Գենետիկ կոդը՝ որպես ժառանգական տեղեկատվության գրանցման միջոց:

Գեն- ժառանգականության կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ միավոր, որը վերահսկում է որոշակի հատկանիշի կամ հատկության զարգացումը: Ծնողները գեների մի շարք փոխանցում են իրենց սերունդներին վերարտադրության ընթացքում գենի ուսումնասիրության մեջ մեծ ներդրում են ունեցել՝ Սիմաշկևիչ Է.Ա., Գավրիլովա Յու.Ա., Բոգոմազովա Օ.Վ.

Ներկայումս մոլեկուլային կենսաբանության մեջ հաստատվել է, որ գեները ԴՆԹ-ի հատվածներ են, որոնք կրում են որոշակի ինտեգրալ տեղեկատվություն՝ մեկ սպիտակուցի մոլեկուլի կամ մեկ ՌՆԹ մոլեկուլի կառուցվածքի մասին: Այս և այլ ֆունկցիոնալ մոլեկուլները որոշում են մարմնի զարգացումը, աճը և գործունեությունը:

Միևնույն ժամանակ, յուրաքանչյուր գենը բնութագրվում է մի շարք հատուկ կարգավորող ԴՆԹ հաջորդականությամբ, ինչպիսիք են պրոմոտորները, որոնք անմիջականորեն մասնակցում են գենի արտահայտման կարգավորմանը: Կարգավորող հաջորդականությունները կարող են տեղակայվել կա՛մ սպիտակուցը կոդավորող բաց ընթերցման շրջանակի մոտ, կա՛մ ՌՆԹ-ի հաջորդականության սկզբում, ինչպես դա պրոմոտորների դեպքում է (այսպես կոչված. cis cis-կարգավորող տարրեր), և շատ միլիոնավոր բազային զույգերի (նուկլեոտիդների) հեռավորությունների վրա, ինչպես ուժեղացուցիչների, մեկուսիչների և ճնշողների դեպքում (երբեմն դասակարգվում են որպես տրանս-կարգավորող տարրեր, անգլերեն. տրանսկարգավորիչ տարրեր). Այսպիսով, գեն հասկացությունը չի սահմանափակվում միայն ԴՆԹ-ի կոդավորող շրջանով, այլ ավելի լայն հասկացություն է, որը ներառում է նաև կարգավորող հաջորդականություններ:

Ի սկզբանե տերմինը գենհայտնվել է որպես դիսկրետ ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման տեսական միավոր։ Կենսաբանության պատմությունը հիշում է վեճերը, թե որ մոլեկուլները կարող են լինել ժառանգական տեղեկատվության կրողներ։ Հետազոտողների մեծ մասը կարծում էր, որ միայն սպիտակուցները կարող են լինել այդպիսի կրիչներ, քանի որ դրանց կառուցվածքը (20 ամինաթթուներ) թույլ է տալիս ստեղծել ավելի շատ տարբերակներ, քան ԴՆԹ-ի կառուցվածքը, որը բաղկացած է ընդամենը չորս տեսակի նուկլեոտիդներից: Հետագայում փորձնականորեն ապացուցվեց, որ հենց ԴՆԹ-ն է ներառում ժառանգական տեղեկատվություն, որն արտահայտվել է որպես մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական դոգմա։

Գեները կարող են ենթարկվել մուտացիաների՝ պատահական կամ նպատակային փոփոխություններ ԴՆԹ-ի շղթայում նուկլեոտիդների հաջորդականության մեջ: Մուտացիաները կարող են հանգեցնել հաջորդականության փոփոխության և, հետևաբար, սպիտակուցի կամ ՌՆԹ-ի կենսաբանական բնութագրերի փոփոխության, ինչը, իր հերթին, կարող է հանգեցնել մարմնի ընդհանուր կամ տեղային փոփոխության կամ աննորմալ գործունեության: Նման մուտացիաները որոշ դեպքերում պաթոգեն են, քանի որ դրանք հանգեցնում են հիվանդության կամ սաղմնային մակարդակում մահացու: Այնուամենայնիվ, նուկլեոտիդային հաջորդականության ոչ բոլոր փոփոխությունները հանգեցնում են սպիտակուցի կառուցվածքի փոփոխության (գենետիկ կոդի այլասերվածության ազդեցության պատճառով) կամ հաջորդականության զգալի փոփոխության և պաթոգեն չեն: Մասնավորապես, մարդու գենոմը բնութագրվում է մեկ նուկլեոտիդային պոլիմորֆիզմով և պատճենների թվի տատանումներով։ պատճենեք թվերի տատանումները), ինչպիսիք են ջնջումները և կրկնօրինակումները, որոնք կազմում են մարդու ամբողջ նուկլեոտիդային հաջորդականության մոտ 1%-ը։ Մեկ նուկլեոտիդային պոլիմորֆիզմները, մասնավորապես, սահմանում են մեկ գենի տարբեր ալելներ։

ԴՆԹ-ի շղթաներից յուրաքանչյուրը կազմող մոնոմերները բարդ օրգանական միացություններ են, որոնք ներառում են ազոտային հիմքեր՝ ադենին (A) կամ թիմին (T) կամ ցիտոզին (C) կամ գուանին (G), հնգատոմային շաքարի պենտոզ դեզօքսիրիբոզը, որն անվանվել է և ԴՆԹ-ն, ինչպես նաև ֆոսֆորական թթվի մնացորդը, կոչվում են նուկլեոտիդներ:

Գենի հատկությունները

1. դիսկրետություն - գեների անխառնելիություն;
2. կայունություն - կառուցվածքը պահպանելու ունակություն;
3. անկայունություն - բազմիցս մուտացիայի ենթարկվելու ունակություն;
4. բազմակի ալելիզմ - բազմաթիվ գեներ գոյություն ունեն պոպուլյացիայի մեջ բազմաթիվ մոլեկուլային ձևերով.
5. ալելիկություն - դիպլոիդ օրգանիզմների գենոտիպում կա գենի միայն երկու ձև.
6. յուրահատկություն - յուրաքանչյուր գեն կոդավորում է իր սեփական հատկանիշը.
7. պլեյոտրոպիա - գենի բազմակի ազդեցություն;
8. արտահայտիչություն - գենի արտահայտման աստիճանը հատկանիշի մեջ.
9. ներթափանցում - ֆենոտիպում գենի դրսևորման հաճախականությունը.
10. ուժեղացում - գենի կրկնօրինակների քանակի ավելացում:

Դասակարգում

1. Կառուցվածքային գեները գենոմի եզակի բաղադրիչներն են, որոնք ներկայացնում են մեկ հաջորդականություն, որը կոդավորում է որոշակի սպիտակուց կամ ՌՆԹ-ի որոշակի տեսակներ: (Տե՛ս նաև տնային տնտեսության գեներ հոդվածը):
2. Ֆունկցիոնալ գեներ - կարգավորում են կառուցվածքային գեների գործունեությունը:

Գենետիկ կոդը- նուկլեոտիդների հաջորդականությամբ սպիտակուցների ամինաթթուների հաջորդականությունը կոդավորելու բոլոր կենդանի օրգանիզմներին բնորոշ մեթոդ:

ԴՆԹ-ն օգտագործում է չորս նուկլեոտիդ՝ ադենին (A), գուանին (G), ցիտոզին (C), թիմին (T), որոնք ռուս գրականության մեջ նշվում են A, G, C և T տառերով։ Այս տառերը կազմում են այբուբենը։ գենետիկ կոդը. ՌՆԹ-ն օգտագործում է նույն նուկլեոտիդները, բացառությամբ տիմինի, որը փոխարինվում է նմանատիպ նուկլեոտիդով՝ ուրացիլով, որը նշանակվում է U տառով (ռուսական գրականության մեջ U): ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի մոլեկուլներում նուկլեոտիդները դասավորված են շղթաներով և, այդպիսով, ստացվում են գենետիկական տառերի հաջորդականություններ։

Գենետիկ կոդը

Բնության մեջ սպիտակուցներ կառուցելու համար օգտագործվում են 20 տարբեր ամինաթթուներ։ Յուրաքանչյուր սպիտակուց ամինաթթուների շղթա է կամ մի քանի շղթա՝ խիստ սահմանված հաջորդականությամբ: Այս հաջորդականությունը որոշում է սպիտակուցի կառուցվածքը և հետևաբար նրա բոլոր կենսաբանական հատկությունները: Ամինաթթուների հավաքածուն ունիվերսալ է նաև գրեթե բոլոր կենդանի օրգանիզմների համար։

Կենդանի բջիջներում գենետիկական տեղեկատվության ներդրումը (այսինքն՝ գենով կոդավորված սպիտակուցի սինթեզը) իրականացվում է երկու մատրիցային գործընթացների միջոցով՝ տրանսկրիպացիա (այսինքն՝ mRNA-ի սինթեզ ԴՆԹ մատրիցով) և գենետիկ կոդի թարգմանություն։ ամինաթթուների հաջորդականության մեջ (պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզ mRNA-ի վրա): Երեք անընդմեջ նուկլեոտիդները բավարար են 20 ամինաթթուների կոդավորման համար, ինչպես նաև սպիտակուցի հաջորդականության ավարտը ցույց տվող կանգառի ազդանշանը: Երեք նուկլեոտիդների հավաքածուն կոչվում է եռյակ: Ամինաթթուներին և կոդոններին համապատասխան ընդունված հապավումները ներկայացված են նկարում:

Հատկություններ

1. Եռակի- կոդի իմաստալից միավորը երեք նուկլեոտիդների (եռյակ կամ կոդոն) համակցությունն է:
2. Շարունակականություն- Եռյակների միջև չկան կետադրական նշաններ, այսինքն՝ տեղեկատվությունը շարունակաբար կարդացվում է։
3. Ոչ համընկնող- նույն նուկլեոտիդը չի կարող միաժամանակ լինել երկու կամ ավելի եռյակի մաս (չի նկատվում վիրուսների, միտոքոնդրիաների և բակտերիաների համընկնող գեների համար, որոնք կոդավորում են մի քանի շրջանակի փոփոխական սպիտակուցներ):
4. Եզակիություն (յուրահատկություն)- կոնկրետ կոդոնը համապատասխանում է միայն մեկ ամինաթթվի (սակայն, UGA կոդոնն ունի Euplotes crassusկոդավորում է երկու ամինաթթուներ՝ ցիստեին և սելենոցիստեին)
5. Դեգեներացիա (ավելորդություն)- մի քանի կոդոններ կարող են համապատասխանել նույն ամինաթթունին:
6. Բազմակողմանիություն- գենետիկ կոդը նույնն է գործում բարդության տարբեր մակարդակների օրգանիզմներում՝ վիրուսներից մինչև մարդ (գենետիկական ինժեներիայի մեթոդները դրա վրա են հիմնված. կան մի շարք բացառություններ, որոնք ներկայացված են «Ստանդարտ գենետիկ կոդի տատանումները» բաժնում աղյուսակում։ ստորև):
7. Աղմուկի իմունիտետ- նուկլեոտիդային փոխարինումների մուտացիաները, որոնք չեն հանգեցնում կոդավորված ամինաթթվի դասի փոփոխության, կոչվում են. պահպանողական; նուկլեոտիդային փոխարինող մուտացիաները, որոնք հանգեցնում են կոդավորված ամինաթթվի դասի փոփոխության, կոչվում են. արմատական.

Սպիտակուցների կենսասինթեզը և դրա փուլերը

Սպիտակուցի կենսասինթեզ- ամինաթթուների մնացորդներից պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի բարդ բազմաստիճան գործընթաց, որը տեղի է ունենում կենդանի օրգանիզմների բջիջների ռիբոսոմների վրա mRNA և tRNA մոլեկուլների մասնակցությամբ:

Սպիտակուցների կենսասինթեզը կարելի է բաժանել տառադարձման, մշակման և թարգմանության փուլերի։ Տրանսկրիպցիայի ընթացքում ԴՆԹ-ի մոլեկուլներում կոդավորված գենետիկական տեղեկատվությունը կարդացվում է, և այդ տեղեկատվությունը գրվում է mRNA մոլեկուլների մեջ: Մշակման հաջորդական փուլերի ընթացքում որոշ բեկորներ, որոնք անհրաժեշտ չեն հետագա փուլերում, հանվում են mRNA-ից, և նուկլեոտիդային հաջորդականությունները խմբագրվում են։ Կոդը միջուկից ռիբոսոմներ տեղափոխելուց հետո տեղի է ունենում սպիտակուցի մոլեկուլների փաստացի սինթեզ՝ ամինաթթուների առանձին մնացորդներ կցելով աճող պոլիպեպտիդ շղթային:

Տրանսկրիպցիայի և թարգմանության միջև mRNA մոլեկուլը ենթարկվում է մի շարք հաջորդական փոփոխությունների, որոնք ապահովում են գործող մատրիցայի հասունացումը պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի համար։ 5΄ ծայրին կցվում է գլխարկ, իսկ 3΄ ծայրին միացված է պոլի-Ա պոչ, ինչը մեծացնում է mRNA-ի կյանքի տևողությունը: Էուկարիոտիկ բջիջում վերամշակման գալուստով հնարավոր դարձավ միավորել գենային էկզոնները՝ ստանալով ԴՆԹ-ի նուկլեոտիդների մեկ հաջորդականությամբ կոդավորված սպիտակուցների ավելի մեծ տեսականի՝ այլընտրանքային զուգավորում:

Թարգմանությունը բաղկացած է պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզից՝ սուրհանդակային ՌՆԹ-ում կոդավորված տեղեկատվությանը համապատասխան: Ամինաթթուների հաջորդականությունը դասավորվում է օգտագործելով տրանսպորտՌՆԹ (tRNA), որը կազմում է համալիրներ ամինաթթուների հետ՝ aminoacyl-tRNA: Յուրաքանչյուր ամինաթթու ունի իր tRNA-ն, որն ունի համապատասխան հակակոդոն, որը «համապատասխանում է» mRNA կոդոնին: Թարգմանության ընթացքում ռիբոսոմը շարժվում է mRNA-ի երկայնքով, և երբ դա անում է, պոլիպեպտիդային շղթան մեծանում է։ Սպիտակուցների կենսասինթեզի էներգիան ապահովում է ATP-ն:

Պատրաստի սպիտակուցի մոլեկուլն այնուհետև կտրվում է ռիբոսոմից և տեղափոխվում բջջի ցանկալի վայր: Իրենց ակտիվ վիճակին հասնելու համար որոշ սպիտակուցներ պահանջում են լրացուցիչ հետթարգմանական փոփոխություն:

Յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմ ունի սպիտակուցների հատուկ հավաքածու: Որոշ նուկլեոտիդային միացություններ և դրանց հաջորդականությունը ԴՆԹ-ի մոլեկուլում կազմում են գենետիկ կոդը: Այն տեղեկատվություն է հաղորդում սպիտակուցի կառուցվածքի մասին։ Գենետիկայի մեջ որոշակի հասկացություն է ընդունվել. Ըստ դրա՝ մեկ գենը համապատասխանում էր մեկ ֆերմենտի (պոլիպեպտիդին)։ Պետք է ասել, որ նուկլեինաթթուների և սպիտակուցների վերաբերյալ հետազոտությունները կատարվել են բավականին երկար ժամանակահատվածում։ Հետագայում հոդվածում մենք ավելի մանրամասն կանդրադառնանք գենետիկ կոդը և դրա հատկությունները: Կներկայացվի նաև հետազոտության համառոտ ժամանակագրությունը։

Տերմինաբանություն

Գենետիկ կոդը ամինաթթուների սպիտակուցների հաջորդականությունը կոդավորելու միջոց է, որը ներառում է նուկլեոտիդային հաջորդականությունը: Տեղեկատվության գեներացման այս մեթոդը բնորոշ է բոլոր կենդանի օրգանիզմներին։ Սպիտակուցները բնական օրգանական նյութեր են, որոնք ունեն բարձր մոլեկուլյարություն: Այս միացությունները առկա են նաև կենդանի օրգանիզմներում։ Դրանք բաղկացած են 20 տեսակի ամինաթթուներից, որոնք կոչվում են կանոնական։ Ամինաթթուները դասավորված են շղթայով և միացված են խիստ սահմանված հաջորդականությամբ։ Այն որոշում է սպիտակուցի կառուցվածքը և նրա կենսաբանական հատկությունները: Սպիտակուցի մեջ կան նաև ամինաթթուների մի քանի շղթաներ։

ԴՆԹ և ՌՆԹ

Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն մակրոմոլեկուլ է։ Նա պատասխանատու է ժառանգական տեղեկատվության փոխանցման, պահպանման և իրականացման համար: ԴՆԹ-ն օգտագործում է չորս ազոտային հիմքեր: Դրանք ներառում են ադենին, գուանին, ցիտոսին, թիմին: ՌՆԹ-ն բաղկացած է նույն նուկլեոտիդներից, միայն թե այն պարունակում է թիմին։ Փոխարենը կա ուրացիլ (U) պարունակող նուկլեոտիդ։ ՌՆԹ-ի և ԴՆԹ-ի մոլեկուլները նուկլեոտիդային շղթաներ են։ Այս կառուցվածքի շնորհիվ ձևավորվում են հաջորդականություններ՝ «գենետիկ այբուբենը»:

Տեղեկատվության իրականացում

Սպիտակուցի սինթեզը, որը կոդավորված է գենով, իրականացվում է ԴՆԹ-ի կաղապարի վրա mRNA-ի համակցմամբ (տրանսկրիպցիա)։ Գոյություն ունի նաև գենետիկ կոդի փոխանցում ամինաթթուների հաջորդականության մեջ։ Այսինքն՝ տեղի է ունենում պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզը mRNA-ի վրա։ Բոլոր ամինաթթուները և սպիտակուցային հաջորդականության ավարտի ազդանշանը ծածկագրելու համար բավական է 3 նուկլեոտիդ։ Այս շղթան կոչվում է եռյակ:

Ուսումնասիրության պատմություն

Սպիտակուցների և նուկլեինաթթուների ուսումնասիրությունն իրականացվել է երկար ժամանակ։ 20-րդ դարի կեսերին վերջապես ի հայտ եկան առաջին գաղափարները գենետիկ կոդի բնույթի մասին։ 1953 թվականին պարզվեց, որ որոշ սպիտակուցներ բաղկացած են ամինաթթուների հաջորդականություններից։ Ճիշտ է, այն ժամանակ նրանք դեռ չէին կարող հստակ թվով որոշել, և այս մասին բազմաթիվ վեճեր եղան։ 1953 թվականին հրատարակվել են երկու ստեղծագործություններ հեղինակներ Ուոթսոնի և Քրիքի կողմից։ Առաջինում ասվում էր ԴՆԹ-ի երկրորդական կառուցվածքի մասին, երկրորդում խոսվում էր դրա թույլատրելի պատճենման մասին՝ կաղապարային սինթեզի միջոցով։ Բացի այդ, շեշտը դրվեց այն փաստի վրա, որ հիմքերի որոշակի հաջորդականությունը ժառանգական տեղեկատվություն կրող ծածկագիր է: Ամերիկացի և խորհրդային ֆիզիկոս Գեորգի Գամովը ստանձնեց կոդավորման վարկածը և գտավ դրա փորձարկման մեթոդը։ 1954 թվականին լույս տեսավ նրա աշխատանքը, որի ընթացքում նա առաջարկեց համապատասխանություն հաստատել ամինաթթուների կողային շղթաների և ադամանդի ձևավորված «անցքերի» միջև և օգտագործել դա որպես կոդավորման մեխանիզմ։ Հետո այն կոչվեց ռոմբիկ։ Բացատրելով իր աշխատանքը՝ Գամովը խոստովանել է, որ գենետիկ կոդը կարող է լինել եռյակ։ Ֆիզիկոսի աշխատություններն առաջիններից էին ճշմարտությանը մոտ համարվողներից։

Դասակարգում

Տարիների ընթացքում առաջարկվել են գենետիկ կոդերի տարբեր մոդելներ՝ երկու տեսակի՝ համընկնող և ոչ համընկնող։ Առաջինը հիմնված էր մի քանի կոդոններում մեկ նուկլեոտիդի ընդգրկման վրա։ Այն ներառում է եռանկյունաձև, հաջորդական և հիմնական-մինոր գենետիկական ծածկագիր: Երկրորդ մոդելը ենթադրում է երկու տեսակ. Ոչ համընկնող ծածկագրերը ներառում են համակցված ծածկագիր և առանց ստորակետերի ծածկագիր: Առաջին տարբերակը հիմնված է ամինաթթվի կոդավորման վրա եռակի նուկլեոտիդների կողմից, և գլխավորը դրա բաղադրությունն է։ Ըստ «առանց ստորակետերի ծածկագրի»՝ որոշ եռյակներ համապատասխանում են ամինաթթուներին, իսկ մյուսները՝ ոչ։ Այս դեպքում, ենթադրվում էր, որ եթե որևէ նշանակալի եռյակ դասավորվեն հաջորդաբար, մյուսները, որոնք գտնվում են ընթերցման այլ շրջանակում, ավելորդ կլինեն: Գիտնականները կարծում էին, որ հնարավոր է ընտրել նուկլեոտիդային հաջորդականություն, որը կբավարարի այս պահանջները, և որ կա ուղիղ 20 եռյակ:

Չնայած Գամովը և նրա համահեղինակները կասկածի տակ էին դնում այս մոդելը, այն համարվում էր ամենաճիշտը հաջորդ հինգ տարիների ընթացքում: 20-րդ դարի երկրորդ կեսի սկզբին հայտնվեցին նոր տվյալներ, որոնք հնարավորություն տվեցին «առանց ստորակետերի ծածկագրի» որոշ թերություններ հայտնաբերել։ Պարզվել է, որ կոդոններն ի վիճակի են in vitro սպիտակուցի սինթեզ առաջացնել: 1965-ին մոտ ըմբռնվել է բոլոր 64 եռյակների սկզբունքը։ Արդյունքում որոշ կոդոնների ավելորդություն է հայտնաբերվել։ Այլ կերպ ասած, ամինաթթուների հաջորդականությունը կոդավորված է մի քանի եռյակով:

Տարբերակիչ հատկանիշներ

Գենետիկ կոդի հատկությունները ներառում են.

Վարիացիաներ

Գենետիկական կոդի առաջին շեղումը ստանդարտից հայտնաբերվել է 1979 թվականին՝ մարդու օրգանիզմում միտոքոնդրիալ գեների ուսումնասիրության ժամանակ։ Հետագա նմանատիպ տարբերակներ են հայտնաբերվել, ներառյալ բազմաթիվ այլընտրանքային միտոքոնդրիալ կոդեր: Դրանք ներառում են UGA ստոպ կոդոնի վերծանումը, որն օգտագործվում է միկոպլազմայում տրիպտոֆանը որոշելու համար: GUG-ը և UUG-ը արխեայում և բակտերիաներում հաճախ օգտագործվում են որպես մեկնարկային տարբերակներ: Երբեմն գեները կոդավորում են սպիտակուցը սկզբնական կոդոնով, որը տարբերվում է տեսակների կողմից սովորաբար օգտագործվողից: Բացի այդ, որոշ սպիտակուցներում սելենոցիստեինը և պիրոլիզինը, որոնք ոչ ստանդարտ ամինաթթուներ են, ներմուծվում են ռիբոսոմի կողմից: Նա կարդում է կանգառի կոդոնը: Սա կախված է mRNA-ում հայտնաբերված հաջորդականություններից: Ներկայումս սելենոցիստեինը համարվում է 21-րդ, իսկ պիրոլիզանը` 22-րդ ամինաթթուն, որն առկա է սպիտակուցներում:

Գենետիկ կոդի ընդհանուր առանձնահատկությունները

Այնուամենայնիվ, բոլոր բացառությունները հազվադեպ են: Կենդանի օրգանիզմներում գենետիկ կոդը, ընդհանուր առմամբ, ունի մի շարք ընդհանուր բնութագրեր. Դրանք ներառում են կոդոնի բաղադրությունը, որը ներառում է երեք նուկլեոտիդներ (առաջին երկուսը պատկանում են որոշիչներին), կոդոնների փոխանցումը tRNA-ի և ռիբոսոմների միջոցով ամինաթթուների հաջորդականության մեջ։

Դասախոսություն 5. Գենետիկ կոդը

Հայեցակարգի սահմանում

Գենետիկ կոդը սպիտակուցներում ամինաթթուների հաջորդականության մասին տեղեկատվության գրանցման համակարգ է՝ օգտագործելով ԴՆԹ-ում նուկլեոտիդների հաջորդականությունը:

Քանի որ ԴՆԹ-ն ուղղակիորեն ներգրավված չէ սպիտակուցի սինթեզում, կոդը գրված է ՌՆԹ լեզվով: ՌՆԹ-ն թիմինի փոխարեն պարունակում է ուրացիլ:

Գենետիկ կոդի հատկությունները

1. Եռակի

Յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է 3 նուկլեոտիդների հաջորդականությամբ:

Սահմանում. եռյակը կամ կոդոնը երեք նուկլեոտիդների հաջորդականությունն է, որը կոդավորում է մեկ ամինաթթու:

Կոդը չի կարող լինել մոնոպլետ, քանի որ 4-ը (տարբեր նուկլեոտիդների թիվը ԴՆԹ-ում) 20-ից փոքր է: Կոդը չի կարող կրկնապատկվել, քանի որ 16-ը (2-ի 4 նուկլեոտիդների համակցությունների և փոխատեղումների թիվը) 20-ից փոքր է: Կոդը կարող է եռապատիկ լինել, քանի որ 64-ը (համակցությունների և փոխակերպումների թիվը 4-ից 3-ը) 20-ից ավելի է։

2. Դեգեներացիա.

Բոլոր ամինաթթուները, բացառությամբ մեթիոնինի և տրիպտոֆանի, կոդավորված են մեկից ավելի եռյակով.

2 AK 1 եռյակի համար = 2:

9 AK, յուրաքանչյուրը 2 եռյակ = 18:

1 AK 3 եռյակ = 3.

5 AK 4 եռյակից = 20:

3 AK 6 եռյակից = 18:

Ընդհանուր առմամբ 61 եռյակ կոդավորում է 20 ամինաթթու:

3. Միջգենային կետադրական նշանների առկայություն.

Սահմանում:

Գեն - ԴՆԹ-ի մի հատված, որը կոդավորում է մեկ պոլիպեպտիդ շղթա կամ մեկ մոլեկուլ tRNA, rՌՆԹ կամsRNA.

ԳեներtRNA, rRNA, sRNAսպիտակուցները կոդավորված չեն:

Պոլիպեպտիդը կոդավորող յուրաքանչյուր գենի վերջում կա 3 եռյակներից առնվազն մեկը, որոնք կոդավորում են ՌՆԹ-ի կանգառի կոդոնները կամ ստոպ ազդանշանները: mRNA-ում նրանք ունեն հետևյալ ձևը. UAA, UAG, UGA . Նրանք դադարեցնում են (ավարտում) հեռարձակումը։

Պայմանականորեն, կոդոնը նույնպես պատկանում է կետադրական նշաններինՕԳ - առաջինը առաջատար հաջորդականությունից հետո: (Տես Դասախոսություն 8) Այն գործում է որպես մեծատառ: Այս դիրքում այն ​​կոդավորում է ֆորմիլմեթիոնինը (պրոկարիոտներում):

4. Միանշանակություն.

Յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է միայն մեկ ամինաթթու կամ թարգմանության տերմինատոր է:

Բացառություն է կազմում կոդոնըՕԳ . Պրոկարիոտների մոտ առաջին դիրքում (մեծատառ) այն կոդավորում է ֆորմիլմեթիոնին, իսկ ցանկացած այլ դիրքում՝ մեթիոնին։

5. Կոմպակտություն կամ ներգենային կետադրական նշանների բացակայություն:
Գենի ներսում յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ զգալի կոդոնի մի մասն է:

1961 թվականին Սեյմուր Բենզերը և Ֆրենսիս Քրիկը փորձնականորեն ապացուցեցին կոդի եռակի բնույթը և դրա կոմպակտությունը։

Փորձի էությունը՝ «+» մուտացիա՝ մեկ նուկլեոտիդի ներդրում։ «-» մուտացիա - մեկ նուկլեոտիդի կորուստ: Մեկ «+» կամ «-» մուտացիան գենի սկզբում փչացնում է ամբողջ գենը: Կրկնակի «+» կամ «-» մուտացիան նույնպես փչացնում է ամբողջ գենը:

Եռակի «+» կամ «-» մուտացիան գենի սկզբում փչացնում է դրա միայն մի մասը: «+» կամ «-» քառակի մուտացիան կրկին փչացնում է ամբողջ գենը:

Փորձը դա է ապացուցում Կոդը տառադարձված է, և գենի ներսում կետադրական նշաններ չկան։Փորձն իրականացվել է երկու հարակից ֆագային գեների վրա և ցույց է տվել, ի լրումն. գեների միջև կետադրական նշանների առկայությունը.

6. Բազմակողմանիություն.

Երկրի վրա ապրող բոլոր արարածների համար գենետիկ կոդը նույնն է:

1979 թվականին Բուրելը բացվեց իդեալականմարդու միտոքոնդրիային ծածկագիրը.

Սահմանում:

«Իդեալը» գենետիկ ծածկագիր է, որում բավարարվում է քվազի-կրկնակի կոդի այլասերման կանոնը. Եթե երկու եռյակում առաջին երկու նուկլեոտիդները համընկնում են, իսկ երրորդ նուկլեոտիդները պատկանում են նույն դասին (երկուսն էլ պուրիններ են կամ երկուսն էլ՝ պիրիմիդիններ) , ապա այս եռյակները կոդավորում են նույն ամինաթթուն :

Համընդհանուր օրենսգրքում այս կանոնից երկու բացառություն կա. Ունիվերսալի իդեալական կոդից երկուսն էլ շեղումները վերաբերում են հիմնարար կետերին՝ սպիտակուցի սինթեզի սկզբին և ավարտին.

Կոդոն	Ունիվերսալ ծածկագիրը	Միտոքոնդրիալ կոդերը
		Ողնաշարավորներ	Անողնաշարավորներ	Խմորիչ	Բույսեր
	STOP				STOP
UA-ի հետ
Ա Գ Ա		STOP
		STOP			230 փոխարինումը չի փոխում կոդավորված ամինաթթվի դասը: դեպի պատռելիություն։ 1956 թվականին Գեորգի Գամովն առաջարկեց համընկնող ծածկագրի տարբերակ։ Համաձայն Gamow կոդի՝ յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ, սկսած գենի երրորդից, 3 կոդոնների մասն է։ Երբ գենետիկ կոդը վերծանվեց, պարզվեց, որ այն չի համընկնում, այսինքն. Յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ միայն մեկ կոդոնի մասն է։ Համընկնող գենետիկ կոդի առավելությունները. կոմպակտություն, սպիտակուցի կառուցվածքի ավելի քիչ կախվածություն նուկլեոտիդի ներդրումից կամ ջնջումից: Թերությունը. սպիտակուցի կառուցվածքը մեծապես կախված է նուկլեոտիդների փոխարինումից և հարևանների սահմանափակումներից: 1976թ.-ին ՖX174 ֆագի ԴՆԹ-ի հաջորդականությունը կատարվեց: Այն ունի 5375 նուկլեոտիդներից բաղկացած միաշղթա շրջանաձև ԴՆԹ։ Հայտնի էր, որ ֆագը կոդավորում է 9 սպիտակուց: Դրանցից 6-ի համար բացահայտվել են մեկը մյուսի հետևում տեղակայված գեները։ Պարզվեց, որ համընկնում կա. Գեն E-ն ամբողջությամբ գտնվում է գենի ներսումԴ . Դրա մեկնարկային կոդոնը առաջանում է մեկ նուկլեոտիդի շրջանակային տեղաշարժից: ԳենՋ սկսվում է այնտեղ, որտեղ ավարտվում է գենըԴ . Գենի մեկնարկային կոդոնՋ համընկնում է գենի ստոպ կոդոնի հետԴ երկու նուկլեոտիդների տեղաշարժի արդյունքում։ Կոնստրուկցիան կոչվում է «կարդալու շրջանակի տեղաշարժ» մի շարք նուկլեոտիդների կողմից, որոնք երեքի բազմապատիկ չեն: Մինչ օրս համընկնումը ցուցադրվել է միայն մի քանի ֆագերի համար: ԴՆԹ-ի տեղեկատվական կարողությունները Երկրի վրա ապրում է 6 միլիարդ մարդ։ Ժառանգական տեղեկություններ նրանց մասին պարփակված 6x10 9 սպերմատոզոիդների մեջ: Տարբեր գնահատականներով մարդն ունի 30-ից 50 հազար գեներ. Բոլոր մարդիկ ունեն ~30x10 13 գեն, կամ 30x10 16 բազային զույգեր, որոնք կազմում են 10 17 կոդոն: Գրքի միջին էջը պարունակում է 25x10 2 նիշ: 6x10 9 սերմնահեղուկի ԴՆԹ-ն պարունակում է տեղեկատվություն մոտավորապես ծավալով 4x10 13 գրքի էջ. Այս էջերը կզբաղեցնեն 6 NSU շենքերի տարածքը: 6x10 9 սերմը վերցնում է կես մատնոց: Նրանց ԴՆԹ-ն զբաղեցնում է մատնոցի մեկ քառորդից պակաս:

- նուկլեինաթթվի մոլեկուլներում ժառանգական տեղեկատվության գրանցման միասնական համակարգ՝ նուկլեոտիդային հաջորդականության տեսքով: Գենետիկ կոդը հիմնված է այբուբենի օգտագործման վրա, որը բաղկացած է ընդամենը չորս տառ-նուկլեոտիդներից, որոնք տարբերվում են ազոտային հիմքերով՝ A, T, G, C:

Գենետիկ կոդի հիմնական հատկությունները հետևյալն են.

1. Գենետիկ կոդը եռակի է: Եռյակը (կոդոնը) երեք նուկլեոտիդների հաջորդականություն է, որը կոդավորում է մեկ ամինաթթու։ Քանի որ սպիտակուցները պարունակում են 20 ամինաթթուներ, ակնհայտ է, որ դրանցից յուրաքանչյուրը չի կարող կոդավորվել մեկ նուկլեոտիդով (քանի որ ԴՆԹ-ում կա ընդամենը չորս տեսակի նուկլեոտիդ, այս դեպքում 16 ամինաթթուները մնում են չկոդավորված)։ Երկու նուկլեոտիդները նույնպես բավարար չեն ամինաթթուները կոդավորելու համար, քանի որ այս դեպքում կարող է կոդավորվել ընդամենը 16 ամինաթթու: Սա նշանակում է, որ մեկ ամինաթթու կոդավորող նուկլեոտիդների ամենափոքր թիվը երեքն է։ (Այս դեպքում հնարավոր նուկլեոտիդային եռյակների թիվը 4 3 = 64 է):

2. Կոդի ավելորդությունը (դեգեներացիան) դրա եռակի բնույթի հետևանք է և նշանակում է, որ մեկ ամինաթթուն կարող է կոդավորվել մի քանի եռյակով (քանի որ կան 20 ամինաթթուներ և 64 եռյակներ)։ Բացառություն են կազմում մեթիոնինը և տրիպտոֆանը, որոնք կոդավորված են միայն մեկ եռյակով: Բացի այդ, որոշ եռյակներ կատարում են հատուկ գործառույթներ: Այսպիսով, mRNA մոլեկուլում դրանցից երեքը UAA, UAG, UGA կանգառ կոդոններ են, այսինքն՝ կանգառ ազդանշաններ, որոնք դադարեցնում են պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզը։ Մեթիոնինին (AUG) համապատասխան եռյակը, որը գտնվում է ԴՆԹ-ի շղթայի սկզբում, չի կոդավորում ամինաթթու, այլ կատարում է ընթերցման մեկնարկի (հետաքրքիր) ֆունկցիա։

3. Ավելորդության հետ մեկտեղ կոդը բնութագրվում է միանշանակության հատկությամբ, ինչը նշանակում է, որ յուրաքանչյուր կոդոն համապատասխանում է միայն մեկ կոնկրետ ամինաթթվի։

4. Կոդը համագիծ է, այսինքն. գենի նուկլեոտիդների հաջորդականությունը ճիշտ համընկնում է սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությանը:

5. Գենետիկ կոդը չհամընկնող է և կոմպակտ, այսինքն՝ չի պարունակում «կետադրական նշաններ»։ Սա նշանակում է, որ ընթերցման գործընթացը թույլ չի տալիս սյունակների (եռյակների) համընկնման հնարավորությունը, և, սկսած որոշակի կոդոնից, ընթերցումը շարունակվում է եռակի հետևից մինչև կանգառի ազդանշանները (վերջացման կոդոններ): Օրինակ, mRNA-ում ազոտային հիմքերի հետևյալ հաջորդականությունը AUGGGUGTSUAUAUGUG-ը կկարդան միայն այսպիսի եռյակներով՝ AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, և ոչ AUG, UGG, GGU, GUG և այլն կամ AUG, GGU, UGC, CUU: , և այլն և այլն կամ այլ կերպ (օրինակ՝ կոդոն AUG, կետադրական նշան G, կոդոն UGC, կետադրական նշան U և այլն)։

6. Գենետիկ կոդը ունիվերսալ է, այսինքն՝ բոլոր օրգանիզմների միջուկային գեները նույն կերպ կոդավորում են տեղեկատվությունը սպիտակուցների մասին՝ անկախ այդ օրգանիզմների կազմակերպվածության մակարդակից ու համակարգված դիրքից։

Ցանկացած բջջի և օրգանիզմի բոլոր անատոմիական, մորֆոլոգիական և ֆունկցիոնալ հատկանիշները որոշվում են դրանց կազմող սպիտակուցների կառուցվածքով։ Օրգանիզմի ժառանգական հատկությունը որոշակի սպիտակուցներ սինթեզելու կարողությունն է։ Ամինաթթուները գտնվում են պոլիպեպտիդային շղթայում, որից կախված են կենսաբանական բնութագրերը։
Յուրաքանչյուր բջիջ ունի նուկլեոտիդների իր հաջորդականությունը ԴՆԹ-ի պոլինուկլեոտիդային շղթայում: Սա ԴՆԹ-ի գենետիկ կոդը է: Դրա միջոցով արձանագրվում է որոշակի սպիտակուցների սինթեզի մասին տեղեկություն։ Այս հոդվածը նկարագրում է, թե որն է գենետիկ կոդը, դրա հատկությունները և գենետիկական տեղեկատվությունը:

Մի փոքր պատմություն

Այն գաղափարը, որ կարող է լինել գենետիկ կոդ, ձևակերպվել է Ջ. Գամոուի և Ա. Դաունի կողմից քսաներորդ դարի կեսերին: Նրանք նկարագրել են, որ որոշակի ամինաթթվի սինթեզի համար պատասխանատու նուկլեոտիդային հաջորդականությունը պարունակում է առնվազն երեք միավոր։ Հետագայում նրանք ապացուցեցին երեք նուկլեոտիդների ճշգրիտ թիվը (սա գենետիկ կոդի միավոր է), որը կոչվում էր եռյակ կամ կոդոն։ Ընդհանուր առմամբ կա վաթսունչորս նուկլեոտիդ, քանի որ թթվի մոլեկուլը, որտեղ առաջանում է ՌՆԹ, բաղկացած է չորս տարբեր նուկլեոտիդային մնացորդներից։

Ինչ է գենետիկ կոդը

Նուկլեոտիդների հաջորդականության շնորհիվ ամինաթթուների սպիտակուցների հաջորդականության կոդավորման մեթոդը բնորոշ է բոլոր կենդանի բջիջներին և օրգանիզմներին։ Ահա թե ինչ է գենետիկ կոդը:
ԴՆԹ-ում կան չորս նուկլեոտիդներ.

• ադենին - Ա;
• գուանին - G;
• ցիտոզին - C;
• տիմին - Տ.

Նշվում են մեծատառ լատիներեն կամ (ռուսալեզու գրականության մեջ) ռուսերեն տառերով։
ՌՆԹ-ն պարունակում է նաև չորս նուկլեոտիդ, բայց դրանցից մեկը տարբերվում է ԴՆԹ-ից.

• ադենին - Ա;
• գուանին - G;
• ցիտոզին - C;
• ուրացիլ - U.

Բոլոր նուկլեոտիդները դասավորված են շղթաներով՝ ԴՆԹ-ն ունի կրկնակի պարույր, իսկ ՌՆԹ-ն՝ մեկ պարույր:
Սպիտակուցները կառուցված են քսան ամինաթթուների վրա, որտեղ դրանք, տեղակայված որոշակի հաջորդականությամբ, որոշում են դրա կենսաբանական հատկությունները:

Գենետիկ կոդի հատկությունները

Եռակիություն. Գենետիկ կոդի միավորը բաղկացած է երեք տառից, այն եռակի է։ Սա նշանակում է, որ գոյություն ունեցող քսան ամինաթթուները կոդավորված են երեք հատուկ նուկլեոտիդներով, որոնք կոչվում են կոդոններ կամ տրիլպետներ: Կան վաթսունչորս համակցություններ, որոնք կարող են ստեղծվել չորս նուկլեոտիդներից: Այս քանակությունը ավելի քան բավարար է քսան ամինաթթուների կոդավորման համար:
Այլասերվածություն. Յուրաքանչյուր ամինաթթու համապատասխանում է մեկից ավելի կոդոնի, բացառությամբ մեթիոնինի և տրիպտոֆանի:
Միանշանակություն. Մեկ կոդոնը կոդավորում է մեկ ամինաթթու: Օրինակ՝ հեմոգլոբինի բետա թիրախի մասին տեղեկություններ ունեցող առողջ մարդու գենում GAG-ի և GAA-ի եռյակը կոդավորում է A-ն բոլորի մոտ, ովքեր ունեն մանգաղ բջջային հիվանդություն, փոխվում է մեկ նուկլեոտիդ:
Կոլինայնություն. Ամինաթթուների հաջորդականությունը միշտ համապատասխանում է գենի պարունակած նուկլեոտիդների հաջորդականությանը:
Գենետիկ կոդը շարունակական է և կոմպակտ, ինչը նշանակում է, որ այն չունի կետադրական նշաններ։ Այսինքն՝ սկսած որոշակի կոդոնից, տեղի է ունենում շարունակական ընթերցում։ Օրինակ՝ AUGGGUGTSUAUAUGUG-ը կկարդա՝ AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG: Բայց ոչ AUG, UGG և այլն կամ որևէ այլ բան:
Բազմակողմանիություն. Դա նույնն է բացարձակապես բոլոր երկրային օրգանիզմների համար՝ մարդկանցից մինչև ձկներ, սնկեր և բակտերիաներ։

Աղյուսակ

Ոչ բոլոր հասանելի ամինաթթուներն են ներառված ներկայացված աղյուսակում: Հիդրօքսիպրոլին, հիդրօքսիլիզին, ֆոսֆոսերին, թիրոզինի, ցիստինի և մի քանի այլ ածանցյալներ բացակայում են, քանի որ դրանք այլ ամինաթթուների ածանցյալներ են, որոնք կոդավորված են m-RNA-ով և ձևավորվել են թարգմանության արդյունքում սպիտակուցների ձևափոխումից հետո:
Գենետիկ կոդի հատկություններից հայտնի է, որ մեկ կոդոնն ընդունակ է կոդավորել մեկ ամինաթթու։ Բացառություն է գենետիկ կոդը, որը կատարում է լրացուցիչ գործառույթներ և կոդավորում է վալինն ու մեթիոնինը։ mRNA-ն, լինելով կոդոնի սկզբում, միացնում է t-RNA-ն, որը կրում է ֆորմիլմեթիոն։ Սինթեզի ավարտից հետո այն կտրատվում է և իր հետ տանում ֆորմիլային մնացորդը՝ վերածվելով մեթիոնինի մնացորդի։ Այսպիսով, վերը նշված կոդոնները պոլիպեպտիդային շղթայի սինթեզի նախաձեռնողներն են։ Եթե ​​սկզբում չեն, ուրեմն ոչնչով չեն տարբերվում մյուսներից։

Գենետիկական տեղեկատվություն

Այս հայեցակարգը նշանակում է հատկությունների ծրագիր, որը փոխանցվել է նախնիներից: Այն ներդրված է ժառանգականության մեջ՝ որպես գենետիկ կոդ։
Գենետիկ կոդը իրականացվում է սպիտակուցի սինթեզի ժամանակ.

• սուրհանդակ ՌՆԹ;
• ռիբոսոմային rRNA.

Տեղեկությունը փոխանցվում է ուղղակի կապի (ԴՆԹ-ՌՆԹ-սպիտակուց) և հակադարձ կապի (միջին սպիտակուց-ԴՆԹ) միջոցով:
Օրգանիզմները կարող են ստանալ, պահպանել, փոխանցել այն և օգտագործել առավել արդյունավետ:
Ժառանգությամբ փոխանցված տեղեկատվությունը որոշում է որոշակի օրգանիզմի զարգացումը: Բայց շրջակա միջավայրի հետ փոխազդեցության պատճառով վերջինիս ռեակցիան աղավաղվում է, ինչի պատճառով տեղի է ունենում էվոլյուցիա և զարգացում։ Այդպիսով նոր ինֆորմացիա է ներմուծվում օրգանիզմ։

Մոլեկուլային կենսաբանության օրենքների հաշվարկը և գենետիկ կոդի հայտնաբերումը ցույց տվեցին գենետիկան Դարվինի տեսության հետ համատեղելու անհրաժեշտությունը, որի հիման վրա առաջացավ էվոլյուցիայի սինթետիկ տեսություն՝ ոչ դասական կենսաբանություն։
Դարվինի ժառանգականությունը, տատանումները և բնական ընտրությունը լրացվում են գենետիկորեն որոշված ​​ընտրությամբ: Էվոլյուցիան իրականացվում է գենետիկ մակարդակում պատահական մուտացիաների և շրջակա միջավայրին առավել հարմարեցված ամենաարժեքավոր հատկանիշների ժառանգման միջոցով:

Մարդկային ծածկագրի վերծանում

90-ականներին գործարկվեց Մարդու գենոմի նախագիծը, որի արդյունքում 2000-ականներին հայտնաբերվեցին մարդու գեների 99,99%-ը պարունակող գենոմի բեկորներ։ Բեկորները, որոնք ներգրավված չեն սպիտակուցի սինթեզում և կոդավորված չեն, մնում են անհայտ: Նրանց դերն առայժմ անհայտ է մնում։

Վերջին անգամ հայտնաբերված 2006 թվականին քրոմոսոմ 1-ն ամենաերկարն է գենոմում: Ավելի քան երեք հարյուր հիսուն հիվանդություններ, այդ թվում՝ քաղցկեղը, առաջանում են նրա խանգարումների ու մուտացիաների արդյունքում։

Նման ուսումնասիրությունների դերը դժվար թե կարելի է գերագնահատել։ Երբ նրանք հայտնաբերեցին, թե որն է գենետիկ կոդը, հայտնի դարձավ, թե ինչ օրինաչափությունների համաձայն է տեղի ունենում զարգացումը, ինչպես է ձևավորվում անհատների մորֆոլոգիական կառուցվածքը, հոգեկանը, որոշակի հիվանդությունների հակվածությունը, նյութափոխանակությունը և արատները: