Генетический код

Генетический код — это универсальная для всех живых организмов система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) в виде последовательности нуклеотидов. Эта последовательность определяет порядок включения аминокислот в строящуюся полипептидную цепь белка.

В узком смысле генетический код — это словарь, в котором каждому кодону (триплету нуклеотидов в иРНК) соответствует определённая аминокислота или сигнал управления синтезом белка («знак пунктуации»).

Реализация генетического кода в клетке, то есть собственно синтез белка, закодированного в гене, происходит в два этапа:

Транскрипция — переписывание информации с ДНК на матричную РНК (иРНК).
Трансляция — «перевод» последовательности нуклеотидов иРНК в последовательность аминокислот белка на рибосомах.

Основные свойства генетического кода

Триплетность: Одна аминокислота кодируется тройкой (триплетом) нуклеотидов.
Неперекрываемость: Кодоны в пределах одного гена не перекрываются; каждый нуклеотид входит только в один триплет.
Вырожденность (избыточность): Большинство аминокислот кодируется несколькими разными кодонами (синонимами).
Однозначность: Каждый конкретный кодон соответствует только одной аминокислоте.
Компактность (отсутствие «запятых»): Между кодонами в иРНК нет «пробелов» — нуклеотидов, не входящих в состав триплетов.
Универсальность: Код практически одинаков для всех живых организмов на Земле (от бактерий до человека).
Направленность: Считывание информации всегда идёт в одном направлении, начиная со строго определённого кодона-инициатора.

История изучения

1952–1954 гг.: Теоретическую постановку проблемы и первые модели генетического кода предложили А. Даунс и Г. Гамов.
1961 г.: Фрэнсис Крик и Сидней Бреннер в генетических экспериментах доказали триплетность и вырожденность кода.
1961–1965 гг.: Полная расшифровка кода — установление соответствия между всеми 64 кодонами и аминокислотами — была выполнена в серии блестящих биохимических экспериментов под руководством Маршалла Ниренберга, Северо Очоа и Хар Гобинда Кораны.

Структура кода

Из 64 возможных триплетов:

61 кодон являются смысловыми — каждый кодирует определённую аминокислоту.
3 кодона (УАА, УАГ, УГА) — это стоп-кодоны (или терминаторы), которые сигнализируют об окончании синтеза белковой цепи.
Кодон АУГ (а у бактерий также ГУГ и УУГ) служит старт-кодоном (инициатором), с которого начинается трансляция. У эукариот АУГ кодирует аминокислоту метионин.

Современный контекст

Свойство универсальности генетического кода оказалось не абсолютным. Открыты немногочисленные, но важные исключения:

Митохондриальный и пластидный код: В митохондриях растений, животных и грибов, а также в хлоропластах растений действуют слегка изменённые версии генетического кода. Например, кодон УГА в митохондриях млекопитающих кодирует аминокислоту триптофан, а не является стоп-сигналом, как в ядерном геноме.
Ядерные геномы некоторых организмов: У инфузорий, например, кодоны УАА и УАГ кодируют глутамин, а не являются стоп-кодонами. У некоторых дрожжей кодон ЦУГ кодирует серин, а не лейцин.

Эти исключения считаются эволюционными «опечатками», закрепившимися в изолированных генетических системах (органеллах) или у отдельных групп организмов, и подтверждают общее происхождение всего живого от единого предка с каноническим кодом.