Გენეტიკური კოდის დეგენერაცია: ზოგადი ინფორმაცია

კოდონებში გამოხატული გენეტიკური კოდი არის პლანეტის ყველა ცოცხალი ორგანიზმების თანმიმდევრული ცილების სტრუქტურის შესახებ ინფორმაციის კოდირება. მისი დეკოდირება ათწლეულს აიღო, მაგრამ ის ფაქტი, რომ ის არსებობს, მეცნიერებმა გაიგეს თითქმის საუკუნეში. უნივერსალურობა, სპეციფიურობა, ერთი სიმბოლო და განსაკუთრებით გენეტიკური კოდის დეგენერაცია დიდი ბიოლოგიური მნიშვნელობისაა.

აღმოჩენის ისტორია

კოდირების გენეტიკური პრობლემის პრობლემა ყოველთვის იყო ბიოლოგიაში. გენეტიკური კოდის მატრიცის სტრუქტურაში მეცნიერება საკმაოდ ნელა გადავიდა. 1953 წელს ჯ. უოტსონსა და ფრიკ კრიხის აღმოჩენის შემდეგ დნმ-ის ორმაგი ხერხის სტრუქტურა დაიწყო იმ კოდების სტრუქტურის უგულებელყოფის ეტაპი, რომელიც ბუნების სიდიადეზე რწმენას მოჰყვა. პროტეინის ხაზოვანი სტრუქტურა და დნმ-ის სტრუქტურა გულისხმობდა გენეტიკური კოდის არსებობას, როგორც ორი ტექსტის კორესპონდენციას, მაგრამ ჩაწერილია სხვადასხვა ანბანის გამოყენებით. და თუ პროტეინის ანბანი ცნობილი იყო, დნმ-ის ნიშნები ბიოლოგიის, ფიზიკოსებისა და მათემატიკოსების შესწავლის საგანი გახდა.

არ არსებობს წერტილი, რომელშიც აღწერს ყველა ამ ნაბიჯის გადასაწყვეტად გადასაწყვეტი ნაბიჯები. პირდაპირი ექსპერიმენტი, რომელიც დადასტურდა და დაადასტურა, რომ არსებობს დნმ-ის კოდონებსა და ცილის ამინომჟავებს შორის ნათელი და თანმიმდევრული კორესპონდენცია, 1964 წელს შესრულდა C. Janowski და S. Brenner. და შემდეგ - გენეტიკური კოდის დეკოდირების პერიოდი უჯრედში (in vitro) უჯრედის თავისუფალი სტრუქტურებში ცილის სინთეზის ტექნიკის გამოყენებით.

სრულად გაშიფრული E. coli კოდი გამოიცა 1966 წელს ბიოლოგთა სიმპოზიუმზე Cold Springs Harbor- ში (აშშ). ამის შემდეგ აღმოჩენილი იყო გენეტიკური კოდის redundancy (degeneracy). ეს იმას ნიშნავს, რომ ეს ძალიან მარტივია.

დეკოდირება გრძელდება

მემკვიდრეობითი კოდექსის ჩამოყალიბების შესახებ მონაცემების მიღება გასული საუკუნის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მოვლენა გახდა. დღეს მეცნიერება განაგრძობს მოლეკულური კოდირებისა და სისტემური თვისებების სიღრმისეული მეთოდების შესწავლას და ნიშნების გადაჭარბებას, რომელშიც გამოიხატება გენეტიკური კოდის დეგენერაცია. სწავლის ცალკეული ფილიალი არის მემკვიდრეობითი მასალების კოდირების სისტემის გაჩენა და განვითარება. პოლინელექტოიდების (დნმ) და პოლიპეპტიდების (ცილები) კავშირის მტკიცებულება მოლეკულური ბიოლოგიის განვითარების სტიმულს აძლევდა. და რომ, თავის მხრივ, ბიოტექნოლოგია, ბიოინჟინერია, გამოგონება და მცენარეთა მოყვანა.

ძაღლები და წესები

მოლეკულური ბიოლოგიის მთავარი დოგმაა დნმ-დან ინფორმაციის რნმამდე გადაცემული ინფორმაცია, შემდეგ კი ცილაზე. საპირისპირო მიმართულებით ტრანსმისია შესაძლებელია დნმ-ზე დნმ-ზე და RNA- ს სხვა RNA- ზე.

მაგრამ მატრიცა ან ფონდი ყოველთვის დნმ-ისაა. ინფორმაციის გადაცემის ყველა სხვა ფუნდამენტური მახასიათებელია ტრანსმისიის ამ მატრიცის ბუნება. კერძოდ, სხვა მოლეკულების მატრიცაზე სინთეზის ჩატარების გზით ტრანსფერები, რაც მემკვიდრეობითი ინფორმაციის რეპროდუცირების სტრუქტურა გახდება.

გენეტიკური კოდი

პროტეინის მოლეკულების სტრუქტურის ხაზოვანი კოდირება ხორციელდება ნუკლეოტიდების დამატებითი კოდონების (ტრიპლეტები) დახმარებით, რომელთაგან მხოლოდ 4 (ადენი, გუანინი, ციტოზინი, თირმინი) (სპირტინი), რომელიც სპონტანურად იწვევს სხვა ნუკლეოტიდის ჯაჭვის ფორმირებას. ამგვარი სინთეზის ძირითადი პირობაა ნუკლეოიდების იგივე რაოდენობა და ქიმიური შემადგენლობა. მაგრამ როდესაც ცილის მოლეკულა იქმნება, არ არსებობს მონომების რაოდენობისა და ხარისხის ხარისხი (დნმ ნუკლეოტიდები - ცილის ამინომჟავები). ეს არის ბუნებრივი მემკვიდრეობითი კოდი - ნუკლეოტიდების (კოდონების) თანმიმდევრობის სისტემაში ცილის ამინომჟავების თანმიმდევრობა.

გენეტიკურ კოდს რამდენიმე თვისება აქვს:

• ტრიპლეტი.
• უნიკალურობა.
• დირექტიურობა.
• არაგადაადგილებელი.
• გენეტიკური კოდის შემცირება (დეგენერაცია).
• მრავალფეროვნება.

აქ არის მოკლე აღწერა, რომელიც ყურადღებას ამახვილებს ბიოლოგიურ მნიშვნელობაზე.

ტრილეტი, უწყვეტობა და გაჩერების შეჩერება

61 ამინომჟავების თითოეული შეესაბამება ნუკლეოტიდების ერთი გრძნობა (ტრიპლეტი). სამი ტყუპი არ ატარებს ინფორმაციას ამინომჟავის შესახებ და შეწყვეტენ კოდონებს. ჯაჭვში თითოეული ნუკლეოტიდი ტრიპლეტის ნაწილია და თავისთავად არ არსებობს. დასასრულს და ერთი პროტეინისთვის პასუხისმგებელი ნუკლეოტიდის ჯაჭვის დასაწყისში, არსებობს შეწყვეტა codons. ისინი დაიწყებენ ან შეაჩერებენ თარგმანს (ცილის მოლეკულის სინთეზი).

სპეციფიკა, არ გადაფარვა და ერთი აღწერილობა

თითოეული codon (triplet) encodes მხოლოდ ერთი ამინომჟავის. თითოეული ტრიპლეტი არ არის დამოკიდებული მეზობელზე და არ გადაფარავს. ერთი ნუკლეოტიდის შეყვანა მხოლოდ ჯაჭვიში მხოლოდ ერთი ტრიპლეტის შეყვანაა. ცილის სინთეზი ყოველთვის მხოლოდ ერთი მიმართულებითა, რომელიც არეგულირებს გაჩერების კოდებს.

გენეტიკური კოდის შემცირება

ნუკლეოტიდების ყოველი ტრიპლეტი ერთ ამინომჟავას ასახავს. სულ 64 ნუკლეოტიდი, 61 მათგანი შეიცავს ამინომჟავებს (სემანტიკური კოდონების) და სამი - უაზრო, ანუ, ამინომჟავა არ არის კოდირებული (შეაჩერე კოდონები). გენეტიკური კოდის შემცირება (დეგენერაცია) იმაში მდგომარეობს, რომ თითოეულ ტრიპლეტში შეიძლება შეიცვალოს ჩანაცვლება - რადიკალური (ამინომჟავების ჩანაცვლება) და კონსერვატიული (არ შეცვალოს ამინომჟავების კლასი). ადვილად გამოთვალეთ, რომ თუ სამი ალტერნატივა შეიძლება გაკეთდეს ტრიპლეტში (პოზიციები 1, 2 და 3), თითოეული ნუკლეოტიდის შეცვლა შეიძლება შეიცვალოს 4 - 1 = 3 სხვა ვარიანტით, მაშინ ნუკლეოტიდის შემცვლელების შესაძლო ვარიანტების საერთო რაოდენობა 61-დან 9 = 549 იქნება.

გენეტიკური კოდის დეგენერაცია გამოიხატება იმაში, რომ 549 ვარიანტები გაცილებით მეტია, ვიდრე საჭიროა 21 ამინომჟავების შესახებ კოდირების შესახებ. 549 ვარიანტებისგან, 23 ცვლილებები გამოიწვევს გაჩერების კოდონების ფორმირებას, 134 + 230 შეცვლას კონსერვატიულად, ხოლო 162 ჩანაცვლება რადიკალია.

დეგენერაციული და გამონაკლისი წესი

თუ ორი კოდს აქვს ორი იდენტური პირველი ნუკლეოტიდი, ხოლო დანარჩენი ნაწილები წარმოდგენილია იმავე კლასის ნუკლეოტიდებზე (purine ან pyrimidine), ისინი ატარებენ ინფორმაციას იმავე ამინომჟავის შესახებ. ეს არის გენეტიკური კოდის დეგენერაციული ან გადანაწილების წესი. ორი გამონაკლისი - AUA და UGA - პირველი encodes methionine, თუმცა უნდა იყოს იზოლაჟინი და მეორე - stop codon, მიუხედავად იმისა, რომ ეს უნდა encode to tryptophan.

დეგენერაციული და უნივერსალურობის მნიშვნელობა

ეს არის გენეტიკური კოდების ეს ორი თვისება, რომელსაც აქვს უდიდესი ბიოლოგიური მნიშვნელობა. ზემოთ ჩამოთვლილი ყველა თვისება დამახასიათებელია ჩვენი პლანეტის ყველა ცოცხალი ორგანიზმის მემკვიდრეობითი ინფორმაციის შესახებ.

გენეტიკური კოდის დეგენერაციას აქვს ადაპტაციური მნიშვნელობა, ისევე როგორც ერთი ამინომჟავის კოდების მრავალრიცხოვანი დუბლირება. გარდა ამისა, ეს ნიშნავს, რომ კოდონში მესამე ნუკლეოტიდის მნიშვნელობის შემცირება (გადაგვარება). ეს პარამეტრი ამცირებს დნმ-ში მუქარულ დაზიანებას, რამაც სერიოზული დარღვევები გამოიწვია ცილის სტრუქტურაში. ეს არის პლანეტის ცოცხალი ორგანიზმის დამცავი მექანიზმი.