44. Структура і властивості генетичного коду.

Послідовностю нуклеотидів ДНК записана інформація про послідовність амінокислот у складі білків. Співвідношення між цими двома типами текстів – між комбінаціями нуклеотидів та амінокислотами – називається генетичним кодом. Оскільки загальне число комбінацій по два нуклеотиди з чотирьох дорівнює 16, а по три – 64, мінімальне число літер-нуклеотидів у одному слові нуклеотидного тексту, якими можна закодувати 20 амінокислот, має дорівнювати трьом. Саме це насправді і спостерігається: одне слово нуклеотидного тексту – кодон – є не чим іншим, як триплетом нуклеотидів. Послідовності усіх 64 кодонів (у напрямку від 5'- до 3'-кінця у складі мРНК) наведено на рис. 4.1. Серед 64 кодонів три являють собою сигнали зупинки синтезу білка (стоп-кодони, або нонсенс-кодони), решта, 61 змістовний кодон, відповідають певним амінокислотам. Співвідношення між кодонами та амінокислотами є однозначним: певний триплет кодує одну і тільки одну певну амінокислоту. Зворотне співвідношення не є однозначним: більшість амінокислот кодуються кількома триплетами – код є виродженим. Дві амінокислоти – Trp та Met – є невиродженими й кодуються лише одним кодоном кожна. Решта 18 амінокислот кодуються серіями кодонів-синонімів – від 2 до 6 кодонів на серію.

Якщо розглянути триплети синонімічних серій, стає очевидним, що три позиції кодона не є рівнозначними:

• найбільш важливою для визначення змісту кодона є положення нуклеотидів у першій та другій позиції, при цьому друга позиція визначає його зміст найбільш жорстко – нуклеотидні заміни по другій позиції завжди призводять до зміни змісту (амінокислотної заміни);

• найменш змістовною є третя позиція – нуклеотидні заміни по третій позиції у 70% випадків не призводять до зміни змісту кодона.

В залежності від того, який нуклеотид стоїть у другій позиції, усі кодони та відповідні амінокислоти можна розділити на 4 групи (4 стовпчики у таблиці коду на рис. 4.1). Виявляється, що до групи U (урацил у другій позиції) відносяться гідрофобні амінокислоти великого розміру з повністю аліфатичними боковими залишками (див. також рис. 2.1). Тобто, нуклеотидні заміни по першій та третій позиціям у межах цієї групи не призводять до зміни властивостей амінокислоти, мінімізуючи вплив таких амінокислотних замін на просторову структуру білка (див. розділ 2). Аналогічно, до групи А відносяться великі полярні амінокислоти (за виключенням Tyr, але й він, хоча загалом гідрофобний, також здатний утворювати водневий зв'язок). Група С сформована маленькими амінокислотами. До групи G потрапляють амінокислоти з екстремальними властивостями: найбільша гідрофобна – Trp, найбільша полярна – Arg, найбільш реакційно здатна – Cys, найменша – Gly.

Генетичний код є досить універсальним – наведена таблиця коду реалізується як для бактерій, так і для ссавців. Але у деяких випадках (деякі прокаріоти, гриби, водорості, а також автономна генетична система мітохондрій) спостерігаються невеличкі відхилення від універсальності. Це свідчить, що стійка до перешкод система співвідношення між нуклеотидними та амінокислотними текстами є продуктом еволюційного процесу.

При синтезі білка (розділ 8) триплети зчитуються з нуклеотидного тексту один за одним: сусідні триплети не перекриваються, і між ними відсутні проміжки. Відповідно, будь яка послідовність нуклеотидів може бути прочитана трьома різними способами – містить три рамки зчитування (рис. 4.2). Рамка, що знаходиться між стартовим (частіше у якості стартового використовується метіоніновий кодон AUG) та стоп-кодоном, називається відкритою рамкою зчитування (ORF, open reading frame).