რატომ არის გენეტიკური კოდი უნივერსალური? ცილის და ნუკლეინის მჟავების ბიოსინთეზი

ორგანიზმის მეტაბოლიზმში წამყვანი როლი ეკუთვნის ცილებს და ნუკლეინის მჟავებს.
ცილოვანი ნივთიერებები ქმნიან ყველა სასიცოცხლო უჯრედის სტრუქტურის საფუძველს, აქვთ უჩვეულოდ მაღალი რეაქტიულობა და დაჯილდოვებულია კატალიზური ფუნქციებით.
ნუკლეინის მჟავები არის ყველაზე მნიშვნელოვანი უჯრედული ორგანოს ნაწილი - ბირთვი, ასევე ციტოპლაზმა, რიბოსომები, მიტოქონდრია და ა.შ. ნუკლეინის მჟავები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ მემკვიდრეობითობის, სხეულის ცვალებადობასა და ცილების სინთეზში.

Გეგმასინთეზი ცილა ინახება უჯრედის ბირთვში და პირდაპირი სინთეზი ხდება ბირთვის გარეთ, ამიტომ აუცილებელია მიტანის სერვისიკოდირებული გეგმა ბირთვიდან სინთეზის ადგილამდე. მიწოდების ეს სერვისი ხორციელდება რნმ-ის მოლეკულებით.

პროცესი იწყება ბირთვი უჯრედები: დნმ-ის „კიბის“ ნაწილი იხსნება და იხსნება. ამის გამო, რნმ ასოები ქმნიან კავშირებს დნმ-ის ერთ-ერთი ჯაჭვის ღია დნმ ასოებთან. ფერმენტი გადასცემს რნმ-ის ასოებს ძაფში დასაკავშირებლად. ასე რომ, დნმ-ის ასოები "გადაიწერება" რნმ-ის ასოებში. ახლად წარმოქმნილი რნმ-ის ჯაჭვი გამოყოფილია და დნმ-ის „კიბე“ ისევ იგრიხება. დნმ-დან ინფორმაციის წაკითხვის და მისი რნმ შაბლონის სინთეზის პროცესს ე.წ ტრანსკრიფცია , ხოლო სინთეზირებულ რნმ-ს ინფორმაციული ან ი-რნმ .

შემდგომი ცვლილებების შემდეგ, ამ სახის კოდირებული mRNA მზად არის. ი-რნმ გამოდის ბირთვიდანდა მიდის ცილის სინთეზის ადგილზე, სადაც ხდება i-RNA ასოების გაშიფვრა. i-RNA-ს სამი ასოს თითოეული ნაკრები ქმნის "ასო", რომელიც ერთ კონკრეტულ ამინომჟავას ნიშნავს.

სხვა ტიპის რნმ ეძებს ამ ამინომჟავას, იჭერს მას ფერმენტის დახმარებით და აწვდის მას ცილის სინთეზის ადგილზე. ამ რნმ-ს ეწოდება გადაცემის რნმ, ან tRNA. mRNA შეტყობინების წაკითხვისა და თარგმნისას ამინომჟავების ჯაჭვი იზრდება. ეს ჯაჭვი უხვევს და იკეცება უნიკალურ ფორმაში, ქმნის ერთგვარ პროტეინს. ცილების დაკეცვის პროცესიც კი აღსანიშნავია: კომპიუტერის გამოყენება ყველაფრის გამოსათვლელად პარამეტრები 100 ამინომჟავისგან შემდგარი საშუალო ზომის ცილის დასაკეცს 1027 (!) წელი დასჭირდება. ხოლო ორგანიზმში 20 ამინომჟავისგან შემდგარი ჯაჭვის ფორმირებას სჭირდება არაუმეტეს ერთი წამი და ეს პროცესი მუდმივად მიმდინარეობს სხეულის ყველა უჯრედში.

გენები, გენეტიკური კოდი და მისი თვისებები.

დედამიწაზე დაახლოებით 7 მილიარდი ადამიანი ცხოვრობს. გარდა 25-30 მილიონი წყვილი იდენტური ტყუპებისა, მაშინ გენეტიკურად ყველა ადამიანი განსხვავებულია : თითოეული უნიკალურია, აქვს უნიკალური მემკვიდრეობითი მახასიათებლები, ხასიათის თვისებები, შესაძლებლობები, ტემპერამენტი.

ასეთი განსხვავებები ახსნილია განსხვავებები გენოტიპებში- ორგანიზმის გენების ნაკრები; თითოეული უნიკალურია. კონკრეტული ორგანიზმის გენეტიკური ნიშან-თვისებები განსახიერებულია პროტეინებში - შესაბამისად, ერთი ადამიანის ცილის აგებულება განსხვავდება, თუმცა საკმაოდ, მეორე ადამიანის ცილისგან.

ეს არ ნიშნავსრომ ადამიანებს არ აქვთ ზუსტად იგივე ცილები. პროტეინები, რომლებიც ასრულებენ ერთსა და იმავე ფუნქციებს, შეიძლება იყოს იგივე ან ძალიან ოდნავ განსხვავდებოდეს ერთი ან ორი ამინომჟავით ერთმანეთისგან. მაგრამ არ არსებობს ადამიანების დედამიწაზე (იდენტური ტყუპების გარდა), რომელშიც ყველა ცილა იქნებოდა იგივეა .

ინფორმაცია ცილის პირველადი სტრუქტურის შესახებკოდირებული, როგორც ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა დნმ-ის მოლეკულის მონაკვეთში, გენი - ორგანიზმის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ერთეული. თითოეული დნმ-ის მოლეკულა შეიცავს ბევრ გენს. ორგანიზმის ყველა გენის მთლიანობა ქმნის მის გენოტიპი . Ამგვარად,

გენი არის ორგანიზმის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ერთეული, რომელიც შეესაბამება დნმ-ის ცალკეულ ნაწილს

მემკვიდრეობითი ინფორმაცია დაშიფრულია გამოყენებით გენეტიკური კოდი , რომელიც უნივერსალურია ყველა ორგანიზმისთვის და განსხვავდება მხოლოდ ნუკლეოტიდების მონაცვლეობით, რომლებიც ქმნიან გენებს და კოდირებენ კონკრეტული ორგანიზმების ცილებს.

გენეტიკური კოდი შედგება დნმ-ის ნუკლეოტიდების ტრიპლეტებისგან (სამები), რომლებიც გაერთიანებულია სხვადასხვა თანმიმდევრობით (AAT, HCA, ACH, THC და ა.შ.), რომელთაგან თითოეული კოდირებს სპეციფიკურ ამინომჟავას (რომელიც ჩაშენდება პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში).

რეალურად კოდი ითვლის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა i-RNA მოლეკულაში , იმიტომ ის შლის ინფორმაციას დნმ-დან (პროცესი ტრანსკრიფციები ) და თარგმნის მას ამინომჟავების თანმიმდევრობაში სინთეზირებული ცილების მოლეკულებში (პროცესი გადაცემებს ).
mRNA-ს შემადგენლობაში შედის ნუკლეოტიდები A-C-G-U, რომელთა სამეულს ე.წ კოდონები : CHT დნმ-ის ტრიპლეტი mRNA-ზე გახდება HCA ტრიპლეტი, ხოლო AAG დნმ ტრიპლეტი გახდება UUC სამეული. ზუსტად i-RNA კოდონები ასახავს ჩანაწერში გენეტიკურ კოდს.

Ამგვარად, გენეტიკური კოდი - ნუკლეინის მჟავის მოლეკულებში მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ჩაწერის ერთიანი სისტემა ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის სახით . გენეტიკური კოდი ემყარება ანბანის გამოყენებას, რომელიც შედგება მხოლოდ ოთხი ნუკლეოტიდური ასოსგან, რომლებიც განსხვავდება აზოტოვანი ბაზებით: A, T, G, C.

გენეტიკური კოდის ძირითადი თვისებები:

1. გენეტიკური კოდი სამეული. ტრიპლეტი (კოდონი) არის სამი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობა, რომელიც კოდირებს ერთ ამინომჟავას. ვინაიდან ცილები შეიცავს 20 ამინომჟავას, აშკარაა, რომ თითოეული მათგანი არ შეიძლება იყოს კოდირებული ერთი ნუკლეოტიდით ( ვინაიდან დნმ-ში მხოლოდ ოთხი ტიპის ნუკლეოტიდია, ამ შემთხვევაში 16 ამინომჟავა რჩება დაშიფრული). ამინომჟავების კოდირებისთვის ორი ნუკლეოტიდი ასევე არ არის საკმარისი, რადგან ამ შემთხვევაში მხოლოდ 16 ამინომჟავის დაშიფვრა შეიძლება. ეს ნიშნავს, რომ ნუკლეოტიდების ყველაზე მცირე რაოდენობა, რომელიც აკოდირებს ერთ ამინომჟავას, უნდა იყოს მინიმუმ სამი. ამ შემთხვევაში, შესაძლო ნუკლეოტიდის სამეულების რაოდენობაა 43 = 64.

2. ჭარბი რაოდენობა (დეგენერაცია)კოდი არის მისი სამმაგი ბუნების შედეგი და ნიშნავს, რომ ერთი ამინომჟავა შეიძლება დაშიფრული იყოს რამდენიმე სამეულით (რადგან არის 20 ამინომჟავა და არის 64 სამეული), გარდა მეთიონინისა და ტრიპტოფანისა, რომლებიც კოდირებულია მხოლოდ ერთით. სამეული. გარდა ამისა, ზოგიერთი ტრიპლეტი ასრულებს სპეციფიკურ ფუნქციებს: mRNA მოლეკულაში ტრიპლეტები UAA, UAG, UGA არის ტერმინალური კოდონები, ე.ი. გაჩერება-სიგნალები, რომლებიც აჩერებენ პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზს. მეთიონინის (AUG) შესაბამისი ტრიპლეტი, რომელიც დგას დნმ-ის ჯაჭვის დასაწყისში, არ აკოდირებს ამინომჟავას, მაგრამ ასრულებს კითხვის დაწყების (ამაღელვებელი) ფუნქციას.

3. გაურკვევლობა კოდი - ზედმეტობასთან ერთად, კოდს აქვს თვისება უნიკალურობა : თითოეული კოდონი ემთხვევა მხოლოდ ერთისპეციფიკური ამინომჟავა.

4. კოლინარულობა კოდი, ე.ი. ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა გენში ზუსტადშეესაბამება ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობას.

5. გენეტიკური კოდი შეუსაბამო და კომპაქტური , ანუ არ შეიცავს "პუნქტუაციის ნიშნებს". ეს ნიშნავს, რომ წაკითხვის პროცესი არ იძლევა სვეტების (სამეულების) გადაფარვის შესაძლებლობას და, გარკვეული კოდონიდან დაწყებული, კითხვა მუდმივად სამჯერ გადის სამჯერ, სანამ გაჩერება- სიგნალები ( შეწყვეტის კოდონები).

6. გენეტიკური კოდი უნივერსალური , ანუ ყველა ორგანიზმის ბირთვული გენები ერთნაირად კოდირებენ ინფორმაციას ცილების შესახებ, მიუხედავად ამ ორგანიზმების ორგანიზაციის დონისა და სისტემატური პოზიციისა.

არსებობს გენეტიკური კოდის ცხრილები გაშიფვრისთვის კოდონები i-RNA და ცილის მოლეკულების ჯაჭვების აგება.

მატრიცის სინთეზის რეაქციები.

ცოცხალ სისტემებში არის უსულო ბუნებაში უცნობი რეაქციები - მატრიცის სინთეზის რეაქციები.

ტერმინი "მატრიცა"ტექნოლოგიაში ისინი აღნიშნავენ მონეტების ჩამოსხმის ფორმას, მედლებს, ტიპოგრაფიულ ტიპს: გამაგრებული ლითონი ზუსტად ასახავს ჩამოსხმისთვის გამოყენებული ფორმის ყველა დეტალს. მატრიცის სინთეზიწააგავს მატრიცაზე ჩამოსხმას: ახალი მოლეკულები სინთეზირდება უკვე არსებული მოლეკულების სტრუქტურაში დასახული გეგმის მკაცრი შესაბამისად.

მატრიცის პრინციპი მდგომარეობს ბირთვშიუჯრედის ყველაზე მნიშვნელოვანი სინთეზური რეაქციები, როგორიცაა ნუკლეინის მჟავების და ცილების სინთეზი. ამ რეაქციებში მოცემულია მონომერული ერთეულების ზუსტი, მკაცრად სპეციფიკური თანმიმდევრობა სინთეზირებულ პოლიმერებში.

აქ არის მიმართულება მონომერების მოზიდვა კონკრეტულ ადგილასუჯრედები - მოლეკულებად, რომლებიც ემსახურებიან როგორც მატრიცას, სადაც რეაქცია მიმდინარეობს. თუ ასეთი რეაქციები მოლეკულების შემთხვევითი შეჯახების შედეგად მოხდებოდა, ისინი უსასრულოდ ნელა გაგრძელდებოდა. მატრიცის პრინციპზე დაფუძნებული რთული მოლეკულების სინთეზი ხორციელდება სწრაფად და ზუსტად. მატრიცის როლი ნუკლეინის მჟავების მაკრომოლეკულები თამაშობენ მატრიცულ რეაქციებში დნმ ან რნმ .

მონომერული მოლეკულები, საიდანაც სინთეზირებულია პოლიმერი - ნუკლეოტიდები ან ამინომჟავები - კომპლემენტარობის პრინციპის შესაბამისად განლაგებულია და ფიქსირდება მატრიცაზე მკაცრად განსაზღვრული, წინასწარ განსაზღვრული თანმიმდევრობით.

მერე მოდის მონომერული ერთეულების „ჯვარედინი კავშირი“ პოლიმერულ ჯაჭვში, და მზა პოლიმერი იშლება მატრიციდან.

ამის შემდეგ მატრიცა მზად არისახალი პოლიმერის მოლეკულის შეკრებამდე. ნათელია, რომ როგორც მხოლოდ ერთი მონეტის, ერთი ასოს ჩამოსხმაა მოცემულ ყალიბზე, ასევე მხოლოდ ერთი პოლიმერის „აწყობა“ შეიძლება მოცემულ მატრიცის მოლეკულაზე.

რეაქციების მატრიცული ტიპი- ცოცხალი სისტემების ქიმიის სპეციფიკური თავისებურება. ისინი საფუძვლად უდევს ყველა ცოცხალი არსების ფუნდამენტურ თვისებას - მის უნარს, გაამრავლოს საკუთარი სახეობა.

მატრიცის სინთეზის რეაქციები

1. დნმ-ის რეპლიკაცია - რეპლიკაცია (ლათ. replicatio - განახლება) - დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის ქალიშვილის მოლეკულის სინთეზის პროცესი დნმ-ის მშობელი მოლეკულის მატრიცაზე. დედა უჯრედის შემდგომი გაყოფის დროს, თითოეული შვილობილი უჯრედი იღებს დნმ-ის მოლეკულის ერთ ასლს, რომელიც იდენტურია ორიგინალური დედა უჯრედის დნმ-ის. ეს პროცესი უზრუნველყოფს გენეტიკური ინფორმაციის ზუსტ გადაცემას თაობიდან თაობას. დნმ-ის რეპლიკაცია ხორციელდება რთული ფერმენტის კომპლექსით, რომელიც შედგება 15-20 განსხვავებული ცილისგან, ე.წ. საპასუხო . სინთეზის მასალაა უჯრედების ციტოპლაზმაში არსებული თავისუფალი ნუკლეოტიდები. რეპლიკაციის ბიოლოგიური მნიშვნელობა მდგომარეობს მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ზუსტ გადაცემაში მშობლის მოლეკულიდან ქალიშვილზე, რაც ჩვეულებრივ ხდება სომატური უჯრედების დაყოფის დროს.

დნმ-ის მოლეკულა შედგება ორი დამატებითი ჯაჭვისგან. ეს ჯაჭვები ერთმანეთთან არის დაკავშირებული სუსტი წყალბადის ბმებით, რომლებიც შეიძლება დაირღვეს ფერმენტებით. დნმ-ის მოლეკულას შეუძლია თვითგაორმაგება (გამრავლება) და მისი ახალი ნახევარი სინთეზირდება მოლეკულის თითოეულ ძველ ნახევარზე.
გარდა ამისა, mRNA მოლეკულა შეიძლება სინთეზირებული იყოს დნმ-ის მოლეკულაზე, რომელიც შემდეგ დნმ-დან მიღებულ ინფორმაციას ცილის სინთეზის ადგილზე გადასცემს.

ინფორმაციის გადაცემა და ცილის სინთეზი მიჰყვება მატრიცის პრინციპს, რომელიც შედარებულია სტამბის სტამბის მუშაობასთან. ინფორმაცია დნმ-დან კოპირდება არაერთხელ. თუ კოპირების დროს მოხდა შეცდომები, ისინი განმეორდება ყველა მომდევნო ასლში.

მართალია, დნმ-ის მოლეკულის მიერ ინფორმაციის კოპირებისას ზოგიერთი შეცდომა შეიძლება გამოსწორდეს - შეცდომების აღმოფხვრის პროცესს ე.წ. რეპარაციები. ინფორმაციის გადაცემის პროცესში პირველი რეაქცია არის დნმ-ის მოლეკულის რეპლიკაცია და დნმ-ის ახალი ჯაჭვების სინთეზი.

2. ტრანსკრიფცია (ლათინური ტრანსკრიფციიდან - გადაწერა) - რნმ-ის სინთეზის პროცესი დნმ-ის შაბლონის გამოყენებით, რომელიც ხდება ყველა ცოცხალ უჯრედში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემა დნმ-დან რნმ-ზე.

ტრანსკრიფცია კატალიზებულია ფერმენტ დნმ-დამოკიდებული რნმ პოლიმერაზას მიერ. რნმ პოლიმერაზა მოძრაობს დნმ-ის მოლეკულის გასწვრივ 3 " → 5" მიმართულებით. ტრანსკრიფცია შედგება ნაბიჯებისგან დაწყება, გახანგრძლივება და შეწყვეტა . ტრანსკრიფციის ერთეული არის ოპერონი, დნმ-ის მოლეკულის ფრაგმენტი, რომელიც შედგება პრომოტორი, ტრანსკრიბირებული ნაწილი და ტერმინატორი . i-RNA შედგება ერთი ჯაჭვისაგან და სინთეზირდება დნმ-ზე კომპლემენტარობის წესის შესაბამისად ფერმენტის მონაწილეობით, რომელიც ააქტიურებს i-RNA მოლეკულის სინთეზის დასაწყისს და დასასრულს.

დასრულებული mRNA მოლეკულა შედის ციტოპლაზმაში რიბოზომებზე, სადაც ხდება პოლიპეპტიდური ჯაჭვების სინთეზი.

3. მაუწყებლობა (ლათ. თარგმანი- გადაცემა, მოძრაობა) - ამინომჟავებიდან ცილის სინთეზის პროცესი ინფორმაციის მატრიცაზე (მატრიცა) რნმ (mRNA, mRNA), რომელსაც ახორციელებს რიბოსომა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის ი-რნმ-ის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობით შემავალი ინფორმაციის პოლიპეპტიდის ამინომჟავების თანმიმდევრობით თარგმნის პროცესი.

4. საპირისპირო ტრანსკრიფცია არის ორჯაჭვიანი დნმ-ის ფორმირების პროცესი ერთჯაჭვიანი რნმ-ის ინფორმაციის საფუძველზე. ამ პროცესს უწოდებენ საპირისპირო ტრანსკრიფციას, რადგან გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემა ხდება ტრანსკრიპციის მიმართ "საპირისპირო" მიმართულებით. საპირისპირო ტრანსკრიფციის იდეა თავდაპირველად ძალიან არაპოპულარული იყო, რადგან ეწინააღმდეგებოდა მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალურ დოგმას, რომელიც ვარაუდობდა, რომ დნმ ტრანსკრიბირებულია რნმ-ში და შემდეგ ითარგმნება ცილებად.

თუმცა, 1970 წელს ტემინმა და ბალტიმორმა დამოუკიდებლად აღმოაჩინეს ფერმენტი ე.წ საპირისპირო ტრანსკრიპტაზა (რევერტაზა) და საბოლოოდ დადასტურდა საპირისპირო ტრანსკრიფციის შესაძლებლობა. 1975 წელს ტემინს და ბალტიმორს მიენიჭათ ნობელის პრემია ფიზიოლოგიასა და მედიცინაში. ზოგიერთ ვირუსს (როგორიცაა ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსი, რომელიც იწვევს აივ ინფექციას) აქვს რნმ-ის დნმ-ში ტრანსკრიფციის უნარი. აივ-ს აქვს რნმ გენომი, რომელიც ინტეგრირდება დნმ-ში. შედეგად, ვირუსის დნმ შეიძლება გაერთიანდეს მასპინძელი უჯრედის გენომთან. რნმ-დან დნმ-ის სინთეზზე პასუხისმგებელ მთავარ ფერმენტს ე.წ შებრუნება. Reversease-ის ერთ-ერთი ფუნქციაა შექმნა დამატებითი დნმ (cDNA) ვირუსის გენომიდან. ასოცირებული ფერმენტი რიბონუკლეაზა წყვეტს რნმ-ს და რევერსეტაზა სინთეზირებს cDNA-ს დნმ-ის ორმაგი სპირალიდან. cDNA ინტეგრირდება მასპინძელი უჯრედის გენომში ინტეგრაზას მეშვეობით. შედეგი არის მასპინძელი უჯრედის მიერ ვირუსული ცილების სინთეზირომლებიც ქმნიან ახალ ვირუსებს. აივ-ის შემთხვევაში ასევე დაპროგრამებულია T-ლიმფოციტების აპოპტოზი (უჯრედების სიკვდილი). სხვა შემთხვევაში, უჯრედი შეიძლება დარჩეს ვირუსების დისტრიბუტორად.

ცილის ბიოსინთეზში მატრიცული რეაქციების თანმიმდევრობა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს დიაგრამის სახით.

Ამგვარად, ცილის ბიოსინთეზი- ეს არის პლასტიკური გაცვლის ერთ-ერთი სახეობა, რომლის დროსაც დნმ-ის გენებში კოდირებული მემკვიდრეობითი ინფორმაცია რეალიზდება ცილის მოლეკულებში ამინომჟავების გარკვეული თანმიმდევრობით.

ცილის მოლეკულები არსებითად პოლიპეპტიდური ჯაჭვებიშედგება ინდივიდუალური ამინომჟავებისგან. მაგრამ ამინომჟავები არ არის საკმარისად აქტიური, რომ ერთმანეთთან დამოუკიდებლად დაუკავშირდნენ. ამიტომ, სანამ ისინი გაერთიანდებიან ერთმანეთთან და წარმოქმნიან ცილის მოლეკულას, ამინომჟავები უნდა გააქტიურება . ეს გააქტიურება ხდება სპეციალური ფერმენტების მოქმედებით.

გააქტიურების შედეგად, ამინომჟავა ხდება უფრო ლაბილური და იმავე ფერმენტის მოქმედებით, აკავშირებს ტ-ს. რნმ. თითოეული ამინომჟავა შეესაბამება მკაცრად სპეციფიკურ ტ-ს რნმ, რომელიც პოულობს „თავის“ ამინომჟავას და უძლებსის რიბოსომაში.

ამიტომ, რიბოსომა იღებს სხვადასხვა მათთან დაკავშირებული გააქტიურებული ამინომჟავები t- რნმ. რიბოსომა მსგავსია კონვეიერიმასში შემავალი სხვადასხვა ამინომჟავებისგან ცილოვანი ჯაჭვის შეკრება.

ერთდროულად ტ-რნმ-თან, რომელზეც საკუთარი ამინომჟავა „ზის“, სიგნალი» დნმ-დან, რომელიც შეიცავს ბირთვს. ამ სიგნალის შესაბამისად, რიბოსომაში სინთეზირდება ერთი ან სხვა ცილა.

დნმ-ის მიმართული გავლენა ცილების სინთეზზე არ ხორციელდება უშუალოდ, მაგრამ სპეციალური შუამავლის დახმარებით - მატრიცაან მესინჯერი რნმ (mRNAან ი-რნმ), რომელიც სინთეზირებულია ბირთვშიმასზე გავლენას არ ახდენს დნმ, ამიტომ მისი შემადგენლობა ასახავს დნმ-ის შემადგენლობას. რნმ-ის მოლეკულა, როგორც ეს იყო, დნმ-ის ფორმიდან ჩამოსხმაა. სინთეზირებული mRNA შედის რიბოსომაში და, როგორც იქნა, გადასცემს მას ამ სტრუქტურაში გეგმა- რა თანმიმდევრობით უნდა გაერთიანდეს რიბოსომაში შემავალი გააქტიურებული ამინომჟავები, რათა მოხდეს გარკვეული ცილის სინთეზირება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, დნმ-ში კოდირებული გენეტიკური ინფორმაცია გადადის mRNA-ზე და შემდეგ ცილაზე.

mRNA მოლეკულა შედის რიბოსომაში და ციმციმებიმისი. განსაზღვრულია მისი ის სეგმენტი, რომელიც ამჟამად რიბოსომაშია კოდონი (სამმაგი), ურთიერთქმედებს სრულიად სპეციფიკურად მისთვის შესაფერის სტრუქტურასთან სამეული (ანტიკოდონი)გადაცემის რნმ-ში, რომელმაც ამინომჟავა რიბოსომაში შეიყვანა.

გადაცემის რნმ თავისი ამინომჟავით უახლოვდება mRNA-ს გარკვეულ კოდონს და აკავშირებსმასთან; ი-რნმ-ის მომდევნო, მეზობელ ადგილზე უერთდება სხვა tRNA სხვა ამინომჟავასდა ასე შემდეგ, სანამ მთელი i-RNA ჯაჭვი არ წაიკითხება, სანამ ყველა ამინომჟავა არ დაიძვრება შესაბამისი თანმიმდევრობით და წარმოქმნის ცილის მოლეკულას. და t-RNA, რომელმაც ამინომჟავა გადასცა პოლიპეპტიდური ჯაჭვის კონკრეტულ ადგილას, თავისუფლდება მისი ამინომჟავისგანდა გამოდის რიბოსომიდან.

შემდეგ ისევ ციტოპლაზმაში, სასურველი ამინომჟავა შეიძლება შეუერთდეს მას და ის კვლავ გადასცემს მას რიბოსომაში. ცილის სინთეზის პროცესში ერთდროულად მონაწილეობს არა ერთი, არამედ რამდენიმე რიბოსომა, პოლირიბოსომა.

გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემის ძირითადი ეტაპები:

1. სინთეზი დნმ-ზე, როგორც mRNA შაბლონზე (ტრანსკრიფცია)
2. პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზი რიბოსომებში i-RNA-ში შემავალი პროგრამის მიხედვით (თარგმანი) .

ეტაპები უნივერსალურია ყველა ცოცხალი არსებისთვის, მაგრამ ამ პროცესების დროითი და სივრცითი ურთიერთობები განსხვავდება პრო- და ევკარიოტებში.

ზე პროკარიოტებიტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია შეიძლება მოხდეს ერთდროულად, რადგან დნმ მდებარეობს ციტოპლაზმაში. ზე ევკარიოტიტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია მკაცრად არის გამიჯნული სივრცეში და დროში: ბირთვში ხდება სხვადასხვა რნმ-ის სინთეზი, რის შემდეგაც რნმ-ის მოლეკულებმა უნდა დატოვონ ბირთვი, გაიარონ ბირთვული მემბრანა. შემდეგ რნმ ტრანსპორტირდება ციტოპლაზმაში ცილის სინთეზის ადგილზე.

გენეტიკური კოდი არის ნუკლეინის მჟავის მოლეკულებში მემკვიდრეობითი ინფორმაციის ჩაწერის სისტემა, რომელიც დაფუძნებულია დნმ-ში ან რნმ-ში ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობების გარკვეულ მონაცვლეობაზე, რომლებიც ქმნიან კოდონებს, რომლებიც შეესაბამება ამინომჟავებს ცილაში.

გენეტიკური კოდის თვისებები.

გენეტიკურ კოდს აქვს რამდენიმე თვისება.

სამმაგი.

დეგენერაცია ან ჭარბი რაოდენობა.

გაურკვევლობა.

პოლარობა.

გადახურვის გარეშე.

კომპაქტურობა.

მრავალმხრივობა.

უნდა აღინიშნოს, რომ ზოგიერთი ავტორი ასევე გვთავაზობს კოდის სხვა თვისებებს, რომლებიც დაკავშირებულია კოდში შემავალი ნუკლეოტიდების ქიმიურ მახასიათებლებთან ან სხეულის ცილებში ცალკეული ამინომჟავების გაჩენის სიხშირესთან და ა.შ. თუმცა, ეს თვისებები გამომდინარეობს ზემოაღნიშნულიდან, ამიტომ მათ იქ განვიხილავთ.

ა. სამმაგი. გენეტიკურ კოდს, ისევე როგორც ბევრ კომპლექსურად ორგანიზებულ სისტემას, აქვს უმცირესი სტრუქტურული და უმცირესი ფუნქციური ერთეული. ტრიპლეტი გენეტიკური კოდის ყველაზე პატარა სტრუქტურული ერთეულია. იგი შედგება სამი ნუკლეოტიდისგან. კოდონი არის გენეტიკური კოდის ყველაზე პატარა ფუნქციური ერთეული. როგორც წესი, mRNA სამეულს კოდონებს უწოდებენ. გენეტიკურ კოდში კოდონი ასრულებს რამდენიმე ფუნქციას. პირველი, მისი მთავარი ფუნქციაა ის, რომ კოდირებს ერთ ამინომჟავას. მეორეც, კოდონი შეიძლება არ იყოს კოდირებული ამინომჟავისთვის, მაგრამ ამ შემთხვევაში მას სხვა ფუნქცია აქვს (იხ. ქვემოთ). როგორც განმარტებიდან ჩანს, სამეული არის ცნება, რომელიც ახასიათებს ელემენტარული სტრუქტურული ერთეულიგენეტიკური კოდი (სამი ნუკლეოტიდი). კოდონი ახასიათებს ელემენტარული სემანტიკური ერთეულიგენომი - სამი ნუკლეოტიდი განსაზღვრავს ერთი ამინომჟავის პოლიპეპტიდურ ჯაჭვთან მიმაგრებას.

ელემენტარული სტრუქტურული ერთეული ჯერ თეორიულად იქნა გაშიფრული, შემდეგ კი მისი არსებობა ექსპერიმენტულად დადასტურდა. მართლაც, 20 ამინომჟავა არ შეიძლება იყოს კოდირებული ერთი ან ორი ნუკლეოტიდით. ეს უკანასკნელი არის მხოლოდ 4. ოთხი ნუკლეოტიდიდან სამი იძლევა 4 3 = 64 ვარიანტს, რაც მეტი ფარავს ცოცხალ ორგანიზმებში არსებული ამინომჟავების რაოდენობას (იხ. ცხრილი 1).

ცხრილში 64 წარმოდგენილ ნუკლეოტიდების კომბინაციებს ორი მახასიათებელი აქვს. პირველი, სამეულის 64 ვარიანტიდან მხოლოდ 61 არის კოდონი და კოდირებს ნებისმიერ ამინომჟავას, მათ ე.წ. გრძნობის კოდონები. სამი სამეული არ არის კოდირებული

ამინომჟავები a არის გაჩერების სიგნალები, რომლებიც აღნიშნავენ თარგმანის დასასრულს. სამი ასეთი სამეულია UAA, UAG, UGA, მათ ასევე უწოდებენ "უაზრო" (უაზრო კოდონებს). მუტაციის შედეგად, რომელიც დაკავშირებულია ერთი ნუკლეოტიდის სამეულში მეორეთი ჩანაცვლებასთან, უაზრო კოდონი შეიძლება წარმოიშვას გრძნობათა კოდონიდან. ამ ტიპის მუტაციას ე.წ უაზრო მუტაცია. თუ ასეთი გაჩერების სიგნალი წარმოიქმნება გენის შიგნით (მის საინფორმაციო ნაწილში), მაშინ ამ ადგილას ცილის სინთეზის დროს პროცესი მუდმივად შეფერხდება - სინთეზირდება ცილის მხოლოდ პირველი (გაჩერების სიგნალამდე) ნაწილი. ასეთი პათოლოგიის მქონე ადამიანი განიცდის ცილის ნაკლებობას და განიცდის ამ ნაკლებობასთან დაკავშირებულ სიმპტომებს. მაგალითად, ასეთი სახის მუტაცია აღმოაჩინეს ჰემოგლობინის ბეტა ჯაჭვის მაკოდირებელ გენში. სინთეზირდება შემცირებული არააქტიური ჰემოგლობინის ჯაჭვი, რომელიც სწრაფად ნადგურდება. შედეგად წარმოიქმნება ბეტა ჯაჭვის გარეშე ჰემოგლობინის მოლეკულა. ნათელია, რომ ასეთი მოლეკულა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ სრულად შეასრულოს თავისი მოვალეობები. არსებობს სერიოზული დაავადება, რომელიც ვითარდება ჰემოლიზური ანემიის ტიპის მიხედვით (ბეტა-ნულოვანი თალასემია, ბერძნული სიტყვიდან „თალასი“ - ხმელთაშუა ზღვა, სადაც პირველად აღმოაჩინეს ეს დაავადება).

გაჩერების კოდონების მოქმედების მექანიზმი განსხვავდება გრძნობათა კოდონების მოქმედების მექანიზმისაგან. ეს გამომდინარეობს იქიდან, რომ ამინომჟავების მაკოდირებელი ყველა კოდონისთვის ნაპოვნი იქნა შესაბამისი tRNA. უაზრო კოდონებისთვის tRNA არ იქნა ნაპოვნი. ამიტომ, tRNA არ მონაწილეობს ცილის სინთეზის შეჩერების პროცესში.

კოდონიაუგ (ზოგჯერ GUG ბაქტერიებში) არა მხოლოდ კოდირებს ამინომჟავას მეთიონინს და ვალინს, არამედმაუწყებლობის ინიციატორი .

ბ. დეგენერაცია ან ჭარბი რაოდენობა.

64 სამეულიდან 61 კოდირებს 20 ამინომჟავას. ამინომჟავების რაოდენობაზე სამმაგი რაოდენობის ასეთი სამჯერ გადაჭარბება მიუთითებს იმაზე, რომ ინფორმაციის გადაცემისას შეიძლება გამოყენებულ იქნას კოდირების ორი ვარიანტი. ჯერ ერთი, ყველა 64 კოდონი არ შეიძლება იყოს ჩართული 20 ამინომჟავის კოდირებაში, მაგრამ მხოლოდ 20 და მეორეც, ამინომჟავების კოდირება შესაძლებელია რამდენიმე კოდონით. კვლევებმა აჩვენა, რომ ბუნებამ გამოიყენა ეს უკანასკნელი ვარიანტი.

მისი უპირატესობა ნათელია. თუ 64 ტრიპლეტი ვარიანტიდან მხოლოდ 20 იყო ჩართული ამინომჟავების კოდირებაში, მაშინ 44 სამეული (64-დან) დარჩებოდა არაკოდიციურად, ე.ი. უაზრო (უაზრო კოდონები). ადრე ჩვენ აღვნიშნეთ, თუ რამდენად საშიშია უჯრედის სიცოცხლისთვის კოდირების სამეულის გადაქცევა მუტაციის შედეგად უაზრო კოდონად - ეს მნიშვნელოვნად არღვევს რნმ პოლიმერაზას ნორმალურ მუშაობას, რაც საბოლოოდ იწვევს დაავადებების განვითარებას. ამჟამად ჩვენს გენომში სამი უაზრო კოდონია და ახლა წარმოიდგინეთ, რა მოხდებოდა, თუ უაზრო კოდონების რაოდენობა დაახლოებით 15-ჯერ გაიზარდა. ცხადია, რომ ასეთ სიტუაციაში ნორმალური კოდონების გადასვლა უაზრო კოდონებზე განუზომლად მაღალი იქნება.

კოდს, რომელშიც ერთი ამინომჟავა დაშიფრულია რამდენიმე სამეულით, ეწოდება დეგენერატი ან ზედმეტი. თითქმის ყველა ამინომჟავას აქვს რამდენიმე კოდონი. ასე რომ, ამინომჟავა ლეიცინი შეიძლება იყოს კოდირებული ექვსი სამეულით - UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. ვალინი კოდირებულია ოთხი სამეულით, ფენილალანინი - ორი და მხოლოდ ტრიპტოფანი და მეთიონინიდაშიფრულია ერთი კოდონით. თვისებას, რომელიც დაკავშირებულია ერთი და იგივე ინფორმაციის სხვადასხვა სიმბოლოებით ჩაწერასთან, ეწოდება დეგენერაცია.

ერთ ამინომჟავაზე მინიჭებული კოდონების რაოდენობა კარგად არის დაკავშირებული ცილებში ამინომჟავის გაჩენის სიხშირესთან.

და ეს, სავარაუდოდ, შემთხვევითი არ არის. რაც უფრო მაღალია ცილაში ამინომჟავის გაჩენის სიხშირე, რაც უფრო ხშირად არის ამ ამინომჟავის კოდონი გენომში, მით უფრო მაღალია მისი დაზიანების ალბათობა მუტაგენური ფაქტორებით. მაშასადამე, ცხადია, რომ მუტაციური კოდონი უფრო სავარაუდოა, რომ კოდირებს იმავე ამინომჟავას, თუ ის ძალიან დეგენერირებულია. ამ პოზიციებიდან გამომდინარე, გენეტიკური კოდის გადაგვარება არის მექანიზმი, რომელიც იცავს ადამიანის გენომს დაზიანებისგან.

უნდა აღინიშნოს, რომ ტერმინი დეგენერაცია მოლეკულურ გენეტიკაში სხვა მნიშვნელობითაც გამოიყენება. ვინაიდან კოდონში არსებული ინფორმაციის ძირითადი ნაწილი პირველ ორ ნუკლეოტიდზე მოდის, კოდონის მესამე პოზიციაზე მდებარე ფუძეს მცირე მნიშვნელობა აქვს. ამ ფენომენს ეწოდება "მესამე ბაზის გადაგვარება". ეს უკანასკნელი თვისება ამცირებს მუტაციების ეფექტს. მაგალითად, ცნობილია, რომ სისხლის წითელი უჯრედების ძირითადი ფუნქციაა ჟანგბადის ტრანსპორტირება ფილტვებიდან ქსოვილებში და ნახშირორჟანგი ქსოვილებიდან ფილტვებში. ამ ფუნქციას ახორციელებს სასუნთქი პიგმენტი - ჰემოგლობინი, რომელიც ავსებს ერითროციტის მთელ ციტოპლაზმას. იგი შედგება ცილოვანი ნაწილისგან - გლობინისგან, რომელიც კოდირებულია შესაბამისი გენით. ცილის გარდა ჰემოგლობინი შეიცავს ჰემს, რომელიც შეიცავს რკინას. გლობინის გენების მუტაციები იწვევს ჰემოგლობინის სხვადასხვა ვარიანტების გაჩენას. ყველაზე ხშირად მუტაციებს უკავშირდება ერთი ნუკლეოტიდის მეორეთი ჩანაცვლება და გენში ახალი კოდონის გამოჩენა, რომელსაც შეუძლია ჰემოგლობინის პოლიპეპტიდური ჯაჭვის ახალი ამინომჟავის კოდირება. სამეულში, მუტაციის შედეგად, შეიძლება შეიცვალოს ნებისმიერი ნუკლეოტიდი - პირველი, მეორე ან მესამე. ცნობილია, რომ რამდენიმე ასეული მუტაცია გავლენას ახდენს გლობინის გენების მთლიანობაზე. ახლოს 400 რომელთაგან დაკავშირებულია გენში ერთი ნუკლეოტიდების ჩანაცვლებასთან და პოლიპეპტიდში შესაბამისი ამინომჟავის ჩანაცვლებასთან. ამათგან მხოლოდ 100 ჩანაცვლება იწვევს ჰემოგლობინის არასტაბილურობას და სხვადასხვა სახის დაავადებებს მსუბუქიდან ძალიან მძიმემდე. 300 (დაახლოებით 64%) ჩანაცვლებითი მუტაცია არ მოქმედებს ჰემოგლობინის ფუნქციაზე და არ იწვევს პათოლოგიას. ამის ერთ-ერთი მიზეზია ზემოხსენებული „მესამე ბაზის გადაგვარება“, როდესაც მესამე ნუკლეოტიდის ჩანაცვლება სამეულში, რომელიც აკოდირებს სერინს, ლეიცინს, პროლინს, არგინინს და ზოგიერთ სხვა ამინომჟავას იწვევს სინონიმური კოდონის წარმოქმნას. იგივე ამინომჟავის კოდირება. ფენოტიპურად, ასეთი მუტაცია არ გამოვლინდება. ამის საპირისპიროდ, პირველი ან მეორე ნუკლეოტიდის ნებისმიერი ჩანაცვლება სამეულში 100% შემთხვევაში იწვევს ჰემოგლობინის ახალი ვარიანტის გამოჩენას. მაგრამ ამ შემთხვევაშიც შეიძლება არ იყოს მძიმე ფენოტიპური დარღვევები. ამის მიზეზი არის ჰემოგლობინში არსებული ამინომჟავის ჩანაცვლება ფიზიკოქიმიური თვისებებით პირველის მსგავსი სხვათ. მაგალითად, თუ ჰიდროფილური თვისებების მქონე ამინომჟავა შეიცვალა სხვა ამინომჟავით, მაგრამ იგივე თვისებებით.

ჰემოგლობინი შედგება ჰემის რკინის პორფირინის ჯგუფისგან (მასზე მიმაგრებულია ჟანგბადის და ნახშირორჟანგის მოლეკულები) და ცილა - გლობინი. ზრდასრულთა ჰემოგლობინი (HbA) შეიცავს ორ იდენტურ ჰემოგლობინს - ჯაჭვები და ორი - ჯაჭვები. მოლეკულა - ჯაჭვი შეიცავს 141 ამინომჟავის ნარჩენს, - ჯაჭვი - 146, - და - ჯაჭვები განსხვავდება მრავალი ამინომჟავის ნარჩენებში. თითოეული გლობინის ჯაჭვის ამინომჟავების თანმიმდევრობა დაშიფრულია საკუთარი გენით. გენის კოდირება - ჯაჭვი მდებარეობს მე-16 ქრომოსომის მოკლე მკლავზე, გენი - მე-11 ქრომოსომის მოკლე მკლავში. გენის კოდირების ცვლილება - პირველი ან მეორე ნუკლეოტიდის ჰემოგლობინის ჯაჭვი თითქმის ყოველთვის იწვევს ცილაში ახალი ამინომჟავების გამოჩენას, ჰემოგლობინის ფუნქციების დარღვევას და სერიოზულ შედეგებს პაციენტისთვის. მაგალითად, ერთ-ერთ CAU (ჰისტიდინის) სამეულში "C"-ის ჩანაცვლება "U"-ით გამოიწვევს ახალი UAU ტრიპლეტის გამოჩენას, რომელიც აკოდირებს სხვა ამინომჟავას - ტიროზინს. ფენოტიპურად, ეს გამოვლინდება სერიოზულ დაავადებაში. მსგავსი ჩანაცვლება 63-ე პოზიციაზე - ჰისტიდინის პოლიპეპტიდის ჯაჭვი ტიროზინამდე გამოიწვევს ჰემოგლობინის დესტაბილიზაციას. დაავადება ვითარდება მეტემოგლობინემია. მე-6 პოზიციაზე გლუტამინის მჟავის მუტაციის შედეგად შეცვლა ვალინით ჯაჭვი არის მძიმე დაავადების - ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემიის მიზეზი. ნუ გავაგრძელებთ სამწუხარო სიას. ჩვენ მხოლოდ აღვნიშნავთ, რომ პირველი ორი ნუკლეოტიდის ჩანაცვლებისას, ამინომჟავა შესაძლოა ფიზიკურ-ქიმიური თვისებებით მსგავსი იყოს წინა. ამრიგად, მე-2 ნუკლეოტიდის ჩანაცვლება გლუტამინის მჟავის (GAA) კოდირებით ერთ-ერთ სამეულში - "Y"-ზე ჯაჭვი იწვევს ახალი ტრიპლეტის (GUA) გაჩენას, რომელიც აკოდირებს ვალინს, ხოლო პირველი ნუკლეოტიდის ჩანაცვლება "A"-ით ქმნის AAA სამეულს, რომელიც აკოდირებს ამინომჟავას ლიზინს. გლუტამინის მჟავა და ლიზინი ფიზიკოქიმიური თვისებებით მსგავსია - ორივე ჰიდროფილურია. ვალინი არის ჰიდროფობიური ამინომჟავა. ამრიგად, ჰიდროფილური გლუტამინის მჟავის ჰიდროფობიური ვალინით ჩანაცვლება მნიშვნელოვნად ცვლის ჰემოგლობინის თვისებებს, რაც საბოლოოდ იწვევს ნამგლისებრუჯრედოვანი ანემიის განვითარებას, ხოლო ჰიდროფილური გლუტამინის მჟავას ჩანაცვლება ჰიდროფილური ლიზინით ნაკლებად ცვლის ჰემოგლობინის ფუნქციას - პაციენტები. ვითარდება ანემიის მსუბუქი ფორმა. მესამე ბაზის ჩანაცვლების შედეგად ახალ სამეულს შეუძლია იგივე ამინომჟავების კოდირება, როგორც წინა. მაგალითად, თუ CAH ტრიპლეტში ურაცილი შეიცვალა ციტოზინით და წარმოიქმნა CAC ტრიპლეტი, მაშინ პრაქტიკულად არ გამოვლინდება ფენოტიპური ცვლილებები ადამიანში. ეს გასაგებია, რადგან ორივე ტრიპლეტი კოდირებს ერთსა და იმავე ამინომჟავას, ჰისტიდინს.

დასასრულს, მიზანშეწონილია ხაზი გავუსვა, რომ გენეტიკური კოდის გადაგვარება და მესამე ბაზის გადაგვარება ზოგადი ბიოლოგიური პოზიციიდან არის დამცავი მექანიზმები, რომლებიც ჩართულია ევოლუციაში დნმ-ისა და რნმ-ის უნიკალურ სტრუქტურაში.

in. გაურკვევლობა.

ყოველი ტრიპლეტი (უაზროების გარდა) მხოლოდ ერთ ამინომჟავას კოდირებს. ამრიგად, კოდონის - ამინომჟავის მიმართულებით გენეტიკური კოდი ცალსახაა, ამინომჟავის - კოდონის მიმართულებით - ორაზროვანი (გადაგვარებული).

ცალსახა

კოდონის ამინომჟავა

დეგენერატი

და ამ შემთხვევაში აშკარაა გენეტიკურ კოდში გაურკვევლობის აუცილებლობა. სხვა ვარიანტში, ერთი და იგივე კოდონის თარგმნისას, სხვადასხვა ამინომჟავები შეიტანება ცილის ჯაჭვში და, შედეგად, წარმოიქმნება სხვადასხვა პირველადი სტრუქტურისა და სხვადასხვა ფუნქციის მქონე ცილები. უჯრედის მეტაბოლიზმი გადაინაცვლებს „ერთი გენი - რამდენიმე პოლიპეპტიდი“ მუშაობის რეჟიმში. გასაგებია, რომ ასეთ სიტუაციაში გენების მარეგულირებელი ფუნქცია მთლიანად დაიკარგება.

გ. პოლარობა

ინფორმაციის წაკითხვა დნმ-დან და mRNA-დან მხოლოდ ერთი მიმართულებით ხდება. პოლარობა აუცილებელია უმაღლესი დონის სტრუქტურების (მეორადი, მესამეული და ა.შ.) განსაზღვრისათვის. ადრე ვისაუბრეთ იმაზე, რომ ქვედა რიგის სტრუქტურები განსაზღვრავენ უმაღლესი რიგის სტრუქტურებს. ცილების მესამეული სტრუქტურა და უმაღლესი რიგის სტრუქტურები იქმნება მაშინვე, როგორც კი სინთეზირებული რნმ-ის ჯაჭვი დნმ-ის მოლეკულას შორდება ან პოლიპეპტიდური ჯაჭვი რიბოსომას დაშორდება. მიუხედავად იმისა, რომ რნმ-ის ან პოლიპეპტიდის თავისუფალი ბოლო იძენს მესამეულ სტრუქტურას, ჯაჭვის მეორე ბოლო კვლავ აგრძელებს სინთეზს დნმ-ზე (თუ რნმ ტრანსკრიბირებულია) ან რიბოსომაზე (თუ პოლიპეპტიდი ტრანსკრიბირებულია).

ამრიგად, ინფორმაციის წაკითხვის ცალმხრივი პროცესი (რნმ-ისა და ცილის სინთეზში) აუცილებელია არა მხოლოდ სინთეზირებულ ნივთიერებაში ნუკლეოტიდების ან ამინომჟავების თანმიმდევრობის დასადგენად, არამედ მეორადი, მესამეული და ა.შ. სტრუქტურები.

ე. გადახურვის გარეშე.

კოდი შეიძლება ემთხვეოდეს ან არ გადაფაროს. უმეტეს ორგანიზმში, კოდი არ არის გადახურული. ზოგიერთ ფაგში ნაპოვნია გადახურვის კოდი.

არა გადახურვის კოდის არსი ის არის, რომ ერთი კოდონის ნუკლეოტიდი არ შეიძლება იყოს მეორე კოდონის ნუკლეოტიდი ამავე დროს. თუ კოდი იფარება, მაშინ შვიდი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობა (GCUGCUG) შეიძლება დაშიფროს არა ორი ამინომჟავა (ალანინ-ალანინი) (ნახ. 33, A), როგორც არა გადახურვის კოდის შემთხვევაში, არამედ სამი (თუ ერთი ნუკლეოტიდი). არის საერთო) (ნახ. 33, B) ან ხუთი (თუ ორი ნუკლეოტიდი საერთოა) (იხ. სურ. 33, C). ბოლო ორ შემთხვევაში, ნებისმიერი ნუკლეოტიდის მუტაცია გამოიწვევს დარღვევას ორი, სამი და ა.შ. ამინომჟავების.

თუმცა, აღმოჩნდა, რომ ერთი ნუკლეოტიდის მუტაცია ყოველთვის არღვევს პოლიპეპტიდში ერთი ამინომჟავის ჩართვას. ეს არის მნიშვნელოვანი არგუმენტი იმ ფაქტის სასარგებლოდ, რომ კოდი არ არის გადახურული.

მოდით ავხსნათ ეს ნახატ 34-ზე. სქელი ხაზები გვიჩვენებს სამეულს, რომელიც აკოდირებს ამინომჟავებს არა გადახურვისა და გადახურვის კოდის შემთხვევაში. ექსპერიმენტებმა ცალსახად აჩვენა, რომ გენეტიკური კოდი არ არის გადახურული. ექსპერიმენტის დეტალებში ჩასვლის გარეშე აღვნიშნავთ, რომ თუ მესამე ნუკლეოტიდს შევცვლით ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობაში (იხ. სურ. 34)ზე (მონიშნული ვარსკვლავით) სხვას შემდეგ:

1. არა გადახურვის კოდით, ამ თანმიმდევრობით კონტროლირებული ცილა ჩაანაცვლებს ერთი (პირველი) ამინომჟავას (ვარსკვლავებით მონიშნული).

2. A ოფციაში გადახურული კოდით, ჩანაცვლება მოხდება ორ (პირველ და მეორე) ამინომჟავაში (მონიშნული ვარსკვლავით). B ვარიანტის მიხედვით, ჩანაცვლება გავლენას მოახდენს სამ ამინომჟავაზე (მონიშნული ვარსკვლავით).

თუმცა, მრავალმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ როდესაც დნმ-ში ერთი ნუკლეოტიდი იშლება, ცილა ყოველთვის მოქმედებს მხოლოდ ერთ ამინომჟავაზე, რაც დამახასიათებელია არა გადახურვის კოდისთვის.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCC CUG

*** *** *** *** *** ***

ალანინი - ალანინ ალა - ცის - ლეი ალა - ლეი - ლეი - ალა - ლეი

A B C

გადახურვის კოდის გადახურვის კოდი

ბრინჯი. 34. გენომში არა გადაფარვის კოდის არსებობის ახსნის სქემა (ახსნა ტექსტში).

გენეტიკური კოდის გადახურვა დაკავშირებულია სხვა თვისებასთან – ინფორმაციის წაკითხვა იწყება გარკვეული წერტილიდან – დაწყების სიგნალიდან. ასეთი საწყისი სიგნალი mRNA-ში არის კოდონი, რომელიც აკოდირებს AUG მეთიონინს.

გასათვალისწინებელია, რომ ადამიანს ჯერ კიდევ აქვს გენების მცირე რაოდენობა, რომლებიც გადახრის ზოგად წესს და ერთმანეთს ემთხვევა.

ე) კომპაქტურობა.

კოდონებს შორის სასვენი ნიშნები არ არის. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სამეული არ არის ერთმანეთისგან გამოყოფილი, მაგალითად, ერთი უაზრო ნუკლეოტიდით. ექსპერიმენტებით დადასტურდა გენეტიკურ კოდში „სასვენი ნიშნების“ არარსებობა.

და. მრავალმხრივობა.

კოდი დედამიწაზე მცხოვრები ყველა ორგანიზმისთვის ერთნაირია. გენეტიკური კოდის უნივერსალურობის პირდაპირი მტკიცებულება იქნა მიღებული დნმ-ის თანმიმდევრობების შესაბამის ცილის თანმიმდევრობებთან შედარებით. აღმოჩნდა, რომ კოდის მნიშვნელობების იგივე ნაკრები გამოიყენება ყველა ბაქტერიულ და ევკარიოტურ გენომში. არის გამონაკლისები, მაგრამ არა ბევრი.

გენეტიკური კოდის უნივერსალურობის პირველი გამონაკლისი აღმოაჩინეს ზოგიერთი ცხოველის სახეობის მიტოქონდრიაში. ეს ეხებოდა ტერმინატორის კოდონს UGA, რომელიც იკითხება იგივე, რაც UGG კოდონი, რომელიც აკოდირებს ამინომჟავას ტრიპტოფანს. ასევე ნაპოვნია სხვა უფრო იშვიათი გადახრები უნივერსალურობიდან.

დნმ კოდის სისტემა.

დნმ-ის გენეტიკური კოდი შედგება 64 სამეული ნუკლეოტიდისგან. ამ სამეულს კოდონებს უწოდებენ. თითოეული კოდონი კოდირებს ცილის სინთეზში გამოყენებული 20 ამინომჟავიდან ერთს. ეს იძლევა კოდში გარკვეულ სიჭარბეს: ამინომჟავების უმეტესობა დაშიფრულია ერთზე მეტი კოდონით.
ერთი კოდონი ასრულებს ორ ურთიერთდაკავშირებულ ფუნქციას: ის სიგნალს აძლევს ტრანსლაციის დაწყებას და კოდირებს ამინომჟავის მეთიონინის (Met) შეერთებას მზარდ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. დნმ-ის კოდის სისტემა შექმნილია ისე, რომ გენეტიკური კოდი შეიძლება გამოიხატოს როგორც რნმ კოდონები, ასევე დნმ-ის კოდონები. რნმ-ის კოდონები გვხვდება რნმ-ში (mRNA) და ამ კოდონებს შეუძლიათ წაიკითხონ ინფორმაცია პოლიპეპტიდების სინთეზის დროს (პროცესი, რომელსაც ტრანსლაცია ეწოდება). მაგრამ თითოეული mRNA მოლეკულა იძენს ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობას ტრანსკრიფციისას შესაბამისი გენიდან.

ყველა ამინომჟავის გარდა ორი (Met და Trp) შეიძლება იყოს კოდირებული 2-დან 6 სხვადასხვა კოდონით. თუმცა, უმეტესი ორგანიზმების გენომი აჩვენებს, რომ ზოგიერთი კოდონები უპირატესობას ანიჭებენ სხვებს. მაგალითად, ადამიანებში, ალანინი დაშიფრულია GCC-ით ოთხჯერ უფრო ხშირად, ვიდრე GCG-ში. ეს ალბათ მიუთითებს მთარგმნელობითი აპარატის (მაგ., რიბოსომა) უფრო მეტ ეფექტურობაზე ზოგიერთი კოდონისთვის.

გენეტიკური კოდი თითქმის უნივერსალურია. იგივე კოდონები მინიჭებულია ამინომჟავების ერთსა და იმავე მონაკვეთზე და იგივე დაწყების და გაჩერების სიგნალები უმეტესად ერთნაირია ცხოველებში, მცენარეებსა და მიკროორგანიზმებში. თუმცა, რამდენიმე გამონაკლისი იქნა ნაპოვნი. მათგან უმეტესობა მოიცავს სამი გაჩერების კოდონიდან ერთი ან ორი ამინომჟავისთვის მინიჭებას.

ისინი ჯაჭვებით რიგდებიან და, ამრიგად, მიიღება გენეტიკური ასოების თანმიმდევრობა.

გენეტიკური კოდი

თითქმის ყველა ცოცხალი ორგანიზმის ცილა აგებულია მხოლოდ 20 ტიპის ამინომჟავისგან. ამ ამინომჟავებს კანონიკური ეწოდება. თითოეული ცილა არის ჯაჭვი ან ამინომჟავების რამდენიმე ჯაჭვი, რომლებიც დაკავშირებულია მკაცრად განსაზღვრული თანმიმდევრობით. ეს თანმიმდევრობა განსაზღვრავს ცილის სტრუქტურას და, შესაბამისად, მის ყველა ბიოლოგიურ თვისებას.

CUU (ლეუ/ლ) ლეიცინი
CUC (ლეი/ლ) ლეიცინი
CUA (ლეი/ლ) ლეიცინი
CUG (ლეუ/ლ) ლეიცინი

ზოგიერთ ცილაში, არასტანდარტული ამინომჟავები, როგორიცაა სელენოცისტეინი და პიროლიზინი, ჩასმულია კოდონის წაკითხვის გაჩერების რიბოზომით, რაც დამოკიდებულია mRNA-ში არსებულ თანმიმდევრობებზე. სელენოცისტეინი ახლა განიხილება, როგორც 21-ე, ხოლო პიროლიზინი, როგორც 22-ე ამინომჟავა, რომელიც ქმნის ცილებს.

მიუხედავად ამ გამონაკლისებისა, ყველა ცოცხალი ორგანიზმის გენეტიკურ კოდს აქვს საერთო მახასიათებლები: კოდონი შედგება სამი ნუკლეოტიდისგან, სადაც პირველი ორი განმსაზღვრელია, კოდონები ითარგმნება tRNA და რიბოსომები ამინომჟავების თანმიმდევრობაში.

გენეტიკური კოდის შესახებ იდეების ისტორია

მიუხედავად ამისა, 1960-იანი წლების დასაწყისში ახალმა მონაცემებმა გამოავლინა „მძიმით თავისუფალი კოდის“ ჰიპოთეზის წარუმატებლობა. შემდეგ ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ კოდონებს, რომლებსაც კრიკი უაზროდ თვლიდა, შეუძლიათ პროვოცირება გაუწიონ ცილის სინთეზს სინჯარაში და 1965 წლისთვის დადგინდა 64-ვე სამეულის მნიშვნელობა. აღმოჩნდა, რომ ზოგიერთი კოდონი უბრალოდ ზედმეტია, ანუ ამინომჟავების რაოდენობა დაშიფრულია ორი, ოთხი ან თუნდაც ექვსი სამეულით.

იხილეთ ასევე

შენიშვნები

1. გენეტიკური კოდი მხარს უჭერს ორი ამინომჟავის მიზანმიმართულ შეყვანას ერთი კოდონით. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. მეცნიერება. 2009 იან 9; 323 (5911): 259-61.
2. AUG კოდონი აკოდირებს მეთიონინს, მაგრამ ასევე ემსახურება როგორც საწყისი კოდონი - როგორც წესი, ტრანსლაცია იწყება mRNA-ს პირველი AUG კოდონიდან.
3. NCBI: "გენეტიკური კოდები", შედგენილი ანჯეი (ანჯაი) ელზანოვსკის და ჯიმ ოსტელის მიერ
4. Jukes TH, Osawa S, გენეტიკური კოდი მიტოქონდრიებსა და ქლოროპლასტებში., Experientia. 1990 დეკემბერი 1;46(11-12):1117-26.
5. Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (1992 წლის მარტი). "უახლესი მტკიცებულება გენეტიკური კოდის ევოლუციის შესახებ". მიკრობიოლი. რევ. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
6. SANGER F. (1952). "ამინომჟავების განლაგება ცილებში.". Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251.
7. მ იჩასბიოლოგიური კოდი. - მშვიდობა, 1971 წ.
8. WATSON JD, CRICK FH. (1953 წლის აპრილი). ნუკლეინის მჟავების მოლეკულური სტრუქტურა; დეზოქსირიბოზის ნუკლეინის მჟავის სტრუქტურა. Ბუნება 171 : 737-738 წწ. PMID 13054692.
9. WATSON JD, CRICK FH. (1953 წლის მაისი). "დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავის სტრუქტურის გენეტიკური შედეგები.". Ბუნება 171 : 964-967 წწ. PMID 13063483.
10. კრიკ ფ.ჰ. (1966 წლის აპრილი). "გენეტიკური კოდი - გუშინ, დღეს და ხვალ." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
11. G. GAMOW (1954 წლის თებერვალი). "შესაძლო კავშირი დეოქსირიბონუკლეინის მჟავასა და ცილოვან სტრუქტურებს შორის.". Ბუნება 173 : 318. DOI: 10.1038/173318a0. PMID 13882203.
12. GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). "ინფორმაციის გადაცემის პრობლემა ნუკლეინის მჟავებიდან ცილებზე." Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508.
13. Gamow G, Ycas M. (1955). ცილის და რიბონუკლეინის მჟავის შემადგენლობის სტატისტიკური კორელაცია. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 41 : 1011-1019 წწ. PMID 16589789.
14. Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). კოდები მძიმის გარეშე. ". Proc Natl Acad Sci U S A. 43 : 416-421. PMID 16590032.
15. Hayes B. (1998). "გენეტიკური კოდის გამოგონება". (PDF გადაბეჭდვა). ამერიკელი მეცნიერი 86 : 8-14.

ლიტერატურა

• Azimov A. გენეტიკური კოდი. ევოლუციის თეორიიდან დნმ-ის გაშიფვრამდე. - მ.: ცენტრპოლიგრაფი, 2006. - 208 ს - ISBN 5-9524-2230-6.
• Ratner V. A. გენეტიკური კოდი, როგორც სისტემა - სოროსის საგანმანათლებლო ჟურნალი, 2000, 6, No3, გვ.17-22.
• Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. ცილების გენეტიკური კოდის ზოგადი ბუნება - Nature, 1961 (192), pp. 1227-32 წწ

ბმულები

• გენეტიკური კოდი- სტატია დიდი საბჭოთა ენციკლოპედიიდან

ფონდი ვიკიმედია. 2010 წელი.

გენეტიკური კოდი არის ცილის მოლეკულაში ამინომჟავების თანმიმდევრობის კოდირების გზა ნუკლეინის მჟავის მოლეკულაში ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობის გამოყენებით. გენეტიკური კოდის თვისებები გამომდინარეობს ამ კოდირების მახასიათებლებიდან.

ცილის თითოეული ამინომჟავა ასოცირდება სამი თანმიმდევრული ნუკლეინის მჟავის ნუკლეოტიდთან - სამეული, ან კოდონი. თითოეული ნუკლეოტიდი შეიძლება შეიცავდეს ოთხიდან ერთ-ერთ აზოტოვან ბაზას. რნმ-ში ეს არის ადენინი (A), ურაცილი (U), გუანინი (G), ციტოზინი (C). აზოტოვანი ფუძეების სხვადასხვა გზით შერწყმით (ამ შემთხვევაში მათ შემცველი ნუკლეოტიდები) შეგიძლიათ მიიღოთ მრავალი განსხვავებული სამეული: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC და ა.შ. შესაძლო კომბინაციების საერთო რაოდენობაა 64, ანუ 43.

ცოცხალი ორგანიზმების ცილები შეიცავს დაახლოებით 20 ამინომჟავას. ბუნებამ რომ „ჩაფიქრებულიყო“ თითოეული ამინომჟავის დაშიფვრა არა სამი, არამედ ორი ნუკლეოტიდით, მაშინ ასეთი წყვილების მრავალფეროვნება არ იქნება საკმარისი, რადგან მათგან მხოლოდ 16 იქნებოდა, ე.ი. 42.

Ამგვარად, გენეტიკური კოდის მთავარი თვისება მისი სამეულია. თითოეული ამინომჟავა კოდირებულია ნუკლეოტიდების სამეულით.

იმის გამო, რომ ბიოლოგიურ მოლეკულებში გამოყენებული ამინომჟავები გაცილებით მეტია შესაძლო განსხვავებული ტრიპლეტები, ისეთი თვისება, როგორიცაა ჭარბი რაოდენობაგენეტიკური კოდი. ბევრი ამინომჟავის დაშიფვრა დაიწყო არა ერთი კოდონით, არამედ რამდენიმე. მაგალითად, ამინომჟავა გლიცინი დაშიფრულია ოთხი განსხვავებული კოდონით: GGU, GGC, GGA, GGG. ზედმეტობასაც უწოდებენ დეგენერაცია.

ამინომჟავებსა და კოდონებს შორის შესაბამისობა აისახება ცხრილების სახით. მაგალითად, ესენი:

ნუკლეოტიდებთან მიმართებაში გენეტიკურ კოდს აქვს შემდეგი თვისება: უნიკალურობა(ან სპეციფიკა): თითოეული კოდონი შეესაბამება მხოლოდ ერთ ამინომჟავას. მაგალითად, GGU კოდონს შეუძლია მხოლოდ გლიცინის კოდირება და სხვა ამინომჟავების კოდირება.

ისევ. ჭარბი არის ის ფაქტი, რომ რამდენიმე სამეულს შეუძლია ერთი და იგივე ამინომჟავის კოდირება. სპეციფიკა - თითოეულ კონკრეტულ კოდონს შეუძლია მხოლოდ ერთი ამინომჟავის კოდირება.

გენეტიკურ კოდში არ არის სპეციალური სასვენი ნიშნები (გარდა სტოპ კოდონებისა, რომლებიც მიუთითებენ პოლიპეპტიდის სინთეზის დასრულებაზე). სასვენი ნიშნების ფუნქციას თავად სამეულები ასრულებენ – ერთის დასრულება ნიშნავს, რომ მეორე დაიწყება შემდეგში. ეს გულისხმობს გენეტიკური კოდის შემდეგ ორ თვისებას: უწყვეტობადა გადახურვის გარეშე. უწყვეტობა გაგებულია, როგორც ტრიპლეტების კითხვა დაუყოვნებლივ ერთმანეთის მიყოლებით. გადახურვის გარეშე ნიშნავს, რომ თითოეული ნუკლეოტიდი შეიძლება იყოს მხოლოდ ერთი სამეულის ნაწილი. ასე რომ, შემდეგი სამეულის პირველი ნუკლეოტიდი ყოველთვის მოდის წინა სამეულის მესამე ნუკლეოტიდის შემდეგ. კოდონი არ შეიძლება დაიწყოს წინა კოდონის მეორე ან მესამე ნუკლეოტიდზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, კოდი არ ემთხვევა ერთმანეთს.

გენეტიკურ კოდს აქვს თვისება უნივერსალურობა. ეს იგივეა დედამიწის ყველა ორგანიზმისთვის, რაც სიცოცხლის წარმოშობის ერთიანობაზე მიუთითებს. ამაში ძალიან იშვიათი გამონაკლისებია. მაგალითად, მიტოქონდრიისა და ქლოროპლასტის ზოგიერთი ტრიპლეტის კოდირება ამინომჟავების გარდა ჩვეულებრივი ამინომჟავებისა. ეს შეიძლება მიუთითებდეს, რომ სიცოცხლის განვითარების გარიჟრაჟზე გენეტიკური კოდის ოდნავ განსხვავებული ვარიაციები იყო.

და ბოლოს, გენეტიკური კოდი აქვს ხმაურის იმუნიტეტი, რაც მისი ქონებრივი სიჭარბის შედეგია. წერტილოვანი მუტაციები, რომლებიც ზოგჯერ ხდება დნმ-ში, ჩვეულებრივ იწვევს ერთი აზოტოვანი ბაზის მეორეთი ჩანაცვლებას. ეს ცვლის სამეულს. მაგალითად, ეს იყო AAA, მუტაციის შემდეგ გახდა AAG. ამასთან, ასეთი ცვლილებები ყოველთვის არ იწვევს ამინომჟავის ცვლილებას სინთეზირებულ პოლიპეპტიდში, რადგან ორივე სამეული, გენეტიკური კოდის სიჭარბის თვისების გამო, შეიძლება შეესაბამებოდეს ერთ ამინომჟავას. იმის გათვალისწინებით, რომ მუტაციები უფრო ხშირად საზიანოა, ხმაურის იმუნიტეტის თვისება სასარგებლოა.

გენეტიკური, ანუ ბიოლოგიური კოდი არის ცოცხალი ბუნების ერთ-ერთი უნივერსალური თვისება, რომელიც ადასტურებს მისი წარმოშობის ერთიანობას. გენეტიკური კოდი- ეს არის პოლიპეპტიდის ამინომჟავის თანმიმდევრობის კოდირების მეთოდი ნუკლეინის მჟავას ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის გამოყენებით (ინფორმაციული რნმ ან დამატებითი დნმ-ის განყოფილება, რომელზედაც სინთეზირებულია mRNA).

არსებობს სხვა განმარტებები.

გენეტიკური კოდი- ეს არის სამი ნუკლეოტიდის გარკვეული თანმიმდევრობის თითოეულ ამინომჟავასთან (რომელიც ცოცხალი ცილების ნაწილია) შესაბამისობა. გენეტიკური კოდიარის კავშირი ნუკლეინის მჟავას ფუძეებსა და ცილოვან ამინომჟავებს შორის.

სამეცნიერო ლიტერატურაში გენეტიკური კოდი არ არის გაგებული, როგორც ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა რომელიმე ორგანიზმის დნმ-ში, რაც განსაზღვრავს მის ინდივიდუალობას.

არასწორია ვივარაუდოთ, რომ ერთ ორგანიზმს ან სახეობას აქვს ერთი კოდი, მეორეს კი - მეორე. გენეტიკური კოდი არის ამინომჟავების დაშიფვრა ნუკლეოტიდებით (ანუ პრინციპი, მექანიზმი); ის უნივერსალურია ყველა ცოცხალი არსებისთვის, იგივეა ყველა ორგანიზმისთვის.

ამიტომ, არასწორია ვთქვათ, მაგალითად, „ადამიანის გენეტიკური კოდი“ ან „ორგანიზმის გენეტიკური კოდი“, რომელსაც ხშირად იყენებენ თითქმის სამეცნიერო ლიტერატურასა და ფილმებში.

ამ შემთხვევებში ჩვეულებრივ ვგულისხმობთ ადამიანის, ორგანიზმის გენომს და ა.შ.

ცოცხალი ორგანიზმების მრავალფეროვნება და მათი სასიცოცხლო აქტივობის მახასიათებლები, უპირველეს ყოვლისა, განპირობებულია ცილების მრავალფეროვნებით.

ცილის სპეციფიკური სტრუქტურა განისაზღვრება სხვადასხვა ამინომჟავების რიგით და რაოდენობით, რომლებიც ქმნიან მის შემადგენლობას. პეპტიდის ამინომჟავების თანმიმდევრობა დაშიფრულია დნმ-ში ბიოლოგიური კოდის გამოყენებით. მონომერების ნაკრების მრავალფეროვნების თვალსაზრისით, დნმ უფრო პრიმიტიული მოლეკულაა, ვიდრე პეპტიდი. დნმ არის მხოლოდ ოთხი ნუკლეოტიდის მონაცვლეობის მრავალფეროვნება. ეს დიდი ხანია ხელს უშლის მკვლევარებს, განიხილონ დნმ, როგორც მემკვიდრეობის მასალა.

როგორ ხდება ამინომჟავების კოდირება ნუკლეოტიდებით

1) ნუკლეინის მჟავები (დნმ და რნმ) არის პოლიმერები, რომლებიც შედგება ნუკლეოტიდებისგან.

თითოეული ნუკლეოტიდი შეიძლება შეიცავდეს ოთხიდან ერთ-ერთ აზოტოვან ბაზას: ადენინი (A, en: A), გუანინი (G, G), ციტოზინი (C, en: C), თიმინი (T, en: T). რნმ-ის შემთხვევაში თიმინი იცვლება ურაცილით (Y, U).

გენეტიკური კოდის განხილვისას მხედველობაში მიიღება მხოლოდ აზოტოვანი ბაზები.

მაშინ დნმ-ის ჯაჭვი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მათი წრფივი თანმიმდევრობა. Მაგალითად:

ამ კოდის დამატებითი mRNA რეგიონი იქნება შემდეგი:

2) ცილები (პოლიპეპტიდები) არის პოლიმერები, რომლებიც შედგება ამინომჟავებისგან.

ცოცხალ ორგანიზმებში პოლიპეპტიდების შესაქმნელად გამოიყენება 20 ამინომჟავა (კიდევ რამდენიმე ძალიან იშვიათია). ერთი ასო ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მათ აღსანიშნავად (თუმცა სამი უფრო ხშირად გამოიყენება - ამინომჟავის სახელის აბრევიატურა).

პოლიპეპტიდში ამინომჟავები ასევე წრფივად არის დაკავშირებული პეპტიდური კავშირით. მაგალითად, დავუშვათ, რომ არსებობს ცილის რეგიონი ამინომჟავების შემდეგი თანმიმდევრობით (თითოეული ამინომჟავა აღინიშნება ერთი ასოთი):

3) თუ ამოცანაა თითოეული ამინომჟავის დაშიფვრა ნუკლეოტიდების გამოყენებით, მაშინ ის იშლება იმაზე, თუ როგორ უნდა დაშიფროთ 20 ასო 4 ასოს გამოყენებით.

ეს შეიძლება გაკეთდეს 20-ასოიანი ანბანის ასოების 4-ასოიანი ანბანის რამდენიმე ასოსგან შედგენილ სიტყვებთან შესაბამისობით.

თუ ერთი ამინომჟავა დაშიფრულია ერთი ნუკლეოტიდით, მაშინ მხოლოდ ოთხი ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული.

თუ თითოეული ამინომჟავა შეესაბამება ორ თანმიმდევრულ ნუკლეოტიდს რნმ-ის ჯაჭვში, მაშინ შესაძლებელია თექვსმეტი ამინომჟავის დაშიფვრა.

მართლაც, თუ ოთხი ასოა (A, U, G, C), მაშინ მათი სხვადასხვა წყვილის კომბინაციების რაოდენობა იქნება 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), ( UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[ფრჩხილები გამოიყენება აღქმის მოხერხებულობისთვის.] ეს ნიშნავს, რომ მხოლოდ 16 სხვადასხვა ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული ასეთი კოდით (ორასოიანი სიტყვა): თითოეულს ექნება თავისი სიტყვა (ორი ზედიზედ ნუკლეოტიდი).

მათემატიკიდან, კომბინაციების რაოდენობის განსაზღვრის ფორმულა ასე გამოიყურება: ab = n.

აქ n არის სხვადასხვა კომბინაციების რაოდენობა, a არის ანბანის ასოების რაოდენობა (ან რიცხვითი სისტემის საფუძველი), b არის ასოების რაოდენობა სიტყვაში (ან ციფრები რიცხვში). თუ ამ ფორმულაში ჩავანაცვლებთ 4 ასოიან ანბანს და ორი ასოსგან შემდგარ სიტყვებს, მივიღებთ 42 = 16.

თუ სამი თანმიმდევრული ნუკლეოტიდი გამოიყენება კოდირებულ სიტყვად თითოეული ამინომჟავისთვის, მაშინ 43 = 64 სხვადასხვა ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული, ვინაიდან 64 სხვადასხვა კომბინაციით შეიძლება შედგებოდეს სამი ასოდან მიღებული ოთხი (მაგალითად, AUG, GAA, CAU, GGU და ა.შ.).

დ.). ეს უკვე საკმარისზე მეტია 20 ამინომჟავის კოდირებისთვის.

ზუსტად სამასოიანი კოდი გამოიყენება გენეტიკურ კოდში. სამი ზედიზედ ნუკლეოტიდი, რომლებიც კოდირებენ იმავე ამინომჟავას, ეწოდება სამეული(ან კოდონი).

თითოეული ამინომჟავა დაკავშირებულია ნუკლეოტიდების სპეციფიკურ სამეულთან.

გარდა ამისა, ვინაიდან ტრიპლეტების კომბინაციები გადაფარავს ამინომჟავების რაოდენობას, ბევრი ამინომჟავა დაშიფრულია რამდენიმე სამეულით.

სამი სამეული არ კოდირებს არცერთ ამინომჟავას (UAA, UAG, UGA).

ისინი აღნიშნავენ გადაცემის დასასრულს და ეძახიან შეაჩერე კოდონები(ან უაზრო კოდონები).

AUG ტრიპლეტი დაშიფვრავს არა მხოლოდ ამინომჟავას მეთიონინს, არამედ იწყებს ტრანსლაციას (ითამაშებს საწყისი კოდონის როლს).

ქვემოთ მოცემულია ამინომჟავების შესაბამისობის ცხრილები ნუკლეოიტიდის სამეულებთან.

პირველი ცხრილის მიხედვით მოსახერხებელია მოცემული სამეულიდან შესაბამისი ამინომჟავის დადგენა. მეორესთვის - მოცემული ამინომჟავისთვის, მის შესაბამისი სამეული.

განვიხილოთ გენეტიკური კოდის განხორციელების მაგალითი. მოდით იყოს mRNA შემდეგი შინაარსით:

მოდით დავყოთ ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა სამეულებად:

მოდით შევადაროთ თითოეული სამეული მის მიერ დაშიფრული პოლიპეპტიდის ამინომჟავას:

მეთიონინი - ასპარტინის მჟავა - სერინი - თრეონინი - ტრიპტოფანი - ლეიცინი - ლეიცინი - ლიზინი - ასპარაგინი - გლუტამინი

ბოლო სამეული არის გაჩერების კოდონი.

გენეტიკური კოდის თვისებები

გენეტიკური კოდის თვისებები დიდწილად არის ამინომჟავების კოდირების შედეგი.

პირველი და აშკარა თვისებაა სამმაგი.

გაგებულია, როგორც ის ფაქტი, რომ კოდის ერთეული არის სამი ნუკლეოტიდის თანმიმდევრობა.

გენეტიკური კოდის მნიშვნელოვანი თვისებაა მისი გადახურვის გარეშე. ნუკლეოტიდი, რომელიც შედის ერთ სამეულში, არ შეიძლება შევიდეს მეორეში.

ანუ AGUGAA თანმიმდევრობა შეიძლება წავიკითხოთ მხოლოდ როგორც AGU-GAA, მაგრამ არა, მაგალითად, ასე: AGU-GUG-GAA. ანუ, თუ GU წყვილი შედის ერთ სამეულში, ის უკვე არ შეიძლება იყოს მეორის განუყოფელი ნაწილი.

ქვეშ უნიკალურობაგენეტიკური კოდი ესმის, რომ თითოეული ტრიპლეტი შეესაბამება მხოლოდ ერთ ამინომჟავას.

მაგალითად, AGU ტრიპლეტი კოდირებს ამინომჟავას სერინს და არა სხვა ამინომჟავას.

გენეტიკური კოდი

ეს სამეული ცალსახად შეესაბამება მხოლოდ ერთ ამინომჟავას.

მეორეს მხრივ, რამდენიმე ტრიპლეტი შეიძლება შეესაბამებოდეს ერთ ამინომჟავას. მაგალითად, იგივე სერინი, გარდა AGU, შეესაბამება AGC კოდონს. ამ ქონებას ე.წ დეგენერაციაგენეტიკური კოდი.

დეგენერაცია საშუალებას გაძლევთ დატოვოთ მრავალი მუტაცია უვნებელი, რადგან ხშირად დნმ-ში ერთი ნუკლეოტიდის ჩანაცვლება არ იწვევს სამეულის მნიშვნელობის ცვლილებას. თუ ყურადღებით დააკვირდებით ამინომჟავების ტრიპლეტებთან შესაბამისობის ცხრილს, ხედავთ, რომ თუ ამინომჟავა დაშიფრულია რამდენიმე სამეულით, მაშინ ისინი ხშირად განსხვავდებიან ბოლო ნუკლეოტიდში, ანუ ეს შეიძლება იყოს ნებისმიერი.

ასევე აღინიშნება გენეტიკური კოდის ზოგიერთი სხვა თვისება (განგრძობაობა, ხმაურის იმუნიტეტი, უნივერსალურობა და ა.შ.).

სტაბილურობა, როგორც მცენარეების ადაპტაცია არსებობის პირობებთან. მცენარეების ძირითადი რეაქციები უარყოფითი ფაქტორების მოქმედებაზე.

მცენარის წინააღმდეგობა არის უნარი გაუძლოს ექსტრემალური გარემო ფაქტორების (ნიადაგისა და ჰაერის გვალვა) ზემოქმედებას.

ge-not-ti-che-th კოდის ერთმნიშვნელოვნება გამოიხატება იმაში, რომ

ეს თვისება განვითარდა ევოლუციის პროცესში და გენეტიკურად ფიქსირდება. არახელსაყრელი პირობების მქონე ადგილებში ჩამოყალიბდა სტაბილური დეკორატიული ფორმები და კულტივირებული მცენარეების ადგილობრივი ჯიშები - გვალვაგამძლე. მცენარეებისთვის დამახასიათებელი წინააღმდეგობის განსაკუთრებული დონე ვლინდება მხოლოდ ექსტრემალური გარემო ფაქტორების გავლენის ქვეშ.

ასეთი ფაქტორის გაჩენის შედეგად იწყება გაღიზიანების ფაზა - რიგი ფიზიოლოგიური პარამეტრების ნორმიდან მკვეთრი გადახრა და მათი სწრაფი დაბრუნება ნორმაში. შემდეგ ხდება ნივთიერებათა ცვლის ინტენსივობის ცვლილება და უჯრედშიდა სტრუქტურების დაზიანება. ამავდროულად, ყველა სინთეზური ითრგუნება, ყველა ჰიდროლიზური აქტიურდება და ორგანიზმის საერთო ენერგომომარაგება მცირდება. თუ ფაქტორის ეფექტი არ აღემატება ზღვრულ მნიშვნელობას, იწყება ადაპტაციის ეტაპი.

ადაპტირებული მცენარე ნაკლებად რეაგირებს ექსტრემალური ფაქტორების განმეორებით ან მზარდ ზემოქმედებაზე. ორგანიზმის დონეზე ადაპტაციის მექანიზმებს ემატება m/y ორგანოების ურთიერთქმედება. მცენარეში წყლის, მინერალური და ორგანული ნაერთების ნაკადის შესუსტება აძლიერებს კონკურენციას ორგანოებს შორის და მათი ზრდა ჩერდება.

დადგენილია მცენარეებში ბიორეზისტენტობა. max არის უკიდურესი ფაქტორის მნიშვნელობა, რომლის დროსაც მცენარეები კვლავ ქმნიან სიცოცხლისუნარიან თესლს. აგრონომიული მდგრადობა განისაზღვრება მოსავლიანობის შემცირების ხარისხით. მცენარეებს ახასიათებთ მდგრადობა კონკრეტული ტიპის ექსტრემალური ფაქტორების მიმართ - გამოზამთრებელი, გაზგამძლე, მარილისადმი მდგრადი, გვალვაგამძლე.

ტიპის მრგვალ ჭიებს, ბრტყელი ჭიებისგან განსხვავებით, აქვთ სხეულის პირველადი ღრუ - შიზოცელე, რომელიც წარმოიქმნება პარენქიმის განადგურების გამო, რომელიც ავსებს უფსკრული სხეულის კედელსა და შინაგან ორგანოებს შორის - მისი ფუნქციაა ტრანსპორტი.

ის ინარჩუნებს ჰომეოსტაზს. სხეულის ფორმა დიამეტრით მრგვალია. მთლიანი ნაწილი კუტიკულარიზებულია. მუსკულატურა წარმოდგენილია გრძივი კუნთების ფენით. ნაწლავი ბოლო-ბოლოა და შედგება 3 განყოფილებისგან: წინა, შუა და უკანა. პირის ღრუ მდებარეობს სხეულის წინა ბოლოს ვენტრალურ ზედაპირზე. ფარინქსს აქვს დამახასიათებელი სამკუთხა სანათური. ექსკრეტორული სისტემა წარმოდგენილია პროტონეფრიდიით ან სპეციალური კანის - ჰიპოდერმული ჯირკვლებით. სახეობების უმეტესობა ოროთახიანია, მხოლოდ სქესობრივი გამრავლებით.

განვითარება პირდაპირია, იშვიათად მეტამორფოზით. მათ აქვთ სხეულის მუდმივი უჯრედული შემადგენლობა და არ აქვთ რეგენერაციის უნარი. წინა ნაწლავი შედგება პირის ღრუს, ფარინქსისა და საყლაპავისაგან.

მათ არ აქვთ შუა ან უკანა განყოფილება. ექსკრეციული სისტემა შედგება ჰიპოდერმისის 1-2 გიგანტური უჯრედისაგან. გრძივი ექსკრეციული არხები დევს ჰიპოდერმისის გვერდითი ქედებში.

გენეტიკური კოდის თვისებები. სამმაგი კოდის მტკიცებულებები. კოდონების გაშიფვრა. ტერმინალური კოდონები. გენეტიკური სუპრესიის კონცეფცია.

იდეა, რომ ინფორმაცია დაშიფრულია გენში ცილის პირველად სტრუქტურაში, დააზუსტა F.

კრიკი თავის მიმდევრობის ჰიპოთეზაში, რომლის მიხედვითაც გენის ელემენტების თანმიმდევრობა განსაზღვრავს ამინომჟავების ნარჩენების თანმიმდევრობას პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში. თანმიმდევრობის ჰიპოთეზის მართებულობას ადასტურებს გენის სტრუქტურებისა და მის მიერ კოდირებული პოლიპეპტიდის კოლინარულობა. ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევა 1953 წელს იყო იდეა, რომ. რომ კოდი სავარაუდოდ სამმაგია.

; დნმ-ის ბაზის წყვილი: A-T, T-A, G-C, C-G - შეუძლია მხოლოდ 4 ამინომჟავის კოდირება, თუ თითოეული წყვილი შეესაბამება ერთ ამინომჟავას. მოგეხსენებათ, ცილებში 20 ძირითადი ამინომჟავაა. თუ ვივარაუდებთ, რომ თითოეული ამინომჟავა შეესაბამება 2 ფუძის წყვილს, მაშინ 16 ამინომჟავა (4 * 4) შეიძლება იყოს კოდირებული - ეს ისევ არ არის საკმარისი.

თუ კოდი სამმაგია, მაშინ 64 კოდონი (4 * 4 * 4) შეიძლება გაკეთდეს 4 ბაზის წყვილისგან, რაც საკმარისზე მეტია 20 ამინომჟავის კოდირებისთვის. კრიკმა და მისმა თანამშრომლებმა ჩათვალეს, რომ კოდი იყო სამმაგი, რომ არ არსებობდა „მძიმეები“ კოდონებს შორის, ანუ სიმბოლოების გამიჯვნა; კოდის კითხვა გენში ხდება ფიქსირებული წერტილიდან ერთი მიმართულებით. 1961 წლის ზაფხულში კირენბერგმა და მატეიმ შეატყობინეს პირველი კოდონის გაშიფვრის შესახებ და შემოგვთავაზეს მეთოდი კოდონების შემადგენლობის დასადგენად ცილების სინთეზის უჯრედულ სისტემაში.

ასე რომ, ფენილალანინის კოდონი გაშიფრული იყო, როგორც UUU mRNA-ში. გარდა ამისა, ყურანის, ნირენბერგის და ლედერის მიერ შემუშავებული მეთოდების გამოყენების შედეგად 1965 წელს.

შედგენილია კოდის ლექსიკონი მისი თანამედროვე ფორმით. ამრიგად, T4 ფაგებში მუტაციების მიღება, რომლებიც გამოწვეული იყო ბაზების წაშლით ან დამატებით, იყო სამმაგი კოდის მტკიცებულება (თვისება 1). ეს მიტოვება და დამატებები, რამაც გამოიწვია ჩარჩოს ცვლა კოდის „კითხვისას“, აღმოიფხვრა მხოლოდ კოდის სისწორის აღდგენით, რამაც ხელი შეუშალა მუტანტების გამოჩენას. ამ ექსპერიმენტებმა ასევე აჩვენა, რომ ტრიპლეტები ერთმანეთს არ ემთხვევა, ანუ თითოეული ფუძე შეიძლება ეკუთვნოდეს მხოლოდ ერთ სამეულს (საკუთრება 2).

ამინომჟავების უმეტესობას აქვს ერთზე მეტი კოდონი. კოდს, რომელშიც ამინომჟავების რაოდენობა კოდონების რაოდენობაზე ნაკლებია, დეგენერატი ეწოდება (საკუთრება 3), ე.ი.

ე) მოცემული ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული ერთზე მეტი სამეულით. გარდა ამისა, სამი კოდონი საერთოდ არ კოდირებს რაიმე ამინომჟავას („უაზრო კოდონები“) და მოქმედებს როგორც „გაჩერების სიგნალი“. გაჩერების კოდონი არის დნმ-ის ფუნქციური ერთეულის, ცისტრონის ბოლო წერტილი. ტერმინალური კოდონები ყველა სახეობაში ერთნაირია და წარმოდგენილია როგორც UAA, UAG, UGA. კოდის თვალსაჩინო თვისება ის არის, რომ ის უნივერსალურია (საკუთრება 4).

ყველა ცოცხალ ორგანიზმში ერთი და იგივე ტრიპლეტები ერთნაირი ამინომჟავების კოდირებულია.

E. coli-სა და საფუარში ნაჩვენებია სამი სახის მუტანტური კოდონების - ტერმინატორების არსებობა და მათი ჩახშობა. გენების აღმოჩენა - სუპრესორები, სისულელეების "გააზრება" - სხვადასხვა გენის ალელები, მიუთითებს იმაზე, რომ გენეტიკური კოდის თარგმანი შეიძლება შეიცვალოს.

მუტაციები, რომლებიც გავლენას ახდენს tRNA ანტიკოდონზე, ცვლის მათ კოდონის სპეციფიკას და ქმნის მუტაციის ჩახშობის შესაძლებლობას ტრანსლაციურ დონეზე. დათრგუნვა ტრანსლაციის დონეზე შეიძლება მოხდეს რიბოსომის ზოგიერთი ცილის მაკოდირებელი გენების მუტაციების გამო. ამ მუტაციების შედეგად რიბოსომა „ცდება“, მაგალითად, უაზრო კოდონების კითხვისას და „გაიგებს“ მათ ზოგიერთი არამუტანტური tRNA-ის ხარჯზე. გენოტიპურ დათრგუნვასთან ერთად, რომელიც მოქმედებს ტრანსლაციის დონეზე, ასევე შესაძლებელია უაზრო ალელების ფენოტიპური დათრგუნვა: ტემპერატურის დაქვეითებით, ამინოგლიკოზიდური ანტიბიოტიკების მოქმედებით, რომლებიც აკავშირებენ რიბოზომებს, როგორიცაა სტრეპტომიცინი, უჯრედებზე.

22. უმაღლესი მცენარეების გამრავლება: ვეგეტატიური და ასექსუალური. სპორების ფორმირება, სპორების აგებულება, თანაბარი და ჰეტეროსპორული.გამრავლება, როგორც ცოცხალი მატერიის თვისება, ანუ ინდივიდის უნარი, წარმოქმნას საკუთარი სახეობა, არსებობდა ევოლუციის ადრეულ ეტაპებზე.

გამრავლების ფორმები შეიძლება დაიყოს 2 ტიპად: ასექსუალური და სექსუალური. ფაქტობრივად, ასექსუალური გამრავლება ხდება ჩანასახოვანი უჯრედების მონაწილეობის გარეშე, სპეციალიზებული უჯრედების - სპორების დახმარებით. ისინი წარმოიქმნება ასექსუალური გამრავლების ორგანოებში - სპორანგიებში მიტოზური დაყოფის შედეგად.

სპორი გაღივებისას ამრავლებს ახალ ინდივიდს, მშობლის მსგავსს, გარდა თესლოვანი მცენარეების სპორებისა, რომლებშიც სპორმა დაკარგა გამრავლების და დასახლების ფუნქცია. სპორები ასევე შეიძლება წარმოიქმნას შემცირების გაყოფით, ერთუჯრედიანი სპორების დაღვრა.

მცენარეთა გამრავლებას ვეგეტატიური (ყლორტის ნაწილი, ფოთოლი, ფესვი) ან ერთუჯრედიანი წყალმცენარეების შუაზე გაყოფა ეწოდება ვეგეტატიურს (ბოლქვი, კალმები).

სქესობრივი გამრავლება ხორციელდება სპეციალური სასქესო უჯრედებით - გამეტებით.

გამეტები წარმოიქმნება მეიოზის შედეგად, არის მდედრობითი და მამრობითი. მათი შერწყმის შედეგად ჩნდება ზიგოტი, საიდანაც შემდგომში ვითარდება ახალი ორგანიზმი.

მცენარეები განსხვავდებიან გამეტების ტიპებით. ზოგიერთ უჯრედულ ორგანიზმში ის გარკვეულ დროს მოქმედებს როგორც გამეტი. სხვადასხვა სქესის ორგანიზმები (გამეტები) ერწყმის ერთმანეთს - ამ სექსუალურ პროცესს ე.წ ჰოლოგამია.თუ მამრობითი და ქალი გამეტები მორფოლოგიურად მსგავსია, მობილური - ეს არის იზოგამეტები.

და სექსუალური პროცესი იზოგამიური. თუ ქალის გამეტები გარკვეულწილად უფრო დიდი და ნაკლებად მოძრავია ვიდრე მამრობითი გამეტები, მაშინ ეს ჰეტეროგამეტებია და პროცესი ჰეტეროგამიაა. ოოგამი - ქალის გამეტები ძალიან დიდი და უმოძრაოა, მამრობითი გამეტები პატარა და მოძრავია.

12345678910შემდეგი ⇒

გენეტიკური კოდი - მიმოწერა დნმ-ის სამეულსა და ცილების ამინომჟავებს შორის

ცილების სტრუქტურის დაშიფვრის აუცილებლობა mRNA და დნმ ნუკლეოტიდების წრფივი თანმიმდევრობით ნაკარნახევია იმით, რომ ტრანსლაციის დროს:

• არ არსებობს შესაბამისობა mRNA მატრიცაში მონომერების რაოდენობასა და პროდუქტს - სინთეზირებულ ცილას შორის;
• არ არსებობს სტრუქტურული მსგავსება რნმ-სა და ცილის მონომერებს შორის.

ეს გამორიცხავს მატრიცასა და პროდუქტს შორის დამატებით ურთიერთქმედებას, პრინციპს, რომლითაც ხდება ახალი დნმ-ისა და რნმ-ის მოლეკულების აგება რეპლიკაციისა და ტრანსკრიფციის დროს.

აქედან ირკვევა, რომ უნდა არსებობდეს „ლექსიკონი“, რომელიც შესაძლებელს გახდის გავარკვიოთ, რომელი mRNA ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობა ითვალისწინებს ამინომჟავების ჩართვას მოცემულ თანმიმდევრობაში ცილაში. ამ „ლექსიკონს“ გენეტიკური, ბიოლოგიური, ნუკლეოტიდური ან ამინომჟავის კოდი ეწოდება. ის საშუალებას გაძლევთ დაშიფვროთ ამინომჟავები, რომლებიც ქმნიან ცილებს ნუკლეოტიდების სპეციფიკური თანმიმდევრობის გამოყენებით დნმ-სა და mRNA-ში. მას აქვს გარკვეული თვისებები.

სამმაგი.კოდის თვისებების გარკვევისას ერთ-ერთი მთავარი კითხვა იყო ნუკლეოტიდების რაოდენობის საკითხი, რამაც უნდა განსაზღვროს ცილაში ერთი ამინომჟავის ჩართვა.

გაირკვა, რომ ამინომჟავების თანმიმდევრობის კოდირების ელემენტები მართლაც არის ნუკლეოტიდების სამეული, ან სამეული,რომლებიც დასახელდა "კოდონები".

კოდონების მნიშვნელობა.

შესაძლებელი გახდა დადგინდეს, რომ 64 კოდონიდან ამინომჟავების ჩართვა სინთეზირებულ პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში კოდირებს 61 სამეულს, ხოლო დანარჩენი 3 - UAA, UAG, UGA არ კოდირებს ამინომჟავების ჩართვას ცილაში და თავდაპირველად ე.წ. უაზრო ან უაზრო კოდონები. თუმცა, მოგვიანებით აჩვენეს, რომ ეს ტრიპლეტები სიგნალს აძლევენ თარგმანის დასრულებას და, შესაბამისად, ისინი გახდნენ ცნობილი როგორც შეწყვეტის ან გაჩერების კოდონები.

mRNA კოდონებსა და ნუკლეოტიდულ სამეულებს დნმ-ის კოდირების ჯაჭვში 5'-დან 3'-ბოლომდე მიმართულებით აქვთ აზოტოვანი ფუძეების იგივე თანმიმდევრობა, გარდა იმისა, რომ დნმ-ში ურაცილის (U) ნაცვლად, mRNA-სთვის დამახასიათებელი, არის თიმინი (T).

სპეციფიკა.

თითოეული კოდონი შეესაბამება მხოლოდ ერთ სპეციფიკურ ამინომჟავას. ამ თვალსაზრისით, გენეტიკური კოდი მკაცრად ცალსახაა.

ცხრილი 4-3.

ერთმნიშვნელოვნება არის გენეტიკური კოდის ერთ-ერთი თვისება, რომელიც გამოიხატება იმაში, რომ ...

ცილის სინთეზის სისტემის ძირითადი კომპონენტები

შენიშვნები: elF( ევკარიოტული ინიცირების ფაქტორები) არის ინიციაციის ფაქტორები; eEF( ევკარიოტული დრეკადობის ფაქტორები) არის დრეკადობის ფაქტორები; eRF ( ევკარიოტული გამომყოფი ფაქტორები) არის შეწყვეტის ფაქტორები.

დეგენერაცია. mRNA-სა და დნმ-ში აზრი აქვს 61 სამეულს, რომელთაგან თითოეული კოდირებს ცილაში 20 ამინომჟავიდან ერთ-ერთის ჩართვას.

აქედან გამომდინარეობს, რომ ინფორმაციულ მოლეკულებში ერთი და იგივე ამინომჟავის ჩართვა ცილაში განისაზღვრება რამდენიმე კოდონით. ბიოლოგიური კოდის ამ თვისებას დეგენერაცია ეწოდება.

ადამიანებში მხოლოდ 2 ამინომჟავა დაშიფრულია ერთი კოდონით - Met და Tri, ხოლო Leu, Ser და Apr - ექვსი კოდონით, ხოლო Ala, Val, Gli, Pro, Tre - ოთხი კოდონით (ცხრილი 1).

კოდირების თანმიმდევრობების სიჭარბე არის კოდის ყველაზე ღირებული თვისება, რადგან ის ზრდის ინფორმაციის ნაკადის წინააღმდეგობას გარე და შიდა გარემოს მავნე ზემოქმედების მიმართ. ცილაში შემავალი ამინომჟავის ბუნების განსაზღვრისას, კოდონის მესამე ნუკლეოტიდი არ არის ისეთი მნიშვნელოვანი, როგორც პირველი ორი. როგორც ცხრილიდან ჩანს. 4-4, მრავალი ამინომჟავისთვის, ნუკლეოტიდის ჩანაცვლება კოდონის მესამე პოზიციაზე გავლენას არ ახდენს მის მნიშვნელობაზე.

ინფორმაციის ჩაწერის წრფივობა.

ტრანსლაციის დროს mRNA კოდონები "იკითხება" ფიქსირებული საწყისი წერტილიდან თანმიმდევრულად და არ ემთხვევა ერთმანეთს. ინფორმაციის ჩანაწერში არ არის სიგნალები, რომლებიც მიუთითებს ერთი კოდონის დასასრულსა და მეორეს დასაწყისზე. AUG კოდონი არის ინიცირებული და იკითხება როგორც დასაწყისში, ასევე mRNA-ს სხვა რეგიონებში, როგორც Met. მის შემდეგ ტრიპლეტები იკითხება თანმიმდევრულად ყოველგვარი ხარვეზების გარეშე გაჩერების კოდონამდე, სადაც სრულდება პოლიპეპტიდური ჯაჭვის სინთეზი.

მრავალმხრივობა.

ბოლო დრომდე ითვლებოდა, რომ კოდი აბსოლუტურად უნივერსალურია, ე.ი. კოდური სიტყვების მნიშვნელობა ერთნაირია ყველა შესწავლილი ორგანიზმისთვის: ვირუსები, ბაქტერიები, მცენარეები, ამფიბიები, ძუძუმწოვრები, მათ შორის ადამიანები.

თუმცა, მოგვიანებით ცნობილი გახდა ერთი გამონაკლისი, გაირკვა, რომ მიტოქონდრიული mRNA შეიცავს 4 სამეულს, რომლებსაც განსხვავებული მნიშვნელობა აქვთ, ვიდრე ბირთვული წარმოშობის mRNA-ში. ამრიგად, მიტოქონდრიულ mRNA-ში UGA ტრიპლეტი აკოდირებს Tri-ს, AUA კოდებს Met-ისთვის და ACA და AGG იკითხება, როგორც დამატებითი გაჩერების კოდონები.

გენის და პროდუქტის კოლინარულობა.

პროკარიოტებში აღმოჩნდა წრფივი შესაბამისობა გენის კოდონების თანმიმდევრობასა და ცილოვან პროდუქტში ამინომჟავების თანმიმდევრობას შორის, ან, როგორც ამბობენ, გენსა და პროდუქტს შორის არის კოლინარულობა.

ცხრილი 4-4.

გენეტიკური კოდი

შენიშვნები: U, ურაცილი; C - ციტოზინი; A - ადენინი; G, გუანინი; * - დამთავრების კოდონი.

ევკარიოტებში, გენში ფუძის თანმიმდევრობები, ცილაში თანაწრფივი ამინომჟავების თანმიმდევრობები, წყდება ინტრონებით.

მაშასადამე, ევკარიოტულ უჯრედებში ცილის ამინომჟავების თანმიმდევრობა თანაწრფივია ეგზონების თანმიმდევრობასთან გენში ან მომწიფებულ mRNA-სთან ინტრონების შემდგომი ტრანსკრიპციული მოცილების შემდეგ.

გენეტიკური კოდი, რომელსაც ასევე უწოდებენ ამინომჟავის კოდს, არის ცილაში ამინომჟავების თანმიმდევრობის შესახებ ინფორმაციის ჩაწერის სისტემა დნმ-ში ნუკლეოტიდის ნარჩენების თანმიმდევრობის გამოყენებით, რომელიც შეიცავს 4 აზოტოვანი ფუძიდან ერთ-ერთს: ადენინს (A). გუანინი (G), ციტოზინი (C) და თიმინი (T). თუმცა, ვინაიდან ორჯაჭვიანი დნმ-ის სპირალი პირდაპირ არ არის ჩართული ცილის სინთეზში, რომელიც კოდირებულია ამ ჯაჭვის ერთ-ერთი (ანუ რნმ) მიერ, კოდი იწერება რნმ-ის ენაზე, რომელშიც ურაცილი (U) შედის თიმინის ნაცვლად. ამავე მიზეზით, ჩვეულებრივად უნდა ითქვას, რომ კოდი არის ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა და არა ბაზის წყვილები.

გენეტიკური კოდი წარმოდგენილია გარკვეული კოდის სიტყვებით - კოდონებით.

პირველი კოდური სიტყვა გაშიფრეს ნირენბერგმა და მატეიმ 1961 წელს. მათ მიიღეს ექსტრაქტი E. coli-დან, რომელიც შეიცავს რიბოზომებს და ცილის სინთეზისთვის აუცილებელ სხვა ფაქტორებს. შედეგი იყო უჯრედებისგან თავისუფალი სისტემა ცილის სინთეზისთვის, რომელსაც შეეძლო ამინომჟავებისგან ცილის შეკრება, თუ გარემოში საჭირო mRNA დაემატებოდა. მხოლოდ ურაცილისგან შემდგარი სინთეზური რნმ-ის დამატებით გარემოში, მათ აღმოაჩინეს, რომ წარმოიქმნა ცილა, რომელიც შედგება მხოლოდ ფენილალანინისგან (პოლიფენილალანინი). ასე რომ, აღმოჩნდა, რომ UUU ნუკლეოტიდების (კოდონის) სამეული შეესაბამება ფენილალანინს. მომდევნო 5-6 წლის განმავლობაში განისაზღვრა გენეტიკური კოდის ყველა კოდონი.

გენეტიკური კოდი არის ერთგვარი ლექსიკონი, რომელიც თარგმნის ოთხი ნუკლეოტიდით დაწერილ ტექსტს 20 ამინომჟავით დაწერილ ცილოვან ტექსტად. ცილაში ნაპოვნი დანარჩენი ამინომჟავები 20 ამინომჟავებიდან ერთ-ერთის მოდიფიკაციაა.

გენეტიკური კოდის თვისებები

გენეტიკურ კოდს აქვს შემდეგი თვისებები.

1. სამმაგითითოეული ამინომჟავა შეესაბამება სამმაგ ნუკლეოტიდს. ადვილი გამოსათვლელია, რომ არის 4 3 = 64 კოდონი. აქედან 61 სემანტიკურია, 3 კი უაზრო (დამთავრებული, გაჩერების კოდონები).
2. უწყვეტობა(ნუკლეოტიდებს შორის არ არის გამყოფი სიმბოლოები) - ინტრაგენური პუნქტუაციის ნიშნების არარსებობა;

   გენში თითოეული ნუკლეოტიდი მნიშვნელოვანი კოდონის ნაწილია. 1961 წელს სეიმურ ბენცერმა და ფრენსის კრიკმა ექსპერიმენტულად დაამტკიცეს სამმაგი კოდი და მისი უწყვეტობა (კომპაქტურობა) [ჩვენება]

   

   ექსპერიმენტის არსი: "+" მუტაცია - ერთი ნუკლეოტიდის ჩასმა. "-" მუტაცია - ერთი ნუკლეოტიდის დაკარგვა.

   ერთი მუტაცია ("+" ან "-") გენის დასაწყისში ან ორმაგი მუტაცია ("+" ან "-") აფუჭებს მთელ გენს.

   სამმაგი მუტაცია ("+" ან "-") გენის დასაწყისში აფუჭებს გენის მხოლოდ ნაწილს.

   ოთხმაგი "+" ან "-" მუტაცია კვლავ აფუჭებს მთელ გენს.

   ექსპერიმენტი ჩატარდა ორ მიმდებარე ფაგის გენზე და აჩვენა რომ

   1. კოდი სამმაგია და გენის შიგნით არ არის სასვენი ნიშნები
   2. გენებს შორის არის სასვენი ნიშნები
3. ინტერგენური სასვენი ნიშნების არსებობა- ინიციატორი კოდონების სამეულებს შორის (ისინი იწყებენ ცილის ბიოსინთეზს), კოდონებს - ტერმინატორებს შორის (მიუთითებს ცილის ბიოსინთეზის დასასრულს);

   პირობითად, AUG კოდონიც ეკუთვნის სასვენ ნიშნებს - პირველი ლიდერის მიმდევრობის შემდეგ. იგი ასრულებს დიდი ასოს ფუნქციას. ამ პოზიციაში ის ფორმილმეთიონინის კოდირებას ახდენს (პროკარიოტებში).

   პოლიპეპტიდის მაკოდირებელი თითოეული გენის ბოლოს არის მინიმუმ ერთი 3 შეწყვეტის კოდონიდან ან გაჩერების სიგნალებიდან: UAA, UAG, UGA. ისინი წყვეტენ მაუწყებლობას.

4. კოლინარულობა- mRNA კოდონების და ამინომჟავების წრფივი თანმიმდევრობის შესაბამისობა ცილაში.
5. სპეციფიკა- თითოეული ამინომჟავა შეესაბამება მხოლოდ გარკვეულ კოდონებს, რომლებიც არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვა ამინომჟავისთვის.
6. ცალმხრივი- კოდონები იკითხება ერთი მიმართულებით - პირველი ნუკლეოტიდიდან მეორეზე
7. დეგენერაცია, ან ჭარბი რაოდენობა, - ერთი ამინომჟავა შეიძლება დაშიფრული იყოს რამდენიმე სამეულით (ამინომჟავები - 20, შესაძლო ტრიპლეტები - 64, მათგან 61 სემანტიკურია, ანუ საშუალოდ თითოეულ ამინომჟავას დაახლოებით 3 კოდონი შეესაბამება); გამონაკლისი არის მეთიონინი (Met) და ტრიპტოფანი (Trp).

   კოდის გადაგვარების მიზეზი არის ის, რომ მთავარ სემანტიკური დატვირთვა ატარებს სამეულში პირველ ორ ნუკლეოტიდს, ხოლო მესამე არც ისე მნიშვნელოვანია. აქედან კოდის დეგენერაციის წესი : თუ ორ კოდონს აქვს ორი იდენტური პირველი ნუკლეოტიდი, ხოლო მათი მესამე ნუკლეოტიდი მიეკუთვნება იმავე კლასს (პურინი ან პირიმიდინი), მაშინ ისინი კოდირებენ იმავე ამინომჟავას.

   თუმცა, ამ იდეალური წესის ორი გამონაკლისი არსებობს. ეს არის AUA კოდონი, რომელიც უნდა შეესაბამებოდეს არა იზოლეიცინს, არამედ მეთიონინს და UGA კოდონი, რომელიც არის ტერმინატორი, ხოლო ის უნდა შეესაბამებოდეს ტრიპტოფანს. კოდის დეგენერაციას აშკარად აქვს ადაპტაციური მნიშვნელობა.

8. მრავალმხრივობა- ზემოთ ჩამოთვლილი გენეტიკური კოდის ყველა თვისება დამახასიათებელია ყველა ცოცხალი ორგანიზმისთვის.

   კოდონი	უნივერსალური კოდი	მიტოქონდრიული კოდები
   		ხერხემლიანები	უხერხემლოები	საფუარი	მცენარეები
   UGA	STOP	trp	trp	trp	STOP
   AUA	ილე	შეხვდა	შეხვდა	შეხვდა	ილე
   CUA	ლეუ	ლეუ	ლეუ	თრ	ლეუ
   აგა	არგ	STOP	სერ	არგ	არგ
   აგგ	არგ	STOP	სერ	არგ	არგ

   ბოლო დროს კოდის უნივერსალურობის პრინციპი შეირყა ბერელის მიერ 1979 წელს ადამიანის მიტოქონდრიის იდეალური კოდის აღმოჩენასთან დაკავშირებით, რომელშიც შესრულებულია კოდის გადაგვარების წესი. მიტოქონდრიულ კოდში, UGA კოდონი შეესაბამება ტრიპტოფანს და AUA მეთიონინს, როგორც ამას მოითხოვს კოდის გადაგვარების წესი.

   შესაძლოა, ევოლუციის დასაწყისში ყველა უმარტივეს ორგანიზმს ჰქონდა იგივე კოდი, რაც მიტოქონდრიას, შემდეგ კი მცირე გადახრები განიცადა.

9. გადახურვის გარეშე- გენეტიკური ტექსტის თითოეული სამეული ერთმანეთისგან დამოუკიდებელია, ერთი ნუკლეოტიდი მხოლოდ ერთი სამეულის ნაწილია; ნახ. გვიჩვენებს განსხვავებას გადახურვისა და გადახურვის კოდს შორის.

   1976 წელს ფX174 ფაგის დნმ დახარისხდა. მას აქვს 5375 ნუკლეოტიდის ერთჯაჭვიანი წრიული დნმ. ცნობილია, რომ ფაგი 9 პროტეინს აკოდირებს. მათგან 6-ისთვის გამოვლინდა ერთმანეთის მიყოლებით განლაგებული გენები.

   აღმოჩნდა, რომ არის გადახურვა. E გენი მთლიანად D გენშია. მისი საწყისი კოდონი ჩნდება წაკითხვისას ერთი ნუკლეოტიდის ცვლის შედეგად. J გენი იწყება იქ, სადაც მთავრდება D გენი. J გენის საწყისი კოდონი გადაფარავს D გენის გაჩერების კოდონს ორი ნუკლეოტიდური ცვლის გამო. დიზაინს უწოდებენ "კითხვის ჩარჩოს ცვლას" რიგი ნუკლეოტიდების მიერ, რომლებიც არ არის სამის ჯერადი. დღემდე, გადახურვა ნაჩვენებია მხოლოდ რამდენიმე ფაგისთვის.

10. ხმაურის იმუნიტეტი- კონსერვატიული ჩანაცვლების რაოდენობის თანაფარდობა რადიკალური ჩანაცვლების რაოდენობასთან.

    ნუკლეოტიდის ჩანაცვლების მუტაციებს, რომლებიც არ იწვევს კოდირებული ამინომჟავის კლასის ცვლილებას, ეწოდება კონსერვატიული. ნუკლეოტიდის ჩანაცვლების მუტაციებს, რომლებიც იწვევს კოდირებული ამინომჟავის კლასის ცვლილებას, ეწოდება რადიკალური.

    ვინაიდან ერთი და იგივე ამინომჟავა შეიძლება იყოს კოდირებული სხვადასხვა ტრიპლეტებით, სამეულში ზოგიერთი ჩანაცვლება არ იწვევს კოდირებული ამინომჟავის ცვლილებას (მაგალითად, UUU -> UUC ტოვებს ფენილალანინს). ზოგიერთი ჩანაცვლება ცვლის ამინომჟავას მეორეში იმავე კლასიდან (არაპოლარული, პოლარული, ძირითადი, მჟავე), სხვა ჩანაცვლება ასევე ცვლის ამინომჟავის კლასს.

    თითოეულ სამეულში შეიძლება გაკეთდეს 9 ერთჯერადი ჩანაცვლება, ე.ი. თქვენ შეგიძლიათ აირჩიოთ პოზიციებიდან რომელი შეცვალოთ - სამი გზით (1-ლი ან მე-2 ან მე-3), ხოლო შერჩეული ასო (ნუკლეოტიდი) შეიძლება შეიცვალოს 4-1 = 3 სხვა ასოებით (ნუკლეოტიდები). ნუკლეოტიდის შესაძლო ჩანაცვლების საერთო რაოდენობაა 61 9 = 549-ით.

    გენეტიკური კოდის ცხრილზე პირდაპირი დათვლით შეიძლება გადაამოწმოთ ეს: 23 ნუკლეოტიდის ჩანაცვლება იწვევს კოდონების - ტრანსლაციის ტერმინატორების გამოჩენას. 134 ჩანაცვლება არ ცვლის კოდირებულ ამინომჟავას. 230 ჩანაცვლება არ ცვლის კოდირებული ამინომჟავის კლასს. 162 ჩანაცვლება იწვევს ამინომჟავების კლასის ცვლილებას, ე.ი. არიან რადიკალები. მე-3 ნუკლეოტიდის 183 ჩანაცვლებიდან 7 იწვევს ტრანსლაციის ტერმინატორების გამოჩენას, ხოლო 176 კონსერვატიულია. 1-ლი ნუკლეოტიდის 183 ჩანაცვლებიდან 9 იწვევს ტერმინატორების გაჩენას, 114 კონსერვატიულია და 60 რადიკალური. მე-2 ნუკლეოტიდის 183 ჩანაცვლებიდან 7 იწვევს ტერმინატორების გაჩენას, 74 კონსერვატიულია და 102 რადიკალური.