Генетический код. Секрет кода

Внутри каждой клетки, в ее ядре, находится некий «аппарат управления», который не только руководит текущими процессами в самой клетке, но и влияет на организм в целом. Ядро хранит также генетическую информацию, закодированную в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и передающуюся от родителей потомству в ходе размножения. Молекула ДНК имеет два свойства, позволяющих ей играть главную роль в процессах жизни: способна хранить информацию и создавать точные копии самой себя.

Секрет кода. Молекула ДНК представляет собой длинную нить, по форме напоминающую скрученную винтом веревочную лестницу с миллионами перекладинок, или «двойную спираль».

Модель молекулы ДНК с характерными для нее витками. Пространственная структура ДНК была разгадана в 1953 г. Дж. Уотсоном, Ф. Криком и М. Уилкинсом, за что в 1962 г. им была присуждена Нобелевская премия

Несущие «веревки» этой лестницы образованы чередующимися звеньями из фосфата и сахара (дезоксирибозы), а каждая «перекладина» - парой химических соединений, называемых азотистыми основаниями. Таких оснований четыре: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гуанин (Г). В силу различий в строении, но комплементарности (взаимодополнения) друг другу А соединяется только с Т, а Ц только с Г. Таким образом, последовательность нуклеотидов (нуклеотид состоит из азотистого основания, соединенного с сахаром и фосфатом) по одну сторону молекулярной «лестницы» точно определяет соответствующую очередность звеньев другой стороны. Поэтому, когда молекула ДНК расщепляется, она всегда воссоздается по собственному образцу.

В сложной структуре ДНК заложен специфический код для синтеза каждого клеточного белка. Информация о биосинтезе белков закодирована в генах — достаточно длинных отрезках «лестницы» ДНК, включающих от нескольких сотен до нескольких тысяч «перекладин». Специфическая последовательность нуклеотидов в «перекладинах» и есть тот код, по которому каждый ген формирует свою полипептидную цепочку (составная часть белка).

Сам механизм, обеспечивающий переход от кода к белку, удивительно изящен. Белок представляет собой длинную цепочку из аминокислот. Эти кислоты, а также энергия, необходимая для создания белка, поступают в клетку с пищей. Оказавшись внутри клетки, в цитоплазме, аминокислоты группируются в соответствии с инструкциями ДНК и поступают на клеточную «строительную фабрику» - рибосомы.

Одновременно определенные гены передают рибосомам через особое вещество, называемое рибонуклеиновой кислотой (РНК), необходимую для синтеза каждого белка программу [4].

«Сборка» белков осуществляется с помощью рибосом [1] в соответствии с кодом, который переносит информационная РНК [2]. Каждая аминокислота кодируется определенным кодоном или кодонами [3]. Молекулы транспортной РНК [4] переносят требуемую аминокислоту [5] к рибосомам, где фермент пептидил-трансфераза [6] присоединяет ее к растущей пептидной цепочке [7]. Осуществив перенос аминокислоты, молекула транспортной РНК отходит [8], и ей на смену приходит другая [9]. Молекулярная нить информационной РНК сдвигается относительно рибосомы, последовательно подключая к трансляционному процессу очередные колоны

Для этого часть молекулы ДНК временно раскручивается, а ее «перекладины» разъединяются посередине. Переносчик программы - информационная РНК-является веществом, химически подобным ДНК. Главное различие между ними в том, что молекула РНК имеет одну цепочку, а также содержит рибозу вместо дезоксирибозы и урацил (У) вместо тимина. При синтезе информационной РНК [5] одна из сторон «лестницы» ДНК действует как матрица, комплементарно которой и создается РНК.

Молекула информационной РНК строится за счет использования в качестве матрицы одной из цепочек ДНК. Локализованный в хромосомах генетический код используется при синтезе белков в клеточной цитоплазме. Поэтому информационная РНК [1] переходит в цитоплазму, где соединяется с рибосомами [2]. Здесь и осуществляется синтез белков из аминокислот [4], поставляемых транспортной РНК [3]. По мере формирования новой полипептидной цепи [5] она начинает складываться в характерную для нее форму [6]

Затем информационная РНК перемещается к рибосоме, где она играет роль шаблона при «сборке» белка. Молекулы другой РНК, называемой транспортной, призваны отбирать соответствующие аминокислоты и выстраивать их строго по своим местам на «конвейере сборки». Кодовое «слово» для каждой аминокислоты образуется тремя последовательно связанными нуклеотидами. Различные последовательности в триплетах (кодонах) четырех основных нуклеотидов (например, ГУ Г или ГАА) могут дать 64 возможных кодовых «слова». Некоторым аминокислотам соответствует более одного кодового «слова», тогда как отдельные кодовые «слова» играют, по-видимому, регуляторную роль.