Генетический код • Способ записи информации

Генетический код • Способ записи информации о последовательности аминокислот белков через последовательность нуклеотидов ДНК и РНК. • «Словарь» перевода с языка нуклеиновых кислот на язык белков. A, G, T, C -------> Phe, Leu, Ala, Glu …. • Был полностью расшифрован к 1966 г. • The Genetic Code. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. Cold Spring Harbor; N. Y. 1966.

Георгий Антонович Эрвин Шредингер Гамов (1887 -1961) (1904 -1968) Сформулировал необходимость Текст из 4 букв → текст из 20 кодирования наследственной букв информации (соответствие двух текстов) Триплетность.

История открытия генетического кода Прямые эксперименты – белковый синтез в бесклеточных системах Маршалл Ниренберг Гобинд Корана Роберт Холли Ф. Ледер Nobel prize 1968

Генрих Маттеи (слева) и Маршалл Ниренберг 1960

Har Gobind Khorana Robert W. Holley

• 1966 г. – на симпозиуме в Колд-Спринг-Харборе Фрэнсис Крик представил результат коллективного труда нескольких лабораторий – таблицу генетического кода.

Свойства генетического кода • Триплетность • Неперекрываемость • Отсутствие межкодонных знаков препинания. • Наличие межгенных знаков препинания. • Однозначность • Вырожденность (избыточность) • Помехоустойчивость • Универсальность

Свойства кода - триплетность • Триплет = кодон – последовательность трех нуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту 5' ЦУГ 3‘ • Число триплетов – 64 • Триплеты записываются в символах РНК и ДНК

Неперекрываемость генетического кода

1961 Сэймур Бензер и Фрэнсис Крик Эксперимент по доказательству триплетности и отсутствия знаков препинания между кодонами Сдвиг рамки считывания

Наличие межгенных знаков препинания • Знак начала гена – лидерная последовательность + старт-кодон АУГ • с кодона АУГ (иногда ГУГ, УУГ) начинается синтез любого белка. В начале гена прокариот он кодирует особую аминокислоту формилметионин. • Если АУГ, ГУГ и УУГ встречаются в середине генов, они кодируют метионин, валин и лейцин, соответственно. • Инициаторному 5'-АУГ-кодону у прокариот предшествует сигнальная полипуриновая (8 -13 нулкотидов) последовательность (Shine–Dalgarno sequence) • Знак окончания гена – три СТОП-кодона • СТОП-кодоны не кодируют аминокислот и синтез белка на них прекращается (UAA, UAG, UGA).

Стоп кодоны

Однозначность Определённый кодон соответствует только одной аминокислоте. Свойство не является универсальным. Кодон UGA у Euplotes crassus кодирует две аминокислоты — цистеин и селеноцистеин Инфузория Euplotes crassus

Вырожденность (избыточность) • одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

Помехоустойчивость Определение: мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными. Мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными В каждом триплете можно провести 9 однократных замен. Общее количество возможных замен нуклеотидов - 61 по 9 = 549. Из них: 23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов - терминаторов трансляции, 134 замены не меняют кодируемую аминокислоту, 230 замен не меняют класс кодируемой аминокислоты. 162 замены приводят к смене класса аминокислоты, т. е. являются радикальными. Из 183 замен 3 -его нуклеотида 7 приводят к появлению терминаторов трансляции, а 176 - консервативны. Из 183 замен 1 -ого нуклеотида 9 приводят к появлению терминаторов, 114 - консервативны и 60 - радикальны. Из 183 замен 2 -го нуклеотида 7 приводят к появлению терминаторов, 74 - консервативны, 102 - радикальны. Итак: 364/162=2. 25 (отношение числа консервативных замен к числу радикальных замен) - показатель помехоустойчивости генетического кода.

Универсальность • Генетический код един для всех живущих на Земле существ. • Это является сильнейшим свидетельством в пользу единства происхождения и эволюции. • В 1979 г. Беррел открыл идеальный код митохондрий человека.

Генетический код митохондриальной ДНК позвоночных

• УГА (обычно стоп кодон) кодирует селеноцистеин в некоторых генах (зависит от сигнальных поледвательностей в м. РНК) • УАГ (обычно стоп кодон) может кодировать пирролизин

Отклонения от стандартного генетического кода Пример Кодон Обычное значение Читается как: Некоторые виды рода CUG Лейцин Серин дрожжей Candida Митохондрии, в CU(U, C, A, G) Лейцин Серин частности у Saccharomyces cerevisiae Митохондрии высших CGG Аргинин Триптофан растений Митохондрии (у всех UGA Стоп Триптофан без исключения исследованных организмов) Митохондирии AUA Изолейцин Метионин = Старт млекопитающих, дрозофилы, S. cerevisiae и многих простейших Бактерии GUG Валин Старт Эукариоты (редко) CUG Лейцин Старт Эукариоты (редко) GUG Валин Старт Бактерии (редко) UUG Лейцин Старт Эукариоты (редко) ACG Треонин Старт Митохондрии AGC, AGU Серин Стоп млекопитающих Митохондрии AGA Аргинин Стоп дрозофилы Митохондрии AG(A, G) Аргинин Стоп млекопитающих