Молекулярні механізми специфічності біосинтезу білків. Генетичний код

Як зазначалось вище, синтез білка відбувається на рибосомах ферментативним шляхом відповідно до інформації, закладеної в структурі ДНК. Саме ДНК є матрицею, штампом, у якому запрограмовано відповідну первинну структуру білка/*що синтезується. Відомо, що ДНК знаходиться в ядрі клітини, а синтез білка відбувається на рибосомах, тому природно виникає питання, яким шляхом ДНК впливає на специфічність синтезу білка, як саме структура ДНК визначає порядок розташування залишків амінокислот у полінуклеотидному ланцюгу.

Встановлено, що зв'язуючою ланкою між ДНК ядра і рибосомами — місцем біосинтезу білка — є ІРНК- Вона передає інформацію від ДНК до рибосом. Цей процес полягає в тому, що на ланцюгу ДНК ядра як на матриці проходить біосинтез ІРНК. При цьому ІРНК точно копіює послідовність розташування нуклеотидів одного з полінуклес-тидних ланцюгів ДНК з тією лише відмінністю, що на місці тиміно-вого нуклеотиду розташовується уридиловий нуклеотид.

Вважають, що на поверхні ДНК, згідно з законом комплементар-ності, може синтезуватися кілька молекул ІРНК. Ділянка, на якій синтезується одна молекула РНК, називається структурним геном, або цистроном.

ІРНК, діставши інформацію від ДНК, У процесі біосинтезу переходить з ядра до рибосом, де бере безпосередню участь у формуванні первинної структури відповідного білка.

Виникає питання, як саме послідовність чотирьох різних нуклеотидів, що становлять структуру нуклеїнових кислот, визначає послідовність розташування 20 залишків амінокислот у білку. Як було розшифровано код білкового синтезу? На перший погляд можливість передачі невеликою кількістю умовних знаків інформації значної кількості можливих комбінацій залишків амінокислот у білкових молекулах може здатись сумнівною. Однак незаперечним є той факт, що всього 32 букви алфавіту передають всю красу і багатство нашої мови. І ці 32 букви можуть бути закодовані азбукою Морзе — комбінацією лише двох знаків — крапки і тире.

Використовуючи чотирьохбуквений алфавіт азотистих основ, можна скласти 4 однобуквених слова — сіглетний код, 16 двобуквених (4 X 4 = 16) — дуплетний код або 64 трибуквених слова (4 X 4 X х 4 = 64) — триплетний код. Для 20 амінокислот шістнадцяти дво-

буквених слів мало, а64трибуквених достатньо. У 1954 р. булозапро поновано кодове слово з трьох азотистих основ — триплетний код. Однак необхідно було вивчити, які нуклеотиди і в якому порядку у молекулі ДНК (іРНК) відповідають різним амінокислотам. Ці дослідження провели М. Ніренберг і Г. Корана, за що були удостоєні Нобелівської премії.

Вчені добули синтетичний РНК-полімер — поліуридилову кислоту. При добавлянні її в систему, де проходив синтез білка, відбувався синтез поліфенілаланіну, а інші 19 амінокислот не включалися в по-лінуклеотидний ланцюг. Отже, було доведено, що три уридилових залишки (УУУ) кодують включення в поліпептидний ланцюг молекули білка амінокислоти фенілаланіну. Згодом було вияснено склад колонів для інших амінокислот. Так, кодон ГІГ у структурі нуклеїнової кислоти забезпечує включення в поліпептидний ланцюг глутамінової кислоти, AAA — лізину, ЦЦЦ — проліну тощо (табл. 23).

Наведені в таблиці дані свідчать, що амінокислоти мають по кілька кодонів. Слід наголосити, що з 64 кодон і в 61 визначає послідовність розміщення залишків амінокислот у поліпептидному ланцюгу, при цьому кодони ГУГ (валіновий), АУГ (метіоніновий) є також ініціатор-

ними, стартовими ко донами. Три інших кодони — УАГ, УАА, У ГА — називають беззмістовними, вони виконують функцію сигналів про закінчення синтезу пол і пептидного ланцюга. В таблиці вони позначені зірками. _v

Аналізуючи таблицю генетичного коду, можна помітити, що перші два нуклеотиди в кодоні важливіші, ніж третій. Деякі дослідники вважають, що заміна третього нуклебтиду в значній частині кодонів не впливає на їх здатність кодувати відповідну амінокислоту. Наприклад, кодування аланіну здійснюється кодонами ГЦУ, ПІД, ГЦА, ГЦГ, які відрізняються між собою третім нуклеотидом.

У зв'язку з високою специфічністю^іерших двох нуклеотидів у кодоні, Ф. Крік у 1965 р. запропонував теорію неоднозначної відповід пості, що в точному перекладі означає коливання. З неї випливає, щ головне значення при «впізнаванні» кодона антикодоном на рибосомі мають перші два нуклеотиди. Вони повністю підпорядковані комплементарному принципу взаємодії азотистих основ. Третій нуклеотид кодона може вступати у взаємодію більш ніж з одним типом нуклеотидів аитикодона. Це сприяє підвищенню стійкості генетичної інформації при пошкодженні ДНК.