Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Мтричная РШ
Рис. 60. Схема опыта Ниренберга и Маттеи по синтезу фенилаланина.
простую РНК — полиуридиловую кислоту (рис. 60). Эта синтети-
ческая РНК построена только из уридиловых нуклеотидов:
ФР_ФР_ФР__ФР
I I I I
У У У У
Полиуридиловую кислоту добавляли в качестве матрицы в выделенный из клеток раствор, содержащий рибосомы. Выпавший при этом осадок оказался белком. Но это был необычный белок— полифенилаланин. Химический анализ показал, что в белковую полипептидную цепь полифенилаланина связывались молекулы только одной единственной аминокислоты — фенилаланина. В растворе имелись все 20 аминокислот, но полиуридиловая РНК выбрала из них только фенилаланин. Если исходить из того, что аминокислотный код триплетен, таким кодом для фенилаланина, очевидно, является триплет, в состав которого входят три уриди-ловые кислоты. Это и было экспериментально доказано: действительно молекула РНК, состоящая из триплетов урацила (УУУ), кодирует аминокислоту фенилаланин.
Триплет УУУ был первым знаком генетического кода, который удалось расшифровать. Затем последовало множество подобных опытов, когда в бесклеточную систему добавлялись другие синтетические РНК и производился анализ полученных результатов. При добавлении полицитидиловой РНК (поли-Ц) синтезировалась аминокислота пролин. Ее кодом оказался триплет ЦЦЦ. Если брали полиуридиловую кислоту с добавкой полиаденила (поли-А), то получался белок, состоящий главным образом из фенилаланина, но в него входил и изолейцин. По отношению поли-У к поли-А был установлен код для изолейцина — УУА. Так, последовательно комбинируя в синтетических РНК по три основания из четырех, в лабораториях М. Ниренберга и С. Очоа в 1962 г. был расшифрован состав нуклеотидных триплетов для всех 20 аминокислот, входящих в состав белковых молекул (табл. 13).
Представление о триплетном коде было подтверждено многочисленными биохимическими и прямыми генетическими экспериментами, основанными на сравнительном анализе мутаций.
13. Состав нуклеотидных триплетов
Первый Второй нуклеотид Третий
нуклеотид У ц А г
УГУ1 Цис У
УГЦ/
УГА ? А
У ГГ Три Г
ЦГУ) Apr У
ЦГЦ ц
ЦГА А
ЦГГ] Г
АГУ\ Сер У
АГЦ/ ц
АГА1 Apr А
АГГ] Г
ГГУ1 Гли У
ГГЦ ц
ГГА А
ГГГ Г
У
ц
А
УУУ
УУЦ
Фен
УУА I „ . УУГ ( Леи
ЦУУ ЦУЦ ЦУА ЦУГ
АУУ АУЦ АУА
Лей
Илей
АУГ Мет
Вал
УЦУ УЦГ
ЦЦУ
ЦЦЦ
ЦЦА
ЦЦГ
Про
АЦУ ч
Тое
АЦА
АЦГ
ГЦУ
гцц
ГЦА
ГЦГ
Ала
УАУ
УАЦ
У\А
УАГ
ЦАУ
ЦАЦ
Тир
Охр
Янт
Гис
ЦАА | рЛуТ
ЦАГ
ААУ
ААЦ
Асп
ААА ААГ \
ГАУ I Асп ГАЦ у Асп
ГА А ГАГ
Лиз
Глу
Примечание. Охр и Янт — кодоны, которые, вероятно, определяют начало и конец синтеза полипентндной цепи. Названия им даны от названий соответствующих мутантов.
Итак, код триплетен, т. е. определение последовательности аминокислот в молекуле белка производится путем специфического сочетания троек нуклеотидов в цепи ДНК- Когда были расшифрованы триплеты для всех аминокислот, входящих в молекулы белков, оказалось, что большинство из них кодируется не одним, а двумя, тремя, даже четырьмя различными триплетами (см. табл. 13). Например, метионин кодируется одним триплетом (АУГ), лизин —двумя (ААА и ААГ), изолейцин — тремя (АУУ, АУЦ и АУА), серии — четырьмя триплетами (УЦУ, УЦЦ, УЦА и УЦГ). В связи с этим говорят о вырожденности кода и код называют вырожденным. Под вырожденностью кода понимают возможность включения в белковую молекулу одной аминокислоты несколькими триплетами. Триплеты не перекрывают друг друга, один триплет не может входить в состав других, каждый из них самостоятельно кодирует свою аминокислоту. Поэтому в полипептид-пой цепи рядом могут находиться любые две аминокислоты, и возможны какие угодно их сочетания.
Код не имеет «разделительных знаков». В отличие от письменного кода это, как говорят, код без запятых. Триплеты ничем не разделены между собой. Считывание кода происходит линейно, начиная с какой-то определенной фиксированной в цепи ДНК точки (начала гена), и идет только в одном направлении. Выпадение
или вставка какого-либо нуклеотида в молекуле ДНК изменяет состав и последовательность чередования триплетов во всей их цепи. Мы знаем, что каждая м-РНК синтезирует один единственный белок. Но, чтобы это было возможно, должно быть «запрещено» считывание со сдвигом на одно или два основания. В противном случае считывание установленной записи нарушится.
|--------------------- ---->_ «разрешенный» порядок
АУГААУАГУ считывания
J---1----------------- ----»- «запрещенный» порядок
I---------------- ---->- считывания
Нетрудно видеть, что выпадение или вставка в триплете любого нуклеотида вызывает ошибки в кодировании, возникают «бессмысленные» триплеты, состав их изменяется, так что образование запрограммированного белка становится невозможным. В самом деле при выпадении, например, из первого триплета У произойдет перестройка триплетов: АГА АУА и т. д. При вставке такого же нуклеотида в первом триплете между У и Г получится: АУУ ГАА УАГ и т. д. И в первом и во втором случае изменяется состав триплетов во всей их цепи, и возникают мутации «сдвига рамки», т. е. чтения кода гена.
