Молекулярні механізми специфічності біосинтезу білків. Генетичний код

Ділянка молекули ДНК, що містить інформацію про певний білок і на якій синтезується одна молекула РНК, називається ген. Також гени можна визначити як частини хромосоми, які визначають будь-яку спадкову ознаку.

У еукаріотичній ДНК інформація, необхідна для синтезу білка в гені зберігається на ділянках-екзонах, розділених інтронами – ділянками які не містять генетичної інформації (некодуючі ділянки). При транскрипції гена спочатку утворюється первинний транскрипт, який потім підлягає „доопрацюванню” – процесингу. Сутність доопрацювання полягає у вирізанні інтронів (сплайсинг) з мРНК перед трансляцією та в приєднанні характерних для мРНК кінцевих послідовностей. Інтрони – це регуляторні послідовності. Вони можуть означати початок або кінець структурного гена, запускають або зупиняють транскрипцію. Їх значення до кінця не встановлено; взагалі, матеріалу, що не транслюється, в клітинах еукаріот досить багато – близько 10%.

 

Генетичний код Перший нуклеотид Другий нуклеотид Третій нуклеотид У Ц А Г У Фен Фен Лей Лей Сер Сер Сер Сер Тир Тир – – Цис Цис – Три У Ц А Г Ц Лей Лей Лей Лей Про Про Про Про Гіс Гіс Гіс Гіс Арг Арг Арг Арг У Ц А Г А Іле Іле Іле Мет Тре Тре Тре Тре Асн Асн Ліз Ліз Сер Сер Арг Арг У Ц А Г Г Вал Вал Вал Вал Ала Ала Ала Ала Асп Асп Глу Глу Глі Глі Глі Глі У Ц А Г

Клітини організму певного виду (навіть які належать до різних тканин) містять ДНК з однаковим нуклеотидним складом, і цей склад не залежить ні від харчування, ні від оточуючого середовища, ні від віку організму. Нуклеотидний склад ДНК різних видів відрізняється.

ІРНК, синтезована на матриці ДНК, тобто одержавши від неї інформацію, переходить з ядра до рибосом, де бере безпосередню участь у формуванні первинної структури відповідного білка. Одиниця генетичного коду являє собою послідовність трьох нуклеотидів іРНК, що відповідає певній амінокислоті у молекулі білка називається кодон (триплет нуклеотидів). За допомогою кодонів структура молекул білка зашифрована в молекулах ДНК. Це явище має назву код ДНК (генетичний код, або біологічний код).

Генетичний код (біологічний код) – це спосіб запису інформації про амінокислотну послідовність білків за допомогою послідовносіт нуклеотидів.

Синтез білка зводиться до переходу від однієї системи інформації (нуклеотидна послідовність – чотирибуквена мова) до іншої (амінокислотна послідовність – двадцятибуквена мова).

Властивості генетичного коду:

універсальність. Генетичний код однаковий для всіх організмів, значить з’явився на ранніх етапах розвитку живих систем і, очевидно, мало змінюється в ході еволюції (за деяким виключенням);

виродженість. Одну амінокислоту можуть кодувати кілька (від 2 до 6) триплетів. Це зумовлює наявність декількох тРНК для однієї амінокислоти;

триплетність. Кодове число дорівнює 3; отже три нуклеотидні залишки (триплет) кодують одну амінокислоту. Термінуючі триплети – УАА, УАГ, УГА не кодують амінокислоти й є сигналами до припинення синтезу білка;

специфічність. Кожен триплет кодує тільки одну амінокислоту (крім ініціюючих ГУГ і АГУ, що сигналізують про початок синтезу);

не перекривається, тобто нуклеотиди, які входять до складу триплету, не беруть участі в формуванні наступних триплетів. Після зчитування інформації з одного триплету механізм зчитування переміщується відразу на всі три нуклеотиди;

неперервність. Кожний триплет, який кодує відповідну амінокислоту, перебуває поряд з іншим триплетом без проміжних розділяючих ділянок (факторів);

однонапрямленість. Кодони під час синтезу білка транслюються в одному напрямку, починаючи з першої нуклеотидної основи. Зчитування інформації проходить у напрямку 5′→3′.

Експериментальним дослідженнями було встановлено склад кожного триплету, визначено, якій амінокислоті відповідає той чи інший триплет. З 64 існуючих кодонів 61 визначає послідовність розміщення залишків амінокислот у поліпептидному ланцюгу, при цьому кодони ГУГ (валіновий), АУГ (метіоніновий) є також ініціаторними, стартовими кодонами. Три інших кодони – УАГ, УАА, УГА – називають беззмістовними, термінаторними або нонсенс-триплетами, вони сигналізують про закінчення синтезу поліпептидного ланцюга.