Գենետիկ կոդը, որն արտահայտված է կոդոններով, սպիտակուցների կառուցվածքի մասին տեղեկատվության կոդավորման համակարգ է, որը բնորոշ է մոլորակի բոլոր կենդանի օրգանիզմներին: Դրա վերծանումը տևել է մեկ տասնամյակ, բայց այն, որ գոյություն ունի, գիտությունը հասկացել է գրեթե մեկ դար: Ունիվերսալությունը, յուրահատկությունը, միակողմանիությունը և հատկապես գենետիկ կոդի այլասերվածությունը մեծ կենսաբանական նշանակություն ունեն։
Հայտնաբերման պատմություն
Գենետիկական տեղեկատվության կոդավորման խնդիրը միշտ եղել է կենսաբանության առանցքային խնդիրը: Գիտությունը բավականին դանդաղ շարժվեց դեպի գենետիկ կոդի մատրիցային կառուցվածքը: 1953 թվականին Ջ. Սպիտակուցների գծային կառուցվածքը և ԴՆԹ-ի նույն կառուցվածքը ենթադրում էին գենետիկ կոդի առկայություն՝ որպես երկու տեքստերի համապատասխանություն, բայց գրված տարբեր այբուբեններով։ Եւ եթեհայտնի էր սպիտակուցների այբուբենը, այնուհետև ԴՆԹ-ի նշանները դարձան կենսաբանների, ֆիզիկոսների և մաթեմատիկոսների ուսումնասիրության առարկա։
Անիմաստ է նկարագրել այս հանելուկը լուծելու բոլոր քայլերը: Ուղիղ փորձ, որն ապացուցեց և հաստատեց, որ ԴՆԹ-ի կոդոնների և սպիտակուցային ամինաթթուների միջև կա հստակ և հետևողական համապատասխանություն, իրականացվել է 1964 թվականին Կ. Յանովսկու և Ս. Բրենների կողմից: Եվ հետո՝ գենետիկական կոդի վերծանման ժամանակաշրջանը in vitro (in vitro)՝ օգտագործելով սպիտակուցի սինթեզի տեխնիկան բջիջներից զերծ կառույցներում։
Լրիվ վերծանված E. coli ծածկագիրը հրապարակվեց 1966 թվականին Քոլդ Սփրինգ Հարբորում (ԱՄՆ) կենսաբանների սիմպոզիումի ժամանակ: Այնուհետև հայտնաբերվեց գենետիկ կոդի ավելորդությունը (դեգեներացիան): Ինչ է սա նշանակում, բացատրվեց բավականին պարզ:
ապակոդավորումը շարունակվում է
Ժառանգական կոդի վերծանման վերաբերյալ տվյալների ստացումը դարձել է անցյալ դարի ամենանշանակալի իրադարձություններից մեկը։ Այսօր գիտությունը շարունակում է խորությամբ ուսումնասիրել մոլեկուլային կոդավորման մեխանիզմները և դրա համակարգային առանձնահատկությունները և նշանների գերառատությունը, որն արտահայտում է գենետիկ կոդի այլասերվածության հատկությունը։ Ուսումնասիրության առանձին ճյուղ է ժառանգական նյութի կոդավորման համակարգի առաջացումը և զարգացումը։ Պոլինուկլեոտիդների (ԴՆԹ) և պոլիպեպտիդների (սպիտակուցներ) փոխհարաբերությունների ապացույցները խթան են տվել մոլեկուլային կենսաբանության զարգացմանը։ Եվ դա, իր հերթին, բիոտեխնոլոգիային, բիոճարտարագիտությանը, ընտրության և բուսաբուծության ոլորտում հայտնագործություններին:
Դոգմաներ և կանոններ
Մոլեկուլային կենսաբանության հիմնական դոգման՝ ինֆորմացիան ԴՆԹ-ից ինֆորմացիա է փոխանցվումՌՆԹ, այնուհետև դրանից դեպի սպիտակուց: Հակառակ ուղղությամբ փոխանցումը հնարավոր է ՌՆԹ-ից ԴՆԹ և ՌՆԹ-ից մեկ այլ ՌՆԹ:
Բայց մատրիցը կամ հիմքը միշտ ԴՆԹ է: Եվ տեղեկատվության փոխանցման բոլոր մյուս հիմնարար առանձնահատկությունները փոխանցման այս մատրիցային բնույթի արտացոլումն են: Մասնավորապես, սինթեզի միջոցով տեղափոխումը այլ մոլեկուլների մատրիցով, որը կդառնա ժառանգական տեղեկատվության վերարտադրության կառուցվածքը:
Գենետիկ կոդը
Սպիտակուցի մոլեկուլների կառուցվածքի գծային կոդավորումն իրականացվում է նուկլեոտիդների կոմպլեմենտար կոդոնների (եռյակների) միջոցով, որոնցից կա միայն 4-ը (ադեին, գուանին, ցիտոզին, թիմին (ուրացիլ)), որն ինքնաբերաբար հանգեցնում է ձևավորման։ նուկլեոտիդների մեկ այլ շղթայից: Նուկլեոտիդների նույն քանակությունը և քիմիական կոմպլեմենտարությունը նման սինթեզի հիմնական պայմանն է։ Բայց սպիտակուցի մոլեկուլի ձևավորման ժամանակ համապատասխանություն չկա մոնոմերների քանակի և որակի միջև (ԴՆԹ նուկլեոտիդները սպիտակուցային ամինաթթուներ են)։ Սա բնական ժառանգական ծածկագիրն է՝ նուկլեոտիդների (կոդոնների) հաջորդականության մեջ սպիտակուցի ամինաթթուների հաջորդականությունը գրանցելու համակարգ։
Գենետիկ կոդը ունի մի քանի հատկություններ.
- Եռյակ.
- Յուրահատկություն.
- Կողմնորոշում.
- Ոչ համընկնող։
- Գենետիկ կոդի ավելորդություն (դեգեներացիա):
- Բազմակողմանիություն.
Տանք համառոտ նկարագրություն՝ կենտրոնանալով կենսաբանական նշանակության վրա։
Եռակիություն, շարունակականություն և լուսարձակներ
61 ամինաթթուներից յուրաքանչյուրը համապատասխանում է նուկլեոտիդների մեկ իմաստային եռակի (եռակի): Երեք եռյակներ չեն կրում տեղեկատվություն ամինաթթվի մասին և հանդիսանում են կանգառային կոդոններ։ Շղթայի յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ եռյակի մաս է և ինքնուրույն գոյություն չունի: Մեկ սպիտակուցի համար պատասխանատու նուկլեոտիդների շղթայի վերջում և սկզբում կան ստոպ կոդոններ։ Նրանք սկսում կամ դադարեցնում են թարգմանությունը (սպիտակուցի մոլեկուլի սինթեզը):
Հատուկ, չհամընկնող և միակողմանի
Յուրաքանչյուր կոդոն (եռյակ) կոդավորում է միայն մեկ ամինաթթու: Յուրաքանչյուր եռյակ անկախ է հարևանից և չի համընկնում: Մեկ նուկլեոտիդը կարող է ներառվել շղթայի միայն մեկ եռյակում: Սպիտակուցների սինթեզը միշտ ընթանում է միայն մեկ ուղղությամբ, որը կարգավորվում է կանգառային կոդոններով։
Գենետիկական կոդի ավելցուկ
Նուկլեոտիդների յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է մեկ ամինաթթու: Ընդհանուր առմամբ կա 64 նուկլեոտիդ, որոնցից 61-ը կոդավորում են ամինաթթուները (զգայական կոդոններ), իսկ երեքը անիմաստ են, այսինքն՝ չեն կոդավորում ամինաթթու (ստոպ կոդոններ)։ Գենետիկ կոդի ավելորդությունը (դեգեներացիան) կայանում է նրանում, որ յուրաքանչյուր եռյակում կարող են կատարվել փոխարինումներ՝ արմատական (հանգեցնում է ամինաթթուների փոխարինմանը) և պահպանողական (մի փոխել ամինաթթուների դասը): Հեշտ է հաշվարկել, որ եթե եռյակում կարելի է կատարել 9 փոխարինում (1, 2 և 3 դիրքեր), յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ կարող է փոխարինվել 4 - 1=3 այլ տարբերակներով, ապա նուկլեոտիդների փոխարինման հնարավոր տարբերակների ընդհանուր թիվը կկազմի 61։ x 9=549.
Գենետիկ կոդի այլասերվածությունը դրսևորվում է նրանով, որ 549 տարբերակները շատ ավելին են, քանանհրաժեշտ է 21 ամինաթթուների մասին տեղեկատվությունը կոդավորելու համար: Միևնույն ժամանակ, 549 տարբերակներից 23 փոխարինումը կհանգեցնի կանգառային կոդոնների ձևավորմանը, 134 + 230 փոխարինումը պահպանողական է, իսկ 162 փոխարինումը արմատական է։
Դեգեներացիայի և բացառման կանոն
Եթե երկու կոդոններն ունեն երկու նույնական առաջին նուկլեոտիդներ, իսկ մնացածները նույն դասի նուկլեոտիդներ են (պուրին կամ պիրիմիդին), ապա դրանք կրում են տեղեկատվություն նույն ամինաթթվի մասին: Սա գենետիկ կոդի այլասերվածության կամ ավելորդության կանոնն է։ Երկու բացառություն՝ AUA և UGA, առաջինը կոդավորում է մեթիոնինը, թեև այն պետք է լինի իզոլեյցին, իսկ երկրորդը ստոպ կոդոն է, թեև այն պետք է կոդավորի տրիպտոֆանը:
Դեգեներացիայի և համընդհանուրության իմաստը
Գենետիկ կոդի այս երկու հատկություններն են, որ ունեն ամենամեծ կենսաբանական նշանակությունը։ Վերը թվարկված բոլոր հատկությունները բնորոշ են մեր մոլորակի կենդանի օրգանիզմների բոլոր ձևերի ժառանգական տեղեկատվությանը:
Գենետիկական կոդի դեգեներացիան ունի հարմարվողական արժեք, ինչպես մեկ ամինաթթվի կոդի բազմակի կրկնօրինակումը: Բացի այդ, սա նշանակում է կոդոնում երրորդ նուկլեոտիդի նշանակության (դեգեներացիայի) նվազում։ Այս տարբերակը նվազագույնի է հասցնում ԴՆԹ-ի մուտացիոն վնասը, ինչը կհանգեցնի սպիտակուցի կառուցվածքի կոպիտ խախտումների։ Սա մոլորակի կենդանի օրգանիզմների պաշտպանական մեխանիզմն է։
