2.2.2: Генетичний код

Last updated
Save as PDF

Page ID: 29882

Paul Penfield, Jr.
Massachusetts Institute of Technology via MIT OpenCourseWare

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Інший приклад відображення невикористаних закономірностей в правові значення наводиться Генетичним кодексом, описаним у розділі 2.7. Білок складається з довгої послідовності амінокислот 20 різних типів, кожна з яких має від 10 до 27 атомів. Живі організми мають мільйони різних білків, і вважається, що вся активність клітин включає в себе білки. Білки повинні бути зроблені як частина життєвого процесу, але важко було б уявити мільйони спеціальних хімічних виробничих одиниць, по одному для кожного типу білка. Натомість механізм загального призначення збирає білки, керуючись описом (розглядайте це як план), який міститься в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) та РНК (рибонуклеїнова кислота). І ДНК, і РНК є лінійними ланцюгами малих «нуклеотидів»; молекула ДНК може складатися з більш ніж ста мільйонів таких нуклеотидів. У ДНК є чотири типи нуклеотидів, кожен з яких складається з якоїсь загальної структури та однієї з чотирьох різних підстав, названих аденіном, цитозином, гуаніном та тиміном. У РНК структура схожа за винятком того, що тимін замінений урацилом.

Генетичний код - це опис того, як послідовність нуклеотидів визначає амінокислоту. З огляду на таку залежність, цілий білок може бути заданий лінійною послідовністю нуклеотидів. Зверніть увагу, що закодований опис білка сам по собі не є меншим або простішим, ніж сам білок; насправді кількість атомів, необхідних для визначення білка, більше, ніж кількість атомів у самому білку. Значення стандартизованого уявлення полягає в тому, що воно дозволяє одному і тому ж складальному апарату виготовляти різні білки в різний час.

Оскільки існує чотири різних нуклеотиди, один з них може вказати не більше чотирьох різних амінокислот. Послідовність з двох може вказувати 16 різних амінокислот. Але цього недостатньо - в білках використовуються 20 різних амінокислот - тому потрібна послідовність з трьох. Така послідовність називається кодоном. Існує 64 різних кодонів, більш ніж достатньо, щоб вказати 20 амінокислот. Запасна ємність використовується для забезпечення більш ніж однієї комбінації для більшості амінокислот, тим самим забезпечуючи ступінь надійності. Наприклад, амінокислота Аланін має 4 коди, включаючи всі, що починаються з ГК; таким чином, третій нуклеотид можна ігнорувати, тому мутація, яка змінила його, не погіршить жодних біологічних функцій. Насправді вісім з 20 амінокислот мають таку саму властивість, що третій нуклеотид - це «не хвилює». (Буває, що третій нуклеотид частіше пошкоджується під час транскрипції, ніж два інших, через ефект, який отримав назву «коливання».)

Дослідження Генетичного коду виявляє, що три кодони (UAA, UAG та UGA) не вказують жодної амінокислоти. Ці три означають кінець білка. Такий «стоп-код» необхідний тому, що різні білки мають різну довжину. Кодон AUG вказує амінокислоту метіонін, а також означає початок білка; всі білкові ланцюги починаються з метіоніну (хоча можуть бути розщеплені після експресії). Багато рукотворних кодів мають таку властивість, що деякі бітові послідовності позначають дані, але деякі з них зарезервовані для контрольної інформації.