Генетический код

Генети́ческий код (англ. Genetic code) — совокупность правил, согласно которым в живых клетках последовательность нуклеотидов (ген и мРНК) переводится в последовательность аминокислот (белок). Собственно перевод (трансляцию) осуществляет рибосома, которая соединяет аминокислоты в цепочку согласно инструкции, записанной в кодонах мРНК. Соответствующие аминокислоты доставляются в рибосому молекулами тРНК. Генетический код всех живых организмов Земли един (имеются лишь незначительные вариации), что свидетельствует о наличии общего предка.

Правила генетического кода определяют, какой аминокислоте соответствует триплет (три подряд идущих нуклеотида) в мРНК. За редкими исключениями, каждому кодону соответствует только одна аминокислота. Конкретная аминокислота может кодироваться более чем одним кодоном, есть также кодоны, означающие начало и конец белка. Вариант генетического кода, который используется подавляющим большинством живых организмов, называют стандартным, или каноническим, генетическим кодом. Однако известно несколько десятков исключений из стандартного генетического кода, например, при трансляции в митохондриях используются несколько изменённые правила генетического кода.

Простейшим представлением генетического кода может служить таблица из 64 ячеек, в которой каждая ячейка соответствует одному из 64 возможных кодонов.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Чтобы читатель далее более четко понимал, как устроены вирусы, каковы молекулярные механизмы их взаимодействия с клеткой, необходимо сделать небольшое напоминание о том, как хранится и используется генетическая программа в обычной нормальной клетке высших организмов. Основу генетического аппарата (генома) подавляющего большинства организмов составляет высокополимерная молекула ДНК, состоящая из двух полимерных цепей, закрученных в правильную двойную спираль. B ней закодирована вся наследственная информация о формировании организма и его дальнейшем функционировании. ДНК, как из кирпичиков, строится из четырех видов молекул, которые называются нуклеотидами. Каждый нуклеотид – это одно из четырех азотистых оснований (аденин, гуанин, цито-зин или тимин, сокращенно А, Г, Ц и Т), соединенных с углеводом – дезоксирибозой и еще остатком фосфорной кислоты. Последовательность нуклеотидов в ДНК и является тем, что называют генетическим кодом, в котором зашифрованы структуры различных белков. Участок длинной молекулы ДНК, кодирующий определенный белок (иногда только РНК), получил название «ген». Однако одного наличия гена недостаточно для синтеза белка. Чтобы это произошло, требуется посредник, который обеспечивает перенос информации от ДНК, расположенной в ядре клеток, в цитоплазму, где и происходит синтез белка. Таким посредником служит другая специальная молекула – рибо-нуклеиновая кислота (РНК). В ней вместо дезоксирибозы присутствует рибоза (отсюда и название). РНК синтезируется на ДНК (процесс называется транскрипцией), а затем переходит из ядра в цитоплазму. Там на специальных «машинах» – рибосомах на этой РНК, как на матрице, и синтезируется белок (процесс синтеза белка по-научному называют трансляцией). Такая последовательность молекулярных событий получила название основной догмы молекулярной биологии.

Вячеслав Тарантул, Имя ему СПИД: Четвертый всадник Апокалипсиса, 2005

Небольшое отклонение от стандартного генетического кода есть у некоторых инфузорий. Один или даже два стоп-кодона стандартного генетического кода могут кодировать у этих одноклеточных организмов аминокислоту глутамин76, 77. В случае некоторых организмов можно сделать небольшое искусственное изменение генетического кода. Например, ученым удалось взять кишечную палочку и сделать так, чтобы один из ее трех стоп-кодонов начал кодировать аминокислоту78. Ну а в природе еще одним любопытным исключением является генетический код митохондрий, отличающийся от стандартного кода сразу несколькими кодонами. Если не учитывать митохондрии, у большинства организмов генетический код один и тот же: у человека он такой же, как у червяка, утконоса или огурца, или даже у кишечной палочки. А вот геномы у этих организмов различаются очень сильно. Тот же алфавит, но другой текст.

Александр Панчин, Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей, 2016

Вот на этот главный вопрос, утверждал Гамов, теперь после работы Уотсона и Крика, имеется четкий и ясный ответ. Аминокислотные последовательности всех белков клетки определяются последовательностью звеньев в одной из двух комплементарных цепочек ДНК. Эти звенья ДНК, называемые нуклеотидами, бывают, как уже говорилось в предыдущей главе, четырех типов (А, Т, Г и Ц). Таким образом, информация о последовательности 20 типов аминокислотных остатков в белках записана в ДНК в виде последовательности нуклеотидов четырех типов. Значит, провозгласил Гамов, клетка должна обладать словарем, переводящим четырехбуквенный текст ДНК в двадцатибуквенный текст белков! Так родилась идея генетического кода.

Максим Франк-Каменецкий, Самая главная молекула. От структуры ДНК к биомедицине XXI века, 2017

Посмотрим, возможно ли такое. Нобелевские лауреаты Уотсон и Крик, открывшие существование генетического кода, доказали, что содержанием этого кода является абстрактная запись. Но мы до сих пор не имеем никакого понятия о том, например, по каким законам формируются «алфавит» и «слова» генетического кода и как образовались «записанные» ими химические типы белков. Упрощенно говоря, перед нами стоит такая проблема: мы имеем простейшие аминокислоты – аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Из этих «букв» (простейших аминокислот) составляются трехбуквенные «слова», например АТТ, ЦГА, ГАГ и так далее. Каждое из этих «слов» обозначает молекулу одной из тех двух десятков сложных аминокислот, которые образуют молекулу белка. Цепочка из нескольких сотен или нескольких тысяч таких трехбуквенных сочетаний и является «записью», задающей правила формирования этой молекулы белка. И вот вопрос: эти правила формулируются случайно?

Группа авторов, Доказательства существования Бога, 2008

Все наследуемые признаки человека записаны с помощью генетического кода в макромолекулярной структуре ДНК. Двойная спираль ДНК, взаимодействуя с щелочными белками (пистонами), образует сложную надмолекулярную структуру – хромосому. Каждая хромосома содержит одну непрерывную молекулу ДНК, имеет определенный генный состав и может передавать только ей присущую наследственную информацию. Хромосомный набор (кариотип) человека включает 22 пары аутосом и 2 половые – XX или ХУ – хромосомы.

Татьяна Дмитриевна Селезнева, Патологическая физиология

Триплетный генетический код, расшифрованный в 60-х годах М. Ниренбергом, С. Очоа, X. Кораной, основан на триплетах, или кодонах три нуклеотида, определяют присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты. Небольшие транспортные РНК (тРНК) выполняют двойную функцию: они присоединяют молекулу аминокислоты, транспортируют ее в рибосому и узнают триплет, соответствующий этой аминокислоте в молекуле мРНК. Антикодон тРНК узнает кодон мРНК и спаривается с ним.

Билич Г. Л., Атлас: анатомия и физиология человека. Полное практическое пособие, 2017

Через несколько лет после опытов Миллера была открыта двухспиральная структура ДНК, и началось бурное развитие молекулярной биологии. За 10–15 лет был расшифрован генетический код (таблица соответствия между последовательностями ДНК и белков), изучены механизмы копирования ДНК и обмена ее участками. Стал понятен путь передачи наследственной информации в клетках (ДНК → РНК → белки), носящий название «центральная догма молекулярной биологии», и открыты многие другие детали функционирования клеток. Стало понятно, что живые клетки не так просты, как казалось во времена Опарина, и пропасть между живым и неживым стала казаться совсем непреодолимой.

Никитин Михаил, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Итак, человеческий организм состоит из миллиона миллиардов дифференцированных (распределенных по разным органам и функциям) клеток двухсот различных типов, каждая из которых содержит нить длиной два метра, и на них с помощью трех миллиардов молекул оснований, составляющих генетический код, записаны наши 30 000 генов!

Хаят Давид, Антираковая диета. Продукты, которые мы должны есть, чтобы защититься от опасного недуга, 2010

Вместе с тем есть процессы, которые дают ключ к пониманию даже более ранних вирусов. Гигантские вирусы можно обнаружить не только у современных амеб, но и в специализированных иммунных клетках многоклеточных организмов – макрофагах – две линии, которые разошлись 800 млн лет назад и стали развиваться независимо друг от друга, и считается, что они были инфицированы до разделения. Найти дополнительные свидетельства за пределами 800 млн лет почти невозможно. И все же остается неохваченным большой временной период до начала жизни на Земле, примерно 3,8 млрд лет назад. Вирусы, вероятно, принадлежат к самым древним известным биологическим ископаемым. Реальное удивление вызвали вироиды, которые представляют собой вирусоподобные структуры и существуют до сих пор – не только сами по себе, но и в качестве рибозимов или структуры, родственной кольцевым РНК во всех человеческих клетках. Они восходят ко времени, когда еще не существовало генетического кода, – вероятно, 3,5 млрд лет назад. В одной научной публикации я попыталась реконструировать эволюцию жизни на Земле, основываясь на современных вирусах. Статья называлась «Какие современные вирусы могут рассказать нам об эволюции?», а редактор на всякий случай добавил примечание – «личное мнение»! (Archives of Virology, 2013).

Мёллинг Карин, Вирусы: Скорее друзья, чем враги, 2017

Антиокислители и свободные радикалы, содержащиеся в составе настоя морского риса, могут быть в равной степени полезны и вредны организму. Плохая экологическая обстановка, табакокурение, вредное воздействие солнечного света, пищевых добавок – все это приводит к образованию свободных радикалов, которые ускоряют процесс старения организма, приводят к заболеваниям. Заболевания, возникающие в результате образования свободных радикалов, могут быть самыми различными: от артрита до рака. Более того, свободные радикалы могут воздействовать и на ДНК. Клетки ДНК содержат в себе генетический код каждой клетки, несут наследственную информацию. Все это позволяет организму существовать. Однако при нарушении деятельности ДНК, клетка может стать ненужной, а то и опасной. Но, с другой стороны, эти соединения необходимы здоровому организму.

Луковкина Аурика, Осторожно, грибы, 2013

В лимфатическом и кровяном русле Т– и В-клетки встречаются и взаимодействуют. Поводом для этого служит внедрение любого чужеродного агента или появление собственной трансформированной клетки. Получив соответствующий сигнал, В-лимфоциты превращаются в плазматические клетки, начинается продукция антител (иммуноглобулинов). Т-хелперы активно способствуют этому процессу. Когда антител накопилось достаточно, Т-супрессоры останавливают их выработку. Т-киллеры выслеживают клетки с «чужим» генетическим кодом и немедленно с ними расправляются.

Алясова А. В., Заболевания молочной железы. Профилактика и методы лечения, 2005

Единица генетического кода (кодон) – это триплет нук-леотидов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту.

Козлова Е. А., Общая биология, -1