Что такое генетический код: общие сведения

Неперекрываемость

Код может быть перекрывающимся и не перекрывающимся. У большинства организмов код не перекрывающийся. Перекрывающийся код найден у некоторых фагов.

Сущность не перекрывающего кода заключается в том, что нуклеотид одного кодона не может быть одновременно нуклеотидом другого кодона. Если бы код был перекрывающим, то последовательность из семи нуклеотидов (ГЦУГЦУГ) могла кодировать не две аминокислоты (аланин-аланин) как в случае с не перекрывающимся кодом, а три (если общим является один нуклеотид) или пять (если общими являются два нуклеотида). В последних двух случаях мутация любого нуклеотида привела бы к нарушению в последовательности двух, трёх и т.д. аминокислот.

Однако установлено, что мутация одного нуклеотида всегда нарушает включение в полипептид одной аминокислоты. Это существенный довод в пользу того, что код является не перекрывающимся. Неперекрываемость генетического кода связана с ещё одним свойством ― считывание информации начинается с определённой точки ― сигнала инициации. Таким сигналом инициации в иРНК является кодон, кодирующий метионин АУГ. Следует отметить, что у человека всё-таки имеется небольшое число генов, которые отступают от общего правила и перекрываются.

Геном червя и геном человека

«Геном человека» — это международный научно-исследовательский проект, в котором задействованы сотни ученых, задавшихся целью создать полную карту человеческой ДНК. Он был начат в 1980-х годах, тогда методы исследований были достаточно примитивными и биологи думали, что на расшифровку каждого участка ДНК уйдут годы. К счастью, впоследствии развитие компьютерных технологий значительно ускорило этот процесс.

В 1985 году была завершена и опубликована первая полная последовательность ДНК живого организма. Правда, этим организмом была всего лишь крошечная бактерия, и на ее изучение ушло несколько лет. Тем не менее это значительное достижение в области генетики. Затем ученые взялись за более сложные многоклеточные организмы. В 1998 году они расшифровали геном плоского червя.

А уже в 2001 году благодаря применению «метода беспорядочной стрельбы» был составлен черновой набросок генома человека. Этот метод, придуманный американским исследователем Крейгом Вентером, заключается в том, что каждую ДНК, извлеченную из клетки, разбивают на небольшие фрагменты. Каждый из этих фрагментов помещают в аппарат, который определяет последовательность составляющих их элементов. После чего ДНК снова «собирают» и изучают ее целостное строение.

Черновой набросок — это еще далеко не конец проекта. Теперь ученым предстоит еще более сложная и скрупулезная работа — изучение каждого гена и составляющих его белков, выявление связей между генами, исследование механизма образования индивидуального биологического портрета каждого человека. По приблизительным оценкам, если не случится еще один технологический прорыв, на это понадобится не одно десятилетие.

Поделиться ссылкой

Достоверность теста

ДНК-тестирования это высокоточная методика изучения микромира организма и микропроцессов в нём. Расшифровка теста происходит на основе генетической базы, над пополнением которой работают многие мировые ученые и институты. Более точных методик диагностики по направления, которые предлагают разные варианты тестирования, на сегодняшний день нет.

На отцовство: индекс

ДНК-тестирование на отцовство это одно из самых известных в обществе исследований, вызывающее наибольший общественный резонанс. Результаты такое исследования имеют юридическую силу и являются достаточным основанием для принятия решения в судебном порядке. В чем же заключается суть тестирования?

Несомненно, многие знают, что спираль ДНК человека имеет двойную структуру. Так, часть генотипа ребенок заимствует от матери, а часть от отца. Сравнение аллелей (различных форм одного и того же гена) ребенка и отца (и в некоторых случаях матери) может подтвердить вероятность отцовства с точностью до 99,99%. Считается, что 100% результат не возможен, поскольку всегда есть вероятность наличия у потенциального отца близнеца. Опровергается же отцовство стопроцентно.

Основной показатель, по которым вычисляется родственная связь, называется «индексом отцовства». Не углубляясь в сложные термины, в общих чертах это показатель того, насколько аллели ребенка и потенциального отца схожи в различных областях генокода.

Для стандартизации результатов и исключения возможных ошибок расшифровки теста на отцовство, международная организация идентификации человека установила следующие пороговые значения для определения отцовства:

1.      99,75 – 99,99% полностью доказанное отцовство
2.      99 – 99,7%  высокая вероятность родства
3.      95 – 98,5 отцовство не исключено, но и не доказано
4.      90 – 94,5 небольшая вероятность родственной связи

На родство

В последние году всё большую популярность обретает тестирование на определение национальности. И речь тут не только в стремлении людей к самоидентификации: кому-то это необходимо для переезда в другую страну и получения гражданства, а кто-то хочет восстановить свое родовое древо и имеет представление о своих предках.

Зачастую результаты удивляют и имеют мало общего с тем, что представлял себе клиент до их получения. Порой результаты исследований таковы, что и вовсе могут сильно изменить отношение человека к другим народностям, и расширить понимание глубокой взаимосвязи между всеми людьми.

Так же, тестирование можно провести без согласия тестируемого и предоставить ему результаты в качестве оригинального подарка.

Врожденные заболевания

Избежать многих рисков и продлить свою жизнь может помочь своевременное исследование на врожденные заболевания и предрасположенности к таковым. Предупрежден – значит вооружен. И это полностью характеризует всю пользу подобного анализа. На сегодняшний день специалисты способны выявить до 6000 различных вирусов и инфекций, а так же определить генетическую предрасположенность к самым опасным заболеваниям современности.

Избыточности генетического кода

Каждый триплет нуклеотидов кодирует одну аминокислоту. Всего 64 нуклеотида, из них 61 – кодируют аминокислоты (смысловые кодоны), а три – бессмысленные, то есть аминокислоту не кодируют (стоп-кодоны). Избыточность (вырожденность) генетического кода заключается в том, что в каждом триплете могут быть произведены замены – радикальные (приводят к замене аминокислоты) и консервативные (не меняют класс аминокислоты). Легко посчитать, что если в триплете можно провести 9 замен (1, 2 и 3 позиция), каждый нуклеотид можно заменить на 4 — 1 = 3 других варианта, то общее количество возможных вариантов замен нуклеотида будет 61 по 9 = 549.

Вырожденность генетического кода проявляется в том, что 549 вариантов — это намного больше, чем необходимо для закодировки информации о 21 аминокислоте. При этом из 549 вариантов 23 замены приведут к образованию стоп-кодонов, 134 + 230 замены – консервативны, и 162 замены – радикальны.

Генетическая информация

Под этим понятием подразумевается программа свойств, которая передается от предков. Она заложена в наследственности как генетический код.Реализуется при синтезе белка генетический код РНК (рибонуклеиновыми кислотами):

• информационной и-РНК;
• транспортной т-РНК;
• рибосомальной р-РНК.

Информация передается прямой связью (ДНК-РНК-белок) и обратной (среда-белок-ДНК).Организмы могут получать, сохранять, передавать ее и использовать при этом наиболее эффективно. Передаваясь по наследству, информация определяет развитие того или иного организма. Но из-за взаимодействия с окружающей средой реакция последнего искажается, благодаря чему и происходит эволюция и развитие. Таким образом в организм закладывается новая информация.

Роли РНК в клетке

Рибонуклетновые кислоты подобны ДНК, но имеет несколько основных химических различий.

• Она содержит дисахарид рибозу, связанный с гидроксильной группой (в ДНК гидроксильную группу заменяет атом водорода);
• В молекуле РНК используется урацил вместо тимина. Урацил имеет сходную с тимином структуру, за исключением того, что один из его углеродов не имеет метильной группы (- CH3 ).
• РНК производится путём транскрипции с участка ДНК, не образует двойной спирали, но содержит короткие участки со спаренными основаниями. Это приводит к тому, что при двумерном изображении она напоминает шпильки и петли, форму кленового листа (у тРНК).

Все виды РНК синтезируются на определенных участках одной из цепей ДНК. Такой синтез получил название матричного, так как молекула ДНК является матрицей (т. е. образцом, моделью) для синтеза молекул РНК.

Роль РНК в клетке разнообразна:

• она несёт информацию в виде матричной, или информационной РНК (мРНК, или иРНК). Матричные РНК наиболее разнообразны по структуре и размерам. Одна молекула содержит информацию об одном белке. В ходе синтеза белка на рибосомах она служит матрицей, поэтому биосинтез белка относится к матричным процессам. Содержание иРНК составляет 3-5% всех РНК клетки;
• входит в состав рибосомы в форме рибосомальной РНК (рРНК). рРНК составляет 80% всех РНК клетки. В соединении с белками они образуют одномембранные органоиды рибосомы, и участвуют в синтезе белков из аминокислот;
• переносит аминокислоты в виде трансферной, или транспортной РНК (тРНК) составляет около 15 % всех клеточных РНК. Молекулы тРНК сравнительно небольшие (в среднем состоят из 80 нуклеотидов). Благодаря формированию внутримолекулярных водородных связей молекула тРНК приобретает характерную пространственную структуру, называемую клеверным листом.

В последнее время у РНК были обнаружены ферментативные функции, а отдельная её форма включает регуляцию экспрессии генов.

Отличительные особенности

К свойствам генетического кода относятся:

1. Триплетность. Последовательность трех нуклеотидов является значащей единицей кода.
2. Непрерывность. Триплеты не имеют знаков препинания, наблюдается непрерывное считывание информации.
3. Неперекрываемость. Нуклеотид входит в состав только одного триплета. У некоторых генов вирусов, бактерий и митохондрий кодируется несколько белков, и происходит считывание со сдвигом рамки.
4. Однозначность. Конкретный кодон соответствует не больше чем одной аминокислоте. Правда, UGA у Euplotescrassus может кодировать цистеин и силеноцистеин.
5. Вырожденность. Конкретной аминокислоте соответствует несколько кодонов.
6. Универсальность. Генетический код действует по одному принципу в организмах различной сложности. В этом заключается суть генной инженерии. Однако существуют некоторые исключения.
7. Помехоустойчивость. Мутационные замены нуклеотидов бывают консервативными и радикальными. Первые не приводят к смене класса кодируемой аминокислоты. Радикальные мутации изменяют класс кодируемой аминокислоты.

Роль в клетке

Конечно одна, даже большая двойная спираль не способна вместить в себя весь объем информации необходимый для такого сложного проекта, как человеческое тело. Возможно, поэтому эти цепочки объединены в пары, что делает их похожими на букву «Х». Хромосомы в свою очередь тоже парные, и их у человека 46 пар.

Помимо того, что хромосома содержит в себе подробную инструкцию по функционированию клетки, она же путем активации актуальных моменту генов, провоцирует клетку вырабатывать определённые белки с самыми различными свойствами. Например, в борьбе с опухолями активно участвует ген старости, который старит её недоброкачественнее клетки и не даёт им бесконечно делиться.

Каков генетический код человека?

Дело в том, что весь огромнейший потенциал человеческого развития заложен уже в период зачатия. Вся наследственная информация, которая необходима для развития зиготы и роста ребенка уже после рождения, зашифрована в генах. Участки ДНК и есть самые основные носители наследственной информации.

У человека 46 хромосом, или 22 соматические пары плюс по одной определяющей пол хромосоме от каждого родителя. Этот диплоидный набор хромосом кодирует весь физический облик человека, его умственные и физические способности и предрасположенность к заболеваниям. Соматические хромосомы внешне неразличимы, но несут они разную информацию, так как одна из них от отца, другая — от матери.

Мужской код отличается от женского последней парой хромосом — ХУ. Женский диплоидный набор — это последняя пара, ХХ. Мужчинам достается одна Х-хромосома от биологической матери, и затем она передается дочерям. Половая У-хромосома передается сыновьям.

Хромосомы человека значительно разнятся по размеру. Например, самая маленькая пара хромосом — №17. А самая большая пара — 1 и 3.

Диаметр двойной спирали у человека — всего 2 нм. ДНК настолько плотно закручена, что вмещается в маленьком ядре клетки, хотя ее длина будет достигать 2 метров, если ее раскрутить. Длина спирали — это сотни миллионов нуклеотидов.

Что такое ДНК?

За самой этой аббревиатурой скрывается довольно сложное для произношения название – ДезоксирибоНуклеиновая Кислота.

Изначально молекулу нуклеина открыл швейцарский биолог Фридрих Мишер в 1869 году. Сперва она считалась простым хранилищем фосфора, ни о какой наследственной информации применительно к нуклеиновой кислоте речи не велось. Только в 1944 году состоялось повторное открытие миру ДНК, уже в качестве того самого носителя наследственной информации. Биологи изучали трансформацию бактерий и доказали, что основная роль в процессе отводится как раз дезоксирибонуклеиновой кислоте.

С точки зрения физики ДНК представляет собой сложную молекулу, которая содержит как наследственную информацию, так и является фактической инструкцией развития организма из одной универсальной клетки. Из нее появляется множество других, узкоспециализированных под определенные задачи. Фактически, ДНК молекулой в традиционно понимании и не является. Это двуспиральная структура со связанными водородными связями цепочками, которая размерами значительно больше и сложнее обычной молекулы. В основе таких цепочек лежат блоки нуклеидов, в которых и содержится та самая инструкция развития организма. ДНК говорит каждой клетке, какие белки и в каком количестве надо производить.

При этом у людей 99,9% ДНК совпадает. Все наши отличия формирует лишь та десятая часть процента нашего «биокода». Можно представить себе объем хранимой в ДНК информации, учитывая все разнообразие людей. Даже с бананом у нас совпадает 50% ДНК. Да и сам масштаб молекулы впечатляет – если ее раскрутить, то она растянется на 2 метра. А у лилий и саламандр длина молекул в десятки раз больше! Но природа с помощью механизмов изгибания поместила ДНК в крошечное ядро клетки.

Вариации

Впервые отклонение генетического кода от стандартного было обнаружено в 1979 году во время изучения генов митохондрий в организме человека. Далее выявили еще подобные варианты, в том числе множество альтернативных митохондриальных кодов. К ним относятся расшифровка стоп-кодона УГА, используемого в качестве определения триптофана у микоплазм. ГУГ и УУГ у архей и бактерий нередко применяются в роли стартовых вариантов. Иногда гены кодируют белок со старт-кодона, отличающийся от стандартно используемого этим видом. Кроме того, в некоторых белках селеноцистеин и пирролизин, которые являются нестандартными аминокислотами, вставляются рибосомой. Она прочитывает стоп-кодон. Это зависит от последовательностей, находящихся в мРНК. В настоящее время селеноцистеин считается 21-ой, пирролизан – 22-ой аминокислотой, присутствующей в составе белков.

Значение вырожденности и универсальности

Именно эти два свойства генетического кода имеют наибольшее биологическое значение. Все свойства, перечисленные выше, характерны для наследственной информации всех форм живых организмов на нашей планете.

Вырожденность генетического кода имеет приспособительное значение, как многократное дублирование кода одной аминокислоты. Кроме того, это означает снижение значимости (вырождение) третьего нуклеотида в кодоне. Такой вариант сводит к минимуму мутационные повреждения в ДНК, которые повлекут за собой грубые нарушения в структуре белка. Это защитный механизм живых организмов планеты.

Принцип комплементарности

Спирали ДНК состоят из 4 нуклеотидов — это аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T). Соединены они водородными связями по правилу комплементарности. Работы Э. Чаргаффа помогли установить это правило, так как ученый заметил некоторые закономерности в поведении этих веществ. Э. Чаргафф открыл, что молярное отношение аденина к тимину равно единице. И точно так же отношение гуанина к цитозину всегда равно единице.

На основе его работ генетики сформировали правило взаимодействия нуклеотидов. Правило комплементарности гласит, что аденин соединяется только с тимином, а гуанин — с цитозином. Во время декодирования спирали и синтеза нового белка в рибосоме такое правило чередования помогает быстро найти необходимую аминокислоту, которая прикреплена к транспортной РНК.

Свойства генетического кода

Триплетность. Единица генетического кода состоит из трех букв, он триплетен. Это означает, что двадцать существующих аминокислот зашифрованы тремя определенными нуклеотидами, которые называются кодонами или трилпетами. Существуют шестьдесят четыре комбинации, которые можно создать из четырех нуклеотидов. Этого количества более чем достаточно для того, чтобы закодировать двадцать аминокислот.Вырожденность. Каждая аминокислота соответствует более чем одному кодону, за исключением метионина и триптофана.Однозначность. Один кодон шифрует одну аминокислоту. Например, в гене здорового человека с информацией о бета-цели гемоглобина триплет ГАГ и ГАА кодирует глутаминовую кислоту. А у всех, кто болен серповидноклеточной анемией, один нуклеотид заменен.Коллинеарность. Последовательность аминокислот всегда соответствует последовательности нуклеотидов, которую содержит ген. Генетический код непрерывен и компактен, что означает то, что он не имеет «знаков препинания». То есть, начинаясь на определенном кодоне, идет непрерывное считывание. К примеру, АУГГУГЦУУААУГУГ будет считываться как: АУГ, ГУГ, ЦУУ, ААУ, ГУГ. Но никак не АУГ, УГГ и так далее или как-то еще иначе. Универсальность. Он един абсолютно для всех земных организмов, от людей до рыб, грибов и бактерий.

Немного о РНК

Проект «Геном человека» показал, что молекулы РНК также важны для жизни, как и ДНК. Внутри клеток существует множество РНК (рис. 2). Изначально РНК подразделяются на некодирующие РНК (нкРНК), которые не транслируются в белки, и кодирующие РНК (мРНК), служащие матрицей для синтеза полипептидных цепей белка. Некодирующие РНК имеют более сложную классификацию. Они бывают инфраструктурными и регуляторными. Инфраструктурные РНК представлены рибосомными РНК (рРНК) и транспортными РНК (тРНК). Молекулы рРНК синтезируются в ядрышке и составляют основу рибосомы, а также кодируют белки субъединиц рибосомы. После того, как рРНК полностью собраны, они переходят в цитоплазму, где в качестве ключевых регуляторов трансляции, участвуют в чтении кода мРНК. Последовательность из трех азотистых оснований в мРНК указывает на включение определенной аминокислоты в последовательность белка. Молекулы тРНК, приносят указанные аминокислоты на рибосомы, где синтезируется белок.

Дополнительно о РНК читайте в статьях «Биомолекулы»: «Обо всех РНК на свете, больших и малых», «Кодирующие некодирующие РНК» и «Власть колец: всемогущие кольцевые РНК» .

Рисунок 2. Виды РНК

рисунок автора статьи

Регуляторные нкРНК очень широко представлены в организме, классифицируются в зависимости от размера и выполняют ряд важных функций (табл. 1).

Каким образом нуклеотид кодирует аминокислоту

Каждая аминокислота белка кодируется так называемой последовательностью из трех нуклеотидов, расположенных друг за другом. Такая последовательность называется триплетом. Каждый триплет кодирует строго одну определенную аминокислоту, которая впоследствии встраивается в полипептидную цепь.

В состав ДНК входят четыре типа азотистых оснований:

• аденин (А);
• гуанин (Г);
• тимин (Т);
• цитозин (Ц).

Эти 4 основания в сочетаниях по три составляют 64 варианта. Другими словами ДНК кодирует 64 аминокислоты. Однако в реальности кодируется лишь 20 аминокислот. На практике открылся тот факт, что аминокислоте может соответствовать не только один, но и несколько кодонов.

Замечание 1

Это свойство генетического кода называется вырожденностью. Оно необходимо для того, чтобы повысить надежность хранения генетической информации в клетках и ее сохранения при клеточном делении.

Примером подобного свойства является следующая закономерность – аминокислота аланин кодируется следующими триплетами: ЦГА, ЦГГ, ЦГЦ, ЦГТ. Таким образом, случайная ошибка в последней, третьей составляющей триплета не приводит к изменению в структуре белка. В любом случае это будет кодон аланина, который является одной из базовых аминокислот.

Триплетность

Генетический код, как и многое сложно организованные система имеет наименьшую структурную и наименьшую функциональную единицу. Триплет ― наименьшая структурная единица генетического кода. Состоит она из трёх нуклеотидов. Кодон ― наименьшая функциональная единица генетического кода. Как правило, кодонами называют триплеты иРНК. В генетическом коде кодон выполняет несколько функций. Во-первых, главная его функция заключается в том, что он кодирует одну аминокислоту. Во-вторых, кодон может не кодировать аминокислоту, но, в этом случае, он выполняет другую функцию (см. далее). Как видно из определения, триплет ― это понятие, которое характеризует элементарную структурную единицу генетического кода (три нуклеотидов). Кодон ― характеризует элементарную смысловую единицу генома ― три нуклеотида определяют присоединение к полипептидной цепочки одной аминокислоты.

Элементарную структурную единицу вначале расшифровали теоретически, а затем её существование подтвердили экспериментально. И действительно, 20 аминокислот невозможно закодировать одним или двумя нуклеотидом т.к. последних всего 4. Три нуклеотида из четырёх дают 43 = 64 варианта, что с избытком перекрывает число имеющихся у живых организмах аминокислот (см.табл. 1).

Представленные в таблице 64 сочетания нуклеотидов имеют две особенности. Во-первых, из 64 вариантов триплетов только 61 являются кодонами и кодируют какую-либо аминокислоту, их называют смысловые кодоны. Три триплета не кодируют.

Таблица 1.

Как пользоваться этой таблицей, смотрите в этом видео:

Стоп-кодоны

Кодоны информационной РНК и соответствующие им аминокислоты являются стоп-сигналами, обозначающие конец трансляции. Таких триплетов три ― УАА, УАГ, УГА, их ещё называют «бессмысленные» (нонсенс кодоны). В результате мутации, которая связана с заменой в триплете одного нуклеотида на другой, из смыслового кодона может возникнуть бессмысленный кодон. Такой тип мутации называют нонсенс-мутация. Если такой стоп-сигнал сформировался внутри гена (в его информационной части), то при синтезе белка в этом месте процесс будет постоянно прерываться ― синтезироваться будет только первая (до стоп-сигнала) часть белка. У человека с такой патологией будет ощущаться нехватка белка и возникнут симптомы, связанные с этой нехваткой. Например, такого рода мутация выявлена в гене, кодирующем бета-цепь гемоглобина. Синтезируется укороченная неактивная цепь гемоглобина, которая быстро разрушается. В результате формируется молекула гемоглобина, лишённая бета-цепи. Понятно, что такая молекула вряд ли будет полноценно выполнять свои обязанности. Возникает тяжёлое заболевания, развивающееся по типу гемолитической анемии (бета-ноль талассемия, от греческого слова «Таласа» ― Средиземное море, где эта болезнь впервые обнаружена).

Механизм действия стоп-кодонов отличается от механизма действия смысловых кодонов. Это следует из того, что для всех кодоны, кодирующие аминокислоты, найдены соответствующие тРНК. Для нонсенс-кодонов тРНК не найдены. Следовательно, в процессе остановки синтеза белка тРНК не принимает участие.

Кодон АУГ (у бактерий иногда ГУГ) не только кодируют аминокислоту метионин и валин, но и является инициатором трансляции.

Неканонические значения кодонов

По крайней мере у 16 типов организмов генетический код отличается от канонического. Например многие виды зелёных водорослей Acetabularia транслируют стандартные стоп-кодоны UAG и UAA в аминокислоту глицин, а гриб Candida интерпретирует РНК-кодон CUG не как лейцин, а как серин. А у митохондрий пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) четыре из шести кодонов, обычно транслирующихся в лейцин, кодируют треонин.
Существование таких вариаций свидетельствует о возможной эволюции генетического кода.

Представители всех трёх доменов живых организмов иногда прочитывают стандартный стоп-кодон UGA как 21-ю аминокислоту селеноцистеин, не относящуюся к 20 стандартным. Селеноцистеин образуется при химической модификации серина на стадии, когда последний ещё не отсоединился от тРНК в составе рибосомы.

Аналогично у представителей двух доменов (архебактерий и бактерий) стоп-кодон UAG прочитывается как 22-я аминокислота пирролизин.

Строение и функции ДНК

ДНК — полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (для построения этой модели они использовали работы М. Уилкинса, Р. Франклин, Э. Чаргаффа).

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль (исключение — некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами — 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес — десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека — около 2 м. В эукариотических клетках ДНК образует комплексы с белками и имеет специфическую пространственную конформацию.

Мономер ДНК — нуклеотид (дезоксирибонуклеотид) — состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания ДНК (имеют в составе своей молекулы одно кольцо) — тимин, цитозин. Пуриновые основания (имеют два кольца) — аденин и гуанин.

Моносахарид нуклеотида ДНК представлен дезоксирибозой.

Название нуклеотида является производным от названия соответствующего основания. Нуклеотиды и азотистые основания обозначаются заглавными буквами.

Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3′-углеродом остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфоэфирная связь (относится к категории прочных ковалентных связей). Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5′-углеродом (его называют 5′-концом), другой — 3′-углеродом (3′-концом).

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина — всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин — тимин, гуанин — цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил, что в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину («правило Чаргаффа»), но объяснить этот факт он не смог.

Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой.

Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), т.е. нуклеотиды разных цепей располагаются в противоположных направлениях, и, следовательно, напротив 3′-конца одной цепи находится 5′-конец другой. Молекулу ДНК иногда сравнивают с винтовой лестницей. «Перила» этой лестницы — сахарофосфатный остов (чередующиеся остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты); «ступени» — комплементарные азотистые основания.

Функция ДНК — хранение и передача наследственной информации.

Краткие сведения

Генетический код ― это система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, основанная на определённом чередовании последовательностей нуклеотидов в ДНК или РНК, образующих кодоны, соответствующие аминокислотам в белке. Генетический код имеет несколько свойств.

1. Триплетность. Триплет состоит из трёх нуклеотидов. 61 кодон ― смысловые, т.е. кодируют какую-либо аминокислоту, три ― бессмысленные, т.е. не кодируют аминокислоты.
2. Вырожденность или избыточность. Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами.
3. Однозначность. Один кодон кодирует только одну аминокислоту.
4. Полярность. Считывание информации с ДНК и с иРНК происходит только в одном направлении.
5. Неперекрываемость. Генетический код является не перекрывающимся.
6. Компактность. Между кодонами нет знаков препинания.
7. Универсальность. Код един для всех живущих на земле организмов.

Открытый вопрос

Учёные разработали компьютерную программу, способную сравнивать транскрипционные факторы у различных видов по составу аминокислот и таким образом различать похожие белки.

Полученные результаты противоречат данным более ранних работ, в которых утверждалось, что почти все транскрипционные факторы человека и, например, мух из рода дрозофил связывают одни и те же фрагменты кода ДНК.

Также по теме

Дальний родственник из миоцена: учёные обнаружили ранее неизвестный вид древних обезьян

Американские учёные выявили новый вид обезьян, обитавший на Земле 22 млн лет назад. Открытие было сделано благодаря обнаруженным в…

«До сих пор сохранилось представление о том, что транскрипционные факторы людей и плодовых мух связывают почти идентичные структурные элементы (мотивы). И хотя известно множество примеров, где эти белки обладают функциональной консервативностью, данная гипотеза ещё далека от признания», — говорит руководитель лаборатории, в которой было проведено исследование, профессор кафедры молекулярной генетики Университета Торонто Тимоти Хьюз.

Для канадских учёных остаётся открытым вопрос, за какие функции отвечают уникальные для человека гены. В изучаемых ими белках могут быть сокрыты особенности физиологии и анатомии человека — нашей иммунной системы и мозга, которые являются наиболее сложными среди животных. Также исследователи не исключают, что эти гены могут отвечать за анатомические различия между полами.

«В области генетики человека молекулярная основа полового диморфизма почти никем не исследуется

Но ведь речь идёт о различиях, которые видны людям друг в друге и привлекают их внимание. У меня есть соблазн посвятить работе над данной темой оставшуюся половину своей карьеры, если только я смогу разобраться, как мне этого добиться», — говорит профессор Хьюз

Терминология

Генетический код – это способ зашифровки последовательности белков аминокислот с участием нуклеотидной последовательности. Этот метод формирования сведений характерен для всех живых организмов. Белки – природные органические вещества с высокой молекулярностью. Эти соединения также присутствуют в живых организмах. Они состоят из 20 видов аминокислот, которые называются каноническими. Аминокислоты выстроены в цепочку и соединены в строго установленной последовательности. Она определяет структуру белка и его биологические свойства. Встречается также несколько цепочек аминокислот в белке.

Какие животные имеют необычный генетический код?

Как уже говорилось выше, генетический код всех живых существ на планете абсолютно одинаков с генетическим кодом человека. Однако в любом правиле есть исключения. Так, некоторые простейшие, среди которых находится и всем известная со школьной скамьи инфузория-туфелька, выступают в качестве своеобразных нарушителей всех генетических правил и порядков. Митохондриальный генетический код этих простейших отличается от стандартного числом содержащихся в ней кодонов. Чем вызвано подобное явление пока достоверно неизвестно, однако считается, что подобное изменение структуры молекулы белка могло быть вызвано произошедшими в ней мутациями.

Если вам понравилась данная статья, приглашаю вас присоединиться к нашему , где вы сможете найти еще больше полезных статей из мира популярной науки и техники.