Генетический код. 
Концепции современного естествознания

Открытие в 1953 г. двухцепочечной структуры ДНК инициировало вопрос о соответствии, возможно существующем между, с одной стороны, вариативной частью ДНК, т. е. четырьмя азотистыми основаниями, и, с другой стороны, 20 стандартными аминокислотами, входящими в состав белков, обладающих исключительно важными для жизнедеятельности организмов функциями, актуальными, в частности, при обмене веществ. Такое соответствие назвали генетическим кодом.

В 1954 г. Дж. Гамов высказал убеждение, что генетический код должен быть триплетным. Дело в том, что из четырех аминокислот можно составить 16 (4²) дуплетов, 64 (4³) триплетов и 256 (4⁴) квартетов. 16 дуплетов недостаточно для кодирования 20 аминокислот. Вариант с 256 квартетами считался нереальным в силу редко демонстрируемой природой расточительности. В случае же приемлемого варианта с 64 триплетами возникал вопрос о возможной бессмысленности 44 (64—20) триплетных кодонов. Как это часто бывает в науке, гипотетические предположения нуждались в экспериментальном подтверждении. Применительно к проблеме генетического кода решающее значение имел эксперимент Ниренберга — Маттеи, проведенный в мае 1961 г.

Эксперимент Ниренберга — Маттеи

Экспериментаторы смешали компоненты, необходимые для синтеза белка, а именно короткие мРНК с известными последовательностями азотистых оснований, ферменты и смесь из 20 аминокислот, одна из которых в каждом эксперименте была помечена радиоактивным азотом. Продукты реакции просеивались через фильтр, который пропускал исключительно свободные кислоты, но не вновь синтезированные. Затем исследовался фильтрат на предмет содержания им радиоактивных материалов, пропущен ли он фильтром или же задержан им. Если он задерживался фильтром, то это означало, что он был вовлечен в процесс синтеза. Эксперимент показал, что мРНК с последовательностью из трех урациловых оснований (UUU) задерживает исключительно фенилаланин. Именно он, предварительно отмеченный радиоактивным азотом, фиксировался в составе фильтрата. Отсюда следовало, что триплет UUU соответствует фенилаланину.

Разработав экспериментальные методы выделения кодонов, которые постоянно совершенствовались, биологи добивались одного успеха за другим.

К 1965 г. генетический код был полностью расшифрован. За 1968 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена трем ученым Р. Холли, X. Г. Корана и М. Ниренбергу с формулировкой: «за расшифровку генетического кода и его роли в синтезе белков». Безусловно, эту премию заслуживали и многие другие биологи. Научное сообщество расценило расшифровку генетического кода как важнейшее научное открытие XX столетия. Было создано нечто вроде таблицы Менделеева для молекулярной генетики.

Генетический код записывают как в табличной, так и в круговой форме (табл. 6.6 и рис. 6.10).

Таблица 6.6

Стандартный генетический код.

Названия аминокислот: Ala — аланин, Arg — аргинин, Asn — аспарагин, Asp — аспарагиновая кислота, Cys — систеин, The — фенилаланин, Gin — глутамин, Glu — глутаминовая кислота, Gly — глицин, His — гистидин, Не — изолейцин, Leu — лейцин, Lys — лизин, Met — метионин, Pro — пролин, Ser — серин, Ткг — треонин, Тгр — триптофан, Туг — тирозин, Val — валин.

Итак, как выяснилось, природа использовала все 64 триплетные кодона. Один из них, а именно AUG, знаменует собой начало трансляции. Три других — UAA, VGA и UGG — останавливают ее, причем они не являются идентичными друг другу. Одной и той же кислоте может соответствовать несколько кодонов. Рекордсменами являются в этом отношении лейцин, аргенин и серин: они кодируются шестью триплетами. Всего одним триплетом кодируются метонин и триптофан. Для кодирования многих кислот решающее значение имеют первые два основания, третье варьируется. Следовательно, применительно к рассматриваемым аминокислотам мутации будут проявляться лишь в случае, если они приводят к замене первых двух оснований.

Стоит отметить, что существуют некоторые отклонения от стандартного генетического кода^[1]. Они свидетельствуют о том, что не следует биологические законы считать однозначными, им всегда присуща некоторая вариативность. Порой она воспринимается с недоумением, не ошибается ли природа, например, допуская кодирование одной и той же кислоты различными кодонами. Но при ближайшем рассмотрении выясняется, что природа не умеет ловчить. Избираемые ею вариации всегда закономерны.

Рис. 6.10. Стандартный генетический код, записанный в круговой форме Выводы

• • Генетически код устанавливает соответствие между четырьмя азотистыми основаниями РНК и 20 стандартными аминокислотами.
• • Каждой аминокислоте соответствует некоторое число триплетов (от 1 до 6). В кодировании задействуются все 64 триплета. Три из них соответствуют прекращению синтеза белка.
• • Генетический код универсален, он характерен для всех живых организмов.
• • Определенный кодон соответствует только одной аминокислоте.
• • Информация с кодонов считывается непрерывно, как выражаются биологи, без запятых.
• • Существуют известные отклонения от стандартного генетического кода. Смысл некоторых из них изучен недостаточно.

• [1] Инге-Ветомов С. Г. Как читается генетический код: правила и исключения // Современное естествознание: энциклопедия: в 10 т. Т. 8. Молекулярные основы биологическихпроцессов. М.: Издательской Дом МАГИСТР-ПРЕСС, 2000. С. 82.