Примечание к таблице 1.1. Фен – фенилаланин, Лей – лейцин, Илей – изолейцин, Мет – метионин, Вал – Валин, Сер – серин, Про – пролин, Тре – треонин, Ала – аланин, Тир – тирозин, Гис – гистидин, Глн – глутамин, асн – аспарагин, Асп – аспарагиновая кислота, Лиз – лизин, Глу – глутаминовая кислота, Цис – цистеин, Трип – триптофан, Арг – аргинин, Гли – глицин, А – аденин, Г – гуанин, Ц – цитозин, У – урацил. Охра, амбар и опал – условные названия бессмысленных триплетов.

Из таблицы 1.1 видно, что генетический код, как и предполагалось, сильно вырожден. Только две аминокислоты (метионин и типтофан) имеют по одному кодирующему триплету, девять аминокислот (например, тирозин, фенилаланин) кодируются каждая двумя триплетами. Одна аминокислота (изолейцин) кодируется тремя триплетами, пять аминокислот (например, пролин, глицин) кодируются четырьмя, а три аминокислоты (аргинин, лейцин и серин) даже шестью разными триплетами каждая.

Это полностью согласуется с данными, полученными позже, когда была определена точная структура ряда тРНК. Оказалось, что для одной аминокислоты может существовать две или даже несколько различных тРНК, к которым она может быть прицеплена амино-ацил-тРНК-синтеразами; число таких изоакцепторных тРНК обычно зависит от числа разных триплетов, кодирующих данную аминокислоту.

Из 64 возможных триплетов, образуемых сочетаниями четырех оснований, 61 триплет кодирует аминокислоты, а три триплета, а именно – УАА, УАГ и УГА, получившие в молекулярной генетике условные названия "охра", "амбер" и "опал", служат своего рода стоп-сигналами, обозначающими конец трансляции.

Когда считывание мРНК в рибосоме доходит до одного из этих триплетов, он опознается особыми белками ("освобождающими факторами"), обрывающими дальнейший рост полипептидной цепи и отделяющими ее от рибосомы, после чего рибосома может приступить к синтезу следующего полипептида.

Очень важным свойством генетического кода является его почти полная универсальность. Код един для всех организмов, как прокариотов, так и эукариотов, а также для вирусов, каждая из аминокислот определяется тем же самым кодоном или теми же кодонами. Это особенно четко демонстрируют опыты, в которых трансляцию осуществляют компоненты разного происхождения. Так, например, когда в бесклеточном белок-синтезирующую систему, содержащую аминокислоты и тРНК, из кишечной палочки, вносили мРНК, выделенную из ретикулоцитов кролика, то там образовывался белок, тождественный кроличьему гемоглобину, нормально синтезируемому ретикулоцитами. О почти полной универсальности генетического кода говорят и результаты использования искусственно синтезированных полирибонуклеотидов известного состава в белок – синтезирующих системах из бактериальных компонентов и из компонентов клеток млекопитающих – в обеих системах такие матрицы обусловливают синтез одинаковых полипептидов, структура которых строго соответствует кодовому значению триплетов матрицы. Есть много и других данных, свидетельствующих о том, что код везде одинаков. В частности, об этом говорят опыты, показывающие, что при искусственной пересадке генов в клетки неродственного организма, например, генов бактерии в клетки млекопитающего, эти гены продолжают обусловливать там синтез специфичных для них белков.

Из универсальности генетического кода известно только одно частичное исключение. В митохондриях, имеющих свой собственный белок-синтезирующий аппарат, кодовые значения нескольких триплетов иные, чем указано в таблице 1; например, триплет УГА, обычно не кодирующий аминокислот, а служащий стоп-сигналом ("опал"), в митохондриях кодирует триптофан; триплет ЦУГ, обычно кодирующий лейцин, тут кодирует треонин и так далее. Кроме того, число разных тРНК, образуемых в митохондриях, меньше, чем их синтезируется в клеточном ядре. Высказывается предположение, что в митохондриях, которые по современным представлениям некогда произошли из каких-то древних микроорганизмов, код несколько изменился в результате длительного существования в виде облигатных внутриклеточных симбионов. Кодовые значения триплетов в генах пластид не изменены, они такие же, как в ядерных генах организмов.

Заключение

Открытие ДНК и установление ее двуспиральной структуры Уотсоном и Криком в 1956 г. - это выдающееся достижение XX в.

Универсальность генетического кода указывает на его очень раннее возникновение в истории жизни на Земле. Очевидно, код сложился в теперешнем виде уже у древнейших живых существ, послуживших корнем, из которого развился весь органический мир, разнообразнейшие представители которого, от самых примитивных до наиболее высоко организованных, объединены общностью кода, унаследованного ими от этих далеких предков.

Объем генетической информации, хранящейся в генах и передаваемой ими. У высших организмов, характеризуемых огромным числом и разнообразием синтезируемых белков, объем заключенный в генах информации должен быть большим. Следующие расчеты, относящиеся к генам человека, взятым в качестве примера, позволяют наглядно представить себе, сколь велика эта информация и какое поразительное богатство ее уменьшается в миниатюрном пространстве.

Четыре миллиарда (4*109) спермиев человека (это минимальное количество, которое примет участие в образовании следующего поколения людей на земном шаре) могут поместиться в одной аптечной облатке, какую мы глотаем, когда приходиться принять хинин или другой неприятный на вкус порошок. Такой же объем занимает хроматин четырех миллиардов ядер яйцеклеток, с которыми сольются эти спермии при оплодотворении. В этих двух "облатках" содержится информация, обеспечивающая отличие каждого будущего человека от бактерий, водорослей, салата, улиток, лягушек, воробьев, мышей, словом, от всех других видов живых существ. Кроме того, эти "облатки" несут в себе информацию о том, какова будет у каждого из четырех миллиардов людей следующего поколения окраска кожи, цвет и структура волос, цвет и разрез глаз, форма носа, группы крови и бесчисленное множество других врожденных морфологических, физиологических, физиологических и биохимических особенностей, отличающих одних людей от других и делающих неповторимым всякого из них. Попробуем выразить в цифрах количество такой информации.

По современным оценкам, гаплоидный набор хромосом человека содержит не менее 50 тыс. и не более 100 тыс. генов, определяющих синтезируемые в его клетках белки, а также рибосомальные и транспортные РНК. Возьмем меньшую цифру, 50 тыс. (5*104). Следовательно, в одной "облатке" помещается (4*109)*(5*104)=20*1013, т. е. 200 триллионов генов. Ген состоит в среднем из 1000 (103) пар нуклеотидов. Значит, в "облатке" находится 20*1013*103=20*1016 пар нуклеотидов, входящих в состав генов человека.

Литература

1. Баблояц А., Молекулы, динамика и жизнь. Введение в самоорганизацию материй: Пер. с англ. – М.: "Мир", 1990. – 375 с., ил.

2. Брода Э., Эволюция биоэнергетических процессов: Пер. с анл. / - М.: Мир, 1978. – 304 с.