Kodonlarda ifodalangan genetik kod sayyoradagi barcha tirik organizmlarga xos boʻlgan oqsillar tuzilishi haqidagi maʼlumotlarni kodlash tizimidir. Uning dekodlanishi o'n yil davom etdi, ammo uning mavjudligini fan deyarli bir asr davomida tushundi. Universallik, o'ziga xoslik, bir yo'nalishlilik va ayniqsa genetik kodning degeneratsiyasi katta biologik ahamiyatga ega.
Kashfiyot tarixi
Irsiy axborotni kodlash muammosi har doim biologiyada asosiy masala bo'lib kelgan. Ilm-fan genetik kodning matritsa tuzilishiga nisbatan sekin harakat qildi. 1953 yilda J. Uotson va F. Krik DNKning qo'sh spiral tuzilishini kashf etganidan beri kodning tuzilishini ochish bosqichi boshlandi, bu esa tabiatning buyukligiga ishonchni uyg'otdi. Oqsillarning chiziqli tuzilishi va DNKning bir xil tuzilishi ikkita matnning yozishmalari sifatida genetik kodning mavjudligini nazarda tutgan, ammo turli alifbolar yordamida yozilgan. Va agaroqsillar alifbosi ma'lum edi, keyin DNK belgilari biologlar, fiziklar va matematiklarning o'rganish mavzusiga aylandi.
Ushbu topishmoqni yechishning barcha bosqichlarini tasvirlashning ma'nosi yo'q. DNK kodonlari va oqsil aminokislotalari o'rtasida aniq va izchil muvofiqlik mavjudligini isbotlagan va tasdiqlagan to'g'ridan-to'g'ri tajriba 1964 yilda C. Yanowski va S. Brenner tomonidan amalga oshirildi. Va keyin - hujayrasiz tuzilmalarda protein sintezi usullaridan foydalangan holda in vitro (in vitro) genetik kodni dekodlash davri.
Toʻliq shifrlangan E. coli kodi 1966 yilda Cold Spring Harborda (AQSh) biologlar simpoziumida ommaga eʼlon qilingan. Keyin genetik kodning ortiqchaligi (degeneratsiyasi) aniqlandi. Buning ma'nosi juda oddiy tushuntirildi.
Dekodlash davom etmoqda
Irsiy kodni dekodlash bo'yicha ma'lumotlarni olish o'tgan asrning eng muhim voqealaridan biriga aylandi. Bugungi kunda fan molekulyar kodlash mexanizmlarini va uning tizimli xususiyatlarini va genetik kodning degeneratsiyasi xususiyatini ifodalovchi belgilarning haddan tashqari ko'pligini chuqur o'rganishni davom ettirmoqda. Alohida tadqiqot sohasi irsiy materialni kodlash tizimining paydo bo'lishi va evolyutsiyasidir. Polinukleotidlar (DNK) va polipeptidlar (oqsillar) o'rtasidagi munosabatlarning dalillari molekulyar biologiyaning rivojlanishiga turtki berdi. Bu esa, oʻz navbatida, biotexnologiya, bioinjeneriya, seleksiya va ekin yetishtirishdagi kashfiyotlar.
Dogmalar va qoidalar
Molekulyar biologiyaning asosiy dogmasi - ma'lumot DNKdan axborotga o'tkaziladiRNK, so'ngra undan oqsilga. Qarama-qarshi yo'nalishda RNK dan DNK ga va RNK dan boshqa RNK ga o'tish mumkin.
Ammo matritsa yoki asos har doim DNKdir. Axborotni uzatishning boshqa barcha asosiy xususiyatlari uzatishning ushbu matritsa tabiatining aksidir. Ya'ni, irsiy ma'lumotni ko'paytirish tuzilishiga aylanadigan boshqa molekulalarning matritsasiga sintez orqali o'tish.
Genetik kod
Oqsil molekulalari tuzilishini chiziqli kodlash nukleotidlarning komplementar kodonlari (uchliklari) yordamida amalga oshiriladi, ulardan faqat 4 tasi (adein, guanin, sitozin, timin (urasil)) o'z-o'zidan hosil bo'lishiga olib keladi. boshqa nukleotidlar zanjiri. Nukleotidlarning bir xil soni va kimyoviy komplementarligi bunday sintezning asosiy shartidir. Ammo oqsil molekulasining hosil bo'lishi jarayonida monomerlarning miqdori va sifati o'rtasida mos kelmaydigan (DNK nukleotidlari oqsil aminokislotalari). Bu tabiiy irsiy kod - oqsildagi aminokislotalarning nukleotidlar (kodonlar) ketma-ketligini qayd etish tizimi.
Genetik kod bir nechta xususiyatlarga ega:
- Uchlik.
- Betakrorlik.
- Orientatsiya.
- Bir-biriga mos kelmaydi.
- Genetik kodning ortiqchaligi (degeneratsiyasi).
- Koʻp tomonlama.
Keling, biologik ahamiyatiga e'tibor qaratgan holda qisqacha tavsif beraylik.
Uchlik, uzluksizlik va svetoforlar
61 ta aminokislotalarning har biri nukleotidlarning bir semantik tripletiga (uchlik) mos keladi. Uchta uchlik aminokislotalar haqida ma'lumot bermaydi va to'xtash kodonlaridir. Zanjirdagi har bir nukleotid tripletning bir qismi bo'lib, o'z-o'zidan mavjud emas. Bitta oqsil uchun mas'ul bo'lgan nukleotidlar zanjirining oxirida va boshida to'xtash kodonlari mavjud. Ular tarjimani boshlaydi yoki to'xtatadi (oqsil molekulasi sintezi).
Maxsus, bir-biriga mos kelmaydigan va bir yoʻnalishli
Har bir kodon (uchlik) faqat bitta aminokislotani kodlaydi. Har bir uchlik qo'shnisidan mustaqil va bir-biriga mos kelmaydi. Bitta nukleotid zanjirdagi faqat bitta tripletga kiritilishi mumkin. Protein sintezi har doim faqat bitta yo'nalishda boradi, bu to'xtash kodonlari bilan tartibga solinadi.
Genetik kodning ortiqchaligi
Har bir uchlik nukleotidlar bitta aminokislotani kodlaydi. Hammasi bo'lib 64 ta nukleotid mavjud bo'lib, ulardan 61 tasi aminokislotalarni (sezgi kodonlarini) kodlaydi va uchtasi ma'nosizdir, ya'ni ular aminokislotalarni (to'xtash kodonlarini) kodlamaydi. Genetik kodning ortiqchaligi (degeneratsiyasi) har bir tripletda - radikal (aminokislotalarni almashtirishga olib keladi) va konservativ (aminokislotalar sinfini o'zgartirmang) almashtirishlar amalga oshirilishi mumkinligidadir. Hisoblash oson, agar tripletda 9 ta almashtirish mumkin bo'lsa (1, 2 va 3 pozitsiyalar), har bir nukleotid 4 - 1=3 ta boshqa variant bilan almashtirilishi mumkin bo'lsa, nukleotidlarni almashtirish variantlarining umumiy soni 61 ta bo'ladi. x 9=549.
Genetik kodning degeneratsiyasi shundan dalolat beradiki, 549 ta variant avvalgisidan ancha ko'p.21 ta aminokislotalar haqidagi ma'lumotlarni kodlash uchun zarur. Shu bilan birga, 549 ta variantdan 23 tasi toʻxtash kodonlarining hosil boʻlishiga olib keladi, 134+230 tasi konservativ, 162 tasi esa radikaldir.
Degeneratsiya va istisno qoidasi
Agar ikkita kodon ikkita bir xil birinchi nukleotidga ega boʻlsa, qolganlari bir xil sinfdagi nukleotidlar (purin yoki pirimidin) boʻlsa, ular bir xil aminokislota haqida maʼlumot olib yuradi. Bu genetik kodning degeneratsiyasi yoki ortiqchaligi qoidasi. Ikki istisno - AUA va UGA - birinchisi metioninni kodlaydi, garchi u izolösin bo'lishi kerak, ikkinchisi esa triptofanni kodlashi kerak bo'lsa-da, to'xtash kodonidir.
Degeneratsiya va universallikning ma'nosi
Genetik kodning ana shu ikki xususiyati eng katta biologik ahamiyatga ega. Yuqorida sanab o'tilgan barcha xususiyatlar sayyoramizdagi barcha tirik organizmlarning irsiy ma'lumotlariga xosdir.
Genetik kodning degeneratsiyasi adaptiv qiymatga ega, masalan, bitta aminokislota kodining bir necha marta takrorlanishi. Bundan tashqari, bu kodondagi uchinchi nukleotidning ahamiyatini (degeneratsiyasini) kamaytirishni anglatadi. Ushbu parametr DNKdagi mutatsion zararni kamaytiradi, bu esa protein tuzilishining qo'pol buzilishiga olib keladi. Bu sayyoramizdagi tirik organizmlarning himoya mexanizmi.
