22.5.4. Расшифровка кода [1990 Грин Н., Стаут У., Тейлор Д.

Для того чтобы понять ход экспериментов, проводившихся с целью установить, какие триплеты соответствуют тем или иным аминокислотам (т.е. расшифровать генетический код), нужно иметь представление о механизме, с помощью которого триплетный код переводится в структуру белковой молекулы.

В синтезе белка участвуют нуклеиновые кислоты двух типовь - дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), взаимодействующие друг с другом. Существует три главных типа РНК: информационная, или матричная, РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК)^*. ДНК содержится и в таких органеллах, как митохондрии и хлоропласты, но в основном она сосредоточена в ядре, где ее нуклеотидная последовательность копируется (транскрибируется) с образованием матричной РНК (мРНК), переходящей из ядра в цитоплазму. Оказавшись в цитоплазме, нить мРНК прикрепляется к рибосомам, где нуклеотидная последовательность мРНК транслируется в аминокислотную последовательность белка. Каждая аминокислота связывается с соответствующей тРНК, которая присоединяется к комплементарному триплету оснований мРНК. Аминокислоты, оказавшиеся в результате этого друг подле друга, соединяются, образуя полипептидную цепь. Таким образом, для белкового синтеза необходимы ДНК, мРНК, рибосомы, тРНК, аминокислоты, АТФ и ГТФ как источники энергии и различные ферменты и кофакторы, катализирующие каждую стадию этого процесса.

^* (Сейчас известны еще предшественники мРНК и рРНК-пре-мРНК и пре-рРНК, а также низкомолекулярные РНК (помимо транспортных)-нмРНК- Прим. ред.)

Ниренберг использовал эти данные и различные методы, созданные в конце пятидесятых годов, для разработки ряда экспериментов, поставленных с целью расшифровки кода. Суть его экспериментов сводилась к тому, чтобы, используя мРНК с заранее известной последовательностью оснований, выяснить последовательность аминокислот в полипептидной цепи, синтезируемой в присутствии этой мРНК. Ниренбергу удалось синтезировать РНК (полирибонуклеотид), состоящую из многократно повторяющихся триплетов УУУ. Это соединение, названное полиуридиловой кислотой (поли-У), было использовано в качестве мРНК. В каждую из 20 пробирок поместили бесклеточный экстракт Е. coli, содержавший рибосомы, тРНК, АТФ, ГТФ, ферменты и какую-либо одну меченую аминокислоту. Затем в каждую пробирку добавили поли-У и оставили на некоторое время, чтобы произошел синтез полипептидов. Анализ содержимого пробирок показал, что полипептид образовался только в той пробирке, которая содержала аминокислоту фенилаланин. Это было первым шагом в расшифровке генетического кода: выяснилось, что входящий в мРНК триплет оснований, или кодон, УУУ определяет включение в полипептидную цепь фенилаланина. Затем Ниренберг и его сотрудники занялись получением синтетических полинуклеотидов, соответствующих всем 64 возможным кодонам, и к 1964 г. расшифровали коды для всех 20 аминокислот (табл. 22.4).

Таблица 22.4. Последовательности оснований в триплетах и кодируемые ими аминокислоты. Приведены кодоны т. е. триолеты оснований в мРНК, а не в ДНК. В ДНК содержатся комплементарные основания, а У заменен на Т. 2-е основание

^* (Кодон, означающий конец синтеза полипептидной цепи.)

Как видно из табл. 22.4, для большинства аминокислот имеется по нескольку кодонов. Код, в котором число аминокислот меньше числа кодонов, называют вырожденным. Кроме того, можно видеть, что для многих аминокислот существенное значение имеют только первые буквы. Три из представленных в табл. 22.4 кодонов не кодируют аминокислот ("нонсенс-кодоны") и действуют как "стоп-сигнал" - означают конец закодированного сообщения. По-видимому, стоп-кодон - это концевая точка функциональной единицы ДНК-цистрона.

Во всех экспериментах, проводившихся с целью расшифровки генетического кода, в качестве источника триплетов использовалась мРНК. Однако от одной клетки другой и от одного поколения другому "генетический текст" передается последовательностью триплетов в ДНК. Поскольку мРНК образу-ется непосредственно на полинуклеотидной цепи ДНК путем комплементарного спаривания оснований, запись наследуемого генетического "текста" ДНК комплементарна его записи в мРНК. Код ДНК можно получить, заменяя основания, содержащиеся в РНК, комплементарными им основаниями ДНК в соответствии с табл. 22.5.

Таблица 22.5. Комплементарность между основаниями РНК и ДНК

22.6. Выпишите последовательность оснований в мРНК, образованной на цепи ДНК с такой последовательностью:

Одна из примечательных особенностей генетического кода состоит в том, что он, по-видимому, универсален. У всех живых организмов имеются одни и те же 20 аминокислот и одни и те же пять азотистых оснований (А, Г, Т, Ц и У). Ниренберг показал, что если ввести мРНК, взятую от вида А, в бесклеточную систему от вида Б, то в ней начнется синтез того же полипептида, который образовался бы у вида А. Например, в бесклеточных экстрактах Е. coli, в которые добавляли мРНК, кодирующую гемоглобин млекопитающего, синтезировались молекулы гемоглобина, свойственного этому млекопитающему^*.

^* (Оказалось, однако, что код митохондриальной ДНК несколько отличается от универсального кода -Прим. ред.)

Некоторые кодоны служат "стартовыми" (инициирующими) сигналами - означают начало полипептидной цепи (как, например, АУГ - кодон метионина), тогда как другие, такие как УАА,- не кодируют ни одну аминокислоту, а служат "стоп-сигналами", т.е. означают конец синтеза полипептидной цепи.

В настоящее время успехи молекулярной биологии достигли такого уровня, что становится возможным определять последовательности оснований в целых генах и удалось даже расшифровать весь генетический "текст" одного организма-фага Фχ174. Это серьезная веха в развитии науки, поскольку теперь можно искусственно синтезировать целые гены, что уже нашло применение в генной инженерии (см. разд. 2.3.6).

Главные черты генетического кода можно вкратце сформулировать следующим образом.

1. Кодом, определяющим включение аминокислоты в полипептидную цепь, служит триплет оснований в полипептидной цепи ДНК.

2. Код универсален: одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех организмов.

3. Код является вырожденным: данная аминокислота может кодироваться более чем одним триплетом.

4. Код неперекрывающийся: например, последовательность мРНК, начинающаяся с нуклеотидов АУГАГЦГЦА, не считывается как АУГ/УГА/ ГАГ... (перекрывание по двум основаниям) или АУГ/ГАГ/ГЦГ... (перекрывание по одному основанию). Недавно было обнаружено, однако, перекрывание некоторых генов у бактериофага Фχ174 и ряда других вирусов. Эти случаи, по-видимому, составляют исключение, возможно, связанное с экономным использованием нуклеиновой кислоты (количество которой у вирусов очень невелико)^*.

^* (В этих случаях перекрывание состоит не в том, что соседние аминокислоты в белке кодируются перекрывающимися триплетами, а в том, что на одном участке ДНК закодированы два различных белка, имеющие разные точки инициации.-Прим. ред.)

Отбирайте на интим страницах портала услуги соблазнительных шлюх. Все шлюхи Екатеринбурга доступны к взятию в способное для клиентов время. В особенностях их услуг смущений нет! | Вы заритесь встретиться с какой-нибудь милой индивидуалкой? Всегда шикарные шлюхи способны порадовать вас трогательным качеством сексуального сервиса и персональным подходом во время траха.