20. Генетический код. Свойства, значение, нарушения кода.

Генетический код – совокупность правил, согласно которым в живых клетках последовательность нуклеотидов (ген и мРНК) переводится в последовательность аминокислот в белках. Собственно перевод (трансляцию) осуществляет рибосома, которая соединяет аминокислоты в цепочку согласно инструкции, записанной в кодонах мРНК. Соответствующие аминокислоты доставляются в рибосому молекулами тРНК. Генетический код всех живых организмов Земли един (имеются лишь незначительные вариации), что свидетельствует о наличии общего предка.

Правила генетического кода определяют, какой аминокислоте соответствует триплет (три подряд идущих нуклеотида) в мРНК. За редкими исключениями, каждому кодону соответствует только одна аминокислота. Конкретная аминокислота может кодироваться более чем одним кодоном, есть также кодоны, означающие начало и конец белка. Вариант генетического кода, который используется подавляющим большинством живых организмов, называют стандартным, или каноническим, генетическим кодом. Однако известно несколько десятков исключений из стандартного генетического кода, например, при трансляции в митохондриях используются несколько изменённые правила генетического кода.

Простейшим представлением генетического кода может служить таблица из 64 ячеек, в которой каждая ячейка соответствует одному из 64 возможных кодонов.

Выделяют следующие свойства генетического кода:

1. Триплетность

Каждой аминокислоте соответствует 3 нуклеотида (триплет ДНК, кодон иРНК). Существует 64 кодона, из которых 3 являются нонсенс кодонами (стоп-кодонами)

2. Непрерывность (компактность)

Информация считывается непрерывно - внутри гена нет знаков препинания: так как ген кодирует один белок, то было бы нецелесообразно разделять его на части. Стоп-кодоны - " знаки препинания" - есть между генами, которые кодируют разные белки.

3. Неперекрываемость

Один и тот же нуклеотид не может принадлежать 2, 3 и более триплетам ДНК/кодонам иРНК. Он входит в состав только одного триплета.

4. Специфичность (однозначность)

Один кодон соответствует строго одной аминокислоте и никакой другой более соответствовать не может.

5. Избыточность (вырожденность)

Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (при этом одну а/к кодируют 3 нуклеотида).

6. Коллинеарность

Соответствие линейной последовательности кодонов иРНК последовательности аминокислот в молекуле белка.

7. Однонаправленность

Кодоны считываются строго в одном направлении (5’-3’) от первого к последующим. Считывание происходит в процессе трансляции.

8. Универсальность

Генетический код един для всех живых организмов (за редчайшими исключениями), что свидетельствует о единстве всего живого.

Значение генетического кода:

Генетический код позволяет использовать ДНК как основное хранилище генетической информации, и при этом иметь возможность перевести ее в форму РНК и белков.

Ошибки генетического кода:

Возникают в основном из-за различных мутаций, возникающих вследствие различных причин (вставки в кодирующую цепь ДНК, ошибки при репликации и т. д. ). Выделяют следующие ошибки генетического кода:

1. Миссенс-мутации. Точечные мутации, при которых кодон, подвергшийся ей, наинает кодировать другую аминокислоту. В зависимости от того, насколько различаются изначальный и мутантный протеин, различают следующие виды миссенс-мутаций:

a. Приемлемые – специфичные свойства протеинов (ССП) почти или полностью совпадают (пример – гемоглобин Хикари способен связвать кислород с той же эффективностью, что и обычный)

b. Частично приемлемые – ССП частично совпадают с некоторыми различиями (гемоглобин S менее эффективен, чем обычный, к тому же в некоторой степени опасен из-за склонности к кристаллизации. Заболевание – серповидно-клеточная анемия)

c. Неприемлемые мутации – ССП резко различаются, что приводит к его нефункциональности (пример – метгемоглобин вообще не может связывать кислород, заболевание – метгемоглобинемия)

2. Нонсенс-мутации. Точечные мутации, приводящие к появлению стоп-кодона там, где его быть не должно, что приводит к преждевременной терминации синтеза белка. Обычно такой фрагмент не может выполнять функции изначально синтезируемого белка. В результате нонсенс-мутаций, в зависимости от пораженного гена, может произойти как гибель организма на эмбриональном этапе развития, так и появление тяжелых генетических заболеваний, вроде муковисцидоза или бета-талассемии

3. Сдвиг рамки считывания (СДС). Данный тип ошибок возникает при вставках или делециях нуклеотидов (данный тип мутаций в совокупности называется индел-мутациями), количество которых некратно трем. В результате СДС обычно становятся активными стоп-кодоны, разбросанные по гену из-за свойства неперекрываемости, что, как правило, приводит к полному отсутствию белка в организме. Из-за этого, опять же, организм либо погибает еще до рождения, либо страдает тяжелыми генетическими заболеваниями, вроде болезни Тея-Сакса. В остальных случаях, когда количество нуклеотидов кратно трем.