Свойства генетического кода

1) триплетность — единицей информации в кодирующей цепи ДНК является триплет (последовательность из 3- нуклеотидов). Каждый триплет кодирует одну аминокислоту. Также он называется кодоном. Ген состоит из серии кодонов, которые последовательно считываются, начиная со стартовой точки, заканчивая точкой терминации. Последовательность нуклеотидов, кодирующая белок, считывается в направлении от 5`- к 3`-концу и соответствует последовательности аминокислот в полипептиде в направлении от N-конца к C-концу.

Число возможных триплетных комбинаций составляет 64. 61 триплет используется ля обозначения 20 аминокислот, остальные 3 являются стоп-кодонами (терминирующими кодонами). Стандартный генетический код предусматривает возможность кодирования 20-ти канонических аминокислот. 21-ая аминокислота, которая кодируется генетическим кодом — селеноцистеин (аналог цистеина с заменой атома S на атом Se). Эта аминокислота появляется в полипептидной цепи в результате контекст-зависимого считывания кодона UGA (это стоп-кодон). Контекст-зависимое прочтение стоп-кодона может привести к появлению полипептидной цеписеленоцистеина. Если за кодирующим участком гена следует особая последовательность, то белково-синтезирующий аппарат интерпретирует кодон UGAне как стоп-кодон, а как кодон, кодирующий именно селеноцистеин. Эта особая последовательность может сворачиваться в трёхмерную структуру — шпильку с 2-мя петлями. Именно эта структура служит сигналом, который заставляет аппарат синтеза белка присоединять к кодону UGAтранспортную РНК, несущую селеноцистеин.

Ещё одно контекст-зависимое переназначение кодона — эпизодическое использование стоп-кодона UAGдля кодирования пиролизина. Это происходит обычно у метанообразующих архей. У архей существует специфическая аминоацил-тРНК-синтетаза, которая непосредственно присоединяет пиролизин к тРНК. У селеноцистеина нет своей собственной кодазы, там присоединяются цистеин и его модификации.

• 10 лет назад считалось, что только 20 аминокислот кодируются генетическим кодом, а все остальные аминокислоты получаются за счёт модификации уже имеющихся. Теперь стало ясно, что как минимум 22 аминокислоты могут быть закодированы генетическим кодом.
• 2) вырожденность — так как число возможных триплетных комбинаций превышает число аминокислот, почти каждая аминокислота соответствует более чем одному кодону. Исключением являются 2 аминокислоты — метионин и триптофан. Они имеют только один кодон. Кодирующие одну и ту же аминокислоту кодоны — синонимичные. В трёхбуквенном генетическом коде наиболее важны первые 2 буквы. Третье основание кодона имеет наименьшее значение для его специфичности. Это вырожденность третьего основания.
• 3) однозначность — каждый триплет кодирует только одну определённую аминокислоту.
• 4) непрерывность — код внутри гена не содержит знаков препинания. Кодирующие триплеты следуют один за другим.
• 5) неперекрываемость — каждый нуклеотид входит в состав только одного кодона.
• 6) коллинеарность — последовательность триплетов в экзонах генов соответствует последовательности аминокислот в белке.
• 7) универсальность (в последнее время ставится под сомнение) -Генетический код практически всегда одинаков у всех живых организмов (от бактерий до человека). У архей он несколько отличается. Исключения из универсальности генетического кода считаются редкими и чаще всего касаются стоп-кодонов. Систематические изменения кода характерны только для митохондриальной ДНК. Некоторые учёные считают, что митохондриальная ДНК имеет свой собственный генетический код. Если основу генетического кода составляют неперекрывающиеся триплеты, то в зависимости от стартовой точки (с какого нуклеотида начинается прочтение) трансляции должно быть три возможных способа перевода любой нуклеотидной последовательности в белок. Три рамки считывания возможны на любой нуклеотидной последовательности. Рамка считывания, которая состоит из кодирующих аминокислоты триплетов, называется открытой рамкой считывания. Открытая рамка считывания — без стоп-кодона внутри. Транслируемая в белок последовательность включает рамку считывания, состоящую из старт-кодона, серии кодирующих аминокислоты триплетов, одного из трёх стоп-кодонов. Если внутри рамки считывания встречаются стоп-кодоны, то белок с неё не считывается — рамка считывания блокирована. Последовательность нуклеотидов не может выполнять белок-кодирующую функцию, если она блокирована во всех трёх рамках считывания. Обычно на одном участке ДНК открытой является только одна из трёх возможных рамок считывания. Строгое, безошибочное нахождение рибосомой первого кодона определяет и старт, и рамку трансляции мРНК.