De degeneratie van de genetische code: de basisprincipes

De genetische code is uitgedrukt in codons, een systeem voor het coderen van informatie over de structuur van eiwitten, inherent aan alle levende organismen van de planeet. Decryptie tientallen jaren duren, maar het feit dat hij bestaat, is de wetenschap verstaan bijna een eeuw. Veelzijdigheid, specificiteit, in één richting, en vooral de degeneratie van de genetische code hebben biologische betekenis.

Geschiedenis van de ontdekkingen

Het probleem van het coderen van genetische informatie is altijd de sleutel in de biologie geweest. Door de matrixstructuur van de genetische code, wetenschap vorderde eerder traag. Sinds de ontdekking van J. Watson en Crick in 1953 de dubbele helix structuur van DNA in een fase van het oplossen van een codestructuur zelf, die het geloof in de majesteit van aard gevraagd. De lineaire structuur van eiwitten en DNA van dezelfde structuur impliciet de aanwezigheid van de genetische code, de correspondentie tussen de beide teksten, maar opgenomen met een verschillende alfabetten. En als het alfabet van eiwitten is bekend, de DNA merktekens waren onderwerp van studie biologie, natuurkunde en wiskunde.

Het is niet nodig om alle stappen in de oplossing van dit raadsel te beschrijven. Direct experiment bewees en bevestigde dat tussen DNA codons en aminozuren van het eiwit is er een duidelijke en consistente respectievelijk gehouden in 1964 Charles Janowski en S. Brenner. Een verder - bij het decoderen van de genetische code in vitro (in vitro) onder toepassing van technieken van eiwitsynthese in celvrije structuren.

Volledig ontcijferde code E. Coli werd afgekondigd in 1966, biologen op het symposium bij Cold Spring Harbor (USA). Toen opende ik de overtolligheid (degeneratie) van de genetische code. Wat dit betekent, uitgelegd heel eenvoudig.

decodering gaat verder

Het krijgen van het ontcijferen van de erfelijke code data is uitgegroeid tot een van de belangrijkste gebeurtenissen van de vorige eeuw. Vandaag de dag, de wetenschap nog steeds te verkennen in de diepte van de mechanismen van moleculaire coderingssysteem en de mogelijkheden ervan en een overvloed aan tekenen, wat tot uitdrukking komt in het bezit van de degeneratie van de genetische code. Een aparte studie van de industrie - de oorsprong en evolutie van erfelijk materiaal coderingssysteem. Bewijsmateriaalaaneenschakeling polynucleotiden (DNA) en polypeptiden (eiwitten) gaf impuls aan de ontwikkeling van de moleculaire biologie. En dat, op zijn beurt, biotechnologie, bio-ingenieur, ontdekkingen in de fokkerij en de plant groeit.

Dogma's en regels

Home dogma van moleculaire biologie - de gegevens van het DNA tot messenger RNA en daarna met haar op het eiwit. In de tegenovergestelde richting van transmissie vanaf RNA tot DNA en RNA andere RNA.

Maar de matrix of basis van DNA blijft altijd. En alle andere basisfuncties van informatieoverdracht - een weerspiegeling van de aard van de overdracht van de matrix. Namelijk door uitvoeren van verzending op de synthese van andere matrixmoleculen, waarbij de weergave van de structuur van genetische informatie is.

genetische code

Lijncodering structuur van eiwitmoleculen met aanvullende codons (tripletten) nucleotiden, die op 4 (adein, guanine, cytosine, thymine (uracil)), dat spontaan leidt tot de vorming van andere ketens van nucleotiden. Hetzelfde aantal nucleotiden en chemische complementariteit - dit is de belangrijkste voorwaarde voor synthese. Maar de vorming van een eiwitmolecuul kwaliteit beschikken de kwantiteit en kwaliteit van de monomeren is (DNA nucleotiden - eiwit aminozuren). Dit is de natuurlijke erfelijke code - registratiesysteem in de volgorde van nucleotiden (codons) de aminozuursequentie van het eiwit.

Genetische code heeft een aantal eigenschappen:

• Triplet.
• De uniciteit.
• Oriëntatie.
• Disjointness.
• Redundantie (degeneratie) van de genetische code.
• Veelzijdigheid.

Hier is een korte beschrijving, met de nadruk op de biologische betekenis.

Triplet, continuïteit en beschikbaarheid stoplights

Elk van 61 aminozuren die overeenkomen met een semantische t (triplet) nucleotiden. Drie drieling hebben geen informatie over het aminozuur dragen en zijn stopcodons. Elk nucleotide in de keten is een lid van de drieling en bestaat niet vanzelf. Aan het eind en het begin van een keten van nucleotiden die overeenkomen met een enkel eiwit, zijn stopcodons. Ze beginnen of stop uitzendingen (de synthese van een eiwitmolecuul).

Specificiteit en eenpuntigheid disjointness

Elk codon (triplet) codeert voor één aminozuur. Elke drieling is onafhankelijk van en niet overlapt grenst. Één nucleotide kan tot slechts één triplet in de keten. Proteïnesynthese altijd in één richting, waarover een stopcodons.

De redundantie van de genetische code

Elk triplet van nucleotiden codeert voor een aminozuur. Een totaal van 64 nucleotiden, 61 daarvan - gecodeerde aminozuursequentie (sense codon), en drie - betekenis, heeft dus geen aminozuur coderen (stopcodons). De overtolligheid (degeneratie) van de genetische code is dat substituties kunnen worden gemaakt in elke drieling - groep (die leiden tot aminozuur vervangen aminozuur) en conservatieve (aminozuren niet klasse veranderen). Het is gemakkelijk om te berekenen dat indien een triplet kan worden uitgevoerd 9 substituties (1, 2 en 3 posities), kan elke nucleotidesequentie worden vervangen door 4-1 = 3 andere uitvoeringsvorm, wordt het totale aantal mogelijke nucleotidesubstituties zijn 61-9 = 549.

De degeneratie van de genetische code is te zien in het feit dat 549 opties - het is veel meer dan nodig is voor zakodirovki informatie over 21 aminozuren. In dit geval vervangingsopties 549 23 leiden tot de vorming van een stopcodon, 134 + 230 substitutie - zijn conservatieve substituties, en 162 - groep.

Regel degeneratie en uitzonderingen

Als twee codons twee identieke eerste nucleotidesequentie, worden de resterende nucleotiden gepresenteerd met een klasse (purine- of pyrimidine), de informatie die ze hebben hetzelfde aminozuur. Dit is meestal de degeneratie of redundantie van de genetische code. Twee uitzonderingen - AUA en UGA - codeert eerste methionine, hoewel zou moeten isoleucine, en de tweede - een stopcodon, maar zou moeten tryptofaan coderen.

Betekenis degeneratie en veelzijdigheid

Deze twee eigenschappen van de genetische code hebben de hoogste biologische waarde. Alle hierboven vermelde eigenschappen zijn kenmerkend voor de genetische informatie van alle vormen van levende organismen op onze planeet.

De degeneratie van de genetische code heeft een adaptieve waarde, als herhaalde duplicatie van een enkel aminozuur code. Bovendien betekent dit een aanzienlijke vermindering (degeneratie) van de derde nucleotide in een codon. Een dergelijke uitvoeringsvorm minimaliseert de mutationele laesies in DNA, die ernstige schendingen in de eiwitstructuur meebrengen. Dit is een beschermend mechanisme van levende organismen van de planeet.