Генетичний код

Генети́чний код  — певна відповідність між послідовністю нуклеотидів в молекулі ДНК (мРНК) і послідовністю амінокислот в молекулі білка, яка нею кодується. Ця система правил розташування нуклеотидів в молекулах нуклеїнових кислот (ДНК і РНК) надає всім живим організмам можливість кодування амінокислотної послідовності білків за допомогою послідовності нуклеотидів.

У ДНК використовується чотири нуклеотиди — аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (T), які в україномовній літературі також часто позначаються літерами А, Г, Ц і Т відповідно. Ці букви складають «алфавіт» генетичного коду. У РНК використовуються ті ж нуклеотиди, за винятком тиміну, який замінений схожим нуклеотидом, — урацилом, який позначається буквою U (або У в україномовній літературі). У молекулах ДНК і РНК нуклеотиди складають ланцюжки і, таким чином, інформація закодована у вигляді послідовності генетичних «букв».

Генетичний код
Комплементарні нуклеотиди

Для синтезу білків у природі використовуються 20 різних амінокислот. Кожен білок є ланцюжком або декількома ланцюжками амінокислот в строго певній послідовності. Ця послідовність називається первинною структурою білка, що також значною мірою визначає всю будову білка, а отже і його біологічні властивості. Набір амінокислот також універсальний для переважної більшості живих організмів.

Експресія генів або реалізація генетичної інформації у живих клітинах (зокрема синтез білка, що кодується геном) здійснюється за допомогою двох основних матричних процесів: транскрипції (тобто синтезу мРНК на матриці ДНК) і трансляції генетичного коду в амінокислотну послідовність (синтез поліпептідного ланцюжка на матриці мРНК). Для кодування 20 амінокислот, а також стоп-сигналу, що означає кінець білкової послідовності, достатньо трьох послідовних нуклеотидів. Набір з трьох нуклеотидів називається кодоном. Прийняті скорочення, що відповідають амінокислотам і кодонам, зображені на малюнку.

Властивості генетичного коду
  • Триплетність — три послідовно розміщені нуклеотиди кодують одну з 20 амінокислот, які разом утворюють триплет, або кодон.
  • Безперервність — кодони не розділяються між собою, тобто інформація зчитується безперервно. Кожний з кодонів не залежить один від одного і під час біосинтезу зчитується повністю.
  • Дискретність — один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більш кодонів.
  • Специфічність — кожний кодон може кодувати лише одну амінокислоту. Завдяки цьому генетичний код не перекривається.
  • Виродженість — одна і та ж амінокислота може кодуватися декількома різними кодонами.
  • Колінеарність — послідовність кодонів нуклеотидів точно відповідає послідовності амінокислотних залишків у поліпептиді
  • Наявність термінальних кодонів — беззмістовних, або стоп-кодонів, які не здатні кодувати амінокислоти. Вони виконують функцію роздільника між двома ланцюгами кодонів та переривають синтез поліпептиду.
  • Універсальність — єдиний генетичний код є, практично, однаковим в організмах різного рівня складності — від вірусів до людини (хоча існують кілька інших, менш поширених варіантів генетичного коду, див. список на сайті NCBI Taxonomy).

Варіанти генетичного коду

Більшість організмів переважно користуються одним варіантом коду, так званим «стандартним кодом»[1], проте це не завжди є правилом. Перший приклад відхилення від стандартного генетичного коду був відкритий в 1979 році при дослідженні генів мітохондрій людини. З того часу було знайдено декілька подібних варіантів[2], включаючи різні альтернативні коди мітохондрій[3], наприклад, прочитування стоп-кодону стандартного коду UGA як кодону, що визначає триптофан у мікоплазм. У бактерій і архей GUG і UUG часто використовуються як стартові кодони. В деяких випадках гени починають кодувати білок зі старт-кодону, який відрізняється від зазвичай використовуваного даним видом[1]. У деяких білках нестандартні амінокислоти, такі як селеноцистеїн і піролізин вставляються рибосомою, під час зчитування стоп-кодону за умовами наявності певних послідовностей в мРНК після кодону. Селенцистеїн часто розглядається як 21-а, а піролізин — 22-а амінокислоти, що входять до складу білків.

Таблиця кодонів РНК
неполярні полярні основні кислотні (стоп-кодон)
  2ий нуклеотид
U C A G
1ий нуклеотид U UUU (Фен/F) Фенілаланін UCU (Сер/S) Серин UAU (Тир/Y) Тирозин UGU (Цис/C) Цистеїн
UUC (Фен/F) Фенілаланін UCC (Сер/S) Серин UAC (Тир/Y) Тирозин UGC (Цис/C) Цистеїн
UUA (Лей/L) Лейцин UCA (Сер/S) Серин UAA Стоп-кодон UGA Стоп-кодон
UUG (Лей/L) Лейцин UCG (Сер/S) Серин UAG Стоп-кодон UGG (Трп/W) Триптофан    
C CUU (Лей/L) Лейцин CCU (Про/P) Пролін CAU (Гіс/H) Гістидин CGU (Арг/R) Аргінін
CUC (Лей/L) Лейцин CCC (Про/P) Пролін CAC (Гіс/H) Гістидин CGC (Арг/R) Аргінін
CUA (Лей/L) Лейцин CCA (Про/P) Пролін CAA (Глн/Q) Глутамін CGA (Арг/R) Аргінін
CUG (Лей/L) Лейцин CCG (Про/P) Пролін CAG (Глн/Q) Глутамін CGG (Арг/R) Аргінін
A AUU (Іле/I) Ізолейцин ACU (Тре/T) Треонін         AAU (Асн/N) Аспарагін AGU (Сер/S) Серин
AUC (Іле/I) Ізолейцин ACC (Тре/T) Треонін AAC (Асн/N) Аспарагін AGC (Сер/S) Серин
AUA (Іле/I) Ізолейцин ACA (Тре/T) Треонін AAA (Ліз/K) Лізин AGA (Арг/R) Аргінін
AUG[A] (Мет/M) Метіонін ACG (Тре/T) Треонін AAG (Ліз/K) Лізин AGG (Арг/R) Аргінін
G GUU (Вал/V) Валін GCU (Ала/A) Аланін GAU (Асп/D) Аспарагінова кислота GGU (Глі/G) Гліцин
GUC (Вал/V) Валін GCC (Ала/A) Аланін GAC (Асп/D) Аспарагінова кислота GGC (Глі/G) Гліцин
GUA (Вал/V) Валін GCA (Ала/A) Аланін GAA (Глу/E) Глутамінова кислота GGA (Глі/G) Гліцин
GUG (Вал/V) Валін GCG (Ала/A) Аланін GAG (Глу/E) Глутамінова кислота GGG (Глі/G) Гліцин
A  Кодон AUG кодує амінокислоту метіонін, а також слугує як сайт ініціації трансляції.
Діаграма генетичного коду

Див. також

Посилання
  1. Genetic Code page in the NCBI Taxonomy section (переглянто 27 квітня 2007)
  2. NCBI: «The Genetic Codes», Compiled by Andrzej (Anjay) Elzanowski and Jim Ostell
  3. Jukes TH, Osawa S, The genetic code in mitochondria and chloroplasts., Experientia. 1990 Dec 1;46(11-12):1117-26.

Джерела
    • А. В. Сиволоб, С.Р. Рушковський, С.С. Кир'яченко та ін. (2008). Генетика. К: Видавничо-поліграфічний центр "Київський університет". с. 54-57. Архів оригіналу за 4 березня 2016. Процитовано 17 березня 2016.


This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.