Суть биологического кода
Для того чтобы в клетке шел синтез полипептидной цепи, необходима четкая инструкция. Генетический (биологический) код выступает в роли такой инструкции. По сути, это способ перевода «языка» нуклеиновых кислот (последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК) на «язык» белков (последовательность аминокислот). Без этого механизма был бы невозможен точный синтез структурных и функциональных молекул в живых системах.
Основные свойства генетического кода
Биохимики выделяют семь фундаментальных свойств, которые описывают правила чтения генетической информации:
- Триплетность. Кодовое число равно трем. Это означает, что наименьшая единица кода — это триплет (или кодон), который состоит ровно из трех нуклеотидных остатков. Именно одна такая тройка кодирует одну аминокислоту.
- Специфичность. Правило однозначности: каждый конкретный триплет способен закодировать только одну аминокислоту, без исключений.
- Вырожденность (избыточность). При этом действует и обратное правило: одну и ту же аминокислоту могут кодировать несколько разных триплетов. Обычно их количество варьирует от 2 до 6. Это создает важный резерв для защиты от ошибок.
- Универсальность. Биологический код одинаков (един) почти у всех существующих видов организмов. Эти правила работают одинаково как для бактерий, так и для клеток человека.
Правила чтения и терминации синтеза
Процесс реализации генетической информации подчиняется строгим правилам направления и остановки:
- Наличие терминирующих кодонов. Существуют особые триплеты, которые служат сигналом к прекращению синтеза белка. Это так называемые стоп-кодоны: UAA, UAG, UGA. Главная их особенность в том, что они вообще не кодируют никаких аминокислот, а только останавливают процесс.
- Однонаправленность. Считывание информации (последовательности кодонов) в зрелой матричной РНК (мРНК) происходит строго в одном направлении: от 5'-конца к 3'-концу.
- Коллинеарность. Это свойство линейного соответствия. Оно означает, что последовательность кодонов в молекуле зрелой мРНК абсолютно точно соответствует последовательности аминокислот в итоговом синтезированном белке.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие аминокислоты кодируются только одним кодоном (исключения из свойства вырожденности)?
Только метионин и триптофан кодируются одним единственным кодоном, что является исключением из свойства вырожденности (избыточности) генетического кода.
Вырожденность подразумевает, что одной аминокислоте может соответствовать более одного триплета. Большинство аминокислот кодируются несколькими кодонами:
- Лейцин — кодируется 6 кодонами.
- Серин — кодируется 6 кодонами.
- Глицин — кодируется 4 кодонами.
- Аланин — кодируется 4 кодонами.
Если аминокислота кодируется несколькими кодонами, они в большинстве случаев различаются по третьей букве.
Какие существуют исключения из свойства универсальности генетического кода?
Исключениями из свойства универсальности генетического кода являются ДНК митохондрий и некоторые другие случаи.
Свойство универсальности означает, что генетический код одинаков почти у всех видов организмов. Для митохондриальной ДНК указаны незначительные отличия.
В чем суть свойства неперекрываемости генетического кода?
Суть свойства неперекрываемости заключается в том, что кодоны в иРНК считываются последовательно друг за другом.
Один нуклеотид не может одновременно входить в состав двух соседних кодонов (триплетов). Считывание идёт триплет за триплетом; каждый нуклеотид входит только в один триплет.
Что такое стартовый (инициирующий) кодон и какую аминокислоту он кодирует?
Стартовый (инициирующий) кодон — это триплет АУГ (AUG), который кодирует аминокислоту метионин и находится в начале гена, запуская процесс трансляции.
Этот кодон попадает в пептидильный центр (П-центр) рибосомы, куда инициаторная тРНК приносит метионин. Если триплеты АУГ обнаруживаются в пределах гена (в его середине) и в других местах, они просто кодируют метионин и не относятся к стартовым кодонам. У прокариот стартовой аминокислотой служит N-формилметионин.
Сколько всего существует возможных триплетов (кодонов) и сколько из них являются смысловыми?
Всего существует 64 возможных варианта сочетаний трех нуклеотидов (кодонов).
Из них 61 кодон является смысловым (кодирующим), что означает, что они способны кодировать 20 протеиногенных аминокислот. Оставшиеся 3 кодона (УАА, УАГ, УГА у иРНК или АТТ, АЦТ, АТЦ у ДНК) являются некодирующими нонсенс-триплетами. Это терминирующие кодоны (стоп-кодоны), которые не кодируют аминокислоты, а выступают как знаки препинания и служат сигналом к прекращению синтеза белка.
Свойства генетического кода можно запомнить по первым буквам: Т (триплетность), С (специфичность), В (вырожденность), У (универсальность), О (однонаправленность), К (коллинеарность).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем разница между специфичностью и вырожденностью кода?
Специфичность означает, что один триплет кодирует строго одну аминокислоту. Вырожденность же означает, что одну аминокислоту могут кодировать сразу несколько разных триплетов (от 2 до 6).
Что такое стоп-кодоны и какие они бывают?
Это терминирующие триплеты, означающие конец синтеза белка. Они не кодируют аминокислот. К ним относятся UAA, UAG и UGA.
В каком направлении считывается генетический код?
Считывание информации (кодонов) в зрелой мРНК происходит только в одном направлении — от 5'-конца к 3'-концу.
Что означает термин «коллинеарность»?
Коллинеарность — это правило, согласно которому последовательность триплетов в гене (и зрелой мРНК) полностью соответствует последовательности аминокислот в белке.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм транскрипции
- Синтез полипептидной цепи
- Механизм репликации ДНК
- Кодоны-синонимы
- Антикодоны и их функции
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Генетический код» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.