Ģenētiskais kods, kas izteikts kodonos, ir sistēma informācijas kodēšanai par proteīnu struktūru, kas raksturīga visiem planētas dzīvajiem organismiem. Tās atkodēšana prasīja desmit gadus, bet to, ka tā pastāv, zinātne saprata gandrīz gadsimtu. Ģenētiskā koda universālumam, specifikai, vienvirzienam un jo īpaši deģenerācijai ir liela bioloģiska nozīme.
Atklājumu vēsture
Ģenētiskās informācijas kodēšanas problēma vienmēr ir bijusi bioloģijas galvenā problēma. Zinātne diezgan lēni virzījās uz ģenētiskā koda matricas struktūru. Kopš J. Vatsona un F. Krika 1953. gadā atklāja DNS dubultspirālveida struktūru, sākās pašas koda struktūras atšķetināšanas posms, kas mudināja ticēt dabas varenībai. Olb altumvielu lineārā struktūra un tā pati DNS struktūra nozīmēja ģenētiskā koda klātbūtni kā divu tekstu atbilstību, bet rakstīts, izmantojot dažādus alfabētus. Un japroteīnu alfabēts bija zināms, tad DNS pazīmes kļuva par biologu, fiziķu un matemātiķu izpētes priekšmetu.
Nav jēgas aprakstīt visus šīs mīklas risināšanas soļus. Tiešo eksperimentu, kas pierādīja un apstiprināja, ka pastāv skaidra un konsekventa atbilstība starp DNS kodoniem un olb altumvielu aminoskābēm, 1964. gadā veica K. Janovskis un S. Brenners. Un tad - ģenētiskā koda atšifrēšanas periods in vitro (in vitro), izmantojot proteīnu sintēzes paņēmienus bezšūnu struktūrās.
Pilnībā atšifrētais E. coli kods tika publiskots 1966. gadā biologu simpozijā Cold Spring Harborā (ASV). Tad tika atklāta ģenētiskā koda redundance (deģenerācija). Ko tas nozīmē, tika paskaidrots pavisam vienkārši.
Atkodēšana turpinās
Datu iegūšana par iedzimtā koda atšifrēšanu ir kļuvusi par vienu no nozīmīgākajiem pagājušā gadsimta notikumiem. Mūsdienās zinātne turpina padziļināti pētīt molekulāro kodējumu mehānismus un to sistēmiskās iezīmes un zīmju pārpilnību, kas izsaka ģenētiskā koda deģenerācijas īpašību. Atsevišķa studiju nozare ir iedzimtības materiāla kodēšanas sistēmas rašanās un attīstība. Pierādījumi par saistību starp polinukleotīdiem (DNS) un polipeptīdiem (olb altumvielām) deva impulsu molekulārās bioloģijas attīstībai. Un tas, savukārt, uz biotehnoloģiju, bioinženieru, atklājumiem selekcijā un augkopībā.
Dogmas un noteikumi
Galvenā molekulārās bioloģijas dogma – informācija tiek pārnesta no DNS uz informācijuRNS, un pēc tam no tās uz proteīnu. Pretējā virzienā ir iespējama transmisija no RNS uz DNS un no RNS uz citu RNS.
Bet matrica jeb pamats vienmēr ir DNS. Un visas pārējās informācijas pārraides pamatiezīmes ir šīs pārraides matricas rakstura atspoguļojums. Proti, pārnešana sintēzes ceļā uz citu molekulu matricas, kas kļūs par iedzimtas informācijas reproducēšanas struktūru.
Ģenētiskais kods
Olb altumvielu molekulu struktūras lineārā kodēšana tiek veikta, izmantojot komplementārus nukleotīdu kodonus (tripletus), no kuriem ir tikai 4 (adeīns, guanīns, citozīns, timīns (uracils)), kas spontāni izraisa veidošanos. citas nukleotīdu ķēdes. Šādas sintēzes galvenais nosacījums ir vienāds nukleotīdu skaits un ķīmiskā komplementaritāte. Bet proteīna molekulas veidošanās laikā nav atbilstības starp monomēru daudzumu un kvalitāti (DNS nukleotīdi ir olb altumvielu aminoskābes). Šis ir dabiskais iedzimtais kods - sistēma, kas nukleotīdu (kodonu) secībā ieraksta proteīna aminoskābju secību.
Ģenētiskajam kodam ir vairākas īpašības:
- Tripletity.
- Unikalitāte.
- Orientācija.
- Nepārklājas.
- Ģenētiskā koda atlaišana (deģenerācija).
- Daudzpusība.
Sniegsim īsu aprakstu, koncentrējoties uz bioloģisko nozīmi.
Trīskāršība, nepārtrauktība un bremžu signāli
Katra no 61 aminoskābēm atbilst vienam semantiskam nukleotīdu tripletam (trīskāršam). Trīs tripleti nenes informāciju par aminoskābi un ir stopkodoni. Katrs ķēdes nukleotīds ir daļa no tripleta un neeksistē atsevišķi. Par vienu proteīnu atbildīgās nukleotīdu ķēdes beigās un sākumā ir stopkodoni. Tie sāk vai pārtrauc tulkošanu (olb altumvielu molekulas sintēzi).
Īpaša, nepārklājoša un vienvirziena
Katrs kodons (triplets) kodē tikai vienu aminoskābi. Katrs triplets ir neatkarīgs no blakus esošā un nepārklājas. Vienu nukleotīdu var iekļaut tikai vienā ķēdes tripletā. Olb altumvielu sintēze vienmēr notiek tikai vienā virzienā, ko regulē stopkodoni.
Ģenētiskā koda atlaišana
Katrs nukleotīdu triplets kodē vienu aminoskābi. Kopā ir 64 nukleotīdi, no kuriem 61 kodē aminoskābes (sajūtu kodonus), un trīs ir bezjēdzīgi, tas ir, tie nekodē aminoskābi (stop kodoni). Ģenētiskā koda redundance (deģenerācija) slēpjas apstāklī, ka katrā tripletā var veikt aizvietojumus - radikālas (novest pie aminoskābju aizstāšanas) un konservatīvas (nemainīt aminoskābju klasi). Ir viegli aprēķināt, ka, ja tripletā var veikt 9 aizvietojumus (1., 2. un 3. pozīcija), katru nukleotīdu var aizstāt ar 4 - 1=3 citas iespējas, tad kopējais iespējamo nukleotīdu aizstāšanas variantu skaits būs 61 x 9=549.
Ģenētiskā koda deģenerācija izpaužas faktā, ka 549 varianti ir daudz vairāk nekānepieciešams, lai kodētu informāciju par 21 aminoskābi. Tajā pašā laikā no 549 variantiem 23 aizstāšanas rezultātā veidosies stopkodoni, 134 + 230 aizstāšanas ir konservatīvas un 162 aizstāšanas ir radikālas.
Deģenerācijas un atstumtības likums
Ja diviem kodoniem ir divi identiski pirmie nukleotīdi, bet pārējie ir vienas klases nukleotīdi (purīns vai pirimidīns), tad tajos ir informācija par vienu un to pašu aminoskābi. Tas ir ģenētiskā koda deģenerācijas vai atlaišanas noteikums. Divi izņēmumi - AUA un UGA - pirmais kodē metionīnu, lai gan tam vajadzētu būt izoleicīnam, bet otrais ir stopkodons, lai gan tam vajadzētu kodēt triptofānu.
Deģenerācijas un universāluma nozīme
Tieši šīm divām ģenētiskā koda īpašībām ir vislielākā bioloģiskā nozīme. Visas iepriekš uzskaitītās īpašības ir raksturīgas visu mūsu planētas dzīvo organismu formu iedzimtības informācijai.
Ģenētiskā koda deģenerācijai ir adaptīva vērtība, piemēram, vairākas vienas aminoskābes koda dublēšanās. Turklāt tas nozīmē trešā nukleotīda nozīmes (deģenerācijas) samazināšanos kodonā. Šī opcija samazina DNS mutācijas bojājumus, kas novedīs pie rupjiem proteīna struktūras pārkāpumiem. Tas ir planētas dzīvo organismu aizsardzības mehānisms.
