoliucionistai negali tiesiog kišti piršto į ginklą ir blefuoti mūsų gražiomis kalbomis, kai abiejose pusėse yra ginklai – visas arsenalas, nukreiptas į pagrindinius jų dizaino elementus. Visa tai yra žaidimas. Aplink juos išaugo ištisa informatikos era, jie jau seniai išėjo iš mados ir atrodo kaip graikai, kurie bando su ietimis lipti į šiuolaikinius tankus ir sraigtasparnius.

Liūdna sakyti, bet evoliucionistai to nesupranta arba net jei supras, nepasiduotų. Beje, šią savaitę, kaip tik buvo paskelbtas straipsnis apie „Splicing Code“, iš pro Darviną palaikančių žurnalų ir laikraščių puslapių pasipylė pati piktiausia ir neapykantą kelianti retorika prieš kreacionizmą ir protingą dizainą. Dar negirdėjome apie daug daugiau panašių pavyzdžių. Ir tol, kol jie laikys mikrofonus ir kontroliuos institucijas, daugelis žmonių ims pamėgti savo masalo, manydami, kad mokslas jiems ir toliau duoda rimtų priežasčių. Mes jums visa tai pasakojame tam, kad perskaitytumėte šią medžiagą, išstudijuotumėte, suprastumėte ir gautumėte informaciją, kurios jums reikia norint nugalėti šią fantaziją, klaidinančią nesąmonę tiesa. Dabar pirmyn!

GENETINIS KODAS, paveldimos informacijos fiksavimo nukleotidų bazių sekos forma DNR molekulėse (kai kuriuose virusuose – RNR) sistema, kuri lemia pirminę struktūrą (aminorūgščių liekanų vietą) baltymų (polipeptidų) molekulėse. Genetinio kodo problema buvo suformuluota įrodžius genetinį DNR vaidmenį (amerikiečių mikrobiologai O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) ir iššifravus jos struktūrą (J. Watson, F. Crick, 1953), nustačius. kad genai lemia fermentų struktūrą ir funkcijas (principas „vienas genas – vienas fermentas“, J. Beadle ir E. Tatem, 1941) ir kad baltymo erdvinė struktūra ir aktyvumas priklauso nuo jo pirminės struktūros. (F. Sanger, 1955). Klausimą, kaip 4 nukleorūgščių bazių deriniai lemia 20 bendrų aminorūgščių liekanų kaitą polipeptiduose, pirmą kartą iškėlė G. Gamow 1954 m.

Remdamiesi eksperimentu, kurio metu tyrė nukleotidų poros intarpų ir ištrynimų sąveikas viename iš T4 bakteriofago genų, F. Crickas ir kiti mokslininkai 1961 metais nustatė bendrąsias genetinio kodo savybes: tripletiškumą, t.y. kiekviena aminorūgšties liekana polipeptidinėje grandinėje atitinka trijų bazių rinkinį (tripletą arba kodoną) geno DNR; geno kodonai skaitomi iš fiksuoto taško, viena kryptimi ir „be kablelių“, tai yra, kodonai vienas nuo kito nėra atskirti jokiais ženklais; degeneracija, arba perteklius – tą pačią aminorūgšties liekaną gali užkoduoti keli kodonai (sinoniminiai kodonai). Autoriai manė, kad kodonai nesutampa (kiekviena bazė priklauso tik vienam kodonui). Tiesioginis trynukų kodavimo pajėgumo tyrimas buvo tęsiamas naudojant baltymų sintezės sistemą be ląstelių, kontroliuojamą sintetinės pasiuntinio RNR (mRNR). Iki 1965 metų genetinis kodas buvo visiškai iššifruotas S. Ochoa, M. Nirenberg ir H. G. Korana darbuose. Genetinio kodo paslapčių išaiškinimas buvo vienas iškiliausių XX amžiaus biologijos laimėjimų.

Genetinio kodo įgyvendinimas ląstelėje vyksta dviejų matricos procesų – transkripcijos ir vertimo – metu. Tarpininkas tarp geno ir baltymo yra mRNR, kuri susidaro transkripcijos metu vienoje iš DNR grandinių. Šiuo atveju DNR bazių seka, kurioje yra informacija apie pirminę baltymo struktūrą, „perrašoma“ į mRNR bazių seką. Tada ribosomų transliacijos metu mRNR nukleotidų seka nuskaitoma pernešimo RNR (tRNR). Pastarieji turi akceptoriaus galą, prie kurio prijungta aminorūgšties liekana, ir adapterio galą arba antikodono tripletą, atpažįstantį atitinkamą mRNR kodoną. Kodono ir antikodono sąveika vyksta komplementarių bazių poravimosi pagrindu: Adeninas (A) – Uracilas (U), Guaninas (G) – Citozinas (C); šiuo atveju iRNR bazinė seka paverčiama susintetinto baltymo aminorūgščių seka. Skirtingi organizmai tai pačiai aminorūgščiai naudoja skirtingus sinoniminius kodonus, kurių dažnis skiriasi. Polipeptidinę grandinę koduojančios mRNR nuskaitymas prasideda (inicijuojasi) nuo AUG kodono, atitinkančio aminorūgštį metioniną. Rečiau prokariotuose iniciacijos kodonai yra GUG (valinas), UUG (leucinas), AUU (izoleucinas), o eukariotuose – UUG (leucinas), AUA (izoleucinas), ACG (treoninas), CUG (leucinas). Taip nustatomas vadinamasis skaitymo kadras arba fazė vertimo metu, tai yra, tada visa mRNR nukleotidų seka skaitoma tRNR tripletas po tripleto, kol atsiranda bet kuris iš trijų terminatoriaus kodonų, dažnai vadinamų stop kodonais. mRNR: UAA, UAG, UGA (lentelė). Šių tripletų skaitymas baigia polipeptidinės grandinės sintezę.

AUG ir stop kodonai atsiranda atitinkamai polipeptidus koduojančių mRNR sričių pradžioje ir pabaigoje.

Genetinis kodas yra beveik universalus. Tai reiškia, kad kai kurių kodonų reikšmė tarp objektų šiek tiek skiriasi, ir tai visų pirma taikoma terminatoriaus kodonams, kurie gali būti reikšmingi; pavyzdžiui, kai kurių eukariotų ir mikoplazmų mitochondrijose UGA koduoja triptofaną. Be to, kai kuriose bakterijų ir eukariotų mRNR UGA koduoja neįprastą aminorūgštį – selenocisteiną, o UAG – vienoje iš archebakterijų – piroliziną.

Yra požiūris, pagal kurį genetinis kodas atsirado atsitiktinai („užšaldytos atsitiktinumo“ hipotezė). Labiau tikėtina, kad jis išsivystė. Šią prielaidą patvirtina paprastesnė ir, matyt, senesnė kodo versija, kuri mitochondrijose skaitoma pagal taisyklę „du iš trijų“, kai aminorūgštį lemia tik dvi iš trijų bazių. trynukėje.

Lit.: Crick F. N. a. O. Bendras baltymų genetinio kodo pobūdis // Gamta. 1961. T. 192; Genetinis kodas. N.Y., 1966 m.; Ichas M. Biologinis kodas. M., 1971; Inge-Vechtomov S.G. Kaip skaitomas genetinis kodas: taisyklės ir išimtys // Šiuolaikinis gamtos mokslas. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. Genetinis kodas kaip sistema // Soroso edukacinis žurnalas. 2000. T. 6. Nr. 3.

S. G. Inge-Vechtomovas.

Ląstelėje vykstančio transkripcijos proceso dėka informacija iš DNR perduodama į baltymą: DNR – mRNR – baltymas. Genetinė informacija, esanti DNR ir mRNR, yra molekulių nukleotidų sekoje. Kaip informacija perkeliama iš nukleotidų „kalbos“ į aminorūgščių „kalbą“? Šis vertimas atliekamas naudojant genetinį kodą. Kodas arba šifras yra simbolių sistema, skirta vienos formos informacijai paversti kita. Genetinis kodas yra sistema, skirta įrašyti informaciją apie aminorūgščių seką baltymuose, naudojant nukleotidų seką pasiuntinio RNR. Kiek tiksliai informacijos prasmės supratimui ir išsaugojimui yra svarbi tų pačių elementų (keturių nukleotidų RNR) išdėstymo seka, galima pamatyti paprastame pavyzdyje: žodžio kode pertvarkydami raides, gauname žodį su skirtingu. reikšmė – doc. Kokias savybes turi genetinis kodas?

1. Kodas yra trigubas. RNR susideda iš 4 nukleotidų: A, G, C, U. Jei bandytume vieną aminorūgštį pažymėti vienu nukleotidu, tai 16 iš 20 aminorūgščių liktų neužšifruotos. Dviejų raidžių kodas užšifruotų 16 aminorūgščių (iš keturių nukleotidų galima sudaryti 16 skirtingų derinių, kurių kiekvienoje yra po du nukleotidus). Gamta sukūrė trijų raidžių arba trigubą kodą. Tai reiškia, kad kiekvieną iš 20 aminorūgščių koduoja trijų nukleotidų seka, vadinama tripletu arba kodonu. Iš 4 nukleotidų galite sukurti 64 skirtingas kombinacijas po 3 nukleotidus (4*4*4=64). To pakanka 20 aminorūgščių kodavimui ir, atrodytų, 44 kodonai yra pertekliniai. Tačiau taip nėra.

2. Kodas yra išsigimęs. Tai reiškia, kad kiekviena aminorūgštis yra užšifruota daugiau nei vienu kodonu (nuo dviejų iki šešių). Išimtis yra aminorūgštys metioninas ir triptofanas, kurių kiekvieną koduoja tik vienas tripletas. (Tai matyti genetinio kodo lentelėje.) Tai, kad metioniną koduoja vienas OUT tripletas, turi ypatingą reikšmę, kuri jums paaiškės vėliau (16).

3. Kodas vienareikšmis. Kiekvienas kodonas koduoja tik vieną aminorūgštį. Visų sveikų žmonių geno, nešančio informaciją apie hemoglobino beta grandinę, tripletas GAA arba GAG, aš šeštoje vietoje, koduoja glutamo rūgštį. Sergantiesiems pjautuvo pavidalo ląstelių anemija antrasis nukleotidas šiame triplete pakeičiamas U. Kaip matyti iš lentelės, tokiu atveju susidarę tripletai GUA arba GUG koduoja aminorūgštį valiną. Jūs jau žinote, prie ko toks pakeitimas veda iš skyriaus apie DNR.

4. Tarp genų yra „skyrybos ženklai“. Spausdintame tekste kiekvienos frazės pabaigoje yra taškas. Kelios susijusios frazės sudaro pastraipą. Genetinės informacijos kalba tokia pastraipa yra operonas ir jį papildanti mRNR. Kiekvienas operono genas koduoja vieną polipeptidinę grandinę – frazę. Kadangi kai kuriais atvejais iš mRNR matricos nuosekliai sukuriamos kelios skirtingos polipeptidinės grandinės, jos turi būti atskirtos viena nuo kitos. Tam tikslui genetiniame kode yra trys specialūs tripletai – UAA, UAG, UGA, kurių kiekvienas rodo vienos polipeptidinės grandinės sintezės pabaigą. Taigi šie trynukai veikia kaip skyrybos ženklai. Jie randami kiekvieno geno gale. Geno viduje nėra „skyrybos ženklų“. Kadangi genetinis kodas panašus į kalbą, šią savybę paanalizuokime pagal frazės, sudarytos iš trynukų, pavyzdį: kažkada buvo rami katė, ta katė man buvo brangi. To, kas parašyta, prasmė aiški, nepaisant skyrybos ženklų nebuvimo.Jei pašalinsime vieną raidę pirmame žodyje (vieną nukleotidą gene), bet ir skaitysime raidžių tripletais, tai rezultatas bus nesąmonė: ilb ylk ott ilb yls erm ilm no otk Reikšmės pažeidimas taip pat įvyksta, kai iš geno prarandamas vienas ar du nukleotidai. Baltymas, kuris bus nuskaitytas iš tokio pažeisto geno, neturės nieko bendra su baltymu, kurį užkodavo normalus genas. .

6. Kodas yra universalus. Visų Žemėje gyvenančių būtybių genetinis kodas yra vienodas. Bakterijose ir grybuose, kviečiuose ir medvilnėje, žuvyse ir kirmėlėse, varlėse ir žmonėse tie patys trynukai koduoja tas pačias aminorūgštis.

Organizmo metabolizme Pagrindinis vaidmuo priklauso baltymams ir nukleino rūgštims.
Baltyminės medžiagos sudaro visų gyvybiškai svarbių ląstelių struktūrų pagrindą, pasižymi neįprastai dideliu reaktyvumu ir turi katalizinių funkcijų.
Nukleino rūgštys yra svarbiausio ląstelės organo – branduolio – dalis, taip pat citoplazma, ribosomos, mitochondrijos ir kt. Nukleino rūgštys vaidina svarbų, pirminį vaidmenį paveldimumui, organizmo kintamumui, baltymų sintezei.

Planuoti sintezė baltymas kaupiamas ląstelės branduolyje, o tiesioginė sintezė vyksta už branduolio ribų, todėl būtina Pristatymo paslauga užkoduotas planą nuo branduolio iki sintezės vietos. Šią pristatymo paslaugą atlieka RNR molekulės.

Procesas prasideda nuo šerdis ląstelės: dalis DNR „kopėčių“ atsiskleidžia ir atsiveria. Dėl šios priežasties RNR raidės sudaro ryšius su vienos iš DNR grandžių atviromis DNR raidėmis. Fermentas perkelia RNR raides, kad sujungtų jas į grandinę. Taip DNR raidės „perrašomos“ į RNR raides. Naujai suformuota RNR grandinė atsiskiria, o DNR „kopėčios“ vėl pasisuka. Informacijos nuskaitymo iš DNR ir jos sintezės naudojant jos RNR matricą procesas vadinamas transkripcija , o susintetinta RNR vadinama pasiuntiniu arba mRNR .

Po tolesnių modifikacijų šio tipo užkoduota mRNR yra paruošta. mRNR išeina iš branduolio ir eina į baltymų sintezės vietą, kur iššifruojamos mRNR raidės. Kiekvienas trijų i-RNR raidžių rinkinys sudaro "raidę", kuri reiškia vieną konkrečią aminorūgštį.

Kitas RNR tipas suranda šią aminorūgštį, sugauna ją fermento pagalba ir pristato į baltymų sintezės vietą. Ši RNR vadinama perdavimo RNR arba t-RNR. Skaitant ir išverčiant mRNR pranešimą, aminorūgščių grandinė auga. Ši grandinė susisuka ir susilanksto į unikalią formą, sukurdama vienos rūšies baltymus. Net baltymų lankstymo procesas yra nuostabus: viskam apskaičiuoti reikia kompiuterio galimybės sulankstyti vidutinio dydžio baltymą, susidedantį iš 100 aminorūgščių, užtruktų 1027 (!) metus. O tam, kad organizme susidarytų 20 aminorūgščių grandinė, užtrunka ne ilgiau kaip vieną sekundę, ir šis procesas nuolat vyksta visose kūno ląstelėse.

Genai, genetinis kodas ir jo savybės.

Žemėje gyvena apie 7 milijardai žmonių. Neskaitant 25–30 milijonų identiškų dvynių porų, genetiškai visi žmonės skirtingi : kiekvienas yra unikalus, turi unikalių paveldimų savybių, charakterio bruožų, sugebėjimų ir temperamento.

Šie skirtumai paaiškinami genotipų skirtumai- organizmo genų rinkiniai; Kiekvienas iš jų yra unikalus. Įkūnytos tam tikro organizmo genetinės savybės baltymuose – todėl vieno žmogaus baltymo struktūra, nors ir labai nežymiai, skiriasi nuo kito žmogaus baltymo.

Tai nereiškia kad dviejų žmonių nėra visiškai vienodų baltymų. Baltymai, atliekantys tas pačias funkcijas, gali būti vienodi arba tik nežymiai skirtis viena ar dviem aminorūgštimis. Bet neegzistuoja Žemėje žmonių (išskyrus identiškus dvynius), kurie turėtų visus savo baltymus yra tas pats .

Informacija apie pirminę baltymų struktūrą užkoduota kaip nukleotidų seka DNR molekulės dalyje, genas – organizmo paveldimos informacijos vienetas. Kiekvienoje DNR molekulėje yra daug genų. Jį sudaro visų organizmo genų visuma genotipas . Taigi,

Genas – paveldimos organizmo informacijos vienetas, atitinkantis atskirą DNR sekciją

Paveldima informacija koduojama naudojant genetinis kodas , kuri yra universali visiems organizmams ir skiriasi tik genus formuojančių ir specifinių organizmų baltymus koduojančių nukleotidų kaita.

Genetinis kodas susideda iš DNR nukleotidų tripletų (tripletų), sujungtų į skirtingas sekas (AAT, HCA, ACG, THC ir kt.), kurių kiekviena koduoja specifinę aminorūgštį (kuri bus įterpta į polipeptidinę grandinę).

Tiesą sakant kodas skaičiuoja nukleotidų seka mRNR molekulėje , nes pašalina informaciją iš DNR (procesas transkripcijos ) ir paverčia ją aminorūgščių seka sintezuotų baltymų molekulėse (procesas transliacijos ).
MRNR sudėtis apima nukleotidus A-C-G-U, kurių tripletai vadinami kodonai : tripletas ant DNR CGT ant i-RNR taps tripletu GCA, o tripletas DNR AAG taps tripletu UUC. Būtent mRNR kodonai įraše atsispindi genetinis kodas.

Taigi, genetinis kodas - vieninga paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema nukleotidų sekos pavidalu . Genetinis kodas pagrįstas abėcėlės, kurią sudaro tik keturios raidės-nukleotidai, išskiriami azoto bazėmis: A, T, G, C, naudojimu.

Pagrindinės genetinio kodo savybės:

1. Genetinis kodas trynukas. Tripletas (kodonas) yra trijų nukleotidų, koduojančių vieną aminorūgštį, seka. Kadangi baltymuose yra 20 aminorūgščių, akivaizdu, kad kiekvieno iš jų negali užkoduoti vienas nukleotidas ( Kadangi DNR yra tik keturių tipų nukleotidai, šiuo atveju 16 aminorūgščių lieka nekoduotos). Dviejų nukleotidų taip pat neužtenka aminorūgštims koduoti, nes tokiu atveju galima užkoduoti tik 16 aminorūgščių. Tai reiškia, kad mažiausias nukleotidų, koduojančių vieną aminorūgštį, skaičius turi būti bent trys. Šiuo atveju galimų nukleotidų tripletų skaičius yra 43 = 64.

2. Perteklius (degeneracija) Kodas yra jo tripleto pobūdžio pasekmė ir reiškia, kad vieną aminorūgštį gali koduoti keli tripletai (kadangi yra 20 aminorūgščių ir 64 tripletai), išskyrus metioniną ir triptofaną, kuriuos koduoja tik vienas tripletas. Be to, kai kurie trynukai atlieka specifines funkcijas: iRNR molekulėje tripletai UAA, UAG, UGA yra stop kodonai, t.y. sustabdyti-signalai, sustabdantys polipeptidinės grandinės sintezę. Metioniną atitinkantis tripletas (AUG), esantis DNR grandinės pradžioje, nekoduoja aminorūgšties, bet atlieka skaitymo inicijavimo (jaudinančio) funkciją.

3. Vienareikšmiškumas kodas - tuo pačiu metu kaip ir atleidimas, kodas turi savybę vienareikšmiškumas : kiekvienas kodonas atitinka tik vienas tam tikra aminorūgštis.

4. Kolineariškumas kodas, t.y. nukleotidų seka gene tiksliai atitinka aminorūgščių seką baltyme.

5. Genetinis kodas nepersidengiantis ir kompaktiškas , t. y. nėra „skyrybos ženklų“. Tai reiškia, kad skaitymo procesas neleidžia sutapti stulpelių (tripletų) ir, pradedant nuo tam tikro kodono, skaitymas vyksta nuolat, tripletas po tripleto, kol sustabdyti- signalai ( stop kodonai).

6. Genetinis kodas Universalus , t.y., visų organizmų branduoliniai genai informaciją apie baltymus koduoja vienodai, nepriklausomai nuo šių organizmų organizavimo lygio ir sisteminės padėties.

Egzistuoti genetinių kodų lentelės iššifravimui kodonai mRNR ir baltymų molekulių grandinių konstravimas.

Matricos sintezės reakcijos.

Negyvojoje gamtoje nežinomos reakcijos vyksta gyvose sistemose - matricos sintezės reakcijos.

Terminas "matrica" technologijoje jie žymi formą, naudojamą monetoms, medaliams ir tipografiniams šriftams lieti: grūdintas metalas tiksliai atkartoja visas liejant naudojamos formos detales. Matricos sintezė primena liejimą ant matricos: naujos molekulės sintetinamos tiksliai pagal planą, numatytą esamų molekulių struktūroje.

Matricos principas slypi esme svarbiausios ląstelės sintetinės reakcijos, tokios kaip nukleorūgščių ir baltymų sintezė. Šios reakcijos užtikrina tikslią, griežtai specifinę monomero vienetų seką sintezuojamuose polimeruose.

Čia vyksta kryptingi veiksmai. traukiant monomerus į tam tikrą vietą ląstelės – į molekules, kurios tarnauja kaip matrica, kurioje vyksta reakcija. Jei tokios reakcijos įvyktų dėl atsitiktinių molekulių susidūrimų, jos vyktų be galo lėtai. Sudėtingų molekulių sintezė šablono principu atliekama greitai ir tiksliai. Matricos vaidmuo nukleorūgščių makromolekulės vaidina matricos reakcijose DNR arba RNR .

Monomerinės molekulės iš kurių sintetinamas polimeras – nukleotidai arba aminorūgštys – pagal komplementarumo principą išsidėsto ir fiksuoja ant matricos griežtai apibrėžta, nurodyta tvarka.

Tada atsitinka monomerų vienetų „kryžminis sujungimas“ į polimero grandinę, o gatavas polimeras išleidžiamas iš matricos.

Po to matrica yra paruošta prie naujos polimero molekulės surinkimo. Akivaizdu, kad kaip ant tam tikros formos galima išlieti tik vieną monetą ar vieną raidę, taip ant duotosios matricos molekulės galima „surinkti“ tik vieną polimerą.

Matricos reakcijos tipas- specifinis gyvųjų sistemų chemijos bruožas. Jie yra pagrindinės visų gyvų būtybių savybės – jos gebėjimo daugintis – pagrindas.

Šablono sintezės reakcijos

1. DNR replikacija - replikacija (iš lotynų kalbos replikatio - atnaujinimas) - dukterinės dezoksiribonukleino rūgšties molekulės sintezės procesas pirminės DNR molekulės matricoje. Vėlesnio motininės ląstelės dalijimosi metu kiekviena dukterinė ląstelė gauna vieną DNR molekulės kopiją, kuri yra identiška pradinės motininės ląstelės DNR. Šis procesas užtikrina, kad genetinė informacija būtų tiksliai perduodama iš kartos į kartą. DNR replikaciją vykdo sudėtingas fermentų kompleksas, susidedantis iš 15-20 skirtingų baltymų, vadinamų atgrasus . Sintezės medžiaga yra laisvieji nukleotidai, esantys ląstelių citoplazmoje. Biologinė replikacijos prasmė slypi tiksliai perduodant paveldimą informaciją iš motininės molekulės į dukterines molekules, o tai paprastai vyksta somatinių ląstelių dalijimosi metu.

DNR molekulė susideda iš dviejų vienas kitą papildančių grandžių. Šias grandines laiko silpni vandenilio ryšiai, kuriuos gali suardyti fermentai. DNR molekulė yra pajėgi savaime dubliuotis (replikuotis), o ant kiekvienos senosios molekulės pusės sintetinama nauja.
Be to, ant DNR molekulės gali būti susintetinta mRNR molekulė, kuri vėliau iš DNR gautą informaciją perduoda į baltymų sintezės vietą.

Informacijos perdavimas ir baltymų sintezė vyksta matricos principu, prilygstančiam spaustuvės darbui spaustuvėje. Informacija iš DNR yra daug kartų kopijuojama. Jei kopijavimo metu įvyksta klaidų, jos pasikartos visose kitose kopijose.

Tiesa, kai kurias klaidas kopijuojant informaciją DNR molekule galima ištaisyti – klaidų pašalinimo procesas vadinamas atlyginimas. Pirmoji iš reakcijų informacijos perdavimo procese yra DNR molekulės replikacija ir naujų DNR grandinių sintezė.

2. Transkripcija (iš lot. transcriptio – perrašymas) – RNR sintezės procesas naudojant DNR kaip šabloną, vykstantis visose gyvose ląstelėse. Kitaip tariant, tai genetinės informacijos perkėlimas iš DNR į RNR.

Transkripciją katalizuoja nuo DNR priklausoma RNR polimerazė. RNR polimerazė juda išilgai DNR molekulės kryptimi 3" → 5". Transkripcija susideda iš etapų inicijavimas, pailgėjimas ir užbaigimas . Transkripcijos vienetas yra operonas, DNR molekulės fragmentas, susidedantis iš promotorius, transkribuota dalis ir terminatorius . mRNR susideda iš vienos grandinės ir yra sintetinama DNR pagal komplementarumo taisyklę dalyvaujant fermentui, kuris aktyvuoja mRNR molekulės sintezės pradžią ir pabaigą.

Paruošta mRNR molekulė patenka į citoplazmą ant ribosomų, kur vyksta polipeptidinių grandinių sintezė.

3. Transliacija (nuo lat. vertimas- perkėlimas, judėjimas) - baltymų sintezės procesas iš aminorūgščių informacinėje (pasinešėjo) RNR (mRNR, mRNR) matricoje, kurį atlieka ribosoma. Kitaip tariant, tai yra informacijos, esančios mRNR nukleotidų sekoje, vertimas į aminorūgščių seką polipeptide.

4. Atvirkštinė transkripcija yra dvigrandės DNR formavimo procesas, pagrįstas informacija iš vienos grandinės RNR. Šis procesas vadinamas atvirkštine transkripcija, nes genetinės informacijos perdavimas vyksta „atvirkščia“ kryptimi, palyginti su transkripcija. Atvirkštinės transkripcijos idėja iš pradžių buvo labai nepopuliari, nes ji prieštaravo pagrindinei molekulinės biologijos dogmai, kuri manė, kad DNR yra transkribuojama į RNR, o vėliau paverčiama baltymais.

Tačiau 1970 m. Teminas ir Baltimorė nepriklausomai atrado fermentą, vadinamą atvirkštinė transkriptazė (revertazė) , ir galiausiai buvo patvirtinta atvirkštinės transkripcijos galimybė. 1975 metais Teminui ir Baltimorei buvo įteikta Nobelio fiziologijos ar medicinos premija. Kai kurie virusai (pavyzdžiui, žmogaus imunodeficito virusas, sukeliantis ŽIV infekciją) turi galimybę transkribuoti RNR į DNR. ŽIV turi RNR genomą, kuris yra integruotas į DNR. Dėl to viruso DNR gali būti sujungta su ląstelės šeimininkės genomu. Pagrindinis fermentas, atsakingas už DNR sintezę iš RNR, vadinamas atvirkštinis. Viena iš reverso funkcijų yra kurti komplementari DNR (cDNR) iš viruso genomo. Susijęs fermentas ribonukleazė skaldo RNR, o atvirkštinė sintezė sintezuoja cDNR iš DNR dvigubos spiralės. cDNR integrazės dėka integruojama į šeimininko ląstelės genomą. Rezultatas yra viruso baltymų sintezė šeimininko ląstelėse, kurie formuoja naujus virusus. ŽIV atveju taip pat užprogramuota T-limfocitų apoptozė (ląstelių mirtis). Kitais atvejais ląstelė gali likti virusų platintoja.

Matricos reakcijų seka baltymų biosintezės metu gali būti pavaizduota diagramos pavidalu.

Taigi, baltymų biosintezė– tai viena iš plastinių mainų rūšių, kurios metu DNR genuose užkoduota paveldima informacija realizuojama į specifinę aminorūgščių seką baltymų molekulėse.

Baltymų molekulės iš esmės yra polipeptidinės grandinės sudarytas iš atskirų aminorūgščių. Tačiau aminorūgštys nėra pakankamai aktyvios, kad galėtų susijungti viena su kita. Todėl prieš joms susijungiant viena su kita ir suformuojant baltymo molekulę, aminorūgštys turi būti aktyvuoti . Šis aktyvinimas vyksta veikiant specialiems fermentams.

Dėl aktyvacijos aminorūgštis tampa labiau labili ir, veikiant tam pačiam fermentui, jungiasi prie t- RNR. Kiekviena aminorūgštis atitinka griežtai specifinę t- RNR, kuris randa „savo“ aminorūgštį ir pervedimai jis patenka į ribosomą.

Vadinasi, įvairių aktyvuotų aminorūgščių kartu su savomis T- RNR. Ribosoma yra kaip konvejeris surinkti baltymų grandinę iš įvairių jai tiekiamų aminorūgščių.

Kartu su t-RNR, ant kurios „sėdi“ jos pačios aminorūgštys signalas"iš DNR, esančios branduolyje. Pagal šį signalą ribosomoje sintetinamas vienas ar kitas baltymas.

DNR nukreipiamoji įtaka baltymų sintezei vykdoma ne tiesiogiai, o naudojant specialų tarpininką - matrica arba pasiuntinio RNR (m-RNR arba mRNR), kuris susintetinti į branduolį e veikiamas DNR, todėl jo sudėtis atspindi DNR sudėtį. RNR molekulė yra tarsi DNR formos atliejimas. Susintetinta mRNR patenka į ribosomą ir tarsi perkelia ją į šią struktūrą planą- kokia tvarka į ribosomą patenkančios aktyvuotos aminorūgštys turi būti sujungtos viena su kita, kad būtų susintetintas konkretus baltymas? Priešingu atveju, genetinė informacija, užkoduota DNR, perkeliama į iRNR, o po to į baltymą.

iRNR molekulė patenka į ribosomą ir siūlių ją. Nustatomas tas jo segmentas, kuris šiuo metu yra ribosomoje kodonas (tripletas), visiškai specifiniu būdu sąveikauja su tais, kurie struktūriškai panašūs į jį tripletas (antikodonas) perdavimo RNR, kuri atnešė aminorūgštį į ribosomą.

Pernešimo RNR su savo aminorūgštimis atitinka specifinį mRNR kodoną ir jungiasi su juo; į kitą, gretimą mRNR skyrių pridedama kita tRNR su skirtinga aminorūgštimi ir taip, kol bus perskaityta visa i-RNR grandinė, kol visos aminorūgštys bus sumažintos atitinkama tvarka, suformuojant baltymo molekulę. Ir tRNR, kuri tiekė aminorūgštį į konkrečią polipeptidinės grandinės dalį, išlaisvintas iš savo aminorūgščių ir išeina iš ribosomos.

Tada vėl citoplazmoje norima aminorūgštis gali prisijungti prie jos ir vėl perkelti ją į ribosomą. Baltymų sintezės procese vienu metu dalyvauja ne viena, o kelios ribosomos – poliribosomos.

Pagrindiniai genetinės informacijos perdavimo etapai:

1. DNR, kaip mRNR šablono, sintezė (transkripcija)
2. Polipeptidinės grandinės sintezė ribosomose pagal programą, esančią mRNR (vertimas) .

Etapai yra universalūs visoms gyvoms būtybėms, tačiau šių procesų laiko ir erdvės santykiai skiriasi pro- ir eukariotuose.

U prokariotas transkripcija ir transliacija gali vykti vienu metu, nes DNR yra citoplazmoje. U eukariotų transkripcija ir transliacija yra griežtai atskirtos erdvėje ir laike: branduolyje vyksta įvairių RNR sintezė, po kurios RNR molekulės turi išeiti iš branduolio, praeidamos per branduolio membraną. Tada RNR pernešamos citoplazmoje į baltymų sintezės vietą.

Genetinis kodas yra būdas koduoti aminorūgščių seką baltymo molekulėje, naudojant nukleotidų seką nukleorūgšties molekulėje. Genetinio kodo savybės kyla iš šio kodavimo savybių.

Kiekviena baltymo aminorūgštis yra suderinta su trimis iš eilės nukleorūgšties nukleotidais - trynukas, arba kodonas. Kiekviename nukleotide gali būti viena iš keturių azoto bazių. RNR yra adeninas(A), uracilas(U), guaninas(G), citozinas(C). Skirtingais būdais derinant azotines bazes (šiuo atveju jų turinčius nukleotidus), galima gauti daug skirtingų tripletų: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC ir tt Bendras galimų derinių skaičius yra 64, t.y. 4 3 .

Gyvų organizmų baltymuose yra apie 20 aminorūgščių. Jei gamta „suplanuotų“ kiekvieną aminorūgštį koduoti ne trimis, o dviem nukleotidais, tai tokių porų įvairovės neužtektų, nes jų būtų tik 16, t.y. 4 2.

Taigi, pagrindinė genetinio kodo savybė yra jo trigubas. Kiekvieną aminorūgštį koduoja nukleotidų tripletas.

Kadangi galimų skirtingų tripletų yra žymiai daugiau nei biologinėse molekulėse naudojamų aminorūgščių, gyvojoje gamtoje realizuojama ši savybė: perteklius genetinis kodas. Daugelį aminorūgščių pradėjo koduoti ne vienas kodonas, o kelios. Pavyzdžiui, aminorūgštį gliciną koduoja keturi skirtingi kodonai: GGU, GGC, GGA, GGG. Atleidimas taip pat vadinamas degeneracija.

Aminorūgščių ir kodonų atitikimas parodytas lentelėse. Pavyzdžiui, šie:

Kalbant apie nukleotidus, genetinis kodas turi tokią savybę: vienareikšmiškumas(arba specifiškumas): kiekvienas kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį. Pavyzdžiui, GGU kodonas gali koduoti tik gliciną ir jokios kitos aminorūgšties.

Vėlgi. Perteklius reiškia, kad keli tripletai gali koduoti tą pačią aminorūgštį. Specifiškumas – kiekvienas konkretus kodonas gali koduoti tik vieną aminorūgštį.

Specialių skyrybos ženklų genetiniame kode nėra (išskyrus stop kodonus, kurie rodo polipeptidų sintezės pabaigą). Skyrybos ženklų funkciją atlieka patys trynukai – vieno pabaiga reiškia, kad šalia prasidės kitas. Tai reiškia šias dvi genetinio kodo savybes: tęstinumą Ir nesutampa. Tęstinumas reiškia trynukų skaitymą iš karto vienas po kito. Nepersidengimas reiškia, kad kiekvienas nukleotidas gali būti tik vieno tripleto dalis. Taigi pirmasis kito tripleto nukleotidas visada ateina po trečiojo ankstesnio tripleto nukleotido. Kodonas negali prasidėti antruoju ar trečiuoju ankstesnio kodono nukleotidu. Kitaip tariant, kodas nesutampa.

Genetinis kodas turi savybę universalumas. Tai vienoda visiems organizmams Žemėje, o tai rodo gyvybės kilmės vienovę. Yra labai retų išimčių. Pavyzdžiui, kai kurie tripletai mitochondrijose ir chloroplastuose koduoja kitas aminorūgštis nei įprasta. Tai gali reikšti, kad gyvybės aušroje buvo šiek tiek skirtingų genetinio kodo variacijų.

Galiausiai, genetinis kodas turi atsparumas triukšmui, o tai yra jos nuosavybės kaip atleidimo pasekmė. Taškinės mutacijos, kurios kartais atsiranda DNR, dažniausiai lemia vienos azoto bazės pakeitimą kita. Tai pakeičia tripletą. Pavyzdžiui, tai buvo AAA, bet po mutacijos tapo AAG. Tačiau tokie pokyčiai ne visada lemia aminorūgšties pasikeitimą susintetintame polipeptide, nes abu tripletai dėl genetinio kodo perteklinės savybės gali atitikti vieną aminorūgštį. Atsižvelgiant į tai, kad mutacijos dažnai yra kenksmingos, atsparumo triukšmui savybė yra naudinga.