유전자 코드, 이러한 산을 형성하는 일련의 뉴클레오티드 형태로 핵산 분자의 유전 정보를 기록하는 방법. DNA와 RNA의 특정 뉴클레오티드 서열은 단백질의 폴리펩타이드 사슬에 있는 특정 아미노산 서열에 해당합니다. 러시아어 대문자를 사용하여 코드를 작성하는 것이 관례입니다. 라틴 알파벳... 각 뉴클레오티드는 분자에 포함된 질소 염기의 이름이 시작하는 문자로 지정됩니다. A(A) - 아데닌, G(G) - 구아닌, C(C) - 시토신, T(T) - 티민; 티민 우라실 대신 RNA에서 - U(U). 각각은 세 개의 뉴클레오티드(트리플렛 또는 코돈)의 조합으로 인코딩됩니다. 간단히 말해서 유전 정보의 전달 경로는 소위 요약됩니다. 분자생물학의 중심 교리: DNA `RNA f 단백질.
특별한 경우에 정보는 RNA에서 DNA로 전달될 수 있지만 단백질에서 유전자로는 전달되지 않습니다.
유전 정보의 구현은 두 단계로 수행됩니다. 세포 핵, 정보 또는 기질에서 RNA(전사)는 DNA에서 합성됩니다. 이 경우, DNA 뉴클레오티드 서열은 mRNA 뉴클레오티드 서열로 "재작성"(재코딩)됩니다. 그런 다음 mRNA는 세포질로 전달되어 리보솜에 부착되고 주형에서와 같이 단백질 폴리 펩타이드 사슬이 합성됩니다 (번역). 수송 RNA의 도움으로 아미노산은 mRNA의 뉴클레오티드 순서에 따라 결정된 순서로 건물 사슬에 부착됩니다.
4개의 "문자"는 64개의 서로 다른 3개의 문자 "단어"(코돈)를 구성할 수 있습니다. 64개 코돈 중 61개는 특정 아미노산을 암호화하고 3개는 폴리펩티드 사슬 합성의 끝을 담당합니다. 단백질을 구성하는 20개의 아미노산에 대해 61개의 코돈이 있기 때문에 일부 아미노산은 하나 이상의 코돈에 의해 암호화됩니다(소위 코드의 축퇴). 이 중복성은 코드의 신뢰성과 단백질 생합성의 전체 메커니즘을 증가시킵니다. 코드의 또 다른 속성은 특이성(모호성 없음)입니다. 하나의 코돈은 하나의 아미노산만 인코딩합니다.
또한 코드가 겹치지 않습니다. 정보는 한 방향으로, 삼중은 삼중으로 순차적으로 읽힙니다. 코드의 가장 놀라운 속성은 보편성입니다. 박테리아에서 인간에 이르기까지 모든 생물에 대해 동일합니다(예외 유전자 코드미토콘드리아). 과학자들은 이것을 하나의 공통 조상에서 나온 모든 유기체의 기원 개념을 확인하는 것으로 보고 있습니다.
유전자 코드의 해독, 즉 각 코돈의 "의미"의 정의와 정보를 읽는 규칙은 1961-1965 년에 수행되었습니다. 분자 생물학의 가장 놀라운 업적 중 하나로 간주됩니다.
GENETIC CODE는 단백질 분자(폴리펩티드)의 1차 구조(아미노산 잔기의 위치)를 결정하는 DNA 분자(일부 바이러스의 경우 - RNA)의 염기 서열 형태로 유전 정보를 기록하는 시스템입니다. 유전암호의 문제는 DNA의 유전적 역할을 증명하고(American microbiologists O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) 그 구조를 해독(J. Watson, F. Crick, 1953)한 후에 공식화되었다. 유전자는 효소의 구조와 기능을 결정하며(J. Beadle과 E. Tatem의 "하나의 유전자 - 하나의 효소" 원칙, 1941년) 1차 구조에 대한 단백질의 공간 구조와 활성의 의존성이 있다는 것( F. 센거, 1955). 4개의 핵산 염기 조합이 폴리펩티드에서 20개의 공통 아미노산 잔기의 교체를 결정하는 방법에 대한 질문은 1954년 G. Gamow에 의해 처음 제기되었습니다.
한 쌍의 뉴클레오타이드의 삽입과 삭제의 상호 작용을 조사한 실험에 기초하여 박테리오파지 T4의 유전자 중 하나에서 F. Crick과 다른 과학자들은 1961년에 유전 암호의 일반적인 특성을 결정했습니다: 삼중항 즉, 폴리펩티드 사슬의 각 아미노산 잔기는 유전자의 DNA에 있는 3개의 염기(삼중항 또는 코돈) 세트에 해당합니다. 유전자 내의 코돈을 읽는 것은 고정된 지점에서 한 방향으로 "쉼표 없이" 진행됩니다. 즉, 코돈은 서로 어떤 기호로도 분리되지 않습니다. 축퇴 또는 중복 - 동일한 아미노산 잔기가 여러 코돈(동의 코돈)에 의해 인코딩될 수 있습니다. 저자는 코돈이 겹치지 않는다고 가정했습니다(각 염기는 하나의 코돈에만 속함). 세쌍둥이의 코딩 능력에 대한 직접적인 연구는 합성 전령 RNA(mRNA)의 제어 하에 무세포 단백질 합성 시스템을 사용하여 계속되었습니다. 1965년까지 유전자 코드는 S. Ochoa, M. Nirenberg 및 H. G. Korana의 작업에서 완전히 해독되었습니다. 유전 암호의 비밀을 밝히는 것은 20세기 생물학의 뛰어난 업적 중 하나였습니다.
세포에서 유전자 코드의 구현은 전사와 번역의 두 가지 매트릭스 과정에서 발생합니다. 유전자와 단백질 사이의 매개체는 mRNA이며, 이는 DNA 가닥 중 하나에서 전사 중에 형성됩니다. 이 경우, 단백질의 1차 구조에 대한 정보를 전달하는 DNA 염기서열은 mRNA 염기서열의 형태로 "재작성"됩니다. 그런 다음 리보솜에서 번역하는 동안 mRNA 뉴클레오티드 서열은 수송 RNA(tRNA)에 의해 읽힙니다. 후자는 아미노산 잔기가 부착된 수용체 말단 및 상응하는 mRNA 코돈을 인식하는 어댑터 말단 또는 안티코돈-삼중항을 갖는다. 코돈과 안티코돈의 상호작용은 상보적 염기쌍을 기반으로 발생합니다: 아데닌(A) - 우라실(U), 구아닌(G) - 시토신(C); mRNA 염기서열은 합성된 단백질의 아미노산 서열로 변환된다. 다른 유기체는 동일한 아미노산에 대해 다른 빈도를 갖는 다른 동의어 코돈을 사용합니다. 폴리펩티드 사슬을 인코딩하는 mRNA의 판독은 아미노산 메티오닌에 해당하는 AUG 코돈에서 시작(개시)됩니다. 덜 일반적으로 원핵 생물에서 개시 코돈은 GUG(발린), UUG(류신), AUU(이소류신), 진핵 생물에서는 UUG(류신), AUA(이소류신), ACG(트레오닌), CUG(류신)입니다. 이것은 번역 중 판독의 소위 프레임 또는 단계를 설정합니다. 즉, 종종 정지 코돈이라고 하는 3개의 종결자 코돈 중 하나를 만날 때까지 mRNA의 전체 뉴클레오티드 서열이 tRNA의 삼중항에 의해 삼중으로 읽힙니다. mRNA: UAA, UAG, UGA(표). 이 삼중항을 읽으면 폴리펩티드 사슬의 합성이 완료됩니다.
AUG 코돈과 정지 코돈은 각각 폴리펩타이드를 암호화하는 mRNA 영역의 시작과 끝에 위치한다.
유전자 코드는 준보편적입니다. 이것은 다른 개체에 있는 일부 코돈의 의미에 약간의 변화가 있음을 의미하며, 이는 무엇보다도 의미가 있을 수 있는 종결자 코돈에 관한 것입니다. 예를 들어, 일부 진핵생물의 미토콘드리아와 마이코플라스마에서 UGA는 트립토판을 암호화합니다. 또한, 박테리아 및 진핵생물의 일부 mRNA에서 UGA는 고세균 중 하나인 피롤리신에서 특이한 아미노산인 셀레노시스테인 및 UAG를 인코딩합니다.
유전자 코드가 우연히 발생했다는 관점이 있습니다("동결된 경우" 가설). 진화했을 가능성이 더 큽니다. 이 가정은 아미노산이 3개 중 2개 염기에 의해서만 결정될 때 "3개 중 2개" 규칙에 따라 미토콘드리아에서 읽히는 더 단순하고 분명히 더 오래된 버전의 코드가 존재함으로써 뒷받침됩니다. 삼중으로.
켜짐 .: Crick F. N. 및. 영형. 단백질에 대한 유전자 코드의 일반적인 특성 // 자연. 1961. Vol. 192; 유전자 코드. 1966년 뉴욕; Ichas M. 생물학적 코드. 엠., 1971; Inge-Vechtomov S.G. 유전 코드를 읽는 방법: 규칙 및 예외 // 현대 자연과학... M., 2000. T. 8; 시스템으로서의 Ratner V.A.Genetic code // Soros 교육 저널. 2000. T. 6. 3번.
S. G. Inge-Vechtomov.
앞서 우리는 뉴클레오타이드가 지구상의 생명체 형성에 중요한 특징을 가지고 있음을 강조했습니다. 용액에 하나의 폴리뉴클레오타이드 사슬이 있으면 관련 뉴클레오타이드의 상보적 연결을 기반으로 두 번째 (평행) 사슬의 형성이 자발적으로 발생합니다. 두 사슬에 있는 동일한 수의 뉴클레오티드와 이들의 화학적 관계는 이러한 반응을 실행하기 위한 전제 조건입니다. 그러나 단백질 합성 과정에서 mRNA의 정보가 단백질의 구조에 구현될 때 상보성의 원리를 관찰하는 것은 의심의 여지가 없다. 이것은 mRNA와 합성된 단백질에서 단량체의 수가 다를 뿐만 아니라 특히 중요한 것은 이들 사이에 구조적 유사성이 없다는 사실 때문입니다(한편으로는 뉴클레오티드, 다른 한편으로는 , 아미노산). 이 경우 폴리뉴클레오타이드의 정보를 폴리펩타이드 구조로 정확하게 번역하기 위한 새로운 원리를 만드는 것이 필요하다는 것은 분명합니다. 진화 과정에서 그러한 원리가 만들어졌고 유전 암호가 그 기초에 놓였습니다.
유전자 코드는 단백질의 아미노산에 해당하는 코돈을 형성하는 DNA 또는 RNA의 뉴클레오티드 서열의 특정 교대를 기반으로 핵산 분자의 유전 정보를 기록하는 시스템입니다.
유전자 코드에는 몇 가지 속성이 있습니다.
삼중화.
퇴화 또는 중복.
명확성.
극성.
겹치지 않음.
컴팩트함.
다재.
일부 작성자는 다음과 관련된 다른 코드 속성도 제공합니다. 화학적 특성코드에 포함된 뉴클레오타이드 또는 신체 단백질의 개별 아미노산 발생 빈도 등 그러나 이러한 속성은 위에서 따온 것이므로 여기에서 고려할 것입니다.
NS. 삼중화. 복잡하게 조직된 많은 시스템과 마찬가지로 유전자 코드는 가장 작은 구조적 단위와 가장 작은 기능 단위를 가지고 있습니다. 삼중항은 유전자 코드의 가장 작은 구조 단위입니다. 3개의 뉴클레오티드로 구성되어 있습니다. 코돈은 유전자 코드의 가장 작은 기능 단위입니다. 일반적으로 mRNA 삼중항을 코돈이라고 합니다. 유전 암호에서 코돈은 여러 기능을 가지고 있습니다. 첫째, 주요 기능은 하나의 아미노산을 암호화한다는 것입니다. 둘째, 코돈은 아미노산을 암호화하지 않을 수 있지만 이 경우에는 다른 기능을 수행합니다(아래 참조). 정의에서 알 수 있듯이 삼중항은 다음을 특징짓는 개념입니다. 초등학교 구조 단위유전자 코드(3개의 뉴클레오타이드). 코돈 - 특징 기본 의미 단위게놈 - 3개의 뉴클레오티드가 폴리펩티드 사슬에 대한 하나의 아미노산 부착을 결정합니다.
기본 구조 단위를 이론적으로 먼저 해독한 다음 실험적으로 그 존재를 확인했습니다. 실제로, 20개의 아미노산은 하나 또는 두 개의 뉴클레오티드로 암호화될 수 없습니다. 후자는 4개에 불과합니다. 4개의 뉴클레오티드 중 3개는 4 3 = 64개의 변이체를 제공하며, 이는 살아있는 유기체에서 사용할 수 있는 아미노산의 수를 초과합니다(표 1 참조).
표 64에 나타난 뉴클레오티드 조합에는 두 가지 특징이 있습니다. 첫째, 삼중항의 64개 변이체 중 61개만이 코돈이고 모든 아미노산을 암호화합니다. 감각 코돈... 세 개의 트리플렛은 인코딩하지 않습니다.
1 번 테이블.
메신저 RNA 코돈 및 해당 아미노산
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B o n 및 I c o d o n o v |
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무의미한 말 |
무의미한 말 |
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무의미한 말 | |||||
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만난 |
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샤프트 |
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아미노산은 번역의 끝을 나타내는 정지 신호입니다. 그런 세 쌍둥이가 있습니다- UAA, UAG, UGA, 그들은 "무의미한"(넌센스 코돈)이라고도합니다. 삼중항의 한 뉴클레오타이드가 다른 뉴클레오타이드로 교체되는 것과 관련된 돌연변이의 결과로 의미 없는 코돈이 센스 코돈에서 발생할 수 있습니다. 이러한 유형의 돌연변이를 넌센스 돌연변이... 이러한 정지 신호가 유전자 내부(정보 부분)에서 형성되면 이 곳에서 단백질 합성 과정이 지속적으로 중단됩니다. 단백질의 첫 번째(정지 신호 전) 부분만 합성됩니다. 이 병리를 가진 사람은 단백질이 부족하고 이와 관련된 증상이 나타납니다. 예를 들어, 이러한 종류의 돌연변이는 헤모글로빈의 베타 사슬을 코딩하는 유전자에서 발견되었습니다. 짧은 비활성 헤모글로빈 사슬이 합성되어 빠르게 파괴됩니다. 결과적으로 베타 사슬이 없는 헤모글로빈 분자가 형성됩니다. 그러한 분자가 그 임무를 완전히 수행할 가능성은 없다는 것이 분명합니다. 유형에 따라 발전하는 심각한 질병이 발생합니다. 용혈성 빈혈(베타 제로 지중해 빈혈, 그리스 단어 "Talas"-이 질병이 처음 발견 된 지중해).
정지코돈의 작용기전은 센스코돈의 작용기전과 다르다. 이는 아미노산을 코딩하는 모든 코돈에 대해 상응하는 tRNA가 발견되었다는 사실에서 비롯됩니다. 넌센스 코돈에 대한 tRNA는 발견되지 않았습니다. 결과적으로 tRNA는 단백질 합성을 멈추는 과정에 관여하지 않습니다.
코돈8월 (박테리아에서, 때때로 GUG) 아미노산 메티오닌과 발린을 암호화할 뿐만 아니라브로드캐스트 개시자 .
NS. 퇴화 또는 중복.
64개의 삼중항 중 61개가 20개의 아미노산을 암호화합니다. 아미노산 수에 비해 삼중항 수가 3배 이상 많다는 것은 정보 전달에 두 가지 코딩 옵션을 사용할 수 있음을 시사합니다. 첫째, 64개의 모든 코돈이 20개의 아미노산을 코딩하는 데 관여할 수는 없지만 20개만 코딩할 수 있으며, 둘째, 아미노산은 여러 코돈에 의해 코딩될 수 있습니다. 연구에 따르면 자연은 후자의 옵션을 사용했습니다.
그의 취향은 분명합니다. 삼중항의 64개 변이체 중 20개만 아미노산 코딩에 참여했다면 44개의 삼중항(64개 중)은 비암호화로 남아 있을 것입니다. 무의미한 (넌센스 코돈). 앞서 우리는 돌연변이로 인한 코딩 삼중항의 넌센스 코돈으로의 변형이 세포의 생명에 얼마나 위험한지 지적했습니다. 이는 RNA 중합 효소의 정상적인 작동을 크게 방해하여 궁극적으로 질병의 발병으로 이어집니다. 현재 우리 게놈에서 3개의 코돈은 의미가 없지만, 이제 넌센스 코돈의 수가 약 15배 증가하면 어떻게 될지 상상해 보세요. 그러한 상황에서 정상 코돈에서 넌센스 코돈으로의 전환은 측정할 수 없을 정도로 높을 것이 분명합니다.
하나의 아미노산이 여러 삼중항에 의해 암호화되는 코드를 축퇴 또는 중복이라고 합니다. 여러 코돈은 거의 모든 아미노산에 해당합니다. 따라서 아미노산 류신은 6개의 삼중항(UUA, UUG, CUU, CUTS, CUA, CUG)으로 암호화될 수 있습니다. 발린은 4개의 삼중항으로 인코딩되고 페닐알라닌은 2개로 인코딩됩니다. 트립토판과 메티오닌하나의 코돈으로 코딩됩니다. 동일한 정보를 다른 기호로 기록하는 것과 관련된 속성을 퇴화.
하나의 아미노산에 할당된 코돈의 수는 단백질에서 아미노산의 발생 빈도와 잘 관련됩니다.
그리고 이것은 우연이 아닐 가능성이 큽니다. 단백질에서 아미노산의 발생 빈도가 높을수록 이 아미노산의 코돈이 게놈에 더 자주 표시될수록 돌연변이 유발 요인에 의한 손상 가능성이 높아집니다. 따라서 돌연변이된 코돈이 높은 축퇴성을 가진 동일한 아미노산을 인코딩할 더 많은 기회가 있음이 분명합니다. 이러한 위치에서 유전자 코드의 퇴화는 인간 게놈을 손상으로부터 보호하는 메커니즘입니다.
축퇴라는 용어는 분자 유전학에서 다른 의미로 사용된다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 코돈에 있는 정보의 주요 부분은 처음 두 개의 뉴클레오티드에 속하며 코돈의 세 번째 위치에 있는 염기는 중요하지 않은 것으로 판명되었습니다. 이 현상을 "제 3 베이스의 퇴화"라고 합니다. 후자의 기능은 돌연변이의 영향을 최소화합니다. 예를 들어, 적혈구의 주요 기능은 폐에서 조직으로 산소를 운반하고 조직에서 폐로 이산화탄소를 운반하는 것으로 알려져 있습니다. 이 기능은 적혈구의 전체 세포질을 채우는 호흡기 색소 - 헤모글로빈에 의해 수행됩니다. 그것은 해당 유전자에 의해 인코딩되는 단백질 부분-글로빈으로 구성됩니다. 헤모글로빈 분자에는 단백질 외에도 철을 함유한 헴이 포함되어 있습니다. 글로빈 유전자의 돌연변이는 다양한 헤모글로빈 변이체의 출현으로 이어집니다. 대부분의 경우 돌연변이는 다음과 관련이 있습니다. 한 뉴클레오타이드가 다른 뉴클레오타이드로 대체되고 유전자에 새로운 코돈이 나타나는 현상, 헤모글로빈 폴리펩타이드 사슬에서 새로운 아미노산을 암호화할 수 있습니다. 트리플렛에서는 돌연변이의 결과로 첫 번째, 두 번째 또는 세 번째 뉴클레오타이드가 대체될 수 있습니다. 수백 개의 돌연변이가 글로빈 유전자의 완전성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다. 에 대한 400 이들 중 유전자의 단일 뉴클레오타이드의 치환 및 폴리펩타이드의 상응하는 아미노산 치환과 관련된다. 이 중 오직 100 치환은 헤모글로빈의 불안정성과 경증에서 중증까지 다양한 종류의 질병으로 이어진다. 300개(약 64%)의 치환 돌연변이는 헤모글로빈 기능에 영향을 미치지 않으며 병리학을 일으키지 않습니다. 그 이유 중 하나는 세린, 류신, 프롤린, 아르기닌 및 기타 일부 아미노산을 인코딩하는 삼중항에서 세 번째 뉴클레오티드의 교체가 동의어 코돈의 출현으로 이어질 때 위에서 언급한 "세 번째 염기의 축퇴"입니다. 동일한 아미노산을 인코딩합니다. 표현형으로, 이 돌연변이는 나타나지 않을 것입니다. 대조적으로, 100%의 경우에 삼중항에서 첫 번째 또는 두 번째 뉴클레오티드의 치환은 헤모글로빈의 새로운 변이체의 출현으로 이어집니다. 그러나 이 경우에도 심각한 표현형 장애가 없을 수 있습니다. 그 이유는 헤모글로빈의 아미노산을 물리화학적 특성이 첫 번째와 유사한 다른 아미노산으로 대체하기 때문입니다. 예를 들어, 친수성을 가진 아미노산이 동일한 특성을 가진 다른 아미노산으로 대체되는 경우입니다.
헤모글로빈은 헴의 철 포르피린 그룹(산소 및 이산화탄소 분자가 부착됨)과 단백질 - 글로빈으로 구성됩니다. 성인 헤모글로빈(HbA)에는 두 개의 동일한 -체인과 두 -쇠사슬. 분자 - 사슬은 141개의 아미노산 잔기를 포함하고, -체인 - 146, - 그리고 β-사슬은 많은 아미노산 잔기가 다릅니다. 각 글로빈 사슬의 아미노산 서열은 자신의 유전자에 의해 암호화됩니다. 유전자 인코딩 - 사슬은 16번 염색체의 짧은 팔에 위치하며, -유전자 - 11번 염색체의 짧은 팔에 있습니다. 유전자 인코딩의 치환 - 첫 번째 또는 두 번째 뉴클레오티드의 헤모글로빈 사슬은 거의 항상 단백질에 새로운 아미노산의 출현, 헤모글로빈 기능 장애 및 환자에게 심각한 결과를 초래합니다. 예를 들어, CAU(히스티딘)의 삼중항 중 하나에서 "C"를 "Y"로 바꾸면 다른 아미노산인 티로신을 암호화하는 CAU의 새로운 삼중항이 나타납니다. 히스티딘 폴리펩타이드의 티로신에 대한 β-사슬은 헤모글로빈을 불안정하게 할 것입니다. 이 질병은 메트헤모글로빈혈증을 발생시킵니다. 돌연변이의 결과로 6번째 위치에 있는 발린을 글루탐산으로 대체 -사슬은 가장 심각한 질병인 겸상 적혈구 빈혈의 원인입니다. 슬픈 목록을 계속하지 맙시다. 우리는 처음 두 개의 뉴클레오티드가 교체될 때 아미노산이 물리화학적 성질오래된 것과 비슷합니다. 따라서 글루탐산(GAA)을 암호화하는 삼중항 중 하나에서 두 번째 뉴클레오티드가 -사슬 "Y"는 발린을 암호화하는 새로운 삼중항(GUA)의 출현을 초래하고 첫 번째 뉴클레오티드를 "A"로 교체하면 아미노산 라이신을 암호화하는 AAA 삼중항을 형성합니다. 글루탐산과 라이신은 물리화학적 성질이 유사합니다. 둘 다 친수성입니다. 발린은 소수성 아미노산입니다. 따라서 친수성 글루타민산을 소수성 발린으로 대체하면 헤모글로빈의 특성이 크게 변경되어 궁극적으로 겸상 적혈구 빈혈이 발생하고 친수성 글루타민산을 친수성 라이신으로 대체하면 헤모글로빈의 기능이 덜 변화합니다. 환자는 경미한 형태입니다. 빈혈. 세 번째 염기의 치환의 결과로, 새로운 삼중항은 이전 것과 동일한 아미노산을 암호화할 수 있습니다. 예를 들어, CAC 삼중항에서 우라실이 시토신으로 대체되고 CAC 삼중항이 나타나면 인간의 표현형 변화는 실제로 감지되지 않습니다. 이것은 이해할 수 있습니다. 두 삼중항은 동일한 아미노산인 히스티딘을 암호화합니다.
결론적으로 일반적인 생물학적 관점에서 유전암호의 퇴화와 제3염기의 퇴화는 DNA와 RNA의 독특한 구조에 진화에 내재된 방어기제라는 점을 강조하는 것이 적절하다.
V. 명확성.
각 삼중항(무의미한 것을 제외하고)은 단 하나의 아미노산을 암호화합니다. 따라서 코돈 - 아미노산 방향에서 유전 코드는 모호하지 않으며, 아미노산 - 코돈 방향에서는 모호합니다(퇴화).
모호하지 않음
아미노산 코돈
퇴화하다
그리고 이 경우 유전 암호의 명확성이 필요합니다. 또 다른 변형에서, 동일한 코돈이 번역되는 동안 다른 아미노산이 단백질 사슬에 삽입되어 결과적으로 다른 기본 구조와 다른 기능을 가진 단백질이 형성됩니다. 세포 대사는 "하나의 유전자 - 여러 개의 폴리펩타이드" 작동 모드로 전환됩니다. 그러한 상황에서는 유전자의 조절 기능이 완전히 상실될 것이 분명합니다.
극성
DNA와 mRNA에서 정보를 읽는 것은 한 방향으로만 발생합니다. 극성은 필수적인고차 구조(2차, 3차 등)를 정의합니다. 우리는 저차 구조가 고차 구조를 정의한다는 것을 앞에서 논의했습니다. 3차 구조 및 구조 더보기 높은 주문단백질에서는 합성된 RNA 가닥이 DNA 분자에서 떠나거나 폴리펩타이드 가닥이 리보솜에서 떠나자마자 즉시 형성됩니다. RNA 또는 폴리펩티드의 자유 말단이 획득되는 동안 3차 구조, 사슬의 다른 쪽 끝은 여전히 DNA(RNA가 전사되는 경우) 또는 리보솜(폴리펩타이드가 전사되는 경우)에서 합성되고 있습니다.
따라서 (RNA와 단백질 합성에서) 정보를 읽는 단방향 과정은 합성 물질의 뉴클레오티드 또는 아미노산 서열을 결정할 뿐만 아니라 2차, 3차 등의 엄격한 결정에 필수적입니다. 구조.
e. 비중첩.
코드는 겹치거나 겹치지 않을 수 있습니다. 대부분의 유기체에는 중복 코드가 없습니다. 일부 페이지에서 중복 코드가 발견되었습니다.
비중첩 코드의 본질은 한 코돈의 뉴클레오티드가 다른 코돈의 뉴클레오티드가 동시에 될 수 없다는 것입니다. 코드가 겹치는 경우 7개 뉴클레오티드의 서열(GCCHCUG)은 겹치지 않는 코드의 경우와 같이 두 개의 아미노산(알라닌-알라닌)(그림 33, A)을 인코딩할 수 없지만 세 개(하나인 경우 뉴클레오티드는 공통)(도 33, B) 또는 5개(2개의 뉴클레오티드가 공통인 경우)(도 33, C 참조). 마지막 두 경우에, 뉴클레오티드의 돌연변이는 2, 3 등의 서열에 혼란을 초래할 것입니다. 아미노산.
그러나, 단일 뉴클레오타이드 돌연변이는 항상 폴리펩타이드에 하나의 아미노산이 포함되는 것을 방해한다는 것이 발견되었습니다. 이것은 겹치지 않는 코드에 대한 중요한 인수입니다.
이를 그림 34에서 설명하겠습니다. 굵은 선은 비중첩 및 중복 코드의 경우 아미노산을 인코딩하는 삼중항을 나타냅니다. 실험은 유전 코드가 겹치지 않는다는 것을 분명히 보여주었습니다. 실험의 세부 사항으로 들어가지 않고 뉴클레오티드 서열의 세 번째 뉴클레오티드를 교체하면 (그림 34 참조)가지다 (별표로 표시) 다른 것으로:
1. 겹치지 않는 코드를 사용하면 이 서열에 의해 제어되는 단백질은 하나의 (첫 번째) 아미노산(별표로 표시됨)으로 치환됩니다.
2. 옵션 A에서 중복되는 코드를 사용하면 두 개의(첫 번째 및 두 번째) 아미노산(별표로 표시됨)이 변경됩니다. 옵션 B에서 교체는 3개의 아미노산에 영향을 미쳤을 것입니다(별표로 표시됨).
그러나 수많은 실험을 통해 DNA의 한 뉴클레오티드가 교란되면 단백질의 교란은 항상 겹치지 않는 코드의 특징인 하나의 아미노산에만 관련됨을 보여주었습니다.
ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ
ГЦУ ГЦУ ГЦУ УГЦ ЦУГ ГЦУ ЦУГ УГЦ ГЦУ ЦУГ
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알라닌 - 알라닌 Ala - Cis - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei
A B C
겹치지 않는 코드 겹치지 않는 코드
쌀. 34. 게놈에 겹치지 않는 코드의 존재를 설명하는 계획(텍스트 설명).
유전 코드가 겹치지 않는 것은 다른 속성과 관련이 있습니다. 정보 읽기는 특정 지점에서 시작됩니다-개시 신호. mRNA에서 이러한 개시 신호는 메티오닌 AUG를 코딩하는 코돈이다.
사람은 여전히 소수의 유전자를 가지고 있다는 점에 유의해야 합니다. 일반 규칙그리고 겹칩니다.
e. 컴팩트함.
코돈 사이에는 구두점이 없습니다. 즉, 삼중항은 예를 들어 하나의 무의미한 뉴클레오티드에 의해 서로 분리되지 않습니다. 유전 코드에 "구두점"이 없다는 것은 실험에서 입증되었습니다.
NS. 다재.
코드는 지구에 사는 모든 유기체에 대해 동일합니다. 유전자 코드의 보편성에 대한 직접적인 증거는 DNA 서열을 상응하는 단백질 서열과 비교함으로써 얻어졌다. 모든 박테리아 및 진핵 생물 게놈에서 동일한 코드 값 세트가 사용되는 것으로 나타났습니다. 예외가 있지만 많지는 않습니다.
유전 암호의 보편성에 대한 첫 번째 예외는 일부 동물 종의 미토콘드리아에서 발견되었습니다. 이것은 아미노산 트립토판을 인코딩하는 UGG 코돈과 같은 방식으로 읽혀지는 UGA 종결자 코돈에 관한 것입니다. 보편성과는 다른 드문 편차가 발견되었습니다.
MH. 유전자 코드는 코돈을 형성하는 DNA 또는 RNA의 뉴클레오티드 서열의 특정 교대를 기반으로 핵산 분자의 유전 정보를 기록하는 시스템입니다.
단백질의 아미노산에 해당합니다.유전자 코드에는 몇 가지 속성이 있습니다.
오늘날 모든 생명체의 생명 프로그램이 DNA 분자에 기록된다는 것은 누구에게도 비밀이 아닙니다. DNA 분자를 상상하는 가장 간단한 방법은 긴 계단입니다. 이 계단의 수직은 설탕, 산소 및 인 분자로 구성되어 있습니다. 분자의 모든 중요한 작업 정보는 계단의 가로대에 기록되어 있습니다. 계단은 두 개의 분자로 구성되어 있으며 각 분자는 직립 중 하나에 부착되어 있습니다. 이 분자(질소 염기)는 아데닌, 구아닌, 티민 및 시토신이라고 하지만 일반적으로 단순히 A, G, T 및 C 문자로 표시됩니다. 이러한 분자의 모양은 결합을 형성할 수 있도록 합니다. 특정 유형. 이것은 염기 A와 T 사이와 염기 G와 C 사이의 연결입니다(이러한 방식으로 형성된 쌍을 몇 가지 이유). DNA 분자에는 다른 유형의 결합이 있을 수 없습니다.
DNA 분자의 한 가닥을 따라 계단을 내려가면 염기서열이 나옵니다. 세포에서 화학 반응의 흐름과 따라서 이 DNA를 소유한 유기체의 특성을 결정하는 것은 염기 서열 형태의 이 메시지입니다. 분자생물학의 중심 교리에 따르면 단백질에 대한 정보는 DNA 분자에 암호화되어 있으며, DNA 분자는 차례로 효소로 작용합니다. 센티미터.촉매 및 효소), 모든 조절 화학 반응살아있는 유기체에서.
DNA 분자의 염기쌍 배열과 이를 구성하는 아미노산 배열 사이의 엄격한 일치 단백질 효소유전자 코드라고 합니다. 유전자 코드는 DNA의 이중 가닥 구조가 발견된 직후 해독되었습니다. 최근에 발견된 분자는 정보, 또는 행렬 RNA(mRNA 또는 mRNA)는 DNA에 기록된 정보를 전달합니다. 생화학자인 Marshall W. Nirenberg와 J. Heinrich Matthaei는 워싱턴 DC 근처 Bethesda에 있는 국립 보건원의 유전 암호를 푸는 첫 번째 실험을 수행했습니다.
그들은 우라실의 반복적인 질소 염기(티민 "T"와 유사하고 DNA 분자에서 아데닌 "A"와만 결합을 형성함)로만 구성된 인공 mRNA 분자를 합성하는 것으로 시작했습니다. 그들은 이러한 mRNA를 아미노산 혼합물이 있는 시험관에 추가했으며, 각 시험관의 아미노산 중 하나만 방사성 표지로 표지되었습니다. 연구원들은 그들에 의해 인공적으로 합성된 mRNA가 표지된 아미노산 페닐알라닌을 포함하는 단 하나의 튜브에서 단백질 형성을 시작한다는 것을 발견했습니다. 그래서 그들은 mRNA 분자의 "-Y-V-V-" 서열(따라서 DNA 분자의 동등한 서열 "-A-A-A-")이 아미노산 페닐알라닌으로만 구성된 단백질을 암호화한다는 것을 발견했습니다. 이것은 유전자 코드를 해독하는 첫 번째 단계였습니다.
오늘날 DNA 분자의 세 쌍의 염기(이와 같은 삼중항은 코돈) 단백질의 하나의 아미노산을 암호화합니다. 위에서 설명한 것과 유사한 실험을 수행함으로써 유전학자들은 결국 64개의 가능한 코돈 각각이 특정 아미노산에 해당하는 전체 유전 암호를 해독했습니다.
유전자 코드는 핵산 분자의 뉴클레오티드 시퀀스를 사용하여 단백질 분자의 아미노산 시퀀스를 암호화하는 방법입니다. 유전자 코드의 속성은 이 코딩의 특성을 따릅니다.
단백질의 각 아미노산은 핵산의 3개의 연속적인 뉴클레오티드와 연결되어 있습니다. 세 쌍둥이, 또는 코돈... 각각의 뉴클레오티드는 4개의 질소 염기 중 하나를 포함할 수 있습니다. RNA에서는 아데닌(NS), 우라실(유), 구아닌(NS), 시토신(씨). 다양한 방법으로 질소 염기를 결합합니다. 이 경우뉴클레오티드 포함), AAA, GAU, UCC, GCA, AUC 등 다양한 삼중항을 얻을 수 있습니다. 가능한 조합의 총 수는 64, 즉 4 3입니다.
살아있는 유기체의 단백질에는 약 20개의 아미노산이 포함되어 있습니다. 자연이 각 아미노산을 3개가 아니라 2개의 뉴클레오티드로 암호화하도록 "고려"했다면, 그러한 쌍의 다양성은 충분하지 않을 것입니다. 4 2.
따라서, 유전 암호의 주요 속성은 삼중항입니다.... 각 아미노산은 삼중 뉴클레오티드에 의해 암호화됩니다.
생물학적 분자에 사용되는 아미노산보다 가능한 다른 삼중항이 훨씬 더 많기 때문에 이러한 특성은 다음과 같은 살아있는 자연에서 실현되었습니다. 중복성유전자 코드. 많은 아미노산이 하나의 코돈이 아니라 여러 개의 코돈에 의해 암호화되기 시작했습니다. 예를 들어, 아미노산 글리신은 4개의 다른 코돈(GGU, GGC, GGA, GGG)에 의해 암호화됩니다. 중복이라고도 함 퇴화.
아미노산과 코돈 사이의 대응 관계는 표에 나와 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다. 
뉴클레오타이드와 관련하여 유전자 코드는 다음과 같은 속성을 가지고 있습니다. 모호성(또는 특성): 각 코돈은 하나의 아미노산에만 해당합니다. 예를 들어, GGU 코돈으로 글리신만 암호화할 수 있고 다른 아미노산은 암호화할 수 없습니다.
다시. 중복성은 여러 삼중항이 동일한 아미노산을 암호화할 수 있다는 사실에 관한 것입니다. 특이성 - 각 특정 코돈은 하나의 아미노산만 인코딩할 수 있습니다.
유전자 코드에는 특별한 구두점이 없습니다(폴리펩티드 합성의 끝을 나타내는 정지 코돈 제외). 구두점의 기능은 삼중항 자체에 의해 수행됩니다. 하나의 끝은 다른 것이 다음에 시작됨을 의미합니다. 따라서 유전자 코드의 다음 두 가지 속성은 다음과 같습니다. 연속성그리고 겹치지 않는... 연속성은 즉시 삼중항을 차례로 읽는 것으로 이해됩니다. 비중첩은 각 뉴클레오티드가 하나의 삼중항의 일부일 수 있음을 의미합니다. 따라서 다음 삼중항의 첫 번째 뉴클레오티드는 항상 이전 삼중항의 세 번째 뉴클레오티드 다음에 옵니다. 코돈은 선행 코돈의 두 번째 또는 세 번째 뉴클레오티드에서 시작할 수 없습니다. 즉, 코드가 겹치지 않습니다.
유전자 코드에는 속성이 있습니다 보편성... 그것은 생명의 기원의 단일성을 말하는 지구상의 모든 유기체에 대해 동일합니다. 그러나 매우 드문 예외가 있습니다. 예를 들어, 미토콘드리아와 엽록체의 일부 삼중체는 평소와 다른 아미노산을 암호화합니다. 이것은 생명 발달의 여명기에 유전 코드의 약간 다른 변이가 있음을 나타낼 수 있습니다.
마지막으로 유전자 코드는 노이즈 내성, 이는 중복성과 같은 속성의 결과입니다. DNA에서 때때로 발생하는 점 돌연변이는 일반적으로 하나의 질소 염기를 다른 염기로 교환하는 결과를 낳습니다. 이것은 삼중항을 변경합니다. 예를 들어, 그것은 AAA였고 돌연변이 후에 AAG가 되었습니다. 그러나 유전자 코드의 중복성으로 인해 두 삼중항이 하나의 아미노산에 해당할 수 있기 때문에 이러한 변화가 항상 합성된 폴리펩티드의 아미노산 변화로 이어지는 것은 아닙니다. 돌연변이가 더 해로운 경우가 많다는 점을 고려하면 노이즈 내성 속성이 유용합니다.
