Первые жители нашей планеты, вероятнее всего, имели совсем маленькую продолжительность жизни. Эволюционное направление всего живого шло в сторону увеличения продолжительности жизни организма для успешного приспособления к условиям окружающей среды, выработке механизмов адаптации и возможности передачи накопленного опыта последующим поколениям. Создание органических молекул в соответствии с намеченным планом позволило жизни на Земле закрепиться и начать успешное развитие. Механизм матричного запоминания и передачи наследственной информации преобразовался в систему генетического кодирования, где главная составляющая - это функциональная единица генетического кода.
Центральная догма молекулярной биологии
Наследственность – это главная биологическая составляющая непрерывности жизни. Природа создала механизмы передачи и воспроизведения наследственной информации посредством кодирования состава белков в цепочке нуклеиновых кислот. Функции нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) - сохранение информации и передача ее на строение белков. А белки посредством реакций метаболизма осуществляют фенотипическое проявление этой информации. Генетический код – матричное линейное сохранение информации о структуре белка посредством записи ее тройками нуклеотидов в цепочке нуклеиновых кислот. Наименьшая функциональная единица генетического кода, содержащая информацию о минимальной структурной единице белков - это триплет нуклеотидов в цепочке ДНК или РНК. Передача информации идет от ДНК на иРНК, и от иРНК на другие РНК и на молекулы белка.
Универсальная система кодировки
На понимание генетического кода у науки ушло столетие, а на его расшифровку - всего лишь десятилетия. С момента появления концепции строения двойной спирали ДНК (Уотсон и Крик, 1953) пришло понимание ее роли как наследственного материала, и начался поиск тех букв алфавита, которыми записана на ней информация. Идея о том, что функциональная единица генетического кода 1 нуклеотид сразу не выдержала критики. Четыре комплементарных нуклеотида (адеин, гуанин, цитозин и тимин) ДНК не могли обеспечить кодирование 21 аминокислоты белков. Математики, физики и биологи активно включились в поиск системы кодирования и довольно быстро выяснили, что одну аминокислоту кодирует последовательность из трех нуклеотидов. Таким образом, функциональная единица генетического кода - это триплет нуклеотидов, отвечающий за синтез одной аминокислоты белка. Триплетов (кодонов) всего 64, из них 61 - это смысловые кодоны (кодируют аминокислоты), а оставшиеся 3 – бессмысленные. Они не несут информацию об аминокислоте, а выступают в роли стоп-кодонов заканчивающих или инициирующих синтез белковой молекулы.
Триплет – это функциональная единица генетического кода
Биополимерная молекула нуклеиновых кислот состоит из мономеров – нуклеотидов. Те, в свою очередь, создают непрерывную ДНК, с которой в процессе транскрипции информация передается на иРНК в соответствии с рамкой считывания, где наименьшим кодовым значением обладает тройка нуклеотидов – триплет. Рамка считывания движется однонаправленно, а генетический код имеет четкую однозначность и вырожденность (избыточность).
Однонаправленность и однозначность
Информация триплета однозначна, то есть соотношение 1 триплет -1 аминокислота не вариабельно. Аминокислота может быть закодирована и несколькими триплетами, но конкретный триплет – это конкретная аминокислота. Рамка считывания всегда направлена в одном направлении, и это обусловлено наличием триплетов, инициирующих считывание и заканчивающих его. Так сохраняется стабильность структуры белка. Еще одно свойство триплетов – неперекрываемость. Это значит, что нуклеотид обязательно входит в состав триплета, но исключительно только одного.
Природная избыточность
Вырожденность (избыточность) генетического кода - это как запас прочности организма. Он оберегает клетку от разрушительного действия мутаций. Каждая функциональная единица генетического кода может претерпевать замены 1, 2 и 3 нуклеотида в триплете. Таким образом, 9 позиционных замен в каждом триплете, замены каждого нуклеотида на 4-1=3 возможных варианта, и в итоге мы получаем 61 на 9=549 вариантов замен нуклеотида в триплете. Это намного больше, чем необходимо для кодирования 21 аминокислоты. Эта переизбыточность, или вырожденность, и обеспечила биологическое существование жизни и сведение к минимуму ошибок при считывании генетической информации.
Кодон или триплет?
В литературе тройка нуклеотидов, как функциональный конгломерат, называется триплет или кодон. В чем разница и есть ли она? Термин "кодон" применяют при непосредственном процессе трансляции – переноса информации с РНК на молекулу белка. Термин "триплет" употребляется в более широком смысловом контексте, при описании рамки считывания информации как с РНК, так и с ДНК.
