در کد ژنتیکی چند کدون وجود دارد؟ ویژگی های اساسی کد ژنتیکی و اهمیت آنها اطلاعات ژنتیکی ساختار مورفولوژیکی، رشد، تکامل، متابولیسم، ساختار ذهنی، استعداد ابتلا به بیماری ها و ژنتیک را تعیین می کند.

کد ژنتیکی روشی برای رمزگذاری توالی اسیدهای آمینه در یک مولکول پروتئین با استفاده از توالی نوکلئوتیدها در یک مولکول اسید نوکلئیک است. خواص کد ژنتیکیاز ویژگی های این کد نویسی پیروی کنید.

هر اسید آمینه پروتئین با سه نوکلئوتید اسید نوکلئیک متوالی مطابقت دارد - سه قلو، یا کدون. هر نوکلئوتید می تواند حاوی یکی از چهار باز نیتروژن باشد. در RNA این است آدنین(آ)، اوراسیل(U) گوانین(G) سیتوزین(ج). با ترکیب بازهای نیتروژنی به روش های مختلف (در در این موردنوکلئوتیدهای حاوی آنها) می توانید سه قلوهای مختلف زیادی دریافت کنید: AAA، GAU، UCC، GCA، AUC و غیره. جمعترکیبات ممکن - 64، یعنی 4 3.

پروتئین موجودات زنده حاوی حدود 20 اسید آمینه است. اگر طبیعت "برنامه ریزی" می کرد که هر اسید آمینه را نه با سه، بلکه با دو نوکلئوتید رمزگذاری کند، تنوع این جفت ها کافی نخواهد بود، زیرا تنها 16 مورد از آنها وجود خواهد داشت، یعنی. 4 2 .

بدین ترتیب، ویژگی اصلی کد ژنتیکی سه گانه بودن آن است. هر اسید آمینه توسط یک سه قلو نوکلئوتید کدگذاری می شود.

از آنجایی که سه قلوهای مختلف به طور قابل توجهی نسبت به اسیدهای آمینه مورد استفاده در مولکول های بیولوژیکی وجود دارد، ویژگی زیر در طبیعت زنده محقق شده است: افزونگیکد ژنتیکی. بسیاری از اسیدهای آمینه نه با یک کدون، بلکه توسط چندین کدون شروع به کدگذاری کردند. به عنوان مثال، اسید آمینه گلیسین توسط چهار کدون مختلف رمزگذاری می شود: GGU، GGC، GGA، GGG. افزونگی نیز نامیده می شود انحطاط.

مطابقت بین اسیدهای آمینه و کدون ها در جداول نشان داده شده است. مثلاً اینها:

در رابطه با نوکلئوتیدها، کد ژنتیکی دارای ویژگی زیر است: عدم ابهام(یا اختصاصی): هر کدون فقط مربوط به یک اسید آمینه است. به عنوان مثال، کدون GGU فقط می تواند گلیسین و هیچ اسید آمینه دیگری را کد کند.

از نو. افزونگی به این معنی است که چندین سه قلو می توانند برای یک اسید آمینه کدگذاری کنند. ویژگی - هر کدون خاص می تواند تنها برای یک اسید آمینه کد کند.

هیچ علامت نگارشی خاصی در کد ژنتیکی وجود ندارد (به جز کدون های توقف که نشان دهنده پایان سنتز پلی پپتید هستند). عملکرد علائم نگارشی توسط خود سه قلوها انجام می شود - پایان یکی به این معنی است که دیگری شروع می شود. این به دو خاصیت کد ژنتیکی زیر اشاره دارد: تداومو غیر همپوشانی. تداوم به خواندن سه قلوها بلافاصله پس از هم اشاره دارد. عدم همپوشانی به این معنی است که هر نوکلئوتید می تواند تنها بخشی از یک سه گانه باشد. بنابراین اولین نوکلئوتید سه گانه بعدی همیشه بعد از نوکلئوتید سوم سه گانه قبلی می آید. یک کدون نمی تواند با نوکلئوتید دوم یا سوم کدون قبلی شروع شود. به عبارت دیگر، کد با هم همپوشانی ندارد.

کد ژنتیکی دارای خاصیت است تطبیق پذیری. برای همه موجودات روی زمین یکسان است که نشان دهنده وحدت منشأ حیات است. در این مورد استثناهای بسیار نادری وجود دارد. به عنوان مثال، برخی از سه قلوها در میتوکندری ها و کلروپلاست ها اسیدهای آمینه ای غیر از اسیدهای آمینه معمول خود را رمزگذاری می کنند. این ممکن است نشان دهد که در سپیده دم زندگی تغییرات کمی متفاوت از کد ژنتیکی وجود داشته است.

در نهایت، کد ژنتیکی دارد ایمنی سر و صدا، که نتیجه خاصیت آن به عنوان افزونگی است. جهش‌های نقطه‌ای، که گاهی در DNA رخ می‌دهند، معمولاً منجر به جایگزینی یک باز نیتروژنی با دیگری می‌شوند. این سه قلو را تغییر می دهد. به عنوان مثال، AAA بود، اما پس از جهش به AAG تبدیل شد. با این حال، چنین تغییراتی همیشه منجر به تغییر اسید آمینه در پلی پپتید سنتز شده نمی شود، زیرا هر دو سه قلو، به دلیل خاصیت افزونگی کد ژنتیکی، می توانند با یک اسید آمینه مطابقت داشته باشند. با توجه به اینکه جهش ها اغلب مضر هستند، خاصیت ایمنی در برابر صدا مفید است.

عملکردهای ژنتیکی DNAاین است که ذخیره سازی، انتقال و پیاده سازی را فراهم می کند اطلاعات ارثی، که نشان دهنده اطلاعات مربوط به ساختار اولیهپروتئین ها (یعنی ترکیب اسید آمینه آنها). ارتباط بین DNA و سنتز پروتئین توسط بیوشیمی‌دان‌های J. Beadle و E. Tatum در سال 1944 هنگام مطالعه مکانیسم جهش در قالب Neurospora پیش‌بینی شد. اطلاعات به عنوان یک توالی خاص از بازهای نیتروژنی در یک مولکول DNA با استفاده از یک کد ژنتیکی ثبت می شود. رمزگشایی کد ژنتیکی یکی از اکتشافات بزرگ علوم طبیعی قرن بیستم محسوب می شود. و از نظر اهمیت مساوی با کشف است انرژی هسته ایدر فیزیک موفقیت در این زمینه با نام دانشمند آمریکایی M. Nirenberg مرتبط است که اولین کدون YYY در آزمایشگاه او رمزگشایی شد. با این حال، بسیاری از دانشمندان مشهور، کل فرآیند رمزگشایی بیش از 10 سال طول کشید کشورهای مختلفو نه تنها زیست شناسان، بلکه فیزیکدانان، ریاضیدانان و سایبرنتیک نیز هستند. سهم تعیین کننده ای در توسعه مکانیسم ثبت اطلاعات ژنتیکی توسط G. Gamow انجام شد که اولین کسی بود که پیشنهاد کرد یک کدون از سه نوکلئوتید تشکیل شده است. با تلاش مشترک دانشمندان داده شد مشخصات کاملکد ژنتیکی.

حروف در دایره داخلی پایه در موقعیت اول کدون هستند، حروف در دایره دوم هستند.
پایه ها در موقعیت 2 و حروف خارج از دایره دوم پایه ها در موقعیت 3 قرار دارند.
در دایره آخر نام اختصاری اسیدهای آمینه قرار دارد. NP - غیر قطبی،
P - باقی مانده های اسید آمینه قطبی.

ویژگی های اصلی کد ژنتیکی عبارتند از: سه گانه, انحطاطو غیر همپوشانی. سه گانه به این معنی است که یک توالی از سه پایه گنجاندن یک اسید آمینه خاص در یک مولکول پروتئین (به عنوان مثال، AUG - متیونین) را تعیین می کند. انحطاط کد این است که همان اسید آمینه می تواند توسط دو یا چند کدون رمزگذاری شود. عدم همپوشانی به این معنی است که یک پایه نمی تواند در دو کدون مجاور ظاهر شود.

مشخص شده است که کد است جهانی، یعنی اصل ثبت اطلاعات ژنتیکی در همه موجودات یکسان است.

سه قلوهایی که همان اسید آمینه را رمزگذاری می کنند، کدون مترادف نامیده می شوند. معمولا دارند زمینه های یکساندر موقعیت های 1 و 2 قرار دارند و فقط در پایه سوم تفاوت دارند. به عنوان مثال، گنجاندن اسید آمینه آلانین در یک مولکول پروتئین توسط کدون های مترادف در مولکول RNA رمزگذاری می شود - GCA، GCC، GCG، GCY. کد ژنتیکی شامل سه سه گانه غیر کد کننده (کدون های بی معنی - UAG، UGA، UAA) است که نقش سیگنال های توقف را در فرآیند خواندن اطلاعات بازی می کنند.

ثابت شده است که جهانی بودن کد ژنتیکی مطلق نیست. با حفظ اصل کدگذاری مشترک برای همه موجودات و ویژگی های کد، در تعدادی از موارد تغییر مشاهده می شود. بار معناییشخصی کلمات رمزی. این پدیده را ابهام کد ژنتیکی و خود رمز نامیدند شبه جهانی.

مقالات دیگر را نیز بخوانید مبحث 6 "مبنای مولکولی وراثت":

به خواندن سایر موضوعات کتاب ادامه دهید "ژنتیک و انتخاب. نظریه. تکالیف. پاسخ".

کد ژنتیکی(یونانی، geneticos مربوط به منشاء؛ syn.: کد، کد بیولوژیکی، کد اسید آمینه، کد پروتئین، کد اسید نوکلئیک ) - سیستمی برای ثبت اطلاعات ارثی در مولکول ها اسیدهای نوکلئیکحیوانات، گیاهان، باکتری ها و ویروس ها با توالی نوکلئوتیدی متناوب.

اطلاعات ژنتیکی (شکل) از سلولی به سلول دیگر، از نسلی به نسل دیگر، به استثنای ویروس‌های حاوی RNA، از طریق تکثیر مولکول‌های DNA منتقل می‌شود (به تکرار مراجعه کنید). اجرای اطلاعات ارثی DNA در طول زندگی یک سلول از طریق 3 نوع RNA انجام می شود: اطلاعاتی (mRNA یا mRNA)، ریبوزومی (rRNA) و حمل و نقل (tRNA)، که با استفاده از آنزیم RNA پلیمراز روی DNA به عنوان یک ترکیب سنتز می شوند. ماتریس در این مورد، توالی نوکلئوتیدها در یک مولکول DNA به طور منحصر به فرد توالی نوکلئوتیدها را در هر سه نوع RNA تعیین می کند (به رونویسی مراجعه کنید). اطلاعات ژن (نگاه کنید به) رمزگذاری مولکول پروتئین، تنها حامل mRNA است. محصول نهایی اجرای اطلاعات ارثی، سنتز مولکول های پروتئین است که ویژگی آن توسط توالی اسیدهای آمینه موجود در آنها تعیین می شود (به ترجمه مراجعه کنید).

از آنجایی که DNA یا RNA حاوی تنها 4 باز نیتروژنی مختلف است [در DNA - آدنین (A)، تیمین (T)، گوانین (G)، سیتوزین (C). در RNA - آدنین (A)، اوراسیل (U)، سیتوزین (C)، گوانین (G)]، که توالی آن توالی 20 اسید آمینه را در پروتئین تعیین می کند، مشکل GK به وجود می آید، یعنی مشکل ترجمه یک الفبای 4 حرفی از اسیدهای نوکلئیک به یک الفبای 20 حرفی از پلی پپتیدها.

ایده اولین بار سنتز ماتریسمولکول های پروتئینی با پیش بینی صحیح خواص یک ماتریس فرضی توسط N.K Koltsov در سال 1928 فرموله شد. در سال 1948، E. Chargaff نشان داد که در تمام مولکول های DNA یک برابری کمی از نوکلئوتیدهای مربوطه (A-T، G-C) وجود دارد. در سال 1953، F. Crick، J. Watson و M. H. F. Wilkins، بر اساس این قانون و داده های حاصل از تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس (نگاه کنید به) به این نتیجه رسیدند که مولکول های DNA هستند. مارپیچ دوتایی، متشکل از دو رشته پلی نوکلئوتیدی متصل به یکدیگر پیوند های هیدروژنی. علاوه بر این، تنها T می‌تواند در برابر A یک زنجیره در زنجیره دوم باشد، و تنها C می‌تواند در برابر G باشد. دومین نتیجه مهمی که از این مدل به دست می آید این است که مولکول DNA قادر به بازتولید خود است.

در سال 1954، G. Gamow مسئله معادلات هندسی را در آن فرموله کرد فرم مدرن. در سال 1957، F. Crick فرضیه آداپتور را بیان کرد، و پیشنهاد کرد که اسیدهای آمینه با اسید نوکلئیک نه به طور مستقیم، بلکه از طریق واسطه ها (که اکنون به عنوان tRNA شناخته می شود) برهم کنش می کنند. در سال های آینده پس از این، همه پیوندهای اساسی طرح کلیانتقال اطلاعات ژنتیکی، در ابتدا فرضی، به صورت تجربی تایید شد. در سال 1957، mRNA ها کشف شدند [A. S. Spirin، A. N. Belozersky و همکاران. فولکین و آستراچان (E. Volkin، L. Astrachan)] و tRNA [هوگلند (M.V. Hoagland)]؛ در سال 1960، DNA خارج از سلول با استفاده از ماکرومولکول های DNA موجود به عنوان یک ماتریس (A. Kornberg) سنتز شد و سنتز RNA وابسته به DNA کشف شد [S. Weiss et al.]. در سال 1961، یک سیستم عاری از سلول ایجاد شد که در آن مواد پروتئین مانند در حضور RNA طبیعی یا پلی ریبونوکلئوتیدهای مصنوعی سنتز شدند [M. نیرنبرگ و ماتایی (J. H. Matthaei)]. مشکل شناخت کد شامل مطالعه خصوصیات کلی کد و در واقع رمزگشایی آن بود، یعنی یافتن اینکه کدام ترکیبات نوکلئوتیدها (کدون ها) اسیدهای آمینه خاصی را رمزگذاری می کنند.

خصوصیات کلی کد مستقل از رمزگشایی آن و عمدتاً قبل از آن با تجزیه و تحلیل الگوهای مولکولی تشکیل جهش ها روشن شد (F. Krick et al., 1961; N.V. Luchnik, 1963). آنها به موارد زیر خلاصه می شوند:

1. رمز جهانی است، یعنی حداقل اساساً برای همه موجودات زنده یکسان است.

2. کد سه گانه است، یعنی هر اسید آمینه توسط یک سه قلو نوکلئوتید کدگذاری می شود.

3. کد غیر همپوشانی است، یعنی یک نوکلئوتید داده شده نمی تواند بخشی از بیش از یک کدون باشد.

4. کد انحطاط است، یعنی یک اسید آمینه می تواند توسط چندین سه قلو رمزگذاری شود.

5. اطلاعات مربوط به ساختار اولیه پروتئین از mRNA به صورت متوالی خوانده می شود و از یک نقطه ثابت شروع می شود.

6. بیشتر سه قلوهای احتمالی «حس» دارند، یعنی اسیدهای آمینه را کد می کنند.

7. از سه "حروف" یک کدون، تنها دو حرف (اجباری) معنای غالب دارند، در حالی که حرف سوم (اختیاری) به طور قابل توجهی حاوی اطلاعات کمتری است.

رمزگشایی مستقیم کد شامل مقایسه توالی نوکلئوتیدی در ژن ساختاری (یا mRNA سنتز شده روی آن) با توالی اسید آمینه در پروتئین مربوطه است. با این حال، چنین مسیری هنوز از نظر فنی امکان پذیر نیست. دو روش دیگر مورد استفاده قرار گرفت: سنتز پروتئین در یک سیستم بدون سلول با استفاده از پلی ریبونوکلئوتیدهای مصنوعی با ترکیب شناخته شده به عنوان ماتریس و تجزیه و تحلیل الگوهای مولکولی تشکیل جهش (نگاه کنید به). اولی آورد نتایج مثبتقبلا و از نظر تاریخی نقش زیادی در رمزگشایی G.K.

در سال 1961، M. Nirenberg و Mattei از یک همو پلیمر به عنوان ماتریس - پلی اوریدیل اسید مصنوعی (یعنی RNA مصنوعی از ترکیب UUUU...) استفاده کردند و پلی فنیل آلانین را به دست آوردند. از این نتیجه حاصل شد که کدون فنیل آلانین از چندین U تشکیل شده است، یعنی در مورد یک کد سه گانه، به عنوان UUU رمزگشایی می شود. بعداً همراه با هموپلیمرها از پلی ریبونوکلئوتیدهای متشکل از نوکلئوتیدهای مختلف استفاده شد. در عین حال، فقط ترکیب پلیمرها مشخص بود، محل نوکلئوتیدها در آنها آماری بود، بنابراین تجزیه و تحلیل نتایج آماری بود و نتیجه گیری غیرمستقیم داد. به سرعت یافتن حداقل یک سه قلو برای هر 20 اسید آمینه ممکن شد. مشخص شد که وجود حلال‌های آلی، تغییرات pH یا دما، برخی کاتیون‌ها و به‌ویژه آنتی‌بیوتیک‌ها کد را مبهم می‌کنند: همان کدون‌ها شروع به تحریک آمینو اسیدهای دیگر می‌کنند، در برخی موارد یک کدون شروع به رمزگذاری تا چهار اسید آمینه می‌کند. اسیدهای آمینه مختلف. استرپتومایسین بر خواندن اطلاعات هم در سیستم‌های بدون سلول و هم در داخل بدن تأثیر می‌گذارد و تنها روی سویه‌های باکتریایی حساس به استرپتومایسین مؤثر بود. در سویه‌های وابسته به استرپتومایسین، خواندن کدون‌هایی را که در نتیجه جهش تغییر کرده بودند، «اصلاح» کرد. نتایج مشابه دلیلی برای تردید در صحت رمزگشایی G. با استفاده از یک سیستم بدون سلول ایجاد کرد. تایید، در درجه اول توسط داده های in vivo مورد نیاز بود.

داده های اصلی G.c در داخل بدن از تجزیه و تحلیل به دست آمد ترکیب اسید آمینهپروتئین‌های موجود در ارگانیسم‌های تحت درمان با جهش‌زاها (نگاه کنید به) با مکانیسم اثر شناخته شده، به عنوان مثال، نیتروژن، که باعث جایگزینی C با U و A با G در مولکول DNA می‌شود. اطلاعات مفیدهمچنین تجزیه و تحلیل جهش های ناشی از جهش زاهای غیر اختصاصی، مقایسه تفاوت در ساختار اولیه پروتئین های مرتبط در انواع متفاوت، همبستگی بین ترکیب DNA و پروتئین ها و غیره

رمزگشایی G. به بر اساس داده های in vivo و in vitro نتایج تطبیق داد. بعداً، سه روش دیگر برای رمزگشایی کد در سیستم‌های بدون سلول توسعه یافت: اتصال aminoacyl-tRNA (یعنی tRNA با یک اسید آمینه فعال متصل) با سه نوکلئوتید با ترکیب شناخته شده (M. Nirenberg و همکاران، 1965)، اتصال. آمینواسیل-tRNA با پلی نوکلئوتیدها که با یک سه گانه خاص شروع می شوند (Mattei et al., 1966)، و استفاده از پلیمرها به عنوان mRNA، که در آن نه تنها ترکیب، بلکه ترتیب نوکلئوتیدها نیز مشخص است (X. Korana et al. ، 1965). هر سه روش مکمل یکدیگر هستند و نتایج مطابق با داده های به دست آمده در آزمایش های in vivo است.

در دهه 70 قرن 20 روش هایی برای تأیید ویژه نتایج رمزگشایی G.k ظاهر شده است. مشخص شده است که جهش هایی که تحت تأثیر پروفلاوین رخ می دهد شامل از دست دادن یا وارد کردن نوکلئوتیدهای منفرد است که منجر به تغییر در چارچوب خواندن می شود. در فاژ T4، تعدادی جهش توسط پروفلاوین ایجاد شد که در آن ترکیب لیزوزیم تغییر کرد. این ترکیب با آن کدون هایی که باید از تغییر قاب حاصل می شد، تجزیه و تحلیل و مقایسه شد. نتیجه انطباق کامل بود. علاوه بر این، این روش این امکان را فراهم می کند که مشخص شود کدام سه قلوهای کد منحط هر یک از اسیدهای آمینه را رمزگذاری می کنند. در سال 1970، J. M. Adams و همکارانش موفق شدند تا حدی G.c را با یک روش مستقیم رمزگشایی کنند: در فاژ R17، توالی بازها در یک قطعه 57 نوکلئوتیدی تعیین شد و با توالی اسید آمینه پروتئین پوشش آن مقایسه شد. . نتایج به طور کامل با نتایج به دست آمده با روش های کمتر مستقیم سازگار بود. بنابراین، کد به طور کامل و به درستی رمزگشایی شده است.

نتایج رمزگشایی در یک جدول خلاصه شده است. این نشان دهنده ترکیب کدون ها و RNA است. ترکیب آنتی کدون های tRNA مکمل کدون های mRNA است، یعنی به جای U حاوی A، به جای A - U، به جای C - G و به جای G - C هستند و با کدون ها مطابقت دارد. ژن ساختاری(رشته DNA که اطلاعات از آن خوانده می شود) تنها با این تفاوت که اوراسیل جای تیمین را می گیرد. از 64 سه قلویی که می توانند با ترکیبی از 4 نوکلئوتید تشکیل شوند، 61 مورد دارای "حس" هستند، یعنی اسیدهای آمینه را رمزگذاری می کنند و 3 مورد "بی معنی" (بدون معنی) هستند. رابطه نسبتاً واضحی بین ترکیب سه‌قلوها و معنای آنها وجود دارد که در هنگام تجزیه و تحلیل ویژگی‌های کلی کد کشف شد. در برخی موارد، سه قلوهایی که یک اسید آمینه خاص را رمزگذاری می کنند (به عنوان مثال، پرولین، آلانین) با این واقعیت مشخص می شوند که دو نوکلئوتید اول (اجباری) یکسان هستند و سومین (اختیاری) می تواند هر چیزی باشد. در موارد دیگر (هنگام کدگذاری، به عنوان مثال، آسپاراژین، گلوتامین)، دو سه گانه مشابه معنی یکسانی دارند، که در آن دو نوکلئوتید اول بر هم منطبق هستند و در جای سوم هر پورین یا هر پیریمیدین وجود دارد.

کدون های مزخرف، 2 تای آنها دارای نام های ویژه ای هستند که مربوط به تعیین جهش یافته های فاژ است (UAA-ochre، UAG-amber، UGA-opal)، اگرچه هیچ اسید آمینه ای را رمزگذاری نمی کنند، اما دارای پراهمیتهنگام خواندن اطلاعات با رمزگذاری انتهای یک زنجیره پلی پپتیدی.

خواندن اطلاعات در جهت از 5 1 -> 3 1 - تا انتهای زنجیره نوکلئوتیدی انجام می شود (به اسیدهای دئوکسی ریبونوکلئیک مراجعه کنید). در این حالت، سنتز پروتئین از یک اسید آمینه با یک گروه آمینه آزاد به یک اسید آمینه با یک گروه کربوکسیل آزاد تبدیل می شود. آغاز سنتز توسط سه قلوهای AUG و GUG رمزگذاری می شود که در این مورد شامل یک آمینواسیل-tRNA شروع خاص، یعنی N-formylmethionyl-tRNA است. همین سه قلوها وقتی در زنجیره قرار می گیرند، به ترتیب متیونین و والین را رمزگذاری می کنند. ابهام با این واقعیت برطرف می شود که شروع خواندن قبل از بیهودگی است. شواهدی وجود دارد که مرز بین نواحی mRNA که پروتئین های مختلف را کد می کند از بیش از دو سه قلو تشکیل شده است و اینکه ساختار ثانویه RNA این موضوع در دست تحقیق است اگر یک کدون بی معنی در یک ژن ساختاری رخ دهد، پروتئین مربوطه فقط تا محل این کدون ساخته می شود.

کشف و رمزگشایی کد ژنتیکی یک دستاورد برجسته است زیست شناسی مولکولی- بر تمام علوم زیستی تأثیر گذاشت و در برخی موارد پایه و اساس توسعه بخشهای بزرگ ویژه را گذاشت (به ژنتیک مولکولی مراجعه کنید). تأثیر کشف جی و تحقیقات مربوط به آن با تأثیری که نظریه داروین بر علوم زیستی داشت مقایسه می شود.

جهانی بودن G.c گواه مستقیم جهانی بودن مکانیسم های مولکولی اساسی زندگی در همه نمایندگان است دنیای ارگانیک. در این میان، تفاوت های بزرگ در عملکرد دستگاه ژنتیکی و ساختار آن در هنگام گذار از پروکاریوت ها به یوکاریوت ها و از موجودات تک سلولی به چند سلولی احتمالاً با تفاوت های مولکولی مرتبط است که مطالعه آنها یکی از وظایف آینده است. از آنجایی که G.K فقط یک موضوع است سالهای اخیراهمیت نتایج به‌دست‌آمده برای طب عملی فقط ماهیت غیرمستقیم دارد و در حال حاضر به درک ماهیت بیماری‌ها، مکانیسم اثر عوامل بیماری‌زا و مواد دارویی. با این حال، کشف چنین پدیده هایی مانند تبدیل (نگاه کنید)، انتقال (نگاه کنید)، سرکوب (نگاه کنید)، نشان دهنده امکان اساسی اصلاح اطلاعات ارثی تغییر یافته از نظر آسیب شناختی یا اصلاح آن - به اصطلاح است. مهندسی ژنتیک (نگاه کنید به).

جدول. کد ژنتیکی

* انتهای زنجیره را رمزگذاری می کند.

** شروع زنجیره را نیز رمزگذاری می کند.

کتابشناسی - فهرست کتب: Ichas M. کد بیولوژیکی، ترجمه. از انگلیسی، م.، 1971; کماندار N.B. بیوفیزیک ضایعات سیتوژنتیک و کد ژنتیکی، L.، 1968; ژنتیک مولکولی، ترانس. از انگلیسی، ویرایش. A. N. Belozersky, part 1, M., 1964; اسیدهای نوکلئیک، ترانس. از انگلیسی، ویرایش. A. N. Belozersky، M.، 1965; Watson J.D. بیولوژی مولکولی ژن، ترانس. از انگلیسی، م.، 1967; ژنتیک فیزیولوژیکی، ویرایش. M. E. Lobasheva S. G., Inge-Vechtomova, L., 1976, bibliogr. Desoxyribonuc-leins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v„ E. Geissler, B., 1972; کد ژنتیکی Gold Spr. هارب علائم مقدار Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. کد ژنتیکی، N. Y. a. o.، 1967.

کد ژنتیکی، سیستمی برای ثبت اطلاعات ارثی به شکل دنباله ای از بازهای نوکلئوتیدی در مولکول های DNA (در برخی ویروس ها - RNA)، که ساختار اولیه (محل باقی مانده اسیدهای آمینه) را در مولکول های پروتئین (پلی پپتیدی) تعیین می کند. مشکل کد ژنتیکی پس از اثبات نقش ژنتیکی DNA (میکروب شناسان آمریکایی O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) و رمزگشایی ساختار آن (J. Watson, F. Crick, 1953) فرموله شد. که ژن ها ساختار و عملکرد آنزیم ها را تعیین می کنند (اصل "یک ژن - یک آنزیم" توسط J. Beadle و E. Tatem، 1941) و اینکه یک وابستگی وجود دارد. ساختار فضاییو فعالیت پروتئین از ساختار اولیه آن (F. Sanger, 1955). این سوال که چگونه ترکیبی از 4 باز اسید نوکلئیک تناوب 20 باقی مانده اسید آمینه رایج در پلی پپتیدها را تعیین می کند اولین بار توسط G. Gamow در سال 1954 مطرح شد.

بر اساس آزمایشی که در آن فعل و انفعالات درج و حذف یک جفت نوکلئوتید را در یکی از ژن های باکتریوفاژ T4 مطالعه کردند، F. Crick و دانشمندان دیگر در سال 1961 تعیین کردند. خواص عمومیکد ژنتیکی: سه گانه، یعنی هر باقی مانده اسید آمینه در زنجیره پلی پپتیدی مربوط به مجموعه ای از سه باز (سه گانه یا کدون) در DNA ژن است. کدون های درون یک ژن از یک نقطه ثابت، در یک جهت و "بدون کاما" خوانده می شوند، یعنی کدون ها با هیچ علامتی از یکدیگر جدا نمی شوند. انحطاط، یا افزونگی - همان باقی مانده اسید آمینه را می توان توسط چندین کدون (کدون های مترادف) کدگذاری کرد. نویسندگان فرض کردند که کدون ها همپوشانی ندارند (هر پایه فقط به یک کدون تعلق دارد). مطالعه مستقیم ظرفیت کدگذاری سه قلوها با استفاده از یک سیستم سنتز پروتئین بدون سلول تحت کنترل RNA پیام رسان مصنوعی (mRNA) ادامه یافت. تا سال 1965، کد ژنتیکی در آثار S. Ochoa، M. Nirenberg و H. G. Korana به طور کامل رمزگشایی شد. کشف اسرار کد ژنتیکی یکی از دستاوردهای برجسته زیست شناسی در قرن بیستم بود.

پیاده سازی کد ژنتیکی در یک سلول طی دو فرآیند ماتریس - رونویسی و ترجمه اتفاق می افتد. واسطه بین ژن و پروتئین mRNA است که در هنگام رونویسی روی یکی از رشته های DNA تشکیل می شود. در این مورد، توالی بازهای DNA، که حامل اطلاعاتی در مورد ساختار اولیه پروتئین است، به شکل دنباله ای از بازهای mRNA "بازنویسی" می شود. سپس در حین ترجمه روی ریبوزوم ها، توالی نوکلئوتیدی mRNA توسط RNA های انتقالی (tRNA) خوانده می شود. دومی دارای یک انتهای پذیرنده است که یک پسماند اسید آمینه به آن متصل است و یک انتهای آداپتور یا سه گانه آنتی کدون که کدون mRNA مربوطه را تشخیص می دهد. برهمکنش یک کدون و یک آنتی کدون بر اساس جفت شدن پایه های مکمل اتفاق می افتد: آدنین (A) - اوراسیل (U)، گوانین (G) - سیتوزین (C). در این مورد، توالی پایه mRNA به دنباله اسید آمینه پروتئین سنتز شده ترجمه می شود. موجودات مختلفاز کدون های مترادف مختلف برای یک اسید آمینه استفاده کنید فرکانس های مختلف. خواندن mRNA کد کننده زنجیره پلی پپتیدی با کدون AUG مربوط به اسید آمینه متیونین شروع می شود (شروع می شود). کمتر رایج است، در پروکاریوت ها، کدون های آغازین عبارتند از GUG (والین)، UUG (لوسین)، AUU (ایزولوسین)، و در یوکاریوت ها - UUG (لوسین)، AUA (ایزولوسین)، ACG (ترئونین)، CUG (لوسین). این به اصطلاح چارچوب یا فاز خواندن را در حین ترجمه تنظیم می کند، به این معنی که کل توالی نوکلئوتیدی mRNA سه تایی از tRNA خوانده می شود تا زمانی که هر یک از سه کدون پایان دهنده، که اغلب کدون های توقف نامیده می شوند، رویارویی شوند. mRNA: UAA، UAG، UGA (جدول). خواندن این سه قلوها منجر به تکمیل سنتز زنجیره پلی پپتیدی می شود.

کدون های AUG و stop به ترتیب در ابتدا و انتهای نواحی mRNA که پلی پپتیدها را کد می کنند ظاهر می شوند.

کد ژنتیکی شبه جهانی است. این بدان معنی است که تفاوت های جزئی در معنای برخی از کدون ها بین اشیا وجود دارد و این در درجه اول در مورد کدون های پایان دهنده صدق می کند که می تواند قابل توجه باشد. به عنوان مثال، در میتوکندری برخی یوکاریوت ها و مایکوپلاسماها، UGA تریپتوفان را رمزگذاری می کند. علاوه بر این، در برخی از mRNA های باکتری ها و یوکاریوت ها، UGA یک اسید آمینه غیرمعمول - سلنوسیستئین، و UAG را در یکی از آرکی باکتری ها - پیرولیزین رمزگذاری می کند.

دیدگاهی وجود دارد که براساس آن کد ژنتیکی به طور تصادفی بوجود آمده است (فرضیه "شانس منجمد"). به احتمال زیاد تکامل یافته است. این فرض با وجود یک ساده تر و ظاهراً بیشتر تأیید می شود نسخه باستانیکدی که در میتوکندری طبق قانون «دو از سه» خوانده می‌شود، زمانی که یک اسید آمینه تنها توسط دو مورد از سه پایه در یک سه‌گانه تعیین می‌شود.

متن: Crick F. N. a. O. ماهیت کلی کد ژنتیکی پروتئین ها // طبیعت. 1961. جلد. 192; کد ژنتیکی N.Y., 1966; کد بیولوژیکی Ichas M. م.، 1971; Inge-Vechtomov S.G. نحوه خواندن کد ژنتیکی: قوانین و استثنائات // علوم طبیعی مدرن. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. کد ژنتیکی به عنوان یک سیستم // مجله آموزشی سوروس. 2000. T. 6. شماره 3.

S. G. Inge-Vechtomov.

کد ژنتیکی، روشی برای ثبت اطلاعات ارثی در مولکول های اسید نوکلئیک به شکل دنباله ای از نوکلئوتیدهای تشکیل دهنده این اسیدها. توالی خاصی از نوکلئوتیدها در DNA و RNA مربوط به توالی خاصی از اسیدهای آمینه در زنجیره های پلی پپتیدی پروتئین ها است. کد معمولا با استفاده از نوشته می شود حروف بزرگروسی یا الفبای لاتین. هر نوکلئوتید با حرفی که نام پایه نیتروژنی موجود در مولکول آن شروع می شود مشخص می شود: A (A) - آدنین، G (G) - گوانین، C (C) - سیتوزین، T (T) - تیمین. در RNA، به جای تیمین، اوراسیل U (U) است. هر کدام توسط ترکیبی از سه نوکلئوتید - یک سه گانه یا کدون کدگذاری می شوند. به طور خلاصه مسیر انتقال اطلاعات ژنتیکی در اصطلاح خلاصه می شود. جزم اصلی زیست شناسی مولکولی: پروتئین DNA ` RNA f.

که در موارد خاصاطلاعات را می توان از RNA به DNA منتقل کرد، اما هرگز از پروتئین ها به ژن ها منتقل نمی شود.

پیاده سازی اطلاعات ژنتیکی در دو مرحله انجام می شود. که در هسته سلولیاطلاعات، یا ماتریس، RNA (رونویسی) بر روی DNA سنتز می شود. در این مورد، توالی نوکلئوتیدی DNA در توالی نوکلئوتیدی mRNA "بازنویسی" (بازنویسی) می شود. سپس mRNA به داخل سیتوپلاسم می رود، به ریبوزوم می چسبد و روی آن، مانند یک ماتریکس، زنجیره پلی پپتیدی پروتئین سنتز می شود (ترجمه). اسیدهای آمینه با استفاده از RNA انتقالی در توالی تعیین شده با ترتیب نوکلئوتیدها در mRNA به زنجیره در حال ساخت متصل می شوند.

از چهار "حرف" می توانید 64 "کلمه" سه حرفی مختلف (کدون) بسازید. از 64 کدون، 61 کدون آمینو اسیدهای خاص را رمزگذاری می کنند و سه کدون وظیفه تکمیل سنتز زنجیره پلی پپتیدی را بر عهده دارند. از آنجایی که در هر 20 اسید آمینه 61 کدون وجود دارد که پروتئین ها را تشکیل می دهند، برخی از اسیدهای آمینه توسط بیش از یک کدون کدگذاری می شوند (به اصطلاح دژنراسیون کد). این افزونگی قابلیت اطمینان کد و کل مکانیسم بیوسنتز پروتئین را افزایش می دهد. یکی دیگر از ویژگی های کد، اختصاصی بودن آن (بی ابهام) آن است: یک کدون تنها یک اسید آمینه را کد می کند.

علاوه بر این، کد با هم همپوشانی ندارد - اطلاعات در یک جهت به صورت متوالی، سه تایی به سه گانه خوانده می شود. شگفت‌انگیزترین ویژگی کد جهانی بودن آن است: در همه موجودات زنده - از باکتری گرفته تا انسان (به استثنای کد ژنتیکی میتوکندری) یکسان است. دانشمندان این را تاییدی بر این مفهوم می‌دانند که همه موجودات از یک نیای مشترک منشأ می‌گیرند.

رمزگشایی کد ژنتیکی، یعنی تعیین "معنا" هر کدون و قوانینی که اطلاعات توسط آن خوانده می شود، در سال های 1961-1965 انجام شد. و یکی از برجسته ترین دستاوردهای زیست شناسی مولکولی به حساب می آید.