Відкриття та характеристика генетичного коду

2































Відкриття та характеристика генетичного коду


Зміст



Вступ

Поняття генетичного коду

Відкриття генетичного коду

Властивості генетичного коду

Варіанти генетичного коду

Генетичний код як система

Висновок

Література


Вступ



Найважливішим досягненням біології XX ст. стало з'ясування генетичного коду - встановлення відповідності між послідовністю нуклеотидів молекули ДНК та амінокислотами молекули білка. Нині генетичний код з'ясовано повністю.

Книга життя кожної людини зшита з різних сторінок, в них вписаний генетичний код. Іншими словами, геном людини - це унікальна система запису інформації. Вона міститься переважно в молекулах ДНК, які знаходяться в хромосомах кожної клітини людини. Кількість хромосом - величина постійна. І якщо вона раптом міняється, патології неминучі. Генетичний код зберігає "правильну" інформацію - завдяки цьому кожна клітина може жити, розмножуватися і формувати органи. Схема проста - так розвивається будь-який організм від простого одноклітинного до самого Вінця Природи. Система запису генетичного коду забезпечує відтворення. Код передається від клітини до клітини, і він універсальний для усього сущого на Землі.

Отже розглянемо докладніше генетичний код.


Поняття генетичного коду



Генетичний код, система зашифровуваної спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот, що реалізовується у тварин, рослин, бактерій і вірусів у вигляді послідовності нуклеотидів.

Генетичний код - набір правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК), що надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.

Генетичний код - це система триплетів нуклеотидів, які визначають амінокислотну послідовність поліпептидного ланцюга.

У ДНК використовується чотири нуклеотиди - аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тімін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються буквами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають "алфавіт" генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тіміну, який замінений схожим нуклеотидом, - урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних "букв".

Для синтезу білків в природі використовуються 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або декількома ланцюжками амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність називається первинною структурою білку, що також у значній мірі визначає визначає всю будову білку, а отже і його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для переважної більшості живих організмів.

Експресія генів або реалізація генетичної інформації у живих клітинах (зокрема синтез білку, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох основних матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу мРНК на матриці ДНК) і трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептидного ланцюжка на матриці мРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також стоп-сигналу, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір з трьох нуклеотидів називається кодоном.

Генетичний код, загальний для більшості про - і еукаріот. У таблиці приведено усі 64 кодони і вказані відповідні амінокислоти. Порядок підстав - від 5' до 3' кінця мРНК. 





2-а основа



U

C

A

G

1-а основа

U

UUU (Phe/F) Фенілаланін

UUC (Phe/F) Фенілаланін

UUA (Leu/L) Лейцин

UUG (Leu/L) Лейцин

UCU (Ser/S) Серин

UCC (Ser/S) Серин

UCA (Ser/S) Серин

UCG (Ser/S) Серин

UAU (Tyr/Y) Тирозін

UAC (Tyr/Y) Тирозін

UAA Ochre (Стоп)

UAG Amber (Стоп) 

UGU (Cys/C) Цистеїн

UGC (Cys/C) Цистеїн

UGA Opal (Стоп)

UGG (Trp/W) Триптофан



C

CUU (Leu/L) Лейцин

CUC (Leu/L) Лейцин

CUA (Leu/L) Лейцин

CUG (Leu/L) Лейцин

CCU (Pro/P) Пролін

CCC (Pro/P) Пролін

CCA (Pro/P) Пролін

CCG (Pro/P) Пролін

CAU (His/H) Гістидін

CAC (His/H) Гістидін

CAA (Gln/Q) Глутамін

CAG (Gln/Q) Глутамін

CGU (Arg/R) Аргинін

CGC (Arg/R) Аргинін

CGA (Arg/R) Аргинін

CGG (Arg/R) Аргинін



A

AUU (Ile/I) Ізолейцин

AUC (Ile/I) Ізолейцин

AUA (Ile/I) Ізолейцин

AUG (Met/M) Метионін, Start [2] 

ACU (Thr/T) Треонін

ACC (Thr/T) Треонін

ACA (Thr/T) Треонін

ACG (Thr/T) Треонін

AAU (Asn/N) Аспарагін

AAC (Asn/N) Аспарагін

AAA (Lys/K) Лізин

AAG (Lys/K) Лізин

AGU (Ser/S) Серин

AGC (Ser/S) Серин

AGA (Arg/R) Аргинін

AGG (Arg/R) Аргинін



G

GUU (Val/V) Валін

GUC (Val/V) Валін

GUA (Val/V) Валін

GUG (Val/V) Валін

GCU (Ala/A) Аланін

GCC (Ala/A) Аланін

GCA (Ala/A) Аланін

GCG (Ala/A) Аланін

GAU (Asp/D) Аспарагінова кислота

GAC (Asp/D) Аспарагінова кислота

GAA (Glu/E) Глутамінова кислота

GAG (Glu/E) Глутамінова кислота

GGU (Gly/G) Гліцин

GGC (Gly/G) Гліцин

GGA (Gly/G) Гліцин

GGG (Gly/G) Гліцин



Відкриття генетичного коду



Сьогодні ні для кого не секрет, що програма життєдіяльності усіх живих організмів записана на молекулі ДНК. Найпростіше представити молекулу ДНК у вигляді довгих сходів. Вертикальні стійки цих сходів складаються з молекул цукру, кисню і фосфору. Уся важлива робоча інформація в молекулі записана на перекладинах сходів - вони складаються з двох молекул, кожна з яких кріпиться до однієї з вертикальних стійок. Ці молекули - азотисті основи - називаються аденин, гуанин, тимін і цитозин, але зазвичай їх означають просто буквами А, Г, Т і Ц. Форма цих молекул дозволяє їм утворювати зв'язки - закінчені сходинки - лише певного типу. Це зв'язки між основами А і Т і між основами Г і Ц (утворену таким чином пару називають "парою основ"). Інших типів зв'язку в молекулі ДНК бути не може.

Спускаючись по сходинках вздовж одного ланцюга молекули ДНК, ви отримаєте послідовність основ. Саме це повідомлення у вигляді послідовності основ і визначає потік хімічних реакцій в клітині і, отже, особливості організму, що має цю ДНК. Згідно з центральною догмою молекулярної біології, на молекулі ДНК закодована інформація про білок, які, у свою чергу, виступаючи в ролі ферментів (див. Каталізатори і ферменти), регулюють усі хімічні реакції в живих організмах.

Строга відповідність між послідовністю пар основ в молекулі ДНК і послідовністю амінокислот, що становлять білкові ферменти, називається генетичним кодом. Генетичний код був розшифрований незабаром після відкриття двоспіральної структури ДНК. Було відомо, що нещодавно відкрита молекула інформаційної, або матричною РНК (иРНК, або мРНК), несе інформацію, записану на ДНК. Біохіміки Маршалл Уоррен Ниренберг (Marshall W. Nirenberg) і Дж. Генріх Маттеи (J. Heinrich Matthaei) з Національного інституту охорони здоров'я в містечку Бетезда під Вашингтоном, округ Колумбію, поставили перші експерименти, які привели до розгадки генетичного коду.

Вони почали з того, що синтезували штучні молекули І-РНК, що складалися тільки з азотистої основи урацила (який є аналогом тиміну, "Т", і утворює зв'язки тільки з аденином, "А", з молекули ДНК), що повторюється. Вони додавали ці І-РНК в тестові пробірки з сумішшю амінокислот, причому в кожній пробірці лише одна з амінокислот була помічена радіоактивною міткою. Дослідники виявили, що штучно синтезована ними І-РНК ініціювала утворення білку лише в одній пробірці, де знаходилася мічена амінокислота фенілаланін. Так вони встановили, що послідовність " - У-У-У-" на молекулі І-РНК (і, отже, еквівалентну їй послідовність " - А-А-А-" на молекулі ДНК) кодує білок, що складається тільки з амінокислоти фенілаланіну. Це було першим кроком до розшифровки генетичного коду. Сьогодні відомо, що три пари основ молекули ДНК (такий триплет дістав назву кодон) кодують одну амінокислоту в білці. Виконуючи експерименти, аналогічні описаному вище, генетики врешті-решт розшифрували увесь генетичний код, в якому кожному з 64 можливих кодонів відповідає певна амінокислота. У 1968 році Ніренберг, разом зі своїми колегами Робертом Холлі і Гобіндом Кораною отримав Нобелівську премію за розшифровку генетичного коду і встановлення механізму білкового синтезу.

Дослідження вчених відкрило принципово нові можливості в області вивчення спадкових захворювань та пошуку методів їх лікування.


Властивості генетичного коду



Дослідження генетичного коду розкрили його основні властивості:

Триплетність - кожна амінокислота кодується послідовністю із трьох нуклеотидів - триплетом або кодоном (серед 64 кодонів 61 - змістовний і 3 незмістовні кодони - УАА, УГА та УАГ).

Специфічність - один кодон відповідає лише одній амінокислоті.

Виродженість (надлишковість) - одній амінокислоті відповідають кілька кодонів (наприклад серину чи лейцину відповідають 6 кодонів, метионіну - всього 1).

Колінеарність - послідовність нуклеотидів в молекулі і-РНК точно відповідає амінокислотній послідовності у поліпептидному ланцюгу.

Односпрямованість - зчитування інформації в процесі транскрипції і трансляції відбувається лише в напрямку 5' - 3' кінець.

Неперекриваємість - останній нуклеотид попереднього кодону не належить наступному триплету.

Безперервність - між триплетними „словами” відсутні „розділові знаки".

Універсальність - в усіх організмах одні і ті самі амінокислоти кодуються одними і тими ж нуклеотидами (проте така властивість характерна лише для ядерного генетичного коду; мітохондріальний генетичний код має деякі відмінності від ядерного).



Варіанти генетичного коду



Більшість організмів переважно користуються одним варіантом коду, так званим "стандартним кодом" [4], проте це не завжди є правилом. Перший приклад відхилення від стандартного генетичного коду був відкритий в 1979 році при дослідженні генів мітохондрій людини. З того часу було знайдено декілька подібних варіантів [5] including various alternative mitochondrial codes, [6], наприклад, прочитування стоп-кодону стандартного коду UGA як кодону, що визначає триптофан у мікоплазм. У бактерій і архей GUG і UUG часто використовуються як стартові кодони. В деяких випадках гени починають кодувати білок із старт-кодона, який відрізняється від зазвичай використовуваного даним видом [4]. У деяких білках нестандартні амінокислоти, такі як селенцистеин і пірролізін вставляються рибосомою, під час считування стоп-кодону за умовами наявності певних послідовностей в мРНК після кодону. Селенцистеїн часто розглядається як 21-а, а пірролізін 22-й амінокислоти, що входять до складу білків. Незважаючи на ці виключення, у усіх живих організмів генетичний код має загальні риси: кодон складаються з трьох нуклеотидів, де два перших є визначальний, кодони транслюються тРНК і рибосомами в послідовність амінокислот. Відхилення від стандартного генетичного коду [5] [6].



Таблиця прикладів варіантів генетичного коду


Приклад

Кодон

Звичайне значення

Читається як: 

Деякі види дріжджів роду Candida

CUG

Лейцин

Серин

Мітохондрії, в тому числі і Saccharomyces cerevisiae

CU (U, C, A, G) 

Лейцин

Серин

Мітохондрії вищих рослин

CGG

Аргінін

Триптофан

Мітохондріїї (у всіх без виключення организмів, що досліджувалися) 

UGA

Стоп

Триптофан

Мітохондірії ссавців, дрозофіли, S. cerevisiae і багатьох найпростіших

AUA

Ізолейцин

Метіонин = Старт

Прокаріоти

GUG

Валин

Старт

Еукаріоти (рідко) 

CUG

Лейцин

Старт

Еукаріоти (рідко) 

GUG

Валін

Старт

Прокаріоти (рідко) 

UUG

Лейцин

Старт

Еукаріоти (рідко) 

ACG

Треонін

Старт

Мітохондрії ссавців

AGC, AGU

Серин

Стоп

Мітохондрії дрозофіли

AGA

Аргінін

Стоп

Мітохондрії ссавців

AG (A, G) 

Аргінін

Стоп


Генетичний код як система



''Найважчим в проблемі коду було зрозуміти, що код існує. На це знадобилося ціле століття. Коли це зрозуміли, то для того, щоб розібратися в деталях, вистачило які-небудь десять року'' [8].

Проблема генетичного коду - це ключова проблема. У кінці 50-х - початку 60-х років вона приковувала до себе увагу, збуджувала активність умів, спонукала віру у велич і мудрість загадок науки. У широкому сенсі генетичний код - це спосіб запису генетичної інформації в послідовностях нуклеїнових кислот (ДНК або РНК) про структуру поліпептидів (білків). У конкретному сенсі генетичний код - ця відповідність між триплетними кодонами матричної РНК (М-РНК) і амінокислотами кодованого білку, що задається кодовою таблицею.

Розвиток проблеми генетичного коду пройшов в декілька етапів. Предтечами цієї проблеми можна вважати багатьох видатних дослідників. Зокрема, Н.К. Кольцов (1927, 1935) запропонував в загальній формі ідею молекули-гена і матричний принцип її дублювання. Э. Шредингер (1944) явно сформулював необхідність кодування генетичної інформації в структурі генів-молекул.П. Колдуэлл і С. Хиншельвуд (1950) запропонували ідею матричного синтезу білків на ДНК.А. Даунс (1952) сформулював гіпотезу про синтез білків на РНК.

Наукові уявлення про генетичний код як про реальну проблему експерименту і теорії були сформульовані Г.А. Гамовым відразу ж після обгрунтування Дж. Уотсоном і Ф. Криком (1953) моделі будови подвійної спіралі ДНК. Перший етап вивчення проблеми (1953-1961) можна назвати гіпотетичним. З моделі Уотсона-Крика [8] витікало уявлення про лінійну послідовність ДНК - текст, побудований з чотирьох типів нуклеотидів (A, T, G і C - чотири символи алфавіту (або A, Г, Ц і Т)). Але кодовані білки теж мають лінійну первинну структуру - текст, побудований з 20 типів канонічних амінокислот (алфавіт з 20 символів). Тому Г.А. Гамору (1954) відразу ж сформулював ідею генетичного коду в конкретному сенсі - як відповідність двох текстів, записаних за допомогою двох різних алфавітів. Крім того, він запропонував використовувати технічні засоби криптографії (розшифровки невідомих кодів) для вирішення центральної проблеми генетики.

Генетичний код відразу ж придбав вигляд великої загадки природи, ребусу для дотепних. Багато сотень математиків, фізиків, хіміків, біологів, включаючи Г.А. Гамова, Ф. Крику та ін., запропонували гіпотетичні варіанти генетичного коду, які представляють тепер лише історичний інтерес. Реальний код виявився зовсім іншим.

Науковими результатами першого етапу можна вважати [8]:

1) постановку проблеми генетичного коду;

2) формування понять лінійного тексту, алфавіту для нуклеїнових кислот і білків, генетичної інформації, записаної в цих текстах за допомогою символів алфавіту;

3) уявлення про матричну роль РНК в трансляції;

4) поняття про кодони і доказ їх неперекривання;

5) припущення про триплетности кодонів і колінеарності гена і білку, доведене лише надалі, і так далі.

Другий етап (1961-1966) можна назвати експериментальним, оскільки в цей період генетичний код був розшифрований в прямому експерименті [8-11]. У 1961 році Ф. Крик із співробітниками в блискучій роботі показали, що: а) кодони триплетны; б) між ними немає розділових знаків (''ком''); в) гени, що кодують структуру білків (цистроны), мають фіксований початок, орієнтований напрям і фіксований кінець; г) існує невелике число некодуючих триплетів (''нонсенсу'', безглуздих кодонів), а код в цілому сильно вироджений. У 1964 році Ч. Янофски із співробітниками і С. Бреннер із співробітниками показали, що ген і кодований ним білок взаємно коллініарні, тобто є послідовна відповідність між кодонами гена і амінокислотами білка.

Пряма розшифровка генетичного коду in vitro виявилася можливою завдяки техніці білкового синтезу в безклітинних системах [8-10], тобто в клітинних екстрактах, що містять усі необхідні компоненти апарату трансляції (Т-РНК, рибосоми, амінокислоти, ферменти, джерело енергії і так далі), окрім М-РНК. Вводячи в такі системи природні М-РНК або штучні невеликі олигорибонуклеотиды, можна було вивчати специфічність включення мічених амінокислот в поліпептиди, що будуються. М. Ниренберг і Ф. Ледер подавали в безклітинну систему трансляції E. coli різні олигорибонуклеотиды і показали, що індивідуальні фракції тририбонуклеотидов, що асоціюються з рибосомами, зв'язують певні фракції Т-РНК, заряджені певними міченими амінокислотами. За допомогою такого методу генетичний код був розшифрований повністю. Влітку 1966 року на симпозіумі по кількісній біології в Колд-Спринг-Харборе (США) усі отримані дані були зведені Ф. Криком воєдино [9]. Розшифрований генетичний код E. coli, досліджений in vitro, повністю узгоджувався також з іншими незалежними даними, отриманими in vivo і для інших видів. Цей вивід підтверджується також результатами секвенування останніх років, коли знайдено, що тисячі генів і кодованих ними білків дійсно відповідають один одному за правилами генетичного коду.

З 64 можливих триплетів 61 є смисловим кодоном, тобто кодує амінокислоти. Усі кодони триплетні, нерозривні і не перекриваються в тексті, а також не розділені межкодонними знаками (комами). Усі кодони однозначні, тобто кожен кодує єдину амінокислоту. Інакше кажучи, в напрямі кодон - амінокислота генетичний код однозначний.

Зворотна відповідність в напрямі амінокислота - кодон неоднозначно, і ця властивість називається вирожденістю. Окремі амінокислоти кодуються групами (серіями) кодонів-синонімів. 18 серій з 20 містять від двох до шести кодонів, дві серії (Met і Trp) не вироджено, містять по одному кодону. Середня виродженість генетичного коду приблизно три кодони на серію.

Виродженість називається систематичною, якщо кодони-синоніми розрізняються в третій позиції або пуринами (R = A або G), або пиримидинами (Y = U або C), або взагалі будь-якими з чотирьох нуклеотидів (N = A, G, U або C). Цим принципам задовольняють 30 пар кодонів з 32, а також вісім тетрад з 16. Усі ці пари зв'язні, а тетради полнозв'язні. Інші варіанти виродженості називають несистематичними. Вони відносяться до великих серій: Leu і Arg - зв'язні серії, Ser - незв'язна серія, Ile - три кодони, повнозв'язна серія.

Генетичний код містить також знаки пунктуації (початку і кінця) трансляції. Кодони AUG, GUG і UUG у прокариот окрім кодування амінокислот кодують також ініціацію трансляції. Проте однозначність кодування при цьому не порушується, оскільки знаки, що ініціюють, локалізовані в певному оточенні (контексті), здатному утворювати самокомплементарні ''шпильки''. У еукаріот ініціюють триплети AUG і слабіше, - UUG, AUA і ACG. Три ''вакантні'' триплети у E. coli - UAA (ochre), UAG (amber) і UGA (opal) - не кодують амінокислот, а виконують роль термінальних знаків трансляції (стоп-кодонів, нонсенс-кодонов або термінального нонсенсу). У нормі ними закінчуються усі цистрони, тобто трансльовані гени, одиниці трансляції. Мутаційне виникнення нонсенсу усередині гена призводить до передчасної термінації трансляції і обриву білку. Нонсенс теж утворює зв'язну серію.

Розшифровка генетичного коду була одним з найвидатніших наукових відкриттів ХХ століття.

Третій етап вивчення проблеми генетичного коду (після 1966 року) пов'язаний з поглибленим дослідженням молекулярних механізмів кодування, системних властивостей генетичного коду: симетрії, регулярності, завадостійкої, універсальності, а також шляхів його виникнення і еволюції [11]. Молекулярною системою, що забезпечує відповідність кодонів М-РНК і амінокислот, являється набір адапторних молекул транспортних РНК (Т-РНК) і набір кодуючих ферментів аміноацил-т-РНК-синтетаз (АРС-аз). Кожна специфічна молекула Т-РНК має антикодон, що взаємодіє з кодоном М-РНК, а також специфічний сайт взаємодії з певною АРС-азой і неспецифічний сайт зв'язування амінокислоти. Кожна АРС-аза пізнає усі ізоакцепторні (що переносять одну амінокислоту) фракції Т-РНК, одну певну амінокислоту і сполучає їх макроергічним (енергобагатою) зв'язком. Тому відповідність антикодону Т-РНК і амінокислоти визначається саме АРС-азой. Фракції Т-РНК виконують функції адапторів (специфічних посередників) між кодонами М-РНК і амінокислотами.

Багато властивостей генетичного коду забезпечуються властивостями молекул Т-РНК і АРС-аз. Триплетний і нерозривний антикодон виділений в антикодонной петлі Т-РНК спеціальними модифікованими нуклеотидами. Цим забезпечуються триплетность і нерозривність впізнанних кодонів матриці. Усі антикодони однаково триплетны, тому, починаючи від знаку, що ініціює, трансляція здійснюється триплетними кроками, тобто формується певна рамка (фаза) трансляції - одна з трьох можливих. В цьому випадку межкодоные знаки (коми) не потрібні, а кодони не перекриваються. Кодони, що ініціюють, у E. coli пізнаються спеціальною фракцією т-РНКF - Met, що переносить модифіковану амінокислоту форміл-метіонін. Термінальний нонсенс взагалі не має своїх фракцій Т-РНК, а пізнаються спеціальними білковими чинниками терминации.

Однозначність коду в напрямі кодон - амінокислота забезпечується строгою специфічністю АРС-аз. Кожна АРС-аза дізнається єдину амінокислоту, тому неоднозначність виключена або маловірогідна. У основі систематичної виродженості лежать правила неоднозначності спаровування кодон-антикодон, встановлені Ф. Криком [8, 11]. Один антикодон може дізнаватися один, два або три кодони, що розрізняються по третій позиції. Згідно з правилами неоднозначного спаровування, систематична виродженість в парах кодонів забезпечується окремими фракціями Т-РНК, U, що мають, G або I (інозин) в трьох позиціях антикодонів. Вырожденность 3 у ізолейцину (Ile) вимагає фракцію Т-РНК з I в третій позиції антикодону. Такий нуклеотид там дійсно є. Виродженість 4 вимагає не менше двох фракцій Т-РНК, виродженість 6 - не менше трьох фракцій. Всього генетичний код E. coli вимагає не менше 32 фракцій Т-РНК. Реально у E. coli повне число генів Т-РНК дорівнює 86 для 79 фракцій з різними антикодонами. Отже, багато фракцій Т-РНК частково дублюють один одного.

Тепер розглянемо не менш вражаючу властивість симетрії генетичного коду. Генетичний код можна зображувати в круговій формі [11], де внутрішній круг відповідає першим позиціям кодонів, середнє кільце - другим позиціям і зовнішнє кільце - третім позиціям. Сильні основи зображені непідрозділеними секторами зовнішнього кільця, а слабкі - підрозділеними. Властивість симетрії полягає в наступній:

1) проведемо вісь симетрії через центр круга перпендикулярно площини листа і повернемо круг на 180° в площині листа. При цьому усі сильні і слабкі основи зберігають свої позиції, тобто поєднуються з однойменними;

2) проведемо через центр площину симетрії, перпендикулярну площині листа і рядкам тексту. При дзеркальному віддзеркаленні круга в цій площині усі сильні основи міняються місцями із слабкими і навпаки;

3) проведемо через центр площину симетрії, перпендикулярну площині листа і паралельну рядкам тексту. При дзеркальному віддзеркаленні круга в цій площині сильні основи міняються на слабкі і навпаки.

Генетичний код універсальний в тому сенсі, що його основна частина однакова для усіх форм життя на Землі. Цей вивід обгрунтований досвідом масового секвенування генів і білків. Майже завжди колінеарна відповідність генів і білків узгоджується з правилами генетичного коду. Проте в деяких екзотичних системах трансляції (мітохондрії тварин, рослин і грибів, хлоропласти рослин, найдрібніші бактерії - мікоплазми, війчаті прості та ін) знайдені мінорні відхилення в генетичному коді, а також зміни правил неоднозначного спаровування і наборів антикодонів і фракцій Т-РНК. Це своєрідні ''діалекти'' генетичного коду, що відбивають специфіку їх еволюції і функціонування.

Поза сумнівом, що генетичний код став продуктом добіологічної молекулярної еволюції і продовжував частково еволюціонувати надалі. У стохастичному процесі молекулярної еволюції властивості генетичного коду могли бути:

1) або наперед заданими фізико-хімічними характеристиками компонент і умов,

2) або відібрані як адаптивні серед альтернативних варіантів,

3) або фіксовані випадково. Гіпотези виникнення генетичного коду різною мірою враховують ці можливості [10, 11].

Так, гіпотеза ''замороженого випадку'' (Ф. Крик, 1968 рік) вважала, що історично була фіксована перша випадкова, але задовільна система кодування, яка далі була розмножена, піддалася еволюційному ускладненню і оптимізації, оскільки забезпечувала прискорене відтворення. Ясно, що крайній, чисто випадковий варіант цієї гіпотези нереальний, оскільки код має очевидні невипадкові системні властивості. Ясно також, що ці властивості відбивають невипадковий, високо організований характер генетичного коду, пов'язаний з правилами синонімії кодових серій.

Таким чином, генетичний код E. coli є не випадковим конгломератом відповідностей між кодонами і амінокислотами, а високоорганізовану систему відповідностей, підтримувану складними молекулярними механізмами. По вираженню Френціса Крика, що вніс вирішальний вклад у відкриття і вивчення коду, ''це ключ до молекулярної біології, оскільки він показує, як дві великі мови полімерів - мова полінуклеотидів і мова поліпептидів пов'язані між собою'' [9].


Висновок



Стара істина свідчить: без минулого немає майбутнього. У генетичному коді міститься інформація про походження людства, він - віддзеркалення усіх змін, які відбувалися з людьми упродовж тисячоліть.

Кожну цивілізацію на певному етапі чекає вибір - або подальший розвиток, або саморуйнування. Щоб прогресувати, потрібний деякий імпульс, завдяки якому з'являються наука і мистецтво, пізнаються основні закони устрою Всесвіту. Розшифровка генетичного коду людини - найбільше відкриття біогенетиків кінця ХХ століття.

Код - це набір певних знаків і символів - своєрідна біохімічна азбука. У нім - формула людського життя. Є в коді і так би мовити, розділові знаки, вони означають початок і кінець життя, тобто її часові межі.

Біогенетики стверджують, що із смертю людини генетичний код не припиняє існування. Він зберігається в генофонді його нащадків і, таким чином, формується багатомільярдна людська популяція.

Не знаючи даних свого генетичного коду, його власник не має поняття про те, що його чекає. Код - це успадкована інформація про подальшу долю. Лікарі вже намагаються запобігти прояву спадкових захворювань. І доки таке втручання на генному рівні не представляє загрози, яка може спричинити небажані зміни. Інша справа - урбанізація. Розвиваючи виробництво, створюючи нові продукти, у тому числі в області фармакології, людство здатне змінити генетичний матеріал. На думку учених, подібні процеси можуть привести до мутацій.

Отже генетичний код має кожен, і він може закінчитися. З іншого боку, по відношенню до усього людства генетичний код безперервний, в нім немає сигналів, що вказують на зникнення людського роду.


Література



Медична енциклопедія. - М., 1996.

Основи генетики. - К., 2000.

Біологія: Навч. посіб. / За ред. та пер. з рос.В.О. Мотузного. - 3тє вид., випр. і допов. - К.: Вища шк., 2002. - 622 с.: іл.

Genetic Code page in the NCBI Taxonomy section.

NCBI: "The Genetic Codes", Compiled by Andrzej (Anjay) Elzanowski and Jim Ostell.

Jukes TH, Osawa S, The genetic code in mitochondria and chloroplasts., Experientia. 1990 Dec 1; 46 (11-12): 1117-26.

Азимов А. Генетический код. От теории эволюции до расшифровки ДНК. - М.: Центрполиграф, 2006. - 208 с. - ISBN 5-9524-2230-6.

Ичас М. Біологічний код. М.: Світ, 1971.

The Genetic Code. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. Cold Spring Harbor; N. Y. 1966.31.

Молекулярна генетика. М.: Світ, 1963.

Ратнер В.А. Молекулярна генетика: Принципи і механізми. Новосибірськ: Наука, 1983.