22.5.3. Структура кода

Молекула ДНК построена из нуклеотидов четырех типов, в состав которых входят четыре разных основания: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц) (см. разд. 5.6). Нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь; их обозначают начальными буквами названий соответствующих оснований. С помощью этого четырехбуквенного алфавита записаны инструкции для синтеза потенциально бесконечного числа различных белковых молекул. Если бы одно основание определяло положение одной аминокислоты в первичной структуре какого-то белка, то этот белок мог бы содержать только четыре вида аминокислот. Если бы каждая аминокислота кодировалась двумя основаниями, то с помощью такого кода можно было бы определить 16 аминокислот.

22.3. Составьте список 16 возможных попарных сочетаний из оснований А, Г, Т и Ц.

Только код, состоящий из троек оснований (триплетов), мог бы обеспечить включение в белковые молекулы всех 20 аминокислот. В такой код входит 64 разных триплета.

22.4. Четыре основания, используемые по одному, позволяют закодировать четыре аминокислоты; используемые попарно-16 аминокислот; используемые по три-64 аминокислоты. Выведите математическое выражение, объясняющее это.

Доказательства триплетности кода представил Фрэнсис Крик в 1961 г., получив у фагов Т4 мутации, вызванные добавлением или выпадением оснований. Эти добавления и выпадения, приводящие к сдвигам рамки при "чтении" кода (рис. 22.20), проявились у фагов Т₄ в изменениях фенотипа. В результате сдвига рамки получались такие последовательности триплетов оснований, которые не могли обеспечить синтез белковых молекул с прежней последовательностью аминокислот (прежней первичной структурой). Только добавление или удаление одного основания в определенных точках могло привести к восстановлению правильного кода. Восстановление первоначальной последовательности оснований предотвращало появление мутантов. Эти эксперименты показали также, что триплеты не перекрываются, т.е. каждое основание может принадлежать только одному триплету. Ни одно из оснований, входящих в данный триплет, не является частью другого триплета (рис. 22.21).

Рис. 22.20. Схема, поясняющая результаты добавления или удаления оснований в триплетном коде. Добавление основания Ц приводит к сдвигу рамки, так что первоначальное сообщение ГAT, ГAT, ... превращается в ТГА, ТГА. ... Выпадение основания А вызывает сдвиг рамки, приводящий к замене первоначального сообщения ГAT, ГAT, ... на ATГ, ATГ, ... Добавление основания Ц и удаление основания А в точках, указанных на схеме, приводят к восстановлению первоначального сообщения ГAT, ГAT, ... (По F.H. С. Crick, 1962, The genetic cod I, Scientific American, Offprint N123, Wm. Saunders and Co.)

Рис. 22.21. Триплеты оснований в неперекрывающемся и перекрывающемся кодах

22.5. Используя повторяющиеся триплеты ГТА и основание Ц, покажите, что исходную последовательность триплетов можно восстановить только путем добавления или удаления трех оснований. (Представьте свой ответ в такой форме, как показано на рис. 22.20.)