Биология. В 3-х томах. Т. 3

Рис. 22.19. Схема, иллюстрирующая главные этапы в идентификации мутантных аллелей, которые контролируют синтез ферментов, участвующих в образовании аминокислот. Подробности см. в тексте (цифры на схеме соответствуют цифрам в тексте)

В этих ранних исследованиях был разработан экспериментальный метод с использованием минимальных сред, применяемый в генетике микроорганизмов во многих модификациях и давший огромное количество информации о роли генов.

В настоящее время твердо установлено, что гены контролируют происходящие в клетке процессы путем синтеза ферментов и других белков. Эти ферменты в свою очередь определяют синтез всех прочих веществ клетки.

С течением времени, однако, определение гена было видоизменено. Работы по строению генов бактериофага Т₄, проведенные Бензером в 1955 г., привели к созданию концепции цистрона как единицы функции. Цистрон — это участок ДНК, несущий информацию, необходимую для синтеза одной полипептидной цепи; такая цепь может функционировать самостоятельно как биологически активная белковая молекула или становится частью более крупной макромолекулы. В настоящее время концепцию "один ген — один фермент" сменила концепция "один цистрон один полипептид".

22.5.2. Генетический код

Когда Уотсон и Крик в 1953 г. предложили модель структуры ДНК в виде двойной спирали, они высказали также предположение, что генетическая информация, передаваемая из поколения в поколение и определяющая метаболизм клетки, заключена в последовательности оснований молекулы ДНК. После того как было установлено, что ДНК кодирует синтез белковых молекул, стало ясно, что последовательность оснований в нуклеотидах ДНК должна определять аминокислотную последовательность белков. Эта зависимость между основаниями и аминокислотами известна код названием генетического кода. Оставалось показать, что нуклеотидный код в самом деле существует, расшифровать его и выяснить, каким образом он переводится в аминокислотную последовательность белковой молекулы.

22.5.3. Структура кода

Молекула ДНК построена из нуклеотидов четырех типов, в состав которых входят четыре разных основания: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц) (см. разд. 5.6). Нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь; их обозначают начальными буквами названий соответствующих оснований. С помощью этого четырехбуквенного алфавита записаны инструкции для синтеза потенциально бесконечного числа различных белковых молекул. Если бы одно основание определяло положение одной аминокислоты в первичной структуре какого-то белка, то этот белок мог бы содержать только четыре вида аминокислот. Если бы каждая аминокислота кодировалась двумя основаниями, то с помощью такого кода можно было бы определить 16 аминокислот.

22.3. Составьте список 16 возможных попарных сочетаний из оснований А, Г, Т и Ц.

Только код, состоящий из троек оснований (триплетов), мог бы обеспечить включение в белковые молекулы всех 20 аминокислот. В такой код входит 64 разных триплета.

22.4. Четыре основания, используемые по одному, позволяют закодировать четыре аминокислоты; используемые попарно-16 аминокислот; используемые по три-64 аминокислоты. Выведите математическое выражение, объясняющее это.

Доказательства триплетности кода представил Фрэнсис Крик в 1961 г., получив у фагов Т4 мутации, вызванные добавлением или выпадением оснований. Эти добавления и выпадения, приводящие к сдвигам рамки при "чтении" кода (рис. 22.20), проявились у фагов Т₄ в изменениях фенотипа. В результате сдвига рамки получались такие последовательности триплетов оснований, которые не могли обеспечить синтез белковых молекул с прежней последовательностью аминокислот (прежней первичной структурой). Только добавление или удаление одного основания в определенных точках могло привести к восстановлению правильного кода. Восстановление первоначальной последовательности оснований предотвращало появление мутантов. Эти эксперименты показали также, что триплеты не перекрываются, т.е. каждое основание может принадлежать только одному триплету. Ни одно из оснований, входящих в данный триплет, не является частью другого триплета (рис. 22.21).