Биология. В 3-х томах. Т. 3

Рис. 22.20. Схема, поясняющая результаты добавления или удаления оснований в триплетном коде. Добавление основания Ц приводит к сдвигу рамки, так что первоначальное сообщение ГAT, ГAT, ... превращается в ТГА, ТГА. ... Выпадение основания А вызывает сдвиг рамки, приводящий к замене первоначального сообщения ГAT, ГAT, ... на ATГ, ATГ, ... Добавление основания Ц и удаление основания А в точках, указанных на схеме, приводят к восстановлению первоначального сообщения ГAT, ГAT, ... (По F.H. С. Crick, 1962, The genetic cod I, Scientific American, Offprint N123, Wm. Saunders and Co.)

Рис. 22.21. Триплеты оснований в неперекрывающемся и перекрывающемся кодах

22.5. Используя повторяющиеся триплеты ГТА и основание Ц, покажите, что исходную последовательность триплетов можно восстановить только путем добавления или удаления трех оснований. (Представьте свой ответ в такой форме, как показано на рис. 22.20.)

22.5.4. Расшифровка кода

Для того чтобы понять ход экспериментов, проводившихся с целью установить, какие триплеты соответствуют тем или иным аминокислотам (т.е. расшифровать генетический код), нужно иметь представление о механизме, с помощью которого триплетный код переводится в структуру белковой молекулы.

В синтезе белка участвуют нуклеиновые кислоты двух типовь — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК), взаимодействующие друг с другом. Существует три главных типа РНК: информационная, или матричная, РНК (мРНК), рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК)[10]. ДНК содержится и в таких органеллах, как митохондрии и хлоропласты, но в основном она сосредоточена в ядре, где ее нуклеотидная последовательность копируется (транскрибируется) с образованием матричной РНК (мРНК), переходящей из ядра в цитоплазму. Оказавшись в цитоплазме, нить мРНК прикрепляется к рибосомам, где нуклеотидная последовательность мРНК транслируется в аминокислотную последовательность белка. Каждая аминокислота связывается с соответствующей тРНК, которая присоединяется к комплементарному триплету оснований мРНК. Аминокислоты, оказавшиеся в результате этого друг подле друга, соединяются, образуя полипептидную цепь. Таким образом, для белкового синтеза необходимы ДНК, мРНК, рибосомы, тРНК, аминокислоты, АТФ и ГТФ как источники энергии и различные ферменты и кофакторы, катализирующие каждую стадию этого процесса.

Ниренберг использовал эти данные и различные методы, созданные в конце пятидесятых годов, для разработки ряда экспериментов, поставленных с целью расшифровки кода. Суть его экспериментов сводилась к тому, чтобы, используя мРНК с заранее известной последовательностью оснований, выяснить последовательность аминокислот в полипептидной цепи, синтезируемой в присутствии этой мРНК. Ниренбергу удалось синтезировать РНК (полирибонуклеотид), состоящую из многократно повторяющихся триплетов УУУ. Это соединение, названное полиуридиловой кислотой (поли-У), было использовано в качестве мРНК. В каждую из 20 пробирок поместили бесклеточный экстракт Е. coli, содержавший рибосомы, тРНК, АТФ, ГТФ, ферменты и какую-либо одну меченую аминокислоту. Затем в каждую пробирку добавили поли-У и оставили на некоторое время, чтобы произошел синтез полипептидов. Анализ содержимого пробирок показал, что полипептид образовался только в той пробирке, которая содержала аминокислоту фенилаланин. Это было первым шагом в расшифровке генетического кода: выяснилось, что входящий в мРНК триплет оснований, или кодон, УУУ определяет включение в полипептидную цепь фенилаланина. Затем Ниренберг и его сотрудники занялись получением синтетических полинуклеотидов, соответствующих всем 64 возможным кодонам, и к 1964 г. расшифровали коды для всех 20 аминокислот (табл. 22.4).

Таблица 22.4. Последовательности оснований в триплетах и кодируемые ими аминокислоты. Приведены кодоны т. е. триолеты оснований в мРНК, а не в ДНК. В ДНК содержатся комплементарные основания, а У заменен на Т. 2-е основание

^* (Кодон, означающий конец синтеза полипептидной цепи.)

Как видно из табл. 22.4, для большинства аминокислот имеется по нескольку кодонов. Код, в котором число аминокислот меньше числа кодонов, называют вырожденным. Кроме того, можно видеть, что для многих аминокислот существенное значение имеют только первые буквы. Три из представленных в табл. 22.4 кодонов не кодируют аминокислот ("нонсенс-кодоны") и действуют как "стоп-сигнал" — означают конец закодированного сообщения. По-видимому, стоп-кодон — это концевая точка функциональной единицы ДНК-цистрона.