Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

12. Генетический код

Понятие «генетический код» часто упоминалось в гл. И, поскольку оно лежит в основе представления о механизме биосинтеза белка. Современные знания о генетическом коде накапливались параллельно с детальным изучением молекулярных основ процессов транскрипции и мутагенеза. Эти вопросы, к решению каждого из которых исследователи подходили незавимимым путем, в действительности тесно связаны между собой. Мы уже отмечали, что основными знаками генетического кода служат нуклеотидные триплеты, считываемые последовательно без перекрывания от 5'- к З'-концу цепи мРНК. Трансляция начинается со специализированного инициаторного кодона AUG, который определяет рамку считывания последующих кодонов, и продолжается до тех пор, пока не встретится терминаторный кодон. Этот процесс сопровождается сборкой полипептида с фиксированной аминокислотной последовательностью. Синтез полипептида ведется в направлении от N-конца к С-концу.

Пожалуй, самой впечатляющей особенностью генетического кода является его универсальность. Так, все кодоны, входящие в состав мРНК, кодирующей аминокислотную последовательность куриного овальбумина, имеют абсолютно такой же смысл, что и в мРНК, кодирующих аминокислотные последовательности белков Е. coli, фага фХ174, табака или человека. И в то же время, как мы еще увидим в этой главе, нельзя сказать, что генетический код абсолютно не подвержен эволюции.

Сразу после того, как модель строения ДНК Уотсона-Крика, включая ее представление о том, что последовательность нуклеотидных пар в ДНК кодирует последовательности аминокислот в белках, была при-

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

68 Экспрессия генетического материала

Рис. 12.1. Иллюстрация трех теоретически возможных способов считывания нуклеотидного триплетного кода с включением трех соседних аминокислотных остатков (аа) в последовательность полипептида.

знана, многие исследователи сосредоточили свое внимание на установлении истинной природы генетического кода. Было ясно, что, поскольку в состав белков входит 20 различных аминокислот, каждый кодон должен состоять не менее чем из трех нуклеотидов. Нуклеотидные дублеты могли бы образовать не более 16 (4²) различных кодонов, в то время как на основе триплетов можно составить до 64 (4³) различных кодонов.

Можно представить себе несколько способов построения триплетного кода. Код мог бы быть перекрывающимся (рис. 12.1), однако функциональная особенность перекрывающегося кода заключается в том, что точечная мутация, приводящая к замене одной пары оснований, вызывала бы изменение двух или трех соседних аминокислот в последовательности мутантного белка. В то же время определение аминокислотной последовательности ряда мутантных белков показало, что замена одного нуклеотида соответствует замене только одной аминокислоты. Гипотеза перекрывающегося кода должна также накладывать ограничения на то, какие аминокислоты в белке могут оказаться соседними. Анализ же реальных белковых последовательностей показывает, что таких ограничений нет и рядом могут находиться две произвольные аминокислоты. Эти наблюдения заставляют отказаться от представления о перекрывающемся коде и тем самым свидетельствуют о том, что генетический код в действительности является неперекрывающимся.

Можно было бы предложить два варианта неперекрывающегося триплетного кода. Поскольку из 64 возможных кодонов только 20 необходимы для кодирования 20 аминокислот, то остальные 44 могли бы быть ничего не значащими (нонсенс-) кодонами. Такой код, в котором каждой аминокислоте соответствовал бы только один кодон, можно было бы назвать невырожденным. В другом варианте большая часть или все 64 кодона могли бы кодировать какую-либо аминокислоту. Такой код, в котором одной аминокислоте соответствуют один или несколько кодонов, называют вырожденным. (Термин «вырожденный» для