Koodonites väljendatud geneetiline kood on süsteem, mis kodeerib teavet valkude struktuuri kohta, mis on omane kõigile planeedi elusorganismidele. Selle dekodeerimine võttis aega kümme aastat, kuid selle olemasolust mõistis teadus peaaegu sajandi. Universaalsusel, spetsiifilisusel, ühesuunalisusel ja eriti geneetilise koodi degeneratsioonil on suur bioloogiline tähtsus.
Avastuste ajalugu
Geneetilise teabe kodeerimise probleem on bioloogias alati olnud võtmeküsimus. Teadus liikus üsna aeglaselt geneetilise koodi maatriksstruktuuri poole. Alates sellest, kui J. Watson ja F. Crick 1953. aastal avastasid DNA topeltspiraalse struktuuri, algas koodi enda struktuuri lahtiharutamise etapp, mis ajendas uskuma looduse suurusjärku. Valkude lineaarne struktuur ja sama DNA struktuur eeldasid geneetilise koodi olemasolu kahe teksti vastavusena, kuid kirjutatud erinevat tähestikku kasutades. Ja kuivalkude tähestikku tunti, siis said DNA märgid bioloogide, füüsikute ja matemaatikute uurimisobjektiks.
Selle mõistatuse lahendamise kõiki etappe pole mõtet kirjeldada. Otsese katse, mis tõestas ja kinnitas, et DNA koodonite ja valgu aminohapete vahel on selge ja järjekindel vastavus, viisid 1964. aastal läbi C. Janowski ja S. Brenner. Ja siis - geneetilise koodi dešifreerimise periood in vitro (in vitro), kasutades rakuvabade struktuuride valgusünteesi tehnikaid.
Täielikult dešifreeritud E. coli kood avalikustati 1966. aastal Cold Spring Harboris (USA) toimunud bioloogide sümpoosionil. Siis avastati geneetilise koodi liiasus (degeneratsioon). Mida see tähendab, selgitati üsna lihts alt.
Dekodeerimine jätkub
Päriliku koodi dekodeerimise kohta andmete hankimisest on saanud möödunud sajandi üks olulisemaid sündmusi. Tänapäeval uurib teadus jätkuv alt süvitsi molekulaarsete kodeeringute mehhanisme ja selle süsteemseid tunnuseid ning märkide üleküllust, mis väljendab geneetilise koodi degeneratsiooni omadust. Omaette õppeharu on päriliku materjali kodeerimissüsteemi tekkimine ja areng. Tõendid polünukleotiidide (DNA) ja polüpeptiidide (valkude) seostest andsid tõuke molekulaarbioloogia arengule. Ja see omakorda biotehnoloogiale, biotehnoloogiale, avastustele valikus ja taimekasvatuses.
Dogmad ja reeglid
Molekulaarbioloogia põhidogma – info kandub DNA-st infosseRNA ja se alt edasi valku. Vastupidises suunas on ülekanne RNA-lt DNA-le ja RNA-lt teisele RNA-le võimalik.
Aga maatriks ehk alus on alati DNA. Ja kõik muud teabe edastamise põhijooned peegeldavad seda edastamise maatriksi olemust. Nimelt sünteesi teel ülekandmine teiste molekulide maatriksile, millest saab päriliku informatsiooni taastootmise struktuur.
Geneetiline kood
Valgumolekulide struktuuri lineaarne kodeerimine toimub nukleotiidide komplementaarsete koodonite (triplettide) abil, millest on ainult 4 (adeiin, guaniin, tsütosiin, tümiin (uratsiil)), mis viib spontaanselt moodustumiseni. teisest nukleotiidide ahelast. Sellise sünteesi peamiseks tingimuseks on nukleotiidide sama arv ja keemiline komplementaarsus. Kuid valgu molekuli moodustumise ajal ei ole monomeeride kvantiteedi ja kvaliteedi vahel vastavust (DNA nukleotiidid on valgu aminohapped). See on loomulik pärilik kood – süsteem, mis salvestab nukleotiidide (koodonite) järjestustesse valgu aminohapete järjestuse.
Geneetilisel koodil on mitu omadust:
- Kolmik.
- Ainulaadsus.
- Orientatsioon.
- Ei kattu.
- Geneetilise koodi liiasus (degeneratsioon).
- Mitmekülgsus.
Anname lühikirjelduse, keskendudes bioloogilisele tähtsusele.
Kolmik, järjepidevus ja tuled
Igaüks 61 aminohappest vastab ühele nukleotiidide semantilisele kolmikule (kolmikule). Kolm kolmikut ei kanna teavet aminohappe kohta ja on stoppkoodonid. Iga ahela nukleotiid on osa tripletist ja ei eksisteeri iseseisv alt. Ühe valgu eest vastutava nukleotiidide ahela lõpus ja alguses on stoppkoodonid. Nad alustavad või peatavad translatsiooni (valgumolekuli sünteesi).
Konkreetsed, mittekattuvad ja ühesuunalised
Iga koodon (triplet) kodeerib ainult ühte aminohapet. Iga kolmik on naaberkolmikust sõltumatu ega kattu. Üks nukleotiid võib sisalduda ainult ühes ahela kolmikus. Valkude süntees toimub alati ainult ühes suunas, mida reguleerivad stoppkoodonid.
Geneetilise koodi koondamine
Iga nukleotiidide kolmik kodeerib ühte aminohapet. Kokku on 64 nukleotiidi, millest 61 kodeerivad aminohappeid (sensskoodoneid) ja kolm on mõttetud, st ei kodeeri aminohapet (stoppkoodonid). Geneetilise koodi liiasus (degeneratsioon) seisneb selles, et igas tripletis saab teha asendusi - radikaalseid (viib aminohapete asendamiseni) ja konservatiivseid (aminohapete klassi ei muuda). Lihtne on arvutada, et kui tripletis saab teha 9 asendust (positsioonid 1, 2 ja 3), iga nukleotiidi saab asendada 4 - 1=3 muu variandiga, siis on võimalike nukleotiidide asendusvõimaluste koguarv 61 x 9=549.
Geneetilise koodi degeneratsioon väljendub selles, et 549 varianti on palju enamat kuivajalik 21 aminohappe teabe kodeerimiseks. Samal ajal põhjustab 549 variandist 23 asendust stoppkoodonite moodustumist, 134 + 230 asendust on konservatiivsed ja 162 asendust on radikaalsed.
Degeneratsiooni ja tõrjutuse reegel
Kui kahel koodonil on kaks identset esimest nukleotiidi ja ülejäänud on sama klassi nukleotiidid (puriin või pürimidiin), siis kannavad nad teavet sama aminohappe kohta. See on geneetilise koodi degeneratsiooni või liiasuse reegel. Kaks erandit – AUA ja UGA – esimene kodeerib metioniini, kuigi see peaks olema isoleutsiin, ja teine on stoppkoodon, kuigi see peaks kodeerima trüptofaani.
Degeneratsiooni ja universaalsuse tähendus
Neil kahel geneetilise koodi omadusel on suurim bioloogiline tähtsus. Kõik ül altoodud omadused on iseloomulikud meie planeedi kõigi elusorganismide vormide pärilikule teabele.
Geneetilise koodi degeneratsioonil on adaptiivne väärtus, nagu ühe aminohappe koodi mitmekordne dubleerimine. Lisaks tähendab see koodonis oleva kolmanda nukleotiidi olulisuse (degeneratsiooni) vähenemist. See valik minimeerib mutatsioonikahjustusi DNA-s, mis põhjustab valgu struktuuri suuri rikkumisi. See on planeedi elusorganismide kaitsemehhanism.
