- еден системзапишување на наследни информации во молекулите на нуклеинската киселина во форма на низа нуклеотиди. Генетскиот код се заснова на употреба на азбука која се состои од само четири букви-нуклеотиди, кои се разликуваат по азотни бази: A, T, G, C.
Главните својства на генетскиот код се како што следува:
1. Генетскиот код е тројно. Тројка (кодон) е низа од три нуклеотиди кои кодираат една амино киселина. Бидејќи протеините содржат 20 амино киселини, очигледно е дека секоја од нив не може да биде кодирана од еден нуклеотид (бидејќи во ДНК има само четири типа на нуклеотиди, во овој случај 16 амино киселини остануваат некодирани). Два нуклеотиди исто така не се доволни за кодирање на амино киселини, бидејќи во овој случај може да се кодираат само 16 амино киселини. Средства, најмал бројбројот на нуклеотиди кои кодираат една амино киселина е еднаков на три. (Во овој случај, бројот на можни нуклеотидни тројки е 4 3 = 64).
2. Редундантност (дегенерација) на кодот е последица на неговата тројна природа и значи дека една аминокиселина може да биде кодирана од неколку тројки (бидејќи има 20 амино киселини и 64 тројки). Исклучок се метионин и триптофан, кои се кодирани од само една тројка. Покрај тоа, некои тројки извршуваат специфични функции. Значи, во молекулата на mRNA, три од нив UAA, UAG, UGA се стоп-кодони, односно стоп сигнали кои ја запираат синтезата на полипептидниот синџир. Тројката што одговара на метионин (AUG), која се наоѓа на почетокот на синџирот на ДНК, не кодира за амино киселина, туку ја врши функцијата на иницирање (возбудливо) читање.
3. Заедно со вишокот, кодот се карактеризира со својство на недвосмисленост, што значи дека секој кодон одговара само на една специфична аминокиселина.
4. Кодот е колинеарен, т.е. секвенцата на нуклеотиди во генот точно се совпаѓа со низата на амино киселини во протеинот.
5. Генетскиот код е непреклопен и компактен, односно не содржи „интерпункциски знаци“. Тоа значи дека процесот на читање не дозволува можност за преклопување на колони (тројки), и, почнувајќи од одреден кодон, читањето продолжува континуирано, тројка по тројка, до сигналите за запирање (кодони за завршување). На пример, во mRNA следната низаазотни бази AUGGGUGTSUUAAUGUG ќе ги читаат само следните тројки: AUG, GUG, TSUU, AAU, GUG, а не AUG, UGG, GGU, GUG итн. или AUG, GGU, UGTs, TsUU, итн. или некои други или начин (на пример, кодон AUG, интерпункциски знак G, кодон UGC, интерпункциски знак U итн.).
6. Генетскиот код е универзален, односно нуклеарните гени на сите организми на ист начин кодираат информации за протеините, без оглед на нивото на организација и систематската положба на овие организми.
ген- структурни и функционална единицанаследноста која го контролира развојот одреден знакили својства. Родителите пренесуваат збир на гени на нивните потомци за време на репродукцијата, руските научници дадоа голем придонес во проучувањето на генот: Симашкевич Е.А., Гаврилова Ју.А., Богомазова О.В.
Во моментов, во молекуларната биологија е утврдено дека гените се делови од ДНК кои носат некаква интегрална информација - за структурата на една протеинска молекула или една молекула на РНК. Овие и други функционални молекули го одредуваат развојот, растот и функционирањето на телото.
Во исто време, секој ген се карактеризира со голем број на специфични регулаторни секвенци на ДНК, како што се промотори, кои се директно вклучени во регулирањето на експресијата на генот. Регулаторните секвенци може да се најдат во непосредна близинаод отворената рамка за читање што го кодира протеинот, или почетокот на секвенцата на РНК, како во случајот со промоторите (т.н. цис cis-регулаторни елементи), и на растојанија од многу милиони базни парови (нуклеотиди), како во случајот со засилувачи, изолатори и супресори (понекогаш класифицирани како транс-регулаторни елементи, англиски. транс-регулаторни елементи). Така, концептот на ген не е ограничен само на кодираниот регион на ДНК, туку е поширок концепт кој вклучува и регулаторни секвенци.
Првично терминот генсе појави како теоретска единица на дискретна трансмисија наследни информации. Историјата на биологијата памети спорови за тоа кои молекули можат да бидат носители на наследни информации. Повеќето истражувачи веруваа дека само протеините можат да бидат такви носители, бидејќи нивната структура (20 аминокиселини) овозможува создавање на повеќе варијанти од структурата на ДНК, која е составена од само четири типа на нуклеотиди. Подоцна експериментално беше докажано дека токму ДНК вклучува наследни информации, кои беа изразени како централна догма на молекуларната биологија.
Гените можат да претрпат мутации - случајни или насочени промени во низата на нуклеотиди во синџирот на ДНК. Мутациите може да доведат до промена на низата, а со тоа и до промена биолошки карактеристикипротеин или РНК, што пак може да резултира со општо или локално променето или абнормално функционирање на телото. Ваквите мутации во некои случаи се патогени, бидејќи резултираат со болести или смртоносни на ембрионално ниво. Сепак, не сите промени во нуклеотидната низа доведуваат до промени во структурата на протеините (поради ефектот на дегенерација на генетскиот код) или до значителна промена во низата и не се патогени. Конкретно, човечкиот геном се карактеризира со полиморфизми на единечни нуклеотиди и варијации на бројот на копии. варијации на броеви на копирање), како што се бришењата и дупликациите, кои сочинуваат околу 1% од целата човечка нуклеотидна секвенца. Полиморфизмите на еден нуклеотид, особено, дефинираат различни алели на еден ген.
Мономерите што ја сочинуваат секоја нишка на ДНК се сложени органски соединенија, вклучувајќи ги и азотни бази: аденин (А) или тимин (Т) или цитозин (C) или гванин (G), пентаатомски шеќер-пентоза-деоксирибоза, по што е именувана самата ДНК, како и остаток од фосфорна киселина наречени нуклеотиди.
Својства на гените
- дискретност - неизмешаност на гените;
- стабилност - способност за одржување на структурата;
- лабилност - способност постојано да мутира;
- повеќекратен алелизам - многу гени постојат во изобилство во една популација молекуларни форми;
- алеличност - во генотипот на диплоидни организми постојат само две форми на генот;
- специфичност - секој ген ја кодира својата карактеристика;
- плејотропија - повеќекратен ефект на ген;
- експресивност - степенот на изразување на генот во особина;
- пенетрација - фреквенција на манифестација на ген во фенотип;
- засилување - зголемување на бројот на копии на ген.
Класификација
- Структурните гени се уникатни компоненти на геномот кои претставуваат кодирање на една секвенца специфичен протеинили некои видови на РНК. (Видете ја и статијата гени домаќинство).
- Функционални гени - го регулираат функционирањето на структурните гени.
Генетски код- метод карактеристичен за сите живи организми за кодирање на амино киселинската секвенца на протеините со помош на низа нуклеотиди.
ДНК користи четири нуклеотиди - аденин (А), гванин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т), кои во руската литература се означени со буквите А, Г, Ц и Т. Овие букви ја сочинуваат азбуката на генетски код. РНК ги користи истите нуклеотиди, со исклучок на тимин, кој се заменува со сличен нуклеотид - урацил, кој е означен со буквата У (У во руската литература). Во молекулите на ДНК и РНК, нуклеотидите се распоредени во синџири и, на тој начин, се добиваат секвенци од генетски букви.
Генетски код
За изградба на протеини во природата, се користат 20 различни амино киселини. Секој протеин е синџир или неколку синџири на амино киселини во строго дефинирана низа. Оваа низа ја одредува структурата на протеинот, а со тоа и целата негова биолошки својства. Збирот на амино киселини е исто така универзален за речиси сите живи организми.
Имплементацијата на генетските информации во живите клетки (т.е. синтеза на протеин кодиран од ген) се врши со помош на два матрични процеси: транскрипција (т.е. синтеза на mRNA на ДНК матрица) и превод на генетскиот код. во амино киселинска секвенца (синтеза на полипептиден синџир на mRNA). Три последователни нуклеотиди се доволни за кодирање на 20 аминокиселини, како и сигналот за стоп што укажува на крајот на протеинската низа. Збир од три нуклеотиди се нарекува тројка. Прифатените кратенки што одговараат на аминокиселините и кодоните се прикажани на сликата.
Својства
- Тројно- значајна единица на код е комбинација од три нуклеотиди (тројка или кодон).
- Континуитет- меѓу тројки нема интерпункциски знаци, односно информациите се читаат континуирано.
- Непреклопување- истиот нуклеотид не може истовремено да биде дел од две или повеќе тројки (не е забележано за некои преклопувачки гени на вируси, митохондрии и бактерии, кои кодираат неколку протеини со промена на рамката).
- Уникатност (специфичност)- специфичен кодон одговара само на една аминокиселина (сепак, кодонот UGA има Euplotes crassusшифрира две амино киселини - цистеин и селеноцистеин)
- Дегенерација (вишок)- неколку кодони може да одговараат на иста аминокиселина.
- Разновидност - генетски кодделува исто кај организмите различни нивоасложеност - од вируси до луѓе (методите се засноваат на ова генетскиот инженеринг; има голем број на исклучоци, прикажани во табелата во делот Варијации во стандардниот генетски код подолу).
- Имунитет на бучава- мутациите на нуклеотидните замени кои не доведуваат до промена на класата на кодирана аминокиселина се нарекуваат конзервативна; нуклеотидна супституција мутации кои доведуваат до промена на класата на кодирана амино киселина се нарекуваат радикални.
Биосинтеза на протеини и нејзините фази
Биосинтеза на протеини- комплексен повеќестепен процес на синтеза на полипептиден синџир од остатоци од аминокиселини, кој се јавува на рибозомите на клетките на живите организми со учество на молекули на mRNA и tRNA.
Биосинтезата на протеините може да се подели на фази на транскрипција, обработка и превод. За време на транскрипцијата, генетските информации шифрирани во молекулите на ДНК се читаат и тие информации се запишуваат во молекулите на mRNA. За време на серија последователни фази на обработка, некои фрагменти кои се непотребни во следните фази се отстранети од mRNA и се уредуваат нуклеотидните секвенци. По транспортирањето на кодот од јадрото до рибозомите, вистинската синтеза на протеинските молекули се случува со прикачување на поединечни амино киселински остатоци на растечкиот полипептиден синџир.
Помеѓу транскрипцијата и транслацијата, молекулата на mRNA претрпува низа последователни промени кои обезбедуваат созревање на функционалната матрица за синтеза на полипептидниот синџир. На 5'-крајот е прикачена капа, а на 3'-крајот е прикачена поли-А опашка, што го зголемува животниот век на mRNA. Со доаѓањето на обработката во еукариотската клетка, стана возможно да се комбинираат генски егзони за да се добие поголема разновидност на протеини кодирани од една секвенца на нуклеотиди на ДНК - алтернативно спојување.
Преводот се состои од синтеза на полипептиден синџир во согласност со информациите кодирани во гласникот РНК. Амино киселинската низа е наредена со користење транспортРНК (тРНК), која формира комплекси со амино киселини - аминоацил-тРНК. Секоја аминокиселина има своја tRNA, која има соодветен антикодон кој „се совпаѓа“ со mRNA кодонот. За време на транслацијата, рибозомот се движи по mRNA, и додека го прави тоа, полипептидниот синџир расте. Енергијата за биосинтеза на протеините ја обезбедува АТП.
Готовиот протеински молекула потоа се отцепува од рибозомот и се транспортира до Вистинско местоклетките. За да го постигнете вашето активна состојбанекои протеини бараат дополнителна пост-транслациона модификација.
Водечки Наука списание Природатаобјавија откривање на втор генетски код - еден вид „шифра во код“ што неодамна беше пробиен од молекуларни биолози и компјутерски програмери. Згора на тоа, за да го идентификуваат, тие не користеле еволутивна теорија, туку информатичка технологија.
Новата шифра се нарекува Splicing Code. Се наоѓа во ДНК. Овој код го контролира основниот генетски код на многу сложен, но сепак предвидлив начин. Кодот за спојување контролира како и кога се составуваат гените и регулаторните елементи. Откривањето на овој код во шифра помага да се расветли некои од долгогодишните мистерии на генетиката што се појавија од проектот за секвенца на човечки геном. Една од овие мистерии беше зошто во толку сложен организам како што е човекот има само 20.000 гени? (Научниците очекуваа да најдат многу повеќе.) Зошто гените се поделени на сегменти (егзони), кои се одделени со некодирачки елементи (интрони), а потоа се спојуваат (т.е. споени) по транскрипцијата? И зошто гените се вклучуваат во некои клетки и ткива, но не и во други? За две децении молекуларни биолозисе обиде да ги открие механизмите на генетска регулација. Оваа статија истакнува многу важна точкаво разбирањето што навистина се случува. Не одговара на сите прашања, но покажува дека внатрешниот код постои. Овој код е систем за пренос на информации што може да се дешифрираат толку јасно што научниците би можеле да предвидат како одредени ситуацииа геномот може да се однесува со необјаснива прецизност.
Замислете дека слушате оркестар во соседната соба. Ја отвораш вратата, гледаш внатре и гледаш три или четворица музичари во собата како свират Музички Инструменти. Вака изгледа Брендон Фреј, кој беше вклучен во кршењето на кодот. човечки геном. Тој вели: „Можевме да откриеме само 20.000 гени, но знаевме дека тие сочинуваат огромен број протеински производи и регулаторни елементи. Како? Еден метод се нарекува алтернативно спојување“.. Може да се соберат различни егзони (делови од гените). различни начини. „На пример, три гени за протеинот неурексин можат да создадат повеќе од 3.000 генетски пораки кои помагаат да се контролира мозочното поврзување“., вели Фреј. Написот исто така вели дека научниците знаат дека 95% од нашите гени се алтернативно споени, а во повеќето случаи, транскриптите (молекули на РНК формирани како резултат на транскрипција) различно се изразуваат во различни типови на клетки и ткива. Мора да има нешто што контролира како овие илјадници комбинации се составуваат и изразуваат. Ова е задача на Кодексот за спојување.
Читателите кои сакаат брз преглед на откритието можат да ја прочитаат статијата на Science Dailyсо право „Истражувачите кои го пробија „кодот за спојување“ ја откриваат мистеријата зад биолошката сложеност“. Написот вели: „Научниците од Универзитетот во Торонто стекнаа фундаментални нови сознанија за тоа како живите клетки користат ограничен број гени за да формираат неверојатно сложени органи како мозокот“.. Самата природа започнува со статија на Хајди Ледфорд, „Кодот во кодот“. Потоа следеше труд на Теједор и Валкарсел со наслов „Генска регулатива: кршење на вториот генетски код. Конечно, клинчерот беше трудот на тим истражувачи од Универзитетот во Торонто, предводени од Бенџамин Д. Бленкоу и Брендон Д. Фреј, „Прекрнување на кодот за спојување“.
Оваа статија е победа за информатичката наука која не потсетува на кршачите на кодови од Втората светска војна. Нивните методи вклучуваа алгебра, геометрија, теорија на веројатност, векторско пресметување, теорија на информации, оптимизација на програмски код и други. најдобри практики. Она што не им требаше е еволутивна теорија , што никогаш не беше споменато во научни статии. Читајќи ја оваа статија, можете да видите под колкав стрес се авторите на оваа увертира:
„Опишуваме шема на „код за спојување“ која користи комбинации на стотици својства на РНК за да предвиди промени специфични за ткивото во алтернативното спојување на илјадници егзони. Кодот воспоставува нови класи на обрасци на спојување, препознава различни регулаторни програми во различни ткива и воспоставува регулаторни секвенци контролирани со мутации. Откривме широко распространети регулаторни стратегии, вклучувајќи: употреба на неочекувано големи имотни базени; идентификација ниски нивоаинклузии на егзон кои се атенуирани од својствата на специфичните ткива; манифестацијата на својствата во интроните е подлабока отколку што претходно се мислеше; и модулација на нивоата на варијанти на спојување структурни карактеристикипрепис. Кодот помогна да се идентификува класа на егзони чие вклучување ја замолчува експресијата во ткивата на возрасните преку активирање на деградацијата на mRNA и чие исклучување ја промовира експресијата за време на ембриогенезата. Кодот го олеснува откривањето и деталната карактеризација на регулираните алтернативни настани на спојување на геномски размери.
Тимот што го проби кодот вклучуваше специјалисти од Одделот за електронско и компјутерско инженерство, како и од Одделот за молекуларна генетика. (Самиот Фреј работи за поделба на Microsoft Corporation, Microsoft Research) Како и шифрите од минатото, Фреј и Бараш развија „Нов метод за биолошка анализа со помош на компјутер што открива“ кодни зборови„, скриен во геномот“. Со помош на огромниот број на податоци создадени молекуларни генетичари, тим од истражувачи го „обратуваше инженерството“ на кодот за спојување додека не можеа да предвидат како ќе постапи. Откако истражувачите го сфатија тоа, го тестираа кодот против мутации и видоа како се вметнати или избришани егзоните. Откриле дека кодот дури може да предизвика промени специфични за ткивото или да дејствува поинаку во зависност од тоа дали глувчето е возрасен или ембрион. Еден ген, Xpo4, е поврзан со рак; Истражувачите забележаа: „Овие податоци го поддржуваат заклучокот дека експресијата на генот Xpo4 мора строго да се контролира за да се избегнат можните штетни последици, вклучително и туморигенезата (рак), бидејќи тој е активен за време на ембриогенезата, но е намален во изобилство во ткивата на возрасните. Излегува дека тие биле апсолутно изненадени од нивото на контрола што го виделе. Намерно или не, Фреј го користел јазикот на интелигентен дизајн наместо случајна варијација и избор како поим. Тој истакна: „Разбирање на комплексот биолошки системкако разбирање на сложено електронско коло“.
Тоа го кажа Хајди Ледфорд очигледна едноставностгенетскиот код на Вотсон-Крик, со неговите четири бази, тројни кодони, 20 амино киселини и 64 ДНК „карактери“ - под себе крие цел свет на сложеност. Затворен во овој поедноставен код, кодот за спојување е многу покомплексен.
Но, помеѓу ДНК и протеините е РНК - посебен светтешкотии. РНК е трансформатор кој понекогаш носи генетски пораки, а понекогаш ги контролира, вклучувајќи многу структури кои можат да влијаат на неговата функција. Во трудот објавен во истиот број, тим на истражувачи предводени од Бенџамин Д. Бленкоу и Брендон Д. Фреј од Универзитетот во Торонто во Онтарио, Канада, известуваат за напорите да се открие вториот генетски код кој може да предвиди како сегменти од гласник РНК транскрибирани од специфичен ген, може да се мешаат и да се совпаѓаат за да формираат различни производи во различни ткива. Овој процес е познат како алтернативно спојување. Овој пат нема едноставна табела - наместо тоа, постојат алгоритми кои комбинираат повеќе од 200 различни својства на ДНК со определување на структурата на РНК.
Работата на овие истражувачи укажува на брзиот напредок што го постигнале пресметковните методи во составувањето на модел на РНК. Покрај разбирањето на алтернативното спојување, компјутерската наука им помага на научниците да ги предвидат структурите на РНК и да идентификуваат мали регулаторни делови од РНК кои не кодираат протеини. „Тоа е прекрасно време“, вели Кристофер Берг, компјутерски биолог од Технолошкиот институт во Масачусетс во Кембриџ. „Ќе имаме голем успех во иднина“.
Компјутерски науки, пресметковна биологија, алгоритми и кодови - овие концепти не биле дел од речникот на Дарвин кога ја развил својата теорија. Мендел имаше многу поедноставен модел за тоа како се дистрибуираат особините за време на наследувањето. Дополнително, идејата дека функциите се кодирани беше воведена дури во 1953 година. Гледаме дека оригиналниот генетски код е регулиран со уште покомплексен код вклучен во него. Тоа се револуционерни идеи. Покрај тоа, постојат сите знаци дека ова ниво на контрола не е последно. Ледфорд не потсетува дека РНК и протеините, на пример, имаат тродимензионална структура. Функциите на молекулите можат да се променат кога се менува нивната форма Мора да има нешто што го контролира преклопувањето, така што тродимензионалната структура го прави она што го бара функцијата. Покрај тоа, се чини дека пристапот до гените е контролиран друг код, хистон код. Овој код е кодиран со молекуларни маркери или „опашки“ на хистонските протеини кои служат како центри за извртување и суперсвиткување на ДНК. Опишувајќи ги нашите времиња, Ледфорд зборува за „Континуирана ренесанса во РНК информатиката“.
Теједор и Валкарсел се согласуваат дека комплексноста се крие зад едноставноста. „Концептот е многу едноставен: ДНК создава РНК, која потоа прави протеин“., - ја започнуваат својата статија. „Но, во реалноста сè е многу покомплицирано“. Во 1950-тите дознавме дека сите живи организми, од бактерии до луѓето, имаат основен генетски код. Но, наскоро сфативме дека сложените организми (еукариотите) имаат некои неприродни и тешко разбирливи својства: нивните геноми имаат посебни делови, интрони, кои мора да се отстранат за да можат егзоните да се спојат. Зошто? Денеска се расчистува маглата: „Главната предност на овој механизам е што дозволува различни клеткиизберете алтернативни начиниспојување на прекурсорот гласник РНК (пред-мРНК) и на тој начин еден ген формира различни пораки“,- објаснуваат тие, - „и потоа различни mRNA може да кодираат различни протеини со различни функции» . Добивате повеќе информации од помалку код, под услов да го има овој друг код во кодот што знае како да го направи тоа.
Она што го прави кршењето на кодот за спојување толку тешко е тоа што факторите што го контролираат составувањето на егзонот се поставени од многу други фактори: секвенци лоцирани во близина на границите на егзонот, секвенци на интрони и регулаторни фактори кои или помагаат или ја инхибираат машината за спојување. Освен тоа, „Ефектите на одредена секвенца или фактор може да варираат во зависност од нејзината локација во однос на границите на интрон-ексон или други регулаторни мотиви“, објаснуваат Теједор и Валкарсел. „Затоа, повеќето предизвикувачка задачапредвидувањето на ткивното спојување вклучува пресметување на алгебрата на безбројните мотиви и односите меѓу регулаторните фактори што ги препознаваат“..
За да се реши овој проблем, тим од истражувачи внесе огромна количина на податоци во компјутер за секвенците на РНК и условите под кои се формирани. „Компјутерот тогаш беше задолжен да ја идентификува комбинацијата на својства што најдобро би го објасниле експериментално воспоставениот избор на егзони специфичен за ткивото“.. Со други зборови, истражувачите го обратија инженерството на кодот. Како и шифрите од Втората светска војна, откако научниците ќе го знаат алгоритмот, тие можат да прават предвидувања: „Тој правилно и прецизно ги идентификуваше алтернативните егзони и ја предвиде нивната диференцијална регулација помеѓу парови типови ткива“. И исто како и секое добро научна теорија, откритието даде нов увид: „Ова ни овозможи да обезбедиме нов увид во претходно идентификуваните регулаторни мотиви и укажа на претходно непознатите својства на познатите регулатори, како и неочекуваните функционални врски меѓу нив“., забележаа истражувачите. „На пример, кодот имплицира дека вклучувањето на егзони кои водат до обработени протеини е заеднички механизамконтролирање на процесот на генска експресија за време на транзицијата од ембрионално ткиво во ткиво на возрасен.
Теједор и Валкарсел размислуваат за објавување на нивната статија прво важночекор: „Делото... подобро се гледа како на откривање на првиот фрагмент од многу поголем камен од Розета потребен за дешифрирање на алтернативните пораки на нашиот геном“. Според овие научници, идните истражувања несомнено ќе го подобрат нивното знаење за овој нов код. На крајот од нивната статија, тие накратко ја споменуваат еволуцијата и тоа го прават на многу необичен начин. Тие велат: „Тоа не значи дека еволуцијата ги создала овие кодови. Ова значи дека напредокот ќе бара разбирање како шифрите комуницираат. Друго изненадување беше што степенот на зачувување забележан до денес го покренува прашањето за можното постоење на „шифри специфични за видовите“..
Кодот веројатно функционира во секоја поединечна клетка и затоа мора да биде одговорен за повеќе од 200 видови клетки на цицачи. Исто така, мора да се справи со огромна разновидност на алтернативни модели на спојување, да не зборуваме едноставни решенијаза вклучување или изоставување на посебен егзон. Ограниченото еволутивно зачувување на алтернативната регулација на спојување (се проценува дека е околу 20% помеѓу луѓето и глувците) го покренува прашањето за постоењето на кодови специфични за видовите. Покрај тоа, спојувањето помеѓу обработката на ДНК и транскрипцијата на гените влијае на алтернативното спојување, а неодамнешните докази укажуваат на пакување на ДНК со хистонски протеини и ковалентни модификации на хистоните (т.н. епигенетски код) во регулирањето на спојувањето. Затоа, идните методи ќе треба да воспостават прецизна интеракција помеѓу хистонскиот код и кодот за спојување. Истото важи и за сè уште малку разбраното влијание комплексни структуриРНК за алтернативно спојување.
Шифри, шифри и повеќе кодови. Фактот што научниците практично не кажуваат ништо за дарвинизмот во овие написи укажува дека еволуционерните теоретичари кои се придржуваат до старите идеи и традиции имаат многу за размислување откако ќе ги прочитаат овие статии. Но, оние кои се ентузијасти за биологијата на кодовите ќе се најдат во првите редови. Тие имаат одлична можност да ги искористат предностите на возбудливата веб-апликација што пробивачите на кодови ја создадоа за да ја поттикнат понатамошни истражувања. Може да се најде на веб-страницата на Универзитетот во Торонто наречена веб-страница за предвидување на алтернативни спојувања. Посетителите залудно ќе бараат какво било спомнување на еволуцијата овде, и покрај старата аксиома дека ништо во биологијата нема смисла без неа. Нова верзијаОвој израз од 2010 година може да звучи вака: „Ништо во биологијата нема смисла освен ако не се гледа во светлината на компјутерската наука“. .
Врски и белешки
Драго ни е што можевме да ви кажеме за оваа приказна на денот кога беше објавена. Можеби ова е една од најзначајните научни статиина годината. (Се разбира, секој големо откритие, направено од други групи научници, како откритието на Вотсон и Крик.) Единственото нешто што можеме да го кажеме на ова е: „Леле!“ Ова откритие е извонредна потврда за создавањето по дизајн и огромен предизвик за Дарвиновската империја. Се прашувам како еволуционистите ќе се обидат да ја поправат својата симплистичка приказна за случајни мутации и природна селекција, кој бил измислен уште во 19 век, во светлината на овие нови податоци.
Дали разбирате што зборуваат Теједор и Валкарсел? Видовите можат да имаат свој код, единствен за тие видови. „Затоа ќе зависи од идните методи да се воспостави прецизна интеракција помеѓу хистонскиот [епигенетски] код и кодот за спојување“, забележуваат тие. Во превод, тоа значи: „Дарвинистите немаат никаква врска со ова. Тие едноставно не можат да се справат со тоа“. Ако едноставниот генетски код на Вотсон-Крик беше проблем за Дарвинците, што би рекле сега за кодот за спојување што создава илјадници транскрипти од истите гени? Како се справуваат со епигенетскиот код кој ја контролира генската експресија? И кој знае, можеби во оваа неверојатна „интеракција“, за која штотуку почнуваме да дознаваме, се вклучени и други кодови, кои потсетуваат на Каменот од Розета, кој штотуку почна да излегува од песокот?
Сега, кога размислуваме за кодови и компјутерски науки, почнуваме да размислуваме за различни парадигми за ново истражување. Што ако геномот делува делумно како мрежа за складирање? Што ако вклучува криптографија или алгоритми за компресија? Треба да се потсетиме на современите информациски системи и технологиите за складирање информации. Можеме дури и да откриеме елементи на стеганографија. Несомнено ги има дополнителни механизмиотпори, како што се дуплирање и корекции, кои можат да помогнат да се објасни постоењето на псевдогени. Копиите од целиот геном може да бидат одговор на стресот. Некои од овие појави може да бидат корисни показатели историски настани, кои немаат никаква врска со универзален заеднички предок, туку помагаат да се истражи компаративната геномика во рамките на дизајнот на информатиката и отпорноста и помагаат да се разбере причината за болеста.
Еволуционистите се наоѓаат во голема тешкотија. Истражувачите се обидоа да го изменат кодот, но се што добија беа рак и мутации. Како тие ќе се движат на полето на фитнесот ако сето тоа е минирано со катастрофи кои чекаат да се случат штом некој ќе почне да се меша со овие нераскинливо поврзани кодови? Знаеме дека има вградена еластичност и преносливост, но целата слика е неверојатно сложена, инженерска, оптимизирана систем за информации, а не случајна комбинација на делови со кои може бескрајно да се игра. Целата идеја на кодот е концептот на интелигентен дизајн.
А. Е. Вајлдер-Смит го даде ова посебно значење. Кодексот претпоставува договор помеѓу двата дела. Договорот е договор однапред. Тоа вклучува планирање и цел. Ние го користиме симболот SOS, како што би рекол Вајлдер-Смит, конвенционално како сигнал за помош. СОС не изгледа како катастрофа. Не мириса на катастрофа. Тоа не се чувствува како катастрофа. Луѓето не би разбрале дека овие писма претставуваат катастрофа доколку не ја разберат суштината на самиот договор. На сличен начин, кодон за аланин, HCC, не изгледа, мириса и не се чувствува како аланин. Кодонот нема да има никаква врска со аланин, освен ако не постоел претходно воспоставен договор помеѓу двата система за кодирање (протеинскиот код и кодот на ДНК) дека „GCC мора да значи аланин“. За да се пренесе овој договор, се користи семејство на трансдуктори, аминоацил-tRNA синтетази, кои преведуваат еден код во друг.
Ова требаше да ја зајакне дизајнерската теорија во 1950-тите и многу креационисти ја проповедаа ефикасно. Но, еволуционистите се како непречени продавачи. Тие ги создадоа своите бајки за Тинкербел, кој го крши кодот и создава нови видови преку мутација и селекција, и убедија многу луѓе дека чуда може да се случат и денес. Па, добро, денес сме во 21 век и го знаеме епигенетскиот код и кодот за спојување - два кодови кои се многу покомплексни и динамични од едноставниот ДНК код. Знаеме за кодови во шифри, за шифрите над кодовите и под шифрите - знаеме цела хиерархија на кодови. Овој пат, еволуционистите не можат само да го пикнат прстот во пиштолот и да не блефираат во нивните убави говори, кога пиштолите се поставени на двете страни - цел арсенал насочен кон нивните главни структурни елементи. Сето тоа е игра. Околу нив израсна цела ера на компјутерски науки, тие одамна излегоа од мода и личат на Грците кои се обидуваат да го искачат светот со копја. модерни тенковии хеликоптери.
Жално е да се каже, но еволуционистите не го разбираат ова, или дури и ако го разбираат, нема да се откажат. Инаку, оваа недела, токму кога беше објавен написот за Кодексот за спојување, најлутите и најомразените Во последно времереторика против креационизмот и интелигентниот дизајн. Имаме уште многу да слушнеме слични примери. И додека ги држат микрофоните и ги контролираат институциите, многу луѓе ќе паднат на нивната мамка, мислејќи дека науката продолжува да им дава добра причина. Ви го кажуваме сето ова за да го прочитате овој материјал, да го проучите, да го разберете и да се опремите со информациите што ви се потребни за да ја победите оваа фанатичка, погрешна глупост со вистината. Сега, оди напред!
Генетскиот код, изразен во кодони, е систем за кодирање на информации за структурата на протеините, својствени за сите живи организми на планетата. Беше потребна една деценија за да се дешифрира, но науката сфати дека постои речиси еден век. Универзалноста, специфичноста, еднонасочноста и особено дегенеративноста на генетскиот код се важни биолошко значење.
Историја на откритија
Проблемот со кодирањето отсекогаш бил клучен во биологијата. Науката се движи прилично бавно кон структурата на матрицата на генетскиот код. Од откривањето на двојната спирална структура на ДНК од страна на Џ. Вотсон и Ф. Крик во 1953 година, започна фазата на разоткривање на самата структура на кодот, што поттикна верба во големината на природата. Линеарната структура на протеините и истата структура на ДНК подразбира присуство на генетски код како кореспонденција помеѓу два текста, но напишана со користење различни азбуки. И ако се знаеше азбуката на протеините, тогаш знаците на ДНК станаа предмет на проучување на биолозите, физичарите и математичарите.
Нема смисла да се опишуваат сите чекори во решавањето на оваа загатка. Директен експеримент кој докажа и потврди дека постои јасна и конзистентна кореспонденција помеѓу ДНК кодоните и протеинските амино киселини беше спроведен во 1964 година од страна на C. Janowski и S. Brenner. А потоа - периодот на дешифрирање на генетскиот код ин витро (во епрувета) со помош на техники за синтеза на протеини во структури без клетки.
Целосно дешифрираниот код на Е. Коли беше објавен во 1966 година на симпозиум на биолози во Колд Спринг Харбор (САД). Тогаш беше откриена вишокот (дегенерација) на генетскиот код. Што значи ова е објаснето прилично едноставно.
Декодирањето продолжува
Добивањето податоци за дешифрирање на наследниот код беше еден од најзначајните настани во минатиот век. Денес, науката продолжува длабински да ги проучува механизмите на молекуларните шифрирања и неговите системски карактеристики и вишокот на знаци, што го изразува дегенеративното својство на генетскиот код. Одделна индустријапроучување - појавата и еволуцијата на системот за кодирање на наследниот материјал. Доказите за поврзаноста помеѓу полинуклеотидите (ДНК) и полипептидите (протеините) дадоа поттик за развојот на молекуларната биологија. И тоа, пак, на биотехнологијата, биоинженерството, откритијата во одгледувањето и одгледувањето растенија.
Догми и правила
Главната догма на молекуларната биологија е дека информациите се пренесуваат од ДНК до гласник РНК, а потоа од неа до протеинот. Во спротивна насока, можен е трансфер од РНК на ДНК и од РНК во друга РНК.
Но, матрицата или основата секогаш останува ДНК. И сите други основни карактеристики на преносот на информации се одраз на оваа матрична природа на преносот. Имено, пренос преку синтеза на други молекули на матрицата, кои ќе станат структура за репродукција на наследни информации.
Генетски код
Линеарното кодирање на структурата на протеинските молекули се врши со помош на комплементарни кодони (тројки) на нуклеотиди, од кои има само 4 (адеин, гванин, цитозин, тимин (урацил)), што спонтано доведува до формирање на друг синџир на нуклеотиди. . Истиот броја хемиската комплементарност на нуклеотидите е главен услов за таквата синтеза. Но, кога се формира протеинска молекула, нема квалитетно совпаѓање помеѓу количината и квалитетот на мономерите (ДНК нуклеотидите се протеински амино киселини). Ова е природно наследен код- систем за запишување во низа нуклеотиди (кодони) низата аминокиселини во протеинот.
Генетскиот код има неколку својства:
- Тројца.
- Недвосмисленост.
- Насока.
- Непреклопување.
- Вишок (дегенерација) на генетскиот код.
- Разновидност.
Ајде да дадеме Краток опис, фокусирајќи се на биолошкото значење.
Тројца, континуитет и присуство на стоп сигнали
Секоја од 61 аминокиселина одговара на една сетилна тројка (тројка) нуклеотиди. Три тројки не носат информации за аминокиселини и се стоп-кодони. Секој нуклеотид во синџирот е дел од тројка и не постои сам по себе. На крајот и на почетокот на синџирот на нуклеотиди одговорни за еден протеин, постојат стоп-кодони. Тие започнуваат или прекинуваат транслација (синтеза на протеинска молекула).
Специфичност, непреклопување и еднонасочност
Секој кодон (тројка) шифрира само една аминокиселина. Секоја тројка е независна од својот сосед и не се преклопува. Еден нуклеотид може да биде вклучен само во една тројка во синџирот. Синтезата на протеините секогаш се случува само во една насока, која е регулирана со стоп-кодони.
Вишок на генетскиот код
Секоја тројка нуклеотиди шифрира за една аминокиселина. Има вкупно 64 нуклеотиди, од кои 61 кодираат аминокиселини (сензорни кодони), а три се бесмислени, односно не кодираат амино киселина (стоп-кодони). Редундантноста (дегенерацијата) на генетскиот код лежи во фактот дека во секоја тројка може да се направат замени - радикални (доведат до замена на амино киселина) и конзервативни (не ја менувајте класата на аминокиселината). Лесно е да се пресмета дека ако може да се направат 9 замени во тројка (позиција 1, 2 и 3), секој нуклеотид може да се замени со 4 - 1 = 3 други опции, тогаш вкупниот број можни опциинуклеотидните замени ќе бидат 61 на 9 = 549.
Дегенеративноста на генетскиот код се манифестира во фактот дека 549 варијанти се многу повеќе отколку што се потребни за кодирање на информации за 21 аминокиселина. Покрај тоа, од 549 варијанти, 23 замени ќе доведат до формирање на стоп-кодони, 134 + 230 замени се конзервативни, а 162 замени се радикални.
Правило на дегенерација и исклучување
Ако два кодони имаат два идентични први нуклеотиди, а останатите се претставени со нуклеотиди од иста класа (пурин или пиримидин), тогаш тие носат информации за истата амино киселина. Ова е правило за дегенерација или вишок на генетскиот код. Два исклучоци се AUA и UGA - првиот шифрира метионин, иако треба да биде изолеуцин, а вториот е стоп-кодон, иако треба да шифрира триптофан.
Значењето на дегенеративноста и универзалноста
Токму овие две својства на генетскиот код имаат најголемо биолошко значење. Сите својства наведени погоре се карактеристични за наследни информации за сите форми на живи организми на нашата планета.
Дегенеративноста на генетскиот код има адаптивно значење, како повеќекратно дуплирање на кодот за една аминокиселина. Дополнително, тоа значи намалување на значајноста (дегенерација) на третиот нуклеотид во кодонот. Оваа опција го минимизира мутационото оштетување на ДНК, што ќе доведе до груби нарушувања во структурата на протеинот. Ова е заштитен механизам на живите организми на планетата.
Серијата написи што го опишуваат потеклото на Граѓанскиот законик може да се третира како истрага за настани за кои ни останале многу траги. Сепак, разбирањето на овие статии бара одреден напор за да се разберат молекуларните механизми на синтеза на протеини. Оваа статија е воведна за серија авто-публикации посветени на потеклото на генетскиот код и е најдоброто место за почеток на запознавање со оваа тема.
Вообичаено генетски код(GK) е дефиниран како метод (правило) за кодирање на протеин на примарна структураДНК или РНК. Во литературата најчесто се пишува дека ова е единствена кореспонденција на низа од три нуклеотиди во генот до една амино киселина во синтетизираниот протеин или крајната точка на синтезата на протеините. Сепак, има две грешки во оваа дефиниција. Ова се однесува на 20 таканаречени канонски амино киселини, кои се дел од протеините на сите живи организми без исклучок. Овие амино киселини се протеински мономери. Грешките се како што следува:
1) Нема 20 канонски амино киселини, туку само 19. Аминокиселината можеме да ја наречеме супстанца која истовремено содржи амино група -NH 2 и карбоксилна група - COOH. Факт е дека протеинскиот мономер - пролин - не е амино киселина, бидејќи содржи имино група наместо амино група, затоа е поправилно да се нарече пролин имино киселина. Сепак, во иднина, во сите написи посветени на ХА, за погодност, ќе напишам околу 20 амино киселини, што имплицира на наведената нијанса. Структурите на амино киселините се прикажани на сл. 1.
Ориз. 1. Структури на канонски амино киселини. Амино киселините имаат константни делови, означени со црно на сликата, и променливи делови (или радикали), означени со црвено.
2) Соодветноста на амино киселините со кодоните не е секогаш недвосмислена. За прекршување на случаи на недвосмисленост, видете подолу.
Појавата на GC значи појава на шифрирана протеинска синтеза. Овој настан е еден од клучните за еволутивна формацијапрвите живи организми.
Структурата на HA е претставена во кружна форма на Сл. 2.
Ориз. 2. Генетски кодво кружна форма. Внатрешен круг- прва буква од кодон, второкруг - втората буква од кодонот, третиот круг - третата буква од кодонот, четвртиот круг - ознаката на амино киселини во кратенка од три букви; P - поларни амино киселини, NP - неполарни амино киселини. За јасност на симетријата, важен е избраниот редослед на симболи U - C - A - G .
Значи, да започнеме да ги опишуваме главните својства на HA.
1. Тројца.Секоја аминокиселина е кодирана со низа од три нуклеотиди.
2. Присуство на интергенски интерпункциски знаци.Меѓугенските интерпункциски знаци вклучуваат секвенци нуклеинска киселина, каде што започнува или завршува емитувањето.
Преводот не може да започне од ниеден кодон, туку само од строго дефиниран - почнувајќи. Почетниот кодон ја вклучува тројката AUG, од која започнува преводот. Во овој случај, оваа тројка шифрира или метионин или друга амино киселина - формилметионин (кај прокариотите), која може да се вклучи само на почетокот на синтезата на протеините. На крајот од секој ген кој шифрира полипептид има најмалку еден од 3 стоп кодони, или стоп светла: UAA, UAG, UGA. Тие го прекинуваат транслацијата (т.н. синтеза на протеини на рибозомот).
3. Компакност или отсуство на интрагени интерпункциски знаци.Во рамките на генот, секој нуклеотид е дел од значаен кодон.
4. Непреклопување.Кодоните не се преклопуваат едни со други;
5. Дегенерација.Обратна кореспонденција во насоката аминокиселина-кодон е двосмислена. Ова својство се нарекува дегенерација. Сериие збир на кодони кои кодираат една аминокиселина, со други зборови, таа е група еквивалентни кодони. Ајде да замислиме кодон како XYZ. Ако XY ја одредува „смислата“ (т.е., амино киселина), тогаш кодонот се нарекува силна. Ако за да се одреди значењето на кодонот е потребно одредено Z, тогаш се нарекува таков кодон слаб.
Дегенеративноста на кодот е тесно поврзана со двосмисленоста на спарувањето кодон-антикодон (антикодон значи низа од три нуклеотиди на tRNA, кои можат комплементарно да се спарат со кодон на гласник РНК (видете две написи за повеќе детали за ова: Молекуларни механизми за обезбедување на дегенерација на кодотИ Лагерквистовото правило. Физичко-хемиско оправдување на Румеровите симетрии и односи). Еден антикодон на tRNA може да препознае еден до три кодони на mRNA.
6.Недвосмисленост.Секоја тројка шифрира само една аминокиселина или е терминатор на превод.
Постојат три познати исклучоци.
Прво. Кај прокариотите на првата позиција ( голема буква) го кодира формилметионин, а во кој било друг - метионин На почетокот на генот, формилметионин е кодиран и од вообичаениот метионински кодон AUG, како и од валинскиот кодон GUG или леуцин UUG, кои во рамките на генот кодираат валин и леуцин. соодветно.
Во многу протеини, формалметионин се расцепува или формил групата се отстранува, што резултира во формалметионин да се претвора во редовен метионин.
Второ. Во 1986 година, неколку групи истражувачи открија дека UGA стоп-кодонот на mRNA може да го кодира селеноцистеинот (види слика 3), под услов да биде проследен со посебна нуклеотидна секвенца.
Ориз. 3. Структура на 21-та аминокиселина - селеноцистеин.
У Ешерихија коли(ова е латинското име коли) селеноцистеил-tRNA за време на транслацијата и го препознава UGA кодонот во mRNA, но само во одреден контекст e: за препознавање на UGA кодонот како значаен, важна е низа од 45 нуклеотиди во должина лоцирани по UGA кодонот.
Разгледаниот пример покажува дека, доколку е потребно, жив организам може да го промени значењето на стандардниот генетски код. Во овој случај генетски информации, содржан во гените, е кодиран на покомплексен начин. Значењето на кодонот се одредува во контекст на специфична продолжена нуклеотидна секвенца и со учество на неколку високо специфични протеински фактори. Важно е дека селеноцистеин тРНК е пронајден кај претставниците на сите три гранки на животот (археи, еубактерии и еукариоти), што укажува на древното потекло на синтезата на селеноцистеин и неговото можно присуство во последниот универзален заеднички предок (кој ќе да се дискутира во други статии). Најверојатно, селеноцистеин се наоѓа во сите живи организми без исклучок. Но, во секоја посебен организамСеленоцистеин се наоѓа во не повеќе од десетици протеини. Тој е дел од активните центри на ензими, во голем број хомолози од кои обичниот цистеин може да функционира во слична положба.
До неодамна се веруваше дека UGA кодонот може да се чита или како селеноцистеин или како терминал, но неодамна се покажа дека кај цилијатите ЕуплотиКодонот UGA шифрира или цистеин или селеноцистеин. Цм. " Генетски коддозволува несовпаѓања“
Трет исклучок. Кај некои прокариоти (5 видови археи и една еубактерија - информациите на Википедија се многу застарени) специјална киселина- пиролизин (сл. 4). Тој е кодиран од тројката UAG, која во канонскиот код служи како терминатор за превод. Се претпоставува дека во овој случај, слично на случајот со кодирањето на селеноцистеин, читањето на UAG како пиролизински кодон се јавува поради посебна структура на mRNA. Пиролизин tRNA содржи антикодон CTA и е аминоацилизиран од класа 2 ARSases (за класификацијата на ARSases, видете ја статијата „Кодазите помагаат да се разбере како генетски код ").
UAG ретко се користи како стоп-кодон, а кога се користи, често е проследен со друг стоп-кодон.
Ориз. 4. Структура на 22-та амино киселина на пиролизин.
7. Разновидност.По завршувањето на дешифрирањето на Граѓанскиот законик во средината на 60-тите години на минатиот век, долго време се веруваше дека кодот е ист кај сите организми, што укажува на единството на потеклото на целиот живот на Земјата.
Ајде да се обидеме да разбереме зошто Граѓанскиот законик е универзален. Факт е дека ако барем едно правило за кодирање се промени во телото, тоа ќе доведе до промена во структурата на значителен дел од протеините. Таквата промена би била премногу драстична и затоа скоро секогаш смртоносна, бидејќи промената на значењето на само еден кодон може да влијае во просек на 1/64 од сите секвенци на аминокиселини.
Ова води до една многу важна идеја: GC речиси и не се променил од неговото формирање пред повеќе од 3,5 милијарди години. Ова значи дека неговата структура носи трага од нејзиното потекло, а анализата на оваа структура може да помогне да се разбере точно како можел да настане ГК.
Всушност, HA може да се разликува малку во бактериите, митохондриите, нуклеарниот код на некои цилијати и квасецот. Во моментов, постојат најмалку 17 генетски кодови кои се разликуваат од канонскиот за 1-5 кодони Севкупно, во сите познати варијанти на отстапувања од универзалниот GK, се користат 18 различни замени на значењето на кодон. Повеќето отстапувања од стандарден кодпознат во митохондриите - 10. Вреди да се одбележи дека митохондриите на 'рбетниците, рамни црви, ехинодермите, се кодирани со различни шифри, а габите од мувла, протозоите и целентератите - по еден.
Еволутивната близина на видовите воопшто не гарантира дека тие имаат слични ГК. Генетските кодови може да се разликуваат дури и помеѓу различни типовимикоплазми (некои видови имаат канонски код, додека други имаат различни). Слична ситуација е забележана и за квасецот.
Важно е да се напомене дека митохондриите се потомци на симбиотски организми кои се прилагодиле да живеат во клетките. Тие имаат значително намален геном, некои гени се преселиле во клеточното јадро. Затоа, промените во HA во нив веќе не се толку драматични.
Исклучоците откриени подоцна претставуваат посебен интересод еволутивна гледна точка, бидејќи можам да помогнам да се расветлат механизмите на еволуцијата на кодот.
Табела 1.
Митохондријални кодови во различни организми.
Кодон | Универзален код | Митохондријални кодови |
|||
'Рбетници | Безрбетници | Квасец | Растенија |
||
У.Г.А. | СТОП | Трп | Трп | Трп | СТОП |
АУА | Иле | Мет | Мет | Мет | Иле |
CUA | Леу | Леу | Леу | Тр | Леу |
А.Г.А. | Арг | СТОП | Сер | Арг | Арг |
АГГ | Арг | СТОП | Сер | Арг | Арг |
Три механизми за менување на аминокиселината кодирана од кодот.
Првиот е кога одреден кодон не се користи (или речиси не се користи) од некој организам поради нерамномерна појава на некои нуклеотиди (состав на GC), или комбинации на нуклеотиди. Како резултат на тоа, таков кодон може целосно да исчезне од употреба (на пример, поради губење на соодветната tRNA), а подоцна може да се користи за кодирање на друга амино киселина без да предизвика значителна штета на телото. Овој механизам може да биде одговорен за појавата на некои кодни дијалекти во митохондриите.
Втората е трансформација на стоп-кодонот во сетило за јајце. Во овој случај, некои од преведените протеини може да имаат додатоци. Сепак, ситуацијата е делумно спасена од фактот дека многу гени често завршуваат не со еден, туку со два стоп-кодони, бидејќи можни се грешки во преводот, во кои стоп-кодоните се читаат како амино киселини.
Третиот е можно двосмислено читање на одредени кодони, како што е случајот со некои габи.
8 . Поврзување.Групите на еквивалентни кодони (т.е. кодони кои кодираат за истата аминокиселина) се нарекуваат во серија. GC содржи 21 серија, вклучувајќи стоп-кодони. Во продолжение, за точност, ќе се повика која било група на кодони врска,ако од секој кодон од оваа група може да се оди до сите други кодони од истата група со последователни нуклеотидни замени. Од 21 серија, 18 се поврзани, 2 серии содржат по еден кодон, а само 1 серија за аминокиселинскиот серин не е поврзана и се распаѓа на две поврзани подсерија.
Ориз. 5. Графикони за поврзување за некои серии на кодови. а - поврзана серија на валин; б - поврзана серија на леуцин; Сериската серија е некохерентна и се дели на две поврзани подсерии. Сликата е преземена од написот на В.А. Ратнер" Генетски кодкако систем“.
Својството на поврзување може да се објасни со фактот дека за време на периодот на формирање, GC зароби нови кодони, кои беа минимално различни од веќе користените.
9. Редовностсвојства на амино киселини врз основа на корените на тројки. Сите аминокиселини кодирани од тројки од коренот U се неполарни, немаат екстремни својства и големини и имаат алифатични радикали. Сите тројки со корен C имаат силни бази, а аминокиселините што ги кодираат се релативно мали по големина. Сите тројки со корен А имаат слаби бази и кодираат поларни аминокиселини без мала големина. Кодоните со G корен се карактеризираат со екстремни и аномални варијанти на амино киселини и серии. Тие ја кодираат најмалата аминокиселина (глицин), најдолгата и најрамната (триптофан), најдолгата и најтешката (аргинин), најреактивната (цистеин) и формираат аномална подсерија за серин.
10. Блокада.Универзалниот граѓански законик е „блок“ код. Ова значи дека аминокиселините со слични физичко-хемиски својства се кодирани со кодони кои се разликуваат едни од други по една база. Блокната природа на кодот е јасно видлива на следната слика.
Ориз. 6. Блок структура на Граѓанскиот законик. Амино киселините со алкилна група се означени со бело.
Ориз. 7. Претставување во боја на физичко-хемиските својства на амино киселините, врз основа на вредностите опишани во книгатаStyers "Биохемија". Лево е хидрофобноста. На десната страна е способноста да се формира алфа спирала во протеин. Црвените, жолтите и сините бои укажуваат на аминокиселини со висока, средна и ниска хидрофобност (лево) или соодветен степенспособност да формира алфа спирала (десно).
Својството на блокада и регуларност може да се објасни и со фактот дека за време на периодот на формирање, GC зароби нови кодони, кои беа минимално различни од веќе користените.
Кодоните со исти први бази (кодонски префикси) кодираат амино киселини со слични биосинтетички патишта. Кодоните на амино киселините кои припаѓаат на фамилиите на шикмат, пируват, аспартат и глутамат имаат U, G, A и C како префикси, соодветно. За патеките на античката биосинтеза на амино киселините и нејзината поврзаност со својствата на современиот код, видете „Антички дублет генетски кодбеше предодредено од патиштата на синтезата на аминокиселините." Врз основа на овие податоци, некои истражувачи заклучуваат дека формирањето на кодот било многу под влијание на биосинтетичките односи помеѓу амино киселините. Сепак, сличноста на биосинтетичките патишта воопшто не значи сличност на физичко-хемиските својства.
11. Имунитет на бучава.Во самиот општ погледИмунитетот на бучава на GC значи дека во случај на случајни точки мутации и грешки во преводот и не се менуваат многу физичко-хемиски карактеристикиамино киселини.
Замената на еден нуклеотид во тројка во повеќето случаи или не доведува до промена на кодираната аминокиселина или доведува до промена на амино киселина со ист поларитет.
Еден од механизмите што обезбедува отпорност на бучава на GC е неговата дегенерација. Просечната дегенерација е еднаква на бројот на кодирани сигнали/вкупниот број на кодони, каде што кодираните сигнали вклучуваат 20 амино киселини и знакот за завршување на преводот. Просечната дегенерација за сите амино киселини и знакот за завршување е три кодони по кодиран сигнал.
Со цел да се измери имунитетот на бучава, воведуваме два концепта. Нуклеотидните замени мутации кои не водат до промена на класата на кодирана аминокиселина се нарекуваат конзервативна.Мутациите на нуклеотидните замени што доведуваат до промена на класата на кодирана аминокиселина се нарекуваат радикални .
Секоја тројка дозволува 9 единечни замени. Има вкупно 61 тројка што кодираат аминокиселини. Затоа, бројот на можни нуклеотидни замени за сите кодони е
61 x 9 = 549. Од нив:
23 нуклеотидни замени резултираат со стоп-кодони.
134 замени не ја менуваат кодираната амино киселина.
230 замени не ја менуваат класата на кодирана аминокиселина.
162 замени доведуваат до промена на класата на аминокиселини, т.е. се радикални.
Од 183 замени на третиот нуклеотид, 7 доведуваат до појава на преводни терминатори, а 176 се конзервативни.
Од 183 замени на првиот нуклеотид, 9 доведуваат до појава на терминатори, 114 се конзервативни и 60 се радикални.
Од 183 замени на вториот нуклеотид, 7 доведуваат до појава на терминатори, 74 се конзервативни, 102 се радикални.
Врз основа на овие пресметки добиваме квантификацијаотпорност на бучава на кодот, како однос на бројот на конзервативни замени со бројот на радикални замени. Тоа е еднакво на 364/162=2,25
На вистинска проценкаЗа да се одреди придонесот на дегенерацијата за имунитетот на бучава, неопходно е да се земе предвид фреквенцијата на појава на амино киселини во протеините, која варира кај различни видови.
Која е причината за отпорноста на бучава на кодот? Повеќето истражувачи веруваат дека ова својство е последица на изборот на алтернативни GCs.
Стивен Фриланд и Лоренс Херст создадоа случајни такви кодови и открија дека само еден од сто алтернативни кодови не е помалку отпорен на бучава од универзалниот код.
Уште повеќе интересен фактбеше откриено кога овие истражувачи воведоа дополнително ограничување за да се земат предвид трендовите во реалниот свет во моделите на мутации на ДНК и грешките во преводот. Во такви услови, САМО ЕДЕН ШИФРА ОД МИЛИОН МОЖНИ испадна подобар од канонскиот код.
Оваа невидена виталност на генетскиот код најлесно може да се објасни со фактот дека тој е формиран како резултат на природната селекција. Можеби некогаш во биолошки светИмаше многу кодови, секој со своја чувствителност на грешки. Организмот кој подобро се снашол со нив имал повеќе шансипреживеа, а канонскиот код едноставно ја доби борбата за егзистенција. Оваа претпоставка изгледа сосема реална - на крајот на краиштата, знаеме дека алтернативните кодови навистина постојат. За повеќе информации за имунитетот на бучава, видете Кодирана еволуција (S. Freeland, L. Hirst „Кодирана еволуција“. // Во светот на науката. - 2004, бр. 7).
Како заклучок, предлагам да се изброи бројот на можни генетски кодови што можат да се генерираат за 20-те канонски амино киселини. Поради некоја причина, никаде не наидов на овој број. Значи, ни треба генерираните GC да содржат 20 амино киселини и сигнал за стоп, кодиран со БАРЕМ ЕДЕН КОДОН.
Ајде ментално да ги нумерираме кодоните по некој редослед. Ќе разговараме на следниот начин. Ако имаме точно 21 кодон, тогаш секоја аминокиселина и стоп сигнал ќе зафаќа точно еден кодон. Во овој случај, ќе има 21 можни GC!
Ако има 22 кодони, тогаш се појавува дополнителен кодон, кој може да има едно од било кое 21 сетило, а овој кодон може да се наоѓа на кое било од 22-те места, додека останатите кодони имаат точно едно различно чувство, како во случајот со 21. кодони. Потоа го добиваме бројот на комбинации 21!x(21x22).
Ако има 23 кодони, тогаш, резонирајќи слично, добиваме дека 21 кодон имаат точно едно различно значење (21! опција), а два кодони имаат по 21 различно значење (21 2 значења со ФИКСНА позиција на овие кодони). Бројот на различни позиции за овие два кодони ќе биде 23x22. Вкупен број GC варијанти за 23 кодони - 21!x21 2 x23x22
Ако има 24 кодони, тогаш бројот на GC ќе биде 21!x21 3 x24x23x22,...
....................................................................................................................
Ако има 64 кодони, тогаш бројот на можни GC ќе биде 21!x21 43 x64!/21! = 21 43 x64! ~ 9,1x10 145