§ 28. Хранение наследственной информации

Понятие о генетическом коде. Одним из важнейших процессов, происходящих процессов, происходящих в клетках живого организма, является синтез белков. Так как белки выполняют в клетке целый ряд функций, то и синтезировать необходимо тысячи различных белков, тем более что большинство из них имеют ограниченный срок функционирования. Поэтому синтез таких белков (компонентов мемб­ран, гормонов, ферментов) не прекращается ни на минуту. Так, за сутки в организме человека распадается около 400 г раз­личных белков, следовательно, столько же необходимо синтезировать снова.

Каждый вид живых организмов имеет свой собственный, строго опре­деленный набор белков. Белки являются основой уникальности каждо­го вида, хотя некоторые из них, выполняющие одну и ту же функцию в разных организмах, могут быть похожими и даже одинаковыми.

С другой стороны, все особи одного вида хоть немного, но отлича­ются друг от друга. На Земле нет, например, двух абсолютно одинако­вых людей или амеб. Индивидуальную неповторимость каждой особи определяют различия в структуре белков.

Свойства белков определяются прежде всего их первичной струк­турой, т. е. последовательностью аминокислот в молекуле белка. Информация о первичной структуре белка заключена в последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК. Следовательно, информация о строении и жизнедеятельности как каждой клетки, так и всего многоклеточного организма в целом за­ключена в нуклеотидной последовательности ДНК. Эта информация получила название наследственной, или генетической информации. Участок ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре одного бел­ка, называется ген. Это значит, что в молекуле ДНК каждое сообщение закодиро­вано специфической последователь­ностью из четырех знаков-нуклеотидов — А, Г, Т, Ц, подобно тому, как письмен­ные сообщения кодируются знака­ми (буквами) алфавита или азбуки Морзе. Единая система записи информации о первичной структуре белка в виде последовательности нуклеотидов получила название генетического кода.

Свойства генетического кода. Генетический код характеризуется следующими свойствами:

1. Код является триплетным, т.е. каждая аминокислота кодиру­ется сочетанием из трех последовательно расположенных нуклеотидов. Такое сочетание из трех нуклеотидов называется триплетом, или кодоном. Нетруд­но подсчитать, что число возмож­ных комбинаций из четырех нук­леотидов по три составит 64, что более чем достаточно для кодиро­вания 20 аминокислот, входящих в состав белка. К настоящему времени известно, какие триплеты в ДНК (и в иРНК) соответствуют той или иной из 20 аминокислот, входящих в состав белков (табл. ).

2. Код является вырожденным, т.е. одна и та же аминокис­лота может кодироваться несколь­кими триплетами (от 2 до 6).

Например, в иРНК фенилаланин может кодироваться триплетом УУУ или УУЦ; изолейцин — АУУ, АУЦ, АУА; пролин — ЦЦУ, ЦЦЦ, ЦЦА, ЦЦГ; серии — УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ.

Исключение составляют метионин и триптофан: каждая из этих аминокислот кодируется только од­ним — АУГ и УГГ, соответственно.

3. Код однозначен, т.е. каждый триплет кодирует только одну ами­нокислоту.

4. Код является неперекрывающимся, т.е. один и тот же нуклеотид не может входить одновремен­но в состав двух соседних трипле­тов.

5. Код непрерывен, или иначе — не имеет знаков препинания. Это значит, что если произойдет выпадение од­ного нуклеотида, то при считыва­нии его место займет ближайший нуклеотид из соседнего кодона, из-за чего изменится весь порядок счи­тывания. Поэтому правильное счи­тывание кода с иРНК обеспечива­ется только в том случае, если он считывается со строго определенно­го пункта. Стартовым кодоном в молекуле иРНК является трипле­ты АУГ.

6. Код универ­сален для всех живых организмов: одинаковые триплеты кодируют одинаковые аминокислоты. Уни­версальность генетического кода свидетельствует о единстве проис­хождения всех живых организ­мов.

Таблица 4 Генетический код

(первый нуклеотид триплета берут из левого вертикального ряда, второй —

из горизонтального ряда, третий — из правого вертикаль­ного)

Первое основание	Второе основание				Третье основание
	У(А)	Ц(Г)	А(Т)	Г(Ц)
У(А)	Фен	Сер	Тир	Цис	У(А)
	Фен	Сер	Тир	Цис	Ц(Г)
	Лей	Сер	—	—	А(Т)
	Лей	Сер	—	Три	Г(Ц)
Ц(Г)	Лей	Про	Гис	Apr	У(А)
	Лей	Про	Гис	Apr	Ц(Г)
	Лей	Про	Глн	Apr	А(Т)
	Лей	Про	Глн	Apr	Г(Ц)
А(Т)	Иле	Тре	Асн	Сер	У(А)
	Иле	Тре	Асн	Сер	Ц(Г)
	Иле	Тре	Лиз	Apr	А(Т)
	Мет	Тре	Лиз	Apr	Г(Ц)
Г(Ц)	Вал	Ала	Асп	Гли	У(А)
	Вал	Ала	Асп	Гли	Ц(Г)
	Вал	Ала	Глу	Гли	А(Т)
	Вал	Ала	Глу	Гли	Г(Ц)

В одной молекуле ДНК может быть закодирована последо­вательность аминокислот для мно­гих белков, т.е. в одной хромосоме содержится много генов.

Различают гены, в которых закодирована информация для синтеза белков, и гены с информаци­ей для синтеза тРНК, рРНК.

1. Что представляет собой наследственная информация? 2. Каким образом хранится наследственная информация в клетках? 3. Что такое генетический код и каковы его свойства? 4. Как вы думаете, каково биологическое значение того факта, что большинство аминокислот, входящих в состав белков, закодировано не одним, а несколькими триплетами?